[转帖]自动生物化学分析仪的原理、应用和发展

自动生物化学分析仪的原理、应用和发展
李鲁宁，唐正香
(山东省临沂市人民医院， 山东临沂276003)
[中图分类号]TH773 [文献标识码]B [文章编号]1002—2376(2007)04—0016—03
[摘要]简要地介绍自动生化分析仪的发展历程，阐述了连续流动式(管道式)、分立式、离心式和干片式四类自动生化分析仪的结构和原理，提出生化分析仪的几种发展趋势。
[关键词]自动生化分析仪；原理；应用；发展趋势
自动生物化学分析仪(Biochemical analyzer，Clinical chemistry analyzer)又简称为自动生化分析仪，是由电脑控制，将生化分析中的取样(samphng)、加试剂、混匀、保温反应、检测(detect)、结果计算、可靠性判断、显示和打印、以及清洗(cleaning)等步骤组合在一起自动进行操作的分析仪器。它可应用于药品、水质、食品和临床分析等领域。在临床分析方面，生化分析仪主要用来对人的血液和其他体液中的各种生化指标如血红蛋白、胆固醇、葡萄糖、淀粉酶、尿素氮、白蛋白、总蛋白、无机磷、尿酸、钙等进行分析。自动生化分析仪是各种现代科学，特别是电子学、光学、机械技术、计算机技术和各种生物化学分析技术的结合及临床医学对临床检验设备需求不断增长的结果。它具有精度高、重复性好、功能齐全、测试项目多，给医生提供受检者的综合性信息等特点。近些年来，生化分析仪已成为临床分析最常用
的检验仪器之一。
1 自动生化分析仪的发展历程
世界上第一台生化分析仪是美国泰克尼康(TECHNICON)公司于1957年根据Skeggs教授的设计方案制造的，该仪器发展十分迅速，出现了单通道、双通道、多通道仪器(单通道为一次测一个项目，多通道为一次测多个项目)。1965年又诞生了分立式自动分析仪，它是一种敞开式的仪器，工作原理与手工操作相似，样品各在彼此分立的反应杯中进行反应。
七十年代，和干化学试剂相配套的反射光分析仪的发展，开辟了生化分析仪的另一分支，提高了准确性、精密性、多功能性和分析速度，其半自动仪器在方便急诊和高科技应用方面别具一格。八十年代初，美国TECHNICON公司为克服样品之间交叉污染，发明任选式测定方式的仪器，把自动生化分析仪的水平提高到一个新的高度。九十年代以来，生化分析仪的技术主要是向完善仪器各种功能的方向发展，尤其是微电脑的广泛应用，使仪器在分析的准确性、精密度、高
效率、低消耗和参与实验室管理方面更好地满足不同层次的要求。
2 自动生化分析仪的分类和原理
自上世纪五十年代第一台生化分析仪问世以来，随着科学技术尤其是医学科学的发展，各种生化分析仪和诊断试剂均有了很大的发展，根据仪器的结构原理不同，可分为连续流动式(管道式)、分立式、离心式和干片式四类。
(1)连续流动式(continuous streaming movement style)
连续流动式或管道式，是在测定过程中各待测样品与试剂混合后的化学反应均在同一管道内流动的过程中完成的。包括样品盘、比例泵、混合器、透析器等主要部件。
其工作原理是在微机控制下，通过比例泵将标本和试剂注入到连续的管道系统中，在一定的温度下，在管道内完成混合、去除干扰物、保温、比色测定，信号放大、运算处理，最后将结果显示并打印出来。
仪器的特点是在检测过程中，样品和样品之间需用空气进行隔离，或用空白试剂或者是缓冲液来隔离。分为两种模式：第一种为空气分段系统，该系统是在样品输送的同时，由空气管吸入气泡，气泡将由同样原理吸人并在试剂管道中连续流动的试剂分成均匀的节段，防止交叉污染。第二种为试剂分段系统，用试剂空白或缓冲液来间隔每个样品的反应液。又可分为流动注射系统和间隙式系统。
连续流动式由于管道系统结构复杂，不能克服交叉污染，以及故障率高，操作繁琐等原因，目前已基本被淘汰。
(2)离心式生化分析仪
离心式分析仪是1969年以后发展起来的一种分析仪，由Anderson设计，其全部检验过程是在一个类似离心机转头样的圆盘上完成的。由加样和分析两个部分组成。加样部分包括样品盘、试剂盘、吸样臂、试剂臂和电子控制部分等。分析部分除安装有特殊的离心转盘外，还有温控和光学检测系统，以及微机信息处理和显示系统。
离心式分析仪特点是在整个分析过程中的每一个步骤几乎是同时完成的——也叫同步分析。样品量和试剂量均为微量级(样品1—50ul ，试剂120—130ul)，分析速度快(可达600tests／h)。
此类仪器按照设计不同可用光度法、浊度法和散射法及终点法和动态法进行分析。
(3)干片式分析仪
干片式分析仪是上世纪八十年代问世的，首先Eastman kodak公司以其精湛的化学工艺造出了测定血清中血糖、尿素、蛋白质等的干片试剂片。干片试剂的结构从上到下一般分为展开层、试剂层、显色层和支持层。原理是采用干化学(dry chemistry)方法，将发生在液相反应物中的反应，转移到一个固相载体上，利用分光检测系统进行检测的一类新型仪器。多采用多层薄膜(multiple layer fil1)的固相试剂技术，仅需将样品加在固相试剂上进行测定。当编有条形码的特定试验的试条、试片或袋式试剂包放进测定装置后，其贮存的信息就变成测定功能，直至最后报出结果。
干化学分析仪大都采用反射光度法(reflectance spectroscopy)和基于离子选择电极(ion selective elec．trode，ISE)的差示电位法(diferential potentiometry)。
目前用于干片式方法可以测定40多个项目。干片式由于其独特的优点，是生化分析仪的一个新的发展方向。
(4)袋式分析仪
袋式分析仪采用袋式的干试剂包进行临床化学分析。袋式试剂包由透明的双层塑料薄膜制成，每袋均有不同的测定项目英文缩写标记。测定操作开始时将试剂包放进仪器，样品及其稀释液由探针刺孔注入包内，在反应过程中的不同阶段，试剂小袋经破裂器击碎，混合及保温，然后透明小袋经机械碾压形成比色杯用于测定，最后通过计算机系统换算结果并发出报告。
(5)分立式生化分析仪
所谓分立式，是指按人工操作的方式编排程序，并以有序的机械动作代替人工，按程序依次完成各项操作的自动分析仪器。仪器操作过程中的各环节用传送带连接，按程序依次操作。
分立式生化分析仪与管道式分析仪在结构上的主要区别为：前者各个样品和试剂在各自的试管中起反应，而后者是在同一管道中起反应；前者采用由采样器和加液器组成的稀释器来取样和加试剂，而不用比例泵；前者一般没有透析器，如要除蛋白质等干扰，需另行处理。
将相同或不同的两台或两台以上的分析部分，即分析模块进行组合连接，采用样品架方式使样品通过传输线在不同分析模块间进行传递并检测。各分析模块所分析项目的组合提高了分析效率，这些分析模块除了基于紫外一可见光谱分析原理的分析模块外，还有基于离子选择电极的电解质分析模块，甚至还可组合建立在免疫发光分析原理的免疫分析模块。
3 生化分析仪的发展趋势
(1)有效的抗交叉污染措施
目前普遍采用一种称为惰性液(TRAF)胶膜技术(Capsule Chmistry Technology)，即在取样品和试剂时，惰性液与它们一起吸人试管，并在管道的内外壁形成一层膜，使样品或试剂与管壁完全隔开，因此，样品之间的交叉污染率和试剂之间的交叉污染率可分别控制在目标范围之内。
(2)任选式仪器
它具有在一个通道任意选择化验多种项目的功能，最高可选的水平达到60项，一般是20-40项。
任选式有两种形式，一种叫真正的任选式，按输人样品的顺序，测完一个样品所有的项目后，再做下一个样品，以此类推，这种方式在分析过程中不断改变要吸入的试剂，因此，抗交叉污染的要求高。美国TECHNICON公司的TRAF技术就是针对这一要求。另一形式是类任选式，按做批量测定的方式，将输入的所有样品欲测项目进行组合分类，相同的项目一起测定，测完一种再测另一种，这种方式也被许多仪器设计者所采用。
(3)样品和试剂冷藏设计
目标是为了在实验运转中保持稳定，保证实验一定的准确性和精密度。
(4)高产量、高效率、高速度、高精度和高可靠性操作过程中，减少了人工参与，主要表现在：样品和试剂的自动识别；自动关闭，即在设定的时间或出现必须关机的情况时自动关机；无人操作功能，仪器按预定程序进行，在一段时间内无须人工照应。实验速度大大提高。中型仪器的检测速度一般在200次／h以上，大型仪器可达1800次／h，htaehi／bm747高达9600次／h。试剂和样品用量的减少，一般性能仪器最少样品量为5ul ，最少试剂量为500ul左右。而Cheml仪器每一项测定只需1ul 样品，14ul试剂，可能为所有之冠。
(5)模块化设计思想
采用模块化设计思想，既便于实现高度集成，又便于满足用户定制制作要求。将过滤、混合、温度控制、加样、清洗、振荡、检测分析和计算等功能设计成相对独立模块，由于各个功能模块都是相对独立，因此为适合于不同检验需要，可以根据用户要求订制各种系统。
近几年来，随着科学技术特别是医学科学的发展，各种自动生化分析仪器和试剂均得到很大发展，它们采用的尖端技术、可测的反应类型和相应的项目增加；测定的准确性、精密度、速度、项目增加；软件功能增加；灵活性和自动化程度增加。与之相对应的是，样品量减少；试剂消耗量减少；硬件部分减少；人工参与减少。因而自动生化分析仪在实验室和临床检验中均获得了广泛的应用。

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