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临床生化自动化分析
目前临床生化绝大部分检测已实现自动化分析，其中多数由自动生化分析仪(automatic biochemical analyzer)完成。自动生化分析仪由电脑控制，将生化分析中的取样(sampling)、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操作。其电脑不但用来控制自动化分析仪，也用来安排测试（test）要求和打印结果。自动生化分析技术提高了临床生化检验质量和速度，可减轻检验人员的劳动强度，节约样品和试剂，增加检验项目，提高检测精密度，减少实验误差，并且有利于临床检验标准化的实现。
自动生化分析仪按其工作方式不同分为连续流动式(continuous streaming movement style)或管道式、分立式(discrete style)、离心式(centrifugation style)和干片式(drying style) ，其中以分立式应用最为广泛，而干片式由于具备体积小、试剂以每个测试为单位独立使用，且操作简便等优点，多为急诊检验所采纳，样品数量很少的医院也可选用，连续流动式和离心式现已很少使用。本章主要介绍分立式自动生化分析仪及其应用，对干片式分析仪也将作简单介绍。
第一节 分立式自动生化分析仪的结构
分立式自动生化分析仪完全模仿手工操作方式设计，自动生化分析仪的各部分结构对应手工操作的每个步骤包括取样、加试剂、混匀、孵育、检测、结果计算、器材清洗等，分述如下：
一、基本结构
（一）样品盘或样品架
样品盘（specimen disc）是放置待测样品的转盘，可放置一定数量的样品杯（specimen cup）或不同规格的采血试管，通过样品盘的转动来控制不同样品的进样。另一种方式是样品架（specimen stock），每个样品架可放数只样品杯或采血试管（多为5只或10只）。样品杯或采血试管均可盛载血清、血浆、尿液等样品。样品架的移动通过样品传送带来进行，以样品架上的条形码（barcode）或底部编码孔识别样品架号及样品位置号。有些仪器有专用于急诊样品、校准品和质控品的可识别架（见图7-1），更多仪器通过固定专用位置来区分这些样品架类型。样品杯或采血试管可贴上包含样品性质和编号的条形码，分析仪通过对样品条形码识别不同的样品。
样品架的优点有：①随着样品架移动及样品的被检测，可不断追加已放置样品杯或采血试管的样品架；②通过样品架的移动能将样品传送到另一个分析模块（analysis die-block）甚至另一台分析仪上再进行分析。而样品盘则只能固定在某个分析模块或某台分析仪上被检测；但多数样品盘为开放式，对其上的样品可较自由地随时取出和放入。
（二）试剂室和试剂瓶
试剂室（reagent chamber）内可装有放置试剂瓶的转盘，一般可放置20种以上具有一定形状的塑料试剂瓶，大型分析仪可放置30～45种试剂瓶,试剂瓶容量一般为10ml～100ml。通过试剂转盘的转动来选用不同试剂。试剂室也有按试剂架形式设计，可放置容量为250ml～500ml的任意形状的试剂瓶，试剂瓶不能转动，但每个试剂瓶内引出一条试剂管路及其喷嘴，即每种试剂均有专用的加试剂装置，因而不同试剂间无交叉污染；但试剂管路较长使试剂的死体积较大，因而适宜用于使用频率高、消耗试剂量大的检测项目。大型分析仪同时备有第一试剂室和第二试剂室，即具备对同一检测项目添加两次试剂的功能，个别分析仪还具有加入第三试剂的功能。对有条形码装置的仪器可将带条形码的试剂瓶放在试剂室转盘上的任意位置，仪器能自动识别试剂的种类、批号和有效期。试剂室均具有冷藏装置，可将试剂保存在4℃～10℃。
（三）反应杯和反应盘
反应杯（reaction cup）是样品与试剂进行化学反应的场所，同时用作比色杯，这一点与手工操作有显著区别。由透光性好的硬塑料或石英玻璃制成，100只或更多的反应杯围成一圈组成一个反应盘（reaction disc），反应杯的数量往往与分析效率成正比。在测定过程中反应盘作恒速的圆周运动，在静止时向反应杯中加入样品、试剂或进行搅拌混匀，当反应盘相对静止时经过检测窗口的比色杯可进行吸光度检测。比色杯光径有0.5cm～1cm不等，大多数分析仪在计算时将其折算为1厘米光径。
（四）取样和加试剂装置
1．取样装置 取样装置（sampling assembly）由取样针、取样臂、取样管路、取样注射器和阀门组成，能定量吸取样品并加入到反应杯。不同分析仪的取样容量有不同的范围，一般为2μl～35μl，步进0.1微升不等。最低取样量很重要，取样量小对仪器的制作要求就高，是判断高低档分析仪的一个指标。取样针尖上设有电子感应器，具液面感应功能，取样针于样品上方下降，一旦接触到样品液面即停止下降而开始吸样。多数感应器设有防撞装置，遇到阻碍时取样针立即停止运动并报警。某些取样针还设有阻塞报警系统，当取样针被样品中的凝块、纤维蛋白等物质阻塞时，机器会自动报警、加大压力冲洗取样针，并跳过当前样品，进行下一个样品的取样检测。
由于取样针在各样品间产生携带交叉污染，因此所有的自动生化分析仪均对其设置了防交叉污染（crossing contamination）的措施。绝大多数采用水洗方式（又有淋浴式和洗脸盆式之分），在吸取另一个样品前对接触样品的样品针内外壁进行冲洗；也有采用化学惰性液（chemical inertia fluid）的方式来隔绝样品与取样针内外壁之间的接触。
2．加试剂装置 加试剂装置用于定量吸取试剂加入反应杯，可加入试剂容量一般为20μl～380μl。步进1～5微升不等，取样精度在1微升左右。加试剂装置有两种类型，一种类型的组成部件与取样装置类似，其液面感应系统能检测并提示试剂剩余量。与取样装置一样，也同样设置有防止试剂间携带交叉污染的措施，另外，可通过吸取比需要量多一定量的试剂来解决交叉污染问题。另一种类型为灌注式加试剂装置，该装置具有许多条试剂管路及其喷嘴，每种试剂单独使用一条试剂管路和喷嘴。这种加试剂方式的优点是不存在各试剂间的交叉污染。大型自动生化仪多具有两组加试剂装置，可分别从两个试剂室吸取同一个检测项目的第一和第二试剂，大多数分析仪所有检测项目加入第二试剂的时间点统一固定为1个或2个点，也有分析仪有3个加入时间点可供选择。
（五）混匀与搅拌装置
反应杯里的样品与试剂通过搅拌棒搅拌而充分混匀，搅拌棒的形状为扁平棒状或扁平螺旋状，表面的疏水材料能防止反应液被搅拌棒所携带。其工作方式大多为旋转式搅拌，也有震动搅拌方式。也设置了防止搅拌棒在不同反应液之间携带交叉污染的清洗措施。
（六）温控和定时系统
分析仪的反应杯浸浴在恒温循环水或恒温空气中，恒温循环水浴方式的优点是温度传递速度快，但保养要求较高，恒温空气浴方式保养简单，但温度传递速度不如恒温水浴循环方式。温度控制器能使循环水或循环空气的温度控制在规定温度±0.1℃。规定温度可有37℃和30℃两种选择，一般固定在37℃。还有一种恒温液循环加温方式，集干式空气浴和水浴的优点，恒温液为热容量高、蓄热能力强、无腐蚀的液体，使温度均匀稳定，且保养简单。
不同分析仪对检测吸光度的间隔时间有不同的规定，反应时间应该设定为此间隔时间的倍数。总反应时间一般限制在8.5min-10min内，个别分析仪可以设定为15min或22min等。
（七）光路和检测系统
自动生化分析仪以紫外可见分光光度法为主要的检测手段，与一般分光光度计一样，其光路和检测系统由光源、单色器和检测器组成。
1．光源 光源（light source）一般为卤素钨丝灯（halogen tungsten filament lamp），也有采用长寿命的氙灯（xe lamp），要求在340nm～800nm波长范围内能发射出稳定且较平坦的光能。
2．单色器 单色器（monochromato）采用①干涉滤光片（interference filter）分光系统，常带有340nm、38nm0、405nm、500nm、550nm、600nm、660nm等几种滤光片，各滤光片固定在转盘上，以转盘旋转的方式来选择波长。这种分光系统在半自动分析仪中常用，只能在一个检测项目完成后，改变一个波长，再检测另一个项目，且不能同时进行多波长检测。②光栅（raster）分光系统，常在340（或293）nm～850nm范围内选择10～13种固定的单色光。
光栅分光有前分光和后分光两种方式，目前以后分光方式为多见。后分光是光源先透过比色杯中的反应液再照射到光栅上，经色散后所有固定单色光同时通过各自的光纤传输到对应的检测器，微处理器按该分析项目的分析参数选择其中一个或两个波长（双波长方式）的吸光度值，用于分析结果的计算，参见图7-2。后分光的优点是单色器中没有转动部分，因而提高了检测的精度和速度。
3．检测器 检测器（detector）由光敏二极管及放大电路组成，可按设定的间隔时间连续测定各反应杯的吸光度值。
（八）数据处理系统
此系统具有多种数据处理功能。
1．计算测定结果 分析仪检测到的吸光度值或吸光度的变化值扣除试剂空白，乘以校准系数或计算因子K，再由方法学补偿系数a和b校正，即得到被测样品的浓度值或酶的活性。分析仪还可按设定的校准模式如线性或非线性的对数、指数等方式处理校准曲线，从而计算待测样品结果。
2．判断结果准确性 包括结果是否超过参考范围、结果是否超过线性范围和检测范围、试剂空白吸光度有无超范围、连续监测范围内吸光度值变化是否偏离线性，以及底物消耗是否超过设定范围等。
3．保存各种数据 电脑的存储介质不仅可以保存大量的测定结果，还可以保留一定数量的其它相关数据，如被分析项目各检测点吸光度值、各次校准的校准曲线、每天的室内质控数据等，以供随时查询。
4．自我诊断功能 能检测仪器工作状态，有关部分的温度、压力，以及空白比色杯吸光度等。
（九）清洗系统
多数全自动生化分析仪具有反应杯清洗装置。一个反应杯内的反应和检测结束后，该反应杯就被冲洗系统及时冲洗，其清洗过程是：由废液针吸取反应杯内废液，加入清洗剂（detergent）冲洗并抽干后，再经数次去离子水冲洗及抽干，更高级的仪器带有风干技术。然后做杯空白的吸光度检查，若通过检查则此反应杯可继续循环使用；如果不能通过，分析仪将提示该反应杯异常，并跳过此反应杯使用下一个反应杯，或提示更换反应杯。
在检测过程中，样品针、试剂针和搅拌棒一般在用于下一个样品、试剂或反应杯前即清洗一次，此时多数为去离子水冲洗，在一批检测完成后，则自动进行清洗剂清洗。
清洗剂可配有1至3种，除一种常规清洗剂外，其它1至2种可按设定对试剂针、样品针或反应杯进行补充清洗。
二、组合式自动分析仪
（一）组合式自动生化分析仪
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-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。
（二）实验室自动化系统
实验室自动化系统（laboratory automation system，LAS）是组合各自动分析系统如生化分析系统、免疫分析系统以及血液分析系统等，实现样品自动运输和电脑系统管理各部分的运行，其目的是为了提高工作效率和减少耗损。实验室自动化系统包括样品前处理系统、样品输送系统和各样品分析系统。不同功能的各模块以同一标准来连接，通过计算机控制运行。
样品前处理系统能独立工作，由样品投入部、离心分离部、开栓部、在线分注部、非在线分注部、贴条码部、盖栓部、样品分注收存部、样品接收部等模块构成前处理系统，每一模块既是系统的部分，又是独立的单元，可根据不同需要选择使用，具有灵活性和扩展性。因为采用了统一标准连接设计，前处理系统可通过样品输送部分与样品分析系统连接，组成类似工业领域的生产流水线，从而实现了从采血到报告的实验室全自动化。随着检测样品量的增加，只需添加需要的模块，将其插入连接，即可扩大处理能力。这样可避免同类硬件和功能的重复投资，节省占地面积所需的基础投入。当一模块发生故障时，其余模块仍在运行，在24小时内任意时间对模块进行交替保养维护，不影响日常工作。目前，样品前处理系统已较多用于自动生化分析仪。
由于实验室原拥有自动化分析仪的品牌、型号、档次各不相同，各实验室的检测要求也不同，目前设计和组成一个实用的实验室自动化系统尚不容易，而认为LAS是一个概念的引导更恰当，它是一个向理想实验室迈进的努力方向。 | 
