臨床生物化學(xué):第一節(jié)　臨床生化自動(dòng)分析儀的類型

一、概述

自50年代Skeggs首次介紹一種臨床生化分析儀的原理以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)尤其是醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展，各種生化自動(dòng)分析儀和診斷試劑均有了很大發(fā)展，根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)原理不同，可分為連續(xù)流動(dòng)式（管道式)、分立式、離心式和干片式四類。新型的自動(dòng)分析儀常裝有：樣品識(shí)別、自動(dòng)加樣、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、打印報(bào)告和自動(dòng)報(bào)警等裝置。

（一)管道式分析儀

管道式分析儀的特點(diǎn)是測(cè)定項(xiàng)目相同的各待測(cè)樣品與試劑混合后的化學(xué)反應(yīng)，是在同一管道中經(jīng)流動(dòng)過(guò)程完成的。這類儀器一般可分為空氣分段系統(tǒng)式和非分段系統(tǒng)式。所謂空氣分段系統(tǒng)是指在吸入管道的每一個(gè)樣品、試劑以及混合后的反應(yīng)液之間，均由一小段空氣間隔開；而非分段系統(tǒng)是靠試劑空白或緩沖液來(lái)間隔每個(gè)樣品的反應(yīng)液。在管道式分析儀中，以空氣分段系統(tǒng)式最多，且較典型，整套儀器是由樣品盤、比例泵、混合管、透析器、恒溫器、比色計(jì)和記錄器幾個(gè)部件所組成（圖19-1)。管道內(nèi)的圓圈表示氣泡，氣泡可將樣品及試劑分隔為許多液柱，并起一定的攪拌作用，但氣泡影響比色，必須在比色前除去。

圖19-1　單通道管道式自動(dòng)分析儀結(jié)構(gòu)示意圖

將幾個(gè)單通道管道式分析儀結(jié)合起來(lái)，對(duì)一個(gè)樣品同時(shí)測(cè)定幾個(gè)項(xiàng)目。著名的有12通道分析儀，命名為順序多項(xiàng)自動(dòng)分析儀（sequential multiple autoanalyzer)，簡(jiǎn)稱SMA12/60。同時(shí)發(fā)展為SMAC，C為計(jì)算機(jī)（computer)的縮寫。這類大型分析儀至今仍有使用者。它對(duì)每個(gè)樣品可同時(shí)分析12個(gè)項(xiàng)目，每小時(shí)可分析60個(gè)樣品。后來(lái)發(fā)現(xiàn)不加入空氣泡，更有利于結(jié)果的檢測(cè)，發(fā)展為流動(dòng)注射分析法（flowinjection analysis)。試劑的流動(dòng)仍用比例泵驅(qū)動(dòng)，樣品用轉(zhuǎn)動(dòng)閥加入液流，反應(yīng)后比色檢測(cè)。

（二)分立式分析儀

所謂分立式，是指按手工操作的方式編排程序，并以有節(jié)奏的機(jī)械操作代替手工，各環(huán)節(jié)用轉(zhuǎn)送帶連接起來(lái)，按順序依次操作。分立式分析儀與管道式分析儀在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別為：前者各個(gè)樣品和試劑在各自的試管中起反應(yīng)，而后者是在同一管道中起反應(yīng)；前者采用由采樣器和加液器組成的稀釋器來(lái)取樣和加試劑，而不用比例泵；前者一般沒(méi)有透析器，如要除蛋白質(zhì)等干擾，需另行處理。恒溫器必須能容納需保溫的試管和試管架，所以比管道式分析儀的體積要大。除此以外，其它部件與管道式的基本相似。分立式分析儀的基本結(jié)構(gòu)如圖19-2。Dupout公司還推出一種袋式分析儀，即試管變?yōu)樗芰洗�，反�?yīng)在袋內(nèi)進(jìn)行，也以袋作比色杯。這種袋只能一次性使用。

圖19-2　分立式自動(dòng)分析儀結(jié)構(gòu)示意圖

（三)離心式分析儀

離心式分析儀是1969年以后發(fā)展起來(lái)的一種分析儀，由Anderson設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是化學(xué)反應(yīng)器裝在離心機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，該圓形反應(yīng)器稱為轉(zhuǎn)頭，先將樣品和試劑分別置于轉(zhuǎn)頭內(nèi)，當(dāng)離心機(jī)開動(dòng)后，圓盤內(nèi)的樣品和試劑受離心力的作用而相互混合發(fā)生反應(yīng)，最后流入圓盤外圈的比色槽內(nèi)，通過(guò)比色計(jì)進(jìn)行檢測(cè)（圖19-3)。這類分析儀特點(diǎn)是①在整個(gè)分析過(guò)程中，各樣品與試劑的混合、反應(yīng)和檢測(cè)等每一步驟，幾乎都是同時(shí)完成的，不同于管道式和分立式分析儀的“順序分析”，而是基于“同步分析”的原理而設(shè)計(jì)。②樣品量和試劑量均為微量級(jí)（樣品用1-50μl，試劑120-300μl)，快速分析（每小時(shí)可分析600個(gè)樣品以上)。③轉(zhuǎn)頭是這類分析儀的特殊結(jié)構(gòu)。早期的轉(zhuǎn)頭由轉(zhuǎn)移盤、比色槽、上下玻璃卷和上下套殼六個(gè)部件組成，現(xiàn)已被一次成型的塑料制品代替。轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各比色槽被輪流連續(xù)監(jiān)測(cè)，如轉(zhuǎn)速為960r/min，轉(zhuǎn)頭上有20個(gè)比色槽，則每分鐘可接受19200個(gè)電信號(hào)，配有微機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。

圖19-3　離心式自動(dòng)分析儀工作原理示意圖

離心式分析儀主要由兩部分組成，一為加樣部分，二為分析部分。加樣部分包括樣品盤、試劑盤、吸樣臂（或管)、試劑臂（加液器)和電子控制部分（鍵盤和顯示器等)。加樣時(shí)轉(zhuǎn)頭置于加樣部分。加樣完畢后將轉(zhuǎn)頭移至離心機(jī)上。分析部分，除安裝轉(zhuǎn)頭的離心機(jī)外，還有溫控和光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，并有微機(jī)信息處理和顯示系統(tǒng)。

（四)干片式分析儀

干片式分析儀是80年代問(wèn)世的。首先Eastman Kodak公司以其精湛的化學(xué)工藝造出了測(cè)定血清中血糖、尿素、蛋白質(zhì)、膽固醇等的干式試劑片。當(dāng)加上定量的血清后，在干片的前面產(chǎn)生顏色反應(yīng)，用反射光度計(jì)檢測(cè)即可進(jìn)行定量。這類方法完全革除了液體試劑，故稱干化學(xué)法。Boehringer Mannheim公司推出了用全血的干征試劑。即將血細(xì)胞排除于濾膜之外，而血漿與試劑發(fā)生反應(yīng)后顯色檢測(cè)。干片試劑結(jié)構(gòu)示意圖見圖19-4。

圖19-4　平片試劑結(jié)構(gòu)示意圖

干片不僅包括試劑，也可由電極構(gòu)成，所以這類分析儀也可進(jìn)行電解質(zhì)的測(cè)定。這類干片均為一次性使用，故成本較貴。

二、半自動(dòng)生化分析儀

半自動(dòng)生化分析儀指在分析過(guò)程中的部分操作（如加樣、保溫、吸入比色、結(jié)果記錄等某一步驟)需手工完成，而另一部分操作則可由儀器自動(dòng)完成。這類儀器的特點(diǎn)是體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈活性大，既可分開單獨(dú)使用，又可與其他儀器配套使用，價(jià)格便宜，一般在分立式分析儀中多常見。

荷蘭VitalScientific生產(chǎn)的ISP-M半自動(dòng)生化分析儀，是一種典型且性能比較好的半自動(dòng)生化分析儀，能應(yīng)用于動(dòng)力學(xué)法、兩點(diǎn)法及終點(diǎn)法的檢測(cè)，可以采用人機(jī)對(duì)話的方式把要檢測(cè)的30個(gè)項(xiàng)目的各參數(shù)輸入儀器進(jìn)行貯存，也可以隨試驗(yàn)項(xiàng)目、方法、試劑等條件的改變而隨時(shí)進(jìn)行修改。它有一個(gè)微量流動(dòng)比色杯，因此每次檢測(cè)所需反應(yīng)液很少，一般用400μl左右即可。還有一個(gè)非常敏感的能控制三種溫度（25℃、30℃、37℃)的恒溫器，能在數(shù)秒鐘內(nèi)迅速達(dá)到要求的溫度。所有的檢測(cè)步驟及試劑結(jié)果，可由顯示窗顯示及由打印機(jī)自動(dòng)打印出來(lái)。

這類儀器一般不受試劑、方法的限制，國(guó)產(chǎn)試劑、自己配制的試劑及自行設(shè)計(jì)的方法均可在儀器上進(jìn)行檢測(cè)，而且由于儀器的體積小、重量輕、操作方便、反應(yīng)迅速，尤其適合中、小型檢驗(yàn)單位作為日常生化檢測(cè)的主要儀器，也適用于作急診生化檢測(cè)及外出執(zhí)行任務(wù)時(shí)使用。

這類儀器使用時(shí)應(yīng)注意：①大多使用固定的比色池，結(jié)果的重復(fù)性比較好，但由于檢測(cè)方法、所加試劑及樣品量都很少，因此要特別注意取樣和加試劑的準(zhǔn)確性。②如反復(fù)出現(xiàn)非線性（NL)大于10％，應(yīng)考慮試劑是否變質(zhì)及所編程序是否合適。③在作動(dòng)力學(xué)方法檢測(cè)時(shí)，要注意試驗(yàn)的反應(yīng)原理，如果是吸光度下降的應(yīng)在濃度因數(shù)（F)值前面加負(fù)號(hào)，否則結(jié)果不準(zhǔn)。做酶動(dòng)力學(xué)方法檢測(cè)時(shí)，還要注意開始的吸光度（Ai)，如果特別低，可能由于樣品中酶活力較高，在延遲時(shí)間內(nèi)基質(zhì)已被消耗完。此時(shí)，必須把樣品進(jìn)行稀釋后再進(jìn)行檢測(cè)。④出現(xiàn)儀器不吸液體，常常由于儀器長(zhǎng)時(shí)間不用，吸液管被壓扁而堵塞，只要稍加揉擦即可暢通，如管道由于不及時(shí)清洗而造成的堵塞，這就要進(jìn)行清洗或更換。⑤在使用過(guò)程中，嚴(yán)格吸入強(qiáng)酸試劑，否則將會(huì)損壞吸管的金屬頭，每次使用完畢，都必須用蒸餾水沖洗比色池和管道，如果在反復(fù)多次吸入蒸餾水后，不能調(diào)整零點(diǎn)，應(yīng)用清潔液浸泡比色池。具體操作是將溫度放在37℃，用10％清潔液（dete-rgent)充滿比色池，浸泡15分鐘，再用水沖洗。儀器長(zhǎng)時(shí)間不用，應(yīng)在一個(gè)月內(nèi)通電一次，否則儀器內(nèi)程序的記憶即消失。

三、全自動(dòng)生化分析儀

全自動(dòng)生化分析儀，從加樣至出結(jié)果的全過(guò)程完全由儀器自動(dòng)完成。操作者只需把樣品放在分析儀的特定位置上，選用程序開動(dòng)儀器即可等取檢驗(yàn)報(bào)告。由于分析中沒(méi)有手工操作步驟，故主觀誤差很少，且由于該類儀器一般都具有自動(dòng)報(bào)告異常情況，自動(dòng)校正自身工作狀態(tài)的功能，因此系統(tǒng)誤差也較小，給使用者帶來(lái)很大的便利。

自美國(guó)Technicon公司于1957年成功地生產(chǎn)了世界上第一臺(tái)全自動(dòng)生化分析儀后，各種型號(hào)和功能不同的全自動(dòng)生化分析儀不斷涌現(xiàn)，為醫(yī)院臨床生化檢驗(yàn)的自動(dòng)化邁出了十分重要的一步。這類儀器的功能全，靈活性大，易于操作，大多采用吸光度、熒光、光散、濁度測(cè)定技術(shù)和離子選擇電極系統(tǒng)，用于常規(guī)生化、特殊蛋白和藥物監(jiān)測(cè)等檢測(cè)，可隨機(jī)安排程序，既可根據(jù)需要輸入單一項(xiàng)目成批分析，又可按臨床醫(yī)生根據(jù)患者病情不同要求，選擇性的多項(xiàng)組合分析；結(jié)果報(bào)告既能打印出每個(gè)項(xiàng)目的報(bào)告，也能按人打印出所做全部項(xiàng)目的累積報(bào)告。在測(cè)試過(guò)程中可隨時(shí)加入急診項(xiàng)目，優(yōu)先分析，打印出報(bào)告后，儀器仍按原輸入程序繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)。儀器以微機(jī)控制，采用人機(jī)對(duì)話方式來(lái)安排程序操作，可自由編排和清除程序，可貯存100個(gè)以上分析方法，可進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，求均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、相關(guān)系數(shù)等。有的分析儀采用了化學(xué)惰性“液囊式技術(shù)”（capsulechemistry technology)，可將不同的分析標(biāo)本或各種試驗(yàn)項(xiàng)目嚴(yán)格地分立開，互不摻雜，無(wú)需用水作為沖洗系統(tǒng)去防止交叉污染，更有利于隨時(shí)任選項(xiàng)目檢測(cè)。

這類儀器適應(yīng)在大、中型檢測(cè)單位用于臨床生化項(xiàng)目的檢測(cè)。

縱觀臨床生化自動(dòng)分析儀的發(fā)展史，也是臨床生化檢測(cè)方法學(xué)的發(fā)展史，最初出現(xiàn)的管道式分析儀適應(yīng)了化學(xué)分析的需要，設(shè)計(jì)了透析器等排除蛋白質(zhì)干擾的裝置，但是隨著表面活性劑的應(yīng)用，消除了蛋白質(zhì)的沉淀干擾，已無(wú)必要進(jìn)行透析分離。隨著酶試劑的生產(chǎn)，許多以特異性酶促反應(yīng)的測(cè)定方法，消除了干擾物的影響。這是分立式和離心式分析儀發(fā)展的原因之一。干片式分析儀更是試劑m.quanxiangyun.cn/shouyi/生產(chǎn)工藝革新的產(chǎn)物。隨著方法學(xué)的改進(jìn)，分析的反應(yīng)部分的體積逐漸縮小，而檢測(cè)、監(jiān)控和信息處理部分，多數(shù)由微機(jī)擔(dān)任，體積則逐漸擴(kuò)展，直至可將測(cè)定結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，輸送至病房。有人預(yù)言，隨著電化學(xué)分析法的進(jìn)展，各種特異性電極的研制成功，將來(lái)的自動(dòng)分析儀有可能由許多精細(xì)的電極組成，則其結(jié)構(gòu)將比現(xiàn)有的分析儀更簡(jiǎn)單化。