臨床生物化學:第一節(jié)　臨床生化自動分析儀的類型

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，隨著科學技術(shù)尤其是醫(yī)學科學的發(fā)展，各種生化自動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)流動式（管道式)、分立式、離心式和干片式四類。新型的自動分析儀常裝有：樣品識別、自動加樣、自動檢測、數(shù)據(jù)處理、打印報告和自動報警等裝置。

（一)管道式分析儀

管道式分析儀的特點是測定項目相同的各待測樣品與試劑混合后的化學反應(yīng)，是在同一管道中經(jīng)流動過程完成的。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間隔每個樣品的反應(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、比色計和記錄器幾個部件所組成（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　單通道管道式自動分析儀結(jié)構(gòu)示意圖

將幾個單通道管道式分析儀結(jié)合起來，對一個樣品同時測定幾個項目。著名的有12通道分析儀，命名為順序多項自動分析儀（sequential multiple autoanalyzer)，簡稱SMA12/60。同時發(fā)展為SMAC，C為計算機（computer)的縮寫。這類大型分析儀至今仍有使用者。它對每個樣品可同時分析12個項目，每小時可分析60個樣品。后來發(fā)現(xiàn)不加入空氣泡，更有利于結(jié)果的檢測，發(fā)展為流動注射分析法（flowinjection analysis)。試劑的流動仍用比例泵驅(qū)動，樣品用轉(zhuǎn)動閥加入液流，反應(yīng)后比色檢測。

（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)奏的機械操作代替手工，各環(huán)節(jié)用轉(zhuǎn)送帶連接起來，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取樣和加試劑，而不用比例泵；前者一般沒有透析器，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)展起來的一種分析儀，由Anderson設(shè)計，其特點是化學反應(yīng)器裝在離心機的轉(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)，當離心機開動后，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)，通過比色計進行檢測（圖19-3)。這類分析儀特點是①在整個分析過程中，各樣品與試劑的混合、反應(yīng)和檢測等每一步驟，幾乎都是同時完成的，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。②樣品量和試劑量均為微量級（樣品用1-50μl，試劑120-300μl)，快速分析（每小時可分析600個樣品以上)。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)動時，各比色槽被輪流連續(xù)監(jiān)測，如轉(zhuǎn)速為960r/min，轉(zhuǎn)頭上有20個比色槽，則每分鐘可接受19200個電信號，配有微機進行控制和數(shù)據(jù)處理。

圖19-3　離心式自動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)。加樣時轉(zhuǎn)頭置于加樣部分。加樣完畢后將轉(zhuǎn)頭移至離心機上。分析部分，除安裝轉(zhuǎn)頭的離心機外，還有溫控和光學檢測系統(tǒng)，并有微機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年代問世的。首先Eastman Kodak公司以其精湛的化學工藝造出了測定血清中血糖、尿素、蛋白質(zhì)、膽固醇等的干式試劑片。當加上定量的血清后，在干片的前面產(chǎn)生顏色反應(yīng)，用反射光度計檢測即可進行定量。這類方法完全革除了液體試劑，故稱干化學法。Boehringer Mannheim公司推出了用全血的干征試劑。即將血細胞排除于濾膜之外，而血漿與試劑發(fā)生反應(yīng)后顯色檢測。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行電解質(zhì)的測定。這類干片均為一次性使用，故成本較貴。

二、半自動生化分析儀

半自動生化分析儀指在分析過程中的部分操作（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完成。這類儀器的特點是體積小，結(jié)構(gòu)簡單，靈活性大，既可分開單獨使用，又可與其他儀器配套使用，價格便宜，一般在分立式分析儀中多常見。

荷蘭VitalScientific生產(chǎn)的ISP-M半自動生化分析儀，是一種典型且性能比較好的半自動生化分析儀，能應(yīng)用于動力學法、兩點法及終點法的檢測，可以采用人機對話的方式把要檢測的30個項目的各參數(shù)輸入儀器進行貯存，也可以隨試驗項目、方法、試劑等條件的改變而隨時進行修改。它有一個微量流動比色杯，因此每次檢測所需反應(yīng)液很少，一般用400μl左右即可。還有一個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)迅速達到要求的溫度。所有的檢測步驟及試劑結(jié)果，可由顯示窗顯示及由打印機自動打印出來。

這類儀器一般不受試劑、方法的限制，國產(chǎn)試劑、自己配制的試劑及自行設(shè)計的方法均可在儀器上進行檢測，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、小型檢驗單位作為日常生化檢測的主要儀器，也適用于作急診生化檢測及外出執(zhí)行任務(wù)時使用。

這類儀器使用時應(yīng)注意：①大多使用固定的比色池，結(jié)果的重復性比較好，但由于檢測方法、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確性。②如反復出現(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在作動力學方法檢測時，要注意試驗的反應(yīng)原理，如果是吸光度下降的應(yīng)在濃度因數(shù)（F)值前面加負號，否則結(jié)果不準。做酶動力學方法檢測時，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，在延遲時間內(nèi)基質(zhì)已被消耗完。此時，必須把樣品進行稀釋后再進行檢測。④出現(xiàn)儀器不吸液體，常常由于儀器長時間不用，吸液管被壓扁而堵塞，只要稍加揉擦即可暢通，如管道由于不及時清洗而造成的堵塞，這就要進行清洗或更換。⑤在使用過程中，嚴格吸入強酸試劑，否則將會損壞吸管的金屬頭，每次使用完畢，都必須用蒸餾水沖洗比色池和管道，如果在反復多次吸入蒸餾水后，不能調(diào)整零點，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。儀器長時間不用，應(yīng)在一個月內(nèi)通電一次，否則儀器內(nèi)程序的記憶即消失。

三、全自動生化分析儀

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

自美國Technicon公司于1957年成功地生產(chǎn)了世界上第一臺全自動生化分析儀后，各種型號和功能不同的全自動生化分析儀不斷涌現(xiàn)，為醫(yī)院臨床生化檢驗的自動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)測等檢測，可隨機安排程序，既可根據(jù)需要輸入單一項目成批分析，又可按臨床醫(yī)生根據(jù)患者病情不同要求，選擇性的多項組合分析；結(jié)果報告既能打印出每個項目的報告，也能按人打印出所做全部項目的累積報告。在測試過程中可隨時加入急診項目，優(yōu)先分析，打印出報告后，儀器仍按原輸入程序繼續(xù)進行檢測。儀器以微機控制，采用人機對話方式來安排程序操作，可自由編排和清除程序，可貯存100個以上分析方法，可進行統(tǒng)計學處理，求均值、標準差、變異系數(shù)、相關(guān)系數(shù)等。有的分析儀采用了化學惰性“液囊式技術(shù)”（capsulechemistry technology)，可將不同的分析標本或各種試驗項目嚴格地分立開，互不摻雜，無需用水作為沖洗系統(tǒng)去防止交叉污染，更有利于隨時任選項目檢測。

這類儀器適應(yīng)在大、中型檢測單位用于臨床生化項目的檢測。

縱觀臨床生化自動分析儀的發(fā)展史，也是臨床生化檢測方法學的發(fā)展史，最初出現(xiàn)的管道式分析儀適應(yīng)了化學分析的需要，設(shè)計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，已無必要進行透析分離。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.zxtf.net.cn/shouyi/生產(chǎn)工藝革新的產(chǎn)物。隨著方法學的改進，分析的反應(yīng)部分的體積逐漸縮小，而檢測、監(jiān)控和信息處理部分，多數(shù)由微機擔任，體積則逐漸擴展，直至可將測定結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，輸送至病房。有人預言，隨著電化學分析法的進展，各種特異性電極的研制成功，將來的自動分析儀有可能由許多精細的電極組成，則其結(jié)構(gòu)將比現(xiàn)有的分析儀更簡單化。