張昊 吳剛 姜健軍 謝小恒 史亮 艾康生物技術(shù)（杭州）有限公司 （浙江 杭州 310030）

內(nèi)容提要： 化學發(fā)光免疫分析是將具有高靈敏度的化學發(fā)光測定與高特異性的免疫反應(yīng)結(jié)合，用于檢測微量抗原或抗體的一種新型免疫分析技術(shù)。全自動化學發(fā)光免疫分析儀通過機械運動來實現(xiàn)測試過程中的取放反應(yīng)杯，加樣本和試劑、混勻、孵育和測量等操作步驟，可節(jié)省勞動力成本并排除人為誤差，確保結(jié)果的準確性和一致性。艾康生物技術(shù)（杭州）有限公司Robust i系列首臺全自動化學發(fā)光免疫分析儀（Robust i1000）的研究和設(shè)計工作完成，于2017年順利取得該產(chǎn)品的CFDA注冊證。文章就該儀器的基本結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)作一個簡要的回顧和介紹。

化學發(fā)光免疫分析是目前世界公認的先進的免疫診斷技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學檢驗和生命科學研究中[1,2]。利用抗原和抗體的特異性反應(yīng)作為檢測手段，可以進行傳染病類、性激素類、甲狀腺類、腫瘤標記物等項目檢測?；瘜W發(fā)光免疫分析是將具有高靈敏度的化學發(fā)光測定與高特異性的免疫反應(yīng)結(jié)合，用于檢測微量抗原或抗體的一種新型免疫分析技術(shù)。與其他免疫分析方法相比，化學發(fā)光免疫分析具有簡便快速、靈敏度高、線性動力學范圍寬、結(jié)果穩(wěn)定、誤差小、安全性好和使用期長的優(yōu)點。

化學發(fā)光免疫檢測的基本原理是利用化學發(fā)光反應(yīng)的試劑標記抗原或抗體，這些經(jīng)過標記的抗原或抗體與被測物質(zhì)經(jīng)過一系列的免疫反應(yīng)和理化步驟，最后通過測定發(fā)光強度來測定被測物的含量。全自動化學發(fā)光免疫分析儀通過機械運動來實現(xiàn)測試過程中的取放反應(yīng)杯，加樣本和試劑、混勻、孵育和測量等操作步驟。由于其自動化程度高，用自動化來取代人工，不僅可以節(jié)省寶貴的勞動力成本，更重要的是排除了人為誤差，有效確保結(jié)果的準確性和一致性?；谝陨线@些優(yōu)勢，全自動化學發(fā)光免疫分析儀在醫(yī)學檢測領(lǐng)域的發(fā)展十分迅速。目前化學發(fā)光高端免疫診斷市場規(guī)模超過200億。

在此背景下，艾康生物技術(shù)（杭州）有限公司依靠自身技術(shù)積累，歷經(jīng)6年時間，完成了Robust i系列首臺全自動化學發(fā)光免疫分析儀（Robust i1000）的研究和設(shè)計工作，于2017年順利取得該產(chǎn)品的CFDA注冊證。本文就該儀器的基本結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)作一個簡要的回顧和介紹，具有一定的研究價值和現(xiàn)實意義。

1.儀器的基本結(jié)構(gòu)

如圖1所示，全自動化學發(fā)光免疫分析儀主要由以下幾個組件組成：①樣本盤：用于存放被測樣本以及通過掃碼裝置使上位機自動獲取樣本信息。②試劑盤：用于在4～8°C的環(huán)境下貯存測試所用的試劑，同時試劑盤中帶有磁珠液混勻機構(gòu)。③試劑（樣本）加樣機構(gòu)：用于試劑（及磁珠）、樣本、稀釋液等的提取和添加。④孵育盤：孵育盤內(nèi)放置反應(yīng)杯，完成樣本的添加、試劑（及磁珠）的添加及孵育等功能。孵育盤的孵育溫度為（37±0.5）°C。⑤混勻機構(gòu)：混勻機構(gòu)是一個能讓試劑和樣本充分反應(yīng)的振動混勻裝置。⑥機械手：機械手通過控制機械手的開閉和機械臂在X 、Y、Z三個方向的移動，實現(xiàn)在各模塊間取放和搬運反應(yīng)杯的相關(guān)操作。⑦液路模塊：液路系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：樣本針和試劑針清洗、磁珠清洗、底物液注入、廢液處理、以及純化水供應(yīng)。⑧清洗站：用于完成磁分離清洗。⑨光路檢測模塊：光路檢測模塊實現(xiàn)檢測發(fā)光值以及反應(yīng)杯丟棄的功能。

圖1. Robust i1000俯視結(jié)構(gòu)圖

圖2. 樣本。試劑加樣系統(tǒng)示意圖

2.關(guān)鍵技術(shù)研究

Robust i系列全自動化學發(fā)光免疫分析儀涉及光學、機械、電子、軟件、液路等多方面的綜合技術(shù)，其涉及專業(yè)方向廣、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計難度較大。尤其是微量樣本、試劑精確加樣，發(fā)光檢測等技術(shù)對儀器性能影響重大。

2.1 微量樣本、試劑精確加樣技術(shù)

儀器的整個加樣系統(tǒng)如圖2所示，加樣的器件包括一根加樣針，一個三通旋轉(zhuǎn)閥和一個注射泵。清洗的器件包括一臺內(nèi)壁清洗泵，一臺外壁清洗泵，一個清洗池以及一瓶探針清洗液。吸取試樣時，三通旋轉(zhuǎn)閥將注射泵和加樣針導(dǎo)通，加樣針探到試管中的樣本液面下，然后通過注射泵活塞的移動將樣本吸入鋼針中。試樣加注時，加樣針通過運動機構(gòu)移動到反應(yīng)容器上方，然后通過注射泵活塞的移動將樣本注入反應(yīng)容器中。清洗加樣針時，加樣針移動到清洗池中，三通旋轉(zhuǎn)閥將加樣針的內(nèi)壁管路與內(nèi)壁清洗泵導(dǎo)通，然后同時打開內(nèi)壁清洗泵和外壁清洗泵，實現(xiàn)對加樣針內(nèi)、外壁的清洗。

通過在儀器上的測量驗證，Robust i1000的加樣系統(tǒng)其加樣精度在進行最小5μL加樣時，其加樣誤差在±1μL以內(nèi)，CV＜5%。其攜帶污染率≤1×10-5。各項指標均滿足國家相關(guān)行業(yè)標準[3]。

2.2 發(fā)光檢測技術(shù)

儀器的發(fā)光檢測采用了單光子計數(shù)技術(shù)。其核心部分是一個專門定制的光電倍增管，光電倍增管主要由三個部分構(gòu)成：光電陰極、電子倍增系統(tǒng)、陽極。當光子打到光電陰極時，陰極釋放出光電子；該電子在電場作用下射向第一倍增電極，引起電子的二次發(fā)射，激發(fā)出更多的電子，然后在電場作用下飛向下一個倍增電極，又激發(fā)出更多的電子。就這樣經(jīng)過多個倍增電極的反復(fù)放大，最后使陽極產(chǎn)生了一個能量遠高于最初樣本發(fā)射光子的電脈沖信號。該信號經(jīng)放大器放大后，再通過甄別器濾除部分噪音脈沖，最后由計數(shù)器輸出光子脈沖數(shù)到控制系統(tǒng)。

3.小結(jié)

從目前國內(nèi)競爭格局來看，化學發(fā)光由于其較高的技術(shù)壁壘以及國產(chǎn)品牌介入的時間相對較晚，整個化學發(fā)光免疫分析的行業(yè)市場總體而言還是國外巨頭相對壟斷的階段，從行業(yè)目前競爭格局來看，羅氏占據(jù)約44%市場份額，雅培占據(jù)約24%市場份額，貝克曼和西門子分別占據(jù)13%和4%的市場份額，國產(chǎn)品牌只占據(jù)15%市場，替代空間巨大。正是瞄準這一空間，艾康生物結(jié)合自身的研發(fā)優(yōu)勢，于2011年起開始化學發(fā)光儀器和試劑項目的產(chǎn)品開發(fā)。截至目前，已獲得Robust i1000化學發(fā)光分析儀和首批9種試劑項目的醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊證，在未來2、3年，艾康生物將繼續(xù)進行Robust i系列更高測試通量的儀器的研制并進一步拓展其配套試劑的項目數(shù)，市場前景可期。