姚繼承 叢海燕 劉鵬 袁曉燕 曲業(yè)敏 宋宇 馬淑青 王明義

作者單位：264200 山東威海，威海市立醫(yī)院中心實驗室（姚繼承、從海燕、劉鵬、袁曉燕、曲業(yè)敏、宋宇、馬淑青、王明義）

264200 山東威海，威海威高生物科技有限公司（姚繼承）

全自動微粒子化學發(fā)光分析儀是臨床檢驗實驗室的基礎設施之一，其結(jié)構(gòu)復雜，功能完善，主要用于傳染性疾病、內(nèi)分泌激素、腫瘤標志物等檢測，極大程度地降低了人為操作失誤和主觀判斷因素的影響，檢測結(jié)果客觀準確［1-2］。溫度控制（溫控）系統(tǒng)作為全自動化學發(fā)光分析儀的關鍵部件之一，可保證樣本血清和試劑在特定溫度條件下進行檢測，這是為臨床提供可靠醫(yī)療參考數(shù)據(jù)的前提，因此其對溫度控制的精度和穩(wěn)定性直接影響儀器的檢測性能。為保證樣本反應及測量環(huán)節(jié)質(zhì)量，獲得精確的檢驗數(shù)據(jù)，在化學發(fā)光儀自主研制過程中對溫控系統(tǒng)的性能提出更高的要求。AutolumiS 3000 型化學發(fā)光分析儀采用模塊化分區(qū)設計的新型溫控系統(tǒng)，升溫快速、加熱均勻且穩(wěn)定性好，現(xiàn)對AutolumiS 3000 型溫控系統(tǒng)介紹如下。

1 溫控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

為保證溫度控制精度，最大限度地降低溫度變化對樣本檢測帶來的影響，AutolumiS 3000 型儀器使用新型溫控裝置系統(tǒng)，該溫控系統(tǒng)采用模塊化分區(qū)控制方法，分區(qū)主要包括孵育裝載區(qū)、孵育區(qū)、回送裝載區(qū)、試劑儲存區(qū)和測量區(qū)等。溫控系統(tǒng)的獨立設計提高了對溫度的控制精度，避免了因溫度變異引起的結(jié)果異常。主板芯片可實現(xiàn)總溫度動態(tài)控制，對溫度進行實時監(jiān)控，具有過熱保護作用。溫控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架圖見圖1。

圖1 溫控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架圖

2 孵育溫控模塊

2.1 孵育裝載區(qū) 孵育裝載區(qū)是將左加樣反應杯推送至孵育模塊的裝置，通過10W 56Ω 加熱電阻和溫度傳感器控制，對加樣樣本和試劑進行加熱，使溫度保持為（37±1）℃。孵育裝載溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2A。

2.2 孵育區(qū) 樣本與試劑混合后的反應過程對溫度極其敏感，維持該過程反應液溫度的準確和恒定是保證檢測結(jié)果準確可靠的關鍵，對控制精度的要求較高。該模塊通過加熱孵育箱內(nèi)的空氣，為化學反應的發(fā)生提供恒溫孵育環(huán)境，此過程預熱時間短、升溫快速而穩(wěn)定。孵育區(qū)溫控系統(tǒng)的被控對象為孵育1～16 槽反應杯中的免疫復合物，保證抗原-抗體在特定溫度條件下充分反應。孵育模塊的加熱片位于孵育箱下方，對孵育箱槽反應杯中結(jié)合的免疫復合物進行加熱，通過硅膠隔熱片下的溫度傳感器進行控制，使孵育區(qū)溫度保持為（37.0±0.5）℃。孵育模塊溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2B。

2.3 回送裝載區(qū) 回送裝載區(qū)將二次加樣的反應杯從回送區(qū)推送至孵育區(qū)，主要對二次加樣的樣本和試劑進行加熱，通過10W 56Ω 加熱電阻和溫度傳感器控制，使溫度保持為（37.0±1.0）℃?；厮脱b載溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2C。

圖2 孵育溫控模塊結(jié)構(gòu)示意圖

3 測量區(qū)溫控模塊

3.1 測量室內(nèi)部溫控結(jié)構(gòu) 采用空氣恒溫干浴溫控方式，測量區(qū)溫控模塊空氣通過聚酰亞胺加熱片1 和聚酰亞胺加熱片2 配合散熱片1 和散熱片2，對測量室內(nèi)部空氣進行加熱。傳感器1 和傳感器2 分別采用BW 熱保護器（塑殼）ABS-65 ℃控制兩個加熱片溫度。傳感器3 是內(nèi)部空氣溫度傳感器（型號為B57703M0103A017），通過調(diào)控保持內(nèi)部空氣溫度為（33.0±1.0）℃?？諝馔ㄟ^兩個風扇進行循環(huán)，以促進空氣的流動，避免局部過熱。測量區(qū)溫控模塊機械結(jié)構(gòu)圖和儀器實物圖見圖3A～B。

圖3 測量區(qū)溫控模塊結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 測量室外部溫控結(jié)構(gòu) 為減少環(huán)境因素對溫度穩(wěn)定性的影響，測量室外罩粘貼泡棉，可起到減少熱量散失、維持測量室內(nèi)溫度恒定的作用。測量室底板加熱采用溫度保護開關，可防止測量室室內(nèi)溫度通過底板散失，也增加了底板溫度保護的作用。見圖3C～D。

4 試劑儲存區(qū)溫控模塊

試劑儲存區(qū)溫控模塊的控制對象是試劑倉，對試劑倉進行制冷控制以維持低溫狀態(tài)，從而長期保證試劑質(zhì)量，其對溫控精度的要求低于孵育模塊。試劑區(qū)采用5 個半導體制冷機芯組件對試劑存儲區(qū)進行制冷，其中3 個串聯(lián)制冷機芯組件為一組，另外2 個串聯(lián)制冷機芯組件為一組，均勻分布在試劑倉底部。底部使用散熱片和風扇散熱，通過底部溫度傳感器控制保持試劑區(qū)溫度為8～12 ℃，見圖4。

圖4 試劑儲存區(qū)溫控模塊示意圖

5 討論

全自動生化分析儀是現(xiàn)代醫(yī)學檢驗所必需的重要設備，其研發(fā)涉及光學、機械、電子、生物化學分析等多學科多方面內(nèi)容［3］。自20 世紀90 年代以來，檢測高效、自動化程度高、功能齊全的大型自動生化分析儀成為現(xiàn)代化實驗室的主流裝備，其實現(xiàn)了實驗室化學檢測的自動化，節(jié)約了檢測時間，簡化了檢測程序，提高了檢測結(jié)果質(zhì)量，但國內(nèi)使用的此類儀器基本由國外進口［4］，直至21 世紀，我國為打破國外壟斷的市場，開始正式研發(fā)全自動生化分析儀。因為待測樣品和儀器試劑只有保持在特定的溫度下，生化檢測結(jié)果才具有可靠性，所以在整個儀器系統(tǒng)中，溫控系統(tǒng)的準確度將直接影響檢測結(jié)果的精準與否［5］?？偠灾?，各全自動生化分析儀能否對溫度進行精準調(diào)控是影響儀器性能好壞的關鍵。

微粒子化學發(fā)光法是目前常用于臨床感染性疾病檢測的免疫分析技術，其檢測原理主要涉及免疫分析階段抗原抗體的特異性結(jié)合，該化學反應過程對溫度變化極其敏感，因此實現(xiàn)溫度穩(wěn)定和精準控制是保證檢測結(jié)果準確可靠的關鍵［6-7］。目前，國產(chǎn)化學發(fā)光儀器的型號較少，且分析速度和精度與國外同類產(chǎn)品仍存在一定差距。溫控是化學發(fā)光儀的重要性能指標之一，注重自主研制過程中儀器溫控系統(tǒng)的設計，提高其穩(wěn)定性和均一性，可在一定程度上加快儀器自主化研發(fā)的進程。

隨著科技水平的發(fā)展，國內(nèi)外對溫控系統(tǒng)的設計也在不斷改進優(yōu)化，目前已研發(fā)出多種溫控方式，包括水浴、空氣浴、恒溫液浴加熱、固體干浴等［8］。AutolumiS 3000 溫控系統(tǒng)采用空氣恒溫干浴方式對孵育和測量環(huán)境進行加熱，升溫迅速，并通過風扇使空氣流動，避免了局部過熱對檢測結(jié)果的影響，克服了水浴恒溫方式升溫過程緩慢的缺點。水浴恒溫方式的優(yōu)點為溫度均勻且穩(wěn)定，但恒溫水在長時間使用過程中水質(zhì)清潔度會降低，導致微生物或礦物質(zhì)聚集沉淀，須定期換水并防止氣泡產(chǎn)生，以維持溫控精度，操作較為繁瑣［3］；而固體干浴方式雖然導熱快且不易受環(huán)境影響，但由于溫控裝置中加熱帶電阻值可能存在分布不均勻的現(xiàn)象，通過接觸式熱傳導直接傳遞熱量會使反應液受熱不均而導致化學反應不充分，對檢測結(jié)果有一定影響［9-10］；恒溫液加熱方式指在反應杯周圍循環(huán)一種不變質(zhì)、不蒸發(fā)、無污染的穩(wěn)定液，恒溫液的特點為熱容量高、蓄熱能力強、無腐蝕性，該技術既能兼顧水浴恒溫方式溫度穩(wěn)定且均勻的優(yōu)點，又能保留空氣浴升溫快、無需維護保養(yǎng)的優(yōu)點，還克服了固體干浴加熱不均的缺點，也不存在水浴水質(zhì)及氣泡的影響，是目前性能最好的孵育方式，但其結(jié)構(gòu)設計復雜，產(chǎn)品化成本較高，導致應用受限［11］。

綜上所述，AutolumiS 3000 溫控系統(tǒng)通過模塊化分區(qū)設計對各溫控部位進行調(diào)控，能精準實現(xiàn)試劑區(qū)與功能區(qū)對溫度的不同需求，提高了溫度控制的靈敏性。該系統(tǒng)的孵育區(qū)和測量區(qū)通過加熱片、散熱片與溫度傳感器共同調(diào)控，對空氣進行加熱，使反應液溫度分別精確控制在（37.0±0.5）℃和（33.0±1.0）℃，試劑存儲區(qū)采用半導體制冷機芯組件對試劑倉進行制冷可保證溫度維持在8～12 ℃，獨立的溫控模塊設計可有效避免溫度差異引起的結(jié)果異常，從而使全自動化學發(fā)光分析儀的檢測性能得到提高。