劉海珠 姚繼承 劉 鵬 王曉偉 王明義*

化學(xué)發(fā)光分析儀是臨床實(shí)驗(yàn)室中常用的自動(dòng)化檢測(cè)儀器，該儀器可減少手工操作環(huán)節(jié)，加快檢測(cè)速度，縮短檢測(cè)時(shí)間。自動(dòng)加樣系統(tǒng)作為化學(xué)發(fā)光分析儀的關(guān)鍵組成部分，對(duì)待測(cè)物及試劑加樣的精確程度將直接影響分析標(biāo)本的結(jié)果[1-2]。通過(guò)分析微量液體加樣裝置的工作原理，設(shè)計(jì)出AutolumiS 3000型全自動(dòng)微粒子化學(xué)發(fā)光分析儀微量液體精確加樣裝置，較大幅度提高了檢驗(yàn)準(zhǔn)確性和結(jié)果可靠性。

1 設(shè)計(jì)原理

目前，接觸式與非接觸式加樣是國(guó)內(nèi)外加樣裝置設(shè)計(jì)的常用方式，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，非接觸式加樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，需通過(guò)外帶氣源在外力作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本及試劑的吸取與釋放，在技術(shù)上更難于實(shí)現(xiàn)[3]。因此AutolumiS 3000型全自動(dòng)微粒子化學(xué)發(fā)光分析儀(威海威高生物有限公司)加樣系統(tǒng)采用針管接觸式加樣方式，針管設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且可用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)本加樣體積的調(diào)整。由于各類標(biāo)本及試劑的密度狀態(tài)有所不同，部分樣本的釋放不能直接滴落，因此該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，由X軸、Y軸和Z軸實(shí)現(xiàn)加樣臂移動(dòng)，調(diào)整加樣針到反應(yīng)杯側(cè)面距離，使液滴接觸反應(yīng)杯側(cè)面從而實(shí)現(xiàn)試樣的加注。通過(guò)加樣針的Tefflon涂層與鈦合金材質(zhì)設(shè)計(jì)，使其杜絕懸滴掛液且具有良好的防撞功能。此外，該加樣針還設(shè)有液面檢測(cè)、凝塊探測(cè)、堵針報(bào)警、試劑、耗材以及廢液余量自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能。為防止前后兩份檢測(cè)樣本間量的干擾及交叉污染，該系統(tǒng)中設(shè)有涌泉式內(nèi)外壁清洗裝置。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

化學(xué)發(fā)光分析儀的自動(dòng)加樣系統(tǒng)主要包括微量加樣裝置和自動(dòng)清洗裝置，用于樣本及試劑的微量精準(zhǔn)吸取與釋放和加樣針及管路的自動(dòng)清洗。

2.1 微量加樣裝置

(1)加樣裝置結(jié)構(gòu)。加樣單元外部采用雙針雙臂設(shè)計(jì)，分別加樣本及試劑，加樣臂由2個(gè)三維運(yùn)動(dòng)臂構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)樣本、磁珠和試劑的精確加樣，加樣裝置總體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 加樣裝置總體結(jié)構(gòu)圖

(2)針管接觸式加樣針。加樣裝置是加樣系統(tǒng)的核心，針管式加樣部分是加樣裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，直接影響著加樣的精度和準(zhǔn)確性。AutolumiS 3000型針管式加樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，該設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)，容易控制加樣精度和調(diào)整加樣體積，針管活塞直徑小，最大外徑為Ф1.44 mm，最小外徑為Ф1.1 mm，內(nèi)徑僅為Ф0.6 mm，使加樣量可達(dá)微升級(jí)別，針管式加樣結(jié)構(gòu)見圖2。

(3)加樣針功能設(shè)計(jì)。AutolumiS 3000型全自動(dòng)微粒子化學(xué)發(fā)光分析儀加樣針通過(guò)加樣針固定塊與檢測(cè)線連接(圖3)，檢測(cè)線將加樣針液位探測(cè)等信號(hào)實(shí)時(shí)反饋給控制單元，控制單元進(jìn)行信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)液位監(jiān)測(cè)功能。加樣針管路連接壓力傳感器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，堵針檢測(cè)信號(hào)通過(guò)堵針報(bào)警檢測(cè)線反饋給驅(qū)動(dòng)板，可實(shí)現(xiàn)堵針報(bào)警功能，避免漏加樣(圖4)。同時(shí)，該儀器的試劑、廢液和耗材也可通過(guò)AutolumiS 3000型軟件中查看，可實(shí)現(xiàn)余量自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

圖2 針管式加樣針結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖3 加樣針液位探測(cè)裝置圖

圖4 加樣針堵針報(bào)警裝置圖

(4)精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是精確加樣裝置的重要組成部分，直接影響加樣性能。通過(guò)對(duì)調(diào)整加樣針與反應(yīng)杯的距離，使液滴與反應(yīng)杯接觸而實(shí)現(xiàn)精確加樣。該系統(tǒng)主要由X軸、Y軸和Z軸運(yùn)動(dòng)控制部分組成，X軸實(shí)現(xiàn)加樣臂水平方向移動(dòng)，Y軸實(shí)現(xiàn)加樣臂前后方向移動(dòng)，Z軸實(shí)現(xiàn)加樣臂上下方向移動(dòng)，加樣臂結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 加樣臂結(jié)構(gòu)示圖

2.2 微量加樣流程

加樣針加試樣時(shí)，三通閥1關(guān)閉，三通閥2、三通閥3打開。通過(guò)軟件控制注射泵的量程，加樣臂移動(dòng)到樣本區(qū)或試劑區(qū)，加樣針吸取一定量的樣本或試劑，吸取完成后加樣臂移動(dòng)到加樣區(qū)，加樣針加注樣本或試劑，加樣流程見圖6。

圖6 加樣流程圖

2.3 自動(dòng)清洗裝置

加樣系統(tǒng)的加樣精度與加樣裝置機(jī)械性能和自動(dòng)清洗裝置等多方面因素有關(guān)。上一試樣的殘留或針管污漬均會(huì)影響加樣的準(zhǔn)確性，還可能發(fā)生交叉污染，使檢測(cè)結(jié)果不可靠。該裝置中設(shè)有涌泉式洗滌站，對(duì)加樣針的清洗采用涌泉式內(nèi)外壁清洗方式，可杜絕交叉污染的發(fā)生，涌泉式洗滌站內(nèi)桶、外桶設(shè)計(jì)見圖7、圖8和圖9。

圖7 涌泉式洗滌站內(nèi)桶設(shè)計(jì)圖

圖8 涌泉式洗滌站外桶設(shè)計(jì)圖

圖9 洗滌站筒實(shí)物圖

加樣系統(tǒng)清洗裝置通過(guò)三通閥控制，沖洗泵將清洗液注入加樣針沖洗管路，在洗滌站筒內(nèi)芯沖洗加樣針，沖洗完成后加樣針將廢液打到洗滌站筒外筒，通過(guò)廢液泵排除，加樣系統(tǒng)清洗裝置液路設(shè)計(jì)見圖10。

圖10 加樣針清洗裝置液路設(shè)計(jì)框圖

3 小結(jié)

全自動(dòng)化學(xué)發(fā)光分析儀可用于肝炎病毒、艾滋病毒、梅毒以及結(jié)核等重大傳染病的臨床輔助診斷[4]。精確加樣裝置作為分析儀關(guān)鍵結(jié)構(gòu)之一，其機(jī)械性能影響試樣定量吸取及加注的準(zhǔn)確性，從而影響檢測(cè)結(jié)果的可靠性。由于國(guó)外加樣裝置的研究技術(shù)十分成熟，已研制出自動(dòng)固相加樣裝置、微冷阱和高速氣體萃取加樣系統(tǒng)、微滴電噴離子化色譜-質(zhì)譜加樣技術(shù)等先進(jìn)加樣系統(tǒng)[5]；而國(guó)內(nèi)對(duì)微量液體精密加樣裝置的研究設(shè)計(jì)較晚，缺乏高端醫(yī)療器械核心技術(shù)。因此，醫(yī)院多采用國(guó)外進(jìn)口儀器，但其價(jià)格昂貴，維護(hù)成本較高。

AutolumiS 3000型全自動(dòng)微粒子化學(xué)發(fā)光分析儀首次使用微升級(jí)別的接觸性方式和精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)微量精確加樣。針管接觸式加樣設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加注試樣時(shí)加樣針可直接接觸液面，避免液體飛濺損失，亦可防止儀器表面污染[6]。AutolumiS 3000型全自動(dòng)微粒子化學(xué)發(fā)光分析儀針管接觸式加樣方式的設(shè)計(jì)與制造，降低了患者醫(yī)療檢測(cè)費(fèi)用，具有良好的應(yīng)用前景。