自动化生化分析仪国内外现状及进展

自动化生化分析仪国内外现状及进展

3 李 冬 杨新华 王树杰

(中国海洋大学工程学院 青岛 266071)

摘 要 自动化生化分析仪是临床诊断 、生命科学 、生化研究重要仪器 。本文介绍生化分 析仪主要组成模块及功能 ,重点介绍国外主要生产企业 ,综观它们产品得出自动化生化分 析仪基本特点及发展趋势 ;介绍国内自动化生化分析仪研发现状 ,重点介绍中国海洋大学 独立研发基于双特异分子探针技术赤潮藻自动化分析仪 ,在此基础上论述国内自主研发 自动化生化分析仪重要意义和市场前景 。 关键词 生化分析仪 自动化 模块化 机械手

协助下实现全自动化 。样品经过前处理模块进入反

应模块 ,进行包括加样 、混合 、温度控制 、振荡 、孵育 等操作过程 ,最后进入酶标仪等监测计算模块 ,得出 结果传输给上位计算机存储 ,完成一个分析过程 。

除以上主要模块 ,还包括微孔盘储库等辅助模 块 ,它为高通量实现和连续自动化运行提供条件 。

前言

生化分析仪是医疗机构进行临床诊断和生命科 学、生化研究等研究机构进行科研所必需仪器之一 ,主 要用于测定人体液中各种常规生化指标 ,还可以用于 免疫学、分子生物学、药物研究、生化实验等。随着人 们在生化分析、环境科学等领域开展更加复杂实验 ,提 出高通量、高精度、高速度要求。传统专门、功能单一 生化分析仪已经不能满足需求 ,近年来出现自动化生 化分析仪。所谓自动化生化分析仪就是利用自动化技 术、光学、电子学和计算机科学 ,把生化分析中试剂盘 取放、取样、稀释、加试剂、去干扰、移液、加热和冷却控 制、清洗、检测、结果计算、显示和打印存储等步骤自动 化仪器。它完全模仿并代替手工操作 ,不仅提高工作 效率 ,而且减少主观误差 ,稳定检验质量。由于这类仪 器精度高、重复性好、快速、自动化程度高、标准化等优 点 ,使得自动化生化分析仪在临床医学、生命科学、生 物化学、食品和环境监测等研究领域得到日新月异的

广泛应用〔1～3〕

。 图 1 自动化生化分析仪组成框图

2 国外现状及进展

经过多年发展 ,国外自动化生化分析仪在技术

上已经趋向成熟 。美国贝克曼 (Beckman C oulter ) 、应 用生物公司 (Applied Bi osystem ) 、雅培 (Abbott ) 、强生 (Johnson &Johnson ) 、Hudson 、G ILS ON 、日本日立

( Hi 2 tachi ) 、荷兰 Skalar 、瑞士 T ecan 、哈美顿

( Ham ilton ) 等 众多公司推出各自种类齐全的自动化分析仪器 。纵

观国外各公司的仪器 ,具有以下几个基本特点

: (1) 采用多自由度机械臂来协调各个功能模块 之间工作 ,可以完成诸如加样和在洗板机 、酶标仪 、

孵育器

、震荡器等模块之间转移试剂盘的操作 。

美国贝克曼仪器可以采取单或双机械臂 ,配合 储盘装置 ,可以同时处理高达 180 块微孔盘 ,实现高 1 主要组成模块及功能

自动化生化分析仪主要有上位计算机 、前处理 模块 、反应模块 、监测计算模块和机械手模块等模块 组成 ,其组成框图 (见图 1) 。

上位计算机通过串口控制各模块正常运转 ,接

受并存储分析计算结果 。机械手模块是整个自动化 生化分析仪核心部分 ,在上位计算机控制下按程序 和预定路径工作 ,完成试样在各试管和容器间转移

和转移微孔盘操作 , 将各个模块有机联系在一起 。 前处理模块包括进样 、过滤 、分配等操作 ,在机械

手

863) 项目 :2001A A635090

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通量 (见图 2) 。同时 ,该公司还开发 6 轴机械臂 O R 2

C A 系统 ,6 个轴运动包括 : 沿着轨道运动 ( m ovement

al ong a rail ) 、上升 ( h eight ) 、伸出 ( r each ) 、弯曲 ( b end ) 、

扭转 (twist ) 、夹取 ( g rip ) 。可以实现转移微孔盘 、试 管 ,而且可以根据需要将多个 O RC A 系统集成到仪 器系统中 。

a

图 2 贝克曼双臂结构分析仪

瑞士 T ecan 的 F reedom E VO ○

R 自动化工作站可以 选择多个机械臂结构 ,加样机械臂和转移微孔盘的 机械臂并行工作 ,增加分析的产量和速度 。机械臂 不但可以在工作台面上工作 ,还可以伸到工作台面 下面 ,这样可以把酶标仪 、

酶标盘储库装置等大体积 且不反复用机械手操作的装置放在工作台下面 ,有 效地扩展工作台面积 。G enesis R MP 大型全自动酶

免一体机采用独立智能机械手 ,最大载重量 014kg , 有抓板传感器及报警功能 ,可抓微孔盘和用户自定 义板架 ,运动平稳 、可靠 。 瑞士哈美顿的 ST AR 系列可以选择 3 种结构的

机械臂 。一种可以集成到系统中来转移微孔盘

( 见 图 3a ) ;第二种是在 C O 2RE 技术基础上 ,开发出的一 种全新转移微孔盘方法除能够夹持加样枪头外 ,加

样通道还可以利用夹盘工具

( 加样通道下面两个黑 色部件) 作为转移板装置 ,从微孔盘储库将微孔盘转

移到工作台面上的任何位置 ( 见图 3b ) 。第三种为

iSWAP 型 ,能够在工作台面上工作又可以到工作台

下面 。由于其在竖直方向运动和转动运动的灵活

性 ,它可以实现微孔盘的存储 、孵育 、读板 、清洗 、转 移的自动化 (见图 3c ) 。

美国 G ILSON 的 925 、940 工作站都配置 XY Z 三 轴机械臂 ,用来完成 1 通道 ,8 通道 , 96 通道加样和 转移微孔盘 、试管 、加样枪头盒子等设备的操作 。将 各个加样通道和夹板机械手集成在一起 ,可以即时 进行处理加样和转移微孔盘操作 ,增加实验效率和 精度 ,节约时间 (见图 4) 。

(2) 具有多种模式的不同通道的液体处理装置

b

c

图 3 哈美顿 S TAR 系列转移盘机械臂

可供选择 ,使仪器具有极强灵活性 ,能够满足各种分

析需求 。可以采用一次性加样枪头或者固定式加样 枪头 。一次性枪头可以免去低效率清洗过程且污染 率为 0 , 例如利用探针技术的研究系统中可以发挥 巨大作用 ,提高研究的效率和结果的精度 。固定式 枪头采用聚四氟乙烯涂层材料做成 ,具有液位检测 功能 ,而且固定式枪头可以免去反复加枪头步骤 ,增 加可靠性和精度 。只要能够采取合理清洗操作 ,也

能保证低污染率 ( 例如 T ecan 的标准固定式钢针采 用特殊设计清洗站可以使交叉污染率低于

1ppm ) ,具有广泛应用 。

图 4 G I LS ON 925 工作站

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