AutolumiS 3000型全自動微粒子化學發(fā)光分析儀加樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計

劉海珠 姚繼承 劉 鵬 王曉偉 王明義*

化學發(fā)光分析儀是臨床實驗室中常用的自動化檢測儀器，該儀器可減少手工操作環(huán)節(jié)，加快檢測速度，縮短檢測時間。自動加樣系統(tǒng)作為化學發(fā)光分析儀的關鍵組成部分，對待測物及試劑加樣的精確程度將直接影響分析標本的結(jié)果[1-2]。通過分析微量液體加樣裝置的工作原理，設計出AutolumiS 3000型全自動微粒子化學發(fā)光分析儀微量液體精確加樣裝置，較大幅度提高了檢驗準確性和結(jié)果可靠性。

1 設計原理

目前，接觸式與非接觸式加樣是國內(nèi)外加樣裝置設計的常用方式，通過分析發(fā)現(xiàn)，非接觸式加樣結(jié)構(gòu)設計復雜，需通過外帶氣源在外力作用下實現(xiàn)對樣本及試劑的吸取與釋放，在技術上更難于實現(xiàn)[3]。因此AutolumiS 3000型全自動微粒子化學發(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，針管設計簡單且可用于實現(xiàn)標本加樣體積的調(diào)整。由于各類標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)設計為運動控制系統(tǒng)，由X軸、Y軸和Z軸實現(xiàn)加樣臂移動，調(diào)整加樣針到反應杯側(cè)面距離，使液滴接觸反應杯側(cè)面從而實現(xiàn)試樣的加注。通過加樣針的Tefflon涂層與鈦合金材質(zhì)設計，使其杜絕懸滴掛液且具有良好的防撞功能。此外，該加樣針還設有液面檢測、凝塊探測、堵針報警、試劑、耗材以及廢液余量自動監(jiān)測功能。為防止前后兩份檢測樣本間量的干擾及交叉污染，該系統(tǒng)中設有涌泉式內(nèi)外壁清洗裝置。

2 結(jié)構(gòu)設計

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

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計，分別加樣本及試劑，加樣臂由2個三維運動臂構(gòu)成，用于實現(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計的關鍵結(jié)構(gòu)，直接影響著加樣的精度和準確性。AutolumiS 3000型針管式加樣結(jié)構(gòu)簡單，該設計易于實現(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，使加樣量可達微升級別，針管式加樣結(jié)構(gòu)見圖2。

(3)加樣針功能設計。AutolumiS 3000型全自動微粒子化學發(fā)光分析儀加樣針通過加樣針固定塊與檢測線連接(圖3)，檢測線將加樣針液位探測等信號實時反饋給控制單元，控制單元進行信號處理，實現(xiàn)液位監(jiān)測功能。加樣針管路連接壓力傳感器實現(xiàn)實時監(jiān)控，堵針檢測信號通過堵針報警檢測線反饋給驅(qū)動板，可實現(xiàn)堵針報警功能，避免漏加樣(圖4)。同時，該儀器的試劑、廢液和耗材也可通過AutolumiS 3000型軟件中查看，可實現(xiàn)余量自動監(jiān)測。

圖2 針管式加樣針結(jié)構(gòu)設計圖

圖3 加樣針液位探測裝置圖

圖4 加樣針堵針報警裝置圖

(4)精密運動控制系統(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。通過對調(diào)整加樣針與反應杯的距離，使液滴與反應杯接觸而實現(xiàn)精確加樣。該系統(tǒng)主要由X軸、Y軸和Z軸運動控制部分組成，X軸實現(xiàn)加樣臂水平方向移動，Y軸實現(xiàn)加樣臂前后方向移動，Z軸實現(xiàn)加樣臂上下方向移動，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，三通閥1關閉，三通閥2、三通閥3打開。通過軟件控制注射泵的量程，加樣臂移動到樣本區(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 自動清洗裝置

加樣系統(tǒng)的加樣精度與加樣裝置機械性能和自動清洗裝置等多方面因素有關。上一試樣的殘留或針管污漬均會影響加樣的準確性，還可能發(fā)生交叉污染，使檢測結(jié)果不可靠。該裝置中設有涌泉式洗滌站，對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、外桶設計見圖7、圖8和圖9。

圖7 涌泉式洗滌站內(nèi)桶設計圖

圖8 涌泉式洗滌站外桶設計圖

圖9 洗滌站筒實物圖

加樣系統(tǒng)清洗裝置通過三通閥控制，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，通過廢液泵排除，加樣系統(tǒng)清洗裝置液路設計見圖10。

圖10 加樣針清洗裝置液路設計框圖

3 小結(jié)

全自動化學發(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鍵結(jié)構(gòu)之一，其機械性能影響試樣定量吸取及加注的準確性，從而影響檢測結(jié)果的可靠性。由于國外加樣裝置的研究技術十分成熟，已研制出自動固相加樣裝置、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)譜加樣技術等先進加樣系統(tǒng)[5]；而國內(nèi)對微量液體精密加樣裝置的研究設計較晚，缺乏高端醫(yī)療器械核心技術。因此，醫(yī)院多采用國外進口儀器，但其價格昂貴，維護成本較高。

AutolumiS 3000型全自動微粒子化學發(fā)光分析儀首次使用微升級別的接觸性方式和精密運動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)微量精確加樣。針管接觸式加樣設計結(jié)構(gòu)簡單，加注試樣時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型全自動微粒子化學發(fā)光分析儀針管接觸式加樣方式的設計與制造，降低了患者醫(yī)療檢測費用，具有良好的應用前景。