Structure et application d'un analyseur biochimique entièrement automatique

El analizador bioquímico completamente automático envuelve los componentes principales del espectrofotómetro: fuente de luz, monocromador (dispositivo de dispersión F), celda colorimétrica, detector, etc.; además, también envuelve las piezas únicas necesarias para el análisis bioquímico, como el sistema de muestreo, Sistema de limpieza, sistema de control de temperatura, sistema de software, etc. Se utiliza principalmente para bioquímica de rutina, monitoreo especial de proteínas y medicamentos y otras pruebas, con selección de programas diversificada y control por microcomputadora. Puede programarse libremente y realizar procesamiento estadístico. Algunos analizadores utilizan una "tecnología química de cápsulas" químicamente inerte para aislar estrictamente las muestras de análisis o los elementos de prueba (las sondas de muestreo, las sondas de reactivos y los vasos colorimétricos se mantienen limpios) para evitar infecciones cruzadas.
(1) Clasificación:
Según la estructura del dispositivo de reacción, los analizadores bioquímicos automáticos se dividen principalmente en dos categorías: sistema de flujo y sistema discreto.
1. El tipo de flujo significa que la reacción química de cada muestra a analizar y los reactivos con los mismos elementos de medición se mezclan y completan en el proceso de flujo en la misma tubería. Esta fue la primera generación de analizadores bioquímicos automatizados.
2. El tipo discreto significa que las reacciones químicas después de mezclar las muestras a analizar y los reactivos se completan en sus propios recipientes de reacción. Hay varios tipos de sucursales.
(1) Analizador bioquímico automático discreto típico. Este tipo de instrumento es el más utilizado.
(2) Analizador bioquímico automático centrífugo. Cada muestra a analizar se mezcla con reactivos en su propio tanque de reacción bajo la acción de la fuerza centrífuga para completar la reacción química y medir. Dado que la mezcla, la reacción y la detección se completan casi simultáneamente, su eficiencia de análisis es alta.
3. El analizador bioquímico automático tipo bolsa utiliza bolsas de reactivos en lugar de cubetas y vasos de reacción. Cada muestra a analizar reacciona y se mide en su propia bolsa de reactivos.
4. El analizador bioquímico personalizado de reactivo de fase sólida (también conocido como analizador automático de fórmula química seca) consiste en colocar la fase sólida del reactivo en un soporte como una película o papel de filtro, y cada muestra a analizar se coloca en la tira de papel de prueba correspondiente. para reacción y medición. Sus ventajas son un funcionamiento rápido y una fácil portabilidad.
(2) Estructura básica de un analizador bioquímico automático discreto típico
1. Sistema de muestra
Las muestras incluyen calibradores, controles y muestras de pacientes. El sistema generalmente consta de dispositivos de carga, transporte y distribución de muestras.
Los tipos comunes de dispositivos de carga y transporte de muestras son:
(1) Disco de muestra, es decir, el plato giratorio sobre el que se coloca la muestra tiene una sola vuelta o múltiples vueltas internas y externas, se coloca solo o combinado con el plato giratorio de reactivos o el plato giratorio de reacción, y gira junto con la distribución de la muestra. brazo durante la operación. Algunos utilizan bandejas de muestras reemplazables, que se dividen en áreas de trabajo y de espera, en las que se colocan múltiples bastidores de muestras (sectores) en forma de arco como plataformas de transferencia. El instrumento se coloca y reemplaza automáticamente durante la medición, y la altura del recipiente de muestra o se ajusta el tubo de ensayo colocado en la bandeja de muestra. El diámetro y la profundidad tienen ciertos requisitos, algunos requieren vasos de muestra especiales y algunos pueden usar directamente tubos de ensayo para recolección de sangre. El número de bandejas de muestras cargadas, así como el número de calibradores, controles, muestras de rutina y muestras de emergencia, generalmente es fijo. Estos deben seleccionarse en función de las necesidades del trabajo.
(2) Correa de transmisión o muestreo orbital, es decir, las gradillas de tubos de ensayo (gradillas) son discontinuas, generalmente 10 gradillas, y la cinta transportadora es impulsada por un motor paso a paso para mover las gradillas de tubos de ensayo hacia adelante en secuencia, y luego las gradillas se mueven lateralmente a una posición fija, uno por uno, muestreados por el brazo de distribución de muestra.
(3) Los tubos de ensayo de muestreo tipo cadena se colocan fijamente en la cadena de transmisión circulante y se mueven horizontalmente a la posición de muestreo. Luego, algunos instrumentos pueden limpiar los tubos de ensayo.
Los dispositivos de distribución y adición de muestras se componen principalmente de jeringas, motores paso a paso o bombas de transmisión, brazos de adición de muestras y sondas de muestra.
① Unidad de jeringa. Según el diámetro de la jeringa y la distancia de movimiento del pistón, se aspira cuantitativamente la muestra o reactivo. Su precisión determina la precisión de la adición de muestra, que generalmente puede tener una precisión de 1 microlitro. Cuando la jeringa gotea, primero considere si la sonda está obstruida y, en segundo lugar, si el pistón de la jeringa está desgastado. Algunos sistemas de adición de líquidos utilizan bombas de jeringa volumétricas y motores paso a paso de pulsos controlados numéricamente para mejorar la precisión.
②La sonda de muestra (Sonda) está conectada al brazo de muestra para absorber directamente la muestra. Las sondas están equipadas con sensores de nivel de líquido para evitar daños a las sondas y reducir la contaminación por transporte. Algunos están equipados con un sistema de alarma de detección de bloqueo: cuando los coágulos de sangre y otras sustancias en la muestra de la sonda están bloqueados, el instrumento emitirá una alarma automáticamente para lavar la sonda, omitir la muestra actual y agregar la siguiente muestra. Algunos también cuentan con dispositivos anticolisión inteligentes: la sonda deja de moverse inmediatamente y emite una alarma cuando encuentra obstáculos. Aun así, sigue siendo una pieza que se desgasta durante un funcionamiento irregular. Para proteger la sonda, además de configurar de antemano la altura del recipiente de muestra, el nivel mínimo de líquido, etc., las especificaciones, ubicación, nivel de líquido y otras condiciones de configuración del recipiente de muestra no deben cambiarse a voluntad. . En algunos instrumentos, el muestreador y el dosificador de líquido se combinan y la adición de muestra y reactivo o diluyente a una sonda se completa al mismo tiempo.
③Brazo de muestreo. Conecte la sonda y muévala entre el vaso de muestra (botella de reactivo) y el vaso de reacción para completar el muestreo y la carga (agregar reactivos). Su método de movimiento tiene cierta relación con la eficiencia laboral y la vida útil del instrumento.
④La válvula se utiliza para determinar la dirección del flujo de líquido.
⑤Sistema de dilución. Prediluir, posdiluir o duplicar la muestra, diluir en serie la solución madre estándar, etc. Los métodos de dilución de diferentes instrumentos son diferentes, así que preste atención a la identificación. El sistema de reactivos también tiene una función de dilución:
2. Sistema de reactivos:
Generalmente consta de dispositivos de almacenamiento y distribución de reactivos y de adición de líquidos.
(1) El compartimento de reactivos suele combinarse con el plato giratorio de reactivos. La mayoría de los instrumentos configuran el compartimento de reactivos como una cámara de almacenamiento en frío para mejorar la estabilidad de los reactivos en línea.
(2) Unidad dispensadora. Similar al sistema de muestra. , la sonda de reactivo a menudo puede precalentar el reactivo. La cantidad inicial de la sonda de reactivo 2 (R2) del sistema de reactivo dual debe ser menor para acomodar reactivos con diferentes proporciones R1/R2.
(3) Frasco de reactivo (Botella). Disponible en diferentes formas y tamaños. Por ejemplo, los instrumentos COBAS MIRA PLUS están disponibles en 4, 10, 15, 35 ml y otras especificaciones, y el fondo de la botella es cóncavo; los instrumentos OLYMPUS Au600 están disponibles en 30 y 60 ml; los instrumentos Hitachi 7060 están disponibles en 20, 50, 100ml y otras especificaciones. Debe basarse en la carga de trabajo y las especificaciones de los reactivos. Considere el volumen restante de la botella de reactivo y la frecuencia de reemplazo para hacer una selección razonable. El kit de casete de diseño exclusivo es de tamaño pequeño, evita la evaporación y es fácil de almacenar.
(4) Los reactivos de soporte suelen tener códigos de barras y el instrumento está equipado con un sistema de inspección de códigos de barras, que puede verificar y verificar el tipo, número de lote, inventario, fecha de vencimiento, curva de calibración, etc. del reactivo, como BeckmanCX7, etc. .
(5) El sistema automático de apertura y cierre de las tapas de las botellas de reactivos favorece más el almacenamiento de reactivos. Algunos instrumentos pueden agregar y reemplazar reactivos durante el funcionamiento, mientras que otros deben hacerlo en estado de pausa.
3. Sistema de lectura de código de barras (código de barras)
Generalmente consta de tres partes: sistema de escaneo, modelado de señal y decodificador. El sistema de escaneo utiliza una fuente de luz para escanear los símbolos del código de barras alternando barras negras y espacios en blanco. Debido a los diferentes reflejos de la luz por las barras y los espacios, y las diferentes duraciones de la luz reflejada de barras de diferentes anchos, la luz reflejada con diferentes intensidades se producen. Luego se recibe y se convierte en una señal eléctrica de intensidad correspondiente a través del elemento de conversión fotoeléctrica y, finalmente, el decodificador da forma e interpreta la señal. El sistema identifica automáticamente la gradilla de muestras y el número de muestra, identifica reactivos, calibradores, sus números de lote, fechas de vencimiento y algunos también pueden identificar curvas de calibración y otra información.
Los tipos de códigos de barras comúnmente utilizados en los laboratorios incluyen CÓDIGO 39, CÓDIGO 128, 2 de 5 estándar, Intercalado 2 de 5, etc. Para autoprogramar códigos de barras de muestra, se requiere un dispositivo de entrada de códigos de barras y el sistema de lectura de códigos de barras debe coincidir con el código de barras. Hay un sistema de preparación de pegado de códigos de barras y distribución de tubos de ensayo totalmente automático.
4.Sistema de reacción
(1) La placa de reacción está cargada con una serie de cubetas de reacción (Cuvettes), principalmente en forma de plato giratorio. Durante el proceso de medición de la reacción, el brazo de muestra, el brazo de adición de líquido, la varilla agitadora, el camino de luz y el dispositivo de limpieza giran según un procedimiento fijo. Algunos instrumentos completan la reacción en la copa de reacción y luego inhalan la cubeta para colorimetría, hoy en día es más común que la reacción y la detección se realicen en la cubeta al mismo tiempo, lo cual es más eficiente y especialmente adecuado para el monitoreo continuo. métodos. Los vasos colorimétricos están hechos principalmente de vidrio de cuarzo duro, vidrio duro, plástico acrílico sin absorción de luz ultravioleta, etc., y su vida útil varía. Las cubetas de la serie Dimension se fabrican automáticamente en la máquina, se sellan automáticamente, no se enjuagan y no contaminan. El tipo de celda de flujo se utiliza principalmente en analizadores pequeños. El volumen suele ser de decenas de microlitros, pero la tubería de extracción de líquido consume más líquido de reacción y se utilizan varias muestras de forma continua, lo que aumenta la posibilidad de contaminación cruzada.
Bomba peristáltica (Bomba). El instrumento bioquímico semiautomático requiere una bomba peristáltica para bombear la solución de reacción a la celda colorimétrica de flujo para su medición. Es necesario calibrar la bomba peristáltica periódicamente, es decir, comprobar si el volumen de succión de líquido de la bomba es exacto al aspirar una determinada cantidad de agua. Generalmente, existe una función de calibración de la bomba.
(2) Unidad de mezcla (Unidad de mezcla) Por ejemplo, se utiliza una varilla agitadora giratoria de cabezales múltiples (sistema de mezcla de doble limpieza de dos cabezales). Las varillas para agitar suelen tener un revestimiento antiadherente de teflón para evitar que los líquidos se peguen.
(3) Dispositivo de control de temperatura El analizador bioquímico utiliza un dispositivo de control de temperatura constante para mantener la regulación y estabilidad de la temperatura de incubación, que también está controlado por una computadora. La fluctuación ideal de la temperatura de incubación debe ser inferior a ±01°C.
Hay tres formas de mantener una temperatura constante.
①Temperatura constante del baño de aire: hay aire entre la cubeta y el calentador. Las características del baño de aire a temperatura constante son que es conveniente, rápido y no requiere materiales especiales, pero su estabilidad y uniformidad son ligeramente peores que las del baño de agua. Los sistemas cobas y 0lympus Au2700 de Roche utilizan el modo de temperatura constante del baño de aire.
②Tipo de circulación por baño de agua: es decir, la cubeta se llena con agua y el calentador controla la temperatura del agua. La característica del baño de agua con calor constante es que la temperatura es constante, pero se requieren conservantes especiales para garantizar la limpieza de la calidad del agua y el agua en circulación debe reemplazarse periódicamente. El analizador bioquímico del sistema Hitachi utiliza un dispositivo de temperatura constante con circulación en baño de agua.
③ Tipo de calentamiento indirecto con circulación de líquido a temperatura constante: el principio estructural es que un líquido especial a temperatura constante fluye alrededor de la cubeta (tiene las características de ser inodoro, no contaminante, inerte, no evaporable, etc.). Hay una ranura de aire muy pequeña entre la cubeta y el líquido a temperatura constante. El líquido a temperatura constante alcanza una temperatura constante calentando el aire en la ranura. Su estabilidad de temperatura es mejor que la del tipo seco. En comparación con el agua. Tipo baño de circulación, no requiere mantenimiento especial.
5. Sistema de lavado
La sonda y el agitador se lavan automáticamente mediante torrent y otros métodos. El dispositivo de limpieza consta generalmente de una aguja de succión, una aguja para escupir líquido y un cepillo de limpieza. El flujo de trabajo de limpieza es el siguiente: reacción de succión, succión, inyección de agua pura, succión y secado. Hay dos tipos de líquidos de limpieza: alcalinos y ácidos. En términos generales, después de succionar la solución de reacción, el instrumento se enjuaga primero con una solución alcalina, luego con una solución ácida y finalmente se enjuaga tres veces con agua desionizada. La función del cepillo de limpieza es succionar el agua que cuelga de la pared de la taza. Hay un dispositivo de succión negativa dentro del cuerpo del cepillo. Preste atención a si el cepillo de limpieza se desgasta durante el uso.
Vale la pena señalar que los experimentos en los que la contaminación cruzada (remanente) no se puede eliminar mediante lavado convencional deben procesarse especialmente para reducir la contaminación cruzada o la contaminación remanente. Por ejemplo, los colatos en los reactivos de medición del colesterol interfieren con la medición de los ácidos biliares totales en suero. En el programa para eliminar la contaminación cruzada, se puede ingresar un programa para indicar que los ácidos biliares totales no se midan en la copa colorimétrica utilizada para probar el colesterol. Si esto no se puede evitar, cuando se enciende, el instrumento realiza un lavado especial del vaso de comparación de colores para evitar la contaminación cruzada.
La temperatura del agua de lavado se controla automáticamente para que esté cerca de la temperatura del tanque de reacción a temperatura constante para garantizar la temperatura constante del sistema de reacción y aumentar la detergencia. La limpieza específica después de los ensayos de emergencia parece ser más eficiente y rentable que un programa de limpieza integral fijo. El consumo de agua varía mucho entre instrumentos.
Los sistemas como el analizador bioquímico automático ABBOTT AEROSET tienen funciones de limpieza automática (lavado inteligente) y funciones de selección de secuencia óptima de muestras (OSS). Es decir, el instrumento cambia automáticamente la secuencia de detección según la combinación de elementos de contaminación cruzada entre reactivos o muestras para evitar elementos de análisis que se afecten entre sí; cuando es realmente inevitable, se utiliza un agente de limpieza especial seleccionado para la limpieza automática.
6． sistema colorimétrico
(1) La mayoría de las fuentes de luz utilizan lámparas halógenas con longitudes de onda de trabajo de 325 a 800 nm. Las lámparas halógenas tienen una vida útil corta, generalmente de sólo 1.000 a 1.500 horas. Cuando la intensidad luminosa de la lámpara no es suficiente, el instrumento emitirá una alarma automáticamente y deberá reemplazarse a tiempo. Algunos analizadores bioquímicos utilizan lámparas de xenón de larga duración, que pueden funcionar durante varios años en modo de espera de 24 horas, y la longitud de onda de funcionamiento es 285-750 nm.
(2) Taza colorimétrica. La taza colorimétrica del analizador bioquímico automático también es una taza de reacción. El diámetro luminoso de la cubeta oscila entre 0,5 y 0,7 cm y suele estar fabricada de cuarzo o plástico de alta calidad. El pequeño recorrido de la luz ahorra reactivos. Cuando el radio de la cubeta es inferior a 1 cm, algunos instrumentos pueden calibrarse automáticamente a 1 cm. El dispositivo de lavado automático de la cubeta del analizador bioquímico realiza acciones automáticas repetidas de lavado y secado después de que el instrumento completa el análisis colorimétrico. La cubeta continúa reciclándose después de pasar la inspección automática. Las cubetas no calificadas deben reemplazarse lo antes posible. Si se utiliza una cubeta de cuarzo, la cubeta debe inspeccionarse y limpiarse periódicamente.
(3) Monocromador y detector Varios tipos de analizadores bioquímicos automáticos utilizan espectrometría de absorción ultravioleta visible, que monitorea los cambios en la absorbancia de los cromóforos en una longitud de onda específica en la región óptica de 200 a 700 nm, complementada con sistemas de software de microcomputadora de cálculo para completar la determinación. La base para la cuantificación del espectro de absorción visible-ultravioleta es la ley de Lamber-Beer.
La espectrofotometría tradicional generalmente utiliza espectroscopía frontal, es decir, primero se utiliza un filtro, prisma o rejilla para dividir la luz entre la lámpara fuente de luz y el recipiente de muestra. Después de pasar por la rendija ajustable, sale la luz monocromática que es "complementaria" a la Se obtiene la muestra. Irradie la copa de muestra y luego use una fotocélula o un tubo fotoeléctrico como detector para medir la absorción de luz monocromática (absorbancia) por la muestra.
La mayoría de los analizadores bioquímicos modernos utilizan tecnología de medición post-espectroscópica. Medición post-espectroscópica: primero ilumine un haz de luz blanca (luz mixta) en la copa de muestra y luego use una rejilla para separar la luz. Al mismo tiempo, se dispone una fila de diodos emisores de luz detrás de la rejilla como un detector. La ventaja de la post-espectrometría es que no es necesario mover ningún componente en el sistema colorimétrico del instrumento y se pueden seleccionar longitudes de onda duales o múltiples para la medición al mismo tiempo, lo que puede reducir el ruido colorimétrico, mejorar la precisión del análisis y reducir tasas de fallo.
El monocromador del instrumento bioquímico es el dispositivo espectroscópico, que tiene dos tipos: filtro de interferencia y espectrómetro de rejilla. Los filtros de interferencia están disponibles en tipo inserto y tipo disco giratorio. El tipo enchufable significa que el filtro requerido se inserta en la ranura del filtro. El tipo de disco significa que todos los filtros equipados con el instrumento están instalados en el disco y se pueden girar hasta el filtro requerido durante el uso. Los filtros de interferencia son baratos, pero son propensos a la humedad y al moho, lo que afecta la precisión de los resultados de las pruebas. Los analizadores bioquímicos semiautomáticos suelen utilizar este tipo de filtro.
La división de la luz de la rejilla se puede dividir en dos tipos: rejilla de reflexión holográfica y rejilla cóncava grabada. El primero se fabrica cubriendo el vidrio con una película metálica, que tiene un cierto grado de diferencia de fase y se corroe fácilmente; el segundo es donde la longitud de onda seleccionada se graba fijamente en el vidrio cóncavo, que es resistente al desgaste y a la corrosión. , y no tiene diferencia de fase. Los analizadores bioquímicos totalmente automáticos utilizan principalmente espectroscopia de rejilla.
7. sistema de control de programa
La computadora es el cerebro del analizador bioquímico automático. El llenado y la identificación de muestras y reactivos, la identificación de códigos de barras, el control de temperatura constante, el control de lavado, la impresión de resultados, el monitoreo del control de calidad y las alarmas para diversas fallas del instrumento están controlados por la computadora. . Cada generación de instrumentos es cada vez mejor y el grado de automatización es cada vez mayor. Algunos instrumentos pueden incluso completar algunos procedimientos de mantenimiento diario. Las funciones de procesamiento de datos de los analizadores bioquímicos automáticos son cada vez más perfectas, como: absorbancia durante el proceso de reacción, estadísticas de varios métodos de medición, resultados de control de calidad en interiores de varios métodos de calibración, etc., todo el analizador bioquímico se puede procesar. La computadora también puede verificar los datos del paciente, los indicadores de rendimiento del instrumento, el estado operativo del instrumento, etc. El control de calidad y los resultados de los pacientes en el instrumento automático de bioquímica también se pueden gestionar en red mediante la conexión entre la computadora del instrumento y el sistema de información del laboratorio (LIS).