Structure et application d'un analyseur biochimique entièrement automatique

L'analyseur biochimique entièrement automatique enveloppe les principaux composants du spectrophotomètre : source de lumière, monochromateur (dispositif de dispersion F), cellule colorimétrique, détecteur, etc. ; en outre, il enveloppe également les pièces uniques nécessaires à l'analyse biochimique, telles que le système d'échantillonnage, Système de nettoyage, système de contrôle de température, système logiciel, etc. Il est principalement utilisé pour la biochimie de routine, la surveillance spéciale des protéines et des médicaments et d'autres tests, avec une sélection de programmes diversifiée et un contrôle par micro-ordinateur. Il peut être librement programmé et peut effectuer des traitements statistiques. Certains analyseurs utilisent une « technologie de chimie des capsules » chimiquement inerte pour isoler strictement les échantillons d'analyse ou les éléments de test (les sondes d'échantillonnage, les sondes de réactifs et les coupelles colorimétriques sont maintenues propres) afin d'éviter les infections croisées.
(1) Classement :
Selon la structure du dispositif de réaction, les analyseurs biochimiques automatiques sont principalement divisés en deux catégories : système à flux et système discret.
1. Le type de flux signifie que la réaction chimique de chaque échantillon à tester et les réactifs avec les mêmes éléments de mesure sont mélangés et complétés au cours du processus d'écoulement dans le même pipeline. Il s'agissait de la première génération d'analyseurs biochimiques automatisés.
2. Le type discret signifie que les réactions chimiques après le mélange des échantillons à tester et des réactifs sont terminées dans leurs propres coupelles de réaction. Il existe plusieurs types de succursales.
(1) Analyseur biochimique automatique discret typique. Ce type d'instrument est le plus utilisé.
(2) Analyseur biochimique automatique centrifuge. Chaque échantillon à tester est mélangé avec des réactifs dans son propre réservoir de réaction sous l'action de la force centrifuge pour terminer la réaction chimique et mesurer. Puisque le mélange, la réaction et la détection sont effectués presque simultanément, l’efficacité de son analyse est élevée.
3. L'analyseur biochimique automatique de type sac utilise des sacs de réactifs au lieu de coupelles et de cuvettes de réaction. Chaque échantillon à tester est mis à réagir et mesuré dans son propre sac de réactifs.
4. L'analyseur biochimique auto-personnalisé de réactif en phase solide (également connu sous le nom d'analyseur automatique de formule chimique sèche) consiste à placer la phase solide du réactif sur un support tel qu'un film ou un papier filtre, et chaque échantillon à tester est déposé sur la bande de papier de test correspondante. pour la réaction et la mesure. Ses avantages sont un fonctionnement rapide et une portabilité facile.
(2) Structure de base d'un analyseur biochimique automatique discret typique
1. Exemple de système
Les échantillons comprennent des calibrateurs, des contrôles et des échantillons de patients. Le système se compose généralement de dispositifs de chargement, de transport et de distribution des échantillons.
Les types courants de dispositifs de chargement et de transport d’échantillons sont :
(1) Disque d'échantillon, c'est-à-dire que le plateau tournant sur lequel l'échantillon est placé comporte un seul tour ou plusieurs tours intérieurs et extérieurs. Il est placé seul ou combiné avec le plateau tournant pour réactifs ou le plateau tournant de réaction et tourne en conjonction avec la distribution de l'échantillon. bras pendant le fonctionnement. Certains utilisent des plateaux d'échantillons remplaçables, divisés en zones de travail et d'attente, dans lesquels plusieurs portoirs d'échantillons en forme d'arc (secteurs) sont placés comme plates-formes de transfert. L'instrument est automatiquement placé et remplacé pendant la mesure, et la hauteur du godet d'échantillon ou le tube à essai placé sur le plateau d'échantillon est ajusté. , le diamètre et la profondeur ont certaines exigences, certains nécessitent des coupelles d'échantillon spéciales et certains peuvent utiliser directement des tubes à essai de prélèvement sanguin. Le nombre de plateaux d'échantillons chargés, ainsi que le nombre de calibrateurs, de contrôles, d'échantillons de routine et d'échantillons d'urgence, sont généralement fixes. Ceux-ci doivent être sélectionnés en fonction des besoins du travail.
(2) Courroie d'entraînement ou échantillonnage orbital, c'est-à-dire que les portoirs de tubes à essai (Rack) sont discontinus, généralement 10 portoirs, et la bande transporteuse est entraînée par un moteur pas à pas pour faire avancer les portoirs de tubes à essai en séquence, puis les portoirs sont déplacés latéralement vers une position fixe une à une.position, échantillonnée par le bras de distribution d'échantillon.
(3) Les tubes à essai d'échantillonnage de type chaîne sont disposés de manière fixe sur la chaîne de transmission en circulation et déplacés horizontalement jusqu'à la position d'échantillonnage. Certains instruments peuvent ensuite nettoyer les tubes à essai.
Les dispositifs de distribution et d'ajout d'échantillons sont principalement composés de seringues, de moteurs pas à pas ou de pompes à transmission, de bras d'ajout d'échantillons et de sondes d'échantillon.
① Unité de seringue. Selon le diamètre de la seringue et la distance de déplacement du piston, l'échantillon ou le réactif est aspiré quantitativement. Sa précision détermine la précision de l’addition de l’échantillon, qui peut généralement être précise à 1 microlitre près. Lorsque la seringue fuit, vérifiez d'abord si la sonde est obstruée et si le piston de la seringue est usé. Certains systèmes d'ajout de liquide utilisent des pousse-seringues volumétriques et des moteurs pas à pas à impulsions à commande numérique pour améliorer la précision.
②La sonde d'échantillon (sonde) est connectée au bras d'échantillon pour absorber directement l'échantillon. Les sondes sont équipées de capteurs de niveau de liquide pour éviter d'endommager la sonde et réduire la pollution transportée. Certains sont équipés d'un système d'alarme de détection de blocage : lorsque des caillots sanguins et d'autres substances dans l'échantillon de la sonde sont bloqués, l'instrument déclenche automatiquement une alarme pour rincer la sonde, ignorer l'échantillon en cours et ajouter l'échantillon suivant. Certains disposent également de dispositifs anti-collision intelligents : la sonde s'arrête immédiatement de bouger et déclenche une alarme lorsqu'elle rencontre des obstacles. Même ainsi, il s'agit toujours d'une pièce d'usure en cas de fonctionnement irrégulier. Afin de protéger la sonde, en plus de régler à l'avance la hauteur du récipient d'échantillon, le niveau minimum de liquide, etc., les spécifications, l'emplacement, le niveau de liquide et les autres conditions de réglage du récipient d'échantillon ne doivent pas être modifiés à volonté. . Sur certains instruments, l'échantillonneur et le doseur de liquide sont combinés, et l'ajout de l'échantillon et du réactif ou du diluant à une sonde s'effectue en même temps.
③Bras d'échantillonnage. Connectez la sonde et déplacez-vous entre le gobelet d'échantillon (flacon de réactif) et le gobelet de réaction pour terminer l'échantillonnage et le chargement (ajout de réactifs). Sa méthode de mouvement a une certaine relation avec l'efficacité de travail et la durée de vie de l'instrument.
④La vanne est utilisée pour déterminer la direction du débit de liquide.
⑤Système de dilution. Pré-diluer, post-diluer ou doubler l'échantillon, diluer en série la solution mère étalon, etc. Les méthodes de dilution des différents instruments sont différentes, faites donc attention à l'identification. Le système de réactifs a également une fonction de dilution :
2. Système de réactifs :
Il se compose généralement de dispositifs de stockage et de distribution de réactifs et d’ajout de liquide.
(1) Le compartiment à réactifs est souvent combiné avec le plateau tournant à réactifs. La plupart des instruments configurent le compartiment à réactifs comme chambre froide pour améliorer la stabilité des réactifs en ligne.
(2) Unité de distribution. Similaire à l’exemple de système. , la sonde de réactif peut souvent préchauffer le réactif. La quantité de départ de la sonde de réactif 2 (R2) du système à double réactif doit être inférieure pour s'adapter aux réactifs avec différents rapports R1/R2.
(3) Flacon de réactif (Bouteille). Disponible en différentes formes et tailles. Par exemple, les instruments COBAS MIRA PLUS sont disponibles en 4, 10, 15, 35 ml et dans d'autres spécifications, et le fond de la bouteille est concave ; les instruments OLYMPUS Au600 sont disponibles en 30 et 60 ml ; les instruments Hitachi 7060 sont disponibles en 20, 50, 100 ml et autres spécifications. Doit être basé sur la charge de travail et les spécifications des réactifs. Tenez compte du volume restant du flacon de réactif et de la fréquence de remplacement pour faire une sélection raisonnable. Le kit de cassettes au design unique est de petite taille, empêche l'évaporation et est facile à ranger.
(4) Les réactifs de support ont souvent des codes-barres et l'instrument est équipé d'un système d'inspection de codes-barres, qui peut vérifier et vérifier le type, le numéro de lot, l'inventaire, la date d'expiration, la courbe d'étalonnage, etc. du réactif, tel que BeckmanCX7, etc. .
(5) Le système d'ouverture et de fermeture automatique des bouchons des flacons de réactifs est plus propice au stockage des réactifs. Certains instruments peuvent ajouter et remplacer des réactifs pendant le fonctionnement, tandis que d'autres doivent le faire en pause.
3. Système de lecture de codes-barres (codes-barres)
Il se compose généralement de trois parties : le système de balayage, la mise en forme du signal et le décodeur. Le système de numérisation utilise une source de lumière pour scanner les symboles de codes-barres avec une alternance de barres noires et d'espaces blancs. En raison des différentes réflexions de la lumière par les barres et les espaces, et des différentes durées de lumière réfléchie par des barres de différentes largeurs, la lumière réfléchie avec différentes des intensités sont produites. Ensuite, il est reçu et converti en un signal électrique d'intensité correspondante via l'élément de conversion photoélectrique, et enfin le signal est mis en forme et interprété par le décodeur. Le système identifie automatiquement le portoir d'échantillons et le numéro d'échantillon, identifie les réactifs, les calibrateurs, leurs numéros de lot, les dates de péremption, et certains peuvent également identifier les courbes d'étalonnage et d'autres informations.
Les types de codes-barres couramment utilisés dans les laboratoires incluent CODE 39, CODE 128, 2 sur 5 Standard, Interleaved2of 5, etc. Pour auto-programmer des échantillons de codes-barres, un périphérique de saisie de codes-barres est requis et le système de lecture de codes-barres doit correspondre au code-barres. Il existe un système de distribution de tubes à essai et de préparation de collage de codes-barres entièrement automatique.
4. Système de réaction
(1) La plaque de réaction est chargée d'une série de cuvettes de réaction (Cuvettes), principalement sous la forme d'un plateau tournant. Pendant le processus de mesure de la réaction, le bras d'échantillon, le bras d'ajout de liquide, la tige d'agitation, le trajet lumineux et le dispositif de nettoyage tournent selon une procédure fixe. Certains instruments terminent la réaction dans la coupelle de réaction puis inhalent la cuvette pour la colorimétrie. De nos jours, il est plus courant que la réaction et la détection soient effectuées dans la cuvette en même temps, ce qui est plus efficace et particulièrement adapté à la surveillance continue. méthodes. Les coupelles colorimétriques sont principalement constituées de verre de quartz dur, de verre dur, de plastique acrylique sans absorption de lumière UV, etc., et leur durée de vie varie. Les cuvettes de la série Dimension sont automatiquement fabriquées dans la machine, automatiquement scellées, sans rinçage et sans pollution. Le type Flow Cell est principalement utilisé dans les petits analyseurs. Le volume est généralement de plusieurs dizaines de microlitres, mais le pipeline d'extraction de liquide consomme plus de liquide de réaction et plusieurs échantillons sont utilisés en continu, ce qui augmente le risque de contamination croisée.
Pompe péristaltique (Pompe). L'instrument biochimique semi-automatique nécessite une pompe péristaltique pour pomper la solution réactionnelle dans la cellule colorimétrique à flux pour la mesure. Il est nécessaire de calibrer régulièrement la pompe péristaltique, c'est-à-dire de vérifier si le volume d'aspiration de liquide de la pompe est précis en aspirant une certaine quantité d'eau. Généralement, il existe une fonction d'étalonnage de la pompe.
(2) Unité de mélange (unité de mélange) Par exemple, une tige d'agitation rotative à plusieurs têtes (système de mélange à double nettoyage à deux têtes) est utilisée. Les tiges d'agitation ont souvent un revêtement antiadhésif en téflon pour empêcher les liquides de coller.
(3) Dispositif de contrôle de la température L'analyseur biochimique utilise un dispositif de contrôle de la température constante pour maintenir la régulation et la stabilité de la température d'incubation, qui est également contrôlée par un ordinateur. La fluctuation idéale de la température d'incubation doit être inférieure à ± 01°C.
Il existe trois façons de maintenir une température constante.
①Bain d'air à température constante : il y a de l'air entre la cuvette et le radiateur. Les caractéristiques du bain d'air à température constante sont qu'il est pratique, rapide et ne nécessite pas de matériaux spéciaux, mais sa stabilité et son uniformité sont légèrement pires que celles du bain-marie. Les systèmes cobas et 0lympus Au2700 de Roche utilisent le mode température constante du bain d'air.
②Type de circulation du bain-marie : c'est-à-dire que la cuvette est remplie d'eau et le chauffage contrôle la température de l'eau. La caractéristique du bain-marie à chaleur constante est que la température est constante, mais des conservateurs spéciaux sont nécessaires pour garantir la propreté de la qualité de l'eau, et l'eau en circulation doit être remplacée régulièrement. L'analyseur biochimique du système Hitachi utilise un dispositif à température constante et à circulation de bain-marie.
③ Type de chauffage indirect à circulation de liquide à température constante : le principe structurel est qu'un liquide spécial à température constante s'écoule autour de la cuvette (il a les caractéristiques d'inodore, non polluant, inerte, non évaporant, etc.). Il y a une très petite fente d'air entre la cuvette et le liquide à température constante. Le liquide à température constante atteint une température constante en chauffant l'air dans la fente. Sa stabilité en température est meilleure que celle du type sec. Par rapport à l'eau De type bain à circulation, il ne nécessite pas d'entretien particulier.
5. Système de lavage
La sonde et l'agitateur sont automatiquement rincés à l'aide de torrent et d'autres méthodes. Le dispositif de nettoyage est généralement constitué d'une aiguille d'aspiration, d'une aiguille de crachat de liquide et d'une brosse d'essuyage. Le workflow de nettoyage est le suivant : réaction d'aspiration, aspiration, injection d'eau pure, aspiration et séchage. Il existe deux types de liquides de nettoyage : alcalins et acides. D'une manière générale, après avoir aspiré la solution réactionnelle, l'instrument est d'abord rincé avec une solution alcaline, puis avec une solution acide, et enfin rincé trois fois avec de l'eau déminéralisée. La fonction de la brosse d'essuyage est d'aspirer l'eau accrochée à la paroi de la tasse. Il y a un dispositif d'aspiration négative à l'intérieur du corps de la brosse. Faites attention à ce que la brosse d'essuyage soit usée pendant l'utilisation.
Il convient de noter que les expériences dans lesquelles la contamination croisée (transfert) ne peut pas être éliminée par rinçage conventionnel doivent être spécialement traitées pour réduire la contamination croisée ou la contamination résiduelle. Par exemple, les cholates présents dans les réactifs de mesure du cholestérol interfèrent avec la mesure des acides biliaires totaux sériques. Dans le programme d'élimination de la contamination croisée, un programme peut être entré pour indiquer que les acides biliaires totaux ne doivent pas être mesurés dans la coupelle colorimétrique utilisée pour tester le cholestérol. Si cela ne peut être évité, lorsqu'il est allumé, l'instrument effectue un rinçage spécial de la coupelle de comparaison des couleurs pour éviter toute contamination croisée.
La température de l'eau de rinçage est automatiquement contrôlée pour être proche de la température du réservoir de réaction à température constante afin de garantir la température constante du système de réaction et d'augmenter le pouvoir détergent. Un nettoyage ciblé après des analyses d’urgence semble être plus efficace et plus rentable qu’un programme de nettoyage complet et fixe. La consommation d'eau varie considérablement d'un instrument à l'autre.
Les systèmes tels que l'analyseur biochimique automatique ABBOTT AEROSET disposent de fonctions de nettoyage automatique (smart wash) et de fonctions optimales de sélection de séquence d'échantillons (OSS). Autrement dit, l'instrument modifie automatiquement la séquence de détection en fonction de la combinaison d'éléments de contamination croisée entre réactifs ou échantillons pour éviter les éléments d'analyse qui s'influencent mutuellement ; lorsque cela est vraiment inévitable, un agent de nettoyage spécial sélectionné est utilisé pour le nettoyage automatique.
6. système colorimétrique
(1) La plupart des sources lumineuses utilisent des lampes halogènes avec des longueurs d'onde de travail comprises entre 325 et 800 nm. Les lampes halogènes ont une durée de vie courte, généralement de 1 000 à 1 500 heures seulement. Lorsque l'intensité lumineuse de la lampe n'est pas suffisante, l'instrument déclenche automatiquement une alarme et doit être remplacé à temps. Certains analyseurs biochimiques utilisent des lampes au xénon longue durée, qui peuvent fonctionner pendant plusieurs années en veille 24 heures sur 24, et la longueur d'onde de fonctionnement est 285-750 nm.
(2) Gobelet colorimétrique.Le gobelet colorimétrique de l'analyseur biochimique automatique est également un gobelet de réaction. Le diamètre lumineux de la cuvette varie de 0,5 à 0,7 cm et est généralement en quartz ou en plastique de haute qualité. Le petit trajet lumineux permet d'économiser des réactifs. Lorsque le rayon de la cuvette est inférieur à 1 cm, certains instruments peuvent s'étalonner automatiquement à 1 cm. Le dispositif de rinçage automatique de la cuvette de l'analyseur biochimique effectue des actions de rinçage et de séchage répétées automatiquement une fois que l'instrument a terminé l'analyse colorimétrique. La cuvette continue d'être recyclée après avoir passé l'inspection automatique. Les cuvettes non qualifiées doivent être remplacées rapidement. Si une cuvette en quartz est utilisée, elle doit être inspectée et nettoyée régulièrement.
(3) Monochromateur et détecteur Différents types d'analyseurs biochimiques automatiques utilisent la spectrométrie d'absorption ultraviolette visible, qui surveille les changements d'absorbance des chromophores à une longueur d'onde spécifique dans la région optique de 200 à 700 nm, complétée par le calcul de systèmes logiciels de micro-ordinateur pour compléter la détermination. La base de la quantification du spectre d'absorption visible-ultraviolet est la loi de Lamber-Beer.
La spectrophotométrie traditionnelle utilise généralement la spectroscopie frontale, c'est-à-dire qu'un filtre, un prisme ou un réseau est d'abord utilisé pour diviser la lumière entre la lampe source de lumière et la coupelle d'échantillon. Après avoir traversé la fente réglable, la lumière monochromatique qui est « complémentaire » à la L'échantillon est obtenu. Irradiez la coupelle d'échantillon, puis utilisez une cellule photoélectrique ou un tube photoélectrique comme détecteur pour mesurer l'absorption de la lumière monochromatique (absorbance) par l'échantillon.
La plupart des analyseurs biochimiques modernes utilisent une technologie de mesure post-spectroscopique. Mesure post-spectroscopique : illuminez d'abord un faisceau de lumière blanche (lumière mixte) dans la coupelle à échantillon, puis utilisez un réseau pour séparer la lumière. En même temps, une rangée de diodes électroluminescentes est disposée derrière le réseau comme un détecteur. L'avantage de la post-spectrométrie est qu'il n'est pas nécessaire de déplacer des composants dans le système colorimétrique de l'instrument et que des longueurs d'onde doubles ou multiples peuvent être sélectionnées pour la mesure en même temps. Cela peut réduire le bruit colorimétrique, améliorer la précision de l'analyse et réduire taux d'échec.
Le monochromateur de l'instrument biochimique est le dispositif spectroscopique, qui se décline en deux types : le filtre interférentiel et le spectromètre à réseau. Les filtres d'interférence sont disponibles en type à insert et en type à disque rotatif. Le type enfichable signifie que le filtre requis est inséré dans la fente du filtre. Le type à disque signifie que tous les filtres équipés de l'instrument sont installés dans le disque et peuvent être tournés vers le filtre requis pendant l'utilisation. Les filtres interférentiels sont bon marché, mais ils sont sujets à l'humidité et à la moisissure, ce qui affecte la précision des résultats des tests. Les analyseurs biochimiques semi-automatiques utilisent souvent ce type de filtre.
La division de la lumière par réseau peut être divisée en deux types : le réseau de réflexion holographique et le réseau concave gravé. Le premier est fabriqué en recouvrant le verre d'un film métallique, qui présente un certain degré de différence de phase et se corrode facilement ; le second est l'endroit où la longueur d'onde sélectionnée est gravée de manière fixe sur le verre concave, qui est résistant à l'usure et à la corrosion. , et n'a pas de différence de phase. Les analyseurs biochimiques entièrement automatiques utilisent principalement la spectroscopie à réseau.
7. système de contrôle de programme
L'ordinateur est le cerveau de l'analyseur biochimique automatique. Le remplissage et l'identification des échantillons et des réactifs, l'identification par code à barres, le contrôle de la température constante, le contrôle du rinçage, l'impression des résultats, la surveillance du contrôle qualité et les alarmes en cas de panne de divers instruments sont tous contrôlés par l'ordinateur. . Chaque génération d'instruments s'améliore de plus en plus, et le degré d'automatisation est de plus en plus élevé. Certains instruments peuvent même effectuer certaines procédures de maintenance quotidiennes. Les fonctions de traitement des données des analyseurs biochimiques automatiques deviennent de plus en plus parfaites, telles que : l'absorbance pendant le processus de réaction, les statistiques de diverses méthodes de mesure, les résultats du contrôle de qualité en intérieur de diverses méthodes d'étalonnage, etc., l'analyseur biochimique peut tous être traité. L'ordinateur peut également vérifier les données du patient, les indicateurs de performance de l'instrument, l'état de fonctionnement de l'instrument, etc. Le contrôle qualité et les résultats des patients dans l'instrument de biochimie automatique peuvent également être gérés en réseau via la connexion entre l'ordinateur de l'instrument et le système d'information du laboratoire (LIS).
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