AutolumiS 3000型全自动微粒子化学发光分析仪加样系统的结构设计

刘海珠 姚继承 刘 鹏 王晓伟 王明义*

化学发光分析仪是临床实验室中常用的自动化检测仪器，该仪器可减少手工操作环节，加快检测速度，缩短检测时间。自动加样系统作为化学发光分析仪的关键组成部分，对待测物及试剂加样的精确程度将直接影响分析标本的结果[1-2]。通过分析微量液体加样装置的工作原理，设计出AutolumiS 3000型全自动微粒子化学发光分析仪微量液体精确加样装置，较大幅度提高了检验准确性和结果可靠性。

1 设计原理

目前，接触式与非接触式加样是国内外加样装置设计的常用方式，通过分析发现，非接触式加样结构设计复杂，需通过外带气源在外力作用下实现对样本及试剂的吸取与释放，在技术上更难于实现[3]。因此AutolumiS 3000型全自动微粒子化学发光分析仪(威海威高生物有限公司)加样系统采用针管接触式加样方式，针管设计简单且可用于实现标本加样体积的调整。由于各类标本及试剂的密度状态有所不同，部分样本的释放不能直接滴落，因此该系统设计为运动控制系统，由X轴、Y轴和Z轴实现加样臂移动，调整加样针到反应杯侧面距离，使液滴接触反应杯侧面从而实现试样的加注。通过加样针的Tefflon涂层与钛合金材质设计，使其杜绝悬滴挂液且具有良好的防撞功能。此外，该加样针还设有液面检测、凝块探测、堵针报警、试剂、耗材以及废液余量自动监测功能。为防止前后两份检测样本间量的干扰及交叉污染，该系统中设有涌泉式内外壁清洗装置。

2 结构设计

化学发光分析仪的自动加样系统主要包括微量加样装置和自动清洗装置，用于样本及试剂的微量精准吸取与释放和加样针及管路的自动清洗。

2.1 微量加样装置

(1)加样装置结构。加样单元外部采用双针双臂设计，分别加样本及试剂，加样臂由2个三维运动臂构成，用于实现样本、磁珠和试剂的精确加样，加样装置总体结构见图1。

图1 加样装置总体结构图

(2)针管接触式加样针。加样装置是加样系统的核心，针管式加样部分是加样装置设计的关键结构，直接影响着加样的精度和准确性。AutolumiS 3000型针管式加样结构简单，该设计易于实现，容易控制加样精度和调整加样体积，针管活塞直径小，最大外径为Ф1.44 mm，最小外径为Ф1.1 mm，内径仅为Ф0.6 mm，使加样量可达微升级别，针管式加样结构见图2。

(3)加样针功能设计。AutolumiS 3000型全自动微粒子化学发光分析仪加样针通过加样针固定块与检测线连接(图3)，检测线将加样针液位探测等信号实时反馈给控制单元，控制单元进行信号处理，实现液位监测功能。加样针管路连接压力传感器实现实时监控，堵针检测信号通过堵针报警检测线反馈给驱动板，可实现堵针报警功能，避免漏加样(图4)。同时，该仪器的试剂、废液和耗材也可通过AutolumiS 3000型软件中查看，可实现余量自动监测。

图2 针管式加样针结构设计图

图3 加样针液位探测装置图

图4 加样针堵针报警装置图

(4)精密运动控制系统。该系统是精确加样装置的重要组成部分，直接影响加样性能。通过对调整加样针与反应杯的距离，使液滴与反应杯接触而实现精确加样。该系统主要由X轴、Y轴和Z轴运动控制部分组成，X轴实现加样臂水平方向移动，Y轴实现加样臂前后方向移动，Z轴实现加样臂上下方向移动，加样臂结构见图5。

图5 加样臂结构示图

2.2 微量加样流程

加样针加试样时，三通阀1关闭，三通阀2、三通阀3打开。通过软件控制注射泵的量程，加样臂移动到样本区或试剂区，加样针吸取一定量的样本或试剂，吸取完成后加样臂移动到加样区，加样针加注样本或试剂，加样流程见图6。

图6 加样流程图

2.3 自动清洗装置

加样系统的加样精度与加样装置机械性能和自动清洗装置等多方面因素有关。上一试样的残留或针管污渍均会影响加样的准确性，还可能发生交叉污染，使检测结果不可靠。该装置中设有涌泉式洗涤站，对加样针的清洗采用涌泉式内外壁清洗方式，可杜绝交叉污染的发生，涌泉式洗涤站内桶、外桶设计见图7、图8和图9。

图7 涌泉式洗涤站内桶设计图

图8 涌泉式洗涤站外桶设计图

图9 洗涤站筒实物图

加样系统清洗装置通过三通阀控制，冲洗泵将清洗液注入加样针冲洗管路，在洗涤站筒内芯冲洗加样针，冲洗完成后加样针将废液打到洗涤站筒外筒，通过废液泵排除，加样系统清洗装置液路设计见图10。

图10 加样针清洗装置液路设计框图

3 小结

全自动化学发光分析仪可用于肝炎病毒、艾滋病毒、梅毒以及结核等重大传染病的临床辅助诊断[4]。精确加样装置作为分析仪关键结构之一，其机械性能影响试样定量吸取及加注的准确性，从而影响检测结果的可靠性。由于国外加样装置的研究技术十分成熟，已研制出自动固相加样装置、微冷阱和高速气体萃取加样系统、微滴电喷离子化色谱-质谱加样技术等先进加样系统[5]；而国内对微量液体精密加样装置的研究设计较晚，缺乏高端医疗器械核心技术。因此，医院多采用国外进口仪器，但其价格昂贵，维护成本较高。

AutolumiS 3000型全自动微粒子化学发光分析仪首次使用微升级别的接触性方式和精密运动控制系统来实现微量精确加样。针管接触式加样设计结构简单，加注试样时加样针可直接接触液面，避免液体飞溅损失，亦可防止仪器表面污染[6]。AutolumiS 3000型全自动微粒子化学发光分析仪针管接触式加样方式的设计与制造，降低了患者医疗检测费用，具有良好的应用前景。