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10/10體外診斷儀器的基本結(jié)構(gòu)以及功能模塊概述【體外診斷儀器的基本結(jié)構(gòu)以及功能】
體外診斷儀器的基本結(jié)構(gòu)包括液路、氣路、電路以及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng),液路和氣路主要與探針的采樣、加樣、試劑運(yùn)轉(zhuǎn)及廢液排棄等有關(guān),光路和電路與信號(hào)檢測(cè)、信息綜合處理等有關(guān),而機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)則貫穿整個(gè)檢測(cè)分析的全過(guò)程。
【體外診斷儀器的光學(xué)模塊】
光學(xué)模塊的功能以及組成:對(duì)樣品和試劑反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)從而計(jì)算得到樣品成分含量。光學(xué)模塊主要包括光源、分光器件、光電檢測(cè)器。
光源:光源是提供入射光的器件,常見(jiàn)光源有鹵鎢燈、氙燈、發(fā)光二極管和激光器等多種。
分光器件是一種無(wú)源器件,又稱光分路器,它們不需要外部能量,只要有輸入光即可,主要有透鏡、反射鏡、濾光器(濾光片)、色散元件(棱鏡或光柵)等組件。作為PON系統(tǒng)的重要構(gòu)成(ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)、OLT(光線路終端)和無(wú)源光分配網(wǎng)三部分組成),分光器的主要功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù),并集中上行數(shù)據(jù)。分光器帶有一個(gè)上行接口和若干個(gè)下行接口。從上行光接口過(guò)來(lái)的信號(hào)會(huì)被分配到所有的下行光接口中傳輸出去,從下行來(lái)的數(shù)據(jù)只有唯一的上行傳輸口。只是光信號(hào)從上行到下行的時(shí)候,光信號(hào)強(qiáng)度/光功率將下降,從下行到上行的時(shí)候,也是一樣。而且,每個(gè)下行接口的輸出強(qiáng)度可以相同也可以不同。
光電檢測(cè)器是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置,常用的光電轉(zhuǎn)換器有光電二極管、光電倍增管(PMT)、電荷耦合元件(CCD)等。光電倍增管模塊和光子計(jì)數(shù)探頭作為極微弱光檢測(cè)器件,正在發(fā)揮著不可替代的作用,而閃爍氙燈作為大功率紫外光源也越來(lái)越受到儀器廠商的青睞。
每一個(gè)器件的產(chǎn)生都是為了達(dá)到某一項(xiàng)性能指標(biāo)的要求,以達(dá)到人們想要的更好的效果,光電檢測(cè)器同樣也不例外。對(duì)于光電效應(yīng),通過(guò)研究發(fā)現(xiàn):在P-N結(jié)中,由于有內(nèi)建電場(chǎng)的作用(內(nèi)建電場(chǎng)使耗盡層的能帶形成一個(gè)“斜坡”-位壘),光電子和光空穴的運(yùn)動(dòng)速度加快,從而使光電流快速地跟著光信號(hào)變化,即響應(yīng)速度快。也就是說(shuō),耗盡層的寬度越寬,光電檢測(cè)器的響應(yīng)速度就會(huì)越快。
然而在耗盡層之外產(chǎn)生的光電子和光空穴,由于沒(méi)有內(nèi)建電場(chǎng)的加速作用,運(yùn)動(dòng)速度慢,因而響應(yīng)速度低,而且容易發(fā)生復(fù)合,不能移動(dòng),導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率低。而正因?yàn)樵诤谋M層中有內(nèi)建電場(chǎng)的共同作用,響應(yīng)速度快,轉(zhuǎn)換效率高,所以我們也是希望耗盡層越寬越好。總而言之,為了改善光電檢測(cè)器的響應(yīng)速度和轉(zhuǎn)換效率,應(yīng)適當(dāng)?shù)丶哟蠛谋M層的寬度。
【常用光學(xué)模塊的光路系統(tǒng)】
常用的光學(xué)系統(tǒng)主要包括生化分析儀前分光和后分光光學(xué)系統(tǒng),熒光免疫分析儀光學(xué)系統(tǒng),化學(xué)發(fā)光免疫分析儀光學(xué)系統(tǒng),五分類血細(xì)胞分析儀光學(xué)系統(tǒng)以及流式細(xì)胞儀光學(xué)系統(tǒng)。
生化分析儀器的光學(xué)系統(tǒng)是基于光電比色法的原理,光電比色法有前分光和后分光兩種。
熒光免疫分析儀光學(xué)系統(tǒng):熒光免疫分析儀基于免疫層析雙抗夾心法進(jìn)行激光誘導(dǎo)熒光共聚焦檢測(cè)。
化學(xué)發(fā)光免疫分析儀光學(xué)系統(tǒng):利用化學(xué)發(fā)光物質(zhì)發(fā)出的光子進(jìn)行單光子檢測(cè)。
五分類血細(xì)胞分析儀光學(xué)系統(tǒng):五分類大都采用多角度偏振光散射白細(xì)胞分類技術(shù)(MAPSS)。
流式細(xì)胞儀光學(xué)系統(tǒng):流式細(xì)胞儀采用散射式光電檢測(cè)。
【體外診斷儀器的運(yùn)動(dòng)模塊】
體外診斷的運(yùn)動(dòng)模塊包括取樣運(yùn)動(dòng)模塊、樣品傳動(dòng)模塊以及攪拌搖勻模塊。
取樣運(yùn)動(dòng)模塊主要工作方式和實(shí)現(xiàn)方案:水平面上到達(dá)預(yù)定的取樣位置。取樣針垂直水平面移動(dòng),下降到液面以下吸取樣體,然后抬升,再進(jìn)行后續(xù)動(dòng)作。
1.三自由度構(gòu)型:三個(gè)自由度,分別對(duì)應(yīng)在X軸、Y軸、Z軸三個(gè)方向上的移動(dòng)。前兩個(gè)關(guān)節(jié)(X軸、Y軸)用來(lái)確定預(yù)定的取樣位置,最后一個(gè)關(guān)節(jié)(Z軸)實(shí)現(xiàn)取樣針在豎直方向進(jìn)行上下移動(dòng)。無(wú)需樣品盤和試劑盤協(xié)同動(dòng)作,固定樣品和試劑,精確控制取樣臂三軸進(jìn)行移動(dòng)(相當(dāng)于坐標(biāo)軸定位)。所占空間相對(duì)較大,多軸同時(shí)工作,工作效率受限,工作空間受限。
2.二自由度構(gòu)型:兩個(gè)自由度,分別為一個(gè)平移關(guān)節(jié)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。樣品盤和試劑盤協(xié)同動(dòng)作,控制稍復(fù)雜,提高工作效率、加快速度,結(jié)構(gòu)緊湊、體積小,工作空間不受限制,沒(méi)有臂與臂的運(yùn)動(dòng)干涉。該構(gòu)型是目前絕大多數(shù)體外診斷設(shè)備取樣運(yùn)動(dòng)模塊中較為主流的構(gòu)型。
樣品傳動(dòng)模塊:樣品傳動(dòng)模塊主要工作方式和實(shí)現(xiàn)方案:反應(yīng)杯或者試紙的傳動(dòng),直線運(yùn)動(dòng)較多,類似于傳送帶的傳動(dòng)。樣品盤(包括試劑盤、反應(yīng)盤)的運(yùn)動(dòng),主要是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),旋轉(zhuǎn)固定角度,減少取樣針不必要的角度變化,提高了取樣的精確度。
1.樣品的傳動(dòng):推動(dòng)樣品在儲(chǔ)存區(qū)、裝載區(qū)、反應(yīng)區(qū)、清洗區(qū)四個(gè)模塊之間運(yùn)動(dòng)。全自動(dòng)體外診斷設(shè)備中,樣品在儲(chǔ)存位置、加樣位置、攪拌搖勻和清洗位置、測(cè)量暗室等工作停留點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)移需要自動(dòng)轉(zhuǎn)移。根據(jù)緊湊設(shè)計(jì)的原則,大部分傳動(dòng)裝置在內(nèi)部,但是在設(shè)備外部進(jìn)行,易于直觀觀察。
2.樣品盤和反應(yīng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng):樣品盤是存放樣品、試劑的裝置,樣品盤的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)需要首先確定樣品盤的規(guī)格。試管的尺寸和數(shù)目決定了樣品盤的規(guī)格。
為了保證所有樣品都可被取樣針吸取和被條碼器掃描,要有光電開(kāi)關(guān)和光柵反饋樣品盤的位置信號(hào)來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)輔助控制。
攪拌混勻模塊:合理的驅(qū)動(dòng)方式和傳動(dòng)方式,使攪拌搖勻模塊具有旋轉(zhuǎn)、豎直移動(dòng)和攪拌等功能。攪拌過(guò)程中,快速地讓液體混合均勻,并且不能讓混合液濺出試劑杯。要合理安排攪拌模塊各個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的布局,使其結(jié)構(gòu)緊湊,保證運(yùn)動(dòng)沒(méi)有干涉,實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。
對(duì)樣品和試劑的混合液體進(jìn)行攪拌,使其充分接觸,更快、更完全地進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。大部分設(shè)備,攪拌搖勻模塊目的相同:為了使反應(yīng)更加充分。常用的攪拌搖勻模塊有三組攪拌棒,第一組在攪拌時(shí),第二組進(jìn)行堿性清洗液的清洗,第三組進(jìn)行去離子水清洗。第三組順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn),逐步進(jìn)行清洗,最高效合理沖洗攪拌,提高了檢測(cè)速度,多了一遍清洗過(guò)程,使交叉污染發(fā)生的機(jī)會(huì)降至最低。
【體外診斷儀器的移液模塊以及液路控制】
移液模塊用來(lái)對(duì)待測(cè)液體(人體體液,如血清標(biāo)本、尿液)進(jìn)行定量吸樣、分配,完成稀釋或混合動(dòng)作,是體外診斷儀器最終達(dá)到“高精度”檢測(cè)目標(biāo)的重要組成部分,具體由微量泵、取樣針、導(dǎo)管、壓力傳感器、液面?zhèn)鞲衅鞯炔考?gòu)成。
各部件的作用:微量泵:精確泵入和泵出檢測(cè)試劑和樣本。取樣針:配合微量泵完成對(duì)液體的稀釋、分配工作。導(dǎo)管:承載和引導(dǎo)試劑和樣本。壓力傳感器:感知液
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