酶免祝老师作业

1、目录第 1 章 绪 论11.1动酶免疫分析仪简介11.2酶联免疫分析技术的发展历程11.3动酶免分析仪国内外现状3第 2 章动酶免分析系统工作原理72.1 酶免分析仪基本原理72.1.1 酶联免疫吸附试验72.1.2 酶联免疫吸附试验分类以及测试过程82.2动酶免分析仪的组成9第 3 章动酶免分析系统. 113.1 全波长酶标读板技术113.1.2 光谱分析技术113.1.2 光栅分光技术133.1.3 全波长酶标读板系统的总体方案143.2 酶免分析仪孵育与洗板技术153.2.1 孵育技术153.2.2 洗版技术153.3 加样过程系统. 163.3.1 液位探测技术173.3.2技术173

2、.3.3 防滴漏技术18第 4 章 总结与展望19动酶免疫分析仪第 1 章 绪论1.1动酶免疫分析仪简介酶联免疫吸附测定（ELISA/EIA，简称“酶免”）是一项现代医学临床检验基本的、常规的检测技术。由于免疫临床标志物（抗原/抗体）具有无法替代的临床意义、以及酶免测定具有操作简便、技术可靠的特点，酶免测定已经成为传染病血清学标志物（如肝炎、致畸病原 Torch）、肿瘤标志物及内等各种临床免疫指标检测的主导技术。酶联免疫吸附试验的基本原理是：使抗原或抗体结合到某种固相载体表面，并保持其免疫活性。使抗原或抗体与某种酶连接成酶标抗原或抗体，这种酶标抗原或抗体既保留其免疫活性，又保留酶的活性。在测定

3、时，把受检标本（测定其中的抗体或抗原）和酶标抗原或抗体按不同的步骤与固相载体表面的抗原或抗体起反应。用洗涤的方法使固相载体上形成的抗原抗体复合物与其他物质，最后结合在固相载体上的酶量与标本中受检物质的量成一定的比例。加入酶反应的底物后，底物被酶催化变为有色产物，产物的量与标本中受检物质的量直接相关，故可根据颜色反应的深浅进行定性或定量分析。酶免分析系统就是近几十年来发展起来的基于酶联免疫吸附测定原理的免疫指标检测仪器。1.2 酶联免疫分析技术的发展历程免疫学于人类对传染性疾病的抵御能力的研究，而且研究多集中于抗体的抗能力。随着微生物学的发展，到 20 世纪中期以后，各种抗原、抗体的作用进行深入

4、研究，免疫学分析进行了细化，发展了基础免疫学、临床免疫学、免疫学检测和医学免疫学等多个分支。依据不同类型的抗原-抗体反应又建立了各种免疫分析技术，根据在反应中是否引入标记物免疫分析术又分为非标记免疫分析和标记免疫分析两大类。非标记免疫分析是利用抗原-抗体反应后生成复合物进行检测的方法，具有高度的特异性，但是着灵敏度不高，缺乏可供测量的信号的缺点，因此人们采用了各种标记技技术来对抗原抗体的反应进行检测，通过检测标记物来反应抗原和抗体的结合情况，从而检测地测量出被检抗原或抗体的和含量。常用的标记物有荧光素、酶、放射性核素及胶体金等，免疫标记技术根据标记物种类的研究分支如下图 1.1 所示：1图 1

5、.1 免疫标记技术的研究分支酶是一种能催化化学反应的特殊蛋白质，其催化效力超过目前所有的人造催化剂，一般可使反应1081010 倍。此外，酶还具有高度的专一性，即每一种酶只催化一种或一组密切相关的化学反应，酶联免疫技术（ELISA）就是使用酶为标记物的免疫分析术，是应用标记物标记抗体或抗原进行抗原抗体特异性反应，从而提高免疫学的敏感性，瑞典学者 Engvall 和 Perlmann，荷兰学者 Van Weeman 和 Schuurs 分别，将检测体液中微量物质的固相免疫测定方法称为酶联免疫吸附实验（ELISA），并已地应用于多种病原微生物所引起的传染病、病及非传染病等方面的免疫。实验结果表明，

6、ELISA 法具有灵敏、特异、简单、快速、稳定以及易于自动化等特点。不仅适用于临床标本的检查，而且一天之内可以检查几百甚至上千份标本，也适用于血清流行病学。免疫吸附试验不仅可以用来测定抗体，而且可以用于测定体液中的循环抗原，是一种早期的良好方法。早期 ELISA 检验操作多采用手工加样本和试剂，对反应完成的有色物质溶液颜色深度进行目视比色或者光电比色。20 世纪 90 年代初期，开启了以为代表的“全面自动化”（TLA）运动，手工酶免试验操作成为了 TLA 的主要。ELISA 试剂盒商业化的启动，抗原和抗体能紧密结合于固体物质的固相技术应用于微滴定板，技术上的优势导致了自动加样设备、多通道加样器

7、和自动洗板机、读板机/酶标仪的发明，半自动以及动的酶免疫分析技术取代了手工操作。90 年代末期，ELISA 检测系统的灵敏度和特异性以及检测过程的自动化得到了显著提高与完善，酶免试验成为了传染病血清学标志物（如肝炎、致畸病原）、肿瘤标志物及内等各种临床免疫指标检测的主导技术。酶免试验全过程化的意义，并非仅仅限于降低劳动强度、减少人为的误差。根据已的（FAME）评价，人们发现：动酶标分析系统可以普遍地、显著地提高酶免试验的特异性，如系统可以提高提高到 97.4%。表抗的特异性由常规设备的 87%到 91%，丙肝抗体由常规设备的 89.1%2双位一点法电化学免疫技术间接法化学发光免疫技术双抗原夹心

8、法免疫标记技术免疫荧光技术酶联免疫吸附技术竞争法酶标技术酶免疫组化技术双抗体夹心法放射物标记技术1.3动酶免分析仪国内外现状早期的酶免测试系统需要人工使用注射器对酶标板进行血清学标志物样品加样，再送入恒温水槽进行预温。然后使用加样器加入酶反应试剂孵育，待充分反应后通过人工对酶标实验板进行。后的酶标实验板由分光光度计进行免疫指标分析。上世纪 90 年代末，以为代表的发达提出了“全面自动化”（TLA）运动，这对于在 90 年代初期发展起来的手工酶免实验测试系统已成为了 TLA 的主要。由于全面自动化具有标准化、高效率、高质量的自动化与化特征，正成为临床发展的新趋势。因此，研究酶免疫自动测试系统具有

9、重要的科学意义和巨大的市场需求。国外对动酶免测试系统的研究，可以回溯到上个世纪 90 年代末期。第一自动酶免分析系统是由哈美顿（HAMILTON）公司生产的，由于单针加标本每板需要 15 分钟，三块板共需 45 分钟完成加标本工作，系统加标本占用了较长时间。因此，第一自动酶免分析系统，被认为是“节约劳动力而不能提高效率”的自动酶免分析系统，第一台该类型设备由哈美顿（HAMILTON）公司生产并于 2002 年上市，哈美顿第一自动酶免分析系统实物图如图 1.2 所示。第二自动酶免分析系统被认为是不含标本加样装置动酶免分析系统，通常也称“后处理系统”，其基本技术特征为非常任务和单一轨道。第三代动酶

10、免分析系统的基本特征是采用多任务、多通道，完全实现平行过程处理，典型为哈美顿公司的 FAME()动酶免分析系统。系统是世界公认的处理速度最快的动酶免分析仪，它可以同时处理 25 个不同的分析项目，并且采用完全开放的系统模式，可同时运行 10 个不同厂商的系统试剂从而方便用户选择使用多家试剂，优化组合，FAME动酶免分析系统如图 1.3 所示。图1.2 第一自动酶免分析系统图1.3 第三自动酶免分析系统 FAME当前，在医疗器械领域已经形成了以发达为主导的格局。Addcare（）、TRITURUS（变色龙）、Tencan（帝肯）、Beckman Coulter（）、URANUS（尤瑞）等公司都在

11、整机设备的模块研发、流程安排等方面进行了大量的研究，进一步提高了测试速度及精度。其中在测试速度方面比较有代表性的是公司的流水线式动酶联免疫工作站2200系列。该工作站使用比较有一台前处理器与两器结合，分别进行加样本、加试剂操作，避免多次加液都占用前处理器，提高了效率。测试速度最高可达32200TESTS/H，8个通道在96微孔板中加入100L样品（包括更换新的吸头）所需的时间为280s，在96微孔板中连续分配试剂所需时间为40s。免疫工作站2200系列如图1.4所示。公司的流水线式动酶联图1.4公司流水线式动酶联免疫工作站2200各公司在努力研发知识产权的同时也通过引进其他公司先进的子模块进行

12、自主设计，比如URANUS（）公司的动酶免疫200系列主要模块均由国口：XIRIL公司原装动加样器、TencanSUNRISE酶标仪以及带有16针洗板头的洗板机。该系统采用全新的“双舱双机械臂”设计理念，通过前后舱的设置合理安排实验步骤和实验时间，最终实现真正意义上的循环。URANUS动酶免疫200如图1.5所示。图1.5URANUS动酶免疫200除了硬件及原理方面的研究，在操作界面及软件管理方面也是各公司争相研究的领域。比如，变色龙公司的开放式动酶免系统采用国际标准ASTM联网格式，系统能以文件或国际标准ASTM通讯方式与电脑中心进行单、双向数据通讯，为用户实现内部计算机管理提供方便连接。变

13、色龙开放式动酶免系统如图1.6所示。4图1.6变色龙开放式动酶免系统随着技术的进步、劳动强度的增大和对安全性越来越多的关注，满足现代GMP/GLP 要求的标准化、高效率、高质量的动酶免分析系统，正在世界各种实验室里形成了巨大的需求。然而，国内的动酶免分析仪的发展不容乐观。国内的酶联免疫吸附检测技术近年起步，由于受到技术的限制，目前国内只是在某个过程或功能上实现自动化处理，即分离式酶联免疫仪器。与酶联免疫检验相关的多为小型酶标仪、洗板机等，自 ELISA 试验技术于 20 世纪 80 年代引入中国，与之相关的分析仪器也得到了快速发展，我国先后出现了十余家酶标仪、洗板机生产厂商，在上与众多的进口酶

14、标仪器进行竞争。目前国内主要生产的酶联免疫分析系统不具备整体工作条件，只是在某个过程或功能上可以实现自动处理，因而还属于半自动的小型酶标洗板仪，如北京新技术的 DNM9602A 型酶标分析仪、汇松科技 PW-960 96 针高效动酶标洗板机，都是只具有酶免分析检测功能和洗板功能的组合。DNM9602A 型酶标分析仪如图 1.7 所示。PW-960 96 针高效动酶标洗板机如图 1.8 所示。图1.7北京DNM9602A型酶标分析仪图1.8汇松科技PW-96096针高效动酶标洗板机5同时，国内某些生产子模块的公司也引入国外先进的动加样器等模块搭建出某种意义上的整机。比如，安图公司引入Sisa公司

15、的Lisa动加样器并添加相应的辅助设备（酶标检测仪、发光检测仪、洗板机等）搭建出整机测试环境。安图公司的A2000系列动酶免分析仪如图1.9所示。图1.9国产安图A2000系列动酶免分析仪爱康电子引入 Xantus（斯）动加样器并结合研发的 Poseidon AK03B血型分析仪搭建整机环境。爱康公司的动血型分析仪如图 1.10 所示。图1.10爱康动血型分析仪由于国内医疗条件发展不平衡，国产半自动小型酶标洗板仪性能不稳定，引进国外先进的动酶免分析系统又需要大量的资金，因而，目前国内相当多的医院及医疗机构还通过手工来完成酶联免疫试验的现象。在没有酶标仪的情况下，需要人工使用注射器对样品进行加样

16、，充分反应后再人工送到酶免检测仪中进行分析。甚至酶标实验板的工作也要通过人工来完成，这些都会给试验结果带来很大的实验误差，同时也降低了试验质量。国内各级别的医疗机构内还大量的酶免试验是通过手工完成的现象，不能够保证加样量的准确性。在没有动化酶标仪的情况下，通常需要人加样器对样品进行加样，充分反应后再人工送到酶免检测仪（如酶标仪等）中进行分析。这样会给酶免试验结果带来很大的误差，造成误判，在执行低效的操作的同时也降低了试验质量。因此，在国内研究开发动酶免分析系统迫在眉睫，将半自动小型酶标洗板仪发展成为动酶免分析系统是我国酶免分析技术发展的迫切需要。6第 2 章动酶免分析系统工作原理2.1 酶免分

17、析仪基本原理动酶免分析系统是基于酶联免疫吸附试验工作过程设计的，是酶联免疫吸附试验过程的自动化，现已应用在医学检测、动物检疫检测、植物检测、食品安全检测等领域，实验的结果表明，检测过程自动化能够提高酶免分析实验的特异性，提高检检测效率，酶联免疫吸附试验一般包括双抗体夹心法、抗原竞争法、间接法等基本检测方法，下面将对酶免分析实验原理和实验方法进行。2.1.1 酶联免疫吸附试验酶联免疫吸附分析全称为光度酶联免疫分析，也称被简称为 ELISA，最早由 Engvall 和Perlmann 与 Van Weeman 和 Schurs 同时建立的，并应用于医学研究。ELISA 通过利用抗原、抗体复合物同酶

18、标记物的免疫特异性反应和酶的催化放大作用相结合，既能保持酶催化反应的敏感性又能保持抗原抗体反应的特异性，而且能够极大地提高灵敏度。目前，被主要应用于医学检验、动物检疫检验、植物检验、食品检验等，已经成为抗原抗体检测的强的。它的基本原理是：1. 使抗体或抗原能结合到某种固相载体表面，并保持其免疫学活性；2. 抗原或抗体与某种酶连接成酶标抗原或抗体，这种抗原或抗体既保留其免疫活性，又保留酶的催化活性。3.在测定时，使受检标本（测定其中的抗体或抗原）和酶标抗原或抗体按不同的步骤与固相载体表面的抗原或抗体起反应。用洗涤的方法使固相载体上形成的抗原抗体复合物与其他物质，最后结合在固相载体上的酶的含量与标

19、本中受检物质的量成一定比例关系。4.加入酶反应的底物后，底物被酶催化变为有色产物，产物的量与受检物质的量直接相关，因此可根据颜色反应的深浅进行定性分析或定量分析受检物质的含量。由于酶的催化效率很高，一酶在 1min 内可催化数十万乃至上千万底物变为显色产物，故可高效地放大反应信号，使测定方法有很高的灵敏度。根据上述实验原理可知，整个 ELISA 实验可以分为三个部分：免疫学反应过程，包括抗原、抗体、酶和标记物之间的反应；酶和底物催化反应过程，可以使用不同的酶/底；检测方法的建立，可以利用产物的理化性质，可以采用化学发光分析法、分光光度法、电化学分析法、荧光分析法等分析对酶催化反应产物进行分析。

20、72.1.2 酶联免疫吸附试验分类以及测试过程ELISA检验技术日趋成熟并得到广泛应用，在检测过程中有三种必要试剂：1、固相的抗原或抗体；2、酶标记的抗原或抗体；3、酶反应底物。酶联免疫分析实验既可以用于检测抗原又可以用于检测抗体，人们在早期的双抗体夹心法的基础上，建立和改进许多方法，并成功用于的检测与鉴定。根据试剂性质和标本的形状以及检测的具体条件，设计出各种不同类型的检测方法，ELISA常用检测方法如下：1) 双抗体夹心法特性抗体固相，检测带有抗原的样本，检测方法的基本原理如图2.1所示：图 2.1 双抗体夹心法原理示意检测过程：1、 特异性抗体包被到固相载体上，洗涤去没有吸附的抗体。2、

21、载体中加入含有待测抗原的样品，先经过孵育，使抗原和包被的抗体发生特异性免疫反应，然后洗涤，把没有反应的抗原掉。3、 加入使用酶标记的特异性抗体与结合在固相载体上的抗原反应，经过孵育、洗涤，把多余未结合酶标抗体洗去。4、 最后加入底物溶液，被经过酶催化反应，产生可显色的底物，用于检测。这种检测方法具有灵敏度高和特异性强的优点，但是欲检测的抗原必须有两个可以与抗体结合的部位，一端要与包被在固相载体上的抗体作用，另一端要与特异性酶标记的抗体作用。所以，不能用于检测量小于 5000 的半抗原类的抗原检测。此方法可以用在霍乱肠毒素的测定，HbSAg 及 HbS 的测定。2)竞争法既可以用于检测抗原也可以

22、用于检测抗体。以检测抗原为例，其示基本原理如图 2.2所示检测过程：8图 2.2 抗原检测竞争法示意图1、载体中加入特异性抗体，包被形成固相抗体，洗涤掉多余的抗体。2、 包被完成后的固相载体分为两组，一组为待测载体，另一组为参考载体。在待测载体中加受检标本和一定量酶标抗原的混合溶液，两者竞争与固相抗体结合。在参考载体中只加入酶标抗原，经过孵育后，分别洗涤掉没有结分。3、 加入底物试剂经过酶催化显色。参考载体中由于固定的酶标抗原量最多，故颜色最深。参考载体颜色深度与待测载体颜色深度之差，与受检标本中的抗原含量有直接关系。待测载体颜色越淡，表示标本中抗原量越多。这种方法所测定的抗原只要有一个结合部

23、位即可，因此，对小抗原如激素和之类的测定常用此法。该法的优点是快，因为只有一个保温洗涤过程。需用较多量的酶标记抗原为其缺点。2.2动酶免分析仪的组成动酶免分析系统采用模块化结构，其中各个子模块都有相应的分立，常用的酶标孵育模块、洗板模块和读板模块整合到一起，动加样器用来进行前处理过程中液体的吸取及分配，另外对于洗板过程还有的洗板机。各个子模块的设计及实现均是动酶免分析系统设计过程中的关键点，每一部分的性能状况都会影响到最终测试结果的精密度。按照酶联免疫吸附测定（ELISA）反应过程将酶免试验过程中的加样、洗板、孵育、读板等过程划分为酶免分析仪的不同模块，仪器的原理框图如图2.3所示。9移液通道

24、中央控制单元洗板模块孵育模块微量移液平台读板模块固相器皿传送单元图2.3酶免分析仪的原理框图ELISA 的检测方法有很多，但是不论选择哪种方法，ELISA 都包括 6 个步骤：1、抗原抗体吸附于固相；2、加标本和试剂；3、孵育和洗板；4、加酶标抗原和抗体；5、加适当的底物；6、检测和分析结果。从 ELISA 的检验步骤可以看出，ELISA 一般需要进行 45 次加样，加样等待的时间的差异会导致样本位之间的酶标试剂与血清样本反应时间以及孵育时间的不均匀，这样会使反应完成后的酶标仪读数结果误判率增大，可见加样过程对于酶免分析过程的重要性。ELISA 在临普遍应用于传染毒血清标志物的定性检测，由于标

25、本中待测物质的变化范围大，对测定过程中标本分配针的洗涤要求高，否则会造成携带污染。另外，在重复使用加样针时，干燥的加样针上少量的蒸馏水（或盐水）会造成稀释效应，使部分低值弱阳性标本漏检。国内外有一些生物学实验携带污染的，并提出一些解决方案。ELISA 实验的携带污染通常是指加样针（或吸头）在分配阳性标本后，洗涤或洗涤次数不够造成对其后标本检测结果的影响。在 ELISA 实验中主要表现在强阳性标本对阴性标本的污染，使标本误检为（弱）阳性。另一种形式的携带污染就是携带污染，即稀释效应的。在重复使用加样针的系统中，洗涤后干燥的加样针中的微量的残留液（不同的仪器加样系统不同，其残留液的量也不一致），在

26、分配下一份标本时，可能造成稀释，如果该标本为 CutOff 值附近的弱阳性标本，则可能造成漏检。减少加样过程中携带污染，是对加样过程的重要技术要求，对于检验结果的准确性具有直接影响。10PC三维运动系统三维运动系统第 3 章动酶免分析系统动酶免分析系统包含子模块众多并且检验流程复杂，每个环节都必须达到一定要求才能够保证检验结果的准确性。动酶免分析系统中主要包括以下几个方面：（1）酶联免疫吸附试验光学系统的设计，由于光源的光谱范围限制和单色器的类型及质量因素的影响，或者滤光片狭缝宽度调节不当，使酶联免疫吸附试验分光光度法测试的准确性受到限制。（2）读板结果准确性的保证。读板模块是检验过程的最后一

27、个环节，读板结果的质量将直接影响到整个检验结果的准确性。对读板模块的设计既要保证读板的时间，又要保证其分辨率、线性、精度、重复性均在误差的范围内。（3）洗板残余量的技术。在整个检验过程中需要进行多次加样及洗版操作，洗版残余量会直接影响到后续反应及检验结果，对于洗版模块的设计需要做到保证洗板速度的前提下确余量不超过 1L。（4）液位精确探测技术。作为样本检测的第一步，必须进行样本和试剂的吸液，为了确定吸样针进入液面的深度，要能够准确无误的探测到液面。对液位探测模块的设计要求是准确、无干扰的分别探测液面，并且尽量减少携带污染。（5）多任务间的时序安排。系统具有多任务平行处理的能力，运送单元需要将待

28、检物分别运到各个单元进行相应的，安排其行程从而做到准确、高效。（6）加样过程技术。加样过程设计吸/分液过程以及加样尖随加样臂运动过程，由于临床各种检验项目中所需要吸取的试剂不同，吸液过程中可能会由于样本量不足、凝块、气泡等异常现象，影响吸液量的准确性。移液过程中可能会有液体滴漏现象，分液过程中也可能会有堵针、气泡等异常现象影响分液量的准确性，从而造成参与反应的样本量出现异常。对加样过程模块的设计需要能够对加样过程进行实时，并且对加样过程中的异常现象进行。3.1 全波长酶标读板系统设计3.1.2 光谱分析技术一. 分光光度法物质对照射到其表面的光有吸收作用，其光吸收特征具有特异性，吸收光谱法就是

29、以此为基础，通过测量这种光吸收作用来分析物质的特性或含量。将特定波长的光透射通过一定浓度的样品溶液可得到对应的光强吸收度，分别以浓度和光强吸收度作为横坐标和纵坐标，就可以得到该溶液中样品物质的特征光谱曲线，继而利用该光谱曲线对待测样品进行定性或11定量的分析检测称为分光光度法。分光光度法是比色法的发展，根据光谱范围不同，又可分为这几种：1. 紫外光分光光度法，主要用于检测对紫外光有吸收的无色物质溶液；2. 可见光分光光度法，主要用于检测有色物质溶液；3. 红外光分光光度法，主要用于检测对红外光有特征吸收的无色物质。其中，紫外光和可见光分光光度法在 ELISA 实验中使用最分光光度法，红外光分光

30、光度法使用到的较少。，一般合称为紫外-可见二.-定律当入射光透射通过待测溶液时，吸光度与三种主要因素有关：溶液的浓度、液层的厚度和入射光的波长。反映这种关系的定律有 2 个：定律(Lambert Law)：当入射光的波长已确定时，影响光强吸收度的就只有溶液1.的浓度和液层的厚度；定律(Beer Law)：当入射光的波长和溶液的浓度不变，且测量环境浓度一定时，2.光强吸收度就只和液层的厚度成正比。在实际测量中，溶液浓度及液层厚度是需要同时考虑的影响因素，这两个定律被合称为定律(Lambert-Beer Law) 。分光光度法和比色法都是利用定律-：(Lambert-Beer Law)为基本原理来

31、检测物质的特性与浓度含量。其数学表A = lgT = lg I = lg I0 = lg 1 = kLc(3.1)I0IT上式中，A 为吸光度值，T 为光强透过率，I0 为入射光强度，I 为透射光强度，k 为特定吸光系数，L 为液层厚度(cm), c 为溶液的浓度(mol)，光路原理如图波长下物质的ml3.1 所示。需要注意的是，在实际应用中，只有测量环境满足一定条件时，能成立，其适用条件如下：-定律才1入射光应为窄带单色光，因为单色光带宽大则纯度低，造成的系统误差大；2待测溶液浓度有一定上限，当溶液浓度变大而浑浊时，邻近的会造成间的相互干扰作用，吸光度加合性质被破坏，该定律不再成立；3. 仅

32、适用于于吸收光谱分析，在发射和散射光谱分析中没有成立条件。图 3.1-定律123.1.2 光栅分光技术全波长酶标读板系统的色散元件采用光栅来代替传统的滤光片或棱镜。光栅是一块表面刻上大量密集的平行、等宽、等距、不透明刻线的石英或光滑金属片，利用刻槽的衍射效应对复合光进行色散，衍射原理如图 3.2 所示。光栅法线入射光衍射光刻线间距图 3.2 光栅的衍射光栅有两种制作方法：一种是用光栅刻划机在或金属表面上刻出沟槽的经典方法；另一种是利激光条纹在特定材质表面上显影成像的全息方法。刻划机制作的光栅难以保证刻线的平行性、等间距和等深度，因而会产生鬼线(Ghost Line)的干扰，鬼线是光谱线(母线)

33、旁侧出现的假线，光学技术制作的全息光栅可以避免鬼线的产生。以光栅为色散元件的可控分光模块又称光栅单色器，其主要部件包括了色散元件、准直镜、聚光镜和入、出射狭缝，功能是将入射的复合光分解为波长可调的单色光。根据光栅型号、光路构造的不同可分为多种类型：1. Fastie-Ebert(FE)型单色器，以一块大面积球面反射镜和一块衍射光栅为，属于一种常见的造价低廉的设计，但是由于球面偏差(Spherical Aberration)、彗差(Coma)和散光偏差(Astigmatism)等难以消除的系统误差，成像能力一般；2. Czerny-Turner(CZ)型单色器，以两块凹面反射镜和一块平面衍射光栅

34、为，根据具体需求可以改变反射镜的，由于光路结构采用了非对称几何学，对彗差有较好的效果，但依然球面偏差和散光偏差的干扰；3. 平面场(Flat Field)型单色器，以一块平面场型衍射光栅为，克服了 FE 型和 CZ 型单色器光谱聚焦在圆面上导致的像差问题，其面为平面，通常配合阵列探测器来使用；4. 凹面消像差(Concave Aberration Elimination)型单色器，以一块凹面消像差型衍射光栅，由于仅采用了一个光学元件，没有其它辅助光路，这类单色器成本低且体积小，能为够在连续光谱范围内最大程度地降低系统误差的影响。133.1.3 全波长酶标读板系统的总体方案全波长酶标读板系统相比

35、于传统读板系统的构造基础上，在单色器模块有较大改进，采用了光栅分光技术，以凹面光栅为色散元件，总体方案如图 3.3 所示。卤钨灯光源发出的白光，经光栅单色器滤光成为单色光，再经光纤传输和透镜汇聚后，透射通过微孔板中的待测溶液，透射光被聚光镜汇聚到光电二极管的探测窗口上，光强信号被线性转化为电流信号。信号处理部分负责对电流信号进行处理，经过电流-电压转化、信号放大和 AD 转换后的数字信号被 FPGA 接收。FPGA 主控部分负责与 CPU 通信，根据 CPU的、微孔板进出驱动和数据处理等，并将处理结果传送到 CPU。令实现光栅单色器图 3.3 读板系统总体方案全波长酶标读板系统的光路设计如图3

36、.4 所示，经凹面光栅分出的单色光被狭缝调节后，自下而上地透射通过待测溶液。光电二极管聚光镜凹面光栅光阑酶标孔狭缝光纤狭缝白光光源图 3.4 读板系统光路图采用自下而上地透射待测溶液的检测光路，以适应酶标孔的形状，如图 3.5 所示。显然，自下而上的检测光路具有更高的透射光检测效率。14CPU卤钨灯信号处理FPGA光栅单色器光电二极管聚光镜光阑微孔板光 纤光电二极管光束光电二极管光束图 3.5 两种检测光路对比图3.2 酶免分析仪孵育与洗板系统设计3.2.1 孵育系统的设计孵育系统模拟的温度环境，保证需要检测的体液样本和试剂在一定的时间内能充分有效的反应。如果温度的调节时间过长，会降低整个系统

37、的效率。相反，则容易出现超调现象，导致反应酶降低甚至丧失其活性，从而进一步导致后续检测结果的确性。温度的好坏直接影响着动酶免分析仪的检测结果的正确性和准确性。动酶免分析仪孵育模块要求温度精度为±0.5，温度范围为室温到55，步进1，上位机能够设定所需要的温度，并且能够实时的显示当前的温度。根据要求设计了如图 3.6的孵育系统，PC 机通过 USB 和主控模块通信，主控模块和孵育模块等其他子模块通过 CAN总线通信。温度的部分位于孵育模块温控 DSP 中，它对通过温度传感器对温度数据进行，并通过内部程序中的算法产生 PWM 波，经后续电路放大后给加热板加热，使孵育板上的温度达到所设定的

38、温度。图 3.6 孵育系统系统框图3.2.2 洗版系统的设计洗板操作是 ELISA 实验中不可或缺的重要操作步骤。经过反应的试剂和样品需要经过15严格的洗板过程，除去微板当中反应过剩的物质和干扰物，然后再经过后续的检测，保证检测结果的准确可靠。ELISA 实验要求有一个稳定有效的洗板过程，没有完成洗板则无法进行下一步的操作；洗板不稳定必将造成试验结果的波动甚至失败。根据动酶免分析仪洗板系统的要求，设计了洗板系统的结构。自动酶免分析仪洗板系统主要由系统、液路气路系统、机械传动系统、通四部分组成。其中通主要是 PC 机和洗板系统通过 USB 线进行连接，保证洗板系统既能够满足动酶免分析仪自动化的要

39、求，也能单独进行洗板系统操作。其中 USB 通信采用第二讲述的通的通信方式。其中，机械传动系统由水平和垂直两个运构组成，水平运构实现微板的水平移动而垂直运构实现头的上下运动；液路气路系统由电磁泵、真空泵、电磁阀、洗液瓶、废液瓶、头等组成。洗板系统模块主要完成的功能如下：1）完结合机械结构完成对洗板系统位成协议的命令和数据的传输 2）通过对步进电机的置的精确和震荡动作的稳定。3）通过对气路和液路系统的保证洗涤和吸液彻底，避免针头堵塞。仪器工作时头上下运动，气路液路相配合，实现对微板的吸液与喷液；水平载物台上的微板每一排冲洗完成后, 微板水平移动，准确移动至下一排的位置。系统框图如图 3.7 所示

40、。图 3.7 洗板机系统框图3.3 加样过程系统加样系统实现吸液、分液、传送微孔板等任务。有四个的加样通道，各个通道板均具有各自的 Y 轴电机、Z 轴电机、分液（Dosing）电机、挤压（Squeeze）电机。Y 轴和 Z 轴电机负责加样枪的 Y 向和 Z 向的位置移动；分液电机负责加样枪活塞的上下运动，来完成吸液和分液；挤压电机负责挤压 O 型圈来抓取 Tip 头或微板抓手，完成取针和弃针动作。加样过程包括提取 Tip 头（加样尖）、液位探测、吸取样本、分配样本四个过程。在整个过程中所涉及到的主要有：吸/分液过程中加样尖对液位的精确探测、加样过程16中及对加样异常及时判定并、移液过程防滴漏的

41、实现。按照吸取样本的导电性不同，液位探测可以选择电容法液位探测（导电液体）和法液位探测（不导电液体）。吸取样本及分配样本过程中，对加样枪内气压进行并和正常加样过程中监控曲线进行对比，可以选择幅值及斜率作为比较参数对漏气、样本量不足、凝块堵针、样本中有气泡等异常加样过程进行判定，并分类。吸取样本过程完成后，加样臂运动部分移动加样尖到分配样本区域，在移动过程中对加样枪内部气压进行并在必要时利用电机驱动活塞进行气压补偿，以避免漏液现象的发生。3.3.1 液位探测技术作为样本检测的第一步，必须进行样本和试剂的吸液，并且加注到反应杯，这是一个动态的过程，而在这个过程中，液位探测是一个非常重要的环节，它能

42、保证探针迅速下降的时候，通过探测液面所在的位置来及时样品杯或试剂瓶中是否有足够的由各项目预先设定的液量可以进行检测，以保证吸到准确的液量而又不至探的过深得以最大限度减少探针携带污染，特别是在使用原始管时，如果没有液面探测，则会产生空吸，或者因各样品管内液面和血凝块高度不定，导致探针扎入血凝块，而吸不到准确的血清需要量，最终造成探针堵塞。由于测试样本总类繁多并且导电特性各异，采用多种模式的液位探测方法电容法和法。3.3.2技术加样过程广泛于化学、制药学和生物医学等多个学科，并且在药品或医疗中应用广泛。检测的错误加样过程会造成（尤其是药品）的质量问题或对危害。如果临床检验中的加样过程检验，则可能会造成检验结果错误，或者引起各种珍贵医用试剂的大量浪费，因此准确及时地判定加样过程是否正确是很重要的。采用气动置换方式进行加样，当加样枪连接 Tip 头刚开始接触到液体表面时，活塞、加样枪内壁、液体上表面以及 Tip 头内壁共同组成一个封闭