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1、全自动酶免分析系统的技术发展与现状王兆强（澳斯邦生物工程有限公司）酶联免疫吸附试验（ ELISA/EIA ，简称“酶免试验”）是一项现代医学临床检验基本的、常规的检测技术。尽管在90年代初期，由于以聚合酶链反应（ PCR技术为代表分子生物学水平技术的发明，人们纷纷预测，酶免试验将被更高灵敏度、数百万级信号放大的、病原体水平检测的核酸放大试验（NAT所取代。但由于免疫临床标志物（抗原/ 抗体）具有无法替代的临床意义、以及酶免试验具有操作简便、技术可靠，特别是， 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，因此，酶免试验再也没人怀疑将被淘汰，而成为
2、传染病血清学标志物 （如肝炎、艾滋、致畸病原Torch ） 、肿瘤标志物及内分泌等各种临床免疫指标检测的主导技术。支持酶免试验技术的进步，酶标板检测仪器朝着二个方向快速发展。一方面，侧重酶免试验的光学检测系统酶标仪，到 90 年代末已达到至臻完美状态；随着纳米技术微量加样的发展，酶标仪将很容易由检测传统的 96 微孔板，转化为检测 384 微孔板，甚至1536 微孔板，达到更高的检测效率。另一方面，侧重酶免试验处理过程技术酶标分析系统，到 90 年代末已充分发展；随着多任务软件，如 O/S2 ， Unix 及Windows NT等操作平台的完善，满足现代实验室GMP/GLP要求的全自动酶标分析
3、系统，正在世界各种实验室普及。应当指出，在发达国家全自动酶标分析系统的进步，是由法规要求严格、酶免试验结果至关重要的血站实验室需求推动的。这是因为，不同于临床病人检测结果，仅是医生诊断的参考数据，血站血液筛查实验室的检验结果判定，将直接决定血液的安全性。以日本为代表的“全面实验室自动化（TLA）运动，对于全自动酶免分析系统产生了巨大的需求。在 90 年代初期，手工酶免试验操作曾经成为 TLA 的主要障碍。目前，由于全面实验室自动化具有标准化、高效率、高质量的自动化与网络化特征，正成为临床实验室发展的新趋势。酶免试验自动化与网络化的时代已经到来，全面实验室自动化不再是一种模型。了解这些技术进步
4、将有助于高效临床实验室的建设与发展。一 样本处理自动化根据美国临床病理学院( CAP的调查报告，实验室误差(ERROR产生原因的79%因素，是因为实验过程中样本处理不当造成的。区别与其他临床检验技术针对于每一反应单元对应于一份标本，酶免试验的样本处理必须基于批量化操作 96 孔酶标板。为保障正板内各孔标本孵育时间最小差异，必须采用 8 通道或 12 通道快速加样。因 此全自动样本处理机是提高实验精度、提高实验效率和避免人为误差和差错的关键设备。第一代多功能(Robotic )样本处理机，是由瑞士哈美顿( HAMILTON公司开发于1985年上市的 Microlab 2200。这是一台基于机械臂
5、运动和具有管路系统的稀释分配器( Diluter )原理，采用 8 或 12 根固 定距离的特弗隆探针，由单任务的BASIC程序控制的样本处理机。随着酶免试验的普及，基于管路稀释分配器原理的样本处理机得到快速发展，先后有数家厂商开发了十余种样本处理机，以满足实验室液体处理需要。如瑞士哈美顿公司的 Microlab 4000 等。1989 年，哈美顿公司独树一帜，开发上市了以专利技术的可抛弃塑料活塞注射器( Micro-syringe )为原理的，无管路批量样本处理机Microlab AT, 试图满足更快的加样( 12 针)、无污染地加样、主动抛弃可能失去精度的加样针、摒弃不可预测的管路污染与稀
6、释等实验室需求。 1997 年， AT 系列增加改进为Microlab AT plus 2 型。这种原理的样本处理机，具有全面的标本质量系统、加样质量保障系统。是唯一获得美国FDA许可，用于血液筛查实验室的产品。在中国自 1996年开始引进AT样本处理机，迄今为止已有150余名。样本处理自动化的最新技术进步，是以瑞士哈美顿公司于2000 年 8 月推出的，第五代斯达尔全自动随机式批量样本工作站( Microlab STARTM,Sequential Transfer Aliquoting Robot )为标志的，这是世界上第一台符合 2003 年实施的 IVD 标准的全自动样本处理工作站。其主
7、要技术特征是：采用专利的压缩导入-O形环扩张(CO-R6核心技术，实现标准加样的智能化、自动化；理想的加样体系一一气动置换加样原理ADP的实现；实现任意加样动作编程同时使用不同的加样头(抛弃型加样尖和永久型探针)；实时实现液体双传感(AC- AP)技术；全方位液面传感应用，特别是解决了酶标板的液面监测世界难题；活性洗涤工作站( Active Wash Station )进行平行洗涤加样针，是提高加样速度的关键；模块化、无管路、独立加样通道系统4理理16 通道，用户可以根据工作量进行升级；智能增强的容错纠错系统( Sophisticated Error Handling ) ;实现全过程控制(T
8、P。，全部步骤都在监控下运行，每个步骤都形成记录文件( TRACE ,甚至对加 样体积质量进行校验、备份，实现全自动GMP/GLP。最新一代哈美顿理斯达尔的典型应用为：* 血站输出筛选实验室：理理 ELISA 实验 理理标本留样存档( Archiving ) 理理血型正反定型实验理理转氨酶和梅毒凝集实验理一NAT汇集实验一一NAT试验无7亏染(RNAse/DNAs力口样* 医院检验实验室：样本处理中心(对病人标本分项处理( aliquot )生化 /免疫 / 体液 /血液 /血凝)酶免实验室 ELISA 试验(标本、对照 / 标准、试剂的分配、稀释)* 分子生物学与生物技术药物筛选DNA纯化一
9、一PC咫口样一一DNA测序加样一一克隆快速筛选分配一一药物筛选自动分配目前，酶免试验样本处理设备已开始在全国血站系统普及，其中哈美顿AT 数量最多。样本处理机还是酶免自动化所需主动标本识别( Positive Sample ID )条码阅读的基本设备系统。此外，样本处理机还有下列 重要意义。* 提高加标本速度与效率* 减少操作人员劳动强度* 使标本传染操作人员机会最小化* 通过减少人为失误和改善加样精确度与准确性来改善检测分析质量* 采用批量( batch )或随机( random access )进行多种组合与多种模式检测二 全自动酶标分析仪酶免试验全过程全自化的意义，并非仅仅限于降低劳动强
10、度、减少人为的误差。根据已发表的费米(FAME评价研究报告，人们发现：全自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，如费米系统可以提高乙肝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%提高到 97.4%。此外，多中心的评价( Multi-center Clinical Trail )实验证明( 1-3 )，费米全自动酶免分析系统也可以显著地提高国产试剂的灵敏度，如费米系统可以将乙肝表抗的灵敏度由常规设备的92%提高到93%，丙肝抗体的灵敏度由常规设备的 93.7%提高到 98.7%。全自动酶免分析系统的发展，可以回溯到90 年代初期。第一代全自动酶免分析系
11、统基本特征是单/ 双针加样系统与酶标板处理系统一体化，多数孵育位置少于 4 块板。由于加标本将占用较长时间（单针每板需15 分钟，三块板通常需 45 分钟完成加标本工作），因此，第一代全自动酶免分析系统，被认为是“节约劳动力而不提高效率”。第二代全自动酶免分析系统的基本技术特征为非常任务和单一轨道。由于不能同时地处理二种过程（如洗板的同时，不能加试剂等） ，因此，其工作任务表 （或时间管理器TMS） “堵车”现象仍无法避免，而造成处理过程不能严格执行，试验完成时间延长，或单纯执行试验时间表完成实验动作而不论试验效率。不含标本加样装置全自动酶免分析系统，通常也俗称“后处理系统”。第三代全自动酶免
12、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。典型产品为瑞士哈美顿公司的 FAME（费米）全自动酶免分析系统。费米系统独特品质表现在：硬件上采用了综合模块化设计，广泛采用液体水平检测（LLD）技术、体积与重量传感、光学位置传感等实现了真正全过程控制（TP。，特别是专利的洗板液体传感器，确保了最佳洗板效果，是保障试验特异性的关键。在软件与功能上，目前仍是唯一的全自动GMP/GLPB范符合系统，如全面的系统跟踪记录（ Traceability ）与系统追溯（ Trackability ） ，标本 / 试剂加样校验（ Sample verification ） 及“自由任务管理”实现
13、随时增加检测板。1997年费米获得美国FDA许可，用于血站筛查实验室，至今仍是唯一的特许全自动酶免分析系统。众所周知，酶免试验过程具有反应时间长而要求严格、步骤多而复杂。因此，就一项具体的酶免试验而言，其试验过程与完成试验时间是不可改变和缩短的。但对于多项的批量处理（ Mass processing ）时，总体的试验时间将大大缩短。例如，某大学附属医院免疫实验室，每天需要对 180 名病人进行肝炎8 项组合检测，使用 FAME 24/20+ATplus2 系统，可在早期 9 点钟接收第一批90 份标本，其“二对半”试验结果即可在 10 点 54 分发出报告，肝炎八项结果可在11 点 04 分发
14、出；连续工作下， 10 点钟开始收到第二批90 份标本，在 11 点 57 分时其“二对半”结果完成， 12 点 01 分肝炎八项结果发报告。上述案例在常规实验室条件下，是很难完成的。目前，全国已有近150 台费米酶免分析系统用户，其中大学附属医院 40 余家。 1996 年开始中国血站系统使用费米设备，至今状态如新，性能可靠，已成为酶免实验室的主导设备。三 全自动酶免分析连体机全自动酶免分析仪器的开发已经历了 15 年历史。与生化分析自动化不同，酶联免疫反应是在预先包被了试剂的96 孔酶标板上进行，加样速度越快，每个标本的孵育时间一致性越高，孔间差异越小。因此，医疗器械厂商不得不开发独立的、
15、812 通道的全自动样本处理机来满足这一技术要求。这就是“前处理设备”概念的由来。对比生化分析仪的试验反应过程，酶联免疫试验是十分复杂的。这就要求全自动酶免分析仪具备多任务平行处理能力，特别是要具备自由任务资源管理系统，以保证随时增加任务菜单和急诊插入，并且要求酶免实验过程不受加样处理的影响。也就是说“后处理设备”必须相对独立于“前处理”，以实现最优反应过程(实验质量)和最大化分析生产力( throughput )。根据全自动酶免分析系统的处理模式，人们通常将全自动酶免分析系统的处理模式，人们通常将全自动酶免分析仪分成二类，即一体机，如 Biro 、 AMP、 Alisei 、变色龙等；分体机，如 AT 和费米；斯达尔和费米；RSP和 MPP3000 VIVICE 和 DIAS; RSP和 BEP-川 等。2003 年，瑞士哈美顿公司采用最新的信息技术和实验工程技术，成功地实现了“前处理”全自动样本处理工作站斯达尔，与“后处理”全自动酶标分析仪费米连体化，即全自动酶免分析连体机“FAMESTAR,辉煌之星”，也创造了全自动酶免分析系统新分类，即连体机。“辉煌之星连体机”保持了原来的前处理设备和后处理设备的优秀品质同时，使用一台微机、一套操作系统实现了一人操作，实现由自标本加样、稀释
