定義:
全自動酶聯免疫分析儀(Fully Automated ELISA Analyzer / Immunoassay System)是一種集成了酶聯免疫吸附測定(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, ELISA) 實驗步驟的高度自動化儀器系統。它通過精密的機械臂、液體處理系統、溫育模塊、洗板機和光學檢測系統,自動完成傳統手工ELISA實驗中的加樣、孵育、洗板、加酶、加底物、顯色、終止和結果判讀等一系列復雜操作,最終輸出定量或定性結果。
核心目的:
實現ELISA檢測的高度自動化: 顯著減少人工操作步驟、時間和潛在誤差。
提高檢測通量和效率: 可同時處理大量樣本和多種項目。
提升檢測結果的精確度、準確性和重復性: 通過標準化、程序化的操作減少人為因素干擾。
改善實驗室生物安全性: 減少實驗人員接觸樣本和試劑的機會。
簡化工作流程,降低人力成本: 尤其適用于大批量檢測的實驗室。
基本原理(ELISA基礎)
ELISA是一種基于抗原-抗體特異性結合以及酶催化顯色反應的高靈敏度免疫學檢測技術。基本原理是:
包被 (Coating): 將已知抗原或抗體固定在微孔板(通常是96孔板)的孔底。
封閉 (Blocking): 用無關蛋白(如牛血清白蛋白BSA)封閉未被占據的位點,減少非特異性結合。
加樣與孵育 (Sample & Incubation): 加入待測樣本(含未知抗原或抗體),若存在目標物,則與包被物特異性結合。
洗滌 (Washing): 洗去未結合的物質。
加酶標物 (Enzyme Conjugate): 加入酶標記的抗體(或抗原),與已結合的目標物形成“夾心”或“競爭”復合物。
再次洗滌: 洗去未結合的酶標物。
加底物 (Substrate): 加入酶的無色底物溶液。
顯色 (Color Development): 酶催化底物反應,生成有色產物。顏色深度與樣本中目標物的濃度成正比(或反比)。
終止 (Stop): 加入終止液停止反應。
比色 (Detection): 用酶標儀(通常是分光光度計)在特定波長下測定各孔的光密度(OD值)。
結果判讀: 根據標準曲線或Cut-off值計算樣本中目標物的濃度或判斷陰陽性。
全自動酶聯免疫分析儀的核心組件與功能
樣本處理系統:
樣本架/樣本盤:放置原始樣本管(血清、血漿、尿液等)或樣本杯。
樣本探針:高精度移液器,具備液面感應、防碰撞、防交叉污染(如帶Tip頭或沖洗功能)能力,自動吸取和分配樣本。
試劑系統:
試劑倉/試劑盤:帶有冷藏功能(通常4-15℃),放置酶標物、底物、終止液、稀釋液、洗液等試劑瓶。
試劑探針:與樣本探針類似,自動吸取和分配試劑。通常有獨立的探針或防污染設計。
耗材系統:
微孔板架:放置預包被好抗原/抗體的ELISA反應板(通常是96孔)。
Tip頭盒:放置一次性移液吸頭(如使用)。
廢物區:收集廢棄Tip頭、廢液等。
液體處理系統:
高精度注射泵/活塞泵:確保移液體積的準確性。
機械臂:精確定位,帶動探針在樣本位、試劑位、反應板位和清洗位之間移動。
溫育系統:
溫育區:一個或多個具有精確溫度控制(通常37℃)的模塊,用于孵育反應板,促進抗原抗體反應。
震蕩功能:可選,加速反應平衡。
洗板系統:
洗板頭:帶有多個獨立的洗液通道和抽吸通道,可同時清洗整排或整板孔。
洗液瓶:存儲洗液(如PBS-Tween)。
真空/壓力系統:用于注入洗液和吸走廢液。具備可調節的清洗次數、浸泡時間和洗液體積。
光學檢測系統(酶標儀):
光源:鹵鎢燈、氙燈或LED。
單色器/濾光片輪:提供特定檢測波長(如450nm, 492nm, 620nm參考波長等)。
光電檢測器(如光電倍增管PMT或光電二極管):將光信號轉換為電信號,測量各孔的OD值。
讀數模式:終點法(反應終止后讀一次)、動力學法(連續讀一段時間)。
控制系統與軟件:
主控計算機:運行儀器控制軟件和數據分析軟件。
用戶界面:觸摸屏或連接電腦,用于設置實驗參數(項目、樣本位置、試劑位置、孵育時間溫度、洗板程序、讀板參數等)、啟動運行、監控狀態。
數據處理:自動生成標準曲線(線性、對數、四參數等),計算樣本濃度,判斷陰陽性,生成報告,存儲數據,連接LIS(實驗室信息系統)。
條碼掃描器(可選):自動識別樣本管和試劑瓶上的條碼信息,減少設置錯誤。
工作流程(高度自動化)
用戶準備:裝載預包被板、樣本、試劑、耗材(Tip頭),在軟件中設置實驗方案。
儀器啟動:軟件指揮機械臂開始運行。
自動加樣:樣本探針按程序吸取樣本加入指定反應孔。
自動孵育:反應板移至溫育區,按設定時間溫度孵育。
自動洗板:洗板頭按設定程序清洗反應板孔。
自動加酶:試劑探針吸取酶標物加入反應孔。
再次孵育與洗板。
自動加底物:試劑探針吸取底物加入反應孔。
顯色孵育:在室溫或溫育區顯色。
自動終止:試劑探針吸取終止液加入反應孔(終點法需要)。
自動讀板:反應板移至讀板區,光學系統讀取各孔OD值。
自動計算與報告:軟件根據OD值計算濃度/判斷結果,生成報告。
自動清理:廢棄Tip頭和廢液被收集到廢物區。
主要優勢
高通量: 可同時處理多個板、多個項目,顯著提高檢測速度(每小時可處理數十至數百個測試)。
高精度與準確性: 自動化移液、溫育、洗板大大減少人為誤差,結果重復性好。
高效率: 解放人力,可無人值守運行(尤其夜間、周末),縮短整體報告時間(TAT)。
標準化: 程序化控制確保每次實驗條件一致,提高結果可比性。
安全性: 減少實驗人員接觸潛在生物危害樣本和試劑的機會。
數據管理: 強大的軟件方便數據存儲、追溯、分析和報告生成,易于連接LIS/HIS。
節省成本(長期): 雖然設備投入高,但長期看可節省人力成本,提高實驗室整體效率。
應用領域(非常廣泛)
全自動酶聯免疫分析儀廣泛應用于臨床診斷、醫學研究、生物制藥、食品安全、環境監測、法醫學等領域。常見的檢測項目包括:
傳染病: 肝炎標志物(HBsAg, Anti-HCV, HIV抗體/抗原)、TORCH、梅毒、EB病毒、呼吸道病原體抗體等。
腫瘤標志物: AFP, CEA, CA125, CA153, CA199, PSA等。
內分泌激素: 甲狀腺功能(TSH, FT3, FT4)、性激素(HCG, LH, FSH, PRL, E2, T, P)、胰島素、皮質醇等。
自身免疫病: 抗核抗體譜、類風濕因子、自身免疫性肝炎抗體等。
心臟標志物: 肌鈣蛋白I/T(部分高敏ELISA)、CK-MB質量、Myo(需注意方法學,部分被化學發光替代)。
過敏原: 特異性IgE檢測(需特殊試劑盒)。
治療藥物監測: 部分藥物(需特定試劑盒)。
細胞因子: 科研常用。
食品安全: 農藥殘留、獸藥殘留、毒素(黃曲霉毒素等)、過敏原檢測。
其他: 維生素、特定蛋白等。
技術參數考量(選購時關注)
通量: 每小時測試數、同時可處理板數。
靈活性: 是否支持不同板型(96孔為主,少數支持48孔等)、隨機存取(可隨時添加樣本/試劑)、多種檢測模式(終點法、動力學法)、多種項目同時運行。
樣本處理能力: 樣本位數量、支持原始管/樣本杯、條碼掃描能力、樣本稀釋功能。
試劑處理能力: 試劑位數量、冷藏能力、試劑余量監測、穩定性(開機穩定性時間)。
液體處理精度: 移液范圍、精度(CV值)。
洗板性能: 洗板通道數(8針、12針、96針)、清洗效率(殘留量)、可編程清洗程序。
溫育控制: 溫育區數量、溫度范圍、精度、均一性、是否帶震蕩。
檢測系統: 檢測波長范圍、濾光片數量、檢測速度、線性范圍、靈敏度。
軟件功能: 易用性、項目設置靈活性、數據處理能力(曲線擬合算法)、LIS接口、遠程監控、審計追蹤、用戶管理。
占地面積與維護: 儀器尺寸、日常維護便捷性、耗材成本(Tip頭、洗液等)。
發展趨勢
更高通量與模塊化: 通過增加并行處理單元或模塊化設計(樣本處理、檢測獨立模塊)實現更高通量。
更靈活與隨機存取: 更強大的軟件和機械設計,支持真正的隨機樣本/試劑/板位訪問,隨時添加急診樣本。
集成化/流水線化: 將全自動ELISA儀整合到實驗室自動化流水線(TLA)中,與樣本前處理、后處理系統連接。
更智能軟件: 人工智能用于結果審核、異常值預警、質量控制分析、預測性維護。
小型化與POCT化(有限): 開發更小型、操作更簡便的設備,適用于中小實驗室或特定場景,但通量通常受限。
與其他技術聯用: 探索與化學發光、熒光等更高靈敏度技術的結合或平臺整合(多標記檢測)。
試劑與耗材優化: 開發更穩定、即用型的試劑,減少開瓶穩定性問題;使用更低成本的耗材(如固定Tip)。
遠程監控與云服務: 實現遠程故障診斷、軟件升級、數據備份和分析。
主要品牌(舉例,非排名)
國際知名品牌:西門子醫療(Siemens Healthineers,如Atellica IM)、雅培(Abbott,如Alinity ci-series)、羅氏診斷(Roche Diagnostics,如cobas e analyzers)、賽默飛世爾(Thermo Fisher Scientific,如Triturus)、碧迪(BD,如BD ELISA 自動化系統)、珀金埃爾默(PerkinElmer,如Janus系列)、德靈(Werfen/Instrumentation Laboratory, 如BEP? III)、DiaSorin(如LIAISON? XS)等。
國內知名品牌:科美生物、新產業生物、安圖生物、邁瑞醫療、透景生命、浩歐博等也提供全自動或半自動的ELISA處理系統。
總結:
全自動酶聯免疫分析儀是現代中大型臨床實驗室、研究機構和檢測中心的核心設備之一。它通過高度集成和自動化,克服了傳統手工ELISA操作繁瑣、效率低、易出錯的缺點,實現了高通量、高精度、標準化的免疫學檢測。雖然面臨化學發光免疫分析(CLIA)等更新技術的競爭,ELISA憑借其成熟穩定、成本相對較低(尤其試劑)、應用范圍極其廣泛等優勢,在眾多領域(特別是傳染病、激素、腫瘤標志物篩查等)仍具有不可替代的重要地位。技術的不斷發展使其在通量、靈活性、智能化和整合度方面持續提升。
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