定义:
全自动酶联免疫分析仪(Fully Automated ELISA Analyzer / Immunoassay System)是一种集成了酶联免疫吸附测定(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, ELISA) 实验步骤的高度自动化仪器系统。它通过精密的机械臂、液体处理系统、温育模块、洗板机和光学检测系统,自动完成传统手工ELISA实验中的加样、孵育、洗板、加酶、加底物、显色、终止和结果判读等一系列复杂操作,**终输出定量或定性结果。
核心目的:
实现ELISA检测的高度自动化: 显著减少人工操作步骤、时间和潜在误差。
提高检测通量和效率: 可同时处理大量样本和多种项目。
提升检测结果的精确度、准确性和重复性: 通过标准化、程序化的操作减少人为因素干扰。
改善实验室生物**性: 减少实验人员接触样本和试剂的机会。
简化工作流程,降低人力成本: 尤其适用于大批量检测的实验室。
基本原理(ELISA基础)
ELISA是一种基于抗原-抗体特异性结合以及酶催化显色反应的高灵敏度免疫学检测技术。基本原理是:
包被 (Coating): 将已知抗原或抗体固定在微孔板(通常是96孔板)的孔底。
封闭 (Blocking): 用无关蛋白(如牛血清白蛋白BSA)封闭未被占据的位点,减少非特异性结合。
加样与孵育 (Sample & Incubation): 加入待测样本(含未知抗原或抗体),若存在目标物,则与包被物特异性结合。
洗涤 (Washing): 洗去未结合的物质。
加酶标物 (Enzyme Conjugate): 加入酶标记的抗体(或抗原),与已结合的目标物形成“夹心”或“竞争”复合物。
再次洗涤: 洗去未结合的酶标物。
加底物 (Substrate): 加入酶的无色底物溶液。
显色 (Color Development): 酶催化底物反应,生成有色产物。颜色深度与样本中目标物的浓度成正比(或反比)。
终止 (Stop): 加入终止液停止反应。
比色 (Detection): 用酶标仪(通常是分光光度计)在特定波长下测定各孔的光密度(OD值)。
结果判读: 根据标准曲线或Cut-off值计算样本中目标物的浓度或判断阴阳性。
全自动酶联免疫分析仪的核心组件与功能
样本处理系统:
样本架/样本盘:放置原始样本管(血清、血浆、尿液等)或样本杯。
样本探针:高精度移液器,具备液面感应、防碰撞、防交叉污染(如带Tip头或冲洗功能)能力,自动吸取和分配样本。
试剂系统:
试剂仓/试剂盘:带有冷藏功能(通常4-15℃),放置酶标物、底物、终止液、稀释液、洗液等试剂瓶。
试剂探针:与样本探针类似,自动吸取和分配试剂。通常有独立的探针或防污染设计。
耗材系统:
微孔板架:放置预包被好抗原/抗体的ELISA反应板(通常是96孔)。
Tip头盒:放置一次性移液吸头(如使用)。
废物区:收集废弃Tip头、废液等。
液体处理系统:
高精度注射泵/活塞泵:确保移液体积的准确性。
机械臂:精确定位,带动探针在样本位、试剂位、反应板位和清洗位之间移动。
温育系统:
温育区:一个或多个具有精确温度控制(通常37℃)的模块,用于孵育反应板,促进抗原抗体反应。
震荡功能:可选,加速反应平衡。
洗板系统:
洗板头:带有多个独立的洗液通道和抽吸通道,可同时清洗整排或整板孔。
洗液瓶:存储洗液(如PBS-Tween)。
真空/压力系统:用于注入洗液和吸走废液。具备可调节的清洗次数、浸泡时间和洗液体积。
光学检测系统(酶标仪):
光源:卤钨灯、氙灯或LED。
单色器/滤光片轮:提供特定检测波长(如450nm, 492nm, 620nm参考波长等)。
光电检测器(如光电倍增管PMT或光电二极管):将光信号转换为电信号,测量各孔的OD值。
读数模式:终点法(反应终止后读一次)、动力学法(连续读一段时间)。
控制系统与软件:
主控计算机:运行仪器控制软件和数据分析软件。
用户界面:触摸屏或连接电脑,用于设置实验参数(项目、样本位置、试剂位置、孵育时间温度、洗板程序、读板参数等)、启动运行、监控状态。
数据处理:自动生成标准曲线(线性、对数、四参数等),计算样本浓度,判断阴阳性,生成报告,存储数据,连接LIS(实验室信息系统)。
条码扫描器(可选):自动识别样本管和试剂瓶上的条码信息,减少设置错误。
工作流程(高度自动化)
用户准备:装载预包被板、样本、试剂、耗材(Tip头),在软件中设置实验方案。
仪器启动:软件指挥机械臂开始运行。
自动加样:样本探针按程序吸取样本加入指定反应孔。
自动孵育:反应板移**温育区,按设定时间温度孵育。
自动洗板:洗板头按设定程序清洗反应板孔。
自动加酶:试剂探针吸取酶标物加入反应孔。
再次孵育与洗板。
自动加底物:试剂探针吸取底物加入反应孔。
显色孵育:在室温或温育区显色。
自动终止:试剂探针吸取终止液加入反应孔(终点法需要)。
自动读板:反应板移**读板区,光学系统读取各孔OD值。
自动计算与报告:软件根据OD值计算浓度/判断结果,生成报告。
自动清理:废弃Tip头和废液被收集到废物区。
主要优势
高通量: 可同时处理多个板、多个项目,显著提高检测速度(每小时可处理数十**数百个测试)。
高精度与准确性: 自动化移液、温育、洗板大大减少人为误差,结果重复性好。
**率: 解放人力,可无人值守运行(尤其夜间、周末),缩短整体报告时间(TAT)。
标准化: 程序化控制确保每次实验条件一致,提高结果可比性。
**性: 减少实验人员接触潜在生物危害样本和试剂的机会。
数据管理: 强大的软件方便数据存储、追溯、分析和报告生成,易于连接LIS/HIS。
节省成本(长期): 虽然设备投入高,但长期看可节省人力成本,提高实验室整体效率。
应用领域(非常广泛)
全自动酶联免疫分析仪广泛应用于**诊断、医学研究、生物制药、食品**、环境监测、法医学等领域。常见的检测项目包括:
传染病: 肝炎标志物(HBsAg, Anti-HCV, HIV抗体/抗原)、TORCH、梅毒、EB病毒、呼吸道病原体抗体等。
肿瘤标志物: AFP, CEA, CA125, CA153, CA199, PSA等。
内分泌**: 甲状腺功能(TSH, FT3, FT4)、性**(HCG, LH, FSH, PRL, E2, T, P)、胰岛素、皮质醇等。
自身免疫病: 抗核抗体谱、类风湿因子、自身免疫性肝炎抗体等。
心脏标志物: 肌钙蛋白I/T(部分高敏ELISA)、CK-MB质量、Myo(需注意方法学,部分被化学发光替代)。
过敏原: 特异性IgE检测(需特殊试剂盒)。
****监测: 部分**(需特定试剂盒)。
细胞因子: 科研常用。
食品**: 农药残留、兽药残留、毒素(黄曲霉毒素等)、过敏原检测。
其他: 维生素、特定蛋白等。
技术参数考量(选购时关注)
通量: 每小时测试数、同时可处理板数。
灵活性: 是否支持不同板型(96孔为主,少数支持48孔等)、随机存取(可随时添加样本/试剂)、多种检测模式(终点法、动力学法)、多种项目同时运行。
样本处理能力: 样本位数量、支持原始管/样本杯、条码扫描能力、样本稀释功能。
试剂处理能力: 试剂位数量、冷藏能力、试剂余量监测、稳定性(开机稳定性时间)。
液体处理精度: 移液范围、精度(CV值)。
洗板性能: 洗板通道数(8针、12针、96针)、清洗效率(残留量)、可编程清洗程序。
温育控制: 温育区数量、温度范围、精度、均一性、是否带震荡。
检测系统: 检测波长范围、滤光片数量、检测速度、线性范围、灵敏度。
软件功能: 易用性、项目设置灵活性、数据处理能力(曲线拟合算法)、LIS接口、远程监控、审计追踪、用户管理。
占地面积与维护: 仪器尺寸、日常维护便捷性、耗材成本(Tip头、洗液等)。
发展趋势
更高通量与模块化: 通过增加并行处理单元或模块化设计(样本处理、检测独立模块)实现更高通量。
更灵活与随机存取: 更强大的软件和机械设计,支持真正的随机样本/试剂/板位访问,随时添加急诊样本。
集成化/流水线化: 将全自动ELISA仪整合到实验室自动化流水线(TLA)中,与样本前处理、后处理系统连接。
更智能软件: 人工智能用于结果审核、异常值预警、质量控制分析、预测性维护。
小型化与POCT化(有限): 开发更小型、操作更简便的设备,适用于中小实验室或特定场景,但通量通常受限。
与其他技术联用: 探索与化学发光、荧光等更高灵敏度技术的结合或平台整合(多标记检测)。
试剂与耗材优化: 开发更稳定、即用型的试剂,减少开瓶稳定性问题;使用更低成本的耗材(如固定Tip)。
远程监控与云服务: 实现远程故障诊断、软件升级、数据备份和分析。
主要品牌(举例,非排名)
国际知名品牌:西门子医疗(Siemens Healthineers,如Atellica IM)、雅培(Abbott,如Alinity ci-series)、罗氏诊断(Roche Diagnostics,如cobas e analyzers)、赛默飞世尔(Thermo Fisher Scientific,如Triturus)、碧迪(BD,如BD ELISA 自动化系统)、珀金埃尔默(PerkinElmer,如Janus系列)、德灵(Werfen/Instrumentation Laboratory, 如BEP® III)、DiaSorin(如LIAISON® XS)等。
国内知名品牌:科美生物、新产业生物、安图生物、迈瑞医疗、透景生命、浩欧博等也提供全自动或半自动的ELISA处理系统。
总结:
全自动酶联免疫分析仪是现代中大型**实验室、研究机构和检测中心的核心设备之一。它通过高度集成和自动化,克服了传统手工ELISA操作繁琐、效率低、易出错的缺点,实现了高通量、高精度、标准化的免疫学检测。虽然面临化学发光免疫分析(CLIA)等更新技术的竞争,ELISA凭借其成熟稳定、成本相对较低(尤其试剂)、应用范围极其广泛等优势,在众多领域(特别是传染病、**、肿瘤标志物筛查等)仍具有不可替代的重要地位。技术的不断发展使其在通量、灵活性、智能化和整合度方面持续提升。
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