生化分析仪设备参数与生化类体外诊断试剂分析性能的相关性分析

上海市食品药品监督管理局认证审评中心 （上海 200020）

内容提要：临床检验工作中，生化检测试剂与生化分析仪作为一个检测系统对临床样本进行检测。试剂的检测性能与仪器的设备参数息息相关。文章以生化分析仪的比色系统、加样系统、温控系统和试剂仓四个因素为例，简要分析仪器设备参数与试剂分析性能的相关性，有助于试剂开发人员在进行生化试剂的性能评估时对影响试剂检测结果准确性的仪器因素进行控制。

全自动生化分析仪是利用物理、化学、计算机等技术对生物化学分析过程实现操作自动化的设备，自动化过程包括：识别与样本传递、加载样本和试剂、指控反应和检测条件（如波长、温度、时间）、数据处理和系统维护。全自动生化分析仪包括加样系统、比色系统、试剂仓、样本盘、混合部件、温控系统、数据处理系统、液路系统等。其工作原理是利用被测物质在某种波长处光的发光强度或吸光度的不同，根据朗伯-比尔定律中光能吸收量与试样分子浓度的关系，计算出体液等样本溶液中被测物质的含量[1]。

临床实际应用中，生化检测试剂与生化分析仪作为一个检测系统对临床样本进行检测。生化试剂的临床检测性能与全自动生化分析仪的设备性能相关。因此本文将以比色系统、加样系统、温控系统和试剂仓为例简要分析适用仪器设备参数与试剂分析性能如准确度、精密度、灵敏度、空白吸光度等性能的相关性。

1.比色系统对试剂检测性能的影响

比色系统的性能关系到生化分析仪的检测精度，是影响仪器检测性能的关键技术。比色系统包括光源、比色杯、单色器与光电检测器等部分，主要影响仪器的单色光纯度、吸光度线性范围、吸光度准确度、吸光度重复性和吸光度稳定性，进而影响试剂的分析性能。

1.1 仪器的单色光纯度与试剂性能的相关性

生化分析仪的比色系统的光源和单色器等会影响单色光纯度。杂散光、非单色光和非平行入射光会干扰单色光的纯度，导致光电检测器输出信号不正确，影响吸光度准确度，从而利用朗伯-比尔定律计算待测溶液浓度时出现误差，导致试剂检测结果准确度差[2]。全自动生化分析仪的行业标准（YY/T 0654-2017）规定了杂散光的吸光度要求，在仪器满足行标要求的前提下，试剂检测前的校准可减小该项对试剂准确度的影响[3]。合理的单色器，及选择被测化学物质的最大吸收且吸收曲线较平坦处的波长作为入射光波长可减少因单色光造成的检测误差。

1.2 仪器的吸光度线性范围、准确度、重复性和稳定性与试剂性能的相关性。

比色系统的比色杯光径可直接影响吸光度的有效取值范围和吸光度线性范围，从而可影响试剂的检测范围，当试剂线性高值样本的检测吸光度超过仪器吸光度线性范围时，检测的吸光度会有偏差。全自动生化分析仪的行业标准规定了吸光度线性范围的最大吸光度不小于2.0A，试剂反应吸光度超过2.0A的情况较少，因此通常仪器吸光度线性范围对试剂的线性检测的影响较小。比色杯光径还可以分辨率，光径较长时，易得到较好的试剂检测灵敏度和精确度。

比色系统的波长准确度和波长范围可影响仪器的吸光度准确度，从而影响试剂的试剂空白以及分析灵敏度。但通常试剂制造商在试剂研发阶段设定试剂空白和分析灵敏度的标准时，会考虑生化分析仪的复杂性，将试剂检测波长设定为某一波长范围，减小波长准确度产生的影响。另外部分全自动生化分析仪可选择的波长可能与试剂盒要求的测定波长有差异时，临床实验室使用过程中会以就近原则选择波长方式。如某物质测定试剂盒说明书中注明主波长450nm，副波长546nm，大部分适用机型的波长设置与试剂盒说明书一致，但是某适用仪器上相应项目却设为主波长405nm，副波长546nm。

比色系统的吸光度稳定性和吸光度重复性可影响试剂检测的精密度，由于试剂通常采用双波长检测（因为双波长检测时通常情况主波长吸光度下降，副波长也会下降，而主副波长之差则相对稳定。）和多点计算（比如速率法会采用大于6点，终点法会采用两点差），因此会减弱该影响。另外生化分析仪行业标准规定仪器吸光度变化不应大于0.01A，减小了该项对试剂检测精密度的影响。

2.加样系统对试剂检测性能的影响

加样系统包括反应盘、样本盘、试剂盘、试剂臂、搅拌臂、样本臂和清洗臂。如果洗液压力和压缩空气的压力偏低，使试剂针、样品针及搅拌棒冲洗不干净，可导致反应池之间相互污染、试剂间交叉污染，使检验结果偏离，影响样本检测准确度。一方面生化分析仪行标中规定了样本携带污染率不应大于0.1%，在仪器满足行标的前提下，通过改变检测项目的顺序或者使用不同模块以及不同圈的比色杯进行检测，可改善样本交叉污染问题，减弱交叉污染对检测结果的影响。除了样本交叉污染对试剂检测的影响外，样本和试剂加注重复性和准确度也会影响试剂检测结果。试剂吸样或样品吸样不准确，可导致利用速率法测试的检测结果偏离。这是因为速率法计算因子是由加样体积和试剂体积参与确定的，如果加样体积或加试剂体积不准，导致真正速率计算因子和理论计算因子偏离，从而使检测结果不准确。

3.温控系统对检测性能的影响

温控系统是全自动生化分析仪的关键组件之一，对由血清和试剂混合而成的反应液进行精确温度控制，可影响检测项目类型。不同品牌的生化分析仪反应盘的温育方式可能不一样，如科华卓越280机型的温育方式为空气浴恒温式，迈瑞生化分析仪是固体直接加热式，迪瑞和日立分析仪是水浴循环式，贝克曼AU5800机型是恒温液循环间接加热式。不同的温育方式会导致反应液升温速度、温度准确度与波动度的差异。反应液升温速度会影响试剂的测试速度。对于有酶类物质参与反应的检测项目，温度准确度与波动度会影响酶活性及反应速度，造成反应不彻底，导致比色检测结果不准确。

4.试剂仓对检测性能的影响

试剂仓是在线存储诊断试剂的场所，试剂开瓶后往往需要较长时间放置在生化分析仪试剂仓中。如果试剂仓封闭或者散热功能不优，导致内空气温度分层，部分区域超出诊断试剂存储的温度范围，造成试剂损坏，因此良好的通风系统对于试剂仓内诊断试剂在线存储至关重要。试剂仓对试剂机载稳定性及检测结果的影响，不仅与试剂仓的构造有关，还与试剂的特性如试剂的反应类型、试剂的理化性质等有关。如某钙测定试剂为强碱性，空气中的酸性物质如CO2等易破坏试剂的碱性环境，若生化分析仪的试剂孔是敞开的，则试剂易于空气接触，使pH发生改变，影响检测结果。

随着体外诊断试剂产业的迅速发展，企业应在满足监管法规的要求下，不断提升产品的质量。根据注册法规要求，企业申报体外诊断试剂注册时需对试剂适用的所有仪器进行分析性能评估。试剂开发相关人员对影响试剂检测性能的关键设备参数的了解，将有助于产品的优化，提高产品检测结果的有效性和准确性。