化学发光免疫分析系统性能评价标准关键点

郭世富 代蕾颖 黄颖

(1.国家药品监督管理局医疗器械标准管理中心、中国食品药品检定研究院，北京 102629；2.北京市医疗器械检验所，北京 101111)

免疫学检验技术是指基于抗原抗体特异性结合的分析技术。19 世纪 80 年代后期，随着抗体和各种免疫物质的发现，免疫检验技术得到发展，并经历了经典、现代和自动化三个阶段[1-3]。化学发光免疫分析技术因其灵敏度高、特异性强、检测范围广，试剂稳定和无放射性污染等优点在目前临床中得到广泛应用，成为免疫诊断领域的主流技术，也是国际发展趋势。目前，免疫诊断是我国体外诊断最大的细分市场，占比为35%，其中化学发光在免疫诊断市场中占比超过75%[4]。

化学发光为封闭式，试剂与仪器需要配套[5,6]，而全自动化学发光仪器有较高的技术壁垒，且国内企业介入较晚，目前，国内化学发光市场被外资企业占据超过75%的市场份额。但是，当前国产化学发光仪从硬件的稳定性、检测结果的准确性都有了质的飞跃，国产产品替代进口产品已经开始形成趋势。截至2020 年9 月，国家药品监督管理局 (NMPA)数据库中国产全自动化学发光免疫分析仪注册企业共有 70 个，注册产品 103 个[7]。其中还有 5 家企业注册了开放式的化学发光检测仪，可以根据试剂企业的需求对软件和硬件进行调整，降低了国内企业进入化学发光诊断市场的门槛。

1 化学发光免疫分析系统性能质量评价分析

在全自动发光免疫分析系统的质量评价中，指标和检验方法可以参考全自动发光免疫分析仪相关标准、技术文件与指导原则。目前，我国现行标准是医药行业标准YY/T1155-2019《全自动发光免疫分析仪》，该标准修订了YY/ T1155-2009《全自动发光免疫分析仪》，于2019 年5 月31 日发布，2020 年6 月1 日正式实施。2009 版的标准解决了全自动发光免疫分析仪没有评价方法和指标的问题，主要是通过仪器配套的试剂来评价检测系统的整体性能，但这不能准确反映仪器本身的性能指标，各个平台选择不能配套试剂，也缺乏可比性。但也因该标准制定时国内尚无企业有成熟产品，参与起草验证的企业均为进口企业，也是基于当时国内对该项技术和仪器的了解制定了相关标准。随着近年来国内企业对技术的不断研发突破，对该产品的了解也越来越深入，2017 年启动对YY/T1155-2009《全 自动发光免疫分析仪》的修订，加入了对全自动发光免疫分析仪加样系统、孵育系统和检测系统直接评价的指标和方法，国内外企业积极参与讨论，拓宽了思路，促进了行业发展。

全自动发光免疫分析仪作为有源体外诊断仪器，还应考虑其安全性，这其中分为电气安全指标和电磁兼容指标两大类。电气安全指标应当包括GB4793.1《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第1 部分：通用要求》、GB4793.9《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求第2-081 部分:实验室用于分析和其他目的自动和半自动设 备的特殊要求》、YY0648《测量、控制和实验室 用电气设备的安全要求第2-101 部分：体外诊断 (IVD)医用设备的专用要求》及其他适用的国家 标准和行业标准中的所有指标。电磁兼容指标应当包括GB/T18268.1-2010《测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求第 1 部分：通用要求》和GB/T18268.26-2010《测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求第26部分：特殊要求体外诊断 (IVD)医疗设备》及其他适用的国家标准和行业标准中的所有指标。随机软件也应符合YY/T0664-2017《医疗器械软件软件生存周期过程》。随着仪器平台智能化的发展，网络安全也应当成为产品设计输出的一部分。

国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心发布的《全自动化学发光免疫分析仪技术审查指导原则(2015 年第 93 号)》明确了注册企业对全自动化学发光免疫分析仪注册申报资料的准备及撰写，其中包括了产品性能研究、产品有效期研究、软件研究、生产工艺过程及过程控制点、临床评价、产品风险分析、产品说明书等研发各个方面的要求。

2 化学发光免疫分析系统性能评价标准应考虑的关键点

化学发光免疫分析仪的关键模块包括加样系统、孵育系统、清洗系统和检测系统，其他还有电路控制模块、计算机和随机软件。根据日常对全自动发光免疫分析仪的质量评价情况，总结影响全自动化学发光仪性能评价的设计关键点，以对系统评价标准提供参考。

2.1 加样系统

通常，加样针的内外壁均镀有一层聚四氟乙烯 (TEFLON)——一种吸附性比较弱的化学惰性物质来保障降低对样品的吸附[8]。目前，市面上各型号发光仪的试剂针和样品针的加样量程差别很大，样品针最小加注量从5μL 到40μL，最大加注量从20μL 到300μL，试剂针最小加注量从5μL 到50μL，最大加注量从47μL 到450μL[9]。加入样品尤其对于加入少量样品时，加样针上样品的残留量对加样正确度、加样精密度和携带污染率影响较大，会直接影响检验结果的准确度。加样针内外壁的光滑度随着使用时间会逐渐下降，也会易造成加样量的不准确和携带污染变大。

部分厂家的发光免疫分析仪加样采用一次性吸头（Tip 头），基本避免了样本间携带污染率，但是 Tip 头的形状、所用材料特性及与加样系统的吻合程度均对加样的准确度有很大的影响，Tip 头间的差异影响着加样的精密度，其成本较高。

泵液模块，包括抽取液体和输出液体的液泵、管道和连接头。泵液装置目前有两种，一种是蠕动泵式的流动加样，一种是注射器式的注射加样。蠕动泵重复性和稳定性好，注射器泵精度高，方便加样针的清洗，厂家根据各自需要选择合适加样方式。泵液的准确性和连接处的密闭性也是影响加样准确度和精密度的影响因素，尤其部件随着使用时间增长而老化，更可能影响检验结果。

2.2 孵育系统

我国全自动发光免疫分析仪的行业标准对温度控制正确度、波动度要求均不超过 0.5°C[10]，目前各企业多使用半导体加热方式，能够满足要求。但要注意孵育仓的封闭效果和隔热保温层，及外界温度对温度稳定性的影响。

2.3 光电检测系统

目前，最常见的光检测装置是光电倍增管(photomultiplier tube,PMT)。光电倍增管的信号输出强度、噪声与工作电压成正比，选择合适的标准光源可以计算出合适的工作电压，获得良好的信噪比，亦可评价光检测装置的系统噪声，发光值的精密度和线性。使用发光仪配套的发光剂也可评价发光值的精密度和线性，且容易实现，适合日常定期的一起评价。通过选择合适的校准曲线的拟合方式也能抵消发光值的差别。

2.4 其他

系统运行的流畅性、操作界面的友好性直接影响用户感受，比如测试杯的卡杯，会影响整个仪器上现有的测试，需再次测试，损失了样本和试剂。

3 系统改进对检验结果影响的试验分析

全自动发光免疫分析系统的检测结果正确度是通过发光免疫分析仪，试剂和校准品共同作用的结果，分析提高改进全自动发光免疫分析仪影响性能的关键点或者部件，对检测结果的影响是明显的。对于医学检验仪器来说，加样量的准确度与重复性，直接影响到参与反应的样本和试剂的量，进而影响检验结果的正确性。所以评估仪器性能标准的重要性能指标之一。精密加样组件主要由加样泵，电磁阀，取样针及合理的流路设计。其中最主要取决于加样泵与加样针。为此，笔者对国内某具有自主研发能力的生产厂家产品进行了试验调研分析。

化学发光免疫分析仪中需要使用注射泵对样本、试剂进行吸样、吐样。传统的玻璃注射泵因为加工技术、工艺的问题，其取样精度、耐磨性与气密性均不理想，会直接影响检测结果的准确率与精密度。在笔者调研中，某设备改进注射泵的材质，减少了注射泵内表面的的加工误差，进行了精细抛光处理，结合使用了性能步进电机。对加样针的进行技术改进，改进传统的焊接加工变径工艺，消除了针内壁突变台阶，消除了突变台阶处易积存蛋白、纳米磁性微球等物质。加样(样本针和试剂针)的准确度和重复性试验数据如下。

表1 系统样本针和试剂针改进前后的试验数据

通过上述试验数据可以看出，在对加样组件进行改进后，样本针和试剂针在加样量的准确度和重复性上，都有了很大的提高。加样组件性能的优劣，对于加样量较小的情况，相对于加样量大的情况来说，其影响更大。

为进一步对比技术改进前后的测试结果，选取HCG、H-ALB、CMV IgM 试剂项目在化学发光免疫分析系统平台对其质控品进行试验，并将试验数据进行对比如下：

表2 技术改进对试剂项目性能的影响

由上表可看出，对加样组件进行改进后，对于HCG、H-ALB、CMV IgM 这几个试剂项目的检验结果重复性都有了明显的改善。加样组件性能的优劣，对于加样量较小的试剂项目，相对于加样量大的试剂项目来说，其影响更大。

4 结论

化学发光免疫分析系统中加样系统、孵育系统、清洗系统和检测系统，包括电路控制模块、计算机和随机软件等会影响系统整体性能，是性能评价标准中的关键点，影响检测项目的准确性。针对样本针（试剂针）及注射泵的技术改进的试验比对表明，部件性能的改进会促进整体检测项目性能的提升。文中提到的一些影响全自动化学发光仪性能的设计关键点，为化学发光免疫分析系统性能提升提供借鉴。