化學(xué)發(fā)光免疫分析儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案論文

　　0引言

　　目前，化學(xué)發(fā)光免疫分析儀以分立式結(jié)構(gòu)最為典型。分立式結(jié)構(gòu)的工作原理[1]與手工操作相似，樣品與試劑按特定比例被添加到彼此分立的反應(yīng)杯或試管中完成混合、孵育和檢測(cè)等過程。各個(gè)樣品在分析過程中是互不摻雜的，因此交叉污染率相對(duì)較低。本文提出一種新型的化學(xué)發(fā)光免疫分析儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)介紹了存儲(chǔ)模塊、加樣模塊、傳送模塊等結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)分析儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些改進(jìn)設(shè)計(jì)，有效地提高了工作效率和空間利用率。

　　1分析儀工作流程分析

　　在本文的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)中，全自動(dòng)化學(xué)發(fā)光免疫分析儀的工作流程（如圖1所示）為：加樣模塊中的加樣針先后吸取待測(cè)樣品與配套的兩種試劑并將其加入到反應(yīng)杯中混合，然后反應(yīng)杯進(jìn)入孵育區(qū)進(jìn)行免疫反應(yīng)。免疫反應(yīng)完成后，去除反應(yīng)杯內(nèi)的干擾物并加入發(fā)光底物，隨后對(duì)發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。將所得數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)品測(cè)出的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對(duì)照，計(jì)算分析得出待測(cè)物的濃度。

　　2分析儀各模塊結(jié)構(gòu)與功能

　　2.1存儲(chǔ)模塊

　　樣品、試劑存儲(chǔ)模塊主要用于存放待測(cè)樣品及各種相關(guān)試劑，同時(shí)可以將樣品和試劑傳送到加樣位置上。如圖3所示為化學(xué)發(fā)光免疫分析儀存儲(chǔ)模塊結(jié)構(gòu)圖。存儲(chǔ)模塊由兩個(gè)樣品轉(zhuǎn)盤和一個(gè)試劑轉(zhuǎn)盤組成。樣品轉(zhuǎn)盤和試劑轉(zhuǎn)盤均設(shè)計(jì)為圓環(huán)形盤狀結(jié)構(gòu)，其圓周上均勻布置用于放置樣品、試劑容器的收容腔。樣品轉(zhuǎn)盤用于放置盛放待測(cè)樣品的試管，并通過轉(zhuǎn)動(dòng)將待測(cè)樣品依次傳送到加樣位置，等待加樣模塊進(jìn)行加樣操作。試劑轉(zhuǎn)盤同圓心地布置于樣品轉(zhuǎn)盤的內(nèi)側(cè)，可通過轉(zhuǎn)動(dòng)將所用試劑傳送到加樣位置。用于實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的兩種配套的試劑分別放置于試劑轉(zhuǎn)盤的內(nèi)、外圈收容腔內(nèi)。當(dāng)待測(cè)樣品較多時(shí)，備用樣品轉(zhuǎn)盤可用于放置樣品。此時(shí)，加載模塊可將樣品轉(zhuǎn)盤已檢測(cè)完畢的樣品卸載到備用樣品轉(zhuǎn)盤上的廢棄位置，并將待測(cè)樣品加載到樣品轉(zhuǎn)盤上的收容腔內(nèi)。分析儀的存儲(chǔ)模塊采用轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)，可使分析儀整體布局更加緊湊，也可以簡(jiǎn)化該部分的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，存儲(chǔ)模塊還可以直接完成將樣品和試劑傳送到加樣位置的動(dòng)作，無需增加其他傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。相比于同類分析儀樣品、試劑分塊式布局的方式[6]，本文中的存儲(chǔ)模塊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了樣品和試劑的傳送操作，減小了加樣模塊進(jìn)行加樣操作的行程，進(jìn)而有效地提高了分析儀的加樣效率。另外，采用轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)無需額外增加機(jī)械結(jié)構(gòu)，即可在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，完成有磁珠標(biāo)記抗體的混勻。

　　2.2加樣模塊

　　加樣模塊的主要功能是根據(jù)預(yù)先規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)軌跡控制加樣單元準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)，按照特定的順序?qū)⒚笜?biāo)記抗原、待測(cè)樣品、磁珠標(biāo)記抗體加入到反應(yīng)杯中，完成加樣操作�；瘜W(xué)發(fā)光免疫分析儀加樣模塊結(jié)構(gòu)如圖4所示。加樣模塊由直線導(dǎo)軌、加樣單元（包含加樣針）、清洗槽等部分組成。直線導(dǎo)軌將加樣單元限定在一直線軌跡上運(yùn)動(dòng)，可分別控制三個(gè)加樣單元到達(dá)不同的加樣位置。加樣模塊采用三個(gè)加樣單元分別攜帶加樣針，可同時(shí)吸取存儲(chǔ)模塊中的樣品和試劑，依次加入到反應(yīng)杯中進(jìn)行反應(yīng)，有效避免交叉污染；并且在清洗操作時(shí)，能夠同時(shí)對(duì)三根加樣針進(jìn)行清洗。加樣模塊的操作方式可大幅節(jié)省樣品、試劑吸取和加樣針清洗時(shí)的操作時(shí)間，有效地提高加樣操作的效率。同時(shí)，分析儀可通過控制存儲(chǔ)模塊中的樣品轉(zhuǎn)盤、試劑轉(zhuǎn)盤和傳送模塊的反應(yīng)盤，使得待測(cè)樣品、配套試劑、反應(yīng)杯的加樣位置位于直線導(dǎo)軌正下方，因此加樣單元只需進(jìn)行直線移動(dòng)，相比較常見的三自由度直線式加樣臂[7]和平面關(guān)節(jié)式加樣臂[2,3]，加樣模塊對(duì)加樣單元的移動(dòng)行程減小，定位精度的控制也更加簡(jiǎn)便。

　　2.3傳送模塊

　　分析儀的傳送模塊的主要功能是將反應(yīng)杯傳送到加樣位置上，同時(shí)能夠控制反應(yīng)杯在發(fā)光檢測(cè)分析過程中的位置。傳送模塊起到了串聯(lián)整體儀器的作用，在實(shí)驗(yàn)檢測(cè)過程中實(shí)現(xiàn)反應(yīng)杯位置的改變——反應(yīng)杯經(jīng)過加樣位置、孵育位置、清洗位置、加底物位置和檢測(cè)位置，并最終被回收——使分析儀的各個(gè)工作流程能夠連續(xù)進(jìn)行。如圖5所示為化學(xué)發(fā)光免疫分析儀傳送模塊結(jié)構(gòu)圖。圖5(a)為傳動(dòng)模塊俯視圖。傳動(dòng)模塊主要由底盤和四個(gè)反應(yīng)盤組成。每個(gè)反應(yīng)盤上有若干均布于圓周上的反應(yīng)杯位，反應(yīng)杯可放置于反應(yīng)杯位中。四個(gè)反應(yīng)盤均勻地布置于底盤圓周上。當(dāng)反應(yīng)杯需要加樣時(shí)，反應(yīng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度到達(dá)加樣位置，即進(jìn)行“自轉(zhuǎn)”。當(dāng)加樣操作完成后，反應(yīng)盤再次轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，使下一個(gè)位置的反應(yīng)杯到達(dá)加樣位置，等待下一次加樣操作的進(jìn)行，依此類推。當(dāng)分析儀對(duì)一個(gè)反應(yīng)盤上所有的反應(yīng)杯均完成加樣操作后，傳送模塊進(jìn)行“公轉(zhuǎn)”：轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)四個(gè)反應(yīng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)90°，“公轉(zhuǎn)”過程中反應(yīng)盤保持靜止。傳動(dòng)模塊的“自轉(zhuǎn)”與“公轉(zhuǎn)”的相互轉(zhuǎn)換，可通過布置于轉(zhuǎn)盤下方的傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。該傳動(dòng)模塊設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于：1）在反應(yīng)杯數(shù)目滿足實(shí)驗(yàn)的孵育時(shí)長(zhǎng)和高通量的條件下，將反應(yīng)杯平均布置于四個(gè)反應(yīng)盤上，可有效減小傳動(dòng)模塊的占用面積，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2）在“自轉(zhuǎn)”過程中，四個(gè)反應(yīng)盤同步轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)可以保證每個(gè)反應(yīng)盤的操作相互獨(dú)立，互不干擾；3）反應(yīng)盤模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)一個(gè)反應(yīng)盤完成發(fā)光檢測(cè)后，可更換新的反應(yīng)盤到轉(zhuǎn)盤相應(yīng)位置，保證實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的連續(xù)性。

　　2.4加載模塊

　　分析儀的加載模塊由一個(gè)機(jī)械臂構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。機(jī)械臂由移動(dòng)關(guān)節(jié)、大臂、小臂和末端夾取裝置組成，其自由度數(shù)為3。末端夾取裝置的開合可以通過電磁鐵通斷電情況來控制：當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，夾取裝置張開；當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，夾取裝置閉合。加載模塊主要有兩個(gè)功能：更換反應(yīng)盤；更換樣品試管。在反應(yīng)盤中心位置開有一個(gè)夾取用孔。當(dāng)一個(gè)反應(yīng)盤上所有位置的反應(yīng)杯均完成發(fā)光檢測(cè)操作后，將機(jī)械臂夾持裝置的末端伸入該反應(yīng)盤的夾取用孔中，電磁鐵通電后，夾取裝置張開，撐住孔內(nèi)壁，將使用過的反應(yīng)盤移動(dòng)到回收位置。之后，將備用的反應(yīng)盤移動(dòng)到相應(yīng)的反應(yīng)盤位置上，完成反應(yīng)盤的更換。此操作示意如圖7(a)所示。同理，將機(jī)械臂夾持裝置的末端伸入已完成加樣的樣品試管中，夾取裝置張開，末端撐住樣品試管內(nèi)壁，可以完成樣品試管的更換操作。此操作示意如圖7(b)所示。利用分析儀加載模塊，可以完成備用實(shí)驗(yàn)用品的更換操作，使得實(shí)驗(yàn)測(cè)試能夠連續(xù)不斷地進(jìn)行，進(jìn)而增加實(shí)驗(yàn)的測(cè)試通量和儀器工作效率。同時(shí)，采用機(jī)械臂進(jìn)行相關(guān)操作，提高了分析儀的自動(dòng)化程度，減少了實(shí)驗(yàn)人員的人工干預(yù)。另外，末端夾取裝置通過電磁鐵進(jìn)行控制，減少了電機(jī)的數(shù)目，利于控制操作過程。

　　3結(jié)束語

　　化學(xué)發(fā)光免疫分析儀是一種集成了生物、化學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)器人及自動(dòng)化、傳感器技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)的儀器。本文介紹了一種化學(xué)發(fā)光免疫分析儀新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，對(duì)分析儀存儲(chǔ)模塊、傳送模塊、加樣模塊和加載模塊進(jìn)行了具體的結(jié)構(gòu)和功能分析。存儲(chǔ)模塊采用轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)，使儀器結(jié)構(gòu)更緊湊；傳送模塊采用反應(yīng)盤“自轉(zhuǎn)”與“公轉(zhuǎn)”相結(jié)合的運(yùn)動(dòng)方式，克服了高通量、體積小的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，減小空間，提高工作效率和可操作性；加樣模塊控制簡(jiǎn)便，工作行程減小，獨(dú)立的加樣單元還能夠避免交叉污染；加載模塊負(fù)責(zé)更換備用用品，提高分析儀工作連續(xù)性和自動(dòng)化程度。

【化學(xué)發(fā)光免疫分析儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案論文】相關(guān)文章：

簡(jiǎn)論文化結(jié)構(gòu)10-26

建筑結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)的論文10-09

本科畢業(yè)論文結(jié)構(gòu)10-26

建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)論文10-11

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的論文10-10

計(jì)算機(jī)病毒免疫思索論文10-11

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)現(xiàn)況論文10-09

建筑結(jié)構(gòu)缺陷與事故探析論文10-09

建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的論文10-09

工業(yè)混凝土建筑結(jié)構(gòu)的論文10-10