王 軍, 代蕾穎, 楊 忠, 趙丙鋒, 李 正, 王會(huì)如
(北京市醫(yī)療器械檢驗(yàn)所體外診斷檢驗(yàn)室, 北京 101111)
自動(dòng)化的發(fā)光免疫分析儀越來越廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)[1-3]。全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀研發(fā)制造技術(shù)門檻高,涉及光、機(jī)、電、軟、液路、溫控、免疫分析等多方面的綜合技術(shù),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制時(shí)序要求嚴(yán)格、運(yùn)行可靠性和精度要求高[4-5]。由于儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,相應(yīng)地對(duì)其進(jìn)行性能評(píng)價(jià)和質(zhì)量檢測(cè)也有相當(dāng)?shù)碾y度,主要體現(xiàn)在:不同廠家的儀器,原理、結(jié)構(gòu)不一樣,很難建立統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);儀器全封閉、自動(dòng)化,從工程學(xué)上進(jìn)行操作和干預(yù)比較困難;核心評(píng)價(jià)技術(shù),例如標(biāo)準(zhǔn)光源、發(fā)光劑等,被少數(shù)國外大企業(yè)掌握。基于以上原因,目前企業(yè)、監(jiān)管部門、使用單位基本采用儀器配套用發(fā)光免疫試劑盒來評(píng)價(jià)檢測(cè)系統(tǒng)(儀器+試劑盒)的整體性能[6-10]。這種評(píng)價(jià)方法過度依賴配套試劑盒,不能準(zhǔn)確反映儀器本身的性能,并且各個(gè)儀器所配試劑不同(激素、血藥、腫瘤標(biāo)志物、病原體……),得出的指標(biāo)也缺乏可比性。
全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀的關(guān)鍵模塊包括加樣系統(tǒng)、孵育系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng),本研究對(duì)各個(gè)模塊分別建立了可行的、標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)價(jià)方法。本研究建立的評(píng)價(jià)方法適用于化學(xué)發(fā)光、電化學(xué)發(fā)光、熒光等不同發(fā)光原理的儀器,也適用于酶促發(fā)光和非酶促發(fā)光不同反應(yīng)類型的儀器。
全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀:西門子Centaur XP、Centaur XPT、Centaur CP、Centaur Atellica、IMMULITE1000、IMMULITE2000、Dimension EXL;雅培ARCHITECT i2000sr;羅氏cobas e411、cobas e601、cobas e801;貝克曼庫爾特 DxI、Access 2;希森美康 HISCL-800、HISCL-5000;賽默飛世爾Phadia 250;生物梅里埃 VIDAS 3;邁克IS 1200、i3000;利德曼CI1000;邁瑞CL-1000i、CL-2000i;迪瑞CM-180;博奧ChemLiteTM 1200;新產(chǎn)業(yè)Maglumi 800、Maglumi 4000;安圖AUTOLUMO A2000、AUTOLUMO A2000 Plus;科美LiCA 500、CHEMCLIN 1500。
福祿克f50d或其他分辨率不低于0.1 ℃的溫度測(cè)量儀。
梅特勒bs210s或其他分度值為0.01 mg的電子天平。
日立U-3010型紫外分光光度計(jì)。
MilliQ Advantage超純水機(jī)。
參考光源為發(fā)光二級(jí)管(LED),通過調(diào)節(jié)LED驅(qū)動(dòng)電流的DA值,可獲得不同光強(qiáng)的光。
橙黃G(Orange G):CAS號(hào)1936-15-8。
發(fā)光劑:分為酶促和非酶促兩種,酶促發(fā)光劑由游離酶液和底物液組成,非酶促發(fā)光劑主要成分為發(fā)光標(biāo)記物和緩沖液。
空白樣品:待測(cè)物為零濃度的樣品液。
人絨毛膜促性腺激素(β-HCG)試劑盒及配套校準(zhǔn)品。
高濃度β-HCG臨床樣品:濃度超過105mIU/mL。
將全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀反應(yīng)區(qū)溫度設(shè)置為37 ℃,待穩(wěn)定后,使用溫度測(cè)量儀進(jìn)行測(cè)量,每隔30 s測(cè)定一次溫度值,測(cè)定時(shí)間為10 min。計(jì)算溫度測(cè)量值的算術(shù)平均值,算術(shù)平均值與設(shè)定值之差為測(cè)量偏倚,測(cè)量最大值與最小值之差的一半為溫度波動(dòng)度。
準(zhǔn)備可防水分揮發(fā)的適當(dāng)容器,在電子天平上調(diào)零后放到合適位置,控制全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀的試劑針或樣品針,向該容器中加入規(guī)定量除氣超純水,再在電子天平上稱量其增加質(zhì)量,以該質(zhì)量除以當(dāng)時(shí)溫度下純水的密度得到實(shí)際加入的體積。每種規(guī)定加入量重復(fù)測(cè)量20次,超純水需提前置于恒溫、恒濕的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)平衡數(shù)小時(shí)。以加樣體積的變異系數(shù)表征加樣精密度,以加樣體積的相對(duì)偏倚表征加樣正確度。
3.3.1 儀器噪聲
3.3.2 發(fā)光值的線性
測(cè)試發(fā)光值的線性有下列兩種方法:
(1)發(fā)光劑法。將光源檢測(cè)專用高值發(fā)光劑用稀釋液按比例稀釋成至少5個(gè)樣品,混合均勻后用分析儀檢測(cè)發(fā)光值,每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次。計(jì)算各樣品3次測(cè)量值的算術(shù)平均值,以稀釋比例為自變量,以測(cè)定結(jié)果均值為因變量進(jìn)行線性擬合,并計(jì)算線性回歸的相關(guān)系數(shù)(r)。
(2)參考光源法。在分析儀上測(cè)試參考光源,通過調(diào)節(jié)LED驅(qū)動(dòng)電流的DA值,可獲得不同光強(qiáng)的光,以標(biāo)定值為自變量,以分析儀實(shí)際測(cè)量所得的發(fā)光值為因變量進(jìn)行線性擬合,并計(jì)算線性回歸的相關(guān)系數(shù)。
3.3.3 發(fā)光值的精密度
可選用發(fā)光劑法或參考光源法進(jìn)行試驗(yàn)。用分析儀對(duì)在線性范圍內(nèi)的高、低2個(gè)水平的參考光源或發(fā)光劑進(jìn)行測(cè)試,連續(xù)測(cè)試10次,記錄發(fā)光值,計(jì)算發(fā)光值的變異系數(shù),用變異系數(shù)表征發(fā)光值的精密度。
3.3.4 發(fā)光值的穩(wěn)定性
可選用發(fā)光劑法或參考光源法進(jìn)行試驗(yàn)。待分析儀開機(jī)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)后,用在線性范圍內(nèi)的高、低2個(gè)水平的參考光源或發(fā)光劑進(jìn)行測(cè)試,重復(fù)測(cè)試3次,記錄發(fā)光值,計(jì)算測(cè)定結(jié)果的算術(shù)平均值I0。過4 h和8 h再分別上機(jī)重復(fù)測(cè)試3次,計(jì)算測(cè)定結(jié)果的算術(shù)平均值I1和I2,以I0作為基準(zhǔn)值,計(jì)算4 h和8 h的相對(duì)偏倚(a,%),用相對(duì)偏倚表征發(fā)光值的穩(wěn)定性。
免疫反應(yīng)的完成需要在一定溫度下進(jìn)行,因此儀器要對(duì)反應(yīng)區(qū)溫度進(jìn)行精密控制,該項(xiàng)考察的是儀器孵育系統(tǒng)的性能。使用溫度測(cè)量儀對(duì)8個(gè)型號(hào)的儀器進(jìn)行了溫度采集,溫度控制準(zhǔn)確度和波動(dòng)度結(jié)果見表1??梢钥闯?,溫度控制正確度均在(37±0.5) ℃,波動(dòng)度均不超過0.5 ℃。參考全自動(dòng)生化分析儀行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[11],全自動(dòng)生化分析儀溫度控制正確度要求不超過0.3 ℃,波動(dòng)度不超過0.2 ℃。免疫反應(yīng)對(duì)溫度要求沒有生化反應(yīng)嚴(yán)苛,溫度控制正確度不超過0.5 ℃、波動(dòng)度不超過0.5 ℃應(yīng)能滿足臨床要求,因此初步判定這8款全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀溫度控制合格。
表1全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀反應(yīng)區(qū)溫度控制結(jié)果
Tab.1 Testing result of temperature control of automatic luminescence immunoassay analyzers
儀器序號(hào)溫度控制正確度/℃溫度控制波動(dòng)度/℃10.300.1420.430.163-0.050.044-0.030.0550.500.0060.300.1070.000.4080.370.20
注:表中儀器序號(hào)與條款2.1不對(duì)應(yīng),也與下面各表不對(duì)應(yīng)。下表同。
全自動(dòng)儀器的樣本處理、試劑處理均為批量化操作,加樣模塊的精確設(shè)計(jì)和加工制造對(duì)于提高操作效率、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)精度非常關(guān)鍵。經(jīng)調(diào)查,由于市面上各型號(hào)儀器的試劑針、樣品針的加樣量程差別很大,無法設(shè)定統(tǒng)一的加樣考核點(diǎn),因此本研究對(duì)儀器標(biāo)稱的樣品最小加注量和最大加注量、試劑最小加注量和最大加注量都進(jìn)行了測(cè)試。
采用稱量法對(duì)27個(gè)型號(hào)的加樣模塊進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果見表2。表2可印證,各型號(hào)儀器的樣品針和試劑針加樣量程差別大,樣品針最小加注量從5 μL到40 μL,最大加注量從20 μL到300 μL,試劑針最小加注量從5 μL到50 μL,最大加注量從47 μL到450 μL。無論是樣品針還是試劑針,當(dāng)加注量>10 μL時(shí),大部分儀器能滿足偏倚不超過10%,CV不超過3%;當(dāng)加注量>50 μL時(shí),大部分儀器能滿足偏倚不超過5%,CV不超過2%。從表2可看出,加樣量越小,偏倚和CV越大,這是因?yàn)榧訕恿吭叫?,?duì)儀器要求越高,技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度越大。綜合起來,建議7號(hào)、15號(hào)、22號(hào)、27號(hào)儀器應(yīng)對(duì)加注裝置進(jìn)一步改進(jìn),以達(dá)到其聲稱的加樣量要求。
表2 全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀加樣模塊測(cè)試結(jié)果
由于全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀為全封閉儀器,在采用稱量法測(cè)試加樣模塊精度時(shí),有的儀器不能實(shí)現(xiàn)儀器開蓋、加純水作為待測(cè)樣品或試劑、中斷加樣操作等干預(yù)步驟,實(shí)施稱量法較為困難。在此情況下,本研究開發(fā)了第二種方法即比色法。比色法的原理是色素溶液的稀釋比例與吸光度成線性關(guān)系。本研究采用橙黃G色素液,將其作為樣品或試劑,控制儀器按設(shè)置的加注量加注到反應(yīng)杯中,然后將杯中橙黃G全部回收,在分光光度計(jì)波長478 nm下測(cè)試其吸光度,與理論吸光度進(jìn)行比較,通過計(jì)算,得出儀器加樣的精度。與稱量法相比,色素法操作相對(duì)繁瑣,但其具有受環(huán)境影響小的優(yōu)點(diǎn),尤其適用于加注量小的情況。
4.3.1 儀器噪聲
儀器噪聲大小直接關(guān)系到儀器的檢測(cè)靈敏度,噪聲越大,檢測(cè)的靈敏度就越低。免疫檢測(cè)為超微量分析,因此要求儀器的噪聲越小越好。表3為檢測(cè)器噪聲檢測(cè)結(jié)果,結(jié)果顯示,化學(xué)發(fā)光儀、電化學(xué)發(fā)光儀、熒光免疫儀檢測(cè)的發(fā)光信號(hào)是不同的,并且發(fā)光強(qiáng)度是一個(gè)相對(duì)值,儀器可以進(jìn)行調(diào)整。各個(gè)廠家對(duì)儀器噪聲規(guī)定值不同,實(shí)際測(cè)試值也不同,但均能滿足各自規(guī)定。
表3全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀噪聲測(cè)試結(jié)果
Tab.3 Testing result of noise of automatic luminescence immunoassay analyzers
儀器序號(hào)測(cè)量單位企業(yè)規(guī)定測(cè)試結(jié)果噪聲1相對(duì)光子強(qiáng)度(Relative light unit,RLU)3001502RLU6001143RLU1 5004054RLU1 0003325RLU500996RLU100317Counts4503008RLU300329RLU60015010RLU1 50029211RFV500438
4.3.2 發(fā)光值的線性
發(fā)光值的線性大小直接反映儀器的測(cè)量范圍。由于儀器原理、結(jié)構(gòu)、操作可行性等因素,本研究對(duì)發(fā)光值線性的測(cè)試采用了2種方法,參考光源法和發(fā)光劑法。
目前,發(fā)光儀所使用的參考光源大多采用發(fā)光二級(jí)管(LED),通過調(diào)節(jié)LED驅(qū)動(dòng)電流的DA值,可獲得不同光強(qiáng)的光。參考光源在制作、標(biāo)定上有一定技術(shù)難度,所以采用參考光源進(jìn)行發(fā)光儀光學(xué)系統(tǒng)檢測(cè)的廠家還較少[12]。大多數(shù)廠家采用發(fā)光劑法[13]。發(fā)光劑分為酶促和非酶促兩種,酶促發(fā)光劑由游離酶液(如堿性磷酸酶)和底物液組成,不同體積量的游離酶液與固定體積量的底物液充分混合后,將會(huì)發(fā)出不同強(qiáng)度的光強(qiáng)。非酶促發(fā)光劑主要成分為發(fā)光標(biāo)記物(如異魯米諾)和緩沖液。使用時(shí),用稀釋液將酶液或標(biāo)記物稀釋成不同濃度梯度,再與底物液混合,發(fā)出不同強(qiáng)度的光強(qiáng),用來測(cè)試發(fā)光儀的性能。
發(fā)光值線性測(cè)試,共測(cè)試了11個(gè)不同型號(hào)的儀器,其中1個(gè)型號(hào)的儀器采用參考光源進(jìn)行測(cè)試,8個(gè)型號(hào)的儀器采用發(fā)光劑進(jìn)行測(cè)試,還有2個(gè)型號(hào)的儀器同時(shí)采用兩種方法進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果見表4。從表中可以看出,儀器的線性范圍均不小于3個(gè)發(fā)光值數(shù)量級(jí),有的甚至達(dá)到6個(gè)數(shù)量級(jí),線性相關(guān)系數(shù)都達(dá)到0.99以上。2個(gè)型號(hào)的儀器同時(shí)采用兩種方法進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果接近,基本說明兩者方法是等效的。
表4全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀發(fā)光值線性結(jié)果
Tab.4 Testing result of luminescence linear of automatic luminescence immunoassay analyzers
儀器序號(hào)測(cè)試方法線性范圍(RLU)r1參考光源法103~1060.999 992發(fā)光劑法102~1050.999 9963發(fā)光劑法102~1050.9984發(fā)光劑法103~1050.999 65發(fā)光劑法102~1060.999 86發(fā)光劑法102~1050.999 97發(fā)光劑法102~1050.999 88發(fā)光劑法103~1060.999 19發(fā)光劑法103~1070.99810參考光源法103~1060.999 9發(fā)光劑法103~1060.997 511參考光源法102~1070.999 2發(fā)光劑法102~1070.999 2
4.3.3 發(fā)光值的精密度
對(duì)發(fā)光值的精密度測(cè)試,選取了接近廠家標(biāo)稱的測(cè)量范圍的上限和下限兩個(gè)點(diǎn),具體結(jié)果見表5。測(cè)量范圍下限點(diǎn)的CV要高于測(cè)量范圍上限點(diǎn)的精密度,最大值達(dá)到3.8%。目前行業(yè)內(nèi)對(duì)發(fā)光儀檢測(cè)模塊的精密度要求是CV不超過3%,因此建議1號(hào)、3號(hào)儀器要進(jìn)一步改進(jìn)。
表5全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀發(fā)光值精密度結(jié)果
Tab.5 Testing result of luminescence precision of automatic luminescence immunoassay analyzers
儀器序號(hào)測(cè)試方法測(cè)量范圍下限的精密度CV/%測(cè)量范圍上限的精密度CV/%1參考光源法3.10.22參考光源法2.90.13發(fā)光劑法3.80.54發(fā)光劑法1.71.35發(fā)光劑法2.41.66發(fā)光劑法1.41.27發(fā)光劑法2.40.68發(fā)光劑法1.30.59發(fā)光劑法1.00.510發(fā)光劑法1.61.511參考光源法0.80.05發(fā)光劑法0.80.7
4.3.4 發(fā)光值的穩(wěn)定性
對(duì)發(fā)光值的穩(wěn)定性測(cè)試,同樣選取了接近廠家標(biāo)稱的測(cè)量范圍上限和下限兩個(gè)點(diǎn),具體結(jié)果見表6。測(cè)量范圍下限點(diǎn)的偏倚要高于測(cè)量范圍上限點(diǎn)的偏倚,最大值達(dá)到8.0%。目前行業(yè)內(nèi)對(duì)發(fā)光儀檢測(cè)模塊的穩(wěn)定性要求是偏倚不超過5%,因此建議1號(hào)、5號(hào)儀器要進(jìn)一步改進(jìn)。
攜帶污染主要表現(xiàn)為不同濃度樣品間連續(xù)測(cè)試的相互影響,特別是含量高的樣品對(duì)含量低的樣品所產(chǎn)生的影響,考察的是儀器清洗系統(tǒng)的性能。本研究對(duì)6個(gè)不同型號(hào)的儀器進(jìn)行了攜帶污染測(cè)試,結(jié)果見表7。攜帶污染率差別較大,從0.8×10-6~54×10-6。對(duì)于部分線性范圍不太寬的項(xiàng)目,攜帶污染對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)引入的總誤差貢獻(xiàn)很小,但是對(duì)于乙肝表面抗原(HBsAg)、HCG這類測(cè)量范圍較寬的項(xiàng)目,如果攜帶污染大,就很容易對(duì)低值的陰性樣品造成干擾,可能造成樣品檢測(cè)成假陽性[14]。本研究中將攜帶污染率設(shè)置為10×10-6,10×10-6可認(rèn)為是一個(gè)門檻,滿足該要求后95%的臨床檢測(cè)項(xiàng)目都可滿足臨床要求。按照該要求,建議5號(hào)、6號(hào)儀器要進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。
表6全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀發(fā)光值穩(wěn)定性結(jié)果
Tab.6 Testing result of luminescence stability of automatic luminescence immunoassay analyzers
儀器序號(hào)測(cè)試方法測(cè)量范圍下限的穩(wěn)定性a/%測(cè)量范圍上限的穩(wěn)定性a/%1參考光源法6.70.42參考光源法1.2/3發(fā)光劑法 2.70.14發(fā)光劑法4.02.85發(fā)光劑法8.03.76發(fā)光劑法3.81.47發(fā)光劑法1.71.08發(fā)光劑法2.00.99發(fā)光劑法 /2.110發(fā)光劑法 2.70.911參考光源法1.50.1發(fā)光劑法1.41.2
表7全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀攜帶污染結(jié)果
Tab.7 Testing result of carry-over of automatic luminescence immunoassay analyzers
儀器序號(hào)攜帶污染率K/10-610.8243645521654
全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀的關(guān)鍵模塊包括加樣系統(tǒng)、孵育系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng),本研究從全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)出發(fā),建立了統(tǒng)一的評(píng)價(jià)方法。采用本研究建立的方法,完成了對(duì)市面上主流的15家生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的30個(gè)不同型號(hào)的全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀的性能評(píng)價(jià),基本證明了該方法的適用性和可操作性。本研究主要貢獻(xiàn)體現(xiàn)在:
(1)建立了全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀可行的、統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)價(jià)方法。
本研究對(duì)加樣系統(tǒng)、孵育系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)(噪聲、線性、精密度、穩(wěn)定性)分別建立了檢測(cè)方法,結(jié)合全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀的特點(diǎn),對(duì)加樣系統(tǒng)同時(shí)建立了稱量法和比色法兩種方法,對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)同時(shí)建立了參考光源法和發(fā)光劑法兩種方法。本研究建立的檢測(cè)技術(shù)適用性強(qiáng),能適用于化學(xué)發(fā)光、電化學(xué)發(fā)光、熒光免疫等不同發(fā)光原理的儀器,也適用于酶促發(fā)光和非酶促發(fā)光不同反應(yīng)類型的儀器。
(2)完成了對(duì)市面上主流的全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀的摸底測(cè)試。
用本研究建立的方法,對(duì)市面上主流的15家生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的30個(gè)不同型號(hào)的全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀進(jìn)行了性能評(píng)價(jià),基本結(jié)論為:孵育系統(tǒng),所有儀器均能滿足要求;加樣系統(tǒng),少數(shù)儀器不能達(dá)到其聲稱的最小加注量;檢測(cè)系統(tǒng),所有儀器均能滿足噪聲和線性要求,少數(shù)儀器不能達(dá)到精密度和穩(wěn)定性要求;清洗系統(tǒng),某些儀器的攜帶污染率不能達(dá)到要求。數(shù)據(jù)顯示,全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀還有一定的質(zhì)量提升空間。
(3)促進(jìn)企業(yè)開發(fā)參考光源、發(fā)光劑等檢測(cè)工裝。
本研究開展前,只有少數(shù)企業(yè)具備參考光源或發(fā)光劑。在建立全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀檢測(cè)方法過程中,國內(nèi)外企業(yè)積極參與。通過對(duì)方法的反復(fù)討論和驗(yàn)證,拓寬了思路,促使企業(yè)去開發(fā)檢測(cè)設(shè)備和工裝,特別是參考光源、發(fā)光劑等重要工裝的開發(fā),解決了全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀評(píng)價(jià)的核心技術(shù)障礙,從而也促進(jìn)了產(chǎn)品的質(zhì)量提升。
目前各廠家用參考光源和發(fā)光劑尚不能實(shí)現(xiàn)標(biāo)定和計(jì)量學(xué)溯源,因此本研究后續(xù)工作設(shè)想是與計(jì)量部門合作,開發(fā)參考光源和發(fā)光劑的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),從而進(jìn)一步完善發(fā)光免疫分析儀的檢測(cè)方法,促進(jìn)免疫診斷結(jié)果的溯源和量值準(zhǔn)確傳遞。