化學(xué)發(fā)光免疫分析系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)鍵點(diǎn)

郭世富 代蕾穎 黃穎

(1.國家藥品監(jiān)督管理局醫(yī)療器械標(biāo)準(zhǔn)管理中心、中國食品藥品檢定研究院，北京 102629；2.北京市醫(yī)療器械檢驗(yàn)所，北京 101111)

免疫學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)是指基于抗原抗體特異性結(jié)合的分析技術(shù)。19 世紀(jì) 80 年代后期，隨著抗體和各種免疫物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)，免疫檢驗(yàn)技術(shù)得到發(fā)展，并經(jīng)歷了經(jīng)典、現(xiàn)代和自動(dòng)化三個(gè)階段[1-3]?；瘜W(xué)發(fā)光免疫分析技術(shù)因其靈敏度高、特異性強(qiáng)、檢測范圍廣，試劑穩(wěn)定和無放射性污染等優(yōu)點(diǎn)在目前臨床中得到廣泛應(yīng)用，成為免疫診斷領(lǐng)域的主流技術(shù)，也是國際發(fā)展趨勢。目前，免疫診斷是我國體外診斷最大的細(xì)分市場，占比為35%，其中化學(xué)發(fā)光在免疫診斷市場中占比超過75%[4]。

化學(xué)發(fā)光為封閉式，試劑與儀器需要配套[5,6]，而全自動(dòng)化學(xué)發(fā)光儀器有較高的技術(shù)壁壘，且國內(nèi)企業(yè)介入較晚，目前，國內(nèi)化學(xué)發(fā)光市場被外資企業(yè)占據(jù)超過75%的市場份額。但是，當(dāng)前國產(chǎn)化學(xué)發(fā)光儀從硬件的穩(wěn)定性、檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性都有了質(zhì)的飛躍，國產(chǎn)產(chǎn)品替代進(jìn)口產(chǎn)品已經(jīng)開始形成趨勢。截至2020 年9 月，國家藥品監(jiān)督管理局 (NMPA)數(shù)據(jù)庫中國產(chǎn)全自動(dòng)化學(xué)發(fā)光免疫分析儀注冊企業(yè)共有 70 個(gè)，注冊產(chǎn)品 103 個(gè)[7]。其中還有 5 家企業(yè)注冊了開放式的化學(xué)發(fā)光檢測儀，可以根據(jù)試劑企業(yè)的需求對(duì)軟件和硬件進(jìn)行調(diào)整，降低了國內(nèi)企業(yè)進(jìn)入化學(xué)發(fā)光診斷市場的門檻。

1 化學(xué)發(fā)光免疫分析系統(tǒng)性能質(zhì)量評(píng)價(jià)分析

在全自動(dòng)發(fā)光免疫分析系統(tǒng)的質(zhì)量評(píng)價(jià)中，指標(biāo)和檢驗(yàn)方法可以參考全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)文件與指導(dǎo)原則。目前，我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)是醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY/T1155-2019《全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀》，該標(biāo)準(zhǔn)修訂了YY/ T1155-2009《全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀》，于2019 年5 月31 日發(fā)布，2020 年6 月1 日正式實(shí)施。2009 版的標(biāo)準(zhǔn)解決了全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀沒有評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)的問題，主要是通過儀器配套的試劑來評(píng)價(jià)檢測系統(tǒng)的整體性能，但這不能準(zhǔn)確反映儀器本身的性能指標(biāo)，各個(gè)平臺(tái)選擇不能配套試劑，也缺乏可比性。但也因該標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)國內(nèi)尚無企業(yè)有成熟產(chǎn)品，參與起草驗(yàn)證的企業(yè)均為進(jìn)口企業(yè)，也是基于當(dāng)時(shí)國內(nèi)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)和儀器的了解制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。隨著近年來國內(nèi)企業(yè)對(duì)技術(shù)的不斷研發(fā)突破，對(duì)該產(chǎn)品的了解也越來越深入，2017 年啟動(dòng)對(duì)YY/T1155-2009《全 自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀》的修訂，加入了對(duì)全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀加樣系統(tǒng)、孵育系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)直接評(píng)價(jià)的指標(biāo)和方法，國內(nèi)外企業(yè)積極參與討論，拓寬了思路，促進(jìn)了行業(yè)發(fā)展。

全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀作為有源體外診斷儀器，還應(yīng)考慮其安全性，這其中分為電氣安全指標(biāo)和電磁兼容指標(biāo)兩大類。電氣安全指標(biāo)應(yīng)當(dāng)包括GB4793.1《測量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求第1 部分：通用要求》、GB4793.9《測量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求第2-081 部分:實(shí)驗(yàn)室用于分析和其他目的自動(dòng)和半自動(dòng)設(shè) 備的特殊要求》、YY0648《測量、控制和實(shí)驗(yàn)室 用電氣設(shè)備的安全要求第2-101 部分：體外診斷 (IVD)醫(yī)用設(shè)備的專用要求》及其他適用的國家 標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的所有指標(biāo)。電磁兼容指標(biāo)應(yīng)當(dāng)包括GB/T18268.1-2010《測量、控制和實(shí)驗(yàn)室用的電設(shè)備電磁兼容性要求第 1 部分：通用要求》和GB/T18268.26-2010《測量、控制和實(shí)驗(yàn)室用的電設(shè)備電磁兼容性要求第26部分：特殊要求體外診斷 (IVD)醫(yī)療設(shè)備》及其他適用的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的所有指標(biāo)。隨機(jī)軟件也應(yīng)符合YY/T0664-2017《醫(yī)療器械軟件軟件生存周期過程》。隨著儀器平臺(tái)智能化的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)安全也應(yīng)當(dāng)成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)輸出的一部分。

國家藥品監(jiān)督管理局醫(yī)療器械技術(shù)審評(píng)中心發(fā)布的《全自動(dòng)化學(xué)發(fā)光免疫分析儀技術(shù)審查指導(dǎo)原則(2015 年第 93 號(hào))》明確了注冊企業(yè)對(duì)全自動(dòng)化學(xué)發(fā)光免疫分析儀注冊申報(bào)資料的準(zhǔn)備及撰寫，其中包括了產(chǎn)品性能研究、產(chǎn)品有效期研究、軟件研究、生產(chǎn)工藝過程及過程控制點(diǎn)、臨床評(píng)價(jià)、產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)分析、產(chǎn)品說明書等研發(fā)各個(gè)方面的要求。

2 化學(xué)發(fā)光免疫分析系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)考慮的關(guān)鍵點(diǎn)

化學(xué)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)和檢測系統(tǒng)，其他還有電路控制模塊、計(jì)算機(jī)和隨機(jī)軟件。根據(jù)日常對(duì)全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀的質(zhì)量評(píng)價(jià)情況，總結(jié)影響全自動(dòng)化學(xué)發(fā)光儀性能評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)，以對(duì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)提供參考。

2.1 加樣系統(tǒng)

通常，加樣針的內(nèi)外壁均鍍有一層聚四氟乙烯 (TEFLON)——一種吸附性比較弱的化學(xué)惰性物質(zhì)來保障降低對(duì)樣品的吸附[8]。目前，市面上各型號(hào)發(fā)光儀的試劑針和樣品針的加樣量程差別很大，樣品針最小加注量從5μL 到40μL，最大加注量從20μL 到300μL，試劑針最小加注量從5μL 到50μL，最大加注量從47μL 到450μL[9]。加入樣品尤其對(duì)于加入少量樣品時(shí)，加樣針上樣品的殘留量對(duì)加樣正確度、加樣精密度和攜帶污染率影響較大，會(huì)直接影響檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。加樣針內(nèi)外壁的光滑度隨著使用時(shí)間會(huì)逐漸下降，也會(huì)易造成加樣量的不準(zhǔn)確和攜帶污染變大。

部分廠家的發(fā)光免疫分析儀加樣采用一次性吸頭（Tip 頭），基本避免了樣本間攜帶污染率，但是 Tip 頭的形狀、所用材料特性及與加樣系統(tǒng)的吻合程度均對(duì)加樣的準(zhǔn)確度有很大的影響，Tip 頭間的差異影響著加樣的精密度，其成本較高。

泵液模塊，包括抽取液體和輸出液體的液泵、管道和連接頭。泵液裝置目前有兩種，一種是蠕動(dòng)泵式的流動(dòng)加樣，一種是注射器式的注射加樣。蠕動(dòng)泵重復(fù)性和穩(wěn)定性好，注射器泵精度高，方便加樣針的清洗，廠家根據(jù)各自需要選擇合適加樣方式。泵液的準(zhǔn)確性和連接處的密閉性也是影響加樣準(zhǔn)確度和精密度的影響因素，尤其部件隨著使用時(shí)間增長而老化，更可能影響檢驗(yàn)結(jié)果。

2.2 孵育系統(tǒng)

我國全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溫度控制正確度、波動(dòng)度要求均不超過 0.5°C[10]，目前各企業(yè)多使用半導(dǎo)體加熱方式，能夠滿足要求。但要注意孵育倉的封閉效果和隔熱保溫層，及外界溫度對(duì)溫度穩(wěn)定性的影響。

2.3 光電檢測系統(tǒng)

目前，最常見的光檢測裝置是光電倍增管(photomultiplier tube,PMT)。光電倍增管的信號(hào)輸出強(qiáng)度、噪聲與工作電壓成正比，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)光源可以計(jì)算出合適的工作電壓，獲得良好的信噪比，亦可評(píng)價(jià)光檢測裝置的系統(tǒng)噪聲，發(fā)光值的精密度和線性。使用發(fā)光儀配套的發(fā)光劑也可評(píng)價(jià)發(fā)光值的精密度和線性，且容易實(shí)現(xiàn)，適合日常定期的一起評(píng)價(jià)。通過選擇合適的校準(zhǔn)曲線的擬合方式也能抵消發(fā)光值的差別。

2.4 其他

系統(tǒng)運(yùn)行的流暢性、操作界面的友好性直接影響用戶感受，比如測試杯的卡杯，會(huì)影響整個(gè)儀器上現(xiàn)有的測試，需再次測試，損失了樣本和試劑。

3 系統(tǒng)改進(jìn)對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果影響的試驗(yàn)分析

全自動(dòng)發(fā)光免疫分析系統(tǒng)的檢測結(jié)果正確度是通過發(fā)光免疫分析儀，試劑和校準(zhǔn)品共同作用的結(jié)果，分析提高改進(jìn)全自動(dòng)發(fā)光免疫分析儀影響性能的關(guān)鍵點(diǎn)或者部件，對(duì)檢測結(jié)果的影響是明顯的。對(duì)于醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)儀器來說，加樣量的準(zhǔn)確度與重復(fù)性，直接影響到參與反應(yīng)的樣本和試劑的量，進(jìn)而影響檢驗(yàn)結(jié)果的正確性。所以評(píng)估儀器性能標(biāo)準(zhǔn)的重要性能指標(biāo)之一。精密加樣組件主要由加樣泵，電磁閥，取樣針及合理的流路設(shè)計(jì)。其中最主要取決于加樣泵與加樣針。為此，筆者對(duì)國內(nèi)某具有自主研發(fā)能力的生產(chǎn)廠家產(chǎn)品進(jìn)行了試驗(yàn)調(diào)研分析。

化學(xué)發(fā)光免疫分析儀中需要使用注射泵對(duì)樣本、試劑進(jìn)行吸樣、吐樣。傳統(tǒng)的玻璃注射泵因?yàn)榧庸ぜ夹g(shù)、工藝的問題，其取樣精度、耐磨性與氣密性均不理想，會(huì)直接影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確率與精密度。在筆者調(diào)研中，某設(shè)備改進(jìn)注射泵的材質(zhì)，減少了注射泵內(nèi)表面的的加工誤差，進(jìn)行了精細(xì)拋光處理，結(jié)合使用了性能步進(jìn)電機(jī)。對(duì)加樣針的進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，改進(jìn)傳統(tǒng)的焊接加工變徑工藝，消除了針內(nèi)壁突變臺(tái)階，消除了突變臺(tái)階處易積存蛋白、納米磁性微球等物質(zhì)。加樣(樣本針和試劑針)的準(zhǔn)確度和重復(fù)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。

表1 系統(tǒng)樣本針和試劑針改進(jìn)前后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在對(duì)加樣組件進(jìn)行改進(jìn)后，樣本針和試劑針在加樣量的準(zhǔn)確度和重復(fù)性上，都有了很大的提高。加樣組件性能的優(yōu)劣，對(duì)于加樣量較小的情況，相對(duì)于加樣量大的情況來說，其影響更大。

為進(jìn)一步對(duì)比技術(shù)改進(jìn)前后的測試結(jié)果，選取HCG、H-ALB、CMV IgM 試劑項(xiàng)目在化學(xué)發(fā)光免疫分析系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)其質(zhì)控品進(jìn)行試驗(yàn)，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比如下：

表2 技術(shù)改進(jìn)對(duì)試劑項(xiàng)目性能的影響

由上表可看出，對(duì)加樣組件進(jìn)行改進(jìn)后，對(duì)于HCG、H-ALB、CMV IgM 這幾個(gè)試劑項(xiàng)目的檢驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性都有了明顯的改善。加樣組件性能的優(yōu)劣，對(duì)于加樣量較小的試劑項(xiàng)目，相對(duì)于加樣量大的試劑項(xiàng)目來說，其影響更大。

4 結(jié)論

化學(xué)發(fā)光免疫分析系統(tǒng)中加樣系統(tǒng)、孵育系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)，包括電路控制模塊、計(jì)算機(jī)和隨機(jī)軟件等會(huì)影響系統(tǒng)整體性能，是性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的關(guān)鍵點(diǎn)，影響檢測項(xiàng)目的準(zhǔn)確性。針對(duì)樣本針（試劑針）及注射泵的技術(shù)改進(jìn)的試驗(yàn)比對(duì)表明，部件性能的改進(jìn)會(huì)促進(jìn)整體檢測項(xiàng)目性能的提升。文中提到的一些影響全自動(dòng)化學(xué)發(fā)光儀性能的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)，為化學(xué)發(fā)光免疫分析系統(tǒng)性能提升提供借鑒。