一 前言

生化分析仪是临床检验中经常使用的重要分析仪之一，它通过对血液或者其它体液的分析来测定各种生化指标，如转氨酶、白蛋白、总蛋白、胆固醇、肌酐、葡萄糖、无机磷、淀粉酶、钙等。结合其它临床资料、进行综合分析，可以帮助疾病诊断，对器官功能做出评价，鉴别并发因子，以及决定今后的治疗方案等。

全自动生化分析仪代替手工加样、混匀、保温、检测、计算等与结果的精确度和准确性相关的过程，较手工操作灵敏、准确、快速，不仅提高了工作效率，而且减少了主观误差，提高了检测质量。

全自动生化分析仪涉及光学、精密机械、自动控制、电子电路、热工学、生物化学、分析化学等学科，且要求高精度、高可靠性，是一个十分复杂的系统。国际上能够自主研发并生产的企业为数不多，如贝克曼—库尔特、奥林巴斯、日立等。在国内，迈瑞公司是最早开始研制全自动生化分析仪的企业之一。BS-300(图1)历经多年的研制开发和3年的临床验证，于2003年7月正式投放市场。以其性能稳定、操作简单、功能强大、高性价比等优势，得到用户的广泛认可。2005年荣获深圳市科技进步一等奖。

二 BS-300全自动生化分析仪的分析原理

1. 基本测量原理

临床生化检验，主要在技术方法的应用方面上探讨生化检验新技术以及新的标记物的选择和评价，用以帮助诊断，又称“诊断生化”。全自动生化仪主要运用了光谱技术中的吸收光谱法(比色法)和比浊法。比色法的原理如下文所述。

一束强度为Io的平行单色光通过一个含有浓度为C的吸光物质、厚度为L的吸收池时(如图2)，一些光子被吸收，光强从Io衰减为It，则该溶液的吸光度A等于:
A=－Lg
Lamber-Beer定律:
A=eCL
其中e为吸光系数， C为溶液的浓度; L为吸收池的厚度(单位为cm，亦称光径)。

Lamber-Beer定律的意义为: 某溶液的吸光度等于该物质的吸光系数e、浓度C和光径L(cm)的乘积，当光径不变时，浓度和吸光度成正比，这是全自动生化仪利用吸收光谱法进行定量测定的基础。除特种蛋白外的大部分临床生化项目，配以相应的试剂，均可利用吸收光谱法在全自动生化仪上进行测定。

透射比浊法与比色法所遵循的规律类似，这里不再详述。

2. 生化分析方法

a. 终点法
指经过一段时间(一般为10min左右)的反应，整个反应达到平衡，由于反应的平衡常数很大，可认为所有的被测定物已转变为产物，反应液的吸光度不再增加(或降低)，吸光度的增加(或降低)程度与被测定物的浓度成正比。
b. 固定时间法
固定时间法又被称为初速率法、一级动力学法、二点动力学法等。一级动力学法是指在被测物参与反应的条件下，在一定的反应时间内，反应速度与反应物浓度的一次方成正比，由于反应物不断的消耗，因此整个反应速度不断的减小，表现为吸光度的增加(或降低) 速度越来越小，由于这类反应达到平衡的时间很长，且平衡常数不算很大，必需在特定时间段内进行监测，该段时间内吸光度的增加(或)降低与被测定物的浓度成正比。
c. 动力学法
动力学法也被称为零级动力学法、连续监测法，指反应速度与反应物浓度的零次方成正比，也就是与被测定物浓度无关，因此，在整个反应过程中，反应物可以匀速地生成某个产物，导致被测定溶液在某一波长下吸光度均匀地减小或增加，减小或增加的速度与被测物的活性或浓度成正比，主要用于酶活性的测定。

三 BS-300全自动生化分析仪相关技术

1. 光学系统
a. 光源
采用卤钨灯，12V/50W，寿命大于2000h。
理想的光源应在整个波长范围内产生恒定的光强度，噪声低，长期稳定。卤钨灯在部分紫外区和整个可见光范围内可产生较强的连续光谱，噪声低，漂移小。被大多数全自动生化分析仪所采用。
b. 单色器
单色器是使不同波长的光以不同的角度发散的组件，按色散元件的不同，可分为棱镜单色器、光栅单色器、滤光片式单色器。

棱镜单色器简单又便宜，但其色散是弯曲且非线性的，长波色散率小，短波色散率高，因此欲得到相同的光谱强度，狭缝宽度要随波长而改变，并且光谱线间隔不同为非匀排光谱。
光栅的色散率大，色散角与波长成线性关系，分辨率高，光谱范围宽。采用光栅的仪器设计时须注意光谱叠级，检测灵敏度及光学布局(前分光或后分光)等因素的影响。

BS-300采用窄带滤光片，中心波长准确度≤2nm，分辨率为0.001Abs，吸光度范围－0.1~5.0Abs，杂散光≤0.3%，免维护，通过科学合理的设计，完全可以获得与光栅分光等同的效果，且杂散光小，检测线性范围较光栅宽。

c. 检测器

检测器将光信号转换为电信号。理想的检测器应具有线性范围宽，噪声低，灵敏度高。全自动化分析仪的检测器一般为光电倍增管或光电二极管。

光电倍增管阴极材料的性质决定了其光谱灵敏度。光电倍增管在紫外—可见范围内有良好的灵敏度，它对弱光的灵敏度很高。但是，在光谱分析应用中，高灵敏度是用于测定低浓度物质的，为准确检测空白和样品间的微小差别，检测器在强信号时必须噪声低。

光电二极管(或光电二极管阵列)广泛应用于全自动生化分析仪，是目前中高档生化分析仪采用的主流部件。光电二极管检测动态范围宽，作为固体元件比光电倍增管更耐用。早期的光电二极管在紫外区灵敏度较低，但该问题已克服，硅光电二极管的检测范围约是170~1100nm。

BS-300采用高性能光电二极管，覆盖紫外到可见光谱范围，响应灵敏度高，光度线性范围达0~5A。光电二极管将滤光片出射的单色光信号转变为光电流信号，通过硬件电路处理后对特定临床项目的吸光度值进行计算，从而确定反应物的浓度。

2. 加样(样本、试剂)系统

加样系统的精度直接影响测量结果，因此，加样系统一直都是全自动生化分析仪的关键技术之一。

加样系统分为样本加样系统和试剂加样系统，两者在原理和结构上大致相同。加样过程是由初始化过程、吸样过程、排样过程和清洗过程所组成。

加样精度一般靠以下技术保证:

a.合理的液路设计和连接技术;
b.液面检测技术: 采样针能够感应液面，探测到液面并插入适当深度后会停止;
c. 随量跟踪技术: 采样针根据所分配液体的多少自动调整下降深度;

样本/试剂分单元由采样针、注射器及驱动机构、辅助清洗系统、管路构成，用以实现向指定的反应池内加入指定量的样本/试剂。这些高端生化的主流技术，在BS-300上都得到了应用。

样本/试剂分注系统的关键设计指标是加样精度，主要通过两个途径得以解决: 高性能的采样针，减小挂液量; 注射器的驱动机构必须有足够高的精度。BS-300采用业界先进的加工技术，样本试剂针内外壁抛光，3mL时的加样精度±2%，针携带污染率<0.1%，达到了国际先进水平。

3. 温控系统

各类生化反应尤其是酶类对温度波动非常敏感，需要一个恒定的温度，才能取得可靠、准确的结果，一般要求把反应室的温度波动控制在±0.1℃。目前较多采用的方法有空气浴法、恒温水浴法、恒温液加热法等。

BS-300运用获得国家专利的包容式恒温池技术，具有升温速度快，温度恒定的特点，温度波动度±0.1℃。而且免维护。

4. 清洗系统

在全自动生化分析中，反应杯清洗可通过两种方案实现，即机内清洗反应杯和自动更换反应杯。

采用机内清洗反应杯方式，反应杯是反复使用的。清洗过程包括吸干反应液、注入酸性清洗剂、吸干酸性清洗剂、注入碱性清洗剂、吸干碱性清洗剂、注入去离子水(可能有多次)、干燥反应杯等步骤。清洗的效果直接决定着仪器的携带污染。机内清洗的最大缺点是需要复杂的水处理系统，用水量比较大，冲洗的费用高，占地面积宽，而且很难保证将反应杯彻底清洗干净，因此反应杯污染引起的误差不可避免。

自动更换反应杯方式是采用一次性反应杯，因此仪器的携带污染会大大降低; 同时，由于减少了重复清洗的过程，可进一步提高仪器的可靠性，仪器的用水量也会大大降低。
BS-300采用一次性抛弃型反应杯，自动对三针进行普通清洗和强化清洗，携带污染率<0.1%。

5. 软件系统

软件系统的目标是为用户提供方便实用、容易学习、界面友好、操作简单的软件。
软件的功能主要包括三个方面: 一是为用户提供操作仪器的界面，以实现项目的编辑，样本/试剂设置，项目的申请、执行，结果的输出和历史纪录查询等; 二是控制仪器各个部分工作，实现各种生化分析方法及一些辅助功能，对于一台生化分析仪器来说，自动化程度越高，仪器的功能也越强; 三是数据的分析处理与计算，如病人信息和原始数据存储、化验结果汇总报告、失控报告、质控数据计算绘图、质控回顾性检查分析、质控物和质控数据管理等等。

BS-300的软件采用全中文交互式操作界面，包括系统软件和嵌入式控制软件。系统软件利用WINDOWS的多线程技术和丰富的GUI处理技术，采用面向对象开发方法，实现人机交互的主要操作窗口，产生生化测试的主要操作流程。控制软件实时性要求较高，采用实时稳定的实时操作系统，并利用一定的多任务技术，实现直接驱动仪器各个部分协同工作的控制流程。二者通过串口通信，由系统软件驱动控制软件按特定的工作流程进行测试操作。

四 展望

近年来，随着科学技术的不断进步，特别是电子技术和计算机技术的飞速发展，使得生化分析仪器结构和性能都有了很大的改进。21世纪是信息和分子生物学的世纪，计算机及网络将深入到日常生活的每个角落。因此，全自动生化分析仪除了向高速度、随意任选式、模块组合化、超微量化、智能化、尖端化发展的同时，也必然向就近检验、床边即时检验发展，患者自测项目将进一步发展。总之，全自动生化分析仪将同时向大而全和小、快、灵两个方向发展。

BS-300以其先进、智能、精准并顺应时代发展的技术，深得广大用户的信赖。迈瑞随着技术的不断成熟，一定带给广大用户更高性价比的产品，以自身的发展带动民族工业的振兴。