Thể thức cạnh tranh áp dụng cho các phân tử có khối lượng thấp, gồm các bước sau:
‐ Kết hợp phức hợp ruthenium với mẫu xét nghiệm và kháng thể kháng T3 đặc
hiệu trong cốc xét nghiệm.
‐ Sau khi ủ lần đầu, đưa vào hỗn hợp T3 biotin hóa và các vi hạt thuận từ phủ
streptavidin. Khi đó các vùng gắn của kháng thể đánh dấu bị chiếm giữ có
vào các vi hạt do phản ứng của biotin và streptavidin.
‐ Sau khi ủ lần hai, hỗn hợp phản ứng chứa các phức hợp miễn dịch được đưa
vào trong buồng đo. Các phức hợp miễn dịch này bị bắt vào điện cực do tác động của từ trường còn thuốc thử chưa đánh dấu và mẫu bị cuốn đi.
‐ Trong phản ứng ECL, lượng ánh sáng được tạo ra tỉ lệ nghịch với lượng
kháng nguyên trong mẫu bệnh phẩm.
Nồng độ kháng nguyên được ước lượng và tính toán thông qua đường cong
Hình 2.25. Thể thức cạnh tranh 2.4.5.2. Thể thức sandwich
Thể thức sandwich sử dụng cho các chất phân tích có khối lượng phân tử lớn hơn, thường là hooc môn kích thích tuyến giáp TSH
Bước đầu tiên, mẫu xét nghiệm được kết hợp với thuốc thử chứa kháng thể
TSH biotin hóa và kháng thể TSH đặc hiệu đánh dấu bằng ruthenium trong cùng một cốc xét nghiệm. Trong quá trình ủ 9 phút, các kháng thể bắt TSH có trong mẫu.
Bước thứ hai, các vi hạt thuận từ phủ streptavidin được đưa vào. Trong quá
trình ủ 9 phút lần thứ hai này, kháng thể biotin hóa gắn vào bề mặt của vi hạt. Sau khi ủ lần hai, hỗn hợp phản ứng chứa các phức hợp miễn dịch được đưa vào trong buồng đo và bị giữ lại trên điện cực làm việc. Thuốc thử chưa đánh dấu cùng mẫu xét nghiệm bị rửa trôi.
Trong phản ứng ECL, lượng ánh sáng được tạo ra tỉ lệ thuận với lượng TSH có trong mẫu. Nồng độ kháng nguyên được ước lượng và tính toán thông qua đường cong chuẩn được thiết lập trên cơ sở nồng độ kháng nguyên chuẩn đã biết.
Hình 2.26. Thể thức sandwich
2.4.5.3. Thể thức bắc cầu
Thể thức này hoạt động tương tự như thể thức sandwich nhưng chỉ để phát
hiện kháng thể. Đó là sự kết hợp của thuốc thử biotin hóa và thuốc thử đánh dấu
ruthenium có ái lực mạnh với kháng thể đích.
Bước đầu tiên, các kháng thể huyết thanh gắn kết với thuốc thử biotin hóa và thuốc thử đánh dấu ruthenium để tạo thành phức hợp miễn dịch. Phức hợp này sau đó phản ứng với vi hạt phủ streptavidin thông qua hoạt động của kháng nguyên biotin hóa.
trong buồng đo và bị giữ lại trên điện cực làm việc, thuốc thử chưa đánh dấu cùng mẫu xét nghiệm bị rửa trôi.
Trong phản ứng ECL, lượng ánh sáng được tạo ra tỉ lệ thuận với lượng chất
phân tích có trong mẫu. Nồng độ kháng nguyên được ước lượng và tính toán thông qua đường cong chuẩn được thiết lập trên cơ sở nồng độ kháng nguyên chuẩn đã biết.
CHƯƠNG III. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY XÉT NGHIỆM MIỄN DỊCH TỰ ĐỘNG
3.1. Tổng quan về máy xét nghiệm miễn dịch tự động
3.1.1.Sơ đồ khối tổng quát của máy xét nghiệm miễn dịch tự động
Máy xét nghiệm miễn dịch tự động là một hệ thống điều khiển bằng máy
tính thực hiện phân tích một lượng chất phân tích có trong mẫu xét nghiệm như
máu, plasma hay nước tiểu. Để định lượng kết quả, mẫu xét nghiệm phải qua rất
nhiều quá trình xử lý phức tạp như pha loãng, pha thuốc thử vào mẫu, ủ, khuấy trộn, rửa và đọc mẫu. Việc đọc mẫu được thực hiện bằng một cơ cấu cảm biến đo cường độ sáng và tính toán giá trị tương ứng của mẫu.
Hình 3.1. Sơ đồ khối máy xét nghiệm miễn dịch
Cấu trúc chung của một máy xét nghiệm miễn dịch tự động gồm các phân hệ như sau:
Phân hệ điều khiển: theo dõi và lựa chọn các bước xét nghiệm phù hợp cho từng loại xét nghiệm, kiểm soát nguồn theo chương trình cài đặt sẵn.
Phân hệ điều khiển Phân hệ thuốc thử Phân hệ mẫu Phân hệ h t Phân hệ đo quang Phân hệ ủ Phân hệ chuyển tiếp
Phân hệ thuốc thử, phân hệ hạt: cung cấp thuốc thử thích hợp và hạt cho từng thông số xét nghiệm
Phân hệ mẫu: cấp mẫu phân tích cho máy thực hiện xét nghiệm
Phân hệ đo độ sáng: thực hiện phản ứng tạo huỳnh quang và đo lường độ
sáng thu nhận được.
Phân hệ ủ: duy trì môi trường chứa hỗn hợp ở nhiệt độ ổn định để tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình hóa sinh.
Phân hệ chuyển tiếp: liên kết giữa các phân hệ để các chất từ các phân hệ
được xử lý theo các quy trình khác nhau theo các chương trình điều khiển 3.1.2. Nguyên lý hoạt động của máy xét nghiệm miễn dịch tự động
Máy xét nghiệm miễn dịch tự động là một hệ thống phức tạp với nhiều phân hệ cho phép thực hiện xét nghiệm mà không cần sự theo dõi cũng như sự can thiệp liên tục của kỹ thuật viên. Kỹ thuật viên lựa chọn loại xét nghiệm cho từng mẫu và
nhập các thông tin này thông qua phân hệ điều khiển. Phân hệ điều khiển quản lý
các phân hệ khác bằng cách gửi đi lệnh và thông tin điều khiển qua các bus điều
khiển. Các mẫu bệnh phẩm được kỹ thuật viên đặt vào phân hệ mẫu để được pha
loãng trước khi thực hiện đo lường hoặc có thể được xét nghiệm nhưng không pha loãng tùy thuộc vào sự điều khiển của phân hệ điều khiển. Phân hệ hạt thêm cơ chất phù hợp vào ống xét nghiệm. Cơ chất thường có dạng hạt gắn vào thành phần có tác dụng gắn chất phân tích cần xác định trong xét nghiệm. Phân hệ thuốc thử cung cấp thuốc thử đặc hiệu vào ống xét nghiệm. Lựa chọn thuốc thử và hạt cho từng mẫu do phân hệ điều khiển quyết định dựa trên cơ sở loại xét nghiệm được tiến
hành trên mẫu đó. Các phân hệ này có khả năng nhận dạng thành phần phần dựa
vào các đầu đọc mã vạch hoặc đầu đọc RF để đọc mã vạch hoặc thông tin nhận
dạng RFID trên vỏ bình thuốc thử, vỏ bình hạt và ống mẫu xét nghiệm nhằm đảm
nghiệm được chuyển vào trong máy phân tích qua phân hệ chuyển tiếp. Sau khi các thành phần được lựa chọn đã được cho vào ống xét nghiệm, hệ thống ủ thực hiện ủ
và khuấy trộn theo sự điều khiển của phân hệ điều khiển. Ống xét nghiệm sau đó
được rửa và được chuyển tới phân hệ đo quang thông qua phân hệ chuyển tiếp.
Phân hệ này lựa chọn ống xét nghiệm rồi đặt vào cơ cấu đo quang. Sau khi quá
trình đọc hoàn thành, ống xét nghiệm được lấy đi.
3.2. Các quy trình xét nghiệm trong máy xét nghiệm miễn dịch tự động 3.2.1. Quy trình xét nghiệm nối tiếp 3.2.1. Quy trình xét nghiệm nối tiếp
Máy xét nghiệm miễn dịch tự động truyền thống sẽ thực hiện phân tích các mẫu theo cách nối tiếp. Ví dụ như, một mẫu được đưa vào máy xét nghiệm và được xử lý theo trình tự từng bước cho tới khi kết thúc. Trong khi mẫu đầu tiên này đang được tiến hành phân tích tất cả các mẫu khác tiếp tục theo sau. Như vậy, tại một
thời điểm sẽ chỉ có một mẫu được phân tích trong máy. Ngoài ra, công suất làm
việc của máy bị giới hạn bởi số mẫu đưa vào. Tự động nạp mẫu và trả mẫu sẽ giảm bớt đi một số thao tác khi vận hành máy. Càng nhiều mẫu được lưu, nạp, xét nghiệm và trả mà không cần sự can thiệp của kỹ thuật viên thì hiệu suất làm việc của máy càng lớn. Đó là ưu điểm của máy xét nghiệm miễn dịch tự động
Khoảng thời gian cho các xét nghiệm khác nhau không cố định cho từng
loại. Một số mẫu cần được pha loãng trước khi cho vào thuốc thử. Số khác lại cần hai thuốc thử khác nhau. Số khác nữa lại yêu cầu thời gian ủ kéo dài hơn. Để tiến hành các xét nghiệm này trong một máy phân tích nối tiếp, hiệu suất lớn nhất phụ thuộc vào thời gian của xét nghiệm lâu nhất trong hệ thống. Điều này có thể có ảnh hưởng lớn tới hiệu suất làm việc của những xét nghiệm có yêu cầu thời gian ngắn hơn.
Ngoài ra, sự ngắt quãng của quá trình xét nghiệm do chèn vào các xét nghiệm có mức ưu tiên cao hơn làm cho các xét nghiệm đang tiến hành bị tạm dừng để nạp và chạy xét nghiệm mẫu ưu tiên.
Một mẫu trong một ống xét nghiệm hoặc một nhóm mẫu trong một nhóm các ống xét nghiệm có thể đi theo nhiều đường dẫn được thiết kế riêng để được thực hiện các thao tác pha loãng, khuấy trộn hoặc xả hết và pha thuốc thử trong từng thời điểm cụ thể tùy theo loại xét nghiệm. Điều này được thực hiện mà không ảnh hưởng
tới các phản ứng và các quá trình ủ của những mẫu khác đang được tiến hành như
một xét nghiệm hoàn toàn khác hay với các xét nghiệm giống nhau nhưng trong các điều kiện khác nhau. Ví dụ, máy có thể điều khiển thực hiện quá trình ủ và xử lý tại cùng một thời điểm và cho cùng một loại phân tích một nhóm 20 mẫu theo một quy
trình gồm các bước: pha loãng mẫu, đưa vào thuốc thử, ủ hai phút, đọc kết quả xét
nghiệm; một nhóm 12 mẫu theo một quy trình gồm các bước: đưa vào thuốc thử, ử 5 phút, xả sạch ống xét nghiệm và rửa mẫu, bổ sung thuốc thử lần hai, ủ lần hai 10 phút, xả sạch ống xét nghiệm và rửa mẫu, đọc kết quả xét nghiệm. Ngoài ra, máy có thể thực hiện đồng thời một loại xét nghiệm với 50 ống xét nghiệm được chia thành nhiều nhóm với thời gian ủ khác nhau (ví dụ như 10 mẫu ủ 5 phút, 10 mẫu khác ủ 10 phút…). Sự đa dạng này có thể được thực hiện bằng chương trình điều khiển quá trình theo yêu cầu mà không cần sự can thiệp kỹ thuật nào khi chuyển từ quá trình này sang quá trình khác và cũng không yêu cầu một quá trình cho một nhóm xét nghiệm phải hoàn thành trước khi bắt đầu một quá trình cho nhóm xét nghiệm khác. Hơn nữa, các xét nghiệm có thể thực hiện mà không liên quan tới thứ tự xét nghiệm được nhập vào máy theo yêu cầu.
Như trong hình dưới đây, quá trình xét nghiệm bắt đầu từ bước nạp ống xét nghiệm vào máy. Phân hệ điều khiển thực hiện nhận dạng các thành phần khác nhau
của mẫu (thể tích mẫu, nhận biết thuốc thử, lựa chọn hạt..). Mẫu sau đó được pha
Hình 3.2. Sơ đồ chu trình xét nghiệm nối tiếp
Ống xét nghiệm được ủ trong một khoảng thời gian xác định. Sau bước ủ là bước rửa và thêm cơ chất. Sau đó phép đo được tiến hành và cuối cùng là hiển thị kết quả. Quá trình này được thực hiện cho từng xét nghiệm khi tới lượt và tiến hành qua từng bước tới khi hoàn thành. Máy không phân phối nguồn cho các hoạt động khác trong khi đợi xét nghiệm đang tiến hành đi tới giai đoạn khác của quá trình.
N p ng ch a m u vào máy xét nghi m Pha loãng m u Hút m u và thu c th vào ng ph n ng ng ph n ng R a các ch t g n b ng quay ly tâm Thêm c ch t t o ph n ng quang hóa vào ng và Đ m các photon ánh sáng phát ra trong ng Đ c thông tin đ nh l ng ch t phân tích
3.2.2. Quy trình xét nghiệm song song
Hình 3.3. Sơ đồ chu trình xét nghiệm song song 3.2.2.1. Quy trình xét nghiệm chuẩn
Ống xét nghiệm chứa sẵn hạt. Tiếp theo có thể đưa vào ống mẫu xét nghiệm hoặc mẫu pha loãng hoặc thuốc thử. Nếu quá trình đi theo con đường 4c thì bước sau đó là bổ sung vào ống xét nghiệm mẫu hoặc mẫu pha loãng. Nếu quá trình đi
theo đường 3a hoặc 3b thì bước sau đó là bổ sung một hoặc nhiều thuốc thử vào ống. Ta có đầu ra của khối 10 là hỗn hợp gồm thuốc thử, mẫu và hạt.
Hình 3.4. Quy trình xét nghiệm chuẩn
Như vậy ở khối này, hỗn hợp được tạo ra theo 4 cách khác nhau bằng cách bổ sung các thành phần vào ống theo các thứ tự khác nhau tùy theo yêu cầu xét nghiệm. Với các máy xét nghiệm thông thường, quá trình này cần có thời gian thực hiện dài hơn và yêu cầu người vận hành thực hiện nhiều thao tác hơn. Với máy xét nghiệm tự động, tất cả các bước trên có thể được thực hiện tại cùng một thời điểm ngay sau khi bắt đầu khởi động.
3.2.2.2. Quy trình tiền xử lý :
Mẫu được tiền xử lý trước khi bổ sung hạt và thuốc thử cần để xét nghiệm. Có 4 cách khác nhau như để bắt đầu quá trình tiền xử lý:
- Mẫu đưa vào trước, thuốc thử đưa vào sau;
- Mẫu pha loãng được đưa vào trước, thuốc thử đưa vào sau; - Thuốc thử đưa vào trước, mẫu đưa vào sau;
- Thuốc thử đưa vào trước, mẫu pha loãng đưa vào sau.
Hình 3.5. Quy trình tiền xử lý
Sản phẩm sau đó được đưa tới bước ủ và khuấy trộn. Sản phẩm đầu ra ở
bước này có thể được đưa tới bước tiếp theo của quá trình là chuyển tiếp mẫu hoặc bổ sung thêm thuốc thử và lại được khuấy trộn, ủ lần nữa. Đầu ra của bước chuyển tiếp được tách thành hai phần. Phần thích hợp với xét nghiệm được đưa vào ống xét
nghiệm mới đã chứa hạt. Phần còn lại cùng với ống xét nghiệm cũ bị bỏ đi. Lúc
này, ống xét nghiệm cùng với các thành phần được giữ lại và hạt được đưa tới giai đoạn ủ.
3.2.2.3. Quy trình ủ
Hình 3.6. Quy trình ủ
phút tới nhiều giờ. Với các máy xét nghiệm miễn dịch tự động, nguồn cấp cho các khối cũng như thời gian ủ với các yêu cầu khác nhau được điều khiển động và có thể thực hiện đồng thời. Sản phẩm sau ủ - khuấy trộn có thể tiếp tục được bổ sung
thuốc thử để lại được ủ - khuấy trộn lần nữa hoặc đưa tới bước rửa và loại bỏ đi
mẫu và thuốc thử không cần thiết. Sau bước rửa, sản phẩm có thể lại được bổ sung
thuốc thử và ủ lần nữa hoặc đưa tới đầu ra của quá trình ủ. Sau khi trải qua rất
nhiều bước pha thuốc thử, ủ và rửa, xét nghiệm được hoàn tất và sẵn sàng để đưa tới bước đo lường.
3.2.2.4. Quy trình đo lường: tại đây, chất phân tích được định lượng.
Hình 3.7. Quy trình đo lường
Như trong minh họa, cơ chất và hóa chất thích hợp được đưa vào ống xét
nghiệm. Ống được ủ và khuấy trộn theo một thời gian thích hợp. Sau đó, cơ chất và hạt không cần thiết trong ống bị hút đi và kết quả được đọc dưới dạng tín hiệu ánh sáng nhờ ống nhân quang PMT.
Các quy trình này được liên kết với nhau bằng các thuật toán lựa chọn số lượng, thứ tự và thời gian cho từng bước của quá trình xét nghiệm. Thuận toán phân phối nguồn có nhiệm vụ tối đa hóa hiệu suất của máy.
3.3. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của các phân hệ trong máy xét nghiệm miễn dịch tự động dịch tự động
3.3.1. Phân hệ điều khiển
3.3.1.1. Nhiệm vụ của phân hệ điều khiển
Phân hệ điều khiển lựa chọn các xét nghiệm được thực hiện cho từng mẫu từ hệ thống thông tin xét nghiệm tự động LIS. Kỹ thuật viên có thể can thiệp dữ liệu lựa chọn xét nghiệm tuy nhiên thiết bị thực hiện việc lựa chọn xét nghiệm thông qua LIS. Phân hệ điều khiển quản lý các phân hệ khác bằng việc gửi các lệnh và thông tin điều khiển thông qua các bus điều khiển.
3.3.1.2. Cấu trúc và hoạt động của phân hệ điều khiển
Phân hệ điều khiển của máy xét nghiệm miễn dịch tự động hoạt động theo