Биохимический анализатор: назначение, виды, принцип работы

Биохимический анализатор – высокоточный лабораторный прибор для определения параметров крови, плазмы, мочи и других биологических материалов. Позволяет выявлять наличие и концентрацию электролитов, ферментов, липидов, другие медицинские показатели.

Большинство лабораторных тестов выполнялись вручную вплоть до 1950-х годов прошлого века. Увеличение объема работы и ужесточившиеся требования к скорости и качеству выполнения анализов привели к потребности в усовершенствованном оборудовании.

Прототипами будущих скоростных многофункциональных приборов стал автоанализатор Auto Analyzer компании Technicon Instruments, появившийся на рынке в 1957 году.

Auto Analyzer выполнял большинство тестов, проводимых в биохимических лабораториях. Он стал первым в ряду автоанализаторов, работающих по методу вытяжной трубки. При этом методе биоматериал и реагент смешиваются в прямой трубке, а раствор, полученный в ходе реакции, направляется в кювету с колориметром для фотометрического анализа.

Автоанализатор Auto Analyzer, выпущенный в 1957 году

Изначально один анализатор выполнял только один тип анализов. В начале 1970-х в Японии появились анализаторы, способные выполнять комплекс исследований в образце биоматериала. На смену методу вытяжной трубки пришел метод проточной кюветы – анализаторы были оборудованы реакционными кюветами, содержащими несколько реакционных ячеек. На основе этого метода, после его доработки, появился дискретный метод – анализируемая проба, реагент, и при необходимости разбавитель из пробоотборника попадают в реакционную емкость, где смесь термостатируется и измеряется ее оптическая плотность.

Увеличение объемов данных, выдаваемых автоматизированными анализаторами, привело к необходимости ускорить и автоматизировать процесс их обработки. Это стимулировало развитие лабораторных информационных систем. Для сбора информации, ее обработки и хранения, распечатки результатов тестов стали использовать компьютеры. Ввод данных, собранных от анализаторов, выполнялся разными методами – ручными, с использованием перфокарт и других носителей.

По мере автоматизации лабораторий произошла эволюция анализаторов. Современные биохимические анализаторы кардинально отличаются от одноканальных устройств, выполняющих однородные типы анализов. Сегодня многие лаборатории оборудованы многофункциональным автоматами, которые имеют высокую пропускную способность, отличаются экономичным расходом реагентов, просты в использовании и позволяют эффективно расходовать рабочее время персонала.

Практические все современные модели проводят исследования по конечным точкам, регистрируют динамику ферментно-субстратного взаимодействия, точно определяют другие параметры – номинальные либо данные калибровочных кривых.

Большинство биохимических анализаторов оснащены интегрированными компьютерными программами для подсчета результатов, оценки их корректности, вывода данных. При необходимости приборы позволяют проводить повторные проверочные тесты.

Принцип работы биохимического анализатора

Цикл работы биохимического анализатора можно условно разделить на следующие этапы:

• инициализация прибора;
• подготовка кювет;
• смешивание проб с реагентом;
• проведение анализа;
• промывка кювет;
• автоматическая остановка анализатора.

Сразу после включения биохимического анализатора запускается процесс инициализации. Затем, если выбрана опция “очистить до анализа”, механизм промывки автоматически производит промывку кювет. Чистые кюветы устанавливаются в положение для всасывания реагента.

Смешивание проб с реагентом

Для анализа может использоваться один или два реагента.

1. Анализ с одним реагентом. Поддон реагента устанавливает реагент в положение всасывания. Реагент доставляется в кювету с помощью всасывающего механизма. Реагент предварительно нагревается несколько циклов и перемещается в положение всасывания пробы. Пробы в кюветы доставляются всасывающим механизмом с подноса проб, находящегося в положении всасывания. Кювета с раствором пробы и реагента перемещается в положение перемешивания.
2. Анализ с двумя реагентами.
   1. Режим с постоянной скоростью вращения. После цикла смешивания первого реагента и пробы кювета поворачивается в соответствующее положение, поддон со вторым реагентом переходит в положение всасывания, всасывающий механизм доставляет реагент в кювету.
   2. Смешанный режим. По истечении времени инкубации первого реагента, кювета поворачивается в соответствующее положение, второй реагент переносится поддоном в положение для всасывания. Механизм всасывания перемещается вниз для всасывания пробы, после чего доставляет ее к кювете.

После добавления второго реагента происходит процесс смешивания. В течение всего цикла каждая из кювет переходит в положение фотометрии для проведения анализа.

Проведение анализа

В основе анализа лежит принцип спектрофотометрии. Спектрофотометр проводит расчет оптической плотности среды, т. е. снижение интенсив­ности падающего света при прохождении через кювету с раствором. На определении оптического поглощения основаны различные методы количественного анализа аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, липидов и других соединений.

При проведении анализа через кюветы проходит свет постоянного спектра, который затем проходит через квази-зеркало и попадает в систему проведения анализа. Спектр определенной длины волны проходит через расщепитель пучка и расщепляется с помощью оптического фильтра. Происходит фильтрация спектра света с одной длиной волны, после чего происходит трансформация и увеличение с помощью датчика, и в конце выдается электрический сигнал для проведения анализа.

Для следующего расщепителя пучка назначается спектр другой длины волны. Сигнал оптической плотности для всех значений длины волны жидкости в кювете считывается и обрабатывается в ходе описанных выше действий.

После завершения анализа механизм промывки автоматически производит промывку кювет, происходит остановка прибора.

Метод

В основе работы биохимических анализаторов – спектрофотометрические методы. Используемые режимы – “тест за тестом” либо “пациент за пациентом”. Системы “тест за тестом” делают анализы последовательно по параметрам. Реализованы в конструкциях с проточными кюветами. Отличаются минимальным риском взаимодействия реагентов и высокой точностью. Подходят для лабораторий с небольшой производительностью, так как не позволяют получать результаты оперативно.

Универсальные системы “пациент за пациентом” позволяют делать полный анализ по всем необходимым параметрам, а также экспресс-тесты. Требуют участия квалифицированного персонала для выбора правильной последовательности и тщательной промывки устройства между исследованиями. В дорогостоящих приборах последних поколений эту работу делает программный модуль.

Устройство биохимического анализатора

Конструкция реагентного блока – линейная либо карусельная. Линейный блок, как правило, предусматривает хранение реагентов при комнатной температуре (иногда есть охладительные системы), кюветы – в стрипе с гнездами.

В карусельных блоках используются реагенты в промышленных флаконах – это минимизирует их расход, исключает возможность загрязнения, сокращает время подготовки тестов. Опционально есть системы охлаждения до 6 ^оС.

Блок проб конструктивно похож на реагентный. При этом в карусельных моделях можно устанавливать дополнительные образцы и калибраторы, нет привязки калибраторов к гнездам.

Реакционные узлы делают в виде проточных кювет либо термостатируемых платформ с одноразовыми/многоразовыми реакционными пробирками или кюветами.

Устройства опционально оснащают:

• центрифугами для пробирок;
• автоматическими манипуляторами;
• программным обеспечением для обработки результатов.

Виды биохимических анализаторов

• Автоматические – выполняют максимальный спектр операций: отбирают биоматериалы и реагенты, смешивают, нагревают, анализируют и обрабатывают полученные данные, промывают используемый инструментарий. Требуют минимального участия оператора.
• Полуавтоматические – делают автоматическую калибровку, выдают запросы о добавлении следующей пробы, выводят результаты на дисплей, записывающее устройство, печать. Требуют ручной подготовки.
• Одноканальные и многоканальные спектрофотометры – регистрируют оптическую плотность и выполняют несложные вычисления. Требуют от оператора подготовки реагентов, смешивания, установки режимов. Иногда оснащены дополнительными опциями – термостатированием проб, выводом дынных на экран, печатью, автоматическим вычетом бланков.

Автоматические анализаторы бывают закрытыми и открытыми. Закрытые работают со строго определенными реагентами, указанными в спецификации производителя. Биоматериалы регистрируются путем сканирования штрихкодов, что исключает ошибки. Приборы отличает максимальная точность и стабильность результатов калибрования, при этом высокая стоимость анализов, так как дорогостоящие реагенты нельзя заменять более дешевыми аналогами.

Открытые системы позволяют применять классические методы биохимического анализа. Оснащены светофильтрами, работают на реагентах разных производителей. Модели последних поколений оснащены сканерами штрихкодов.

Критерии выбора биохимического анализатора

При выборе анализатора клиника или лаборатория должны ориентироваться на клинические задачи, поток пациентов, квалификацию персонала. Важно учитывать следующие критерии:

• Режим использования – экспресс-анализаторы (мобильные), полуавтоматические и автоматические. Экспресс-анализаторы подходят для выполнения анализа вне лаборатории (на вызове, в палате лежачего больного). Полуавтоматические подойдут для учреждений с малым потоком пациентов, автоматические – для широкопрофильных клиник и лабораторий.
• Производительность анализатора – количество тестов, выполняемых в течение часа. Наиболее производительные анализаторы – автоматические.
• Аналитические возможности. Вычислительная мощность анализатора зависит от его класса и установленного программного обеспечения. В большинстве современных приборов используются программы работы с нелинейными калибровками, способными выполнять верификацию результатов по правилам Вестгарда, построение карт Леви-Дженнингса.
• Расход реагентов и возможность дозирования, а также число реагентов и проб на борту, то есть одновременно помещаемых в анализатор. Экономичность анализатора тем выше, чем меньший объем реагента или образца требуется для выполнения теста. Малое количество помещаемых на борт реагентов приводит к вынужденной остановке прибора во время работы для их добавления.

	Наименование	Методы измерения	Тип образцов	Карусель образцов/реагентов
	Автоматический биохимический анализатор BIOLIT 8020	конечная точка, кинетика по двум точкам, кинетика, реакции с двумя реагентами, бихроматические измерения, линейные и нелинейные многоточечные калибровки	плазма, сыворотка, моча, ликвор	71/60 мест

Источники

1. Магомедов Д.М. Современные подходы в клинико-биохимических исследованиях / Д.М. Магомедов [и др.] // Научное обозрение. Педагогические науки. – 2019. – № 5-2. – С. 71-74. –
   URL: https://science-pedagogy.ru/ru/article/view?id=2171 (дата обращения: 13.01.2023).
2. Судаков И.А. Биохимический анализатор как инструмент современной медицинской диагностики / И.А. Судаков, Э.В. Сахабиева // Аллея науки. – 2018. – Т. 1. – № 6 (22). – С. 396-399.