一种具有混匀功能试剂盒的设计

柳建敏,季杭蕾

海尔施生物医药股份有限公司,浙江宁波 315000

[摘 要]本文设计了一种具有混匀功能的试剂盒,其结构简单、成本低、效率高,可用于免疫磁珠试剂的充分混匀。该试剂盒设有可实时读写射频识别标签功能,方便在多台仪器间转用,能有效防止过期试剂的使用以及试剂拼用。其结构主要包括试剂盒本体及套装在本体上的管状容器,管状容器上均匀设置有多个拨片,通过拨动拨片使其绕轴线自转,从而使内部试剂产生离心运动,达到混匀的效果,容器内部设有扰流片,可使试剂混匀更充分、均匀。

[关键词]试剂盒;RFID标签;拨片;扰流片

免疫磁珠分离技术是将免疫学反应的高度特异性与磁珠特有的磁响应性结合的一种免疫学技术,其核心是在磁珠表面包被具有免疫特异性的抗体,进行抗原抗体结合反应,使标记细胞与磁珠结合。将结合了磁珠的细胞置于强大的磁场下,与其他未被结合的细胞分群,具超强顺磁场的磁珠脱离磁场后磁性立即消失,通过这种方法可筛选或去除标记的细胞[1]。为保证抗原抗体反应的质量,在提取磁珠试剂前,需确保免疫磁珠处于完全混匀状态,目前市场所售分析仪器主要采取以下几种方法对磁珠混匀:

(1)机械搅拌混匀。用混匀棒搅动试剂盒的待混匀试剂,此过程需要有一套单独可伸缩旋转的混匀臂,而且需要清洗搅拌棒,以避免试剂之间交叉污染。

(2)振动台混匀。在试剂待混匀位置处安装一个振动台,但振动台的结构复杂,且实际运用中容易出错。

(3)超声混匀。在试剂针上加装超声波发生装置[2],吸取试剂前,利用超声对试剂进行混匀,每次使用前均需进行混匀,比较耗时且不能保证效率。

(4)吸头混匀。用加装吸头的特殊试剂针,反复吸放待混匀试剂,充分混匀。该混匀方法需要消耗较多的一次性吸头以避免试剂间交叉污染。

以上混匀方法均具有一定优缺点,为了使免疫磁珠试剂达到更好的混匀效果,本文研究设计了一种新型免疫磁珠分离检测试剂盒,其混匀方式简便,试剂随时处于混匀状态,且能避免试剂之间交叉污染。试剂盒体上设有射频识别(Radio Frequency Identifcation,RFID)标签,能够实时读取和写入试剂盒的基本信息和状态,可最大程度上避免不规范操作,也方便试剂盒的多机转移使用[3]

1 试剂盒设计

1.1 功能设计

1.1.1 混匀功能

在全自动免疫分析仪的运作过程中,该试剂盒存储的转盘式试剂仓需要通过转动将试剂盒运送到试剂吸取位。基于以上运动过程,可以采用旋转法,在试剂转盘运送试剂盒的同时完成试剂的混匀。

1.1.2 RFID识别功能

目前市场所售部分试剂盒使用后会有一定余量,为节约医疗资源,降低测试成本,大部分医院会选择回收利用[4-5]。一般通过仪器扫描试剂盒上条形码,读取试剂盒基本信息,试剂盒中试剂的使用量依靠试剂针吸取次数自动计数进行判断。因此当使用过的试剂盒回收利用后再次加载到化学发光仪上,或同一试剂盒转移到另一台化学发光仪时,仪器会对试剂盒剂量判断错误,造成试剂容量错误报警,导致试剂盒被锁无法使用[6]

为实现试剂盒的可回收利用或确保试剂盒在多台分析仪之间的正确转换使用,需要确保仪器在转移接收前后可正确识别试剂盒的相关信息,如试剂盒的名称、实际剩余容量、开始存放时间、已存放时间、保质期等。

RFID,又称无线射频识别,是一种通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID标签是产品电子代码的物理载体,附着于可跟踪的物品上,可在全球流通并对其进行识别和读写[7]

采用RFID标签有诸多优点:① RFID在读取上不受尺寸大小与形状的限制;② 传统的条形码纸张易受污染损坏,所存储的数据无法更改,RFID标签抗污染能力强,且可以重复新增、修改、删除数据;③ RFID能够穿透纸张、木材、塑料等非金属或非透明的材质,进行穿透性通信;④ RFID标签的数据内容可用密码保护,不易被伪造及变造[8]

在设计分析仪器时增加RFID读写器,利用RFID读写器将试剂盒当前信息记录到试剂盒RFID标签中,再次加载试剂盒时就可以通过对RFID标签信息的读取,获得正确的试剂盒信息。

1.2 结构设计

1.2.1 试剂盒结构

本研究所设计试剂盒结构主要包括试剂盒本体和管状容器。

试剂盒本体依据发光免疫测试所需试剂情况及试剂盒测试量,参照试剂转盘分隔情况,设计出五分隔。本体具有较大容量,能契合试剂转盘分隔,便于放置固定的试剂盒本体。其中一个分隔空间为通孔,用于组装管状容器。试剂盒本体结构,见图1。

独立的管状容器中放置需混匀的磁珠试剂,由试剂转盘的转动带动管状容器绕自身轴心旋转,使内部试剂产生离心运动,将试剂充分混匀。试剂转盘上的若干个拨片与管状容器上设置的类齿轮状拨片啮合,试剂转盘转动时,盘体上拨片拨动管状容器的拨片,完成传动。管状容器结构,见图2。

图1 试剂盒本体结构图

图2 管状容器结构图

1.2.2 混匀辅助结构

在管状容器的内壁上设置有垂直于旋转流方向的扰流板,扰流板可以使试剂达到更好的混匀效果。扰流板可以是单个或多个螺旋/直板状的,其切线方向与管状容器的轴线方向呈0~90°的夹角。扰流板剖面结构,见图3。

图3 扰流板剖面示意图

管状容器的下端中部置有椎体,该椎体一体成型在管状容器上,以进一步减少管状容器的旋转阻力。此处设计也可采用其他形状,只要减少管状容器与混匀装置的接触面积,就可减少管状容器的旋转阻力。试剂盘上与管状容器尖端的对应位置上设计小凹槽,可以使得管状容器旋转更稳定。

1.2.3 总体结构

该混匀机构的总结构示意图,见图4。试剂盘为多圈试剂盘,分别由不同的驱动马达驱动旋转。试剂盘放置在试剂仓中,试剂仓由仓体和仓盖组成,仓盖部分对应管状容器的位置上设置了拨片,此为该混匀结构中的主动件。

图4 总结构示意图

管状容器嵌套在试剂盒本体的通孔中,组成测试试剂盒。试剂盒放置在试剂转盘中时,管状容器上的拨片与试剂仓盖上拨片啮合。当驱动马达带动试剂转盘转动时,管状容器跟随试剂盒绕试剂转盘轴心转动,同时管状容器上的拨片与试剂仓盖上的拨片啮合,管状容器被带动绕自身轴心旋转,从而使试剂转盘中所有试剂盒的磁珠试剂处于随时可用的悬浮状态。

混匀方法包括以下步骤:① 把试剂放置于管状容器内,并将管状容器安装于试剂盒本体内;② 把试剂盒安装于试剂盘的安装槽内;③ 驱动驱动装置,带动试剂盘向任意方向旋转一周,再同向或反向将试剂盒旋转至最近的吸取位置。

2 讨论

以目前市场上所存在的贝克曼库尔特ACCESS2与新产业MAGLUMI2000试剂盒为例与本文所研制试剂盒进行对比分析。

ACCESS2试剂盒采用超声混匀,混匀效果较好,但其结构复杂,条形码易受损,使用过程中存在交叉污染的可能性。本文所研制的试剂盒参照了ACCESS2转盘状试剂仓设计方式。试剂盒表面粘贴了带有条形码的标签,仪器通过扫描条形码读取试剂盒基本信息。在吸取磁珠试剂前,试剂针的超声系统会对磁珠试剂进行混匀。

MAGLUMI2000试剂盒采用旋转方式进行混匀,具有独立传动结构和RFID标签(仅可读取),具有混匀方式简单、可避免交叉污染等优点,但混匀时噪声较大。该试剂盒由多个试剂瓶和一个装有免疫磁珠的磁珠瓶组成,安装在试剂区的条形支架上。磁珠瓶的下端设有轮齿,可以和MAGLUMI2000仪器上的传动齿轮相啮合,测试仪器上的专用传动齿轮驱动磁珠瓶轮齿转动,从而使磁珠试剂处于随时可用的悬浮状态[9]。本文研究设计的试剂盒通过拨动拨片使管状容器绕其轴线自转,使管状容器内的试剂产生离心运动,且管状容器内设置扰流片,能使试剂混匀更充分、均匀。该试剂盒通过设置RFID标签,可实时读取或写入试剂盒的基本信息和状态。相比于其他试剂盒,使用该类试剂盒可达到更好的混匀效果,有效避免操作人员的违规操作和交叉污染,方便试剂盒在多机间转移使用。

[参考文献]

[1]易勇,敬华.免疫磁珠分离技术在医院检验中的应用[J].总装备部医学学报,2010,(4):239-241.

[2]陈友袆.固体悬浮液超声波混匀器[J].岩矿测试,1993,(2):137-138.

[3]申慧婷,王跃丰.加强化学试剂盒管理服务实验教学[J].山西医科大学学报,2004,6(1):81-82.

[4]任建民,姜吉永.ACCESS2化学发光仪试剂再利用的初探[J].中国农村卫生,2013,(3Z):19-20.

[5]苏剑,石宁,由佳良.化学发光免疫分析仪质量控制及残留药品再利用[J].中国医疗设备,2011,26(5):128-129.

[6]郑传权.贝克曼DXI800发光免疫分析仪的系统原理解析与应用[J].中国医学装备,2012,9(11):28-31.

[7]科普中国.射频识别技术[EB/OL].[2015-01-17/2015-08-27].http://www.baike.baidu.com/link?url=kT-wTsLfoopA1wV I9Ty2wuSBQOF8nKfrlVUeIfIJz3nm6VJtPy2e1uI_ Ow0fpchafjB3eHTI1ZCkYycGT1_WKp5CWU4ZqFu95JorGLot Pl12ieWVZX7z9d11D_bIm0mIFz1KiYl6FnpqchBMUWCiF_.

[8]刘舒祺,牟志刚.非接触式RFID的读写器系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2006,(11):55-58.

[9]深圳市新产业生物医学工程有限公司.免疫磁珠分离检测试剂盒[P].中国:CN200620014441.8.

Design of a Reagent Kit with Mixing Function

Abstract:This paper introduced a reagent kit with mixing function.The reagent kit had the advantages of simple structure,low cost,and high effciency.It could be used to fully mix immunomagnetic reagents.The reagent kit was equipped with radiofrequency identifcation (RFID) tag that could read and write in a timely manner,which allowed switching among multiple instruments and thus could effectively prevent the use of expired reagents and mismatching of reagents.The structure of the kit was mainly composed of the kit body and a reagent tubular container.The tubular container was evenly equipped with paddles.By toggling the paddles,the tubular container self rotated around the axis so that the reagent inside the tubular container produced centrifugal movement to achieve the mixing effect.The spoiler in the tubular container could make the reagent mix more fully and evenly.

Key words:reagent kit;radiofrequency identifcation tags;paddles;the spoiler

LIU Jian-min,JI Hang-lei
HEALTH BioMed Co.,Ltd.,Ningbo Zhejiang 315000,China

[中图分类号]R197.39

[文献标志码]B

doi:10.3969/j.issn.1674-1633.2016.04.032

[文章编号]1674-1633(2016)04-0119-03

收稿日期:2015-07-08

修回日期:2015-09-01