CN107290551A - 分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分析系统，其包括对试剂卡进行离心的离心机和对所述试剂卡进行拍照的成像装置，其中所述离心机的转子上设置有多个用于容纳所述试剂卡的水平卡槽。本发明的分析系统将试剂卡水平放置在转子上离心，并原位照相，无需机械手抓取和移动试剂卡，使得本发明的分析系统结构简单、体积小巧。本发明的分析系统尤其可用于血型鉴定和交叉配血等领域。

Description

分析系统

技术领域

本发明涉及一种分析系统，尤其是对血型试剂卡进行离心和拍照的分析系统。

背景技术

准确的血型鉴定和交叉配血是临床上安全有效输血的重要保证。血型鉴定和交叉配血的传统方法包括盐水介质法、酶介质法、抗人球蛋白实验、聚凝胺介质法等。自上世纪九十年代法国人Y.Lapierre发明了微柱凝胶技术(microcolumn gel technology，MGT)以来，其已逐渐在国内外输血界作为常规应用。

微柱凝胶技术的本质也是红细胞凝集试验，其将凝胶颗粒(或玻璃微珠)作为微柱内的填充物，利用凝胶分子筛过滤技术、离心技术和血型血清学的抗体结合特异性来进行血液样品分析。实际应用时，通常是将微柱(或称作微管)平行设置在聚丙烯塑料制成的透明卡片(试剂卡)内。在每个微柱的上部(近管口端)填充有检测液层，其中包含可以与红细胞表面抗原特异结合的单克隆抗体(例如，抗A、抗B、或抗D抗体)。在微管的下部填充有凝胶颗粒层，用于在离心时阻碍已经发生凝集反应的红细胞的移动。当红细胞表面上的抗原与检测液液层内的抗体反应时，凝集的红细胞在离心力的作用下不能通过凝胶颗粒层而留在凝胶上层或游离在凝胶中，呈阳性反应；而没有发生抗原抗体反应时，未凝集的红细胞在离心力的作用下可通过凝胶颗粒层而沉积在微柱的底部，呈现阴性反应。有多个专利文献公开了这样的血型试剂卡，例如，参见公开号为101718794A、103063853A、105223366A等的中国专利申请(通过引用它们都并入本文)。微柱凝胶技术操作简便，重复性好，结果清晰，易于判读，其作为一种新的血型血清学技术，已广泛应用于血型免疫学的相关检测，例如ABO和Rh血型鉴定、交叉配血、新生儿溶血病的血清学检查、不规则抗体的筛选鉴定、血小板同种抗体筛选等。

微柱凝胶技术也适合于自动化操作和实验过程的标准化。市场上已经有不少利用微柱凝胶技术进行血型分析的自动化仪器，如强生公司的Autovue，Diana公司的Echo，艾德康和爱康的全自动血库系统。这些仪器中用于试剂卡离心的离心机采用水平转子。在水平转子的边缘枢接有可以容纳试剂卡的吊篮或卡盒。在转子静止时，卡盒内的试剂卡大体保持在竖直状态(其中的微柱开口向上)，以便适合于加样以及机械手抓取和移动试剂卡。离心时，吊篮或卡盒连同其中的试剂卡在离心力作用下旋转90度，使得试剂卡内的各个微柱大体与离心力的方向一致(即离心时微柱大体为水平方向)。可参见公开号105301271A的中国专利申请(通过引用将其并入本文)，其中对离心时卡盒和试剂卡的状态变化有详细说明。

这些自动化仪器都配备有加样模块，在操作时需要通过机械手将试剂卡从加样模块抓取到离心模块，离心结束后再将试剂卡抓取、移动到可拍照的判读模块读取结果，最后丢弃试剂卡。即，现有的操作步骤包括：在加样模块中垂直放置试剂卡用于加样，将加样后的试剂卡垂直放入离心机的吊篮或卡盒中，通过水平转子离心，离心结束后从离心机取出试剂卡放到判读仪上判读结果。

在这些自动化仪器中离心时，卡盒与转子所在的平面垂直，产生的风阻大。为了实现离心时的稳定运转，对离心机的减震系统有较高要求。

机械手抓取试剂卡时，都要求吊篮或卡盒中的试剂卡处于竖直状态。这需要专门结构来实现，例如，公开号105301271A的中国专利申请就指出，需要采用卡盒位姿调整机构才能保证转子静止时卡盒处于竖直状态，才适合于机械手抓取试剂卡。尽管该申请声称其采用的卡盒位姿调整机构结构简单，但依然要同时在离心机底板上和卡盒上设置位姿调整磁铁。

由于加样、离心和判读需要在不同的位置处的不同装置上实现，所以使得整个仪器结构极其复杂，体积大，价格昂贵，这影响了微柱凝胶技术的推广应用。因此，仍亟需结构简单、体积小巧、运行稳定的血型分析系统。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种分析系统，其包括对试剂卡进行离心的离心机和对所述试剂卡进行拍照的成像装置，其中所述离心机的转子上设置有多个用于容纳所述试剂卡的水平卡槽。

在一个实施方案中，所述水平卡槽位于所述转子的边缘。

在一个实施方案中，所述水平卡槽的底面由透明材质构成。

在一个实施方案中，所述水平卡槽的底面是至少部分镂空的。

在一个实施方案中，所述水平卡槽在所述转子上对称分布。

在一个实施方案中，所述转子为圆盘状或扇叶状。

在一个实施方案中，所述水平卡槽为矩形或扇环形。

在一个实施方案中，所述水平卡槽上设置有用于固定所述试剂卡的锁固件。

在一个实施方案中，所述成像装置位于所述离心机内部。在一个具体实施方案中，所述成像装置包括相机和光源，并且所述相机和光源设置在所述转子的同侧或相对侧。

在一个实施方案中，所述离心机的盖子的部分区域或者整体为透明的，并且所述成像装置位于所述离心机外部，能够透过所述盖子对所述试剂卡拍照。

在一个实施方案中，所述试剂卡为血型试剂卡。

在一个实施方案中，所述成像装置包括高速相机。

在一个实施方案中，所述分析系统还包括对所述成像装置所拍摄的照片进行处理的数据处理系统。

本发明的分析系统由于将试剂卡水平放置在转子上离心，并且原位照相，无需机械手抓取和移动试剂卡，使得本发明的分析系统结构简单、体积小巧。同时，由于离心时转子和试剂卡保持在水平方向，风阻小，运行稳定。

本发明的分析系统尤其适用于实验室血型分析，特别是临床上血型鉴定和交叉配血。

附图说明

图1为本发明分析系统的一个实施方案的示意图。

图2为本发明分析系统所采用的圆盘状转子的示意图。

图3为本发明分析系统所采用的圆盘状转子的另一示意图。

图4为本发明分析系统所采用的扇叶状转子的示意图。

图5为与本发明分析系统配合使用的试剂卡的示意图，显示微柱的放射状排列。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的分析系统进一步详细说明。需要指出的是，这些附图中的各个元素并非按实际比例(或实际数量)绘制，提供这些附图的目的也仅在于让本领域技术人员更容易理解本发明的技术方案和有益效果，而无意限制本发明的保护范围。

本发明的分析系统包括对试剂卡进行离心的离心机和对试剂卡拍照的成像装置。离心机为实验室常用设备，在电机驱动下，离心机转子可围绕离心轴旋转产生离心力，将悬浮液或溶液中沉降速度不同的物质分开。在血液分析实验室中采用的离心机通常为台式离心机，其具有体积小、造价低等优点，适合于小体积样品的分离。现有的用于试剂卡离心的台式离心机的转子部分的结构例如可参见公开号105301271A的中国专利申请。该专利申请中描述的转子包括在转子的外缘两两对称地枢接多个用于容纳试剂卡的卡盒。

“转子”指离心机内可容纳待离心容器并能够在电机驱动下围绕其轴心旋转的部件。现有的转子通常可分为固定角转子(fixed-anglerotor)和甩开转子(swing-outrotor)。固定角转子在离心时，离心力与待离心容器(例如离心管)的轴心成一定角度。该角度是转子制造时形成的，离心时不会改变。甩开转子也称为水平转子，其包括在其边缘枢接的吊篮(用于容纳试剂卡的吊篮称也为卡盒)，其中可以容纳离心管或者试剂卡。离心时，吊篮受离心力作用而由垂直位置甩到水平位置，故也称为外摆动式转子或摆平吊篮转子。由于这种水平转子在离心机启动时卡盒会向外甩开，导致其中的试剂卡内容物的震动，有可能影响样品分离效果。

本发明分析系统中离心机所采用的转子与上述水平转子类似，但不包括吊篮或卡盒结构，而是在转子上设置有水平卡槽。这里所用的术语“水平卡槽”是指当试剂卡放入该卡槽后，试剂卡所在的平面与转子所在的平面一致或平行。放入的试剂卡在静止和离心时都保持水平，这与上述卡盒离心时会从竖直方向甩到水平方向不同。在转子上设置水平卡槽的方式可以包括在制造转子时卡槽与转子一体成型，或者在转子制成后再在其上加工产生卡槽。

参见图1，本发明分析系统的离心机部分主要包括离心机主体8，设置在离心机主体8内部的电机6、与电机传动连接的转子3、将电机6和转子3分隔开的隔板9、用于离心时减小震动的橡胶垫4、以及用于该分析系统与外部设备之间传输数据的通讯接口7，等等。在转子3上设置有水平卡槽2。离心时转子3以离心轴5为轴心旋转。本发明的成像装置1可以设置在离心机内部(如图1所示)或者设置在离心机外部(见下文说明)。

本发明分析系统所采用的转子3可以为圆盘状(见图2，图3)、扇叶状(见图4)、以及它们的各种变型。本发明的转子半径一般在约5至约50cm，例如10、15、20、25、40cm等。本发明的转子的厚度可以在约0.5至约50mm，例如1、5、10、20、30、40mm等。一般而言，较薄的转子可以在离心时具有较小的空气阻力，与前述带卡盒的转子相比，离心时更加稳定。

本发明分析系统所采用的转子的材质可以为不锈钢、铝合金，或者采用碳纤维或工程塑料等超轻材质。

如图2所示，在一个实施方案中，本发明的转子3为圆盘状。在该圆盘状转子表面对称设置有可容纳待离心的试剂卡的多个卡槽2。此处所用的术语“对称”包括轴对称和中心对称。因此，在转子上例如可以设置有偶数个卡槽，例如4个、8个、10个、12个、20个，或者设置有奇数个卡槽，例如3个、5个、7个、9个、13个、19个，等等。在一个实施方案中，该卡槽为转子表面上的凹槽。凹槽的大小和形状根据试剂卡的具体大小和形状来设置。参见图5，考虑到在离心时，水平放置的试剂卡11内的微柱12的方向需要和离心力的方向一致，所以与本发明的分析系统配合使用的试剂卡11内的微柱12应该在试剂卡11内呈放射状排列，而不是常见的平行排列，以确保离心时待分离物质在离心力的作用下向微柱12的底部移动。相应地，试剂卡可以设计为矩形或扇环形。在这种实施方案中，试剂卡是从上向下放置于卡槽内，并通过卡槽边缘设置的锁固件将试剂卡固定。

在另一个实施方案中，将多个卡槽对称地设置在转子的边缘，由转子边缘的三条边限定卡槽的大小和形状，如图3所示。这种情况下，可以采用从侧边推入的方式将试剂卡放置在卡槽中(如箭头所示)，并通过卡槽内侧的锁固件来固定试剂卡。显然，也可以采用从上向下放置试剂卡。锁固件的固定方式可以为机械或电学方式。例如，可以在卡槽的内侧设置能够伸缩的卡扣。在未放置试剂卡时，卡扣处于推出状态(即伸展状态)。在放置或推入试剂卡过程中卡扣被压缩，而当试剂卡完全推入后试剂卡不再压缩卡扣，卡扣伸出，固定试剂卡的位置。

在本发明的分析系统中，试剂卡为水平放置。为了防止水平放置时微柱的内容物从管口溢出或者各层内容物之间相互混合，与本发明分析系统配合使用的试剂卡优选具有小内径的微柱，例如内径在0.1至1mm之间，例如0.2、0.5或0.8mm。

可以在试剂卡放置在水平卡槽之前加样，也可以在试剂卡放入水平卡槽之后原位加样。考虑到试剂卡为水平放置，原位加样方式可以通过毛细作用将样品分配到各个微柱中。

如前所述，本发明分析系统的优点之一为对试剂卡进行原位拍照，即离心后在不移动试剂卡的情况下拍照。离心和拍照过程中无需通过机械手来改变试剂卡的位置，这大大简化了操作流程，简化了仪器设计。

本发明的成像装置一般包括光源和相机，或者在其它仪器或环境可以提供光源的情况下仅包括相机部分。相机和光源可以位于卡槽的同侧或不同侧。当转子上水平卡槽的底面不透明时，光源和相机应该位于转子的同侧，通过反射光对试剂卡拍照。在具体的实施方案中，可以将与本发明的分析系统配合使用的试剂卡的底部处理成反光面，或者将水平卡槽的底面本身处理成反光面。当水平卡槽的底面为透明材质时，通常可将光源设置在转子下方，并将相机设置在转子上方，通过透射光对试剂卡拍照。在另一实施方案中，在转子上水平卡槽的底面并非透明材质时，可以在该底面上设置一部分镂空区域。镂空区域的大小能够方便对试剂卡进行拍照即可。这种情况下，也可以通过透射光对试剂卡拍照。当水平卡槽位于转子边缘时，镂空结构还方便将试剂卡从外侧推入水平卡槽中。

本发明的相机可以设置在离心机内部，也可以设置在离心机外部。对于相机设置在离心机外部的情况，可以考虑让离心机盖子的一部分或者整体采用透明材质，以便通过反射光或者透射光对试剂卡拍照。

拍照时试剂卡与相机之间的定位可以通过离心机内的定位装置来实现。这样的定位装置是本领域技术人员所公知的。例如，可以通过高速相机直接识别试剂卡上的条形码来确认每张卡的位置。也可以使用步进电机来精确控制位置移动，将与特定位置的相对位置作为定位特征，从而将需要的试剂卡移动到照相位置。

本发明的成像装置可以在离心后转子静止时对试剂卡拍照。对于静止拍照，本发明分析系统中可以采用本领域中常用的相机和光源。另一方面，本发明的分析系统也可以考虑采用高速相机，以便在在离心的同时对试剂卡拍照，从而可以在设定的离心时间结束之前就获得所需信息。例如，对于血型分析中仅需要定性判定是否发生了红细胞凝集的情况而言，可以在通过拍照发现有凝胶现象时就停止离心，从而不必要完成整个离心周期，从而缩短离心时间，有助于在给定时间内提高样品处理量。

本发明的分析系统还可以包括对获得的试剂卡照片信息进行处理的数据处理系统。或者，可以将该照片信息输出到外接计算机，由该外接计算机进行数据处理并输出结果。

本发明的分析系统可以用于血型试剂卡，也可以用在采用类似试剂卡进行生物学分析的其它领域，例如用于病原微生物检测、肿瘤标志物检测等。

本发明分析系统相对于现有技术的改进可以包括以下几点：

1.对试剂卡原位拍照，无需使用机械手将试剂卡在不同位置之间移动，简化了仪器设计，缩短了分析时间；

2.试剂卡一直保持在水平状态，防止位置变化引起试剂卡内容物的混合或扰动；

3.试剂卡保持水平状态离心，转子在离心时产生的风阻小，运行时更加稳定。

应当理解，用在本文时，“包括”指除了明确指出的元素之外，还可以具有并未明确指出的其它元素，即并不排除另外的一个或多个元素的存在或添加。

本领域技术人员还应当理解，可以对本申请中所公开的实施方案的特征进行组合、重新排列等以产生本发明范围内的其它实施方案，还可以进行各种其它的改变、省略和添加，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种分析系统，包括对试剂卡进行离心的离心机和对所述试剂卡进行拍照的成像装置，其中在所述离心机的转子上设置有多个用于容纳所述试剂卡的水平卡槽。

2.如权利要求1所述的分析系统，其中所述水平卡槽位于所述转子的边缘。

3.如权利要求1所述的分析系统，其中所述水平卡槽的底面由透明材质构成。

4.如权利要求1所述的分析系统，其中所述水平卡槽的底面是至少部分镂空的。

5.如权利要求1所述的分析系统，其中所述水平卡槽在所述转子上对称分布。

6.如权利要求1所述的分析系统，其中所述转子为圆盘状或扇叶状。

7.如权利要求1所述的分析系统，其中所述水平卡槽为矩形或扇环形。

8.如权利要求1所述的分析系统，其中所述水平卡槽上设置有用于固定所述试剂卡的锁固件。

9.如权利要求1所述的分析系统，其中所述成像装置位于所述离心机内部。

10.如权利要求9所述的分析系统，其中所述成像装置包括相机和光源，并且所述相机和光源设置在所述转子的同侧或相对侧。

11.如权利要求1所述的分析系统，其中所述离心机的盖子的部分区域或者整体为透明的，并且所述成像装置位于所述离心机外部，能够透过所述盖子对所述试剂卡拍照。

12.如权利要求1所述的分析系统，其中所述试剂卡为血型试剂卡。

13.如权利要求1所述的分析系统，其中所述的成像装置包括高速相机。

14.如权利要求1所述的分析系统，还包括对所述成像装置所拍摄的照片进行处理的数据处理系统。