化學發光免疫分析系統性能評價標準關鍵點

郭世富 代蕾穎 黃穎

(1.國家藥品監督管理局醫療器械標準管理中心、中國食品藥品檢定研究院，北京 102629；2.北京市醫療器械檢驗所，北京 101111)

免疫學檢驗技術是指基于抗原抗體特異性結合的分析技術。19 世紀 80 年代后期，隨著抗體和各種免疫物質的發現，免疫檢驗技術得到發展，并經歷了經典、現代和自動化三個階段[1-3]。化學發光免疫分析技術因其靈敏度高、特異性強、檢測范圍廣，試劑穩定和無放射性污染等優點在目前臨床中得到廣泛應用，成為免疫診斷領域的主流技術，也是國際發展趨勢。目前，免疫診斷是我國體外診斷最大的細分市場，占比為35%，其中化學發光在免疫診斷市場中占比超過75%[4]。

化學發光為封閉式，試劑與儀器需要配套[5,6]，而全自動化學發光儀器有較高的技術壁壘，且國內企業介入較晚，目前，國內化學發光市場被外資企業占據超過75%的市場份額。但是，當前國產化學發光儀從硬件的穩定性、檢測結果的準確性都有了質的飛躍，國產產品替代進口產品已經開始形成趨勢。截至2020 年9 月，國家藥品監督管理局 (NMPA)數據庫中國產全自動化學發光免疫分析儀注冊企業共有 70 個，注冊產品 103 個[7]。其中還有 5 家企業注冊了開放式的化學發光檢測儀，可以根據試劑企業的需求對軟件和硬件進行調整，降低了國內企業進入化學發光診斷市場的門檻。

1 化學發光免疫分析系統性能質量評價分析

在全自動發光免疫分析系統的質量評價中，指標和檢驗方法可以參考全自動發光免疫分析儀相關標準、技術文件與指導原則。目前，我國現行標準是醫藥行業標準YY/T1155-2019《全自動發光免疫分析儀》，該標準修訂了YY/ T1155-2009《全自動發光免疫分析儀》，于2019 年5 月31 日發布，2020 年6 月1 日正式實施。2009 版的標準解決了全自動發光免疫分析儀沒有評價方法和指標的問題，主要是通過儀器配套的試劑來評價檢測系統的整體性能，但這不能準確反映儀器本身的性能指標，各個平臺選擇不能配套試劑，也缺乏可比性。但也因該標準制定時國內尚無企業有成熟產品，參與起草驗證的企業均為進口企業，也是基于當時國內對該項技術和儀器的了解制定了相關標準。隨著近年來國內企業對技術的不斷研發突破，對該產品的了解也越來越深入，2017 年啟動對YY/T1155-2009《全 自動發光免疫分析儀》的修訂，加入了對全自動發光免疫分析儀加樣系統、孵育系統和檢測系統直接評價的指標和方法，國內外企業積極參與討論，拓寬了思路，促進了行業發展。

全自動發光免疫分析儀作為有源體外診斷儀器，還應考慮其安全性，這其中分為電氣安全指標和電磁兼容指標兩大類。電氣安全指標應當包括GB4793.1《測量、控制和實驗室用電氣設備的安全要求第1 部分：通用要求》、GB4793.9《測量、控制和實驗室用電氣設備的安全要求第2-081 部分:實驗室用于分析和其他目的自動和半自動設 備的特殊要求》、YY0648《測量、控制和實驗室 用電氣設備的安全要求第2-101 部分：體外診斷 (IVD)醫用設備的專用要求》及其他適用的國家 標準和行業標準中的所有指標。電磁兼容指標應當包括GB/T18268.1-2010《測量、控制和實驗室用的電設備電磁兼容性要求第 1 部分：通用要求》和GB/T18268.26-2010《測量、控制和實驗室用的電設備電磁兼容性要求第26部分：特殊要求體外診斷 (IVD)醫療設備》及其他適用的國家標準和行業標準中的所有指標。隨機軟件也應符合YY/T0664-2017《醫療器械軟件軟件生存周期過程》。隨著儀器平臺智能化的發展，網絡安全也應當成為產品設計輸出的一部分。

國家藥品監督管理局醫療器械技術審評中心發布的《全自動化學發光免疫分析儀技術審查指導原則(2015 年第 93 號)》明確了注冊企業對全自動化學發光免疫分析儀注冊申報資料的準備及撰寫，其中包括了產品性能研究、產品有效期研究、軟件研究、生產工藝過程及過程控制點、臨床評價、產品風險分析、產品說明書等研發各個方面的要求。

2 化學發光免疫分析系統性能評價標準應考慮的關鍵點

化學發光免疫分析儀的關鍵模塊包括加樣系統、孵育系統、清洗系統和檢測系統，其他還有電路控制模塊、計算機和隨機軟件。根據日常對全自動發光免疫分析儀的質量評價情況，總結影響全自動化學發光儀性能評價的設計關鍵點，以對系統評價標準提供參考。

2.1 加樣系統

通常，加樣針的內外壁均鍍有一層聚四氟乙烯 (TEFLON)——一種吸附性比較弱的化學惰性物質來保障降低對樣品的吸附[8]。目前，市面上各型號發光儀的試劑針和樣品針的加樣量程差別很大，樣品針最小加注量從5μL 到40μL，最大加注量從20μL 到300μL，試劑針最小加注量從5μL 到50μL，最大加注量從47μL 到450μL[9]。加入樣品尤其對于加入少量樣品時，加樣針上樣品的殘留量對加樣正確度、加樣精密度和攜帶污染率影響較大，會直接影響檢驗結果的準確度。加樣針內外壁的光滑度隨著使用時間會逐漸下降，也會易造成加樣量的不準確和攜帶污染變大。

部分廠家的發光免疫分析儀加樣采用一次性吸頭（Tip 頭），基本避免了樣本間攜帶污染率，但是 Tip 頭的形狀、所用材料特性及與加樣系統的吻合程度均對加樣的準確度有很大的影響，Tip 頭間的差異影響著加樣的精密度，其成本較高。

泵液模塊，包括抽取液體和輸出液體的液泵、管道和連接頭。泵液裝置目前有兩種，一種是蠕動泵式的流動加樣，一種是注射器式的注射加樣。蠕動泵重復性和穩定性好，注射器泵精度高，方便加樣針的清洗，廠家根據各自需要選擇合適加樣方式。泵液的準確性和連接處的密閉性也是影響加樣準確度和精密度的影響因素，尤其部件隨著使用時間增長而老化，更可能影響檢驗結果。

2.2 孵育系統

我國全自動發光免疫分析儀的行業標準對溫度控制正確度、波動度要求均不超過 0.5°C[10]，目前各企業多使用半導體加熱方式，能夠滿足要求。但要注意孵育倉的封閉效果和隔熱保溫層，及外界溫度對溫度穩定性的影響。

2.3 光電檢測系統

目前，最常見的光檢測裝置是光電倍增管(photomultiplier tube,PMT)。光電倍增管的信號輸出強度、噪聲與工作電壓成正比，選擇合適的標準光源可以計算出合適的工作電壓，獲得良好的信噪比，亦可評價光檢測裝置的系統噪聲，發光值的精密度和線性。使用發光儀配套的發光劑也可評價發光值的精密度和線性，且容易實現，適合日常定期的一起評價。通過選擇合適的校準曲線的擬合方式也能抵消發光值的差別。

2.4 其他

系統運行的流暢性、操作界面的友好性直接影響用戶感受，比如測試杯的卡杯，會影響整個儀器上現有的測試，需再次測試，損失了樣本和試劑。

3 系統改進對檢驗結果影響的試驗分析

全自動發光免疫分析系統的檢測結果正確度是通過發光免疫分析儀，試劑和校準品共同作用的結果，分析提高改進全自動發光免疫分析儀影響性能的關鍵點或者部件，對檢測結果的影響是明顯的。對于醫學檢驗儀器來說，加樣量的準確度與重復性，直接影響到參與反應的樣本和試劑的量，進而影響檢驗結果的正確性。所以評估儀器性能標準的重要性能指標之一。精密加樣組件主要由加樣泵，電磁閥，取樣針及合理的流路設計。其中最主要取決于加樣泵與加樣針。為此，筆者對國內某具有自主研發能力的生產廠家產品進行了試驗調研分析。

化學發光免疫分析儀中需要使用注射泵對樣本、試劑進行吸樣、吐樣。傳統的玻璃注射泵因為加工技術、工藝的問題，其取樣精度、耐磨性與氣密性均不理想，會直接影響檢測結果的準確率與精密度。在筆者調研中，某設備改進注射泵的材質，減少了注射泵內表面的的加工誤差，進行了精細拋光處理，結合使用了性能步進電機。對加樣針的進行技術改進，改進傳統的焊接加工變徑工藝，消除了針內壁突變臺階，消除了突變臺階處易積存蛋白、納米磁性微球等物質。加樣(樣本針和試劑針)的準確度和重復性試驗數據如下。

表1 系統樣本針和試劑針改進前后的試驗數據

通過上述試驗數據可以看出，在對加樣組件進行改進后，樣本針和試劑針在加樣量的準確度和重復性上，都有了很大的提高。加樣組件性能的優劣，對于加樣量較小的情況，相對于加樣量大的情況來說，其影響更大。

為進一步對比技術改進前后的測試結果，選取HCG、H-ALB、CMV IgM 試劑項目在化學發光免疫分析系統平臺對其質控品進行試驗，并將試驗數據進行對比如下：

表2 技術改進對試劑項目性能的影響

由上表可看出，對加樣組件進行改進后，對于HCG、H-ALB、CMV IgM 這幾個試劑項目的檢驗結果重復性都有了明顯的改善。加樣組件性能的優劣，對于加樣量較小的試劑項目，相對于加樣量大的試劑項目來說，其影響更大。

4 結論

化學發光免疫分析系統中加樣系統、孵育系統、清洗系統和檢測系統，包括電路控制模塊、計算機和隨機軟件等會影響系統整體性能，是性能評價標準中的關鍵點，影響檢測項目的準確性。針對樣本針（試劑針）及注射泵的技術改進的試驗比對表明，部件性能的改進會促進整體檢測項目性能的提升。文中提到的一些影響全自動化學發光儀性能的設計關鍵點，為化學發光免疫分析系統性能提升提供借鑒。