導(dǎo)流雜交平臺(tái)儀器的設(shè)計(jì)和開發(fā)

張偉

摘要：導(dǎo)流雜交基因芯片技術(shù)（HybriMax）是凱普生物核心專有技術(shù)，與試劑盒配合，廣泛應(yīng)用于人乳頭瘤病毒分型檢測(cè)、遺傳類基因缺陷的核酸分子雜交分析，取得良好效果。本文結(jié)合實(shí)際情況，通過查詢閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解市場(chǎng)的需求和反饋意見，討論導(dǎo)流雜交平臺(tái)儀器的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

關(guān)鍵詞：HybriMax;雜交儀;設(shè)計(jì)和開發(fā)

一、雜交儀的基本構(gòu)成和特點(diǎn)

Hybrimax自動(dòng)核酸分子雜交儀是基于快速導(dǎo)流雜交平臺(tái)的新一代自動(dòng)化儀器，是機(jī)電一體化儀器，由主機(jī)、反應(yīng)室總成、電氣部件、LCD顯示器、機(jī)械臂移液裝置、試劑安裝平臺(tái)、電源等模塊部件組成。儀器采用機(jī)械臂三維運(yùn)動(dòng)模塊，移動(dòng)速度快。通過控制電機(jī)精確位移，具有精準(zhǔn)的溫度控制功能。能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程的自動(dòng)化，減少人工操作，降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，提高準(zhǔn)確率與一致性。

該產(chǎn)品按照國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局《醫(yī)療器械分類目錄》進(jìn)行分類，屬于臨床檢驗(yàn)分析儀器（代碼為6840）中基因和生命科學(xué)儀器，管理類別為Ⅱ類。且按照國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局《醫(yī)療器械分類規(guī)則》進(jìn)行分類，屬于有源醫(yī)療器械中的臨床檢驗(yàn)分析儀器，對(duì)醫(yī)療效果的影響程度為輕微影響，管理類別為Ⅱ類。

二、導(dǎo)流雜交儀的應(yīng)用情況

蘇軍俠、韓秀紅等選取疑似宮頸病變的84例女性患者，均行導(dǎo)流雜交HPV、TCT及陰道鏡下宮頸活組織檢測(cè)，以陰道鏡下宮頸活組織檢測(cè)結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，分析導(dǎo)流雜交HPV和TCT檢測(cè)以及二者聯(lián)合檢測(cè)的結(jié)果與效能。結(jié)果陰道鏡下宮頸活組織檢測(cè)陽性率為33.33%，導(dǎo)流雜交HPV、TCT及二者聯(lián)合檢測(cè)陽性率分別為27.38%、26.19%和32.14%。二者聯(lián)合檢測(cè)的靈敏度高于導(dǎo)流雜交HPV與TCT單一檢測(cè)（P<0.05）;二者聯(lián)合檢測(cè)的約登指數(shù)高于單一方法檢測(cè)。結(jié)論導(dǎo)流雜交HPV聯(lián)合TCT檢測(cè)能夠準(zhǔn)確地篩查診斷宮頸癌及癌前病變，其靈敏度較高。

鄒敏、謝春艷、譚初珍等選取該院婦科2012年9月至2013年7月收治的宮頸病變患者300例，對(duì)其采用HybriMax醫(yī)用核酸分子快速雜交儀對(duì)HPV進(jìn)行分型檢測(cè)，同時(shí)將其中的100例和細(xì)胞病理學(xué)診斷結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)論 HybriMax醫(yī)用核酸分子快速雜交儀不但可以提高HPV的檢出率，而且還可以降低假陰性率，目前是一種有效的HPV分型的診斷方法。

鑒于篇幅所限，本文不引用太多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。綜合市場(chǎng)反饋和查詢相關(guān)文獻(xiàn)資料來看，HybriMax導(dǎo)流雜交技術(shù)先進(jìn)，適用性強(qiáng)，是最主要的基因檢測(cè)技術(shù)之一。全自動(dòng)核酸分子導(dǎo)流雜交儀具有智能化強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、專業(yè)化程度高、范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

三、導(dǎo)流雜交儀的設(shè)計(jì)和開發(fā)

3.1反應(yīng)室

分子雜交反應(yīng)室是雜交儀的關(guān)鍵部件，是生物芯片雜交過程的載體，能夠?qū)崿F(xiàn)包括雜交過程的溫度控制，雜交液、洗滌液、酶標(biāo)液、顯色液及水的清洗，自動(dòng)完成液體排放等功能。雜交反應(yīng)室一般為方形盒狀，在反應(yīng)室的上殼設(shè)有多個(gè)內(nèi)凹的方形反應(yīng)格，每個(gè)反應(yīng)格中心設(shè)有排液孔，排液孔下方通過橫向的水道相互連接，并通過設(shè)在反應(yīng)室下殼的排水水嘴進(jìn)行排液，必要時(shí)，可以通過泵吸在反應(yīng)室內(nèi)部形成負(fù)壓，并由負(fù)壓將膜面液體吸附排出，得到充分雜交的過程。

安裝好的反應(yīng)室，應(yīng)完全分隔，無滲透現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)過程中，不能有交叉污染發(fā)生。排液后，膜面不能有液體殘留。反應(yīng)室要精準(zhǔn)控溫，升溫速度應(yīng)≥8.0℃/min;溫度控制精度：±0.5℃。

3.2運(yùn)動(dòng)模塊

運(yùn)動(dòng)模塊是實(shí)現(xiàn)儀器功能的核心自動(dòng)化組件，要求三軸運(yùn)行平穩(wěn)、不存在卡滯現(xiàn)象，無異響。加樣臂定位精準(zhǔn)，取放槍頭順暢。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)模塊要有防銹設(shè)計(jì)，避免因長(zhǎng)時(shí)間使用有銹蝕發(fā)生。

雜交儀運(yùn)動(dòng)模塊的發(fā)展方向是引入AI機(jī)制，集成操作系統(tǒng)，朝著智能化和IT信息化方向發(fā)展。具體是實(shí)現(xiàn)分子雜交自動(dòng)流水線，即通過軌道將樣本前處理系統(tǒng)、雜交分析過程、樣本后處理系統(tǒng)相連接，以高效率的儀器設(shè)備、模塊式的組合和流水線式的自動(dòng)化控制的高度集成，結(jié)合智能IT系統(tǒng)，提高檢測(cè)效率，確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性和結(jié)果輸出的即時(shí)性。

3.3 AIE+ABS和芯片閱讀

2001年，香港科技大學(xué)唐本忠院士首次提出“聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）”的新概念，引發(fā)了發(fā)光材料的革命，成為化學(xué)和材料的前沿領(lǐng)域之一。ABS是基于化學(xué)反應(yīng)的傳感（activity-based sensing，ABS）。AIE與ABS的相結(jié)合，可以滿足高靈敏性、高選擇性、在復(fù)雜體系的高適用性的需求。

生物芯片的檢測(cè)原理就是通過點(diǎn)樣過程，將大量的探針分子固化到持物上后與標(biāo)記的樣品分子進(jìn)行雜交，通過檢測(cè)每個(gè)探針分子的雜交信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息并進(jìn)行高效的解讀和分析。現(xiàn)有的雜交是添加了顯色試劑，通過顯色反應(yīng)來閱讀。這種方式需要將雜交后的芯片雜交膜加以顯色固化，清洗干凈后取出，采用人工閱讀的方式對(duì)雜交結(jié)果進(jìn)行判斷。

3.4全實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化

全實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化（TLA）階段，它是指將多個(gè)自動(dòng)化分析儀、自動(dòng)機(jī)械傳輸系統(tǒng)、標(biāo)本分析前后處理設(shè)備、進(jìn)程控制軟件和數(shù)據(jù)管理軟件等有機(jī)地結(jié)合起來，構(gòu)成全自動(dòng)化的流水線作業(yè)環(huán)境，覆蓋整個(gè)檢驗(yàn)過程。全實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化是國(guó)際臨床檢驗(yàn)的發(fā)展方向，也是導(dǎo)流雜交平臺(tái)的發(fā)展方向。

綜上所述，導(dǎo)流雜交平臺(tái)儀器的設(shè)計(jì)和開發(fā)，要進(jìn)一步升級(jí)優(yōu)化反應(yīng)室的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)靈活通量的雜交反應(yīng)，要拓展軟件功能，滿足開放型多項(xiàng)目檢測(cè)要求。運(yùn)動(dòng)模塊要拓展至AI機(jī)器人設(shè)計(jì)，緊跟5G與新技術(shù)潮流，致力于云端化、自動(dòng)化的智慧雜交系統(tǒng)等方向的研究。探討引入AIE+ABS的可行性，改顯色反應(yīng)為發(fā)光反應(yīng)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)化學(xué)傳感和自動(dòng)閱讀。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇軍俠，韓秀紅，等。導(dǎo)流雜交HPV檢測(cè)聯(lián)合TCT檢測(cè)在宮頸癌篩查中的應(yīng)用價(jià)值。《臨床醫(yī)學(xué)研究與實(shí)踐》 ?2020年第7期91-92，共2頁

[2]鄒敏;謝春艷;譚初珍，等。hybrimax醫(yī)用核酸分子快速雜交儀檢測(cè)人乳頭狀瘤病毒分型的觀察。《 檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)與臨床》 2014年第10期1408-1409，1411。

[3]Dong Wang，Ben Zhong Tang。Aggregation-Induced Emission Luminogens for Activity-Based Sensing。Acc.Chem.Res.2019