一種用于化學發光免疫分析儀的光電倍增管校驗裝置的研制

鄧振進，周陽，劉向榮，鄔鵬程，高飛

1 湖南省醫療器械檢驗檢測所 （湖南長沙 410011）；2 湖南樂準智芯生物科技有限公司（湖南長沙 410205）

化學發光免疫分析技術可對微量抗原或抗體進行檢測，具有背景干擾小、靈敏度及精確度高、可檢測范圍寬、穩定性好的優點，近年來已快速發展成了免疫診斷領域最熱門的檢測手段。光電倍增管（photomultiplier tube，PMT）是靈敏度非常高的光電傳感器，常被用作化學發光免疫分析儀的檢測器件[1]。一旦PMT 失效，檢測結果將出現明顯異常，造成誤診，因此，應經常對PMT 進行檢測，但由于對現有的化學發光免疫分析儀進行檢測時，需先將PMT 從儀器上拆卸下來，操作復雜。基于此，本研究根據化學發光免疫分析儀的結構組成設計了一款PMT 校驗裝置，具體介紹如下。

1 結構組成

PMT 校驗裝置的光路簡化示意圖見圖1，如圖所示，化學發光免疫分析儀的被測樣品與PMT 之間的光路為第一光路，所述PMT 校驗裝置包括電012信號采集裝置、參考光源、第一線性光電探測器件、將參考光源的出射光分成至少兩路出射光的分束單元。其中，分束單元的兩路出射光分別由PMT、第一線性光電探測器件對應接收，一路出射光的光路與第一光路平行，且各路出射光光強比例固定，參考光源的出射光光強可調；此外，分束單元包括在第一光路中設置的第一反射片，反射片上鍍有可見光增透膜，第一反射片、參考光源、第一線性光電探測器件、分束單元均與化學發光免疫分析儀固定連接，PMT、第一線性光電探測器件均與電信號采集裝置電連接。

圖1 PMT 校驗裝置的光路簡化示意圖

2 研制思路

當需要對化學發光免疫熒光進行測量時（PMT 正常工作），參考光源不工作（處于熄滅狀態），被測樣品發出的光線Lt 經過第一反射片折射后，得到的折射光Lr 由PMT 接收，Lt、Lr 構成的光路即為第一光路。當需要對PMT 進行校準時，被測樣品不發出光線，此時參考光源工作。參考光源可采用光強可調的LED，通過對LED 的電壓進行調節，從而實現對LED 光強的調節（LED 型號可為C4SMM-BJF）；參考光源也可由電信號采集裝置進行控制，通過調整其輸出電壓，從而調整參考光源的輸出光強。第一線性光電探測器件為輸出電信號隨著輸入光強保持線性變化的光電探測器件[2]，可采用光敏二極管、光敏電阻、光電池中的一種。電信號采集裝置可采用單光子計數裝置，該計數裝置可通過射頻信號線與光敏二極管電路、PMT 電連接[3]，計數裝置中可包括控制器，而控制器可采用數字信號處理器（digital signal processing，DSP） （如TMS320F2812）、單片機或現場可編程門陣列（field-programmable gate array，FPGA）。分束單元將參考光源的出射光La 分成兩路出射光的子分束單元，出射光La 經過第二反射片得到反射光La2、折射光La1，其中La2為子分束單元的一路出射光，入射到第一反射片得到的反射光La21為分束單元的一路出射光，且由PMT 接收；La1為子分束單元的另一路出射光，且由第一線性光電探測器件接收。第一反射片、第二反射片均為高透反射片，相互平行，第一光路與第一反射片所在平面的夾角為45°，起到分束鏡的作用。由于PMT 為高靈敏探測器，正常分束鏡分束后光強極高，PMT 飽和甚至損壞，因此，采用高透的可見鍍膜的窗口片，反射到PMT 方向的光源約為1%；由于參考光源與第二反射片之間或第二反射片與第一反射片之間設置有光強減弱結構，即沿光線傳播方向依次設置有5個相互平行的安放衰減片的隔板（滿足不少于3個發光數量級的參考光源[4]），因此，可通過設置衰減片，使光源衰減后才可入射到PMT 中。PMT 校驗裝置采用的是高透過鏡片，起到分束的作用，可保護PMT。可見光增透膜可在可見光波段內增加光線的透過率，減少光學元件表面的反射[5]；可見光增反膜（為涂層，故結構組成沒有體現）可在可見光波段內增加光線的反射率，減少光學元件表面的透過；因此，可根據參考光源發光強度范圍及PMT接收光強范圍選擇具體的可見光增透膜或可見光增反膜。

PMT 校驗裝置還包括驅動結構、用于遮擋PMT 光線接收端的遮光板。其中，遮光板設置于PMT 與第一反射片之間，定義第一平面為遮光板所在平面，第一光路垂直于第一平面，驅動結構帶動遮光板沿第一平面運動，從而使遮光板遮擋或不遮擋PMT 光線接收端。驅動結構采用快門舵機，遮光板采用遮板快門，由于PMT 是高靈敏光電元件，當光強偏高時極易造成PMT 損壞，因此，通過裝置中由快門舵機構成的快門在非檢測時間保持關閉，有效保護了PMT，而快門在PMT 工作時打開，進行測試；此外，還可利用電信號采集裝置對驅動結構和（或）參考光源的開啟或關閉、線性光電檢測器件的開或斷進行控制。

3 數據驗證

研究中，第一線性光電探測器件采用的是光敏二極管，如表1所示，先后將作為參考光源LED 的供電電壓調節為2.50、2.60、2.70、2.80、2.82 V，則光敏二極管、PMT 接收到的光強信號同時增加，光敏二極管數據與PMT 數據成線性正相關，相關系數r＞0.999。一旦PMT 出現問題，相關系數r將下降，此時線性度測試失敗，需要更換PMT[6]。

表1 PMT 校驗裝置的測試數據

4 小結

本研究為化學發光免疫分析儀上的PMT 增加了一套線性度驗證裝置，該裝置不影響PMT 作為探測器件正常的檢測功能，可在儀器每次使用前對PMT 進行線性度檢測，保證PMT 功能正常；此外，該裝置可監控PMT 的工作狀態，在PMT 失效時給出警示，確保儀器正常運行。