一種新型生化分析儀加樣針和定位裝置的設(shè)計(jì)

韓容，方堃，王丹

四川省科學(xué)城醫(yī)院檢驗(yàn)科 （四川綿陽 621000）

生化分析儀是現(xiàn)代醫(yī)療診斷最常用的重要儀器之一。自20世紀(jì)50年代誕生以來，生化分析儀的發(fā)展與應(yīng)用均頗為迅速。隨著生化分析技術(shù)的不斷發(fā)展，臨床對加樣的精度、準(zhǔn)確性和重復(fù)性要求越來越高，這也對加樣針提出了更高的要求[1]。在實(shí)際工作中，加樣針存在較高的折斷風(fēng)險(xiǎn)，其維修和更換均需要專業(yè)人士操作，耗時(shí)、耗材且耗人力。本研究首先介紹了生化分析儀的加樣流程，并進(jìn)一步分析了加樣針的結(jié)構(gòu)和定位裝置，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新型加樣針和定位裝置，以期為提高國內(nèi)加樣針的生產(chǎn)工藝水平提供一種新思路。

1 生化分析儀的加樣流程

生化分析儀的加樣系統(tǒng)由加樣針、連接管路、注射泵、去離子水循環(huán)泵、內(nèi)壁清洗閥、清洗池、反應(yīng)盤等組成。加樣系統(tǒng)的功能包括加樣和清洗。加樣是指從試管等樣本容器中吸取樣本，并輸送至反應(yīng)盤內(nèi)與試劑進(jìn)行反應(yīng)、光學(xué)比色，進(jìn)而分析檢測結(jié)果；清洗是指每次加樣動(dòng)作執(zhí)行完畢后對加樣針的內(nèi)、外壁進(jìn)行清洗，以防止交叉污染[2]。

生化分析儀的加樣流程（圖1）：首先執(zhí)行加樣針和注射泵的復(fù)位動(dòng)作，確保針在清洗池中央、注射泵的活塞在光耦檢測位，然后進(jìn)行位置定位，檢查取樣位置、排樣位置、清洗位置是否準(zhǔn)確；開始執(zhí)行加樣動(dòng)作后，加樣針先吸入指定量的空氣降低樣本稀釋率，然后旋轉(zhuǎn)下降到樣本盤取樣，加樣針取樣時(shí)采用電容式液面檢測方式，液面檢測執(zhí)行前先排查程序，查看檢驗(yàn)針尖的電容值是否在要求范圍內(nèi)，檢測到液面后下降到針尖入液面3～5 mm 后停止；吸液時(shí)采用多吸方式，并進(jìn)行一定量的回推，以此來消除注射泵本身回程差的影響，吸液時(shí)間根據(jù)吸液量來設(shè)定；吸液完畢后，加樣針旋轉(zhuǎn)到反應(yīng)盤位置進(jìn)行排樣，排樣時(shí)先下降到反應(yīng)盤中的指定位置，下降過程中也需要執(zhí)行液面檢測，然后進(jìn)行排樣，排樣時(shí)，內(nèi)壁清洗閥關(guān)閉，加樣針向指定的反應(yīng)盤中按照隨量跟蹤機(jī)制插入一定的深度，注射泵活塞上行，排出指定量的樣本，延遲指定時(shí)間后，加樣針緩慢抬出液面，并吸入指定量的空氣防止掛液，最后上升旋轉(zhuǎn)到清洗池，同時(shí)打開內(nèi)外壁清洗閥進(jìn)行清洗，結(jié)束清洗時(shí)先關(guān)閉內(nèi)壁清洗閥，再關(guān)閉外壁清洗閥，間隔時(shí)間根據(jù)清洗效果確定；清洗完成后加樣針和注射泵復(fù)位，準(zhǔn)備執(zhí)行下一次加樣流程。

圖1 生化分析儀的加樣流程

2 新型加樣針的設(shè)計(jì)

從上述加樣流程可以看出，加樣針是生化分析儀必不可少的部件，其質(zhì)量直接影響生化分析儀的檢測結(jié)果。在樣本吸取和排出過程中，加樣針有較多的橫向和垂直運(yùn)動(dòng)，而在實(shí)際動(dòng)作過程中易由于電機(jī)控制不到位或電壓波動(dòng)導(dǎo)致加樣針偏離正常軌跡，觸碰到周圍硬物，進(jìn)而出現(xiàn)折斷現(xiàn)象[3]。

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，生化分析儀的加樣針多是涂層針尖、套管加針座設(shè)計(jì)，作涂層處理的針尖部較脆弱，應(yīng)力集中，最容易折斷，且由于涂層針尖和套管連接處、套管和針座連接處均采用焊接，針尖發(fā)生折斷即代表整根針報(bào)廢。但如果將涂層針尖和套管連接處、套管和針座連接處均采用螺紋連接，針尖折斷后可僅更換針尖，針上部的套管、針座均可繼續(xù)使用，如此不但可節(jié)約成本，針尖的更換難度也可降低，可由檢驗(yàn)科人員自行更換，不需維修人員到場，更換時(shí)間也可相應(yīng)縮短；同時(shí)由于套管與針座連接處采用螺紋連接，老化后可卸下舊套管，換成新套管即可；加樣針存放時(shí)可拆卸涂層針尖、針座等零件，分開存放，提高整體的耐壓性，也更方便包裝運(yùn)輸；此外，加樣針發(fā)生堵塞時(shí)，可將針尖、套管和針座拆卸分別進(jìn)行導(dǎo)通，效率更高。改進(jìn)后的加樣針見圖2。

圖 2 改進(jìn)后的加樣針

3 新型定位裝置的設(shè)計(jì)

加樣針相對儀器有橫向移動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)兩種方式，在運(yùn)動(dòng)過程中主要采用行程定位和光電傳感器定位兩種方式[4-5]，這兩種方式主要存在以下風(fēng)險(xiǎn)：（1）針在橫向移動(dòng)時(shí)難免會(huì)有抖動(dòng)，移動(dòng)至反應(yīng)盤或清洗池位置時(shí)定位有偏差，可能插到反應(yīng)盤或清洗池的邊緣導(dǎo)致折斷，或者移動(dòng)至極限位置后繼續(xù)向外移動(dòng)，進(jìn)而觸碰到周圍硬物發(fā)生折彎或折斷；（2）針在垂直運(yùn)動(dòng)到反應(yīng)盤底或清洗池底部時(shí)可能繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，插到底部導(dǎo)致折斷。

為避免以上風(fēng)險(xiǎn)，本研究對加樣針的定位裝置進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種新型定位裝置：在加樣臂底端、反應(yīng)盤底端和清洗池底端均安裝電磁線圈，針在橫向移動(dòng)時(shí)，加樣臂底端線圈和反應(yīng)盤底端或清洗池底端線圈產(chǎn)生相異的磁力，即產(chǎn)生吸合作用，使加樣針最終停在正確的位置，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，即使在橫向電機(jī)發(fā)生故障的情況下，由于兩個(gè)線圈的吸合力足夠大，加樣針并不會(huì)移動(dòng)至極限位置以外；針在垂直移動(dòng)時(shí)，線圈產(chǎn)生相同的磁力，即產(chǎn)生排斥作用，使加樣針停在反應(yīng)盤或清洗池的正確位置，即使在垂直電機(jī)發(fā)生故障的情況下，由于兩個(gè)線圈的排斥力足夠大，加樣針并不會(huì)插到反應(yīng)盤或清洗池的底部。新型定位裝置見圖3。

圖3 新型定位裝置

4 小結(jié)

本研究優(yōu)化和改進(jìn)了加樣針的結(jié)構(gòu)，可有效降低更換、維修加樣針的難度和成本，使其更能滿足加樣系統(tǒng)的功能需求；采用電磁線圈定位方式可使加樣針與反應(yīng)盤和清洗池之間存在的位移偏差大幅度減小，提高加樣位置的準(zhǔn)確性，大大降低針發(fā)生折斷的風(fēng)險(xiǎn)。本設(shè)計(jì)的可行性高，在同類行業(yè)具有一定的借鑒性，后期需進(jìn)行方案的詳細(xì)設(shè)計(jì)和裝置開發(fā)，且加樣針螺紋連接處的密封、線圈的位置和電流大小產(chǎn)生的吸合力等問題需要進(jìn)一步研究。