專利名稱：半自動生化分析儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于生物化學、石油化工、環(huán)境保護、食品工業(yè)，土壤分析用儀器，特別是用于醫(yī)學上各種臨床生化指標的測量分析儀器領域。
目前世界上分光光度計的制造技術是比較成熟的，而且品種也比較多，用在生化分析方面的主要有兩種全自動生化分析儀和半自動生化分析儀，不管哪一種大都是采用濾光片來改變入射光的波長，將其變成一定波段的單色光，通過裝有樣品的比色池進行比色反應，輸出的光信號由光敏器件變?yōu)殡娦盘栐俳涬娮泳€路放大，由計算機采樣處理得出相應的結果，而全自動生化分析儀與半自動生化分析儀區(qū)別在于全自動生化分析儀是在半自動基礎上附加自動吸釋器及自動加樣器，即將被測液體樣品放在自動加樣盤中進行自動進樣，自動稀釋，既節(jié)省人工又省時間，在作一般正常的檢測中是十分方便的；但全自動生化分析儀只適合一次化驗一批多達幾百個樣品，一次需幾個小時，中途不可停機或臨時加進樣品，有急診病例難以及時檢測，因此使用受限制，另外進口的半自動生化分析儀通常用340nm，500nm，510nm，546nm，630nm六塊濾光片，其儀器波長不可連續(xù)可續(xù)，因此限制儀器可測量樣品的品種。不管全自動還是半自動生化分析儀目前我國全靠進口，每年花大量外匯，經專利文獻檢索美國專利4，253，766號，1981年5月3日，題目“optical gzaivo analyziz inztezmet”
這種光學生物分析裝置由光源，濾波器、斬波器、樣品容器、傳感器、轉動樣品的裝置、控制和測量電路、顯示裝置組成，它是利用光源不同的光波長在種子表面的反射來測定物質樣品成份的量。用一個斬波器把連續(xù)光變成脈沖光，對應一個濾波器變成單色光再照到樣品上，斬波器、濾波器、樣品均有步進電機驅動，這樣可以使不同的光波長照在樣品的不同地方，也就是測量不同頻率下物質生物樣品光學密度等，從而達到測定這些物質的某些成分量，這種裝置是用來測定固體物質的，不適合測量液體物質。第二該儀器用濾光片來獲得單色光比不上用全息光柵來得波長精度高和方便。
本實用新型的目的在于克服上述已有技術的不足，在我國普遍推廣臨床診斷酶學檢測方法，提高廣大(縣級醫(yī)院以上)醫(yī)院生化診斷的靈敏度，準確度和工作效率，其二是為了制造一種適合我國國情的既經濟又實用的半自動生化分析儀，它可開機測量不受任何時間和條件限制，特別是用于臨床急診的測試，隨時可停機測量達到靈活、方便、節(jié)省大量的時間，其三使一機多用途，它不受任何試劑盒的限制，還可用于生化研究和開發(fā)新型試劑盒，可手動掃描波長，其四，為了節(jié)省大量外匯，從而提供一種由光源、全息衍射光柵單色器，恒溫微流動吸收比色池，吸樣泵、光電檢測器、步進馬達、放大器、單片機、顯示打印裝置組成的波長范圍能從300－850nm連續(xù)分光，自動進行吸樣、進樣，自動升溫、恒溫及進行數(shù)據(jù)處理和顯示打印結果的進行對液體樣品吸光度及其變化測定的智能化新一代自動生化分析儀。
本實用新型的半自動生化分析儀主要由四大部分光學系統(tǒng)，機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、單片機組成，其結構如

圖1和圖2所示，圖1和圖2是半自動生化分析儀結構示意圖。圖1、2中(1)－全息衍射光柵單色器，波長范圍300－850nm連續(xù)可調。
(2)－變壓器，將動力電變成(3)－電源濾波器，將電網(wǎng)中雜波低壓電提供各部分供電系統(tǒng)；濾掉減少干擾；(4)－儀表風扇散熱用；(5)－電源板，提供儀器各部分所需直流電源；(6)－主控板、控制作用；(7)－光電檢測器，檢測輸出光信號；(8)－吸樣泵，自動進樣；(9)－恒溫微量流動比色池(10)－電源開關(11)－鍵盤，輸入命令人機對話；(12)－發(fā)光二極管，指示用；(13)－單片機、進行數(shù)據(jù)處理；(14)－外接打印機，打印試驗結果；圖3是半自動生化分析儀光電流程框圖。
以下結合附圖1、2、3對本實用新型進行說明本實用新型的半自動生化分析儀的光學系統(tǒng)包括光源、光柵單色器，微量比色池和光電檢測器。機械系統(tǒng)包括吸樣泵、線路板支架和外殼等，電氣系統(tǒng)包括溫度控制器、程控放大器、泵驅動線路和高壓低壓電源，單片機系統(tǒng)包括單片機，對數(shù)A／D轉換器，數(shù)碼顯示器，鍵盤，功能鍵指示燈和微型打印機等。本實用新型的半自動生化分析儀由內光路由光源(15)、前垂直放置一個具有1200線／mm以上的平面全息衍射光柵的可調單色器(1)，其后垂直主光路放一恒溫微量流動比色池(9)，在它后面放置光電檢測器(7)，從光電檢測器(7)檢測出的光信號輸送到放大器(18)中，再送到單片機(13)，單片機(13)與顯示，打印裝置(14)相聯(lián)；所述的放大器(18)還包括分別與溫控電路裝置(19)和步進馬達(20)相聯(lián)接，溫控電路裝置(19)與插在比色池(9)中的熱敏元件相接；步進馬達(20)與吸樣泵(8)相聯(lián)，吸樣泵(8)的液體出口接到比色池(9)，所述的恒溫微量流動比色池(9)包括用帶有兩石英窗口的抗腐蝕，導熱快的金屬材料做的。本實用新型的主要工作原理是根據(jù)朗伯－比爾定律設計，即A＝lg l／T＝KCL式中 A－樣品溶液的吸光度，T－樣品溶液的透光率；K－消光系數(shù)；C－樣品溶液的濃度；L－樣品溶液光程度度；由式中可以看出只要測出樣品溶液的吸光度A，即可推算出樣品溶液的濃度。A＝lgl－／T；T＝I／I.；其中I為樣品溶液透光度，I。為試劑溶液透光度，通過測定樣品和試劑溶液的透光度及其變化率，那么根據(jù)上述公式即可算出溶液的濃度及酶反應速率，和酶的活性等，從而可以計算出等測樣品的各種生化指標。儀器可做終點法，酶動力學法和兩點法三種測定。
以下結合附圖和最佳實施方案，對本實用新型進行詳細說明。
本實用新型用12V、30W的鹵鎢燈做為儀器光源(15)，全息衍射光柵單色器(1)把光源(15)發(fā)出的光分解為波長范圍從300－850nm連續(xù)可調的單色光。在測量樣品時，樣品放在比色池(9)內，根據(jù)等測樣品吸收光譜選擇某一波長的光做為入射光，入射光通過微量恒溫比色池(9)后的出射光經光電檢測器(7)檢測，并把光強度的變化轉換成電信號輸出送到放大器(18)內，再進行放大并送到對數(shù)A／D轉換器內，再輸入到單片機對所采集數(shù)據(jù)處理后得出樣品的吸光度及其變化率，酶反應速度和濃度等，再輸送到顯示器和打印機(14)，按動鍵盤(12)打印出結果，本實用新型的半自動生化分析儀的結構特征之一是采用1200線／mm以上的平面全息衍射光柵，不但使整個儀器結構簡單而且波長的精度達±2nm，分辨率也大大地提高到0.001吸光度，保證儀器的穩(wěn)定性和可靠性。其二制做一個帶有石英窗口的用抗腐蝕、導熱好金屬材料做的恒溫微量流動比色池(9)，比色池(9)由不銹鋼做成長12×高20×寬20mm，在其兩頭對稱開口嵌住φ5.5×厚1mm的石英窗口，并在用兩塊20×20mm2的半導體致冷器夾在比色池(9)的兩側或上下部位，供比色池(9)調溫用。將與溫控電路(19)相聯(lián)的NTC熱敏電阻元件插在比色池(9)中間，它將檢測到的信號送到溫度控制電路(19)中，當電源與放大器(18)電路接通，比色池(9)在很短時間內(約30秒)達到予置的溫度并保持恒定，由于比色池(9)制做材料是用不銹鋼，鈦合金等材料制做，它耐腐蝕所以增加了儀器可測樣品的品種，從而擴展了儀器使用范圍。由于用單片機控制放大器，放大器又與溫控電路相聯(lián)所以升溫、恒溫快及穩(wěn)定，又因比色池(9)與熱敏電阻，致冷元件偶合好是該儀器溫度穩(wěn)定的第二個因素，從而大大地提高測量準確度。其三采用蠕動泵做吸樣泵(8)去掉齒輪傳動和一些定位環(huán)節(jié)，單片機(13)通過接口電路驅動步進電機控制吸樣泵(9)自動吸樣、進樣，樣品吸入量用編程控制因此測試時進樣量準確，而且用量少，可達一次進樣從25－9998μml，既節(jié)省樣品又省時間，提高了儀器分析速度。
其四特點是放大器，它將光電檢測器檢測到的微弱信號放大，由計算機進行檢測并進行數(shù)據(jù)處理，通過軟件將檢測到的變化信號換算成用戶所需要值。因所用全息衍射光柵做單色器在300－700nm范圍內所測到的光信號強弱相差很大，所以放大器有16種增益輸出，這16種狀態(tài)由單片機根據(jù)光電檢測器(7)輸出的信號大小而自動調整，放大器一般用通用的AD547，AD545LH AD542LH.AD545AHK其五，單片機(13)，它主要是進行A／D或D／A轉換，它將放大器送來的模擬信號經過A／D轉換完成數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)處理，而且可自動控制放大器的增益，又將操作者所要求的實驗條件付諸實施，如溫度控制，泵進樣量的多少等。以英特8031芯片構成的單片機系統(tǒng)以I／O方式管理和控制外部電路，以中斷方式采集光吸收數(shù)據(jù)，參數(shù)輸入和編程通過機上鍵盤及功能鍵進行，吸光度和生化指標由7段譯碼顯示并用TPup－40B微型打印機輸出，采用人機對話方式操作，由十只發(fā)光二極管指示。3片8K字節(jié)EPROM作為系統(tǒng)管理，監(jiān)控及應用主程序的存儲器，1片8KRAM提供給用戶編程和存放數(shù)據(jù)。程序號0……39是內部程序號，40…62是我們?yōu)橛脩艟幹朴晌夜旧a的所有試劑盒的操作步驟固化在單片機中，由用戶隨意調用，63……99由用戶自行編程，機內設有控電保護裝置，可使所編程序保存較長時間以便隨時調用，也可根據(jù)需要隨時改寫和刪除自編的程序，對用戶來說即方便又靈活。
本實用新型的主要技術指標波長范圍330……700nm光譜帶寬6nm吸光度范圍－0.1……2.3吸光度分辨率1毫吸光度穩(wěn)定性優(yōu)于0.001吸光度／20(分)溫度控制工作溫度為37℃，30℃和25℃準確度為±0.2℃樣品變溫時間為10秒。
吸樣自動吸樣，樣品量可編程控制，通常為600微升。
測量時間由2秒到9998秒，每1秒測量一次。
延遲時間由2秒到9998秒選擇從上面所列主要技術指標可看出它已超過或達到國外半自動生化分析儀的技術指標，而價格卻是國外半自動生化儀的一半，有利我國中、小醫(yī)院用儀器代替手工化驗的普及，另外由于比色池采用耐腐蝕、導熱好、不銹鋼材料制做，由于它耐腐蝕，所以儀器測量樣品的品種增多。如血糖酶的活性測量，它需436nm波長光，而現(xiàn)有儀器卻未配制436濾光片，而用本實用新型儀器即可測量。該儀器測量時進樣量可控并且用量小，為醫(yī)院化驗時降低成本。該儀器還可讓用戶根據(jù)自己需要自行編制程序，使用方便，該儀器結構簡單。另外由于本實用新型半自動生化分析儀的波長范圍連續(xù)可調，開機不受任何時間和條件的限制，特別是用于臨床急診的測試更顯示其使用方便的優(yōu)越性，比全自動生化分析儀器靈活，方便，可節(jié)省大量的時間，該儀器分析不受任何試劑盒的限制，還可用于生化研究和新型試劑盒的開發(fā)，可手動掃描波長。是一種適合我國國情的，既經濟又實用的半自動生化分析儀器，起到拾遺補缺的作用。
權利要求1.一種由光源(15)、比色池(9)、吸樣泵(8)、光電檢測器(7)、單片機(13)、顯示、打印裝置(14)、放大器(18)、溫控電路(19)組成的半自動生化分析儀，其特征在于包括一個具有至少1200線/mm的平面全息衍射光柵可調單色器(1)，光源(15)發(fā)出的光經單色器(1)分解為波長范圍從330-850mm連續(xù)可調單色光做為入射光，入射光入射到恒溫微量流動比色池(9)，其出射光到光電檢測器(7)，再把光強變化轉換成電信號輸出，電信號輸入到放大器(18)中，再輸入到單片機(13)，單片機(13)與顯示打印裝置(14)相聯(lián)；還包括溫控電路裝置(19)的輸出端與比色池(9)中熱敏電阻元件相聯(lián)，其溫控電路裝置(19)輸出信號輸入到單片機(13)，單片機(13)輸出信號控制步進馬達(20)，步進馬達(20)，步進馬達(20)輸出端與吸樣泵(8)相聯(lián)，吸樣泵(8)的液體出口接到比色池(9)上；所述的恒溫微量流動比色池(9)，包括用帶有兩石英窗口的抗腐蝕，導熱快的金屬材料做成。
2.按權利要求1所述的半自動生化分析儀，其特征在于所述的恒溫微量流動比色池(9)所用的金屬材料包括不銹鋼，鈦合金材料制做的。
專利摘要本實用新型屬于生化、石油化工、環(huán)境保護、食品工業(yè)，土壤分析用儀器，特別是用于醫(yī)學上各種臨床生化指標的測量分析儀器領域。本實用新型的目的在于在我國普遍推廣臨床診斷酶學檢測方法，提高廣大醫(yī)院生化診斷的靈敏度，準確性和工作效率，制做一種適合我國國情的，開機不受任何時間，條件限制而達到靈活、方便、又省時的國產儀器，該儀器由光源，全息衍射光柵單色器，恒溫微流動比色池，吸樣泵，光電檢測器，放大器、單片機、顯承打印裝置組成的能從300-850nm連續(xù)分光的、自動進樣、吸樣、自動升溫、恒溫及進行數(shù)據(jù)處理和顯示、打印結果的，對液體樣品吸光度及其變化測定的智能化新一代半自動生化分析儀。
文檔編號G01N21/25GK2110225SQ9122484
公開日1992年7月15日 申請日期1991年9月14日 優(yōu)先權日1991年9月14日
發(fā)明者林波海, 吳維, 徐冠群, 劉燕, 張幼苓 申請人:北京中生生物工程高技術公司