اتوآنالیزرهای بیوشیمی
اتوآنالیزرهای بیوشیمی- محمدعلی اسفندیاری
با پیدایش انواع مختلف تست‌های بیوشیمیایی و افزایش روز افزون تقاضای انجام این تست‌ها، استفاده از روش‌های خودکار به عنوان جایگزین مناسب روش‌های سنتی مطرح می‌گردند.
این دستگاه‌ها که با نام اتوآنالیزر خوانده می‌شوند، با کمترین دخالت اپراتور انواع مختلف تست‌های بیوشیمیایی را سنجش كرده و اطلاعات را بصورت همزمان نمایش می‌دهند. به عبارت دیگر دستگاه‌هایی هستند که غلظت متابولیت‌ها، الکترولیت‌ها، پروتئین‌ها و داروها را در سرم، پلاسما، ادرار و مایع مغزی‌ـ نخاعی و دیگر مایعات بدن با دقت و صحت زیاد اندازه‌گیری می‌کنند.
کاهش هزینه‌های تمام شده هر تست، کاهش پرسنل مازاد، افزایش سرعت، دقت و صحت نتایج و نیز توان عملیاتی بالای این دستگاه‌ها در افزایش تمایل استفاده از این دستگاه‌ها در آزمایشگاه‌های بالینی مؤثر بوده است.
اتوآنالیزرهای بیوشیمی از لحاظ قابلیت برنامه‌ريزی دو نوعند:
1ـ باز: پارامترهای تست، توسط اپراتور قابل تغییر است و معرف‌های لازم را از هر فروشنده‌ای می‌توان تهیه کرد.
2ـ بسته: پارامترهای تست، توسط سازنده برنامه‌ریزی شده و غیرقابل تغییر است، بنابراین محلول‌ها و معرف‌های لازم خاص دستگاه هستند و باید از یک منبع واحد تهیه شوند.
اجزاء یک اتوآناليزر بيوشيمي
سخت‌افزار و نرم‌افزار دوقسمت اصلی تشكيل دهنده یک دستگاه اتوآنالیزر است .
وظايف مهم نرم‌افزار اتوآناليزر عبارت است از:
1) انتخاب نمونه‌ها، نوع و نحوه انجام روش شیمیایی مربوط به هر تست
2) پردازش داده‌ها و نمايش نتايج
3) شناسايی عیوب و اعلام هشدار
4) قابليت كاليبراسيون
سخت‌افزار شامل موارد زیر است:
1) قسمت‌های اصلی سخت‌افزار:
الف) سيستم تأمين كننده جريان
ب ) مدارات الكترونيكي و كامپيوتري
ج ) انواع پمپ، سرنگ، شير، پيستون، شلنگ و تيوب. سيستم دارای ظروفي جهت نمونه‌های سرم بيماران و معرف‌ها، بازوهاي متحركی برای انتقال نمونه و معرف‌ها به كووت‌های مخصوص است.
د) انواع موتورهای آنالوگ و ديجيتال
2) قسمت فتومتريك (لامپ، فيلترهاي نوری، محل نگهداری نمونه، دتكتور و مدار)
3) لوازم جانبی (قسمت رايانه‌ای)
انواع اتوآنالیزر
الف) Continous flow analyser
استفاده از سیستم‌های خودکار در آزمایشگاه اولین بار در سال 1957 توسط پروفسور اسکگ با حمایت شرکت تکنیکن (Technicon) آغاز گردید. اینها آنالیزرهایی با سیستم بسته و با سرعت 60 – 40 نمونه در ساعت بودند که با همین روش طراحی شده بودند و فقط قادر به سنجش یک جزء از هر نمونه بودند. در ابتدا به صورت تک کاناله و سپس به انواع (SMAS) یا Sequential multiple analyser ارتقاء یافتند. پیچیدگی بیشتر، توانایی آنالیز چندین تست از هر نمونه به صورت همزمان و نیز بهره‌گیری از کامپیوتر به منظور تجزیه تحلیل داده‌ها، وجه تمایزشان از انواع اولیه بود. به مرور زمان انواع دیگر آنالیزر جانشین آنها شدند.
در این نوع سیستم به جای استفاده از کوت‌ها و ظروف جداگانه به منظور سنجش واکنش، نمونه‌ها و معرف از طریق یک سری لوله‌های منظم و متصل به هم، به صورت مداوم پمپ می‌شوند. با وارد کردن منظم مولکول‌های هوا در این جریان، حباب‌هایی تشکیل می شود که همین حباب‌های هوا، مهمترین اساس طراحی این نوع آنالیزرها هستند. به منظور کمک به حفظ الگوی هوا – مایع به صورت مداوم مواد خاصی به محلول‌های در حال جریان اضافه می‌گردد.
حباب‌های هوا، نمونه را به صورت قطعات متعدد در حال جریان تبدیل می‌کند. بعلاوه حباب‌ها با ایجاد فشار به دیواره داخلی لوله‌ها، میزان آلودگی و یا تداخل احتمالی نمونه‌ها را کاهش می‌دهند. حرکت حباب‌ها و نیز عبور مداوم از لوله‌های پیچ در پیچ در مخلوط شدن نمونه و معرف در هر قسمت نقش کمک کننده دارند.
این نوع سیستم‌ها معمولاً از اجزاء زیر تشکیل شده است:
1- پمپ: بر خلاف دیگر انواع، حجم مشخص و مستقل از معرف پمپ نمی‌گردد و معرف دائماً در حال جریان است.
2- دیالیز: در این قسمت مواد تداخل‌گر واکنش، مخصوصاً پروتئین‌ها توسط غشاء دیالیز از نمونه جدا می‌گردند.
مطابق شکل در این قسمت لوله‌های دهنده که حاوی نمونه و حباب هوا هستند و لوله‌های گیرنده که معمولاً حاوی معرف است به فاصله وجود یک غشاء دارای نفوذپذیری انتخابی کنار هم قرار می‌گیرند و جریان برقرار می‌گردد. در همین حین، مولکول‌های مورد سنجش (آنالیت) از عرض غشاء به داخل معرف انتشار یافته و بعد از عبور هر نمونه، فواصل با استفاده از آب و حباب‌های هوا شستشو می‌گردند. سرعت دیالیز به غلظت مولکول‌های قابل دیالیز شدن بستگی دارد.
3- انکوباسیون (حمام آب گرم): گرمای مورد نیاز به منظور انجام بهتر واکنش بین آنالیت و معرف را تأمین می‌کند که معمولاً (1±37) درجه است.
4- شناساگر (دتکتور): اگرچه کالریمتریک معمول‌ترین روش سنجش میزان واکنش است، اما از روش‌های دیگر مثل فلورومتریک، نفلومتریک، فوتومتریک و نیز تکنیک‌های رادیوشیمی و الکتروشیمی نیز استفاده می‌گردد.
5- ثبت کننده: معمولاً نتایج بصورت همزمان برروی مانیتور قابل ردیابی است و امکان پرینت نیز فراهم است.
با کمک گرفتن چندین کانال متوالی به صورت موازی می‌توان تعداد بیشتری از تست‌های یک نمونه را سنجش کرد.
مزایا
1- افزایش انجام تست‌ها بصورت متوالی در زمان کمتر
2- کاهش دخالت مستقیم انسان نسبت به روش دستی
3- صحت و دقت بیشتر نسبت به روش‌های دستی
4- حذف خطاهای مربوط به تفاوت نتایج از فردی به فرد دیگر
5- حذف خطاهای معمول مثل پیپتینگ، جابجایی تست‌ها و محاسبات اشتباه در روش دستی
6- مصرف کمتر معرف و نمونه در مقایسه با روش دستی
معایب
1- امکان انتخاب تست‌ها وجود ندارد؛ به عبارت دیگر تمامی تست‌ها باید انجام گردد، حتی اگر پزشک درخواست نکرده باشد.
2- اتوآنالیزر دائماً باید روشن بماند و کار کند تا جریان دائماً ادامه یابد، حتی اگر تست و نمونه‌ای وجود نداشته باشد. به علت الزام وجود جریان مداوم، معرف در تمام زمان مصرف می‌گردد در نتیجه میزان ضایعات بی‌رویه زیاد است.
3- باید دائما از لحاظ یکنواختی حباب‌های هوا، میزان باقی مانده معرف، انسجام لوله‌ها و مهم‌تر از همه مشکل تداخل نمونه‌ها (carry over) پایش گردد.
4- انواع چند کاناله سایز بزرگی دارند و جای زیادی را اشغال می‌کنند.
5- توان عملیاتی متوسطی دارند.
6- نوع و کیفیت مواد مورد استفاده (خورندگي، چسبندگی و…) در این نوع دستگاه‌ها بسیار مهم است.
ب) Discrete analyser
بر خلاف نوع قبلی که نمونه و معرف دائماً در حال جریان‌اند، هر واکنش در داخل واحدهای مشخص (کووت یا اسلاید) مربوط به خود، به ترتیب معین انجام می‌شود. در این سیستم‌ها از یک مایع هیدروفلوروکربنی به منظور کاهش کشش سطحی مابین نمونه، معرف، لوله‌ها و در نتیجه کاهش میزان تداخل (carry over) استفاده می‌شود.
انواع
الف ) Single test analyser
چندین نمونه را به صورت همزمان، اما فقط در یک جزء اندازه‌گیری می‌کنند.
ب) Multitest analyser
به صورت همزمان بیشتر از یک جزء از هر نمونه را اندازه‌گیری می‌کنند.
انواع اولیه این نوع آنالیزرها دارای یک منوی مشــــــابه برای هر نمونه بودند، اما با اختراع انواع random access analyser (stat) امکان انتخاب دلخواه هر تست برای هر نمونه به اپراتور داده شده است.
مزایا
1- توان عملیاتی بالا دارند، یعنی تعداد نمونه بالایی را آنالیز می‌کنند.
2- احتمال ایجاد آلودگی متقاطع حداقل ممکن است و یا حتی به صفر رسیده است.
معایب
1- پیچیدگی و قیمت بیشتر نسبت به نوع اول
2- با توجه به وجود اجزاء متحرک و لغزنده مثل سوپاپ‌ها و سرنگ‌های خودکار، نسبت به نوع اول به نگهداری و توجه بیشتری نیاز دارند.
3- تولید ضایعات نسبتاً بالا
ج) Centrifugal analyser
این دستگاه‌ها در سال 1960 در آمریکا با نام سیستم‌های GeMSAEC به بازار عرضه شدند. این آنالیزرها دارای کووت‌های خاصی از جنس تفلون و یا آکریلیک هستند که میزان کشش سطحی اجزاء را به حداقل ممکن می‌رسانند. کووت‌ها بر روی گرداننده‌های سانتریفیوژ مانندی (روتور) قرار می‌گیرند. هر کووت معمولاً دارای دو یا تعداد بیشتری شکاف به منظور تزریق نمونه یا معرف است. اضافه شدن نمونه یا معرف به داخل کووت از محل همین شکاف‌ها به صورت خودکار انجام می‌گردد.به این صورت که نمونه‌های متفاوت، ولی معرف یکسانی تزریق می‌گردد. معرف و نمونه تا زمان شروع گردش (سانتریفیوژ) به صورت جداگانه در محل تزریق قرار می‌گیرند. گردش ابتدا با دور تند آغاز و با انجام توقف‌های ناگهانی به مخلوط شدن بهتر معرف، نمونه و انجام بهتر واکنش کمک می‌کنند. بعد از طی زمان لازم، قسمت گرداننده دستگاه با دور کم چرخیده و نتیجه واکنش در ته کووت‌ها قابل سنجش است.
مزایا
1- به سرعت چندین نمونه قابل ارزیابی است.
2- واکنش در تمامی کووت‌ها به صورت همزمان خوانده می‌شود.
3- میزان نمونه مورد نیاز کم است. (2λ)
4- میزان معرف مصرفی کم است.
5- قابلیت برنامه‌ریزی دارند. (چندین روش مختلف)
6- این دستگاه‌ها به منظور سنجش کلینیکی، میزان فعالیت آنزیمی ونیز ایمونواسی آنزیمی نیز کاربرد دارد.
معایب
میزان کیفیت کووت و محل قرارگیری و خوانش آن در میزان صحت نتایج بسیار مؤثر است. (بهتر است از شرکت‌های معتبر تهیه گردد)
د) Dry chemistry analyser
در این آنالیزرها با اضافه کردن مقدار کمی از نمونه مایع به معرف خشک واکنش انجام می‌گردد و بیشتر از سیستم رفلکتوفوتومتر به منظور سنجش این واکنش استفاده می‌گردد.
این نوع آنالیزرها از چندین لایه تشکیل می‌گردند که شامل:
Spreading Layer : محل قرار دادن و گسترش کنترل، استاندارد و نمونه است. RBC ها با عبور از این لایه از نمونه جدا شده و پلاسما عبور می‌کند.
Scavenger Layer : این لایه نمونه‌ها را به صورت انتخابی فیلتر می‌کند.
Reagent Layer : این لایه حاوی آنزیم و بافرهای لازم جهت انجام واکنش رنگی خاص آنالیت است.
Plastic or Supporting Layer : بعد از عبور نور از زیر این لایه و عبور از Reagent Layer به Spreading Layer برخورد می‌کند. برخی از تشعشعات انعکاس یافته و سلول نوری (فتوسل) مقدار این انعکاس‌ها، يا در واقع نسبت شدت رنگ را سنجش می‌کند و در واقع غلظت آنالیت را نشان می‌دهند.
مزایا
1- سهولت کار، دقت و اطمینان بیشتری دارد.
2- به دلیل استفاده از معرف خشک، محدودیت‌های نگهداری معرف به حداقل ممکن رسیده است.
3- توان عملیاتی و سرعت و حساسیت بالایی دارد.
4- میزان نمونه (10λ) و معرف مصرفی بسیار کم است.
5- نیازی به آماده‌سازی و رقیق‌سازی معرف نیست. (عدم نیاز به مرحله پیپتینگ نمونه و معرف)
5- علاوه بر معرف‌های معمول، از آنزیم، آنتی‌بادی‌ها و معرف‌های خشک هم می‌توان استفاده کرد.
ه) Robotic
این نوع سیستم‌ها کاملاً کامپیوتری بوده و کاملاً برنامه‌ریزی شده‌اند و مراحل مختلف طبق دستور‌العمل انجام می‌گیرد. امکان اشتباه و خطا در این نوع آنالیزرها به حداقل ممکن رسیده است و بدون نیاز به هیچ توجهی به صورت مداوم حتی در طول شب قادر به آنالیز کامل نمونه‌ها هستند، بنابراین پرسنل می‌توانند با آرامش به دیگر کارها بپردازند. از مهمترین مزیت‌های این دستگاه می‌توان به افزایش دقت و کاهش تماس اپراتور با مواد، نمونه و معرف اشاره کرد. در نتيجه این نوع آنالیزرها بهترین انتخاب جهت سنجش مواد سمی، سرطان‌زا و خطرناک می باشند. این نوع آنالیزرها بدون هیچگونه توقف چندین برابر انواع قبلی قادر به کار مداوم هستند.
تنها عیب این دستگاه‌ها، قیمت بسیار بالای آنهاست.
برخی ملاحظات ضروری انتخاب یك اتوآنالیزر بیوشیمی مناسب:
1- سرعت بالای انجام تست‌ها و تعداد و تنوع بالای آزمایشات قابل برنامه‌ریزی
2- عدم نياز به مرتب كردن تست‌های هر نمونه جهت آزمايش
3- مصرف حداقل معرف، نمونه سرم، كاليبراتور و تولید حداقل ضایعات
4- قابلیت برنامه‌ریزی با تمام كیت‌های تولید داخل و خارج (سیستم باز)
5- كم‌خرج بودن دستگاه از نظر هزینه نگهداری و قطعات و مواد مصرفی
6- سادگی نرم‌افزار و عدم پیچیدگی دستگاه
7- امكان استفاده از سرم كنترل و استاندارد در مراحل مختلف كارجهت حذف خطاهای سیستماتیك
8- داشتن سیستم هشداردهنده و سنسورهای حساس به سطح محلول
9- دارا بودن برنامه كنترل كیفی و محاسبات آماری و رسم منحنی كالیبراسیون
10- توانایی انجام آزمایشات اورژانس (Stat) و تست‌هایی با حجم كم سرم (مانند نمونه نوزاد)
11- پایداری درجه حرارت
12- حساسیت بالای سیستم فتومتر و تعداد طول موج‌های موجود (فیلترهای نوری) در دستگاه
13- ثبات كالیبراسیون و توانایی ذخیره كردن فاكتور تست‌ها
14- قابلیت اندازه‌گیری كلیه مایعات بدن (سرم، پلاسما، ادرار، مایع مغزی- نخاعی)
15- قابلیت تكرار و رقیق كردن اتوماتیك نمونه‌ها
16- قابل كار در هر دو حالت RandomAccess, batch
17- نوع دستگاه از نظر مصرف انرژی (برق)
:Refrence
1.Holme Dj, peck H. Analytical Biochemistry. Third edition. England:Wesley;1998.
2.Chaudhary A .automated analyser. www.kau.edu.sa/
3- نقدي شادي. آناليزرهاي بيوشيمي قلب تپنده آزمايشگاه .ماهنامه تخصصي مهندسي پزشکي. شماره 85، سال 8، ارديبهشت1387.
