Alere epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)的結(jié)構(gòu),，檢測(cè)與質(zhì)控

1 檢測(cè)平臺(tái)簡(jiǎn)介

Alere公司的epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)是一種手持式無(wú)線測(cè)試解決方案,，可在樣品導(dǎo)入后約30秒內(nèi)檢測(cè)出樣品中的血?dú)狻㈦娊赓|(zhì)和代謝物結(jié)果,。epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)由室溫穩(wěn)定的BGEM測(cè)試芯片,、讀數(shù)儀和移動(dòng)計(jì)算機(jī)組成。每個(gè)一次性使用的BGEM測(cè)試芯片都具有智能卡技術(shù),，并且一張卡上有全部的測(cè)試項(xiàng)目,。

epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)是由加拿大公司Epocal Inc開(kāi)發(fā)的，在2013年,，Alere公司收購(gòu)EpocalInc,，將該epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)并入Alere。最近有新聞報(bào)道,，今年7月份,，Siemens公司簽署了一項(xiàng)最終協(xié)議，將收購(gòu)Alere旗下的子公司EpocalInc,，屆時(shí)epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)將歸入Siemens麾下,。

圖1.1 epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)的組成部分。

該epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)無(wú)論從測(cè)試儀器和測(cè)試芯片都非常小巧,，該測(cè)試系統(tǒng)具有手持式,，快速檢測(cè)，無(wú)線測(cè)試等優(yōu)點(diǎn),。如下圖總結(jié)了epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)的典型優(yōu)勢(shì),。

圖1.2 epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

該血?dú)夥治鱿到y(tǒng)的主要參數(shù)如下圖所示,，可以看出測(cè)試芯片中的智能卡技術(shù)是該產(chǎn)品的核心,，能夠檢測(cè)的項(xiàng)目有pH, PCO2, PO2, Na, K, iCa, Glu, Lac, Hct等。

圖1.3 epoc測(cè)試芯片和讀數(shù)儀的一些規(guī)格參數(shù),。

2 檢測(cè)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

該epoc檢測(cè)芯片內(nèi)部包含有生物傳感器陣列,，校準(zhǔn)液體，流體網(wǎng)絡(luò)和樣品入口等基本結(jié)構(gòu),。其中,，校準(zhǔn)液體被密封在芯片上特定部位，由閥門關(guān)閉,。如下圖所示,。

圖2.1檢測(cè)芯片的正面和反面結(jié)構(gòu),。

更具體的，該epoc檢測(cè)芯片內(nèi)部包括有以下幾個(gè)主要結(jié)構(gòu)：

1,，塑料殼：上面有流體網(wǎng)絡(luò),，儲(chǔ)液池和凹陷結(jié)構(gòu)，用于支撐流體運(yùn)轉(zhuǎn)和儲(chǔ)存液體,。

2,，傳感器陣列：電化學(xué)檢測(cè)的主要部位，該傳感器陣列的外面部分和儀器中的電化學(xué)模塊接觸,，使得儀器可以對(duì)該部分提供電流和電壓,，故外面部分是鉑電極，其上有環(huán)氧箔組成的陣列,。內(nèi)面部分位于芯片中微流體網(wǎng)絡(luò)的特定部位,，在檢測(cè)時(shí)和流體接觸，由傳感膜構(gòu)成,，該傳感膜通過(guò)環(huán)氧箔上的孔洞和電極進(jìn)行電接觸,。該傳感器陣列是通過(guò)紫外固化膠固定在測(cè)試芯片上。

3,，校準(zhǔn)液體鋁箔袋：該袋中包含有150uL液態(tài)校準(zhǔn)液體,，該鋁箔袋由兩層聚乙烯薄膜覆蓋（如下圖6,7），該鋁箔袋在芯片封裝時(shí)就通過(guò)加熱密封鋁箔的方式固定在芯片中,。

4，閥門活塞：密封在上下兩層鋁箔層之間,，且位于校準(zhǔn)液體鋁箔袋開(kāi)口處,，在儀器的電極驅(qū)動(dòng)下，該閥門會(huì)打開(kāi)允許內(nèi)部的校準(zhǔn)液體流出,。

5,，上標(biāo)簽：（如下圖中3），是塑料材質(zhì),，用于密封芯片上的流體網(wǎng)絡(luò),。

6，流體網(wǎng)絡(luò)：主要有兩個(gè)通道,，均在芯片中的塑料殼上,，其中一個(gè)用于連接校準(zhǔn)液體，傳感器陣列,，和廢液池,。另外一個(gè)通道將樣品進(jìn)樣口連接到傳感器陣列，然后延伸到廢液池,。

7：樣品進(jìn)樣口：如下圖4,，包含有硅橡膠入口,，該入口可以用于密封樣品注入時(shí)的注射器針頭。

圖2.2 檢測(cè)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部尺寸,。

其中的傳感器陣列是采用智能卡技術(shù)制備,，在一面是由環(huán)氧箔構(gòu)成，另一面包含有鍍金的銅電極,，如下圖所示為正反面的基本結(jié)構(gòu)：

圖2.3 傳感器陣列的正面和反面結(jié)構(gòu),。

該傳感器陣列上的膜傳感器是個(gè)非常重要的部分，電子交換基本是在各種不同的膜上完成的,，如下為鍍膜前后的傳感器陣列的側(cè)視圖,，也可以看出14個(gè)電極的各種不同功能。

圖2.4 傳感器陣列的鍍膜前后的側(cè)視圖,。

在讀數(shù)儀內(nèi)部,，特別是在芯片插入的芯片槽部位，有幾個(gè)重要的結(jié)構(gòu),，比如芯片插入開(kāi)關(guān),，條形碼讀碼器，與芯片上傳感器陣列交互的接觸電極,，和一個(gè)加熱模塊,，使得在測(cè)試時(shí)將芯片附近的溫度加熱到37度。

在Epocal公司的多個(gè)專利中均提到該測(cè)試芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu),，比如專利US6845327, US6896778, US7094330,，US7767068等，總體而言,，該流體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,，如下所示。

圖2.5 檢測(cè)芯片內(nèi)部的流體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,。

3 芯片的檢測(cè)流程

使用該epoc芯片進(jìn)行血?dú)鈾z測(cè)的方法是很簡(jiǎn)單的,，用戶只需要在測(cè)試時(shí)打開(kāi)檢測(cè)芯片的包裝袋，取出芯片并迅速插入讀數(shù)儀中,，一旦插入,，讀數(shù)儀就會(huì)對(duì)該芯片進(jìn)行掃描并讀取信息，同時(shí)對(duì)該芯片進(jìn)行校準(zhǔn),，大約165s后讀數(shù)儀對(duì)芯片的校準(zhǔn)完成,，此時(shí)用戶可以向芯片中加入待檢血樣，在加入血樣后30s后讀數(shù)儀給出檢測(cè)結(jié)果,。和別的POCT儀器不同的是,，該讀數(shù)儀要求用戶在校準(zhǔn)完成后的450s內(nèi)注入待檢血樣，如果超時(shí)，則不能檢測(cè)并給出結(jié)果,。

3.1 epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)的檢測(cè)流程,。

根據(jù)上面的epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)的流程圖，可以看出具體的檢測(cè)流程為：

1,，用epoc主機(jī)和epoc讀數(shù)儀建立無(wú)線連接,。

2，從密封袋中取出新的檢測(cè)芯片,，并將芯片插入到epoc讀數(shù)儀中,。

3，讀數(shù)儀會(huì)讀取芯片上面的條形碼信息,，識(shí)別芯片的檢測(cè)種類,，有效日期等信息。

4,，確認(rèn)芯片無(wú)誤后,，讀數(shù)儀內(nèi)部會(huì)開(kāi)始校準(zhǔn)程序，其方法是內(nèi)部的電機(jī)會(huì)釋放預(yù)存在芯片上的校準(zhǔn)液體,，一旦釋放,，該校準(zhǔn)液體會(huì)通過(guò)流體網(wǎng)絡(luò)流入到芯片上的傳感器陣列中，并且儀器中的兩個(gè)加熱板會(huì)緊貼到檢測(cè)芯片上的傳感器區(qū),，使得芯片附近維持37度,。而這部分的時(shí)間是儀器校準(zhǔn)的165s，用戶在這段時(shí)間內(nèi)可以準(zhǔn)備待檢血樣,。

5,，儀器校準(zhǔn)完成后會(huì)提示用戶加入待檢血樣，用戶加入血樣30s后讀數(shù)儀給出檢測(cè)結(jié)果,。

比如對(duì)于pH的檢測(cè),，采用的是基本原理是，通過(guò)電勢(shì)測(cè)定法對(duì)氫離子敏感性電極進(jìn)行氫離子的電勢(shì)測(cè)定,，并通過(guò)Nernst方程來(lái)轉(zhuǎn)換為氫離子濃度。每個(gè)檢測(cè)芯片上都有氫離子敏感電極,，該電極上具有氫離子選擇性膜,，參比電極和校準(zhǔn)電極，該校準(zhǔn)電極上具有已知pH的特定濃度的緩沖鹽,。

3.2 epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)檢測(cè)的pH檢測(cè)范圍和參考范圍,。

再如pCO2的檢測(cè)，也是通過(guò)電勢(shì)測(cè)定法來(lái)檢測(cè)膜（包含有碳酸氫鹽的膜,，是一種可以透過(guò)CO2的膜）覆蓋pH敏感電極,，該電極的電壓和溶劑的CO2濃度成正比，再通過(guò)Nernst方程進(jìn)行計(jì)算便可以得出檢測(cè)結(jié)果。組成結(jié)構(gòu)上和pH檢測(cè)電極類似,，也是包含有CO2敏感電極,，參比電極和包含有一致濃度的溶解CO2組成的校準(zhǔn)電極。

3.3 epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)檢測(cè)的pCO2檢測(cè)范圍和參考范圍,。

對(duì)于其他檢測(cè)項(xiàng)目,，也都是采用類似的電化學(xué)檢測(cè)方法，此處不再多列舉,。

4 芯片的質(zhì)控機(jī)制

質(zhì)控機(jī)制是芯片檢測(cè)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),，也是確保芯片能夠順利進(jìn)行檢測(cè)，并得出可靠結(jié)果的保障機(jī)制,，故而各家POCT產(chǎn)品均有其各自的質(zhì)控機(jī)制,。

目前，在體外診斷儀器中普遍采用的質(zhì)控類型有兩種：傳統(tǒng)質(zhì)控,，該方法在原始的CLIA 1988規(guī)則中被定義,，等效質(zhì)控（Equivalent QC），該過(guò)程在CLIA 于2003年修正的文件中描述到,。

傳統(tǒng)質(zhì)控是間歇性地使用質(zhì)控液作為一種偽樣品來(lái)進(jìn)行檢測(cè),，根據(jù)CLIA 1988規(guī)則，該指控方式每天要做一次,，每次至少要進(jìn)行兩個(gè)不同濃度水平的質(zhì)控液測(cè)試,。很多POCT儀器或有些IVD大型設(shè)備中采用可重復(fù)使用的質(zhì)控卡來(lái)進(jìn)行日常質(zhì)控，但這種質(zhì)控卡會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生表面污染或降解,，有些質(zhì)控卡內(nèi)部的微流體網(wǎng)絡(luò)會(huì)發(fā)生阻塞,，氣泡等流體問(wèn)題，故而會(huì)造成零零星星的檢測(cè)異?；蝈e(cuò)誤,。

而epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)所采用的質(zhì)控機(jī)制是將質(zhì)控系統(tǒng)嵌入到每個(gè)測(cè)試卡內(nèi)部的模式，這種質(zhì)控方式已經(jīng)被工業(yè)界廣泛認(rèn)同,，并在2003年的CLIA修正案中命名為等效質(zhì)控,，這種質(zhì)控機(jī)制背后的原理是質(zhì)控系統(tǒng)和待測(cè)樣品同時(shí)進(jìn)行相同的流體處理和生化反應(yīng)步驟，從而可以方便的檢測(cè)出何時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤,，并隨時(shí)停止檢測(cè),。

由于傳統(tǒng)的IVD檢測(cè)設(shè)備是采用一次多個(gè)測(cè)試的模式，故而發(fā)生的錯(cuò)誤也會(huì)傾向于持續(xù)性相同的錯(cuò)誤,，但像小型POCT儀器是一次進(jìn)行一個(gè)測(cè)試,，故而發(fā)生的錯(cuò)誤也會(huì)根據(jù)芯片，使用場(chǎng)景等而各不相同,，故而傳統(tǒng)質(zhì)控機(jī)制在小型POCT儀器上則無(wú)能為力,。Epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)內(nèi)部采用的等效質(zhì)控機(jī)制在具體操作上是，在每次進(jìn)行樣品測(cè)試之前，先用芯片上的質(zhì)控液對(duì)儀器內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)試,，然后再進(jìn)行樣品測(cè)試,，故而每個(gè)待測(cè)樣品均在新鮮的校準(zhǔn)后的傳感器，光學(xué)模塊等條件下進(jìn)行,，保證了每個(gè)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性,。

基于這種等效質(zhì)控機(jī)制，Epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)內(nèi)部主要采用了三個(gè)階段的質(zhì)控：

1,，初始階段：在epoc主機(jī)和epoc讀數(shù)儀建立連接時(shí),，以及測(cè)試芯片插入到讀數(shù)儀時(shí)，讀數(shù)儀都會(huì)對(duì)內(nèi)部檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行至少兩個(gè)水平的質(zhì)控測(cè)試,。

2,，校準(zhǔn)階段：在樣品加入前，讀數(shù)儀會(huì)釋放預(yù)存在測(cè)試芯片內(nèi)部的質(zhì)控液,，并進(jìn)行讀數(shù)儀和測(cè)試芯片的校準(zhǔn),。

3，樣品檢測(cè)階段：質(zhì)控測(cè)試會(huì)監(jiān)控用戶操作是否正確,，樣品量是否足夠等,。

如下圖顯示了對(duì)各個(gè)不同部分進(jìn)行各階段的質(zhì)控測(cè)試。各階段獲取的校準(zhǔn)結(jié)果會(huì)和儀器出廠時(shí)就已加載的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)并數(shù)據(jù)分析,，最終在測(cè)試完成后給出準(zhǔn)確的可靠的測(cè)試結(jié)果,。

圖4.1 Epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)內(nèi)部三個(gè)質(zhì)控階段可以檢測(cè)的環(huán)節(jié)。

如下表顯示了epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)內(nèi)部質(zhì)控機(jī)制的詳細(xì)過(guò)程,，包括有單個(gè)檢測(cè)芯片測(cè)試時(shí)的總檢測(cè)次數(shù),，基于哪種傳感器進(jìn)行質(zhì)控，質(zhì)控檢測(cè)的類型,，在測(cè)試時(shí)的哪個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)控檢測(cè),，檢測(cè)可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的類型等等。

圖4.2 Epoc血?dú)夥治鱿到y(tǒng)的質(zhì)控機(jī)制的詳細(xì)說(shuō)明,。

（注：以上內(nèi)容均整理于已經(jīng)公開(kāi)的專利,，官方網(wǎng)站，網(wǎng)上公開(kāi)信息等,，如有侵權(quán),，請(qǐng)告知?jiǎng)h除。）

在祖國(guó)華誕和中秋佳節(jié)之際,，焜哥祝各位朋友國(guó)慶快樂(lè)，闔家團(tuán)圓,，幸福美滿,，也祝愿我們的祖國(guó)繁榮昌盛，國(guó)泰民安。,。,。

（各位朋友國(guó)慶出游請(qǐng)多注意安全，焜哥也要回老家度假了,，下周就不更新了,，讓我們國(guó)慶回來(lái)后繼續(xù)研究微流控。,。,。）

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