導流雜交平臺儀器的設計和開發(fā)

張偉

摘要：導流雜交基因芯片技術（HybriMax）是凱普生物核心專有技術，與試劑盒配合，廣泛應用于人乳頭瘤病毒分型檢測、遺傳類基因缺陷的核酸分子雜交分析，取得良好效果。本文結合實際情況，通過查詢閱讀相關文獻資料，了解市場的需求和反饋意見，討論導流雜交平臺儀器的設計和開發(fā)。

關鍵詞：HybriMax;雜交儀;設計和開發(fā)

一、雜交儀的基本構成和特點

Hybrimax自動核酸分子雜交儀是基于快速導流雜交平臺的新一代自動化儀器，是機電一體化儀器，由主機、反應室總成、電氣部件、LCD顯示器、機械臂移液裝置、試劑安裝平臺、電源等模塊部件組成。儀器采用機械臂三維運動模塊，移動速度快。通過控制電機精確位移，具有精準的溫度控制功能。能夠實現實驗過程的自動化，減少人工操作，降低實驗風險，提高準確率與一致性。

該產品按照國家食品藥品監(jiān)督管理局《醫(yī)療器械分類目錄》進行分類，屬于臨床檢驗分析儀器（代碼為6840）中基因和生命科學儀器，管理類別為Ⅱ類。且按照國家食品藥品監(jiān)督管理局《醫(yī)療器械分類規(guī)則》進行分類，屬于有源醫(yī)療器械中的臨床檢驗分析儀器，對醫(yī)療效果的影響程度為輕微影響，管理類別為Ⅱ類。

二、導流雜交儀的應用情況

蘇軍俠、韓秀紅等選取疑似宮頸病變的84例女性患者，均行導流雜交HPV、TCT及陰道鏡下宮頸活組織檢測，以陰道鏡下宮頸活組織檢測結果為金標準，分析導流雜交HPV和TCT檢測以及二者聯合檢測的結果與效能。結果陰道鏡下宮頸活組織檢測陽性率為33.33%，導流雜交HPV、TCT及二者聯合檢測陽性率分別為27.38%、26.19%和32.14%。二者聯合檢測的靈敏度高于導流雜交HPV與TCT單一檢測（P<0.05）;二者聯合檢測的約登指數高于單一方法檢測。結論導流雜交HPV聯合TCT檢測能夠準確地篩查診斷宮頸癌及癌前病變，其靈敏度較高。

鄒敏、謝春艷、譚初珍等選取該院婦科2012年9月至2013年7月收治的宮頸病變患者300例，對其采用HybriMax醫(yī)用核酸分子快速雜交儀對HPV進行分型檢測，同時將其中的100例和細胞病理學診斷結果進行比較。結論 HybriMax醫(yī)用核酸分子快速雜交儀不但可以提高HPV的檢出率，而且還可以降低假陰性率，目前是一種有效的HPV分型的診斷方法。

鑒于篇幅所限，本文不引用太多實驗數據。綜合市場反饋和查詢相關文獻資料來看，HybriMax導流雜交技術先進，適用性強，是最主要的基因檢測技術之一。全自動核酸分子導流雜交儀具有智能化強、操作簡便、專業(yè)化程度高、范圍廣等優(yōu)點，可廣泛應用于臨床醫(yī)學診斷等領域，具有較高的實用價值。

三、導流雜交儀的設計和開發(fā)

3.1反應室

分子雜交反應室是雜交儀的關鍵部件，是生物芯片雜交過程的載體，能夠實現包括雜交過程的溫度控制，雜交液、洗滌液、酶標液、顯色液及水的清洗，自動完成液體排放等功能。雜交反應室一般為方形盒狀，在反應室的上殼設有多個內凹的方形反應格，每個反應格中心設有排液孔，排液孔下方通過橫向的水道相互連接，并通過設在反應室下殼的排水水嘴進行排液，必要時，可以通過泵吸在反應室內部形成負壓，并由負壓將膜面液體吸附排出，得到充分雜交的過程。

安裝好的反應室，應完全分隔，無滲透現象。實驗過程中，不能有交叉污染發(fā)生。排液后，膜面不能有液體殘留。反應室要精準控溫，升溫速度應≥8.0℃/min;溫度控制精度：±0.5℃。

3.2運動模塊

運動模塊是實現儀器功能的核心自動化組件，要求三軸運行平穩(wěn)、不存在卡滯現象，無異響。加樣臂定位精準，取放槍頭順暢。同時，運動模塊要有防銹設計，避免因長時間使用有銹蝕發(fā)生。

雜交儀運動模塊的發(fā)展方向是引入AI機制，集成操作系統(tǒng)，朝著智能化和IT信息化方向發(fā)展。具體是實現分子雜交自動流水線，即通過軌道將樣本前處理系統(tǒng)、雜交分析過程、樣本后處理系統(tǒng)相連接，以高效率的儀器設備、模塊式的組合和流水線式的自動化控制的高度集成，結合智能IT系統(tǒng)，提高檢測效率，確保檢測結果的可靠性和結果輸出的即時性。

3.3 AIE+ABS和芯片閱讀

2001年，香港科技大學唐本忠院士首次提出“聚集誘導發(fā)光（AIE）”的新概念，引發(fā)了發(fā)光材料的革命，成為化學和材料的前沿領域之一。ABS是基于化學反應的傳感（activity-based sensing，ABS）。AIE與ABS的相結合，可以滿足高靈敏性、高選擇性、在復雜體系的高適用性的需求。

生物芯片的檢測原理就是通過點樣過程，將大量的探針分子固化到持物上后與標記的樣品分子進行雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強度進而獲取樣品分子的數量和序列信息并進行高效的解讀和分析?，F有的雜交是添加了顯色試劑，通過顯色反應來閱讀。這種方式需要將雜交后的芯片雜交膜加以顯色固化，清洗干凈后取出，采用人工閱讀的方式對雜交結果進行判斷。

3.4全實驗室自動化

全實驗室自動化（TLA）階段，它是指將多個自動化分析儀、自動機械傳輸系統(tǒng)、標本分析前后處理設備、進程控制軟件和數據管理軟件等有機地結合起來，構成全自動化的流水線作業(yè)環(huán)境，覆蓋整個檢驗過程。全實驗室自動化是國際臨床檢驗的發(fā)展方向，也是導流雜交平臺的發(fā)展方向。

綜上所述，導流雜交平臺儀器的設計和開發(fā)，要進一步升級優(yōu)化反應室的設計，實現靈活通量的雜交反應，要拓展軟件功能，滿足開放型多項目檢測要求。運動模塊要拓展至AI機器人設計，緊跟5G與新技術潮流，致力于云端化、自動化的智慧雜交系統(tǒng)等方向的研究。探討引入AIE+ABS的可行性，改顯色反應為發(fā)光反應，從而進一步實現化學傳感和自動閱讀。

參考文獻：

[1]蘇軍俠，韓秀紅，等。導流雜交HPV檢測聯合TCT檢測在宮頸癌篩查中的應用價值?！杜R床醫(yī)學研究與實踐》 ?2020年第7期91-92，共2頁

[2]鄒敏;謝春艷;譚初珍，等。hybrimax醫(yī)用核酸分子快速雜交儀檢測人乳頭狀瘤病毒分型的觀察?！?檢驗醫(yī)學與臨床》 2014年第10期1408-1409，1411。

[3]Dong Wang，Ben Zhong Tang。Aggregation-Induced Emission Luminogens for Activity-Based Sensing。Acc.Chem.Res.2019