一種用于化學(xué)發(fā)光免疫分析儀的光電倍增管校驗(yàn)裝置的研制

鄧振進(jìn)，周陽，劉向榮，鄔鵬程，高飛

1 湖南省醫(yī)療器械檢驗(yàn)檢測所 （湖南長沙 410011）；2 湖南樂準(zhǔn)智芯生物科技有限公司（湖南長沙 410205）

化學(xué)發(fā)光免疫分析技術(shù)可對微量抗原或抗體進(jìn)行檢測，具有背景干擾小、靈敏度及精確度高、可檢測范圍寬、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，近年來已快速發(fā)展成了免疫診斷領(lǐng)域最熱門的檢測手段。光電倍增管（photomultiplier tube，PMT）是靈敏度非常高的光電傳感器，常被用作化學(xué)發(fā)光免疫分析儀的檢測器件[1]。一旦PMT 失效，檢測結(jié)果將出現(xiàn)明顯異常，造成誤診，因此，應(yīng)經(jīng)常對PMT 進(jìn)行檢測，但由于對現(xiàn)有的化學(xué)發(fā)光免疫分析儀進(jìn)行檢測時(shí)，需先將PMT 從儀器上拆卸下來，操作復(fù)雜?；诖?，本研究根據(jù)化學(xué)發(fā)光免疫分析儀的結(jié)構(gòu)組成設(shè)計(jì)了一款PMT 校驗(yàn)裝置，具體介紹如下。

1 結(jié)構(gòu)組成

PMT 校驗(yàn)裝置的光路簡化示意圖見圖1，如圖所示，化學(xué)發(fā)光免疫分析儀的被測樣品與PMT 之間的光路為第一光路，所述PMT 校驗(yàn)裝置包括電012信號采集裝置、參考光源、第一線性光電探測器件、將參考光源的出射光分成至少兩路出射光的分束單元。其中，分束單元的兩路出射光分別由PMT、第一線性光電探測器件對應(yīng)接收，一路出射光的光路與第一光路平行，且各路出射光光強(qiáng)比例固定，參考光源的出射光光強(qiáng)可調(diào)；此外，分束單元包括在第一光路中設(shè)置的第一反射片，反射片上鍍有可見光增透膜，第一反射片、參考光源、第一線性光電探測器件、分束單元均與化學(xué)發(fā)光免疫分析儀固定連接，PMT、第一線性光電探測器件均與電信號采集裝置電連接。

圖1 PMT 校驗(yàn)裝置的光路簡化示意圖

2 研制思路

當(dāng)需要對化學(xué)發(fā)光免疫熒光進(jìn)行測量時(shí)（PMT 正常工作），參考光源不工作（處于熄滅狀態(tài)），被測樣品發(fā)出的光線Lt 經(jīng)過第一反射片折射后，得到的折射光Lr 由PMT 接收，Lt、Lr 構(gòu)成的光路即為第一光路。當(dāng)需要對PMT 進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，被測樣品不發(fā)出光線，此時(shí)參考光源工作。參考光源可采用光強(qiáng)可調(diào)的LED，通過對LED 的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對LED 光強(qiáng)的調(diào)節(jié)（LED 型號可為C4SMM-BJF）；參考光源也可由電信號采集裝置進(jìn)行控制，通過調(diào)整其輸出電壓，從而調(diào)整參考光源的輸出光強(qiáng)。第一線性光電探測器件為輸出電信號隨著輸入光強(qiáng)保持線性變化的光電探測器件[2]，可采用光敏二極管、光敏電阻、光電池中的一種。電信號采集裝置可采用單光子計(jì)數(shù)裝置，該計(jì)數(shù)裝置可通過射頻信號線與光敏二極管電路、PMT 電連接[3]，計(jì)數(shù)裝置中可包括控制器，而控制器可采用數(shù)字信號處理器（digital signal processing，DSP） （如TMS320F2812）、單片機(jī)或現(xiàn)場可編程門陣列（field-programmable gate array，F(xiàn)PGA）。分束單元將參考光源的出射光La 分成兩路出射光的子分束單元，出射光La 經(jīng)過第二反射片得到反射光La2、折射光La1，其中La2為子分束單元的一路出射光，入射到第一反射片得到的反射光La21為分束單元的一路出射光，且由PMT 接收；La1為子分束單元的另一路出射光，且由第一線性光電探測器件接收。第一反射片、第二反射片均為高透反射片，相互平行，第一光路與第一反射片所在平面的夾角為45°，起到分束鏡的作用。由于PMT 為高靈敏探測器，正常分束鏡分束后光強(qiáng)極高，PMT 飽和甚至損壞，因此，采用高透的可見鍍膜的窗口片，反射到PMT 方向的光源約為1%；由于參考光源與第二反射片之間或第二反射片與第一反射片之間設(shè)置有光強(qiáng)減弱結(jié)構(gòu)，即沿光線傳播方向依次設(shè)置有5個(gè)相互平行的安放衰減片的隔板（滿足不少于3個(gè)發(fā)光數(shù)量級的參考光源[4]），因此，可通過設(shè)置衰減片，使光源衰減后才可入射到PMT 中。PMT 校驗(yàn)裝置采用的是高透過鏡片，起到分束的作用，可保護(hù)PMT。可見光增透膜可在可見光波段內(nèi)增加光線的透過率，減少光學(xué)元件表面的反射[5]；可見光增反膜（為涂層，故結(jié)構(gòu)組成沒有體現(xiàn)）可在可見光波段內(nèi)增加光線的反射率，減少光學(xué)元件表面的透過；因此，可根據(jù)參考光源發(fā)光強(qiáng)度范圍及PMT接收光強(qiáng)范圍選擇具體的可見光增透膜或可見光增反膜。

PMT 校驗(yàn)裝置還包括驅(qū)動結(jié)構(gòu)、用于遮擋PMT 光線接收端的遮光板。其中，遮光板設(shè)置于PMT 與第一反射片之間，定義第一平面為遮光板所在平面，第一光路垂直于第一平面，驅(qū)動結(jié)構(gòu)帶動遮光板沿第一平面運(yùn)動，從而使遮光板遮擋或不遮擋PMT 光線接收端。驅(qū)動結(jié)構(gòu)采用快門舵機(jī)，遮光板采用遮板快門，由于PMT 是高靈敏光電元件，當(dāng)光強(qiáng)偏高時(shí)極易造成PMT 損壞，因此，通過裝置中由快門舵機(jī)構(gòu)成的快門在非檢測時(shí)間保持關(guān)閉，有效保護(hù)了PMT，而快門在PMT 工作時(shí)打開，進(jìn)行測試；此外，還可利用電信號采集裝置對驅(qū)動結(jié)構(gòu)和（或）參考光源的開啟或關(guān)閉、線性光電檢測器件的開或斷進(jìn)行控制。

3 數(shù)據(jù)驗(yàn)證

研究中，第一線性光電探測器件采用的是光敏二極管，如表1所示，先后將作為參考光源LED 的供電電壓調(diào)節(jié)為2.50、2.60、2.70、2.80、2.82 V，則光敏二極管、PMT 接收到的光強(qiáng)信號同時(shí)增加，光敏二極管數(shù)據(jù)與PMT 數(shù)據(jù)成線性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r＞0.999。一旦PMT 出現(xiàn)問題，相關(guān)系數(shù)r將下降，此時(shí)線性度測試失敗，需要更換PMT[6]。

表1 PMT 校驗(yàn)裝置的測試數(shù)據(jù)

4 小結(jié)

本研究為化學(xué)發(fā)光免疫分析儀上的PMT 增加了一套線性度驗(yàn)證裝置，該裝置不影響PMT 作為探測器件正常的檢測功能，可在儀器每次使用前對PMT 進(jìn)行線性度檢測，保證PMT 功能正常；此外，該裝置可監(jiān)控PMT 的工作狀態(tài)，在PMT 失效時(shí)給出警示，確保儀器正常運(yùn)行。