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化学发光免疫分析仪器

2016.05.06 17:48

上世纪八十年代末,化学发光自显影技术的出现,逐步替代放射自显影,应用于免疫组化和原位杂交等分子病理学技术、DNA指纹图、酶切图谱等技术在临床诊断、法医物证、病原体分型等领域,尤其是化学发光技术在常规免疫分析(Immunoassay)领域内的应用,直接推动了临床实验室定量化和自动化检测技术的进步。

一、概述
上世纪八十年代末,化学发光自显影技术的出现,逐步替代放射自显影,应用于免疫组化和原位杂交等分子病理学技术、DNA指纹图、酶切图谱等技术在临床诊断、法医物证、病原体分型等领域,尤其是化学发光技术在常规免疫分析(Immunoassay)领域内的应用,直接推动了临床实验室定量化和自动化检测技术的进步。
上世纪九十年代,英国Amersham公司在全球率先开发化学发光自显影底物和标记技术,并在国际上首先推出第一款化学发光免疫分析仪器和相关试剂,被国内厂家引进并应用于临床。作为上述技术的核心,基于过氧化物酶的化学发光增敏剂的诞生起到了关键的作用,其中第一代增敏剂-对位取代酚类的发现者Larry J Kricka,英国剑桥大学和美国宾夕法尼亚大学教授,先后任美国临床化学学会(AACC)主席,国际生物和化学发光学会(ISBC)主席。其后美国密歇根大学等单位相继合成了基于碱性磷酸酶的发光底物AMPPD及其衍生物,从而与前述增敏剂共同奠定了酶促发光系统的技术基础。该底物系列分别被美国Lumigen公司和Tropix公司(后被ABI并购)迅速实现了商品化,引发了几年后化学发光免疫分析系统如雨后春笋般的诞生和广泛临床应用,国内外众多知名品牌的全自动化学发光免疫分析系统依然在使用该类发光底物。

根据美国病理专科医师学会(The College of American Pathologists,CAP) 的统计,目前全球有超过30家大型全自动化学发光免疫分析仪器的厂商,具有超过60个免疫自动化化学发光检测系统。该系统发展趋势为检验仪器的实验室集成化、系列化、智能化。检测试剂项目涵盖传染病、心脏标志物、肿瘤标志物、甲状腺功能、性腺激素、代谢物质、药物浓度、肝炎、先天性疾病、肝纤维化、优生优育、高血压、炎症和过敏原等系列百余种检测试剂。

20世纪60年代末,国内引入了免疫沉淀试验技术,开创了我国抗原抗体检测的先河。当时采用琼脂免疫扩散、对流免疫电泳、免疫放射电泳自显影等方法,其特异性和敏感性均较差。70年代初,采用间接免疫凝集试验技术,如间接血凝试验(IHO)、免疫粘连血凝试验(IAHA)、乳胶凝集试验等,使检测的敏感性和特异性有所提高,但仍然满足不了临床诊断和防治的需求。随着科技进步,免疫学检测发展迅速,尤以标记免疫分析最为显著,如酶联免疫技术、化学发光检测技术、时间分辨荧光免疫测定技术、荧光偏振免疫分析测定技术等。进入新的世纪,伴随着生物学及光机电相关技术应用的不断发展,全自动化学发光免疫分析检测系统不断普及和推广,大幅提高了检验结果的准确度,使得实验室标准化得以实现。
二、原理及分类

化学发光免疫分析检测系统的发展主要围绕在固相载体和发光体系两大核心技术的不断发展和完善:

①采用的固相载体有塑胶微粒、超顺磁微粒、弹性塑料管、塑料珠等,其中磁微粒具有包被量大,易于实现自动化的优势。转盘式化学发光免疫分析仪主要采用微米级超顺磁微粒作为固相载体,通过化学键直接将生物活性物质连接在磁微粒表面;或者采用链霉素-生物素、荧光素-荧光素抗体体系连接生物活性物质。

②采用的化学发光体系有酶促化学发光、直接化学发光、电化学发光三种,化学发光分类及代表性厂家详见表1。其中酶促化学发光分为辣根酶体系和碱磷酶体系,直接化学发光法主要有吖啶酯、异鲁米诺发光体系。

类型

原理

底物试剂

代表厂家

酶促化学发光免疫分析(CLEIA)

在酶免疫分析完成后加入底物

鲁米诺系统

Autobio,Ortho



AMPPD系统

Beckman

直接化学发光免疫分析(CLIA)

化学发光物质直接标记抗原(体)

吖啶酯

Abbott,Siemens



异鲁米诺

DiaSorin

电化学发光免疫分析(ELCIA)

电致化学发光与电化学手段相结合

三联吡啶钌三丙氨系统

Roche

三、国内外化学发光免疫分析仪器和试剂
化学发光免疫分析技术兴起于20世纪80年代,目前在欧美等发达国家已经成为了临床实验室广泛使用的常规检测技术。近些年,我国化学发光免疫分析技术处于快速发展阶段,市场上应用的化学发光检测产品大部分为进口产品。
1.国内化学发光免疫分析仪器和试剂

1.1微孔板式化学发光仪器及试剂

1.1.1北京引航医学生物技术研究所

      1996年,北大人民医院杨晓林教授创立的北京引航医学生物技术研究所,在国内率先进行化学发光底物、半自动仪器和试剂的研究,于同年获得半自动化学发光仪注册证,建立了微孔板化学发光分析系统。

1.1.3石家庄华洋分析仪器有限公司

      1998年,郝书顺创立了石家庄华洋分析仪器有限公司,于当年取得半自动化学发光仪注册证,并生产和销售微孔板式化学发光仪器。

1.1.5北京源德生物医学工程有限公司

      2001年,吴晓东创立了北京源德生物医学工程有限公司,2004年向市场推出了微孔板式化学发光免疫分析系统及试剂,拥有检验设备及试剂的研发和生产,2003年,SARS爆发,获得了首个SARS检测试剂文号。

1.1.7北京量质科技有限公司


2006年,赵作勇创立了北京量质科技有限公司,进行微孔板式发光仪的研发和生产。

另外其它化学发光仪器和(或)试剂生产厂家如中生北控、北方所、北京科卫、厦门波生、福建洪诚、潍坊康华、广州虹业等涉及部分微孔板式化学发光试剂的研发和生产;北京滨松、烟台艾德康、深圳爱康、重庆科斯迈生物技术有限公司涉及微孔板化学发光仪器的研发和生产。

1.2磁微粒化学发光免疫分析仪器及试剂

1.2.1郑州安图生物工程股份有限公司

郑州安图生物工程股份有限公司成立于1998年,创始人苗拥军,2011年3月推出中国第一台对单个反应杯进行管理的全自动化学发光免疫分析仪及配套试剂。现有仪器产品A2000,试剂品种涵盖肝炎、传染病、优生优育、性激素、甲状腺功能、肿瘤标志物、心脏标志物、高血压、肝纤维化、生长激素、糖尿病、炎症、结核、骨代谢、产前筛查、贫血、自免肝等系列项目,其中乙肝五项定量、戊肝IgG和IgM、含直接肾素测定的高血压五项等系列项目是中国首家推出并成功应用的产品。

1.2.2深圳市新产业生物医学工程股份有限公司

1995年,饶微创立了深圳市新产业生物医学工程股份有限公司,2010年11月推出中国第一台基于六孔反应条进行管理的全自动化学发光免疫分析仪及配套试剂。现有仪器产品Maglumi1000、Maglumi2000、Maglumi2000PLUS,试剂品种涵盖性激素、甲状腺功能、肿瘤标志物、心血管及心肌标志物、传染病、炎症、药物监测、产前筛查、优生优育、贫血、代谢等项目。

1.2.3威海威高生物科技有限公司

2005年,陈学利创立了威海威高生物科技有限公司,2011年4月推出转盘式全自动化学发光AutolumiS3000仪器及传染病试剂等。

1.2.4四川迈克生物科技股份有限公司

1994年,唐勇创立了四川迈克生物科技股份有限公司,2011年10月推出磁微粒全自动化学发光IS1200仪器及试剂。

1.2.5北京利德曼生化股份有限公司

1997年,沈广仟创立了北京利德曼生化股份有限公司,2012年10月推出磁微粒全自动化学发光CI1000仪器及配套试剂。

1.2.6苏州达成生物科技(苏州)有限公司

2011年,刘劲创立了苏州达成生物科技(苏州)有限公司,2012年10月推出磁微粒全自动化学发光Aulia200仪器及试剂。

1.2.7深圳迈瑞生物科技股份有限公司

1991年,孙国华创立了深圳迈瑞生物科技股份有限公司,2013年7月推出磁微粒全自动化学发光CL-2000i仪器及试剂。

1.2.8苏州长光华医生物医学工程有限公司

2011年,董建华创立了苏州长光华医生物医学工程有限公司,2014年4月推出磁微粒全自动化学发光AE240仪器及配套试剂。
2.国外主流化学发光仪器和试剂现状分析

2.1雅培诊断

     雅培诊断(Abbott Diagnostics) Architect新一代免疫发光检测系统采用吖啶酯标记与磁微粒技术,单机检测速度为200测试/小时。化学发光免疫诊断试剂品种涵盖肿瘤标志物、心脏标志物、肝炎、传染病、代谢、药物监测、性激素、甲状腺功能、优生优育等项目。

2.2贝克曼

     贝克曼(Beckman Coulter)系统作为中国市场免疫诊断系统主要供应商之一, Access/Access2免疫诊断系统于2001年面世。该系统采用磁微粒与AMPPD技术,测试速度100测试/小时。UniCel DxI 800系统整合了4套Access 2进样系统,单机测试速度为400测试/小时。化学发光免疫诊断试剂品种涵盖肿瘤标志物、心脏标志物、性激素、甲状腺功能、贫血、肾上腺、过敏原、产前筛查等项目。

2.3罗氏诊断

    罗氏诊断( Roche Diagnostics)免疫分析是电化学发光技术持有者,罗氏诊断Elecsys 2010在1996年面世,整合电化学发光技术、磁微粒技术、链霉素-生物素技术,检测速度70测试/小时。2006年,推出了cobas e601电化学发光免疫分析模块。电化学发光免疫诊断试剂品种涵盖肿瘤标志物、心脏标志物、肝炎、传染病、骨质疏松、性激素、甲状腺功能、贫血等项目。

2.4 西门子诊断

     西门子诊断( Siemens Healthcare Diagnostics)是免疫分析自动化的后起之秀,2007年1月1日,拜耳医药保健集团诊断部与西门子公司于2006年7月收购的DPC(美国诊断试剂公司)被合并为一个独立的业务部门,在全球免疫诊断试剂市场居第二位。ADVIA Centaur CP Immunoassay System/2005,ADVIA Centaur XP/2006 属于拜耳医药的两款结构不同的仪器,均采用吖啶酯技术和磁微粒技术,ADVIA Centaur CP 测试速度180测试/小时;ADVIA Centaur XP测试速度240测试/小时。1998年,DPC推出的IMMULITE 2000, 2004推出IMMULITE 2500 SMS。化学发光免疫诊断试剂品种涵盖性激素、甲状腺功能、肿瘤标志物、心脏标志物、感染性疾病、骨代谢、贫血、过敏原、药物浓度、细胞因子等项目。

四、前景展望

近年来,化学发光免疫分析方法及应用研究发展异常迅速,并以其独特的优势在生命科学、医学诊断、食品安全、环境监测等方面得到了广泛应用,特别是磁性微粒子的免疫分离技术、金纳米粒子的催化功能以及化学发光共振能量转移在CLIA方法中的应用。但是,CLIA在实际应用中仍然存在不足,例如仪器体积过大,实际样品基质的干扰,小分子检测重复性较差等。为了使CLIA得到更加广泛的应用,未来研究的主要方向应集中在以下几个方面:

(1)分析仪器的大通量化与流水线化;

(2)降低仪器成本,使仪器微型化、便携化;

(3)强化对检测样本基质的处理,减少非特异性吸附,提高检测的稳定性;

(4)在高通量研究方面,完善多通道、多组分CLIA检测技术,提高检测效率;

(5)发展CLIA的联用技术,扩大应用范围。

全自动化学发光仪器和试剂是临床免疫学检测领域未来发展的必然趋势,国外生产商已做得相对成熟,国内生产商的道路虽然曲折但充满光明和希望。随着科学技术的发展及国内科研工作者的不懈努力,国产免疫自动化仪器和试剂将会更加稳定和可靠,化学发光免疫分析技术将会得到更快速的发展和更广泛的应用。(作者:中国体外诊断网、郑州安图生物工程股份有限公司董事长兼总经理:苗拥军

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