АВТОАНАЛИЗАТОРЫ

АВТОАНАЛИЗАТОРЫ — приборы и аппараты, используемые для автоматизации отдельных видов исследований в медицине и биологии.

Различают две группы А.: морфологические и биохимические. Морфологические А. предназначены для исследования концентрации, формы и структуры микрообъектов, биохимические А. — для биохимических исследований.

Морфологические автоанализаторы по принципу действия разделяют на кондуктометрические и оптические.

Кондуктометрический автоанализатор (кондуктометрические счетчики частиц) состоит из следующих основных узлов: датчика, гидравлической системы, усилителя, дискриминатора, счетчика и контролирующих устройств.

Диаметр микроотверстия датчика выбирают в зависимости от диаметра исследуемых частиц. Существуют датчики с микроотверстиями диаметром от 10 до 2000 мкм, что позволяет исследовать частицы размером от 0,3 до 800 мкм. Обычно используют датчики с микроотверстиями в рубиновой или сапфировой пластинке, вплавленной в стекло. Гидравлическая система предназначена для проведения исследуемой суспензии через микроотверстие датчика, для дозирования и удаления отработанной суспензии. Большинство серийных приборов имеет гидравлическую систему, состоящую из ртутного U-образного манометра, управляющего крана и внешнего источника разрежения. Величина разрежения обычно не превышает 160 мм рт. ст., средняя скорость движения частиц в микроотверстии составляет 0,5—5 м/сек, время подсчета — 20—40 сек., число частиц — от 5000 до 50000.

При помощи контролирующих устройств (осциллоскоп, микроскоп или микропроекционное устройство, звуковой сигнализатор) наблюдают за работой прибора. Осциллоскоп позволяет осуществлять контроль за работой датчика, гидравлической системы, усилителя и дискриминатора, микроскоп или микропроекционное устройство — за чистотой микроотверстия датчика, звуковой сигнализатор (регулярные щелчки) является дополнительным контролем.

В закрытую стеклянную пробирку, заполненную электролитом, через круглое микроотверстие при помощи разрежения из наружного стакана засасывается суспензия исследуемых частиц; от источника постоянного напряжения через сопротивление нагрузки, два электрода (один из к-рых находится в пробирке, другой — в стакане) и микроотверстие проходит электрический ток; каждая частица, проходя через микроотверстие, увеличивает сопротивление между электродами, ток уменьшается, в результате чего с сопротивления нагрузки снимается импульс напряжения, амплитуда к-рого пропорциональна объему частицы; поступающие с датчика импульсы усиливаются, сортируются дискриминатором (импульсы пропускаются на счетчик только в том случае, если их амплитуда превышает порог дискриминации) и подсчитываются счетчиком.

Кондуктометрические А. серийно выпускаются в ряде стран: в США, Англии и Франции (счетчик Коултера), Швеции (целлоскоп), ГДР (ЦГ), Венгрии (пикоскел), Японии (микроселлкаунтер) и др. В СССР выпускаются кондуктометрические счетчики типа ИКМ-1, ИКМ-2 и АСД-1 , разработанные в Ленинградском филиале Всесоюзного научно-исследовательского ин-та мед. приборостроения.

Кондуктометрические А. могут быть использованы для счета элементов крови — эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов, регистрации эритроцито-, лейкоцито- и тромбоцито-метрических кривых, определения гематокрита и среднего объема эритроцитов, комплексного исследования красной крови, определения средней осмотической резистентности эритроцитов, исследования механизма гемолиза, определения адгезивности и агрегации тромбоцитов, определения концентрации и размеров клеток костного мозга, количественного исследования гемагглютинации, определения продолжительности жизни эритроцитов перелитой крови методом дифференциальной агглютинации, количественного анализа цитотоксических антител, для определения уровня комплемента, исследования химеризма эритроцитов методом дифференциального гемолиза, исследования клеток в культурах тканей и органов, дифференциации клеток стромы и опухоли, определения концентрации и размеров сперматозоидов, анализа лекарств, онкологических диагностических исследований, выявления антиэритроцитных, антилейкоцитных и антитромбоцитных антител, исследования одноклеточных микроорганизмов (бактерий, простейших, грибов, водорослей), частиц жира и клеток в молоке и для других целей.

Для подсчета эритроцитов и лейкоцитов целесообразно использовать наиболее простые приборы: модель D счетчика Коултера, Целлоскоп-101 и 401, Пикоскел, ИКМ-1. В случае необходимости применяются более сложные приборы: модель Fn счетчика Коултера, ЦГ-2, ИКМ-2. Комплексный анализ красной и белой крови производится при помощи модели S счетчика Коултера.

При проведении научно-исследовательских работ могут быть использованы: модель В счетчика Коултера, Целлоскоп-302, АСД-1, а также установки с многоканальными амплитудными анализаторами.

Оптические автоанализаторы бывают двух типов — со сканированием и без сканирования.

Изображение микрообъектов при помощи сканирующего устройства (микроскоп, состоящий из оптической и телевизионной систем) преобразуется в электрические импульсы, последовательно поступающие на вход цифровой вычислительной машины. В зависимости от соотношения размеров сканирующего элемента и микрообъекта, приведенных к какой-либо одной плоскости сканирования, различают сканирование широкой строкой п узкой строкой.

Сканирование узкой строкой позволяет определять не только концентрацию и размеры частиц, по получать также информацию об их внутренней структуре. Для сканирования обычно применяется одна из трех телевизионных систем: с механической разверткой, с передающей трубкой, с трубкой «бегущего» луча.

Несколько модификаций оптических А. со сканированием серии АБ (анализатор биоструктур) создано в Ин-те биофизики АН СССР. На их основе разработана система МАГМО (машинного анализа геометрии мпкрообъектов). Система МАГМО состоит из трех частей: сканирующего оптического микроскопа СОМ-1, специализированной вычислительной машины АМ-1 и системы выдачи информации, включающей устройство для цифровой печати и индикатор на электроннолучевой трубке, на экране к-рой фиксируется кривая распределения микрообъектов по выбранному параметру.

Диапазон размеров исследуемых частиц составляет 1—100 мкм, их контрастность по отношению к фону должна составлять не менее 20%, средняя продолжительность анализа — 3 мин.

Оптические А. со сканированием используются для подсчета и определения размеров (диаметра или площади) эритроцитов, нервных, глиальных н дрожжевых клеток, колоний кишечной палочки, раковых клеток, клеток соединительной ткани и других микрообъектов.

В оптических А. без сканирования исследуемая суспензия пропускается через узкий стеклянный капилляр, находящийся в фокусе оптической системы. Каждая частица, проходящая по капилляру, модулирует световой поток, в результате чего на выходе фотоэлектронного умножителя появляется электрический импульс.

Импульсы усиливаются, сортируются дискриминатором и подсчитываются счетчиком. Оптические А. этого типа, выпускаемые рядом зарубежных фирм, применяются для подсчета эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов.

Биохимические автоанализаторы. Исследуемая проба поступает в загрузочное устройство А. (рис., 1), откуда подается к дозирующему аппарату (2),

При дозировании пробы должно быть сведено к минимуму влияние предыдущей пробы на последующую; чаще всего это делается путем промывки тракта дозирования либо специальным раствором детергента, либо реагентом. Затем проба последовательно движется в транспортирующем устройстве (3), где одновременно происходит ее термостатирование во встроенном термостате (4).

По мере продвижения пробы в транспортирующем устройстве происходит дозирование необходимых реагентов при помощи специальных дозаторов (5) и перемешивание их с пробой. Полученная реакционная смесь к концу термостатирования подготовлена к измерению. В зависимости от конструкции А. реакционная смесь фотометрируется либо непосредственно в самой пробирке транспортирующего устройства, либо подается в специальную проточную кювету измерителя. В первом случае эта пробирка может быть использована только один раз и в дальнейших операциях не участвует либо после мойки и сушки в специальном устройстве (11) она заполняется новой пробой. Во втором случае следует принять меры к уменьшению влияния предыдущей пробы на последующую.

Сигнал с выхода измерителя (6) поступает на регистрирующее устройство (7). В одних А. регистрация содержания исследуемого вещества осуществляется па ленте самописца в виде графика, в других — на ленте печатающего устройства: печатается код пробы (адрес) и выраженная в цифрах концентрация (активность) исследуемого вещества. В этом случае сигнал с измерителя преобразуется и масштабируется в функциональном и аналогоцифровом преобразователях (8) в цифровой код, соответствующий концентрации (активности) исследуемого раствора.

Считывание измерительной информации с аналогоцифрового преобразователя и адресной информации (номер пробы) с ее носителя (кода, зафиксированного на пробирке с пробой, на укомплектованной пробами кассете или на сопроводительной перфокарте) осуществляется устройством управления цифровой регистрацией (9). Синхронизация работы всех узлов блоков А. осуществляется устройством управления (10). Для управления работой больших быстродействующих А. и анализа полученной информации в ряде случаев используют цифровые вычислительные машины.

По числу одновременно выполняемых видов исследований биохимические А. делят на одпоканальные и многоканальные. Одноканальные А., как правило, могут перестраиваться с одного вида исследования на другой. Многоканальные А. устроены либо в виде моноблока с единой системой управления, либо на основе унифицированных одноканальных модулей путем их подсоединения к единой транспортной системе.

По способу проведения аналитического процесса биохимические А. делят на проточные и дискретные. В проточных А. подготовка реакционной смеси и проведение реакций (дозирование, перемешивание, транспортирование, термостатировапие, измерение) осуществляется в движущемся потоке проб, разделенных воздушными прослойками. Этот принцип положен в основу биохимического А. «Техникой». При необходимости отделения высокомолекулярных соединений к проточному А. подсоединяют диализирующее устройство, к-рое работает в едином цикле с А.

В дискретном А. подготовка реакционной смеси производится в отдельном для каждой пробы сосуде. Отделение высокомолекулярных соединений осуществляется в дискретных А., как правило, на центрифуге.

Первый советский биохимический дискретный автоанализатор АБМ-1, разработанный Ленинградским филиалом ВНИИМП, имеет следующие технические характеристики: дискретный, одноканальный с перенастройкой программы; производительность — 30, 60 и 120 проб в час; максимальное число дозаторов реагента — 5; объем дозы — 0,1—1 и 1—2,5; температура термостатирования — 37, 40, 60, 95°; колориметр спектральный импульсный, диапазон 400—700 нм; регистрация цифровая.

Технические характеристики нек-рых зарубежных А. представлены в таблице.

Технические характеристики некоторых зарубежных биохимических автоанализаторов
Название системы	Фирма, страна	Конструкция	Число каналов	Производительность (проб/час)	Объем пробы (в мл)	Объем реагента (в мл)	Температура термостатирования	Измеритель	Метод регистрации
Auto-Analyser Technicon	Technicon, США	Проточный	1	20; 40; 60	0,6;, 0,3; 0,2	-	95°; 37°	Колориметр (пламенный фотометр, флуориметр — дополнительно)	Графический
SMA 12/60	Technicon, США	Проточный	12	60	1,8	-	-	Колориметр 400 — 600 нм	Графический
Multichannel - 300	Vickers, Ltd. Англия	Дискретный	4; 6; 12	50÷300	5	0 - 4	-	Колориметр (пламенный фотометр — дополнительно)	Цифровой
Auto chemist	AGA Corp., Швеция, США	Дискретный	24	135	3÷8	0 - 5	20 - 50°	Колориметр	Цифровой
Mecolab I	Joyce Loebl and Co. Ltd	Дискретный	4	300	0,02 - 0,12	0 - 5	-	Колориметр (пламенный фотометр — дополнительно)	Цифровой
Система CAKAC	Beckman, Англия	Дискретный	10	165	0,025 - 0,1	0,025 - 5	37°; 95°	Спектрофотометр 205 — 770 нм (пламенный фотометр — дополнительно)	Цифровой
Baugruppe zur automatischen Analyse Тур 631	VEB-L, aborbau Dresden, ГДР	Проточный	1	40	0,1	-	20 - 95°	Колориметр 365 — 750 нм	Графический
BTL Analmatic	Analmatic, Англия	Дискретный	1	300	-	-	20 - 50°	Колориметр 400 — 700 нм (пламенный фотометр)	Цифровой
Bioanalyst	Griffin-EEL, Англия	Дискретный	1	120	0,01 - 0,3	0 - 2; 0 - 3	20 - 60°	Колориметр 340 — 700 нм (спектрофотометр — дополнительно)	Цифровой
Unicam AC Series Automatic Analytical Systems	PYE Unicam, Англия	Дискретный	1	120	0,01 - 0,3	0 - 2, 0 - 3	20 - 60°	Спектрофотометр 180 — 1000 нм	Графический
Clino-Mak Mark II	Poli-Mak, Италия	Дискретный	1	300	0,02 - 0,2	0 - 5	-	Спектрофотометр 400 — 700 нм	Графический и цифровой

Библиогр.: Быков Р. К. и Коркунов Ю. Ф. Телевидение в медицине и биологии, с. 129, Л., 1968, библиогр.: Иваницкий Г. Р., Литинская Л. Л. и Шихматова В. Л. Автоматический анализ микрообъектов, М.—Л., 1967, библиогр.; Рабинович Ф. М. Кондуктометрический метод дисперсионного анализа, Л., 1970, библиогр.; он же, Кондуктометрические счетчики частиц и их применение в медицине, М., 1972; Rose С. F. М. Use of automatic techniques in clinical chemistry, Lab. Pract., v. 18, p. 52, 1969.