TÌM HIỂU TÍNH NĂNG KỸ THUẬT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG MÁY XÉT NGHIỆM SINH HÓA ADVIA 1650

Nhiệm vụ và nội dung: Nhiệm vụ: Nắm vững nguyên lý hoạt động, hệ thống cấu tạo thiết bị, chế độ vận hành, trên cơ sở đó có thể lắp ráp, bảo trì và sữa chữa hệ thống máy xét nghiệm sinh h

TÌM HIỂU TÍNH NĂNG KỸ THUẬT

& KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG

MÁY XÉT NGHIỆM SINH HÓA ADVIA 1650

GVHD : TS TRẦN BÍCH LAM

SVTH : LÊ ĐÌNH CÔNG MSSV : K0200254

i

TP HCM, Tháng 01/2007

TRƯỜNG ĐHBK TP HCM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

- -

Tp Hồ Chí Minh, ngày… Tháng… Năm 2006

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên: LÊ ĐÌNH CÔNG MSSV:K0200254

Ngành: Vật Lý Kỹ Thuật Y Sinh

Khóa: 2002 - 2007

1 Tên luận văn:

“Tìm hiểu tính năng kỹ thuật và khả năng ứng dụng của hệ thống máy xét nghiệm

sinh hóa ADVIA 1650”

2 Nhiệm vụ và nội dung:

Nhiệm vụ: Nắm vững nguyên lý hoạt động, hệ thống cấu tạo thiết bị, chế độ vận

hành, trên cơ sở đó có thể lắp ráp, bảo trì và sữa chữa hệ thống máy xét nghiệm

sinh hóa ADVIA 1650

Nội dung:

1- Các phương pháp xác định nồng độ của thiết bị

2- Cấu tạo của hệ thống thiết bị

3 Ngày giao nhiệm vụ:

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

5 Họ và tên cán bộ hướng dẫn: TS TRẦN BÍCH LAM

Ngày 20 tháng 10 năm 2006

Cán bộ hướng dẫn Chủ nhiệm Bộ môn Chủ nhiệm khoa

LỜI CẢM ƠN

Để thực hiện được đề tài này, Tôi đã nhận được sự giúp đỡ huớng dẫn về chuyên môn cũng như sự hổ trợ về mọi mặt của các quý thầy cô, của trung tâm chẩn đoán MEDIC, bạn bè và gia đình Tự đáy lòng mình, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với:

Thầy Nguyễn Thanh Tòng, đã tạo cho Tôi

có cơ hội tiếp xúc và thực tập trên hệ thống máy xét nghiệm sinh hóa ADVIA 1650

TS Trần Bích Lam, đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và cố vấn về chuyên môn cũng như hoàn thiện nội dung, hình thức của luận văn này

Anh Nguyễn Tấn Dũng, đã tận tình hướng dẫn tôi tìm hiểu về hệ thống trong suốt quá trình thực tập cũng như quá trình làm luận văn

Tập thể lớp KU02VBLY, đã cùng chia sẽ những khó khăn và giúp đỡ nhiệt tình trong thời gian qua

Cảm ơn gia đình, là chỗ dựa tinh thần và vật chất, đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và thực hiện luận

văn

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Công việc chẩn đoán là một trong những khâu đặc biệt quan trọng để phát hiện bệnh và giúp cho quá trình điều trị bệnh nhân Tuy nhiên, hiện nay số lượng bệnh nhân đông, tập trung ở các bệnh viện và các trung tâm chẩn đoán, đã thường

xuyên gây ra tình trạng quá tải dẫn đến việc chẩn đoán bị chậm trễ Điều này đã làm ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến việc điều trị của bệnh nhân và có thể gây ra hậu quả xấu

Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao để thực hiện quá trình chẩn đoán thật nhanh và chính xác, giúp cho quá trình điều trị đạt được hiệu quả cao Đề tài này nhằm giới thiệu về một hệ thống thiết bị xét nghiệm sinh hóa mới, hiện đang được sử dụng tại trung tâm Medic, đó là Hệ thống xét nghiệm sinh hóa ADVIA 1650

Hệ thống xét nghiệm sinh hóa ADVIA 1650 là một hệ thống xét nghiệm hiện đại, với độ chính xác cao, tốc độ phân tích nhanh (1650 Test/giờ) dùng để phân tích mẩu máu hoặc nước tiểu

Với nhiệm vụ đề tài là: Nắm vững nguyên lý hoạt động, hệ thống cấu tạo thiết bị, chế độ vận hành, trên cơ sở đó có thể lắp ráp, bảo trì và sữa chữa hệ thống máy xét nghiệm sinh hóa ADVIA 1650

Luận văn sẽ gồm có các nội dung sau:

1- Các phương pháp xác định nồng độ của thiết bị

2- Cấu tạo của hệ thống thiết bị

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CỦA HỆ THỐNG 4

2.1 Giới thiệu các phương pháp phân tích xác định nồng độ 4

2.2.2 Mối quan hệ giữa nồng độ với Asorbance và Transmittance 4

2.2.3 Tách ánh sáng đơn sắc từ nguồn sáng nhiều thành phần 6

2.4.6 Ứng dụng phương pháp thống kê xây dựng đường chuẩn… 17

CHƯƠNG 3 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG THIẾT BỊ 20

3.1.9 Reaction Mixer 2 (MIXR2) & Reaction Mixer 1 (MIXR1) 25

3.1.10 Reagent Probe 2 (RPP2) & Reagent Probe 1 (RPP1) 26

3.1.11 Reagent Tray 2 (RTT2) & Reagent Tray 1 (RTT1) 26

3.4.2 Vị trí của dung dịch Reference ISE 33

3.4.4 Các bộ phận của bơm đệm 34

CHUƠNG 4 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG & VẬN HÀNH 38

4.2 Nguyên tắc hoạt động đối với phép phân tích đo Absorbance 38

4.3 Nguyên tắc hoạt động đối với phân tích sử dụng điện cực chọn lọc 39

4.4.1 Quá trình định chuẩn cho ISE 41

4.4.2 Quá trình định chuẩn đối với hệ thống phân tích 41

4.6.2 Kiểm tra các thành phần phân tích 47

4.6.4 Thực hiện Starup wash (Wash 3) 54

4.6.5 Quá trình xử lý mẩu 55

CHƯƠNG 5 BẢO TRÌ THIẾT BỊ 61

5.2 Các bộ phận thay thế dành cho khách hàng sử dụng thiết bị 62

5.3 Bảo trì đối với hệ thống phân tích 64

5.4.1 Bổ sung Reaction bath oil bottle 74

5.4.2 Bản sao dự phòng của System parameter 74

5.4.3 Thay thế các probe không còn hoạt động tốt 74

CHƯƠNG 6 KHAI THÁC SỬ DỤNG TRONG XÉT NGHIỆM 86

6.2 Số lượng Test xét nghiệm có thể cài đặt trên hệ thống ADVIA 1650 88

Danh sách các từ viết tắt

STT Từ viết tắt Giải thích

1 CDEV1 Reaction tray wash unit drain valve 1

2 CDEV2 Reaction tray wash unit drain valve 2

3 CDEV3 Reaction tray wash unit drain valve 3

4 CDP-1 Drain pump 1

5 CDP-2 Drain pump 2

6 CTT Calibrator / control sample tray (inner tray)

7 CV Coefficient of variation

8 CWEV Reaction tray wash unit drain valve

9 DCEV Cuvette conditioner valve

10 DCP Dilution probe wash pump

11 DIP Dilution probe aspiration pump

12 DMEV Dilution mixer wash valve

13 DMIX Dilution tray mixer

14 DMUD Dilution mixer (up and down)

15 DOP Dilution probe discharge pump

16 DPEV1 Dilution probe valve 1

17 DPEV2 Dilution wash cup valve 2

18 DPEV3 Dilution wash cup valve 3

19 DPPLR Sample-dilution probe (rotating left and right)

20 DPPUD Sample-dilution probe (up and down)

21 DTEV1 Reaction tray detergent valve 1

22 DTEV2 Dilution wash cup valve 2

23 DTP1 Reaction tray wash pump 1

24 DTP2 Reaction tray wash pump 2

25 DTT Dilution tray

26 DWEV1 Dilution wash valve 1

27 DWEV2 Dilution wash valve 2

28 DWP1 Dilution-cuvette wash pump 1

29 DWP2 Dilution-cuvette wash pump 2

30 DWUD Dilution tray wash unit

33 LAS Laboratory automation system

33 Mark A result flag

34 MCR Electrolyte analyzer (ISE) mixer

35 MIX-1 Mixer 1

37 MLR-1 Mixer 1 (rotating)

38 MLR-2 Mixer 2 (rotating)

39 MUD-1 Mixer 1 (up and down)

40 MUD-2 Mixer 2 (up and down)

41 MWEV1 Reaction tray mixer wash valve 1

42 MWEV2 Reaction tray mixer wash valve 2

43 RBC-1 Barcode reader for reagent tray 1

44 RBC-2 Barcode reader for reagent tray 2

45 RP1 Reagent dispensing pump 1

46 RP2 Reagent dispensing pump 2

47 RPEV1-1 Reagent probe 1 valve 1

48 RPEV1-2 Reagent probe 2 valve 1

49 RPEV2-1 Reagent wash cup 1 valve 2

50 RPEV2-2 Reagent wash cup 2 valve 2

51 RPPLR-1 Reagent probe 1 (up and down)

52 RPPLR-2 Reagent probe 2 (up and down)

53 RPPUD-1 Reagent probe 1 (up and down)

54 RPPUD-2 Reagent probe 2 (up and down)

60 Sample Idee Sample Identification Number

61 SBC Sample barcode reader

62 SCP Sampling probe wash pump

63 SP Sample aspiration/dispense pump

64 SPEV1 Sample probe valve 1

65 SPEV2 Sample probe valve 2

66 SPPLR Sample probe (rotating)

67 SPPUD Sample probe (up and down)

68 STT Sample tray

69 VDEV1 Drain valve 1

70 VDEV2 Drain valve 2

71 VIEV1 Drain valve 1

72 VIEV2 Drain valve 2

73 VIEV3 Drain valve 3

74 VOEV1 Vacuum valve 1

75 VOEV2 Vacuum valve 2

77 WCV Switching valve

78 WEV Water supply tank valve

79 WP1 Reaction tray wash pump 1

80 WP2 Reaction tray wash pump 2

81 WP3 Reaction tray wash pump 3

82 WUD Reaction tray wash unit

CHƯƠNG 1 NGUYÊN LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP

QUANG PHỔ HẤP THỤ

1.1 Giới thiệu về ánh sáng trong môi trường [1, 7]

Khi một chùm sáng truyền qua một môi trường vật chất như chất rắn, chất

lỏng hoặc khí, nó bị ảnh hưởng theo 2 cách chính: là cường độ ánh sáng giảm

và vận tốc truyền trong môi trường nhỏ hơn trong chân không Cường độ

sáng giảm chủ yếu do ánh sáng bị hấp thụ và trong một số trường hợp còn do

hiện tượng tán xạ ánh sáng Ảnh hưởng của môi trường đến vận tốc truyền

quang được thể hiện ở hiện tượng tán sắc

1.2 SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG

1.2.1 Hiện tượng hấp thụ ánh sáng [1, 8]

Chiếu một chùm sáng đơn sắc song song có cường độ Io vuông gốc vào

một lớp môi trường có độ dày L nếu bỏ qua hiện tượng mất ánh sáng do

phản xạ và tán xạ mà cường độ I của ánh sáng ra khỏi môi trường bị giảm

đi ( tức là I<Io) thì còn có sự hấp thụ ánh sáng bởi môi trường hiện tượng

hấp thụ ánh sáng có thể được giải thích theo thuyết cổ điển và thuyết lượng

tử

1.2.2 Giải thích theo quan niệm cổ điển [8]

Sự hấp thụ ánh sáng là kết quả của sự tương tác của sóng điện từ (sóng ánh

sáng) với vật chất Dưới tác dụng điện trường của sóng ánh sáng có tần số υ

với các electron của nguyên tử và phân tử dịch chuyển đối với hạt nhân tích

điện dương và thực hiện dao động điều hòa với tần số υ Electron dao động

trở thành nguồn phát sóng thứ cấp Do sự giao thoa của sóng tới và sóng thứ

cấp mà trong môi trường xuất hiện sóng có biên độ khác với biên độ của sóng

tới Do đó, cường độ của ánh sáng sau khi qua môi trường cũng thay đổi:

không phải toàn bộ năng lượng bị hấp thụ bởi các nguyên tử và phân tử được

giải phóng dưới dạng bức xạ mà có sự hao hụt do sự hấp thụ ánh sáng Năng

lượng bị hấp thụ có thể chuyển thành các dạng năng lượng khác, ví dụ năng

lượng nhiệt, khi đó vật sẽ bị nóng lên

1.2.3 Ðịnh luật Beer-Lambert về sự hấp thụ ánh sáng [1, 3, 7, 8]

Giả sử môt chùm tia sáng đơn sắc song song có cường độ Io rọi vuông góc

vào môi trường đồng tính có chiều dày L được giới hạn bởi hai mặt song

song Do có sự hấp thụ mà cường độ ánh sáng ra khỏi môi trường là I<Io

Chia mẩu vật thành vô số các lớp mỏng có độ dày dx, chọn phương x là

phương truyền của chùm tia sáng còn gốc tọa độ O nằm ở mặt trước của môi

trường mà ánh sáng đi qua

độ giảm cường độ dI trong lớp mỏng có độ dày dx của chất hấp thụ tỉ lệ với

độ dày dx và với cường độ của ánh sáng tới ta có:

dI = − α I dx (1.1)

Dấu trừ chỉ sử giảm cường độ khi ánh sáng đi qua môi trường, α là hệ số suy

giảm để tính cường độ I của ánh sáng khi đi qua môi trường chất, ta lấy tích

phân biểu thức (1) từ x=0 đến x=L như sau:

L o

I

dx I

dI

o

0

ln

ln

α

α α

Ở đây α là hệ số suy giảm, đặc trưng cho độ giảm của cường độ ánh sáng khi

đi qua môi trường, được gọi là hệ số hấp thụ của môi trường Nó không phụ

thuộc vào cường độ của ánh sáng mà phụ thuộc vào bản chất của vật chất

Như vậy, cường độ ánh sáng truyền qua môi trường hấp thụ giảm theo hàm số

mũ

1.2.4 Hệ số hấp thụ

Hệ số hấp thụ α phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng vì thế ta nói sự hấp thụ có

tính chọn lọc với chất có α ít thay đổi theo bước sóng ta nói chất đó hấp thụ

không chọn lọc Trong thực tế hầu hết các chất đều hấp thụ chọn lọc riêng

đối với các chất khí loãng, hệ số hấp thụ đối với hầu hết các bước sóng gần

bằng không chỉ trừ một vài miền quang phổ rất hẹp (độ rộng vài trăm Ao)

Quan sát hình 1.2 ta thấy có các vạch hấp thụ rất mạnh Các cực đại ứng với

tần số cộng hưởng của electron trong nguyên tử Ðối với các khí đa nguyên

tử, ta quan sát được các vạch hấp thụ nằm sát nhau tạo thành dãy hấp thụ Cấu

trúc của những dãy hấp thụ phụ thuộc vào thành phần và cấu tạo của các phân

tử Vì thế nghiên cứu quang phổ hấp thụ ta có thể biết cấu tạo phân tử Ðó là

nội dung của phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ Các chất rắn, lỏng và

khí ở áp suất cao cho ta các đám hấp thụ rất rộng (hình 1.3)

Khi tăng áp suất của chất khí, các vạch hấp thụ rộng ra và khi áp suất rất cao

thì phổ hấp thụ của chất khí rất giống với phổ hấp thụ của nó ở trạng thái

lỏng Ðiều đó cho thấy sự mở rộng các vạch quang phổ là biểu hiện của sự

tương tác giữa các phân tử

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CỦA HỆ

THỐNG XÉT NGHIỆM SINH HÓA ADVIA 1650

2.1 Giới thiệu các phương pháp phân tích xác định nồng độ [1, 7]

2.1.1 Quang: đo độ hấp thụ (hay còn gọi là đo màu), quang phổ tử ngoại

khả kiến, quang phổ hấp thụ nguyên tử, quang phổ phát xạ nguyên

tử, quang phổ huỳnh quang, phổ tia X…

2.1.2 Sắc ký: sắc ký bản mỏng, sắc ký lỏng cao áp, sắc ký khí, sắc ký trao

đổi ion, sắc ký điện di mao quản, sắc ký ghép khối phổ LC-MS,

GC-MS

2.1.3 Điện hóa: đo thế, chuẩn độ điện thế, điện cực chọn lọc ion, các kỹ

thuật đo dựa trên quan hệ đường dòng-thế (volt-Ampe)

Tuy nhiên trong luận văn này, liên quan đến hệ thống thiết bị, ta

chỉ xét 2 phương pháp xác định nồng độ đó là phương pháp đo độ

hấp thụ và phương pháp sử dụng điện cực chọn lọc ion

2.2 Xác định nồng độ dựa vào máy Spectrophotometer

2.2.1 Giới thiệu

Spectrophotometer là một thiết bị được sử dụng để đo cường độ ánh sáng

có thể đi qua một dung dịch do vậy ta có thể sử dụng nó để đo nồng độ

của một chất trong dung dịch bằng cách sử dụng định luật Beer-Lambert:

nồng độ của một chất trong dung dịch tỉ lệ với cường độ ánh sáng được

hấp thụ bởi dung dịch và tỉ lệ nghịch logarithm của hệ số truyền qua bởi

( ) ( )

Factor T

C

Factor A

kL

A C

T kCL

A

T kCL

T I

I I

1 log

1 log

10 10

0 0

(2.1)

Ở đây:

- Io = cường độ của ánh sáng tới

- I = cường độ của ánh sáng sau khi qua dung dịch

- k = hệ số suy giảm (constant)

- C = nồng độ của dung dịch

- L= bề dày của dung dịch mà ánh sáng đơn sắc truyền qua

- T=I/I0 hệ số truyền qua hoặc T=100*I/I0(%)

- A= Absorbance

Phường trình biểu diễn mối liên hệ giữa nồng độ và độ hấp thụ có

dạng tuyến tính: C = A×Factor

Hình 2.2: Biểu diễn mối liên hệ giữa nồng độ và độ hấp thu A

Phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa nồng độ và độ truyền qua

có dạng sau: C =Factor×log( )1T

Hình 2.3: Biểu diễn mối liên hệ giữa nồng độ và % độ truyền suốt T

2.2.3 Tách ánh sáng đơn sắc từ nguồn ánh sáng nhiều thành phần

Định luật Beer-Lambert chỉ nói nếu ánh sáng tới là đơn sắc , còn ánh sáng

nhiều thành phần thì nó bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc ví dụ như ánh

sáng trắng là chùm sáng gồm nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau có bước

sóng từ 380nm đến 750nm, mắt của chúng ta và não nhận biết được các

bước sóng khác nhau như các màu khác nhau Một vài bước sóng nằm gần

nhau và màu của nó sẽ thấy được như sau:

Bảng 2.1: Dãy sóng ánh sáng nhìn thấy

400-435 nm Violet 480-580 nm Green 595-610 nm Orange

435-480 nm Blue 580-595 nm Yellow 610-750 nm Red

Hình 2.4: Phổ ánh sáng nhìn thấy

Bảng 2.2: Một số dãy bức xạ được sử dụng trong chẩn đoán và điều trị

Kiểu bức xạ Dãy tần số (Hz) Dãy bước sóng Kiểu lan truyền

gamma-rays 1020-1024 <1 pm Nuclear

X-rays 1017-1020 1 nm-1 pm inner electron

ultraviolet 1015-1017 400 nm-1 nm outer electron

visible 4-7.5x1014 750 nm-400 nm outer electron

near-infrared 1x1014-4x1014 2.5 µm-750 nm outer electron molecular vibrations infrared 1013-1014 25 µm-2.5 µm molecular vibrations

microwaves 3x1011-1013 1 mm-25 µm molecular rotations, electron spin flips radio waves <3x1011 >1 mm nuclear spin flips

Ta thường sử dụng ánh sáng có bước sóng từ vùng tử ngoại cho đến một

phần vùng hồng ngoại (200nm đến 1100nm) để xác định Absorbance của

dung dịch cần đo nồng độ

Spectrophotometer có thể tán sắc nhiều thành phần thành các bước sóng

khác nhau bởi lăng kính thiết bị có thể chọn tia tới có bước sóng xác định

bằng cách quay lăng kính Ánh sáng đi vào cuvette chứa đựng dung dịch

cần đo và một phần bị hấp thụ bởi chất ở trong dung dịch (đó là chất hóa

học có khả năng hấp thụ ánh sáng) tại bước sóng xác định Phần Ánh sáng

đơn sắc sẽ truyền qua và đập vào tế bào quang điện ở phía bên kia của

cuvette và phát sinh ra dòng điện lúc đó tín hiệu điện sẽ được đo (từ tín

hiệu quang chuyển thành tín hiệu điện), Spectrophotometer có thể đọc

được độ truyền suốt (T) hoặc absorbance (ABS) trực tiếp trên thiết bị đo

2.2.4 Cách xác định nồng độ [7]

Absorbance của một dung dịch chưa biết sẽ tỷ lệ với nồng độ, vì vậy

chúng ta dễ dàng xác định nồng độ của dung dịch đo bằng phương pháp so

sánh absorbance với absorbance của dung dịch chuẩn đã biết nồng độ

Do vậy nồng độ cần tìm sẽ là:

)()

(

know Absorbance

unknow ion

Concentrat = Concentrat ion(know)×Absorbance(unknow)

(2.2)

Đường cong chuẩn sẽ biểu diễn mối quan hệ giữa absorbance và

concentration, có thể pha chế nhiều chất chuẩn và đo tại mỗi bước sóng

đặc trưng Từ các đường chuẩn và độ hấp thu của mẫu tại các bước sóng

đó, ta có thể xác định nồng độ của các cấu tử có trong dung dịch

Ví dụ đường cong chuẩn sử dụng Methylene Blue hòa tan trong nước: pha

loãng dung dịch methylene blue từ dung dịch gốc có nồng độ xác định,

mỗi mẩu chuẩn có độ pha loãng khác nhau được đưa vào

spectrophotometer, đo độ hấp thu tại bước sóng 490nm

Bảng dữ liệu:

Bảng 2.4: Số liệu Absorbance đạt được khi đo tại bước sóng 490nm

[Methylene Blue] (g/L) AbS490nm

Sau khi đã xây dựng xong đường cong chuẩn, để xác định nồng độ

Methylene blue trong một mẫu bất kỳ ta chỉ cần đo absorbance của dung

dịch Giả sử absorbance của dung dịch Methylene Blue đo được là 0.72 thì

từ đồ thị đường cong chuẩn ta có thể dễ dàng xác định được nồng độ của

dung dịch Methylene là 9g/L

2.3 Xác định nồng độ dựa vào điện cực chọn lọc ion (ISE) [1, 2, 5, 6]

2.3.1 Giới thiệu

Biosensor là một cảm biến tạo ra một tín hiệu điện tưng ứng với nồng độ

của các chất hóa sinh mà ta phân tích Những Biosensors này được sử

dụng đo nồng độ của dung dịch dựa trên các nguyên tắc vật lý để hoạt

động

Cơ thể được cấu tạo bởi nhiều tế bào sống, những tế bào này cơ bản giống

như là một nhà máy hóa chất đưa vào là chất dinh dưỡng đã được chuyển

hóa và đưa ra là các chất thải, các tế bào xây dựng nên một hệ thống cơ

quan trong cơ thể Các chức năng và trạng thái của một hệ thống cơ quan

được xác định bởi việc đo đạc các thông số hóa chất đầu vào và đầu ra của

tế bào Các xét nghiệm (Test) tại bệnh viện hoặc phòng mạch nhằm phân

tích các thành phần hóa học bình thường hay không bình thường có trong

cơ thể

Từ máu ta có thể xác định được các thông số như: pH, PO2, PCO2,

hematocrit, hemoglobin tổng cộng, O2 bão hòa, chất điện phân bao gồm

các ion: Na, K, Ca, và Cl; Các chất dạng chuyển hóa bao gồm: glucose,

lactate, creatinine, urea, và uric acid …

Vấn đề là kết quả phân tích bị biến đổi do sự chậm trễ của quá trình xét

nghiệm phụ thuộc vào phương pháp và thiết bị phân tích Một điều trở ngại

nữa là một vài trung tâm xét nghiệm phân tích các mẩu bệnh phẩm đã

không kiểm tra và sử dụng các điện cực bị lỗi làm cho việc phân tích

không còn chính xác nữa do vậy quá trình điều trị sẽ gặp nhiều trở ngại mà

người bị thiệt thòi nhất đó chính là bệnh nhân

Hóa chất Đơn vị Nồng độ bình thường

Thận và khoáng chất

Sodium (Natrium) mmol/L 136 - 145

Potassium (Kalium) mmol/L 3,5 - 5,5

Uric acid mmol/L 0,12 - 0,40

Calcium, toàn phần mmol/L 2,10 - 2,60

Cholesterol mmol/L Rec < 5,5

HDL-Cholesterol mmol/L 0,9 - 2,4

LDL-Cholesterol mmol/L < 3,5

2.3.2 Phương pháp đo

Cả hai phương pháp đo điện thế trực tiếp và phương pháp đo điện thế bằng

cách dựa vào đường chuẩn đều yêu cầu phải đo xuất điện động (Emf) giữa

một điện cực chỉ thị và điện cực tham chiếu của hệ thống và hai điện cực

này cùng nằm trong một hệ thống trong thực tế khi nhắc đến đo điện thế

thì người ta sẽ nghĩ đến standard hydrogen electrode (SHE) Ngày nay

người ta kết hợp điện cực chỉ thị và điện cực tham chiếu trong một hệ

thống điện cực và nó được gọi là “điện cực kết hợp”

Thiết bị đo điện thế giữa điện cực chỉ thị và điện cực tham chiếu thích hợp

với dòng điện nhỏ, các phản ứng điện cực là không đáng kể, và hiệu điện

thế đo được về cơ bản giống điện thế của màng tế bào

Vì điện thế thường rất nhỏ nên tín hiệu thường được khuếch đại nhiều lần

trước khi đo (mạch khuếch đại với điện trở vào rất cao) mặc dù có một vài

dòng điện xuất hiện trong khi đo đạc, tuy nhiên nó quá thấp nên hầu như

không ảnh hưởng đến nồng độ ion trong dung dịch đang kiểm tra Tình

huống này cũng cho phép kéo dài hơn quá trình đo đạc mà không cần phải

thay đổi nhiều thiết bị thông thường là đọc giá trị pH và mV, nhưng cũng

có thể đọc ion hoạt tính (hay concentration) của mẩu

Hình 2.6: Cấu tạo của điện cực chọn lọc ion

Bảng 2.6: Một số kiểu điện cực chọn lọc ion

Immobilised enzymes COGlucose, oxidase, urease, amino acid 2, NH3(NH4), SO2, O2

oxidase, lysine oxidase, etc

2.3.3 Lý thuyết chung

Không có ISE nào là chọn lọc duy nhất đối với một loại ion đặc biệt nào

đó Do đó sự xuất hiện của các loại ion khác sẽ làm ảnh hưởng nghiêm

trọng đến hoạt động của ISE, các hoạt động gây nhiễu có thể ở vài dạng,

như phụ thuộc vào vật liệu của điện cực và sự trao đổi ion, và nó có thể

ảnh hưởng đến các ion và một số chất hóa học khác ISE hoạt động dựa

vào phương trình Nicolsky(2.3) cho glass electrode Trong khi đang phát

triển glass electrode thì người ta đã nhận ra các đáp ứng pha trộn của

hydrogen và sodium sẽ được mô tả bởi phương trình Eisenmann (2.4)

Ở đây nồng độ có thể sử dụng thay vì hoạt độ

Dấu ± sẽ sử dụng dấu + cho cation-selective và dấu – cho anion-selective

Phần lớn các đáp ứng đối với nồng độ Ci, hệ số Kij phải nhỏ, ở đây màng

chất lỏng ISE đáp ứng chủ yếu liên quan đến ion đôi, và sự nhiễu bởi các

ion đơn, phương trình (2.3) được sữa đổi như sau:

Cj = nồng độ của ion đơn được cung cấp vào (e.g., Na+)

Kij = hệ số chọn lọc ( bao gồm các ion chuyển động qua màng chất lỏng)

Phương trình điện thế NERST

[ ] [ ] ( )

)(96500

273

/314

8

ln

C F

C

T

mol J R

V C

C nF

RT

E

o o i

Đo đạc giá trị pH hoàn toàn dựa vào điện cực thủy tinh (Glass

electrode), tính hiệu điện điện thế sẽ được đo khi một dung dịch khác có

độ pH (ở mặt ngoài của màng) chưa biết tiếp xúc với màng điện cực

thủy tinh

Điện cực thủy tinh là một loại điện cực chọn lọc ion đặc biệt và màng

điện cực của nó chỉ đáp ứng với các ion đặc biệt này

Hầu như ion hydro ở bên ngoài màng là nguyên nhân cấu trúc silicate

của thủy tinh dẫn được các điện tích dương vào dung dịch ở bên trong

màng điện cực theo phương trình điện thế Nesrt ta có:

E = constant - 0.06/zilogCo (V) (2.6)

Ở đây:

Zi= ion charge (điện tích ion)

Co = ion activity (hoạt độ ion)

Đối với các ion có hóa trị 1 như là H+, Na+,K+… tương ứng với zi=1 và

Đối với điện cực chọn lọc ion K+ cũng tương tự như điện cực chọn lọc

H+ tuy nhiên chỉ khác nhau ở chổ là màng chọn lọc của điện cực K+ thì

chỉ đáp ứng các ion K+ mà thôi còn đáp ứng với các ion khác thì coi

như là không ảnh hưởng

E = constant - 0.06log[K+]o (V) (2.9)

Đối với điện cực chọn lọc ion Na+ cũng tương tự như các điện cực chọn

lọc ion khác và màng điện cực này chỉ đáp ứng đối với các ion Na+ mà

thôi còn đáp ứng đối với các ion khác là không ảnh hưởng

E = constant - 0.06log[Na+]o (V) (2.10)

Đối với điện cực chọn lọc ion Cl- cũng tương tự như các điện cực chọn

lọc ion khác và màng điện cực chọn lọc ion khác nhưng khác ở chổ là

màng chọn lọc ion của điện cực Cl- chỉ đáp ứng đối với các ion Cl- và

các đáp ứng của các ion khác đối với màng này là không ảnh hưởng

E = constant + 0.06log[Cl-]o (V) (2.11)

Xét điện cực chọn lọc ion H+ dùng để xác định pH

Điện thế thay đổi qua màng điện cực khoảng 60mV/1 đơn vị pH Bởi vì

mức sắp xếp pH của cơ thể là 0.06 pH, cái đo pH có điện thế thay đổi

0.1mV

Sau đây là 3 loại màng điện cực chọn lọc ion được sử dụng trong hệ

thống ADVIA 1650:

- Na: Crown ether membrane

- K: Crown ether membrane

- Cl: Super-layer solid molecule orientation membrane

- Reference electrode: Silver/silver chloride

Hầu như tấc cả các ISE đều đặt dung dịch có pH đã biết vào bên trong

màng điện cực và dung dịch có pH chưa biết đặt bên ngoài màng điện cực,

thường thì axít HCl có pH xác định được sử dụng đặt bên trong màng điện

cực một điện cực tham chiếu, thường được sử dụng là loại điện cực

Ag/AgCl hoặc là điện cực calomel, và chúng được đặt vào trong dung dịch

này, một điện cực tham chiếu thứ 2 được đặt trong mẩu bệnh phẩm, một

salt bridge (cầu muối) được nằm trong phạm vi điện cực tham chiếu để

ngăn chặn các thành phần hóa chất khác của mẩu bệnh phẩm làm ảnh

hưởng đến điện thế của điện cực tham chiếu

Điện thế đi qua màng điện cực thủy tinh thì được khuếch đại lên nhiểu lần,

vì vậy điện trở vào của bộ khuếch đại điện áp của thiết bị đo pH này vô

cùng cao, do điện trở bên trong của điện cực pH khoảng là 10-100MΩ

Phương trình điện thế Nesrt cho ta biết rằng điện thế sinh ra bởi điện cực

sẽ thay đổi theo nhiệt độ của mẩu bệnh phẩm và dung dịch tham khảo

(reference solution) Do vậy ta phải làm cố định nhiệt độ của dung dịch và

mẩu bệnh phẩm cần đo để cho điện thế đo được là không thay đổi theo

nhiệt độ Và nhiệt độ cố định đó thường là 37oC , một yêu cầu khác nữa là

sự hiệu chỉnh nhiệt độ có thể làm thay đổi các hằng số được sử dụng để

chuyển đổi từ điện thế điện thế sang đơn vị pH bởi hằng số này đã được

xác định ở một nhiệt độ trước đó

2.4 Sử dụng phương pháp thống kê tính sai số và quy hồi tuyến tính

2.4.1 Giới thiệu [9]

Các nhà khoa học đã sớm phát hiện ra nhiều phương pháp đo không chính

xác, nó đòi hỏi phải có kỹ năng, sự sáng suốt và cần có một chút sáng tạo

để hiểu các thông tin có thể đến, sự đo đạc ảnh hưởng như thế nào?, và sự

đo đạc không hoàn thiện ở chổ nào?, đây là một phần lớn trong việc phân

tích của nhiều cuộc thí nghiệm vì sự hiểu biết và thực tế nó là một vấn đề

rất quan trọng khoa học thống kê được sử dụng để cung cấp một phương

pháp phù hợp cho việc sử lý dữ liệu những phương pháp này được sử dụng

rất rộng rãi, đặc trưng của việc sử lý dữ liệu từ phương pháp này là rất là

dễ hiễu

2.4.2 Đo đạc và sai số

Trong sinh vật học cũng như trong tự nhiên, việc đo đạc đóng vai trò quan

trọng trong các cuộc thí nghiệm một phép đo chính xác và vật thể mà ta

đo đạc thực tế nó đại diện cho một hiện tượng có thực, để đo đạc mà có ý

nghĩa, thì độ tinh cậy và chính xác phải cao Độ tinh cậy được thiết lập bởi

các điều kiện của sự đo đạc và các kết quả khác trong các lần đo đạc khác

Thông thường thì việc đo đạc được lập lại vài lần (đủ lần) để đảm bảo độ

tin cậy có thể đạt được kiểm tra sự thay đổi cũng cần phải tính toán các

giới hạn của độ chính xác trong quá trình đo đạc

Lỗi có thể được hình thành ở những dạng khác nhau có thể là một ẩn số

mà ta không thể đo được, theo lý thuyết giá trị thực là giá trị thường được

lấy trung bình hoặc đo đạc để tập hợp dữ liệu lỗi là một phần của nhiều sự

đo đạc và sự thay đổi là một tính chất các tập hợp dữ liệu mà nguồn gốc

thường là do bản chất bên trong nó (những biến đổi vốn có trong hệ thống

đo đạc, thỉnh thoảng nó lại có sự thay đổi khá lớn trong hệ thông sinh vật

học) và có sự biến đổi do quá trình đo đạc

2.4.3 Giá trị trung bình

Giả sử ta có các giá trị đo được như sau: X1, X2, X3,…, XN

thì giá trị trung bình của các số đo này là:

N

X X

Đo đạc các giá trị thay đổi có mối quan hệ với giá trị trung bình

công thức tính độ lệch chuẩn như sau:

N i

(2.13)

2.4.5 Phương pháp quy hồi tuyến tính

Đây là phương pháp xây dựng đường thẳng tốt nhất bằng cách dựa trên các

điểm dữ liệu chuẩn

Giả sử ta có các điểm M1(x1,y1), M2(x2,y2),…, MN(xN,yN) mà các điểm này

có thể sẽ nằm trên một đường thẳng nào đó theo phương trình y= mx + b

vậy để xác định đường thẳng này ta cần xác định hệ số góc m và hằng số b

Sxy m

y y x x Sxy

y y Syy

x x Sxx

i i

i i

(2.15)

Từ đây ta dễ dàng suy ra được phương trình đường thẳng y = ax + b với

các điểm tương ứng đã cho trước

tính toán sai số.

Sau đây là chương trình được viết bằng ngôn ngữ visual basic 6.0 dùng để

vẽ đường cong chuẩn và tính sai số của hai phương pháp xác định nồng độ,

đó là phương pháp xác định nồng độ dựa vào Spectrophotometer thông

qua việc đo độ hấp thụ (Absorbance) và phương pháp xác định nồng độ

dựa vào điện cực chọn lọc ion (ISE) thông qua việc đo điện thế màng

Hình 2.7: Cửa sổ Menu

www.bme.vn

khi quy hồi tuyến tính nó sẽ có dạng sau (hình 2.9), để xác định nồng độ

ta chỉ cần xác định giá trị Absorbance của phức hợp thuốc thử và mẩu

bệnh phẩm

Hình 2.9: Biểu diễn đường chuẩn của C-Reactive protein (CRP)

Sample tray chứa mẩu bệnh phẩm, kiểm tra, định chuẩn, và pha loãng cho

sự đo đạc, khay quay để di chuyển mẩu đến vị trí mà mẩu được lấy

Sample tray có 2 bộ phận:

STT (bộ phận ở vành ngoài): được sử dụng cho các mẩu chung và các mẩu

tham khảo cho việc định chuẩn multipoint Nó có hai vành mỗi vành chứa

42 vị trí (tổng cộng là 84 vị trí) Ta có thể đặt mẩu huyết tương hoặc nước

tiểu vào các vị trí này

Barcode reader dùng để xác định mẩu trên STT Nó có thể đọc được các

loại barcode sau : code 39, code 128, codabar, interleaved 2 of 5

CTT ( bộ phận nằm ở vành trong): được sử dụng để định chuẩn, kiểm tra,

và pha loãng đặc biệt, nó có 2 vành, vành lớn có 34 vị trí và vành nhỏ có

27 vị trí (tổng cộng 61 vị trí) CTT được làm lạnh từ 6-140C

Hình 3.2: Sample tray

3.1.2 Dilution Probe (DPP)

Cơ chế pha mẩu

DPP sẽ hút mẩu từ Sample tray (STT) hoặc là từ Rack Handler hoặc từ hệ

thống băng truyền tự động (LAS) hoặc từ universal rack handler, và phân

phối chúng vào các cuvettes ở dilution tray (DTT), đồng thời pha loãng

theo các điều kiện phân tích đặc biệt, sự hút mẩu và sự phân phối mẩu

được thực hiện bởi Bơm pha loãng (dilution pumps)

Sử dụng cơ chế pha này, ta phân phối mẩu vào cuvettes của DTT như sau:

- Mẩu được pha loãng theo chuẩn pha loãng

- Mẩu được pha loãng theo cách pha loãng đặc biệt

- Mẩu không được pha loãng

3.1.3 Dilution Mixer (DMIX)

Sau khi được pha loãng tại Dilution tray nhờ DPP thì dung dịch sẽ được

trộn bởi bộ trộn DMIX mỗi khi cuvettes chứa dung dịch đi qua nó

Hình 3.3: DMIX và DTT

3.1.4 Dilution Tray (DTT)

Viết tắt của DTT: Dilution Turntable

DTT: chứa 120 cuvette nhựa( 6 bộ của 20), tỉ lệ 1:5 pha loãng của mẩu

(30µl mẩu và 120 µl nước muối sinh lý), thể tích lớn nhất là 300 µl, việc

làm lại kiểm tra đo độ hấp thụ bắt đầu từ DTT

3.1.5 Dilution Washer(DWUD)

Cơ chế rửa Dilution tray

DWUD sẽ rửa các cuvettes của Dilution tray (DTT) sau khi mẩu đã được

phân tích xong, để các cuvettes này có thể sử dụng lại mà không bị ảnh

hưởng bởi các mẩu trước

DWUD có 3 cái vòi, mỗi cái vòi làm việc trên các cuvette khác nhau,

DWUD thực hiện rửa 3 cuvette cùng một lúc

Sau khi cuvette được rửa bởi một cái vòi, nó sẽ di chuyển đến vị trí tiếp

theo để rữa hoàn tất, trong khi DTT quay, thì DWUD sẽ được nâng lên, và

khi DTT dừng thì nó hạ xuống để rửa cuvette

Hình 3.4: DWUD

3.1.6 Sample Probe (SPP)

Cơ chế lấy mẩu

Sample probe (SPP) lấy mẩu từ Dilution tray (DTT) và phân phối vào

cuvette của Reaction tray (RRV) để phân tích theo các điều kiện đặc biệt

quá trình hút mẩu và phân phối mẩu được thực hiện bởi sampling pump

(SP)

Hình 3.5: Sample probe

3.1.7 Reaction Tray Washer (WUD)

Cơ chế rửa của WUD

Reaction washer (WUD) rửa các cuvette của Reaction tray (RRV) sau khi

mẩu đã được phân tích xong, để những cuvette này được sử dụng ở lần tiếp

theo mà không bị ảnh hưởng do các mẩu trước đó

Hệ thống rửa WUD có 7 vòi, mỗi cái thực hiện một chức năng rửa khác

nhau, và mỗi cái vòi làm việc trên những cuvette khác nhau, và chúng thực

hiện rữa các cuvette cùng một lúc

Sau khi một cuvette được rửa bởi một vòi, nó sẽ di chuyển đến vị trí tiếp

theo để quá trình rửa được hoàn tất khi mà RRV quay, thì hệ thống rửa

WUD sẽ được nâng lên

Chất lỏng để rửa phải được duy trì ở nhiệt độ 37 oC ± 0.1 oC, để phù hợp

với nhiệt độ được duy trì ở RRV

Hình 3.6: WUD

3.1.8 Reaction tray (RRV)

Cứ mỗi mẩu phân tích, thì Reagent probes (RPP1 và RPP2) sẽ phân phối

thuốc thử vào cuvette của Reaction tray (RRV) Sau đó Sample probe

(SPP) sẽ phân phối mẩu đã được pha loãng vào cuvette Và chúng được

trộn bởi bộ trộn Reaction mixers (MIXR1 và MIXR2)

khi Reaction tray quay và đưa các cuvette qua spectrophotometer, ở đây

Absorbance của các cuvette này sẽ được đo Sau khi phân tích xong, các

cuvette này sẽ được rửa bởi Reaction washer (WUD)

RRV chứa 221 cuvette với 13 bộ, mỗi bộ gồm 17 cuvette Mỗi cuvette này

có thể chứa một lượng chất lỏng từ 80 đến 300 ml

Trong các phân tích này, cuvette của RRV luôn được duy trì ở nhiệt độ ổn

định là 37 °C bằng cách là các cuvette này được nhúng vào thùng phản

ứng ( Reaction tank), trong thùng này chứa một cái bể dầu và dầu trong bể

được duy trì ở 37 °C

Hình 3.7: RRV

3.1.9 Reaction mixer 2 (MIXR2) & Reaction mixer 1 (MIXR1)

Bộ trộn của Reaction tray (RRV) gồm MixR1 và MixR2 dùng để trộn mẩu

và thuốc thử trong cuvette của RRV mỗi khi chúng đi qua vị trí của 2 bộ

trộn

Cả hai bộ trộn đều ở vị trí gần Reagent probes (RPP) MixR1 trộn mẩu với

thuốc thử 1 (R1) MixR2 trộn mẩu với thuốc thử 2 (R2)

Hình 3.8: MixR1, MixR2 và Wash ports

3.1.10 Reagent Probe 2 ( RPP2 ) & Reagent Probe 1 ( RPP1 )

Cơ chế lấy thuốc thử

Reagent probes (RPP1 và RPP2) lấy thuốc thử từ Reagent tray (RTT1 và

RTT2) và chúng được phân phối vào các cuvette của RRV cho phân tích,

theo các điều kiện đặc biệt quá trình lấy mẩu và phân phối mẩu được thực

hiện bởi Reagent pumps (RP1 và RP2)

Hình 3.9: RPP1, RPP2 và Reagent probe 1,2 wash port

3.1.11 Reagent tray 2 ( RTT2 ) & Reagent tray 1 ( RTT1 )

RTT1 và RTT2 chứa các bình thuốc thử để sử dụng cho quá trình phân tích

vị trí của các bình thuốc thử này là từ 1-46 , còn các vị trí từ 47-50 là dùng

để chứa các bình thuốc rửa, RPP1 và RPP2 sẽ lấy thuốc thử theo yêu cầu

và phân phối vào các cuvette của RRV cho quá trình phân tích

Mỗi khay có 50 vị trí RTT1 chứa Reagent 1 và RTT2 chứa Reagent 2

Một loại thuốc thử có thể được sử dụng với nhiều test: và một test có thể

sử dụng hơn một loại thuốc thử

Mỗi Reagent tray có một Barcode reader (RBC-1 và RBC-2)

Hình 3.10: RTT1 và RTT2

3.1.12 Spectrophotometer

Spectrophotometer đo số lượng ánh sáng bị hấp thụ bởi dung dịch trong

cuvettes tại 14 bước sóng riêng biệt (từ 340 nm đến 850 nm)

Cứ mỗi 3 giây, RRV sẽ đưa các cuvette chứa các dung dịch (sample và

reagent) đến trước cái đèn halogen, tại đây ánh sáng đơn sắc của đèn sẽ

được truyền qua cuvette Tùy thuộc vào phức màu tạo được mà ta sẽ chọn

bước sóng thích hợp cho quá trình đo Absorbance trong lúc định chuẩn

Photometer sẽ đo Absorbance cơ bản dựa trên định luật Beer lambert và

Absorbance Phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng tới, cường độ của ánh

sáng truyền qua, độ đục của phức hợp (phụ thuộc vào nồng độ) và bề dày

quang học của cuvette

Nhiệt độ của đèn halogen được duy trì ổn định bởi cooling tank

Năng lượng bên ngoài của đèn halogen được theo dõi trong lúc kiểm tra

cell blank và sau mỗi lần phân tích, người điều khiển phải có sự điều chỉnh

nếu ánh sáng đèn không bình thường

Sử dụng cửa sổ Lamp Energy Monitor để theo dõi và đảm bảo là ánh sáng

đèn halogen là bình thường

Hình 3.12 Ngăn kéo ISE

Bảng 3.1 Biểu diễn vị trí của các bộ phận trong ngăn kéo ISE

1 Peristaltic pump (PP)

2 Constant temperature bath

6 ISE mixer, MCR nozzle

7 ISE amplifier

1 Buffer pump (BP)

2 Buffer pump solenoid

valve (BPSV)

3 ISE degassing unit

4 ISE buffer reagent

Hình 3.13: Ngăn ISE

3.2.3 Các bơm nằm ngang

1 Dilution cuvette wash pump 1 (DWP1)

2 Reaction cuvette wash pump 1 (WP1)

3 Reaction cuvette wash pump 2 (WP2)

4 Reaction cuvette wash pump 3 (WP3)

5 Switching valve (WCV)

6 Dilution cuvette wash pump 2 (DWP2)

7 Reaction cuvette detergent pump 1

3 Dilution aspiration pump (DIP)

4 Dilution discharge pump (DOP)

5 Dilution wash pump (DCP)

6 Reagent dispensing pump 1 (RP1)

7 Reagent wash pump 1 (RWP1)

8 Reagent dispensing pump 2 (RP2)

9 Reagent wash pump 2 (RWP2)

Hình 3.15: Các bơm thẳng đứng