导流杂交平台仪器的设计和开发

张伟

摘要：导流杂交基因芯片技术（HybriMax）是凯普生物核心专有技术，与试剂盒配合，广泛应用于人乳头瘤病毒分型检测、遗传类基因缺陷的核酸分子杂交分析，取得良好效果。本文结合实际情况，通过查询阅读相关文献资料，了解市场的需求和反馈意见，讨论导流杂交平台仪器的设计和开发。

关键词：HybriMax;杂交仪;设计和开发

一、杂交仪的基本构成和特点

Hybrimax自动核酸分子杂交仪是基于快速导流杂交平台的新一代自动化仪器，是机电一体化仪器，由主机、反应室总成、电气部件、LCD显示器、机械臂移液装置、试剂安装平台、电源等模块部件组成。仪器采用机械臂三维运动模块，移动速度快。通过控制电机精确位移，具有精准的温度控制功能。能够实现实验过程的自动化，减少人工操作，降低实验风险，提高准确率与一致性。

该产品按照国家食品药品监督管理局《医疗器械分类目录》进行分类，属于临床检验分析仪器（代码为6840）中基因和生命科学仪器，管理类别为Ⅱ类。且按照国家食品药品监督管理局《医疗器械分类规则》进行分类，属于有源医疗器械中的临床检验分析仪器，对医疗效果的影响程度为轻微影响，管理类别为Ⅱ类。

二、导流杂交仪的应用情况

苏军侠、韩秀红等选取疑似宫颈病变的84例女性患者，均行导流杂交HPV、TCT及阴道镜下宫颈活组织检测，以阴道镜下宫颈活组织检测结果为金标准，分析导流杂交HPV和TCT检测以及二者联合检测的结果与效能。结果阴道镜下宫颈活组织检测阳性率为33.33%，导流杂交HPV、TCT及二者联合检测阳性率分别为27.38%、26.19%和32.14%。二者联合检测的灵敏度高于导流杂交HPV与TCT单一检测（P<0.05）;二者联合检测的约登指数高于单一方法检测。结论导流杂交HPV联合TCT检测能够准确地筛查诊断宫颈癌及癌前病变，其灵敏度较高。

邹敏、谢春艳、谭初珍等选取该院妇科2012年9月至2013年7月收治的宫颈病变患者300例，对其采用HybriMax医用核酸分子快速杂交仪对HPV进行分型检测，同时将其中的100例和细胞病理学诊断结果进行比较。结论 HybriMax医用核酸分子快速杂交仪不但可以提高HPV的检出率，而且还可以降低假阴性率，目前是一种有效的HPV分型的诊断方法。

鉴于篇幅所限，本文不引用太多实验数据。综合市场反馈和查询相关文献资料来看，HybriMax导流杂交技术先进，适用性强，是最主要的基因检测技术之一。全自动核酸分子导流杂交仪具有智能化强、操作简便、专业化程度高、范围广等优点，可广泛应用于临床医学诊断等领域，具有较高的实用价值。

三、导流杂交仪的设计和开发

3.1反应室

分子杂交反应室是杂交仪的关键部件，是生物芯片杂交过程的载体，能够实现包括杂交过程的温度控制，杂交液、洗涤液、酶标液、显色液及水的清洗，自动完成液体排放等功能。杂交反应室一般为方形盒状，在反应室的上壳设有多个内凹的方形反应格，每个反应格中心设有排液孔，排液孔下方通过横向的水道相互连接，并通过设在反应室下壳的排水水嘴进行排液，必要时，可以通过泵吸在反应室内部形成负压，并由负压将膜面液体吸附排出，得到充分杂交的过程。

安装好的反应室，应完全分隔，无渗透现象。实验过程中，不能有交叉污染发生。排液后，膜面不能有液体残留。反应室要精准控温，升温速度应≥8.0℃/min;温度控制精度：±0.5℃。

3.2运动模块

运动模块是实现仪器功能的核心自动化组件，要求三轴运行平稳、不存在卡滞现象，无异响。加样臂定位精准，取放枪头顺畅。同时，运动模块要有防锈设计，避免因长时间使用有锈蚀发生。

杂交仪运动模块的发展方向是引入AI机制，集成操作系统，朝着智能化和IT信息化方向发展。具体是实现分子杂交自动流水线，即通过轨道将样本前处理系统、杂交分析过程、样本后处理系统相连接，以高效率的仪器设备、模块式的组合和流水线式的自动化控制的高度集成，结合智能IT系统，提高检测效率，确保检测结果的可靠性和结果输出的即时性。

3.3 AIE+ABS和芯片阅读

2001年，香港科技大学唐本忠院士首次提出“聚集诱导发光（AIE）”的新概念，引发了发光材料的革命，成为化学和材料的前沿领域之一。ABS是基于化学反应的传感（activity-based sensing，ABS）。AIE与ABS的相结合，可以满足高灵敏性、高选择性、在复杂体系的高适用性的需求。

生物芯片的检测原理就是通过点样过程，将大量的探针分子固化到持物上后与标记的样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息并进行高效的解读和分析。现有的杂交是添加了显色试剂，通过显色反应来阅读。这种方式需要将杂交后的芯片杂交膜加以显色固化，清洗干净后取出，采用人工阅读的方式对杂交结果进行判断。

3.4全实验室自动化

全实验室自动化（TLA）阶段，它是指将多个自动化分析仪、自动机械传输系统、标本分析前后处理设备、进程控制软件和数据管理软件等有机地结合起来，构成全自动化的流水线作业环境，覆盖整个检验过程。全实验室自动化是国际临床检验的发展方向，也是导流杂交平台的发展方向。

综上所述，导流杂交平台仪器的设计和开发，要进一步升级优化反应室的设计，实现灵活通量的杂交反应，要拓展软件功能，满足开放型多项目检测要求。运动模块要拓展至AI机器人设计，紧跟5G与新技術潮流，致力于云端化、自动化的智慧杂交系统等方向的研究。探讨引入AIE+ABS的可行性，改显色反应为发光反应，从而进一步实现化学传感和自动阅读。

参考文献：

[1]苏军侠，韩秀红，等。导流杂交HPV检测联合TCT检测在宫颈癌筛查中的应用价值。《临床医学研究与实践》  2020年第7期91-92，共2页

[2]邹敏;谢春艳;谭初珍，等。hybrimax医用核酸分子快速杂交仪检测人乳头状瘤病毒分型的观察。《 检验医学与临床》 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