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Abaxis Piccolo 芯片的质控机制

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Abaxis Piccolo 芯片的质控机制

1,芯片的质控简介

Abaxis Piccolo 测试仪器和圆盘芯片可以自己进行质控校正,而且和普通 IVD 检测不同的是,该测试系统对每个测试圆盘芯片都会进行质控,并且是对整个检测流程进行连续检测。

该智能化质控机制(iQC)是内嵌于测试仪器内部的测试程序中,故而不需要人为进行日常质控,该种质控机制已经完全符合 CLIA 和 CLSI 标准。

iQC 会在每次测试时都检测测试仪器,圆盘芯片和待检样品,确保仪器中各部分系统功能正常,同时确保芯片各部分能按照预定程序进行生化检测,也同时保证待检样品符合检测要求。在某一个检测项目出错或者不符合 iQC 质控标准时,会单独报告该项目检测失败,如果整体的质控都不符合 iQC 质控标准,则会报告整个圆盘测试失败。只有通过这种严格的自我质控机制,整个测试的每一项测试结果才会更加准确,可靠。如下图为 Piccolo 质控机制的一个报告单示例。


图 4.1 圆盘芯片中质控机制的一个报告单示例。


在该质控报告单中,单次测试基本信息在最上部分,下面的 Instrument QC 是在每次测试前对仪器进行质控的报告。在左边的质控结果中,显示了检查 8 个不同的仪器模块的结果,并对这些仪器模块进行检查并评分,如上图中 90 表示最少可接收值,110 表示最大可接收值,如果检测结果位于 90 和 110 之间,即表示该部分模块功能正常。

报告单右边的质控结果主要是针对准确度的测试,在圆盘芯片中有两个特殊的检测池,分别装入一种染料珠和两种染料珠,在测试时,测试仪器会对这两种检测池进行各个波长的检测,并计算出每个波长下的光信号比值,然后将该比值求平均后来确定该次测试的准确度。每个波长右边的数值表示在此波长下的均一化光信号值与所有波长光信号平均值之间的数学关系。该数值只有在 95-105 之间才表示检测合格。


2,芯片的质控方式

普通实验室中的光度计一般采用单一波长进行检测,但 Abaxis Piccolo 不同,其能够产生全波长白光,并且对每个检测池进行多个不同波长的检测,该波长从紫外到近红外不等。

为了保证检测的准确性,iQC 主要进行三个方面的质控,化学部分:即验证参加反应的所有组分均能够正确运转到下一个部位,同时验证反应试剂降解程度;光学部分:即确保发光部和检测部各部分功能正常;电子部分:即确保将光学信号转变为数字信号,且运用数学算法进行运算的各功能正常。如下表列举了几种 iQC质控机制。

图 4.2 芯片 iQC 质控机制检查的几个方面。


2.1,化学部分:

A 条形码/二维码

在圆盘芯片上表面有圆周状条形码,其中包含有各种信息,比如圆盘芯片的种类,失效日期,试剂校准因子等。在芯片放入测试仪器后,仪器会通过循环冗余检查(CRC)来验证芯片表面条形码的完整性,然后读取芯片表面的失效日期,和仪器内部时钟进行比较以验证芯片是否位于有效期内,其他验证信息也同时存储在仪器内存中。


B 流体方面

圆盘中的试剂运动和定量等步骤完全由仪器控制,由芯片具体结构完成,整个芯片的检测流程中不同时间都嵌入了不同的质控机制。以下从芯片的检测流程中列举了不同时间的质控实施方式。

B-1:判断用户加入的血样是否足量:

在第一次离心后,仪器会通过检测是否有液体溢流到溢流质控池来验证用户加入的待测样品是否足量,如下图所示,如果该溢流质控池没有液体,说明所加入的样品不足,终止测试并报错。




图 4.3 通过仪器检测血样质控池来判断用户所加血样是否足量。


B-2:判断稀释液是否足量:
同理,通过检测稀释液定量后最终端的检测池中是否有液体填充,就可以判断稀释液是否足量,如果不足,则终止测试并报错。


图 4.4 通过仪器检测稀释液质控池来判断芯片中稀释液是否足量。
B-3:判断混合液是否足量:

同理,在稀释液和血浆发生混合后,混合液被分取到各个检测池中时,也会判断混合液是否充足,也是通过检测分取通道最终端的检测池中是否有液体填充,来判断混合液是否足量,如果不足,则认为混合液体积不够,前面生化检测池中的混合液体积也不能保证,故终止测试并报错。




图 4.5 通过仪器检测稀释液质控池来判断芯片中稀释液是否足量。


C iQC 反应:


在第一步离心后,稀释液会进入到稀释液定量池和四个质控池中,如下图所示,在该四个质控池中主要发生三种不同的质控:



图 4.6 稀释液进入到四个质控池中。

C-1: 检查预装试剂是否发生降解:

在四个质控池中有一个里面预装有特定的化学 QC 试剂球,该试剂球会在稀释液中复溶并发生反应,通过检测反应结果可以判断试剂球的降解程度,由于该试剂球和其他试剂球都是在同一条件下保存,故由此可以判断出芯片内其他预装冻干试剂球的降解程度,这种降解可能是由于不恰当的存储环境所致,比如温度和湿度等,如果检测发现降解程度超过了一定阈值,则终止测试并报错。



C-2: 检查仪器光学系统的准确性:

在四个质控池中有两个用于检查仪器光学系统的准确性,这两个质控池中分别装入一种染料珠和两种染料珠,在测试时染料珠会和稀释液反应并显色,测试仪器会对这两种质控池进行各个波长的检测,并计算出每个波长下的光信号比值,通过比对出厂时内置数值可以判断该光学系统的准确性。


C-3: 生化反应的参比值如何确定:

在四个质控池中有一个是空白池,里面只填充稀释液,用于整个反应的参比。


D 样品评估


iQC机制确保样品在加入芯片之前不需要进行任何的干扰物评估,因为Piccolo 仪器会自己评估样品的质量,并且给出每种干扰物的检测值,在一种圆盘芯片中不同的化学试剂可能对干扰物具有不同的敏感度,如果检测发现某一种分析项目中干扰物超过一定值,则不给出该项目的检测结果,只有干扰物在一定范围之内的检测项目才会正常的给出检测结果。

E 监测反应过程


iQC 会监测圆盘芯片中的生化反应过程,对于速率反应,iQC 机制会确保反应速率是线性的,对于终点反应,iQC 机制会确保所有的检测均在光度计的动态范围之内,且确保反应已经彻底完成,该质控机制很有可能是通过连续检测生化反应产生的光学信号值,且对该信号值按照一定的数学模型进行运算来判断。


2.2,光学部分:


A 光路控制

仪器中的光学系统主要包含有氙气闪光灯,多个滤镜和分裂器,光检测器。其中的氙气闪光灯可以产生入射光,滤镜和分裂器用于选择特定波长的光,检测器可以将每个波长下的光强度转换成电流,该电流被传入到两个处理器中进行信号过滤,然后被送入到可变增益放大器中,被放大的信号进入到模数转换器,并被转换成数字信号,用于后续的计算。由于 Piccolo 仪器检测多个波长下的吸光度值,
所以生化反应的全波长吸光度值可以用于确定待分析物的浓度。

B 信号调整

仪器内部独特设计的可变增益前端放大器决定了系统的噪声性能和动态范围,对于系统噪声和动态范围,仪器内部电子系统会进行一系列信号调整。
比如,氙气闪光灯光源的亮度会随着时间和使用次数而逐渐衰减,有数据表明,7 年正常使用,或者多达 5 千万次频闪后,其亮度会下降 50%。这种特性会对所有波长下的光检测均有影响。为了保持最大的灵敏度,仪器内部需要质控机制来补偿这种衰减,iQC 会在每次测试前对“最低吸光度池”进行一系列频闪检测,检测结果用于调整可变增益放大器的参数,同时,随着增益的调整,仪器也会确保任何波长下的噪声处于可接收范围内。当光源衰减太厉害,超过了可变增益放大器的调整范围,则仪器报错。

对于背景噪声的调整,iQC 会在每次测试前对”最大吸光度池”进行一系列频闪检测,以此记录下每个波长下的背景噪声,如果该噪声高于某个阈值,通常说明仪器的电子系统出现了问题,或者仪器有光泄露,此时仪器报错。


2.3,电子部分:


A 微处理器和内存

仪器内部包含有两个微处理器:一个实时控制器,用于监测和控制所有的反应过程,另一个为I/O(输入输出)控制器,用于内存管理,计算,数据保存等。

B 软件方面

仪器内部嵌入有两套相互配合工作的程序,一套用于处理信息,控制离心运转,光源频闪,收集吸光度数据等,同时还会收集仪器其他部分的运行数据。另一套用于输出检测结果,存储结果等。

C 吸光度值的计算

在正常情况下,每个检测池都会用 10 次频闪进行检测,然后将十次检测结果进行严格的数学算法验证和计算,这些算法可以检测噪音过度造成产生的吸光度值错误等,一旦发现错误,则不给出该项目或整个测试盘的结果。


图 4.7 圆盘芯片中的质控池个数及其作用。



文章来源:微流控解密公众号



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