đồ án máy xét nghiệm sinh hóa bán tự động

Đồ án môn học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI: MÁY XÉT NGHIỆM SINH HÓA BÁN
TỰ ĐỘNG
GVHD: THẦY LÊ CAO ĐĂNG

Tp.HCM tháng 11 năm 2015
1


Đồ án môn học

Lời nói đầu
Có thể nói y tế là một trong những ngành được chú trọng đầu tư hàng đầu ở hầu
hết các quốc gia và không riêng ở Việt Nam, thế nên song song với đó là nhu cầu về thiết
bị y tế ngày cũng tăng nhanh về mặt số lượng cũng như là phải đảm bảo chất lượng, và
phải nói đến là chuyên ngành thiết bị y tế về xét nghiệm. đặc biệt, máy xét nghiệm sinh
hóa có ứng dụng vô cùng rộng rãi (xét nghiệm sinh hóa nhanh chóng, đơn giản và cho kết
quả chính xác cao). Hiện nay, công nghệ đang phát triển, máy xét nghiệm sinh hóa ngày
càng được cải tiến rất nhiều. tuy nhiên điều này lại gắn với mức độ phức tạp có tích hợp
cao trong máy xét nghiệm sinh hóa. Vì vậy hiểu rõ về nguyên lý và cấu tạo của máy xét
nghiệm sinh hóa là việc rất cần thiết đối với kỹ sư y sinh cũng như là bác sĩ chuẩn đoán.
Trên cơ sở tìm hiểu kiến thức từ các nguồn tài liệu và từ thấy hướng dẫn, nhóm
sinh viên chúng em đã thiết kế lại máy xét nghiệm sinh hóa bán tự động , tự thực hiện đối
với các mẫu xét nghiệm và đây cũng là đề tài đồ án môn học của nhóm chúng em.

Do kiến thức ở mức độ tương đối và làm việc trong khoảng thời gian có giới hạn
nên đề tài này của chúng em còn khá nhiều sai sót và hạn chế. Chúng em mong được sự
góp ý và sửa chửa để đề tài được hoàn thiện hơn và khả thi hơn về phương diện kỹ thuật
cũng như là kinh tế.
Chúng em chân thành cảm ơn Thầy Lê Cao Đăng đã hướng dẫn và giúp đỡ
chúng em thiết kế và hoàn thành đề tài này.

2


Đồ án môn học

MỤC LỤC

3


Đồ án môn học

PHẦN I: MỞ ĐẦU
1.

Lời nói đầu:
Xét nghiệm sinh hóa đóng vai trò quan trọng trong y học trong việc hóa chất miễn

dịch cũng như trong việc nghiên cứu thay đổi sinh lý, bệnh lý của những hằng số hóa sinh
trong cơ thể người, đặc biêt đóng góp vào việc dự phòng, chẩn đoán và theo dõi điều trị.
Vì vậy máy xét nghiệm sinh hóa, đặc biệt là máy xét nghiệm sinh hóa bán tự động
đang được sử dụng rất rộng rãi. Nắm bắt được điều này, nên nhóm muốn tìm hiểu và thưc
kế, góp phần đáp ứng nhu cầu nếu vận hành tốt.

2.
•
•
•

Tính năng ưu việt của máy xét nghiệm sinh hóa bán tự động:

Chính xác và định lượng nhiều chất có nồng độ thấp.
Đánh giá kết quả nhanh, nhạy
Hiện tại thì nhưng có những cải tiến và được cập nhật nhiều công nghệ tiến bộ hơn

PHẦN II : NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Một số dụng cụ cần biết:
1.1.

Kính lọc giao thoa

Sử dụng các kính lọc giao thoa sẽ cho dải thông hẹp gần 10nm, bộ lọc loại này
chỉ hấp thụ gần 10% bức xạ tới qua toàn bộ dải quang phổ vì thế ánh sáng đi tới cảm
biến quang có cường độ cao hơn. Do vậy, hiện nay hầu hết các loại máy sinh hoá đều
sử dụng loại kính lọc này.
Chúng được thiết kế bởi nhiều lớp kính được đặt rất gần nhau và khoảng cách giữa
các lớp kính bằng 1/2 độ dài của bước sóng mà ta cần lọc ra. Nguyên lý lọc màu của
loại kính này như sau: Khi ta cho một chùm ánh sáng trắng đi qua kính lọc, các tia
sáng đi vào kính sẽ tán xạ bởi nhiều lớp kính được đặt cách nhau 1/2 λ, những tia sáng
nào có bước sóng không trùng với bước sóng của kính lọc tương ứng thì sẽ bị triệt tiêu
4

Đồ án môn học
và ở đầu ra ta thu được ánh sáng có bước sóng tương ứng.

1/2

H×nh 1.1. CÊu t¹o kÝnh läc giao thoa

1.2.

Nhiễu xạ cách tử
Cách tử được cấu tạo dựa trên hiện tượng nhiễu xạ.Khi ánh sáng đi qua một khe

hẹp sẽ xuất hiện hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.Vùng nhiễu xạ sẽ cho phổ của ánh sáng
chiếu tới.
Một cách tử nhiều xạ gồm một số lượng lớn các rãnh song song cách đều nhau
được khắc gần nhau trên cùng một bề mặt có độ bóng cao như thép, thuỷ tinh hoặc
thạch anh. Cách tử nhiễu xạ điển hình có 1200 - 2000 vạch/mm, mật độ càng dày thì
độ đơn sắc càng tốt.
Khi ánh sáng trắng chiếu lên cách tử, các bước sóng khác nhau sẽ bị chệch theo
các góc khác nhau như hình 1.2.

5


Đồ án môn học
ánh sáng tới
...

Màu ánh sáng đơn sắc được xác định bởi góc này

Hình 1.2 các mức nhiễu xạ trên cách tử phản xạ
Khe sáng
Thấu kính hội tụ

Nguồn sáng

Khe sáng
Cách tử trong suốt

Hình 1.3. Cấu trúc của cách tử truyền
Nếu chùm sáng khuếch tán sau đó được hội tụ lại trên một khe hẹp thì có thể chọn
bước sóng ánh sáng đó bằng cách dịch chuyển khe hẹp đó. Cách tử loại này được gọi
là cách tử phản xạ thường dùng để phân tích vùng tử ngoại. Trong phân tích ánh sáng
khả kiến thường sử dụng cách tử truyền có cấu trúc
6


Đồ án môn học
1.3.

Cuvét

Hình 1.4: Cuvet
Được dùng trong máy xét nghiệm để dựng mẫu khi đo,vì vậy cuvét phải
được làm với các đặc tính:
•

Cho qua tất cả các bước sóng dùng trong xét nghiệm

•

Có bề mặt quang học đảm bảo song song và phẳng tuyệt đối để tránh sự phản xạ của
ánh sáng chiếu tới.
•

Phải có độ bền về hoá học, không bị các hoá chất làm hỏng.
Trong thực tế có nhiều loại cuvet phụ thuộc vào chất liệu chế tạo.Cuvét thường

được làm từ thạch anh, thuỷ tinh hoặc nhựa trong, có chiều dày quang học chuẩn là 1 cm
để đảm bảo các tính chất trên.
2.

Định luật đo màu:
Phương pháp đo màu là một trong những phương pháp phân tích thành phần dung

dịch dựa trên việc so sánh cường độ cường độ màu của dung dịch nghiên cứu với cường
độ của dung dịch chuẩn (dung dịch có nồng độ đã biết trước).
Người ta dùng phương pháp đo màu chủ yếu là để xác định lượng nhỏ các của các
chất có trong dung dịch.Phân tích bằng phương pháp đo màu tốn ít thời gian hơn so với
phương pháp khác, nó cho kết quả chính xác mà không cần phải tách riêng các chất cần
7


Đồ án môn học
xác định ra khỏi thành phần dung dịch. Phương pháp đo màu được thực hiện bằng hai
cách cơ bản:
•

Phương pháp đo màu chủ quan ( Quan sát bằng mắt )

•

Phương pháp đo màu khách quan ( Đo màu quang điện)

Phương pháp đo màu chủ quan hiện nay không còn được dùng do tính chính xác
chỉ mang tính chất tương đối, phụ thuộc vào người quan sát. Phương pháp đo màu quang
điện cho kết quả chính xác, khách quan nên được ứng dụng phổ biến trong xét nghiệm.
2.1. Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch
Nếu rọi một chùm sáng có cường độ I 0 vào một cuvét đựng một dung dịch nào đó
thì một phần Ir bị phản xạ trên bề mặt của cuvét, một phần khác I a bị dung dịch hấp thụ,
phần còn lại It đi qua cuvét ra ngoài, giữa các đại lượng cường độ ánh sáng này có các hệ
thức sau:
I0=Ir+Ia+It

(1-1)

Trên thực tế, trong một loại phân tích ta chỉ sử dụng một loại cuvét nên cường độ
ánh sáng phản xạ Ir là không đổi. Mặt khác, bề mặt cuvét được làm rất phẳng và ánh sáng
chiếu vào được tập trung gần như vuông góc với bề mặt cuvét nên I r là rất nhỏ. Vì vậy có
thể bỏ qua thành phần phản xạ. Ta có hệ thức đơn giản hơn như sau:
I0= Ia+It

(1-2)

Bằng cách đo cường độ ánh sáng tới I0 và cường độ ánh sáng ra khỏi cuvét I t, ta có
thể tìm được cường độ ánh sáng bị hấp thụ Ia.

8

Đồ án môn học
Ir
Ia

It

I0

Hình 2.1. Mô tả đường truyền của ánh sáng qua cuvét chứa dung dịch

2.2. Định luật Bouguer - Lambert
Dựa trên thực nhiệm, P. Bouguer và I.Lambert đã thiết lập được mối liên hệ giữa
ánh sáng truyền trong môi trường với bản chất của môi trường truyền dẫn. Định luật
Bouguer - Lambert phát biểu như sau:
“Những lớp chất có chiều dày đồng nhất, trong những điều kiện như nhau luôn hấp
thụ một tỉ lệ như nhau của dòng sáng rọi vào những lớp chất đó.”
Để giải thích điều này, ta giả thiết một chùm sáng có cường độ 100 lux, qua lớp
dung dịch có chiều dày nhất định, chùm sáng bị hấp thụ mất đi 50% ban đầu. Như vậy,
chùm sáng đó ló ra sau dung dịnh chỉ còn lại 50 lux. Ta tiếp tục cho chùm sáng đi qua một
lớp dung dịch cùng tính chất và chiều dày như lớp dung dịch trước. Sau khi qua lớp thứ
hai này, chùm sáng lại bị hấp thụ 50% cường độ và do đó chỉ còn lại 25 lux.
Giả sử có một lớp môi trường có bề dày x (hình 1.11) được một chùm sáng đơn
sắc chiếu tới mà cường độ sáng trước khi vào môi trường là I 0, sau khi đi qua môi
trường cường độ ánh sáng là I x. Trường hợp này các yếu tố phản xạ và khúc xạ coi là
vô cùng nhỏ và có thể bỏ qua.
Mối quan hệ giữa cường độ ánh sáng trước và sau khi đi qua môi trường được biểu
diễn bởi công thức:

9

Đồ án môn học

I x = I 0 .e − µx
(1-3)
Trong đó

µ

là hệ số hấp thụ của môi trường, phụ thuộc vào bản chất, mật độ môi

trường và vào bước sóng của ánh sáng chiếu tới. Dấu trừ cho biết cường độ ánh sáng
qua bề dày x bị giảm đi.
Biểu thức trên cũng là biểu thức biểu diễn định luật Bouguer - Lambert cho biết
qui luật giảm cường độ ánh sáng sau khi truyền qua môi trường. Thường người ta viết
định luật Bouguer dưới dạng sau:

I = I 0 .10 − Kx
(1-4)

Trong đó k là hệ số tắt, k = 0,43

µ

. Nếu

I0
1
=
I 10

K=

thì

1
x

. Vậy hệ số tắt có giá trị

bằng nghịch đảo bề dày mà với nó cường độ ánh sáng bị yếu đi 10 lần. Nói khác đi,
nếu lấy chiều dày hấp thụ bằng đại lượng nghịch đảo của hệ số tắt thì cường độ ánh
sáng sẽ bị giảm đi 10 lần.

2.3.

Định luật Bouguer – Lambert - Beer

Khi nghiên cứu sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch, Beer đã thiết lập được mối liên hệ
giữa hệ số tắt K với nồng độ của chất hấp thụ ánh sáng như sau:
K=

ε

.C

(1-5)

Trong đó:
C: nồng độ chất tan trong dung dịch

ε: hệ số không phụ thuộc vào nồng độ
Định luật Beer cùng tương tự như định luật Bouguer – Lambert. Nhưng nếu định luật
Bouguer – Lambert khảo sát sự thay đổi độ hấp thụánh sáng với dung dịch có nồng độ
10


Đồ án môn học
xác định khi thay đổi chiều dày của lớp dung dịch hấp thụ, còn định luật Beer lại khảo sát
sự thay đổi độ hấp thụánh sáng của dung dịch với sự thay đổi nồng độ của một lớp dung
dịch có chiều dày không đổi. Kết hợp hai định luật này, ta có định luật Bouguer –
Lambert – Beer:
“Độ hấp thụ cường độánh sáng của một lớp dung dịch phụ thuộc vào bản chất, nồng
độ và bề dày của lớp dung dịch cóánh sáng rọi qua”
Về mặt toán học, định luật được biểu diễn bằng phương trình:

I x = I 0 .10 −ε .C . L
(1-6)
Trong đó:
C: là nồng độ chất tan
L: chiều dày lớp dung dịch
ε: hệ số tắt không đổi, chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất tan và bước sóng của ánh
sáng rọi vào dung dịch.
Trong xét nghiệm, chúng ta thường sử dụng một số các thông số gián tiếp từ định luật
Bouguer – Lambert – Beer
Tỷ số giữa cường độ chùm sáng sau khi qua dung dịch I x với cường độ chùm sáng
chiếu tới I0 được gọi độ truyền qua, ký hiệu là T
T=

Ix
I0

Nếu đặt sau cuvet thứ nhất một cuvet thứ hai giống cuvét thứ nhất và cũng chứa
dung dịch có nồng độ như vậy, cường độ ánh sáng I 2 sau khi đi qua cuvét thứ hai là:
I 2 = TI 1

I2 = T 2I0

hay

11


Đồ án môn học
Như vậy, ánh sáng truyền qua các cuvet đặt liên tiếp nhau giảm theo cấp số nhân.
Với lý do này có thể biểu diễn độ truyền như một phép đo logarit. Phép đo này là độ
hấp thụ A hay gọi là mật độ quang D hay O.D (Optical Density):
A = − log

It
Io

(1-7)
A = log

Hay
A = aCL

1
T

(Định luật Bouguer-Lambert)

(Định luật Bouguer-Lambert- Beer)

3. Cơ sở quang điện của phương pháp đo màu:
Trên thực tế, trong các máy xét nghiệm, người ta không thể tính toán trực tiếp trên tín
hiệu quang mà phải tính trên tín hiệu điện, vì vậy cần phải có những linh kiện chuyển đổi
các tín hiệu quang thành tín hiệu điện và dòng điện do linh kiện này tạo ra phải tỷ lệ với
cường độ ánh sáng chiếu tới. Các linh kiện này gọi là linh kiện quang điện, hiện tượng
biến đổi quang thành điện gọi là hiện tượng quang điện. Vì vậy phương pháp phân tích
thành phần dung dịch dựa trên những linh kiện này còn gọi là phương pháp đo màu quang
điện.

3.1.

Hiệu ứng quang điện:

Năm 1887, nhà bác học Hexer làm thí nghiệm với tấm kẽm tích điện âm, và ông phát
hiện ra rằng chiếu tia hồ quang thì tấm kẽm sẽ bị bớt âm đi. Khi thay bằng tấm kẽm tích
điện dương thì điện tích trên tấm kẽm không đổi. Nhưng khi chắn chùm tia hồ quang bằng
một tấm kính trong suốt có tác dụng hấp thụ các tia tử ngoại thì tấm kẽm không bị mất
điện tích âm. Các thí nghiệm với các kim loại khác cho kết quả tương tự đã dẫn tới kết
luận: “Khi chiếu một chùm sáng thích hợp vào mặt kim loại thì làm cho các electron ở
mặt kim loại bị bật ra”. Đó chính làhiện tượng quang điện.
Để khảo sát chi tiết hiện tượng quang điện, người ta làm thí nghiệm như sau:
12


Đồ án môn học
Một bóng đèn có độ chân không cao ( áp suất khoảng 10 -6 mmHg) trong bóng đặt hai

bản cực kim loại: bản cực dương anốt (A) và bản cực âm catốt (K). Bản cực âm làm bằng
kim loại cần nghiêm cứu hiệu ứng quang điện. Nguồn điện và điện kế được mắc như hình
vẽ. Biến trở R để điều chỉnh điện áp nguồn đặt vào hai bản cực A, K.

Hình 1.13. Thí nghiệm hiện tượng quang điện

Cho ánh sáng tử ngoại chiếu vào bản cực K, chùm sáng này cấp năng lượng giúp
cho các electron bứt khỏi bề mặt kim loại. Dưới tác động của điện trường đặt giữa A và K,
các eletron này chuyển động về phía A và tiếp tục đi trong mạch điện tạo thành một dòng
điện không đổi, cường độ này được đo bằng điện kế G. Điện áp đặt vào AK đo bằng vôn
kế V.
Sau khi làm thí nghiệm với các trường hợp khác nhau, người ta thấy rằng:
- Khi chiếu vào catốt một chùm sáng đơn sắc thì trong mạch xuất hiện dòng điện,
đây gọi là dòng quang điện có chiều từ anốt sang catốt.
- Dùng các bước sóng khác nhau chiếu vào người ta thấy hiện tượng quang điện chỉ
sảy ra khi các bước sóng này nhỏ hơn một giá trị λ0 nào đó (gọi là giới hạn quang điện).

13


Đồ án môn học
- Thay đổi hiệu điện thế U đặt vào AK, khi U tăng thì dòng quang điện I cũng tăng,
nhưng đến một mức nào đó thì đạt giá trị bão hoà I bh. Khi đó dù U có tăng thì I cũng
không tăng.

3.2.

Các định luật quang điện

Từ các kết quả đã thí nghiệm ở trên về hiện tượng quang điện, các nhà bác học như

Stoletov, Lenard... đã tiếp tục nghiên cứu và phát triển và rút ra 3 định luật gọi là các định
luật quang điện.
Định luật quang điện thứ nhất ( định luật về giới hạn quang điện)
“Đối với mỗi kim loại dùng làm catốt có một bước sóng giới hạn λ0 xác định gọi là
giới hạn quang điện của kim loại đó, hiện tượng quang điện chỉ sảy ra khi bước sóng của
ánh sáng kích thích nhỏ hoặc bằng giới hạn quang điện (λ≤λ0)
Ví dụ: giới hạn quang điện của một số kim loại
Bạc 260nm, đồng 300nm, kẽm 350nm, nhôm 360nm, canxi 450nm, kali 550nm, xêđi
660nm. Vì vậy, trong xét nghiệm cần phải chọn loại có đầu thu quang có giới hạn quang
điện đủ lớn.
Định luật quang điện thứ hai ( định luật về dòng quang điện)
“Đối với một ánh sáng thích hợp, cường độ dòng quang điện bão hoà tỷ lệ thuận
với cường độ của chùm sáng kích thích”
Điều này được Anhstanh giải thích là do số electron quang điện bị bật ra khỏi mặt
catôt trong một đơn vị thời gian tỷ lệ với số phôtôn đến đập vào mặt catôt trong thời gian
đó. Mặt khác số phôtôn này lại tỷ lệ với cường độ chùm sáng chiếu tới. Đây là một tính
chất hết sức quan trọng, mà nhờ đó để có thể chế tạo được máy đo màu quang điện.
Trên đây là hai định luật quang điện có ý nghĩa ứng dụng trong máy sinh hoá, còn
định luật thứ 3 ta không xét tới trong tài liệu này.

14


Đồ án môn học
3.3. Photođiốt
Photođiốt là một loại linh kiện quang bán dẫn, hoạt động của nó dựa trên 2 hiệu ứng
quang dẫn và quang điện trong. Cấu trúc và ký hiệu của photođiốt đơn giản được trình
bày như trên hình 1.17 a,b.

Hình 1.17. a/ cấu trúc của photođiốt, b/ ký hiệu, c,d/ cách mắc

Dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng, trong miền chuyển tiếp p-n của chất bán dẫn
nhạy quang có thể xảy ra sự ion hoá các nguyên tử của chất cơ bản và của tạp chất dẫn
đến việc sinh ra các cặp điện tử và lỗ trống.Các điện tử và lỗ trống này tập trung ở hai đầu
bán dẫn. Nếu mạch ngoài ta nối hai đầu bán dẫn thì sẽ có dòng điện chạy qua gọi là dòng
quang điện Iφ, hai đầu photođiốt xuất hiện hiệu điện thế U.
Có hai cách mắc photođiốt: cách mắc không dùng nguồn nuôi ở mạch ngoài như hình
1.17 c, và có nguồn nuôi ở mạch ngoài như hình 1.17 d. Khi mắc với nguồn nuôi một
chiều, điện áp đặt vào phải theo chiều phân cực ngược.
Đặc trưng von-ampe của photođiốt được trình bày trên hình 1.18.

15


Đồ án môn học

Hình 1.18. Đường đặc trưng Von-Ampe của photođiốt
Trên hình vẽ ta thấy, cường độ ánh sáng rọi vào mạnh thì dòng ngược của
photođiốt càng lớn, có nghĩa là điện trở ngược của photođiốt càng giảm khi chùm sáng rọi
càng tăng.
Đặc trưng biểu diễn sự phụ thuộc của dòng quang điện vào cường độ chiếu sáng φ
được trình bày trên hình 1.19.
I

U3
U2
U1

Hình 1.19. Sự phụ thuộc của dòng quang điện vào cường độ ánh sáng

16


Đồ án môn học
Sự phụ thuộc này được biểu diễn bằng công thức: Iφ=Kφ.φ
Trong đó Kφ được gọi là độ nhạy tích phân của photođiốt, K φ= Iφ/φ. Sự phụ thuộc của
độ nhạy vào bước sóng ánh sáng được gọi là đặc trưng phổ của photođiốt. Với các bước
sóng khác nhau thì độ nhạy của photođiốtcũng khác nhau. Độ nhạy còn được hiểu là hiệu
suất lượng tử của photođiốt, Hiệu suất lượng tử được định nghĩa là số cặp điện tử - lỗ
trống được sinh ra ứng với mỗi photon tới.
Hiệu suất lượng tử được tính theo công thức
 I  P 
η =  p   opt 
 q   hν 

−1

Trong đó, Ip là dòng quang điện tạo ra từ việc hấp thụ ánh sáng có công suất P opt tại
bước sóng λ (tương ứng với năng lượng photon hv). Một trong các hằng số ảnh hưởng tới
hiệu suất lượng tử là hằng số hấp thụ α. Vì α là một hàm phụ thuộc rất lớn vào bước
sóng mà dải bước sóng là yếu tố quy định giới hạn dòng quang điện. Độ dài bước sóng cắt
λc được tạo ra bởi độ rộng vùng cấm, ví dụ bước sóng cắt khoảng 1.8µm với Gemani và
cỡ 1.1µm với silic. Với các bước sóng dài hơn λc, giá trị của α quá nhỏ để xuất hiện sự
hấp thụ trong. Với các bước sóng ngắn thì giá trị của α rất lớn (~105 cm-1), và vì vậy việc
phát xạ chủ yếu bởi các hấp thụ gần bề mặt, nơi thời gian tái hợp rất ngắn. Do đó, các hạt
dẫn có thể tái hợp trước khi chúng bị tập trung tại lớp tiếp giáp p-n.
Hình 1.20 là giản đồ điển hình của hiệu suất lượng tử theo bước sóng của một số
điốt quang tốc độ cao. Ta thấy rằng, trong vùng cực tím và vùng khả kiến, các điốt quang
bán dẫn kim loại có hiệu suất lượng tử cao, trong vùng cận hồng ngoại, các điốt quang
silic (có phủ lớp chống phản xạ) có thể đạt hiệu suất tới 100% tại vùng bước sóng 0.80.9µm. Tại vùng có bước sóng 1.0-1.6µm, các điốt quang Gemani và điốt quang nhóm

III-V (loại GaInAs) cho hiệu suất cao. Với các bước sóng dài hơn, các điốt quang có thể
được làm lạnh (khoảng 77K) để tăng hiệu suất quang tử.
17


Đồ án môn học

Hình 1.20. Hiệu suất lượng tử phụ thuộc bước sóng của các bộ thu quang
Do có cấu tạo đơn giản, độ nhạy cao và kích thước nhỏ nên photođiốt được dùng
nhiều trong máy sinh hoá hiện nay, đặc biệt là các máy xét nghiệm xách tay.

4. Tính năng tác dụng của máy xét nghiệm sinh hoá:
4.1. Giới thiệu về xét nghiệm sinh hoá
Xét nghiệm sinh hoá được thực hiện từ rất lâu trong việc chẩn đoán lâm sàng.
Bằng việc dựa trên cơ sở y sinh về các chất trong cơ thể con người kết hợp với việc
nghiên cứu các phản ứng hoá học đặc trưng của các chất này với một số chất nào đó,
người ta có thể tính toán định lượng của các chất cần nghiên cứu trong cơ thể con người.
Ngày nay, người ta dùng các máy phân tích sinh hoá để có được định lượng các chất cần
phân tích một cách chính xác và đơn giản. Dựa vào sự xuất hiện các chất dị thường, tăng
giảm của các chất thông thường có người ta có thể chẩn đoán nhiều bệnh liên quan đến
các cơ quan trong cơ thể con người.
Xét nghiệm sinh hoá được thực hiện với nhiều loại mẫu bệnh phẩm như máu, nước
tiểu, phân, dịch não tuỷ, các loại dịch khác.
18


Đồ án môn học
Xét nghiệm sinh hoá máu là các xét nghiệm được dùng phổ biến nhất hiện nay tại
các bệnh viện, cơ sở y tế. Cho phép xác định định tính các chất hoá học trong máu. Vì
máu được dẫn khắp cơ thể, có liên quan mật thiết với tất cả các cơ quan trong cơ thể, vì

vậy cũng chịu ảnh hưởng của tất cả các cơ quan này. Về phương diện vật lý, máu là một
tổ chức lỏng lưu động trong hệ tuần hoàn nhưng luôn có sự trao đổi mật thiết với các
chất dịch gian bào, làm nhiệm vụ vận chuyển các nguyên liệu dinh dưỡng và các sản
phẩm chuyển hoá cho các tổ chức, cơ quan trong cơ thể. Người ta phân biệt trong máu
có 2 thành phần: Thành phần lỏng gọi là huyết tương là một loại dung dịch keo bao
gồm nước, các muối, các chất gluxit, protit, vitamin, và hooc môn; thành phần đặc,
còn gọi là thành phần hữu hình bao gồm các tế bào máu như hồng cầu, tiểu cầu và
bạch cầu. Khi ly tâm máu, phần tế bào sẽ ở dưới cùng, huyết tương chia làm 2 phần,
phần đặc sánh màu vàng và phần dung dịch trong phía trên cùng gọi là huyết thanh,
Xét nghiệm sinh hoá máu sẽ xác định nồng độ các chất trong huyết tương hoặc huyết
thanh, còn việc xác định số lượng, chất lượng, kích thước... của các tế bào sẽ là phần
xét nghiệm công thức máu được đề cập ở một tài liệu khác.
Xét nghiệm sinh hoá nước tiểu cũng là một xét nghiệm thường thấy trong các
bệnh viện. Tuy nhiên, ngày nay với tiến bộ khoa học kỹ thuật, người ta đã thực hiện
phương pháp sinh hoá khô dùng que thử để xác định định tính hoặc bán định lượng với
các máy xét nghiệm nước tiểu hoặc tự so sánh trên bảng màu chuẩn cho kết quả nhanh,
có thể thực hiện tại gia đình dễ dàng. Phần này đã được trình bày chi tiết trong phần
tài liệu máy xét nghiệm nước tiểu, các bạn quan tâm có thể đọc tham khảo. Với những
chất mà que thử không giải quyết được thì cần phải dùng tới xét nghiệm sinh hoá ở
phòng thí nghiệm, tất nhiên nếu không có máy xét nghiệm nước tiểu thì bạn vẫn có thể
dùng máy xét nghiệm sinh hoá để xác định các chất trong nước tiểu một cách định
lượng, và đôi khi nếu nghi ngờ kết quả của máy nước tiểu, bạn có thể khẳng định lại
nhờ xét nghiệm sinh hoá tại phòng thí nghiệm.

19


Đồ án môn học
Xét nghiệm sinh hoá phân có giá trị chẩn đoán các bệnh đường tiêu hoá. Nhưng
hiện nay xét nghiệm này ít được dùng vì lý do vệ sinh, người ta chỉ thực hiện với phân

nếu xét nghiệm về tế bào, vi khuẩn hoặc ký sinh trùng.
Dịch não tuỷ là lớp dịch bao quanh não và tuỷ bảo vệ cho hệ thần kinh trung
ương trước các biến đổi về áp lực và các chấn động. Dịch não tuỷ được phân cách với
máu bởi một màng ngăn không cho các tế bào máu và phần lớn protein huyết tương
vào dịch não tuỷ, trong khi các phần tử nhỏ tan trong nước như gluco thì thấm qua
màng. Dịch não tuỷ tiếp cận mật thiết với não và tuỷ nên những tổn thương của hai cơ
quan này đều có ảnh hưởng tới dịch. Nghiên cứu dịch não tuỷ có thể chẩn đoán một số
bệnh thần kinh và theo dõi tiến triển của bệnh.
Các loại dịch khác như dịch mật, dịch màng phổi, dịch màng bụng... giúp chẩn
đoán khá chính xác các bệnh liên quan trực tiếp đến các cơ quan này.

5. Máy xét nghiệm sinh hoá:
5.1. Khái niệm về máy sinh hóa
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật trên tất cả các lĩnh
vực, trong các phòng xét nghiệm, con người đã không phải tự làm các xét nghiệm nữa
mà dựa vào các máy xét nghiệm. Con người chỉ phải làm một số công việc như pha, ủ
hoá chất như trong các máy quang kế, hoặc chỉ pha, máy sẽ tự ủ và tính toán kết quả
trong các máy sinh hoá bán tự động, hoặc chỉ là thao tác vận hành máy còn các công
việc hút mẫu, pha mẫu và ủ mẫu và tính toán do máy làm hoàn toàn trong các máy
sinh hoá tự động. Vì vậy, máy sinh hoá trở thành một công cụ đắc lực trong các phòng
xét nghiệm, giúp cho công việc xét nghiệm trở nên đơn giản, người làm xét nghiệm
không còn phải nhớ từng hoá chất, cách pha chế... Công việc chỉ đơn giản là cho tất cả
mẫu vào các khay chứa mẫu, chọn loại xét nghiệm và nhấn nút cho máy tự đo đạc, tính
toán, và hiển thị kết quả còn họ có thể đi làm cmác công việc khác như lấy mẫu máu,
thực hiện các loại xét nghiệm khác. Vì vậy thay bằng cả phòng xét nghiệm, chỉ cần
một kỹ thuật viên với các máy xét nghiệm là đủ.
20


Đồ án môn học

Phần này xin giới thiệu nguyên lý cấu tạo của một máy sinh hoá. Nắm được
nguyên lý này, bạn có thể hiểu được hoạt động của một máy sinh hoá bất kỳ từ đơn
giản đến phức tạp, từ đó dễ dàng phân tích hoạt động của chúng.

5.2.

Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của máy sinh hoá

Các máy xét nghiệm sinh hoá từ đơn giản đến hiện đại đều dựa trên nguyên tắc
là phương pháp đo màu. Dung dịch cần đo được đưa vào cuvét. Một nguồn sáng có
ánh sáng trắng đi qua bộ lọc để thu được một bước sóng phù hợp với dung dịch cần
đo, Bộ phát hiện quang thu cường độ ánh sáng đi qua cuvét chứa dung dịch cần đo
chuyển thành tín hiệu điện, từ tín hiệu điện này máy có thể tính toán và hiển thị kết
quả.
Sơ đồ nguyên lý của máy sinh hoá được trình bày đơn giản như sau:

5.2.1.

Sơ đồ khối

TBQĐ
Đèn halogen

Hình 2.3. Sơ đồ khối máy xột nghiệm húa sinh

21


Đồ án môn học

5.2.2.

Nguyên lý làm việc từng khối

- Nguồn sáng
Nguồn sáng có nhiệm vụ phát ra ánh sáng trắng có cường độ đủ mạnh. Lý do
dùng nguồn sáng trắng ở đây chính là do mỗi một xét nghiệm khi phản ứng sẽ cho một
màu đặc trưng của xét nghiệm đó, và nó sẽ hấp thụ mạnh nhất một dải bước sóng
tương ứng, vì vậy khi đo sự hấp thụ ta chỉ dùng một bước sóng cơ bản. Với nhiều xét
nghiệm ta sẽ dùng nhiều bước sóng khác nhau và nguồn sáng trắng sẽ cấp đầy đủ các
bước sóng này cho tất cả các xét nghiệm.
•

Đèn Halogen: cung cấp dải bước sóng 320 ÷800nm cho các xét nghiệm. Máy
dùng loại đèn 12V-20W.

- Hệ thống quang học:
- Bộ lọc bước sóng
Bộ lọc bước sóng dùng để chọn lấy một bước sóng yêu cầu cho từng xét
nghiệm. Sở dĩ người ta dùng nguồn sáng trắng và các bộ lọc mà không dùng các linh
kiện phát ra các bước sóng cố định là do dùng bộ lọc có thể dễ dàng thêm các bộ lọc
theo yêu cầu xét nghiệm tức là có tính mở đối với xét nghiệm hơn là dùng linh kiện
phát ra bước sóng cố định. Trong các máy xét nghiệm sinh hoá hiện nay, bộ lọc thường
là một bánh xe trên có gắn một số kính lọc , số kính lọc trên bánh xe này tuỳ thuộc vào
loại máy. Các bộ lọc này là các cách tử, kính lọc, lăng kính kết hợp với các thấu kính
để thu được một dải rất hẹp bước sóng: 340nm, 405nm, 505nm, 546nm, 570nm,
600nm, 650nm, 700nm...

22

Đồ án môn học

Hình 2.4. Cấu tạo hệ thống quang học của quang kế 722.
1. Nguồn sáng; 2. Hệ thống kính lọc; 3,6. Gương cầu lõm; 4,8. Khe sáng; 5,7.
Gương phẳng; 9.Thấu kính hội tụ; 10.Buồng đo; 11.ống nhân quang
Hệ thống quang học có chức năng chính là tạo ra chùm sáng đơn sắc cho từng xét
nghiệm bằng cách dùng bộ lọc (2), tập trung chùm sáng đơn sắc vào đúng vị trí trong
buồng đo.
- Buồng đo: trong đặt một giá đỡ cuvét.Buồng đo được bao kín để tránh tạp nhiễu
khi đo, phía trên có lắp mở để cho mẫu vào. Khi tiến hành đo cần đóng kín lắp này lại.
- Tế bào quang điện:
Có chức năng là biến đổi tín hiệu quang thu được khi ánh sáng đi qua cuvét thành
tín hiệu điện. Tế bào quang điện là một trong các linh kiện quang- điện đã xét ở phần
trước, trên thực tế hiện nay thường dùng là photo điốt hay photo tranzito do kích thước
nhỏ, thích hợp cho các máy xách tay hoặc những máy có cấu trúc nhỏ. Đồng thời lại
có độ nhạy cao hơn các linh kiện khác.
Sử dụng loại photodiod. Có chức năng chuyển đổi tín hiệu quang khi qua buồng đo
thành tín hiệu điện để đưa đến bộ khuếch đại.

23


Đồ án môn học
- Bộ khuếch đại:
Có chức năng khuếch đại tín hiệu điện thu được từ tế bào quang điện rất nhỏ ( cỡ
mV) thành tín hiệu đủ lớn ( cỡ V) để tính toán và hiển thị.
- Bộ hiển thị:
Kết quả đo sẽ được hiển thị trên khối hiển thị. Ở đây, chúng ta dùng LCD để hiển
thị kết quả. Kết quả hiển thị có thể ở mức đơn giản là cường độ dòng điện thu được,

hoặc được tính toán để hiển thị chi tiết đến độ hấp thụ, nồng độ chất, tên bệnh nhân, số
thứ tự, ngày tháng xét nghiệm...
- Nguồn ổn áp:
Có chức năng tạo ra điện áp một chiều 12 V cấp cho nguồn sáng, ±5 V cấp cho
mạch khuếch đại và hiển thị.
6.

Các phương pháp đo màu:
6.1 Phương pháp điểm cuối:
Phương pháp này chỉ đo độ hấp thụ của hỗn hợp phản ứng một lần, đó là lúc phản

ứng tạo màu đã sảy ra hoàn toàn, và nồng độ các chất trong dung dịch sau phản ứng đã ổn
định. Có thể đo độ hấp thụ ở một bước sóng (monochromatic) hoặc hai bước sóng
(bichromatic). Sử dụng dung dịch chuẩn (Standard) để dựng đường chuẩn hay hệ số cài
đặt trước.
Chia theo số dung dịch chuẩn sử dụng khi đo ta có 3 loại:
- Phép đo chỉ sử dụng một dung dịch chuẩn: nồng độ của mẫu cũng được tính theo
công thức:
CSample =

( ASample − ABlank )Cs tan dard
As tan dard − Ablank

- Phép đo sử dụng nhiều dung dịch chuẩn (multistandard): nồng độ của mẫu được xác
24


Đồ án môn học
định từ đường cong chuẩn. Đường cong này dựng được từ các dung dịch chuẩn đã biết
trước nồng độ và độ hấp thụ đo được:

(Astandard- Ablank).TR
TR là chiều của phản ứng :

+1 nếu chiều phản ứng tăng

-1 nếu chiều phản ứng giảm
Nồng độ của mẫu được nội suy từ đường cong chuẩn: (Asample- Ablank).TR
- Phép đo sử dụng hệ số:
Khi đo không sử dụng các dung dịch chuẩn mà sử dụng một hệ số cho trước để tính ra
nồng độ của dung dịch. Nồng độ mẫu được tính theo công thức:
Csample = (Asample- Ablank).F
Với F là hệ số cho trước
Chia theo số bước sóng sử dụng khi đo ta có 2 loại:
- Phép đo một bước sóng: đo độ hấp thụ của dung dịch Trắng, Chuẩn và Mẫu tại một
bước sóng.
- Phép đo hai bước sóng: đo độ hấp thụ của Trắng (Blank), Chuẩn và mẫu (Sample)
tại hai bước sóng, một bước sóng chính và một bước sóng phụ, độ hấp thụ của các dung
dịch được tính theo công thức sau:
Asample, Astandard, Ablank=Aλmain- Aλref
A: độ hấp thụ
λmain: Bước sóng chính
λref: Bước sóng phụ
25