Thiết kế bộ gia nhiệt bảo quản hóa chất trong các thiết bị xét nghiệm ứng dụng công nghệ hiệu ứng nhiệt điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

TRẦN QUANG HẢI

THIẾT KẾ BỘ GIA NHIỆT BẢO QUẢN HĨA CHẤT
TRONG CÁC THIẾT BỊ XÉT NGHIỆM ỨNG DỤNG
CƠNG NGHỆ HIỆU ỨNG NHIỆT ĐIỆN
Chuyên ngành : KỸ THUẬT Y SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Y SINH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS.NGUYỄN THÁI HÀ

Hà Nội – 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

TRẦN QUANG HẢI


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ 1

MỤC LỤC ........................................................................................................ 2
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................ 4
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................. 5
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................................. 5
LỜI NĨI ĐẦU ................................................................................................. 1
CHƯƠNG MỞ ĐẦU ....................................................................................... 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VIỆC BẢO QUẢN HÓA CHẤT TRONG Y
TẾ...................................................................................................................... 6
1.1. Tổng quan việc bảo quản hóa chất trong y tế ................................... 6
1.1.1. Nhóm hóa chất điều trị.................................................................... 7
1.1.2. Nhóm hóa chất sát trùng, tẩy uế ..................................................... 7
1.1.3. Nhóm hóa chất xét nghiệm .............................................................. 7
1.2. Các phương pháp làm lạnh bảo quản hóa chất .............................. 14
1.2.1. Phương pháp làm lạnh sử dụng máy nén hơi ............................... 14
1.2.2. Phương pháp hiệu ứng nhiệt Peltier ............................................. 17
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP HIỆU ỨNG NHIỆT ĐIỆN SỬ DỤNG
PIN PELTIER ............................................................................................... 19
2.1. Giới thiệu chung về pin petiler.......................................................... 19
2.1.1. Hiệu ứng nhiệt điện ....................................................................... 19
2.1.2. Hiệu ứng Peltier (Hiệu ứng nhiệt điện ngược) ............................. 20
2.2. Cơ sở lý thuyết sử dụng tấm pin petiler để thiết kế bộ làm lạnh bảo
quản hóa chất xét nghiệm ......................................................................... 22
2.2.1. Nguyên lý hoạt động của pin Peltier............................................. 22
CHƯƠNG 3 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THIẾT KẾ SẢN PHẨM ........ 29


3.1 Sơ đồ thiết kế bộ làm lạnh .................................................................. 29
3.1.1 Tính tốn thiết kế............................................................................ 31
3.2

Khối mạch nguồn .......................................................................... 32

3.2.1 Khối nguồn 5V............................................................................... 32
3.2.2 Khối nguồn 24 VDC – 5A : sử dụng bộ nguồn có sẵn trên thị
trường ...................................................................................................... 35
3.3 Khối công suất và khối cách ly quang ............................................... 35
3.3.1 Khối cách ly.................................................................................... 36
3.3.1 Khối công suất................................................................................ 39
3.4 Khối cảm biến nhiệt độ đầu vào ........................................................ 40
3.4.1 Các đặc điểm chung của cảm biến nhiệt độ LM35 DZ................. 41
3.4.2 Tính toán nhiệt độ ......................................................................... 42
3.5 Khối điều khiển ................................................................................... 43
3.5.1 Giới thiệu sơ lược về vi điều khiển PIC16F877A ......................... 43
2.6 STACK ................................................................................................. 57
3.7 Khối đo và hiển thị nhiệt độ ............................................................... 58
3.7.1 Giới thiệu sơ lược về text LCD ..................................................... 59
3.7.2 Kết nối ứng dụng PIC16F877A với LCD....................................... 61
CHƯƠNG 4 kết quả và bàn luận ................................................... 62
4.1 Kt qu ................................................................................................. 62
4.1.1 Mục đích nghiên cứu của luận văn ................................................ 62
4.1.2 Kết quả sản phẩm thực tế ............................................................... 62
4.2 Đánh giá chung: kỹ thuật, công nghệ ............................................... 66
4.2.1 Những hạn chế của đề tài.............................................................. 66
4.2.2 Nguyên nhân của những hạn chế .................................................. 67
4.3 Hướng phát triển của đề tài .............................................................. 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................68


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Hệ số nhiệt điện động của kim loại ................................................. 20

Bảng 4.1 So sánh nhiệt độ .............................................................................. 66


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ chức năng của phương pháp máy nén khí ............................ 14
Hình 1.2: Cấu tạo dàn ngưng tụ ...................................................................... 15
Hình 1.3: Cấu tạo dàn bay hơi ........................................................................ 16
Hình 1.4: Đồ thị biểu diễn các quá trình của một chu trình máy lạnh nén hơi ..... 17
Hình 2.1: Hiệu ứng nhiệt điện ......................................................................... 19
Hình 2.2: Sơ đồ minh họa hiệu ứng Peltier ..................................................... 21
Hình 2.3: Dịng nhiệt qua bán dẫn N .............................................................. 22
Hình 2.4 : Dịng nhiệt qua bán dẫn P .............................................................. 23
Hình 2.5: Kết nối song song về điện và về nhiệt của các viên bán dẫn loại N24
Hình 2.6: Kết nối nối tiếp về điện và nhiệt tạo ra song song của các viên bán
dẫn loại N ....................................................................................... 24
Hình 2.7: Kết nối một cặp P-N ....................................................................... 25
Hình 2.8: Kết nối nhiều viên bán dẫn P và N ................................................. 26
Hình 2.9. Hoạt động của tấm Peltier ............................................................... 28
Hình 2.10: Đường đi của dịng điện và dịng nhiệt ......................................... 28
Hình 3.1: Sơ đồ khối thiết kế của bộ làm lạnh ................................................ 30
Hình 3.2 khay đựng hóa chất trong máy xét nghiệm sinh hóa ...................... 30
Hình 3.3 : Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa các thơng số của CP60440 với
= 50°C ........................................................................................ 31
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn 5 VDC ....................................... 32
Hình 3.5: Dạng IC họ 79xx thực tế ................................................................. 34
Hình 3.6 Module khối nguồn 24 VDC........................................................... 35
Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý khối công suất và cách ly quang .......................... 35
Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý và mạch in khối cách ly quang ........................... 36
Hình 3.9 Sơ đồ ứng dụng ............................................................................... 37

Hình 3.10 Cách bố trí LED phát và LED thu bên trong của opto-coupler: .... 38
Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến nhiệt độ đầu vào ......................... 40
Hình 3.12 Cảm biến nhiệt độ LM 35 DZ ....................................................... 41
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển .................................................. 43
Hình 3.14 Sơ đồ chân và hình dạng của Píc 16F877 ...................................... 44
Hình 3.15 Cấu trúc bên trong của Pic 16F877A ............................................. 50
Hình 3.16 Bộ nhớ chương trình của Pic.......................................................... 52
Hình 3.17 Bộ nhớ bộ nhớ của Pic ................................................................... 53
Hình 3.18 Sơ đồ thanh ghi FSR ...................................................................... 54
Hình 3.19 Sơ đồ khối của khối đo và hiển thị nhiệt độ................................. 58
Hình 3.20 Khối hiển thị LCD.......................................................................... 58
Hình 3.21 Bộ hiển thị Text LCD 16×2 .......................................................... 59
Hình 4.1 tấm nhơm tản nhiệt và khay đựng hóa chất .................................... 63
Hình 4.2 Tấm peltier ....................................................................................... 63
Hình 4.3 Khối nguồn ....................................................................................... 64
Hình 4.4 Mạch cơng suất ................................................................................ 64
Hình 4.5 Mạch cách ly quang ......................................................................... 64
Hình 4.6 mạch cảm biến nhiệt độ .................................................................. 65


LỜI NĨI ĐẦU

Trong những năm gần đây, cơng tác khám chữa bệnh, điều trị bệnh của
ngành y tế nói chung cũng như lĩnh vực y tế trong quân đội ngày càng gia tăng
do bệnh tật gia tăng và ý thức chăm sóc sức khỏe của người dân ngày càng nâng
cao. Điều đó làm cho nhiều bệnh viện quá tải, khối lượng công việc của các bác
sỹ và các nhân viên khác trong bệnh viện ngày càng lớn. Vì vậy, các thiết bị y tế
ngày càng trở nên quan trọng hơn rất nhiều, nó trở thành cơng cụ đắc lực hỗ trợ
cho các bác sỹ trong việc khám chữa bệnh, cũng như trong các vần đề phòng

chống bệnh tật.
Trong thời đại ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học
kỹ thuật nói chung, việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực y
học và sinh học cũng khơng ngừng phát triển. Vì thế, các thiết bị y tế không ngừng
được gia tăng về số lượng và nâng cao về chất lượng, nhằm phục vụ cho công tác
khám chữa bệnh của các bác sỹ, nâng cao việc chăm sóc sức khỏe của con người và
giảm được chi phí khám chữa bệnh cho các bệnh nhân. Trong lĩnh vực y tế thì vai
trị của các thiết bị y tế trong khám cận lâm sang trong đó có các thiết bị xét nghiệm
đóng vai trị hết sức quan trọng giúp cho các chẩn đoán cúa bác sỹ chính xác đúng
người đúng bệnh. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, kết hợp với những kiến thức thực
tế và tài liệu thu nhận được tôi đã đi sâu nghiên cứu và tiến hành thiết kế bộ gia
nhiệt bảo quản hóa chất trong các thiết bị xét nghiệm làm luận văn của mình
Nội dung luận văn gồm 4 chương:
• Chương 1: Tổng quan việc bảo quản hóa chất trong y tế.
• Chương 2: Phương pháp hiệu ứng nhiệt điện sử dụng pin Peltier.
• Chương 3: Các bước tiến hành thiết kế sản phẩm
• Chương 4: Kết quả và bàn luận

1


Tôi xin chân thành cảm ơn cô giáo Tiến sỹ Nguyễn Thái Hà chủ nhiệm bộ
môn kỹ thuật y sinh trường Đại học Bách khoa Hà nội đã tận tình hướng dẫn, động
viên và quan tâm giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm
ơn các đơng chí chỉ huy khoa Trang bị và các đồng chí chủ nhiệm khoa Huyết học, Vi
sinh vật, Sinh hóa tại Bệnh viện trung ương Quân đội 108 đã tận tình giúp đỡ tơi
trong q trình thực hiện luận văn này.

2

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vấn đề nghiên cứu cải tiến công nghệ đang là vấn đề bức thiết hiện nay
nhằm tạo ra được các thiết bị hiện đại nhưng không quá phức tạp trong việc thiết kế
chế tạo cũng như sử dụng, bảo quản; chất lượng của các thiết bị được nâng lên và
giảm giá thành sản phẩm. Việc ứng dụng các công nghệ mới đã làm cho các thiết bị
ngày càng đơn giản, gọn nhẹ và tiện sử dụng hơn. Các thiết bị y tế nói chung và các
thiết bị xét nghiệm nói riêng ngày càng được cải tiến về mặt công nghệ nhằm nâng
cao chất lượng của thiết bị cũng như tiện cho việc sử dụng. Trong các thiết bị xét
nghiệm thường sử dụng máy nén hơi trong việc bảo quản hóa chất nên cấu trúc máy
thường cồng kềnh, phức tạp và do sử dụng mơi chất làm lạnh nên có thể là ngun
nhân gây phá hủy tầng ôzon. Với giải pháp ứng dụng công nghệ hiệu ứng nhiệt
điện, ta có thể thiết kế một bộ làm lạnh bảo quản hóa chất sử dụng pin Peltier làm
cho bộ phận bảo quản hóa chất trong máy xét nghiệm gọn nhẹ hơn, ổn định hơn và
an toàn hơn. Với ý nghĩa đấy, tôi đã chọn luận văn: “Thiết kế bộ gia nhiệt bảo
quản hóa chất trong các thiết bị xét nghiệm ứng dụng công nghệ hiệu ứng nhiệt
điện.” làm luận văn tốt nghiệp của mình.
2. Lịch sử nghiên cứu
Lý thuyết : Hiệu ứng nhiệt điện, hay hiệu ứng Peltier-Seebeck, là sự chuyển
nhiệt năng trực tiếp thành điện năng và ngược lại, trên một số kết nối giữa hai vật
dẫn điện khác nhau. Kết nối này thường gọi là cặp nhiệt điện. Cụ thể, chênh lệch
nhiệt độ giữa hai bên kết nối sinh ra một hiệu điện thế giữa hai bên kết nối và ngược
lại. Hiệu ứng này là cơ sở cho ứng dụng trong một số máy lạnh và máy phát điện,
khơng có các bộ phận chuyển động.
Ứng dụng trong thực tế: Hiện tại các máy thiết bị y tế dần cải tiến sử dụng
công nghệ hiệu ứng nhiệt điện bằng cách sử dụng các tấm pin Peltier trong các thiết
bị gia nhiệt như thiết bị ổn nhiệt 37 độ, máy dã đông túi máu, máy xét nghiệm sinh
hóa, miễn dịch, sinh học phân tử..vv

3


3 .Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu.
Mục đích nghiên cứu
Nhằm nâng cao chất lượng bảo quản hóa chất trong các thiết bị xét nghiệm
Bộ gia nhiệt bảo quản hóa chất xét nghiệm ứng dụng công nghệ hiệu ứng nhiệt điện
được thiết kế đảm bảo độ ổn định nhiệt độ có thể thay thế các bộ gia nhiệt tương
đương nhằm mục đích nhanh chóng khắc phục các thiết bị hỏng hoặc cần nâng cấp
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng tượng nghiên cứu trong phạm vi luận văn là bộ gia nhiệt bảo quản
hóa chất trong các các thiết bị xét nghiệm như sinh hóa, miễn dịch, Sinh học phân
tử, giải phẫu bệnh
Phạm vi nghiên cứu
Các thiết bị xét nghiệm như thế hệ máy Hitachi 704, Hitachi 902, Au 400, Au
640, AU 2700, AU 5800 của hãng Beckmanculter. Thiết bị xét nghiệm miễn dịch
như Elecsys 2010, Immulite 2000, immulite 1000, các máy xét nghiệm PCR, máy
đông máu, máy đúc bệnh phẩm..vv Hiện có trong Bệnh viện TWQĐ 108
Tóm tắt cơ đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả
- Đi sâu tìm hiểu các phương pháp làm lạnh hiện đang sử dụng trong các
thiết bị xét nghiệm như xét nghiệm sinh hóa, xét nghiệm miễn dịch, xét nghiêm sinh
học phân tử và giải phẫu bệnh
- Tìm hiểu tổng quan các cách thức bảo quản hóa chất xét nghiệm trong y tế
- Tìm hiểu nguyên lý làm lạnh sử dụng pin peltier ứng dụng công nghệ hiệu
ứng nhiệt điện
- Sử dụng pin Peltier thiết kế bộ gia nhiệt bảo quản hóa chất trong thiết bị xét
nghiệm nhắm
- Dựa vào cơ sở thực tế tại đơn vị công tác và lý thuyết của nguyên lý lam
lạnh tác giả đã thiết kế bộ làm lạnh đảm bảo tốt vể thơng số kỹ thuật có thể ứng
dụng vào các thiết bị xét nghiệm

4


4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được lựa chọn là kết lý thuyết và ứng dụng thực tế
của pin nhiệt điện Peltier, ứng dụng kỹ thuật vi sử lý trong điều khiển và kiểm soát
nhiệt độ và các kỹ thuật bảo quản hóa chất xét nghiệm

5


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VIỆC BẢO QUẢN HÓA CHẤT TRONG Y TẾ
1.1. Tổng quan việc bảo quản hóa chất trong y tế
Các loại hóa chất trong y tế rất phong phú và đa dạng, có tác dụng to lớn trong
bệnh viện trong việc phòng, chữa bệnh, xét nghiệm, bảo quản mẫu, sát trùng, tẩy
uế,… Nhìn chung có thể chia hóa chất y tế ra thành các loại sau: Nhóm hóa chất xét
nghiệm, nhóm hóa chất điều trị và nhóm hóa chất sát trùng, tẩy uế, … Các loại hóa
chất này đều có chung những đặc điểm:
- Chịu tác động của nhiều yếu tố làm ảnh hưởng đến chất lượng cũng như
thời hạn sử dụng như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, khơng khí, nấm mốc, vi khuẩn,…
trong q trình sử dụng và bảo quản chúng. Trong đó nhiệt độ là yếu tố gây ảnh
hưởng rõ rệt hơn cả. Nhiệt độ cao làm mất nước kết tinh của một số hóa chất, làm
bốc hơi các hóa chất dạng thể lỏng dễ bay hơi. Vì vậy các loại hóa chất cần được
duy trì ở một khung nhiệt độ nhất định, thường thấp để đảm bảo phát huy hết tác
dụng của hóa chất.
- Các hóa chất thường là những hoạt chất có hoạt tính mạnh.
- Dễ xảy ra các phản ứng hoá học nguy hiểm.
- Có một số hố chất dễ cháy nổ khi va chạm, cũng như khi gặp lửa, gặp ẩm.

- Có một số hố chất dễ bay hơi, hơi đó rất độc, có thể ăn mịn kim loại và
làm hỏng thuốc và đồ bao gói xung quanh. Một số hố chất bay hơi, khi hơi đạt tới
một nồng độ nào đó thì có thể gây cháy nổ.
Xuất phát từ những đặc điểm của các hóa chất dùng trong y tế trên đây địi
hỏi trong q trình sử dụng chúng cần phải tuân thủ nghiêm ngặt các nguyên tắc về
bảo quản:
- Tuân thủ chặt chẽ các quy định an toàn khi nhập và vận chuyển các loại hóa chất.
- Thường xuyên kiểm tra các điều kiện đảm bảo chất lượng của các loại hóa
chất như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất,…
- Làm tốt công tác vệ sinh để đảm bảo môi trường khơng khí theo đúng u cầu.

6


- Các loại hóa chất phải có đủ nhãn mác theo quy định.
- Kiểm tra loại bỏ các hóa chất đã hết hạn sử dụng, không đảm bảo các điều
kiện bảo quản và bị rị rỉ trong q trình lưu trữ.
1.1.1. Nhóm hóa chất điều trị
Đối với nhóm hóa chất này, chủ yếu là các loại thuốc điều trị, các loại hóa
chất để điều trị ung thư. Trong đó, chủ yếu là các chất phóng xạ dùng để tiêu diệt tế
bào ung thư, chúng có thể được dùng để chiếu từ bên ngoài hoặc uống, tiêm vào
trong cơ thể. Các loại hóa chất phóng xạ thường được bảo quản trong các bình chứa
làm bằng các vật liệu khơng bị ăn mịn cũng như khơng để lọt các tia xạ ra ngồi.
Một số loại hóa chất phóng xạ điển hình như Co60, I131,… được bảo quản trong các
bình hợp kim nhơm bọc chì.
1.1.2. Nhóm hóa chất sát trùng, tẩy uế
Trong y tế các loại hóa chất sát trùng, tẩy uế cũng rất phổ biến. Để tránh
nhiễm trùng cho bệnh nhân khi gặp phải các vết thương cần sử dụng các loại thuốc
sát trùng, đồng thời để tránh các bệnh tật lây lan, đặc biệt các bệnh truyền nhiễm
cần sử dụng các loại hóa chất tẩy uế.

Các hóa chất này thường được bảo quản ở

nơi khơ ráo, thống mát, ở nhiệt độ phịng, tránh ánh nắng trực tiếp.
1.1.3. Nhóm hóa chất xét nghiệm
Các hóa chất xét nghiệm ta cịn gọi chung là hóa chất sinh phẩm, là thành
phần khơng thể thiếu trong các xét nghiệm y tế. Chất lượng của hóa chất có ảnh
hưởng nhiều và trực tiếp đến kết quả của q trình xét nghiệm. Vì vậy, q trình
bảo quản hóa chất khơng tốt dễ dẫn đến các xét nghiệm có kết quả sai, làm ảnh
hưởng đến cơng tác chẩn đốn và điều trị bệnh của bác sỹ. Các loại hóa chất xét
nghiệm cho các thiết bị xét nghiệm đều chung một cách thức bảo quản ở nhiệt độ từ
20 C đến 150 C, với nhiệt độ chuẩn là 80 C, ngoại trừ các loại hóa chất đặc biệt cho
QC (Quanlity control), C (Calibrati) phải bảo quản ở nhiệt độ âm sâu từ – 250 C đến
– 300 C. Việc bảo quản nhóm này như sau:
- Trong trường hợp bảo quản hóa chất bên ngồi (chưa sử dụng cho xét
nghiệm):

7


+ Sử dụng tủ lạnh chuyên dụng nhiệt độ từ 0°C đến 15°C, có hệ thống quạt
đối lưu đảm bảo nhiệt độ ổn định tại các khoang đựng hóa chất, thiết lập nhiệt độ
chuẩn tại 8°C.
+ Sử dụng tủ lạnh dân dụng nhiệt độ từ 0°C đến 15°C thông thường khơng
có quạt đối lưu.
+ Sử dụng tủ lạnh âm sâu - 25°C đến - 30°C để bảo quản các hóa chất cho
chuẩn máy (QC), và control máy, các mẫu cần lưu trữ bảo quản lâu ngày
- Trong trường hợp hóa chất đang được sử dụng trong các thiết xét nghiệm
như sinh hóa, miễn dịch, sinh học phân tử, giải phẫu bệnh... Các hóa chất này được
đóng gói dưới dạng các hộp theo dung tích khác nhau đặt theo thứ tự quy định tại

khay hóa chất trong máy với nhiệt độ được duy trì từ 2°C đến 15°C (chuẩn là 8°C)
sử dụng ngun lý máy nén, khí gas đóng vai trị như một tủ lạnh mini bên trong hệ
thống máy xét nghiệm có dung tích khoảng 15 lít đến 20 lít. Trong những năm gần
đây nhờ ứng dụng công nghệ bảo quản hóa chất sử dụng hiệu ứng nhiệt điện với các
tấm pin peltier hệ thống làm lạnh bằng máy nén, khí gas được thay thế. Chính vì
vậy, làm tăng tuổi thọ, độ ổn định nhiệt độ và giảm độ ồn, kính thước được cải thiện
đáng kể ở các thế hệ máy xét nghiệm sinh hóa thế hệ mới như AU 400, AU 640
(Olympus), AU 2700 (Beckman Counter) , máy xét nghiệm đông máu, hệ thống xét
nghiệm PCR, hệ thống đúc tiêu bản,…
Các hoá chất sử dụng trong các thiết bị xét nghiệm sinh hóa thuộc nhóm này
rất đa dạng, phong phú song có thể chia thành một số loại sau: Hóa chất xét nghiệm
huyết học, hóa chất xét nghiệm sinh hóa và hóa chất xét nghiệm miễn dịch.
1.1.3.1. Hóa chất xét nghiệm huyết học
Các loại hóa chất xét nghiệm huyết học bảo quản ở nhiệt độ từ 25°C đến
30°C. Khi chưa mở nắp thì hạn sử dụng tối đa từ 8 tháng đến 12 tháng kể từ ngày
sản xuất, khi đã mở nắp thì ổn định trong 60 ngày. Bao gồm các loại sau:
- Hóa chất pha lỗng: dùng để pha lỗng trong phân tích huyết học.
- Hóa chất ly giải: dùng để ly giải trong phân tích huyết học.
- Hóa chất rửa: dùng để rửa và bảo quản thiết bị.

8


1.1.3.2. Hóa chất xét nghiệm miễn dịch
Các loại hóa chất xét nghiệm miễn dịch bao gồm các loại hóa chất tương ứng
để xét nghiệm các thông số miễn dịch như: Free T3, T4, HIV, HbsAg, HCG, FSH,
TSH, Insulin,… Về cơ bản chúng cũng có những yêu cầu trong bảo quản như đối
với nhóm hóa chất xét nghiệm huyết học.
1.1.3.3. Hóa chất xét nghiệm sinh hóa
Tính năng của một số hóa chất tiêu biểu dùng trong xét nghiệm sinh hóa

được chỉ ra dưới đây:
+ Albumin (ALB) có chức năng xác định nồng độ của ALB trong cơ thể
giúp chẩn đoán bệnh viêm mãn tính, bệnh collagen, bệnh rối loạn gan và thận.
Cách sử dụng loại hóa chất này được thực hiện như sau: huyết tương hoặc huyết
thanh sẽ được trộn với dung dịch bromocresol green (BCG), và ta đo độ hấp thụ
phức hợp này.
+ Calcium (CAL) có chức năng xác định nồng độ Calcium trong cơ thể giúp
chẩn đoán và điều trị bệnh vể tuyến giáp, các bệnh về xương, bệnh thận mãn tính và
bệnh uống ván. Cách sử dụng loại hóa chất này được thực hiện như sau: ion calcium
tạo phức hợp màu tím với o-cresolphthalein trong mơi trường kiềm, và ta đo độ hấp
thụ của phức hợp này.
+ Amylase (AMYLA) có chức năng xác định nồng độ của amylase trong cơ
thể giúp chẩn đốn và theo dõi kích tụy cấp tính (viêm tuyến tụy tạng). Cách sử dụng
loại hóa chất này được thực hiện như sau: sử dụng ethylidene blocked p-nitrophenymaltoheptaoside như là chất nền, enzyme chỉ thị là alpha-glucosidase được sử dụng
để giải phóng p-nitrophenol, cuối cùng ta đo độ hấp thụ của phức hợp này.
+ Chloride (CL) xác định nồng độ Chloride trong cơ thể giúp chẩn đoán sự
rối loạn cân bằng của acid-base và nước, hiệu chỉnh hypokalemic và alkalosis, chứng
nôn mửa. Cách sử dụng loại hóa chất này được thực hiện như sau: mẫu được trộn với
dung dịch đệm ISE cho ta một hằng số pH và độ mạnh của dung dịch chứa ion là
hằng số, mẩu dung dịch đệm đưa qua ISE, điện thế sẽ được đo khi có sự chênh lệch
nồng độ ion Cl bên trong và bên ngoài màng chọn lọc.

9


+ Cholesterol (CHOL) xác định nồng độ cholesterol giúp chẩn đoán và điều
trị bệnh rối loạn cholesterol trong máu và trong lipid và rối loạn sự trao đổi chất
lipoprotein. Nguyên lý sử dụng: Cholesterol ester bị thủy phân bởi cholesterol
esterase thành cholesterol và acid béo tự do. Cholesterol được chuyển đổi thành
cholesterol-3-1 bởi cholesterol oxidase trong sự hiện diện của oxygen để thành dạng

hydrogen peroxide. Một phức màu được hình thành từ hydrogen peroxide, 4aminoantipyrine và phenol dưới sự ảnh hưởng chất xúc tác của peroxidase. Ta đo
độ hấp thụ của phức hợp.
+ C-Reactive Protein (CRP) xác định nồng độ C-Reactive Protein giúp
chẩn đốn và đánh giá số lượng mơ bị tổn thương trong cơ thể, theo dõi tiến triển
của bệnh sốt thấp khớp, viêm khớp mãn tính, nhồi máu cơ tim, và các khối u ác
tính. Nguyên lý: mẩu được cho phản ứng với kháng nguyên huyết thanh đặc biệt
thành dạng phức hợp kháng nguyên-kháng thể có độ đục xác định và đo độ hấp thụ
phức hợp này.
+ Creatine Kinase (CKNAC) xác định nồng độ Creatine kinase giúp chẩn
đoán và điều trị chứng nhồi máu cơ tim và các bệnh về cơ như là chứng loạn dưỡng
ở bắp thịt. Cách sử dụng loại hóa chất này được thực hiện như sau:Creatine kinase
phản ứng với creatine phosphate và ADP thành dạng ATP, dạng này được phản ứng
với hexokinase-GPD tạo thành NADPH. Đo độ hấp thụ của NADPH.
+ Creatinine (CREA) xác định nồng độ Creatine giúp chẩn đoán và điều trị
bệnh liên quan đến thận và theo dõi sự thẩm tách của thận. Cách sử dụng loại hóa
chất này được thực hiện như sau: Creatine phản ứng với alkaline picric acid tạo
thành phức hợp màu và đo độ hấp thụ của phức hợp này.
+ Direct Bilirubin (DBIL) xác định nồng độ direct bilirubin giúp chẩn đoán
sự tắt nghẽn ống mật do nguyên nhân bởi các viên sỏi và do hội chứng Dubinjohson. Cách sử dụng loại hóa chất này được thực hiện như sau: bilirubin cho phản
ứng với acid diazo sulfanilic ở mức pH thấp để tạo ra azobilirubin. Trong trường
hợp thiếu caffeine chỉ xảy ra phản ứng nhanh được kết hợp với bilirubin. Đo độ hấp
thụ của phức hợp azobilirubin.

10


+ Gamma-Glutamyl Transferase (GGT) cho phép xác định nồng độ của
GGT giúp chẩn đoán và điều trị bệnh hepatobiliary (gan mật) và đánh giá tác hại
của rượu đối với bệnh nhân. Nguyên lý: trong phản ứng này với chất tổng hợp (L-γglutamyl-3-carboxy-4-nitroanilide), glycylgycine làm việc như là chất nhận cho
gamma-glutamy cịn lại và 5-amino-2-nitro-benzoate (ANB) được giải phóng. Đo

độ hấp thụ của sản phẩm.
+ Glucose Oxidase (GLUO) xác định nồng độ của glucose giúp chẩn đoán
và điều trị chứng rối loạn chuyển hóa carbohydrate bao gồm bệnh đái đường
mellitus, sự giảm glucose huyết và insulin quá mức. Cách sử dụng loại hóa chất này
được thực hiện như sau: glucose được xác định sau khi enzymatic oxidation glucose
oxidase hiện diện trong mẩu, dạng của hydrogen peroxide phản ứng dưới sự xúc tác
của peroxidase với phenol và 4-aminophenazone thành phức hợp có màu đỏ-tím.
+Glucose Hexokinase II (GLUH) cho phép xác định nồng độ của glucose
giúp chẩn đoán và điều trị chứng rối loạn chuyển hóa carbohydrate bao gồm bệnh
đái đường mellitus, sự giảm glucose huyết và insulin quá mức. Nguyên lý: glucose
bị phospho hóa bởi adenosine triphosphate (ATP) trong sự hiện diện của
hexokinase. Glucose-6-phosphate bị oxi hóa trong sự hiện diện của glucose-6phosphate dehydrogenase là nguyên nhân khử NAD thành NADH. Đo độ hấp thụ
của NADH.
+ Hemoglobin A1c (HbA1c) xác định nồng độ hemoglobin A1c (HbA1c)
giúp chẩn đoán và theo dõi dài hạn đối với các bệnh nhân bị đái đường, xác định tỉ
lệ HbA1c/ hemoglobin tổng. Nguyên lý: xác định nồng độ HbA1c và hemoglobin
tổng, và tính tỉ lệ phần trăm của HbA1c. quá trình xác định HbA1c sử dụng 4 thuốc
thử hemogobin denaturant Reagent,

Total hemoglobin

Reagent, HbA1c

Agglutinator Reagent (R1), và HbA1c Antibody Reagent (R2).
+ Lactate (LAC) xác định nồng độ của lactate giúp đánh giá chức năng tuần
hồn máu và tình trạng oxygen trong máu. Cách sử dụng loại hóa chất này được
thực hiện như sau: Lactate bị oxi hóa bởi lactate oxidase thành pyruvate và
hydrogen peroxide. Phức hợp hydrogen peroxide và chromogen hiện diện trong
peroxidase. Sau đó thực hiện đo độ hấp thụ của phức hợp này.

11


+ Lipase (LIP) xác định nồng độ lipase giúp chẩn đoán và điều trị bệnh về
tuyến tụy, tạng và lách như là bệnh kích tụy cấp tính và sự tắt nghẽn của tuyến tụy.
Cách sử dụng loại hóa chất này được thực hiện như sau: chất chromogenic lipase,
DGGMR, (1,2-o-dilauryl-rac-glycero-3glutaric acid-(6-methylresorufin) ester) được
tách ra bởi xúc tác của lipase thành dạng 1,2-o-dilauryl-rac-glycerol và chất trung
gian không bền, glutaric acid-(6-methyl resorufin) ester. Chúng tự động phân ly
trong dung dịch kiềm thành dạng glutaric và methylresorufin. Nồng độ của lipase
trong mẩu tương ứng với methylresorufin được tạo ra trong phản ứng. độ hấp thụ
của phức hợp này sẽ được xác định ở bước sóng xác định.
+ 45 Potassium (K) xác định nồng độ K chủ yếu là để theo dõi cân bằng
chất điện phân (electrolyte) trong chẩn đoán và điều trị bệnh aldosteronism, sự
chuyển hóa alkalosis, tiêu chảy, chứng nơn mửa, tiết niệu, đái đường ketoacidosis,
và các chứng bệnh khác. Cách sử dụng loại hóa chất này được thực hiện như sau:
mẫu được trộn bởi dung dịch đệm ISE, bằng cách đó nó sẽ cung cấp một dung dịch
có hằng số pH và cường độ ion xác định. Mẩu dung dịch này sẽ đi qua các điện cực
chọn lọc ion, và có sự chênh lệch điện thế bên trong và bên ngoài màng của điện
cực lúc này ta sẽ đo được điện thế màng của nó.
+ 48 Sodium (Na) xác định nồng độ của Na giúp chẩn đoán và điều trị
chứng rối loạn cân bằng nước và muối, aldosteronism, đái đường insipidus, chứng
tăng huyết tuyến thượng thận, bệnh Addison, khử nước, sự bài tiết khơng thích hợp,
bệnh đái đường nhiễm acid, bệnh tiêu chảy nặng, hoặc là các bệnh thiếu cân bằng
electrolyte. Nguyên lý: mẩu được trộn với dung dịch đệm ISE, làm cho dung dịch
có pH là hằng số và độ mạnh ion là xác định. Dung dịch này sẽ được đưa qua các
điện cực chọn lọc ion, tại đây sẽ có sự chênh lệch nồng độ giữa bên trong và bên
ngoài màng điện cực và điện thế màng sẽ được đo tại đây.
+ Total Bilirubin (TBIL) xác định nồng độ bilirubin tổng giúp chẩn đoán và
điều trị chứng hemolytic, mật, và rối loạn gan, bao gồm viêm gan và xơ gan.

Nguyên lý: bilirubin được cho phản ứng với diazo sulfanilic acid ở mức pH thấp để
tạo thành azobilirubin. Sự hiện diện của caffeine cho phép phản ứng xảy ra nhanh

12


hơn cho cả hai bilirubin liên hợp và không liên hợp. Đo độ hấp thụ của phức hợp
azobilirubin.
+ Total Protein (TP) xác định nồng độ protein tổng giúp chẩn đoán và điều
trị bệnh gan, thận, lỗng xương, sự chuyển hóa và rối loạn dinh dưỡng. Nguyên lý:
liên kết protein peptide tác dụng với các ion đồng thành dạng phức hợp màu tía và
đo độ hấp thụ của phức hợp này.
+ Total Urine Protein (UPRO) xác định nồng độ của protein tổng, tốt nhất là
nước tiểu trong vòng 24 giờ, giúp cho việc dị tìm protein trong nước tiểu, protein có
trong nước tiều cũng có thể là nguyên nhân gây ra bởi sự suy yếu của thận, sự làm
việc quá tải của màng lọc, hoặc bệnh postrenal. Nguyên lý: phức hợp pyrogallol red
với protein trong môi trường acid chứa đựng các ion molybdate. Kết quả tạo ra phức
hợp màu xanh và đo độ hấp thụ của phức hợp này.
+ Triglycerides (TRIG) dùng để xác định nồng độ triglycerides giúp chẩn
đoán và điều trị chứng xơ vữa động mạch, bệnh đái đường, hội chứng nephrotic,
bệnh gan hoặc tắt nghẽn, và các bệnh về sự chuyển hóa lipid. Nguyên lý:
triglycerides được chuyển đổi thành glycerol và acid béo tự do bởi lipoprotein
lipase. Glycerol sau đó được chuyển thành glycerol-3-phosphate bởi glycerol kinase
trong sự hiện diện của glycerol-3-phosphate-oxidase thành dạng hydrogen peroxide.
Phức hợp màu này từ dạng hydrogen peroxide, 4-aminophenazone và 4chlorophenol dưới sự xúc tác của peroxidase. Đo độ hấp thụ của phức hợp này.
+ Urea Nitrogen (UN) để xác định nồng độ urea nitrogen giúp chẩn đoán và
điều trị bệnh thận, tắc nghẽn ống nước tiểu, hư thận cấp tính và mãn tính. Nguyên
lý: urea được thủy phân trong nước và urease thành ammonia và carbon dioxide.
Ammonia phản ứng với 2-oxoglutarate trong sự hiện diện của glutamate
dehydrogenase và NADH. Oxi hóa NADH thành NAD và đo độ hấp thụ của nó.

+ Uric Acid (UA) xác định nồng độ uric acid giúp chẩn đoán và điều trị
chứng hư thận, gout, và chứng kinh giật. Nguyên lý: uric acid được chuyển đổi
bởi uricase thành allantoin và hydrogen peroxide. Một phức hợp màu được tạo
nên từ hydrogen peroxide, 4-aminophenazone và TOOS [N-ethyl-N-(2-hydroxy-

13


3-sulfopropyl)-3-methylaniline] dưới xúc tác của peroxidase. Đo độ hấp thụ của
phức hợp này.
1.2. Các phương pháp làm lạnh bảo quản hóa chất
1.2.1. Phương pháp làm lạnh sử dụng máy nén hơi
Phương pháp làm lạnh nén hơi là phương pháp có sử dụng máy nén mà mơi
chất tuần hồn trong hệ thống biến đổi trạng thái (từ hơi thành lỏng ở dàn nóng và
từ lỏng thành hơi ở dàn lạnh).
Mơi chất làm lạnh thường dùng trong các máy lạnh nén hơi là NH3 hoặc Freon.
1.2.1.1. Nguyên lý của máy lạnh nén hơi
Về cơ bản máy lạnh nén hơi gồm các bộ phận cơ bản: Máy nén, dàn ngưng
tụ, buồng lạnh, van tiết lưu và môi chất làm lạnh, thiết bị giám sát nhiệt độ buồng
lạnh... Khi cung cấp năng lượng (điện năng, cơ năng) thì máy nén sẽ hoạt động. Hơi
mơi chất ở trạng thái bão hịa khơ từ buồng lạnh (dàn lạnh) có áp suất P1 được máy
nén hút vào và nén đoạn nhiệt đến áp suất P2, nhiệt độ T2. Sau đó đi vào dàn ngưng
tụ (dàn nóng), ngưng tụ đẳng áp ở áp suất P2, nhả lượng nhiệt Q1 cho khơng khí
hay nước làm mát. Chất lỏng ngưng tụ từ dàn ngưng tụ đi qua van tiết lưu (VTL),
giảm áp suất từ P2 xuống P1 và chuyển sang dạng hơi ẩm. Hơi ẩm tiếp tục đi vào
buồng lạnh nhận nhiệt lượng Q2 của vật cần làm lạnh ở áp suất P1= const, biến
thành hơi bão hòa và chu trình lặp lại như cũ. Sơ đồ mơ tả ngun lý làm việc của
máy làm lạnh kiểu này được chỉ ra trên hình 1.1.
Dàn ngưng tụ

Q1

Máy nén

Buồng lạnh

Q2
Hình 1.1: Sơ đồ chức năng của phương pháp máy nén khí

14


1.2.1.2. Cấu tạo, chức năng các thành phần của máy lạnh nén hơi
+ Dàn ngưng tụ: Là thiết bị trao đổi nhiệt giữa một bên là môi chất lạnh
ngưng tụ và một bên là môi trường làm mát là nước hoặc khơng khí. Sử dụng để
thải nhiệt mơi chất ngưng tụ ra ngồi mơi trường. Dàn ngưng được làm bằng ống
thép lớn có nhiều vịng xoắn như trên hình 1.2. Cánh tản nhiệt bằng dây thép đường
kính từ 1,2mm đến 2mm, được hàn đính lên ống thép. Mơi chất đi từ trên xuống,
khơng khí đối lưu đi từ dưới lên thực hiện trao đổi ngược dịng.

Hình 1.2: Cấu tạo dàn ngưng tụ
+ Buồng lạnh (Dàn bay hơi): Là thiết bị trao đổi nhiệt giữa một bên là môi
chất lạnh sôi và một bên là môi trường cần làm lạnh. Sử dụng để thu nhiệt của môi
trường lạnh cấp cho môi chất lạnh sôi ở nhiệt độ thấp. Dàn bay hơi có cấu tạo kiểu
ống cánh được chỉ ra trên hình 1.3, đường ống được làm bằng ống đồng hoặc nhôm.
Các lá nhơm được gắn vào ống nhằm tăng diện tích tiếp xúc và tăng khả năng trao
đổi nhiệt của dàn bay hơi với môi trường cần làm lạnh.

15

Hình 1.3: Cấu tạo dàn bay hơi
+ Máy nén: Có nhiệm vụ hút hết hơi môi chất lạnh tạo ra ở dàn bay hơi,
đồng thời duy trì áp suất cần thiết cho sự bay hơi ở nhiệt độ thấp. Nén hơi từ áp suất
bay hơi lên áp suất ngưng tụ và đẩy vào dàn ngưng.
+ Van tiết lưu: Có chức năng làm giảm áp suất mà không sinh công khi môi
chất chuyển động qua chỗ tiết diện bị giảm đột ngột.
+ Môi chất làm lạnh: Thường là hơi của một số chất lỏng có nhiệt độ sơi
thấp ở áp suất bình thường, hệ số tỏa nhiệt lớn, rẻ tiền, khơng độc hại.
Trong y tế thường dùng Freon làm môi chất làm lạnh. Freon là sản phẩm
được hình thành từ dãy hydro cacbon no CnH2n+2 bằng cách thay thế các nguyên
tử hydro bằng các nguyên tử flo (F), clo (Cl), brôm (Br).
Các quá trình của máy lạnh nén hơi được biểu thị trên đồ thị như trên hình
1.4. Quá trình tuần hồn mơi chất lạnh trong máy lạnh nén hơi diễn ra qua 4 quá
trình sau:
+ 1-2: quá trình nén đoạn nhiệt trong máy, áp suất tăng từ P1 đến P2.
+ 2-3: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở áp suất P2=const, nhả lượng nhiệt Q1
cho khơng khí hay nước làm mát.
+ 3-4: quá trình tiết lưu trong van tiết lưu, áp suất giảm từ P2 xuống P1.
+ 4-1: quá trình bay hơi ở dàn bay hơi trong buồng lạnh, môi chất có nhiệt
lượng Q2 ở áp suất P1= const.

16


Máy lạnh nén hơi có ưu điểm là cơng suất lớn. Tuy nhiên nó tồn tại nhiều
hạn chế: Tiêu tốn nhiều năng lượng (điện năng) trong quá trình hoạt động; có trọng
lượng và kích thước lớn, cồng kềnh, cấu tạo phức tạp; bảo quản khó khăn vì có các
bộ phận chuyển động; có khí thải ảnh hưởng đến mơi trường, làm ơ nhiễm mơi
trường và làm phá hủy tầng ơzon.

Hình 1.4: Đồ thị biểu diễn các quá trình của một chu trình máy lạnh nén hơi
1.2.2. Phương pháp hiệu ứng nhiệt Peltier
Hiệu ứng Peltier do ông Peltier, một thợ đồng hồ người Pháp phát hiện vào
năm 1834. Ông Peltier đã nối một mẩu dây đồng với một dây Bismuth với một
nguồn điện tạo thành mạch kín. Tại các mối nối, ơng nhận thấy một mối nối trở nên
nóng, cịn một mối nối trở nên lạnh. Như vậy, khi cho một dịng điện qua một vịng
kín được tạo bởi hai kim loại khác nhau thì tại các điểm nối tiếp xúc đã tạo ra một
sự chênh lệch nhiệt độ giữa một bên nóng và một bên lạnh. Thiết bị làm lạnh sử
dụng phương pháp hiệu ứng nhiệt peltier có những ưu điểm đáng chú ý:
- Hoạt động ổn định, tin cậy vì khơng cần sử dụng máy nén hơi, van tiết lưu,…
- Khởi động nhanh, hiệu quả tức thì, khả năng làm mát xung quanh tốt.
- Có thể tạo ra hiệu nhiệt độ rất lớn, khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác.
- Dễ duy trì, dễ bảo quản do khơng có các bộ phận chuyển động; vận hành êm.

17


- Có trọng lượng và kích thước nhỏ.
- Có thể chuyển từ máy làm lạnh sang máy gia nhiệt bằng cách đảo cực âm
và dương của dòng điện một chiều.
- Do khơng dùng gas nên khơng có khí thải ảnh hưởng đến mơi trường, có
thể bảo vệ mơi trường.
- Sử dụng trong nhiều ngành như vũ trụ, cơng nghiệp địi hỏi kiểm sốt nhiệt
độ chính xác.
Kết luận chương
Chương này đã trình bày tổng quan việc bảo quản hóa chất trong y tế, bao
gồm các nhóm hóa chất điều trị, nhóm hóa chất sát trùng, tẩy uế và phân tích sâu
hơn nhóm hóa chất xét nghiệm; cũng như hai phương pháp làm lạnh chủ yếu trong
bảo quản hóa chất, bao gồm phương pháp làm lạnh sử dụng máy nén hơi và phương

pháp hiệu ứng nhiệt điện Peltier.

18