一种全自动化学发光免疫分析装置的制作方法

1.本发明属于生物检测技术领域，具体涉及一种全自动化学发光免疫分析装置。


背景技术：

2.上世纪70年代兴起的化学发光免疫技术，发展至今已经成为一种成熟的、先进的超微量活性物质检测技术，应用范围广泛。该检测技术具有灵敏度高、特异性强、试剂价格低廉、试剂稳定且有效期长(6
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18个月)、方法稳定快速、检测范围宽、操作简单自动化程度高等优点。目前市场上普遍存在的是多人份试剂包装的大型化学发光免疫分析仪器，这种机器占地空间大，对样本量要求较高，试剂在开封后必须在规定的时间内使用，否则测试结果会不准确。这类型仪器并不适用于样本量较少的医院或者是乡镇医院。同时，这类大型的仪器操作复杂，操作者需要经过系统的培训才可以操作仪器，对医疗资源有限的中小医院，不利于推广。而且这类大型仪器成本非常高，并不是乡镇医院所能负担的起的，不利于在基层医疗大力推广。而目前市场上存在较少的单人份试剂条化学发光免疫分析仪，这类仪器需要人工手动去完成加样过程，存在操作繁琐、测试结果因操作者不同而不一致的情况，不利于大量推广。
3.因此，一款单人份试剂条检测的、成本较低的、占地较小的、操作方便的全自动化学发光免疫分析仪就十分贴合市场需求。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种全自动化学发光免疫分析装置，该装置体积小，操作简便，能够实现全自动化检测。
5.近年来，由于人体因环境等因素的影响，感染性疾病的新发，突发不断威胁人类健康，非典型肺炎、中东呼吸综合征、流感、埃博拉、寨卡病毒、黄热病、裂谷热等传染性疾病的传播，成为全球公共卫生问题。随着城市化的发展、全球贸易往来的增加，环境改变加剧自然疫源性传染病的传播风险，感染性疾病的预防控制刻不容缓。因此，开展传染病的即时快速检测，对于感染性疾病的防控工作具有重大意义。
6.随着社会的发展，针对不同疾病和传染病项目的精准检测显得尤为重要。化学发光是公认的肿瘤标志物和各种激素最精确和最成熟的检测方法之一，其灵敏度和精确度比酶免法、荧光法高几个数量级，其检测结果相对酶免法、荧光法得到的结果更具有权威性。
7.目前一些检测手段或多或少存在一些缺陷，例如同样检灵敏度很高的放射免疫法，却存在放射性防护和同位素污染的问题，况且试剂价格昂贵只有一个有保质期，在基层医疗机构难以普及。
8.化学发光免疫技术具有灵敏度高、特异性强、试剂价格低廉、试剂稳定且有效期长(6
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18个月)、方法稳定快速、检测范围宽、操作简单自动化程度高等优点。近年来作为体外诊断技术发展迅速，被应用在多个学科的检测项目中。它的快速获取检测结果，方便病人，减少病人确诊的时间。同时化学发光免疫技术产品有连续使用监控病情的作用，比如心脏
病患者，可以通过间隔时间的检测迅速了解并控制病情，化学发光免疫分析根据化学发光物质的类型和发光特点，可分为电化学发光免疫分析和化学发光免疫分析，其中化学发光免疫分析根据发光剂的不同，可分为直接化学发光免疫分析、酶促化学发光免疫分析和鲁米诺氧途径免疫分析。
9.本发明所采用的技术方案是：一种全自动化学发光免疫分析装置，包括机架，所述机架上同时设置有样本、吸头存放模块、试剂反应模块、加样运输模块、采光模块和试剂清洗分离模块，且样本、吸头存放模块设置在试剂反应模块下方，试剂反应模块同时设置在加样运输模块、采光模块和试剂清洗分离模块下方，试剂清洗分离模块设置在加样运输模块和采光模块之间。本方案基于磁微粒酶促化学发光免疫分析原理，采用顺磁性颗粒分离等方式实现游离标记物和免疫复合物标记物的分离，采用pmt单光子计数模块读取发光信号，特异性好，灵敏度高，为临床认可的主流方法学。该装置可以直接检测全血或血清样本，在耗材和相关试剂准备完成后，操作者只需将样本放置在样本架上即可，通过操作，装置可以全自动完成样本加样等操作，最终输出检测结果。整个装置体积小，操作简便，仪器的检测结果准确度和稳定性不弱于市场上主流的大型化学发光仪器。同时，仪器的成本显著低于市场上的全自动化学发光免疫分析仪，便于后期进行大量推广。
10.进一步地，样本、吸头存放模块包括直线导轨和驱动机构一，且直线导轨和驱动机构一均固定在机架上，在直线导轨上设置有安装板，安装板与驱动机构一连接，在驱动机构一的作用下安装板能够沿着直线导轨滑动；所述安装板顶部设置有样本架、吸头盒以及废吸头盒，且吸头盒位于样本架和废吸头盒之间；所述安装板设置有定位码齿一，机架上安装有槽型光电一，且定位码齿一随着安装板移动能够与槽型光电一接触。主要作用是进行样本和吸头的存放，通过定位码齿一配合槽型光电一精确定位吸头和试管位置，可将小批量的试管和吸头送至设定位置同时配合加样运输模块完成吸头添加和样本吸取。样本架用于放置试管，吸头盒放置吸头，废吸头盒是存储废弃吸头。
11.进一步地，试剂反应模块包括试剂反应支架和驱动电机二，试剂反应支架和驱动电机二均与机架固定，在试剂反应支架上设置有连接轴，连接轴上套有试剂条放置板，试剂条放置板与驱动电机二连接，在驱动电机二作用下试剂条放置板能够沿着连接轴的轴线方向移动；所述试剂条放置板安装有定位码齿二，试剂反应支架上安装有槽型光电二，且定位码齿二随着试剂条放置板移动能够与槽型光电二接触；所述试剂条放置板位于样本架、吸头盒以及废吸头盒上方。试剂反应模块主要作用是放置试剂条，给试剂与样本反应提供稳定环境，驱动电机二通过同步带二牵引试剂条放置板及试剂条一起运动，将试剂条运送到预设位置(如：加样位、戳破位、反应位和采光位等位置)。通过定位码齿二配合槽型光电二相互配合实现闭环控制，提高整个仪器的运动精度，从而进一步提高整个仪器测试精度。
12.进一步地，加样运输模块包括固定在机架上的加样支架，加样支架上安装有横向驱动机构一、柱塞泵以及加样装置，横向驱动机构一和柱塞泵均与加样装置连接并且横向驱动机构一能够带动加样装置进行横向移动，且加样装置能够相对加样支架进行竖向移动；加样装置包括竖向驱动机构一和竖向安装板，竖向驱动机构一安装在竖向安装板上，加样支架的侧壁上设置有水平导轨，竖向安装板和水平导轨连接并且能够在横向驱动机构一作用下沿着水平导轨移动；所述竖向安装板上设置有竖向导轨，竖向导轨上设置有安装块，安装块与竖向驱动机构一连接，在竖向驱动机构一作用下安装块能够沿着竖向导轨移动，
安装块连接有枪头，且枪头与柱塞泵连接。加样运输模块主要作用是将注塞泵与枪头、吸头连接，实现吸头添加、转运和注入样本的功能。同时还伴随枪头检测、液面检测功能。
13.进一步地，试剂清洗分离模块包括试剂清洗分离支撑架，试剂清洗分离支撑架安装在机架上，试剂清洗分离支撑架上安装有磁棒搅拌混匀装置和戳破装置，磁棒搅拌混匀装置和戳破装置均能够相对试剂清洗分离支撑架上进行竖直移动；戳破装置包括戳破驱动机构和磁棒套安装支架，戳破驱动机构安装在试剂清洗分离支撑架上，磁棒套安装支架与戳破驱动机构连接，且在戳破驱动机构作用下磁棒套安装支架能够相对试剂清洗分离支撑架上进行竖直移动，在磁棒套安装支架安装有若干个磁棒套和戳膜头；磁棒搅拌混匀装置包括磁棒驱动机构和磁棒支架，磁棒支架和磁棒套安装支架连接，磁棒驱动机构安装在磁棒支架上，磁棒支架下方设置有磁棒安装块，磁棒安装块与磁棒驱动机构连接，且在磁棒驱动机构作用下磁棒安装块能够相对试剂清洗分离支撑架上进行竖直移动，磁棒安装块上安装有若干个磁棒，磁棒能够穿过磁棒套安装支架插入对应的磁棒套中；磁棒安装块上设置有若干根导向轴，导向轴均穿过磁棒安装块，且两端分别与磁棒支架和磁棒套安装支架连接，磁棒安装块能够沿着导向轴的轴线移动。试剂清洗分离模块主要作用是完成样本与试剂反应，提取反应中的顺磁磁珠并完成清洗及转运。
14.进一步地，采光模块包括采光横向驱动机构、采光竖向驱动机构和pmt支架，采光横向驱动机构安装在试剂清洗分离支撑架上，采光竖向驱动机构安装在pmt支架上，试剂清洗分离支撑架上设置有相互平行的采光水平导轨和采光同步带，采光同步带和采光横向驱动机构连接，pmt支架同时与采光水平导轨和采光同步带连接并且能够沿着采光水平导轨进行水平移动，采光竖向驱动机构连接有pmt安装支架，且pmt安装支架能够在采光竖向驱动机构的作用下进行竖直移动，pmt安装支架上设置有pmt模块；所述pmt支架上设置有采光纵向导轨，pmt安装支架与采光纵向导轨连接并且能够沿着采光纵向导轨进行竖直移动。采光模块主要作用是采集并放大发光反应物并将信号转化为电机号传输给数据处理及控制模块。
15.本发明的有益效果在于：
16.1、本方案可实现吸头、磁棒套和破膜头自动添加与退除；
17.2、本方案可实现样本自动添加和排样；
18.3、本方案导电吸头配以液面检测系统，在精确控制吸头插入样本液面以下深度，从而保障整个装置的加样精度需求；
19.4、本方案的试剂条采用密封封装方式，试剂的保质期比较长久，且方便试剂运输；
20.5、本方案可对吸头的状态实时监测，当吸头出现异常状态(比如未添加成功、为退除成功和运行中途掉落等)及时反馈，必要时进行相应的纠正，从而使整个装置更加智能。
附图说明
21.图1为本发明的流程示意图；
22.图2为本发明的结构示意图；
23.图3为样本、吸头存放模块的结构示意图；
24.图4为试剂反应模块的结构示意图；
25.图5为加样运输模块的结构示意图；
26.图6为采光模块的结构示意图；
27.图7为试剂清洗分离模块的结构示意图。
28.图中：1
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样本、吸头存放模块；2
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试剂反应模块；3
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加样运输模块；4
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采光模块；5
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试剂清洗分离模块；6
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直线导轨；7
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样本架；8
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吸头盒；9
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废吸头盒；10
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槽型光电一；11
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定位码齿一；12
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驱动机构一；13
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同步带一；14
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同步带轮一；15
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试剂反应支架；16
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试剂条放置板；17
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直线轴承；18
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定位码齿二；19
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同步带二；20
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驱动电机二；21
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槽型光电二；22
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带轮安装支架；23
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同步带轮二；24
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立柱一；25
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吸头；26
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枪头；27
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横向安装板；28
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同步带轮三；29
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柱塞泵；30
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竖向驱动机构一；31
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横向驱动机构一；32
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同步带三；33
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水平导轨；34
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竖向安装板；35
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立柱二；36
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pmt模块；37
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采光水平导轨；38
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采光同步带轮；39
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采光竖向驱动机构；40
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采光横向驱动机构；41
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采光同步带；42
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采光安装板；43
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磁棒套；44
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磁棒安装块；45
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磁棒支架；46
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磁棒驱动机构；47
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戳破驱动机构；48
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导向轴；49
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磁棒套安装支架；50
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磁棒；51
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安装板；52
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连接轴；53
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pmt支架；54
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pmt安装支架。
具体实施方式
29.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
31.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
32.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
33.实施例：
34.如图1、图2所示，一种全自动化学发光免疫分析装置，包括机架，所述机架上同时设置有样本、吸头存放模块1、试剂反应模块2、加样运输模块3、采光模块4和试剂清洗分离模块5，且样本、吸头存放模块1设置在试剂反应模块2下方，试剂反应模块2同时设置在加样运输模块3、采光模块4和试剂清洗分离模块5下方，试剂清洗分离模块5设置在加样运输模块3和采光模块4之间。其基本操作包括放入样本和相应的单人份试剂条、耗材等，通过操作自动执行样本测试。过程包括对样本进行吸样，随后全自动机械臂使用吸头将样本加入对应的试剂条中进行反应。样本在试剂条中进行充分反应和数次清洗后，检测其发光值，数据
经过处理后，输出检测结果，最终实现全自动的单人份样本检测，整个装置的体积小，操作简便，能够实现全自动化检测。
35.如图3所示，样本、吸头存放模块1包括直线导轨6和驱动机构一12，且直线导轨6和驱动机构一12均固定在机架上，在直线导轨6上设置有安装板51，安装板51与驱动机构一12连接，在驱动机构一12的作用下安装板51能够沿着直线导轨6滑动；所述安装板51顶部设置有样本架7、吸头盒8以及废吸头盒9，且吸头盒8位于样本架7和废吸头盒9之间；所述安装板51设置有定位码齿一11，机架上安装有槽型光电一10，且定位码齿一11随着安装板51移动能够与槽型光电一10接触。同步带轮一14有两个，一个和驱动机构一12的输出轴连接，另一个可以与机架连接，同步带轮一14上套有同步带一13，同步带一13和安装板51连接，通过驱动机构一12带动同步带一13移动，为安装板51沿着直线导轨6滑动提供动力，直线导轨6是用于限定安装板51移动方向。通过定位码齿一11配合槽型光电一10精确定位吸头和试管位置，可将小批量的试管和吸头送至设定位置同时配合加样运输模块完成吸头添加和样本吸取。
36.如图4所示，试剂反应模块包括试剂反应支架15和驱动电机二20，试剂反应支架15和驱动电机二20均与机架固定，在试剂反应支架15上设置有连接轴52，连接轴52上套有试剂条放置板16，试剂条放置板16与驱动电机二20连接，在驱动电机二20作用下试剂条放置板16能够沿着连接轴52的轴线方向移动；所述试剂条放置板16安装有定位码齿二18，试剂反应支架15上安装有槽型光电二21，且定位码齿二18随着试剂条放置板16移动能够与槽型光电二21接触；所述试剂条放置板16位于样本架7、吸头盒8以及废吸头盒9上方。试剂反应支架15采用柱式支撑结构，连接轴52为光轴，连接轴52优选为两根，其位于试剂反应支架15内部，两端分别与试剂反应支架15固定，连接轴52上均套有直线轴承17，直线轴承17能够沿着连接轴52的轴线移动，试剂条放置板16同时与两个直线轴承17外壁固定，能够随着直线轴承17一起移动，这种结构使得移动平稳。由于试剂反应支架15下方空腔需要留出给样本架7、吸头盒8以及废吸头盒9，所以在试剂反应支架15上安装有带轮安装支架22，一部分同步带轮二23安装在带轮安装支架22上，一部分同步带轮二23安装在试剂反应支架15上，另有同步带轮二23安装在驱动电机二20的输出轴上，同步带二19同时与这些同步带轮二23连接后并且通过连接片与直线轴承17外壁固定，从而为试剂条放置板16的移动提供动力，通过定位码齿二18配合槽型光电二21相互配合实现闭环控制，提高整个仪器的运动精度，从而进一步提高整个仪器测试精度。
37.如图5所示，加样运输模块包括固定在机架上的加样支架，加样支架上安装有横向驱动机构一31、柱塞泵29以及加样装置，横向驱动机构一31和柱塞泵29均与加样装置连接并且横向驱动机构一31能够带动加样装置进行横向移动，且加样装置能够相对加样支架进行竖向移动；加样装置包括竖向驱动机构一30和竖向安装板34，竖向驱动机构一30安装在竖向安装板34上，加样支架的侧壁上设置有水平导轨33，竖向安装板34和水平导轨33连接并且能够在横向驱动机构一31作用下沿着水平导轨33移动；所述竖向安装板34上设置有竖向导轨，竖向导轨上设置有安装块，安装块与竖向驱动机构一30连接，在竖向驱动机构一30作用下安装块能够沿着竖向导轨移动，安装块连接有枪头26，且枪头26与柱塞泵29连接。加样支架是由立柱一24和横向安装板27构成，其中横向安装板27位于立柱一24之间并且与立柱一24顶部固定，横向驱动机构一31和柱塞泵29均固定在横向安装板27顶部，水平导轨33
和同步带轮三28均安装在横向安装板27侧壁上，同步带三32同时与所有的同步带轮三28连接，横向驱动机构一31带动同步带三32移动，为竖向安装板34沿着水平导轨33移动提供动力，枪头26连接有吸头25，将注塞泵29与枪头26、吸头25连接，实现吸头添加、转运和注入样本的功能。同时还伴随枪头检测、液面检测和条码扫描功能。
38.如图7所示，试剂清洗分离模块5包括试剂清洗分离支撑架，试剂清洗分离支撑架安装在机架上，试剂清洗分离支撑架上安装有磁棒搅拌混匀装置和戳破装置，磁棒搅拌混匀装置和戳破装置均能够相对试剂清洗分离支撑架上进行竖直移动；戳破装置包括戳破驱动机构47和磁棒套安装支架49，戳破驱动机构47安装在试剂清洗分离支撑架上，磁棒套安装支架49与戳破驱动机构47连接，且在戳破驱动机构47作用下磁棒套安装支架49能够相对试剂清洗分离支撑架上进行竖直移动，在磁棒套安装支架49安装有若干个磁棒套43和戳膜头；磁棒搅拌混匀装置包括磁棒驱动机构46和磁棒支架45，磁棒支架45和磁棒套安装支架49连接，磁棒驱动机构46安装在磁棒支架45上，磁棒支架45下方设置有磁棒安装块44，磁棒安装块44与磁棒驱动机构46连接，且在磁棒驱动机构46作用下磁棒安装块44能够相对试剂清洗分离支撑架上进行竖直移动，磁棒安装块44上安装有若干个磁棒50，磁棒50能够穿过磁棒套安装支架49插入对应的磁棒套43中；磁棒安装块44上设置有若干根导向轴48，导向轴48均穿过磁棒安装块44，且两端分别与磁棒支架45和磁棒套安装支架49连接，磁棒安装块44能够沿着导向轴48的轴线移动，导向轴48用于磁棒安装块44的移动导向，导向轴48一般是两根，与磁棒驱动机构46连接的丝杆位于导向轴48之间。试剂清洗分离支撑架由两根立柱二35和一块采光安装板42构成，两根立柱二35的顶面和采光安装板42垂直固定，试剂清洗分离模块5和采光模块4共用一组支撑架，戳破驱动机构47安装在采光安装板42的顶面上。戳破驱动机构47的丝杆穿过采光安装板42后与磁棒套安装支架49连接，通过戳破驱动机构47转动带动磁棒套安装支架49进行竖直方向移动。试剂清洗分离模块主要作用是完成样本与试剂反应，提取反应中的顺磁磁珠并完成清洗及转运。为了便于组装，可以将磁棒套安装支架49设计为截面为l型的结构。
39.如图6所示，采光模块4包括采光横向驱动机构40、采光竖向驱动机构39和pmt支架53，采光横向驱动机构40安装在采光安装板42的顶面上，采光竖向驱动机构39安装在pmt支架53上，试剂清洗分离支撑架上设置有相互平行的采光水平导轨37和采光同步带41，采光同步带41和采光横向驱动机构40连接，pmt支架53同时与采光水平导轨37和采光同步带41连接并且能够沿着采光水平导轨37进行水平移动，采光竖向驱动机构39连接有pmt安装支架54，且pmt安装支架54能够在采光竖向驱动机构39的作用下进行竖直移动，pmt安装支架54上设置有pmt模块36；所述pmt支架53上设置有采光纵向导轨，pmt安装支架54与采光纵向导轨连接并且能够沿着采光纵向导轨进行竖直移动(图6中采光纵向导轨被挡住未画出)，采光模块主要作用是采集并放大发光反应物并将信号转化为电机号传输给数据处理及控制模块。
40.本方案与一体式试剂卡和一次性吸头配套，能够实现自动抓取、安装一次性吸头和磁棒套的功能；单次测试样本量大，可自动排序和识别样本并将信息记录入系统；自动加样；多个通道可并行检测；自动戳破试剂；提供恒温免疫反应环境，并进行实时监测、反馈和调整；自动根据不同需求清洗不同次数免疫反应标定物，并进行转移；pmt自动采光和信号传输、分析，可进行多次检测对比；检测完后，自动退除吸头和磁棒套；配以导电吸头，可实
现样本液面监测，从而实现高精度吸样。
41.本装置开机后，试剂反应模块2会进行预热。人工放入样本和相应的单人份试剂条、耗材等后，样本存放模块自动排序定位样本，条码扫描识别记录样本信息。试剂反应模块2加热试剂卡条，并进行实时反馈调控。试剂清洗分离模块5自动抓取一次性戳膜头，自动戳破试剂卡条相应测试项目的密封膜后退除戳膜头。加样运输模块3自动抓取一次性吸头、吸取样本，再将样本溶液转运至相应试剂卡条上方后，加样组件将样本溶液滴至试剂条相应的反应区域，并自动退除一次性吸头。样本和试剂在试剂反应模块中充分反应。试剂清洗分离模块5抓取试剂条前端的磁棒保护套，待反应完成后，移至试剂条样本反应区域，通过磁棒将已于样本结合的顺磁颗粒吸附至磁棒套保护套上，根据不同的项目进行不同次数的清洗，去除杂质。试剂清洗分离模块运行至采光区域后抽取磁棒，顺磁颗粒掉落。检测模块在采光区域进行采光，将光学信号转化为电信号，通过控制系统进行数据分析并输出结果。试剂清洗分离模块自动退除磁棒保护套。
42.整个方案实现了吸头、磁棒套和破膜头自动添加与退除；实现了样本自动添加和排样；导电吸头配以液面检测系统，在精确控制吸头插入样本液面以下深度，从而保障整个装置的加样精度需求；试剂条采用密封封装方式，试剂的保质期比较长久，且方便试剂运输；对吸头的状态实时监测，当吸头出现异常状态(比如未添加成功、为退除成功和运行中途掉落等)及时反馈，必要时进行相应的纠正，从而使整个装置更加智能。
43.以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。