临床电泳分析仪的发展与应用
丁香园论坛
1689
自从1946年瑞典物理化学家Tiselius教授研制的第一台商品化移界电泳系统问世以来，在近半个多世纪的时间里，电泳分析所用仪器发展极其迅速。特别是电泳所用支持介质由流动相改为固相支持物后，各种各样的电泳分析装置不断推出以适应不同教学、临床和科研工作的需要。20世纪80年代以来，已有越来越多的电泳分析仪器与设备，特别是一些自动化的电泳分析仪相继被引入临床实验室，并发挥着越来越重要的作用。
一 电泳设备
通常所说的电泳设备可分为主要设备和辅助设备。主要设备指电泳仪和电泳槽及其附件，辅助设备指与电泳有关的设备。电泳仪种类很多，按自动化程度可分为半自动和全自动型; 按形式可分为垂直型和水平型; 按分析对象可分为蛋白质分析用、核酸分析用和细胞分析用; 按功能可分为制备型、分析型、转移型、浓缩型等。
目前临床常规使用的自动化电泳仪一般分为两个部分: 电泳可控制单元(这个单元包括了电泳槽，电源和半导体冷却装置)以及染色单元。并且电泳过程，包括点样、固定、染色和脱色全部由微机自动化控制，操作简便和快速，并保证了检测结果的准确性和可重复性。
选择电源须根据电泳技术的需要，一般可分为3种类型:
(1)恒压，包括超高压(>5000V)、高压(1500~5000V)、中压(500~1500V)和低压(<500V);
(2)恒流，包括大电流(>0.5A)、中电流(0.1~0.5A)和小电流(<0.1A);
(3)恒功率，包括大功率(>200W)、中功率(60~200W)和小功率(<60W)。
目前临床自动化电泳仪如按电压分类，多采用低压或中压，少数为高压(见表)。
电泳槽是电泳分析系统的核心部分。根据电泳槽的形状和电泳方式可分为垂直式和水平式、开放式和封闭式。水平板状电泳槽多用滤纸桥搭接以及用缓冲液制作的凝胶条和滤纸条搭接，即半干技术。临床自动化电泳仪多采用水平板式电泳及半干技术。
恒温系统主要用于冷却凝胶温度，是电泳仪的主要辅助设备。它有两种形式: 一种是在电泳槽中有冷却管或冷却板与外恒温循环系统相连，另一种是凝胶板下有半导体冷却装置。临床自动化电泳仪多采用后者。
电泳凝胶板图谱分析设备主要有双光观察照相仪、紫外透射反射仪、手提紫外反射仪、照相设备、凝胶成像系统、扫描设备等。扫描设备分为可见光源、紫外光源和激光光源。可见光源和激光光源对染色的凝胶进行扫描，紫外光源可以扫描不经染色的凝胶，并且荧光测量的灵敏度最高。目前，一些电泳仪器可自动对不同条带的光吸收度进行分析，综合计算后得出报告结果，此方法方便快捷、准确可靠。
二 临床电泳分析仪的发展
1. 1960年以前
多采用醋酸纤维素薄膜(简称醋纤膜)为作为电泳支持介质，且没有专用的电泳扫描仪作为分析用工具，条带的分析通常使用脱色比色法。即只能在电泳分离、染色后，用手工方法将各种电泳条带分别剪下，放入不同试管中，再用适当溶液将染料溶解脱色，最后放入比色计中比色，测定各种成份的吸光度，然后计算出各种成份所占百分比及浓度。这一方法操作复杂，干扰因素多。
2. 1960年~1980年
随着琼脂糖凝胶作为电泳支持介质的广泛应用，使得以往用醋纤膜电泳无法分离开的成份或无法检测出的成份得以分离或检测，分离效果及灵敏度大为改善。同时，国外多家专业检验设备厂家相继推出电泳扫描仪，这类仪器的代表有1970年美国海伦娜(Helena)公司设计推出的QUICK SCAN型扫描仪。这类设备的应用，解决以往为浓度计算所花费大量人力及时间，并大幅提高电泳分析浓度计算的准确度，但此时期的电泳扫描仪均为可见光系统。这一时期的电泳分析仪多用于蛋白质如血清蛋白、脂蛋白、血红蛋白等项目分析。
3. 1981年~1990年
这一时期电泳分析仪的主要变化为各生产厂家均推出可见光/荧光双系统自动电泳扫描仪，最具代表且广为全世界接受的有美国Helena公司推出的CLINISCAN扫描仪，美国贝克曼(Beckman)公司推出的PARAGAN扫描仪，美国汽巴—康宁(CIBA CORNING)公司推出780型扫描仪。荧光扫描仪的推出及与电脑的结合均对临床电泳分析有相当大的帮助，大大提高了分析的准确度与精密度。电泳分析的原理也由单一可见光，增加为荧光及可见光，而荧光试剂的应用也使分析的灵敏度大为提高。以往无法检出或检出效果不佳的项目(如各种同工酶)，由于荧光试剂与荧光扫描仪的推出，极大地方便了临床如乳酸脱氢酶(LD)和肌酸激酶(CK)同工酶的测定。即使到目前，美国病理家协会(CAP)新近发表资料显示，这两种同工酶测定仍以使用美国Helena和Beckman两厂的扫描仪所占比例最高，分别为64%和36%。
4. 1991年至今
这一时期电泳分析仪的最大变化特点为自动化程度日益提高，基本可将其分为4大类。
a. 全自动荧光/可见光双系统电泳仪(A类)
具有荧光/可见光双系统(图1)，在使用荧光试剂项目如CK、LD同工酶时为全自动。只需将样品、试剂、琼脂糖凝胶电泳胶片放好后，操作人员可离机完成实验并得到结果，此为全自动电泳仪。但是使用可见光项目如蛋白电泳，中途人员需返回，将电泳胶片由电泳槽放入染色系统中才可完成实验，十分可惜。而最大优点是荧光系统全自动且灵敏度高，准确度高并且采用高压、低温系统，只需要20min即可完成电泳分析，速度非常快。具有代表性产品为美国Helena公司的REPⅢ全自动电泳仪 (图2)。
b. 全自动醋纤膜电泳仪(B类)
为可见光单系统，使用醋纤膜电泳片，优点为自动化程度高。只需将样品、试剂、电泳片放好人员可离机完成实验得到结果。但是缺点为使用醋纤膜灵敏度低，无法分析尿蛋白/脑脊液蛋白。因为灵敏度不够，而同工酶分析效果也不理想，许多成份均无法分离清楚，多半实验室只用于血清蛋白电泳分析，具代表性产品为意大利Interlab公司的Microtech系统(图3)的和日本常光公司及日本KK.Helena公司所生产的电泳分析系统。
c. 全自动琼脂糖电泳仪(C类)
为可见光单系统，使用琼脂糖凝胶电泳胶片，优点为灵敏度高，可使用于低浓度蛋白检验，如尿蛋白及脑脊液蛋白。而同工酶的分离效果也相当不错。但缺点为自动化程度较差，当电泳结束和染色脱色完成后，工作人员必须将电泳片由机器中取出，对实验室较为麻烦。但是因为这类仪器所能做项目比较多，且灵敏度较高仍为许多实验室所接受。具代表性产品有美国Helena公司的SPIFE(图4)和法国Sebia公司的HYDRASYS全自动电泳仪(图5)。
d. 全自动琼脂糖电泳仪(D类)
基本上与C类相同，但是自动化程度很高，也就是将B类与C类优点集于一身，而没有B类与C类的缺点，是一种较理想的电泳仪，具代表性产品为美国Helena公司产AUTO SPIFE 及日本KK.Helena公司产EPALYZER(图6)。但是目前在国内尚未引进。
三 现状与展望
上述4类产品占目前实验室所使用电泳仪95%市场，但不难看出仍有相当大的空间可供仪器商发挥。也就是说目前电泳产品仍未完全达到实验室所需的功能(表)。从目前临床实验室的要求来看电泳仪必须具有下列功能:
(1)全自动——必须达到人员离机作业，由点样到出报告没有人工动作。
(2)速度快——所有项目应在60min内完成同时具备急诊项目如CK、LD等同工酶及亚型项目。
(3)项目全——除了血清蛋白、脂蛋白、血红蛋白、CK、LD同工酶等传统项目外必须还能完成尿蛋白、脑脊液蛋白、免疫固定(单克隆抗体)、碱性磷酸酶(ALP)和(g-谷氨酰转肽酶(GGT)同工酶、胆固醇(高密度/极低密度/低密度脂蛋白)、脂蛋白(a)等最新检验项目。
(4)敏感度高—必须采用敏感度高的电泳片。如琼脂糖凝胶系统，才能得到准确度高，分辨率高的电泳结果。相信能达到以上4种功能的电泳仪才是临床实验室所需要电泳仪，而目前由国外所取得资料显示，应该在未来一年会有更新的电泳仪上市，这对临床实验室而言是个非常好的消息。
虽然由于一些主观或客观上的原因，目前国内许多临床实验室仍采用较落后的电泳设备或手工电泳方法，既不能及时、准确获得分析结果，也使得许多新的检验项目不能开展并应用于临床常规分析，严重影响了临床相关疾病的诊治和检验医学的发展。目前国内许多医院包括三甲医院仍没有电泳仪设备。与国外比较差距很大，若照国外实验室标准，应该国内三甲、三乙医院均需有电泳仪。而电泳项目国内一般也只以血清蛋白为主，与国外所做血清蛋白、尿蛋白、CK、LD、ALP、GGT同功酶，各种脂蛋白的胆固醇/甘油三酯电泳项目差距相当大。对于分析用的电泳试剂，欧美这几年均以琼脂糖凝胶电泳片占95%以上，国内仍有40%市场采用醋纤膜电泳片，这也是与国外差距较大的地方。
一 电泳设备
通常所说的电泳设备可分为主要设备和辅助设备。主要设备指电泳仪和电泳槽及其附件，辅助设备指与电泳有关的设备。电泳仪种类很多，按自动化程度可分为半自动和全自动型; 按形式可分为垂直型和水平型; 按分析对象可分为蛋白质分析用、核酸分析用和细胞分析用; 按功能可分为制备型、分析型、转移型、浓缩型等。
目前临床常规使用的自动化电泳仪一般分为两个部分: 电泳可控制单元(这个单元包括了电泳槽，电源和半导体冷却装置)以及染色单元。并且电泳过程，包括点样、固定、染色和脱色全部由微机自动化控制，操作简便和快速，并保证了检测结果的准确性和可重复性。
选择电源须根据电泳技术的需要，一般可分为3种类型:
(1)恒压，包括超高压(>5000V)、高压(1500~5000V)、中压(500~1500V)和低压(<500V);
(2)恒流，包括大电流(>0.5A)、中电流(0.1~0.5A)和小电流(<0.1A);
(3)恒功率，包括大功率(>200W)、中功率(60~200W)和小功率(<60W)。
目前临床自动化电泳仪如按电压分类，多采用低压或中压，少数为高压(见表)。
电泳槽是电泳分析系统的核心部分。根据电泳槽的形状和电泳方式可分为垂直式和水平式、开放式和封闭式。水平板状电泳槽多用滤纸桥搭接以及用缓冲液制作的凝胶条和滤纸条搭接，即半干技术。临床自动化电泳仪多采用水平板式电泳及半干技术。
恒温系统主要用于冷却凝胶温度，是电泳仪的主要辅助设备。它有两种形式: 一种是在电泳槽中有冷却管或冷却板与外恒温循环系统相连，另一种是凝胶板下有半导体冷却装置。临床自动化电泳仪多采用后者。
电泳凝胶板图谱分析设备主要有双光观察照相仪、紫外透射反射仪、手提紫外反射仪、照相设备、凝胶成像系统、扫描设备等。扫描设备分为可见光源、紫外光源和激光光源。可见光源和激光光源对染色的凝胶进行扫描，紫外光源可以扫描不经染色的凝胶，并且荧光测量的灵敏度最高。目前，一些电泳仪器可自动对不同条带的光吸收度进行分析，综合计算后得出报告结果，此方法方便快捷、准确可靠。
二 临床电泳分析仪的发展
1. 1960年以前
多采用醋酸纤维素薄膜(简称醋纤膜)为作为电泳支持介质，且没有专用的电泳扫描仪作为分析用工具，条带的分析通常使用脱色比色法。即只能在电泳分离、染色后，用手工方法将各种电泳条带分别剪下，放入不同试管中，再用适当溶液将染料溶解脱色，最后放入比色计中比色，测定各种成份的吸光度，然后计算出各种成份所占百分比及浓度。这一方法操作复杂，干扰因素多。
2. 1960年~1980年
随着琼脂糖凝胶作为电泳支持介质的广泛应用，使得以往用醋纤膜电泳无法分离开的成份或无法检测出的成份得以分离或检测，分离效果及灵敏度大为改善。同时，国外多家专业检验设备厂家相继推出电泳扫描仪，这类仪器的代表有1970年美国海伦娜(Helena)公司设计推出的QUICK SCAN型扫描仪。这类设备的应用，解决以往为浓度计算所花费大量人力及时间，并大幅提高电泳分析浓度计算的准确度，但此时期的电泳扫描仪均为可见光系统。这一时期的电泳分析仪多用于蛋白质如血清蛋白、脂蛋白、血红蛋白等项目分析。
3. 1981年~1990年
这一时期电泳分析仪的主要变化为各生产厂家均推出可见光/荧光双系统自动电泳扫描仪，最具代表且广为全世界接受的有美国Helena公司推出的CLINISCAN扫描仪，美国贝克曼(Beckman)公司推出的PARAGAN扫描仪，美国汽巴—康宁(CIBA CORNING)公司推出780型扫描仪。荧光扫描仪的推出及与电脑的结合均对临床电泳分析有相当大的帮助，大大提高了分析的准确度与精密度。电泳分析的原理也由单一可见光，增加为荧光及可见光，而荧光试剂的应用也使分析的灵敏度大为提高。以往无法检出或检出效果不佳的项目(如各种同工酶)，由于荧光试剂与荧光扫描仪的推出，极大地方便了临床如乳酸脱氢酶(LD)和肌酸激酶(CK)同工酶的测定。即使到目前，美国病理家协会(CAP)新近发表资料显示，这两种同工酶测定仍以使用美国Helena和Beckman两厂的扫描仪所占比例最高，分别为64%和36%。
4. 1991年至今
这一时期电泳分析仪的最大变化特点为自动化程度日益提高，基本可将其分为4大类。
a. 全自动荧光/可见光双系统电泳仪(A类)
具有荧光/可见光双系统(图1)，在使用荧光试剂项目如CK、LD同工酶时为全自动。只需将样品、试剂、琼脂糖凝胶电泳胶片放好后，操作人员可离机完成实验并得到结果，此为全自动电泳仪。但是使用可见光项目如蛋白电泳，中途人员需返回，将电泳胶片由电泳槽放入染色系统中才可完成实验，十分可惜。而最大优点是荧光系统全自动且灵敏度高，准确度高并且采用高压、低温系统，只需要20min即可完成电泳分析，速度非常快。具有代表性产品为美国Helena公司的REPⅢ全自动电泳仪 (图2)。
b. 全自动醋纤膜电泳仪(B类)
为可见光单系统，使用醋纤膜电泳片，优点为自动化程度高。只需将样品、试剂、电泳片放好人员可离机完成实验得到结果。但是缺点为使用醋纤膜灵敏度低，无法分析尿蛋白/脑脊液蛋白。因为灵敏度不够，而同工酶分析效果也不理想，许多成份均无法分离清楚，多半实验室只用于血清蛋白电泳分析，具代表性产品为意大利Interlab公司的Microtech系统(图3)的和日本常光公司及日本KK.Helena公司所生产的电泳分析系统。
c. 全自动琼脂糖电泳仪(C类)
为可见光单系统，使用琼脂糖凝胶电泳胶片，优点为灵敏度高，可使用于低浓度蛋白检验，如尿蛋白及脑脊液蛋白。而同工酶的分离效果也相当不错。但缺点为自动化程度较差，当电泳结束和染色脱色完成后，工作人员必须将电泳片由机器中取出，对实验室较为麻烦。但是因为这类仪器所能做项目比较多，且灵敏度较高仍为许多实验室所接受。具代表性产品有美国Helena公司的SPIFE(图4)和法国Sebia公司的HYDRASYS全自动电泳仪(图5)。
d. 全自动琼脂糖电泳仪(D类)
基本上与C类相同，但是自动化程度很高，也就是将B类与C类优点集于一身，而没有B类与C类的缺点，是一种较理想的电泳仪，具代表性产品为美国Helena公司产AUTO SPIFE 及日本KK.Helena公司产EPALYZER(图6)。但是目前在国内尚未引进。
三 现状与展望
上述4类产品占目前实验室所使用电泳仪95%市场，但不难看出仍有相当大的空间可供仪器商发挥。也就是说目前电泳产品仍未完全达到实验室所需的功能(表)。从目前临床实验室的要求来看电泳仪必须具有下列功能:
(1)全自动——必须达到人员离机作业，由点样到出报告没有人工动作。
(2)速度快——所有项目应在60min内完成同时具备急诊项目如CK、LD等同工酶及亚型项目。
(3)项目全——除了血清蛋白、脂蛋白、血红蛋白、CK、LD同工酶等传统项目外必须还能完成尿蛋白、脑脊液蛋白、免疫固定(单克隆抗体)、碱性磷酸酶(ALP)和(g-谷氨酰转肽酶(GGT)同工酶、胆固醇(高密度/极低密度/低密度脂蛋白)、脂蛋白(a)等最新检验项目。
(4)敏感度高—必须采用敏感度高的电泳片。如琼脂糖凝胶系统，才能得到准确度高，分辨率高的电泳结果。相信能达到以上4种功能的电泳仪才是临床实验室所需要电泳仪，而目前由国外所取得资料显示，应该在未来一年会有更新的电泳仪上市，这对临床实验室而言是个非常好的消息。
虽然由于一些主观或客观上的原因，目前国内许多临床实验室仍采用较落后的电泳设备或手工电泳方法，既不能及时、准确获得分析结果，也使得许多新的检验项目不能开展并应用于临床常规分析，严重影响了临床相关疾病的诊治和检验医学的发展。目前国内许多医院包括三甲医院仍没有电泳仪设备。与国外比较差距很大，若照国外实验室标准，应该国内三甲、三乙医院均需有电泳仪。而电泳项目国内一般也只以血清蛋白为主，与国外所做血清蛋白、尿蛋白、CK、LD、ALP、GGT同功酶，各种脂蛋白的胆固醇/甘油三酯电泳项目差距相当大。对于分析用的电泳试剂，欧美这几年均以琼脂糖凝胶电泳片占95%以上，国内仍有40%市场采用醋纤膜电泳片，这也是与国外差距较大的地方。
