（技术篇）IVD仪器液路器件

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来源：知乎
既加样针、光学器件和传感器之后，今天我们继续来聊IVD仪器常用器件---液路器件。
在IVD仪器中液路系统和器件主要的作用包括三个方面：

• 反应和检测前，为反应介质的转移提供动力，如吸样、排样等；
  
• 对与反应介质接触的器件进行清洗，如加样针、搅拌杆、反应器皿的清洗等；
  
• 反应后废液的收集和排放，如废液的抽吸和排出等。
  

基于以上用途，在IVD一起中常用的液路器件包括：
1、泵
泵是液路系统中的动力元件，不同的应用场景所选用的泵也不同，常用的泵包括磁力泵、隔膜泵、齿轮泵、柱塞泵，旋转无阀泵等。


磁力泵因其流量大，扬程低的特点，常用于针的外壁清洗，因IVD仪器中液路系统流阻不大，采用磁力泵可满足低压条件下高流量的需求，用于外壁清洗时，可保证足够的清洗流量的条件下，清洗水不至于喷出清洗池。同时，磁力泵寿命长，稳定可靠，在IVD仪器生命周期内，无需更换。但磁力泵存在自吸能力不足，不能干转的问题，在设计时液路系统需具有灌注功能，在泵启动前先完成液路灌注。
隔膜泵是在IVD仪器中应用非常广泛的一种泵，尤其是在废液系统中，根据应用场景的不同，有尺寸大的双头和单头真空泵，用于对真空容器产生真空，也有流量和压力小的隔膜泵，小隔膜泵常用于直接抽取单个针的废液。


齿轮泵常用于管路阻力大的针内壁清洗，通过齿轮泵提供的高压力，对内壁进行高压冲洗，可使内壁在高阻力的情况下，仍能保证足够的清洗流量。当然针的清洗效果还与针的内部粗糙度，内壁针管的设计强相关。
2、电磁阀
电磁阀是液路系统中另一个重要器件，电磁阀种类很多，根据使用场景的不同，可以选用不同结构的电磁阀。有的地方要求极少的残留液体，就需要选死体积小的阀，有的地方需要通过腐蚀性的液体，则需要选择内部结构和膜片具有耐腐蚀性的阀（一般电磁阀厂家会提供材质兼容性的表供选择），有的地方对压力的变化敏感，则需要选择刚性结构的阀，如直动式电磁阀等。


根据断电时开合状态的不同，可分为常开阀和常闭阀，一般的阀都为常闭阀，但在一些废液管路中，常需要选择常开，保证在停机状态下废液不会累积在阀体内，形成霉菌，影响阀的功能。
早期IVD设备选用的电磁阀，基本都为日本和德国厂家，随着这几年国内对电磁阀的投入加大，现在在部分仪器设备中也能看到国产电磁阀的身影，尤其是因疫情影响导致进口电磁阀供应紧张的情况下，国产电磁阀迎来了井喷式增长，也保障了国内IVD行业的供应链稳定。
3、管路和接头
管路和接头是液路系统中重要的组成部分，为液体流动提供了路径。管路和接头需考虑材质兼容性，尺寸和长期使用的可靠性（如硬化，老化破裂等）。
管路按硬度可分为硬管和软管，在一些对压力变化要求高的地方，需要选用硬管，如加样系统管路，需要保证柱塞泵在吸样和排样动作时，压力不会引起管路发生压缩或膨胀，以免影响加样，硬管常用材质为PTFE，常用的清洗废液等一般选用软管。
管路按颜色分还包括透明管路和不透明管路，而不透明管路中常用的又包括白色和黑色管路，在化学发光仪器仪器中，有些液体介质需要避光，所以在输送这些液体介质是对管路颜色有特殊要求，常采用不透明的黑色管路。


接头是管路中的连接器件，常用的有变径直通、Y型三通、L型三通和直角接头等，接头材质常为兼容性好的PP，软管接头多为宝塔型，尺寸要求高，这样才能保证密封的稳定性。同时，软管接头还有一端为螺纹结构，一端为宝塔型，用于管路与器件间的连接，常用螺纹包括NPT螺纹、UNF和G螺纹等。硬管接头常用锥形垫圈+螺纹或翻边管+螺纹的组合接头，通过端面密封的方式能有效实现硬管的密封。
4、过滤器
过滤器是液路系统中为过滤液体介质中杂质而设计选用的一种器件，过滤器每使用一段时间需要进行清洗或更换，过滤器按过滤面的微孔目数进行分类，目数越多表示单位面积的微孔数量越多，微孔的尺寸也就越小，阻挡的杂质也就越多，过滤后液体介质的洁净程度也就越高。


过滤器常用在水机之后，仪器内水箱出水口后和清洗剂出口后等。
5、液路容器
IVD仪器内部常会设置一些液路容器，包括气体容器和液体容器。
气体容器包括真空容器和压力容器，仪器工作时会通过与液路容器连接的泵来建立和保持真空和压力，以实现抽吸废液、输送液体等功能。
液体容器常见于仪器水箱，浓缩清洗剂容器，稀释清洗剂容器等，用于存储仪器所需的液体介质。
6、脱气元件
在IVD仪器中还有一个非常特殊的器件---脱气元件，包括脱气膜，脱气泵和与之配合使用的电磁阀和管路。脱气元件的主要作用为将液体介质中混合的气体分离出来，以免在使用过程中产生气泡，影响仪器功能和性能，如在生化分析仪中加样管路中如果有气泡会影响加样的准确性，在反应杯清洗中有气泡则会影响水空白测试的光亮值，进而影响测试结果。
脱气系统的核心是脱气膜，脱气膜中有一种特殊的管路，这种管路可以透过气体而不能透过液体，在使用时通过脱气真空泵在脱气管路外产生真空，将液体中混合的气体通过真空抽出来，而液体继续顺着管路流动，从而实现气液分离。



在中高速生化系统中，需要实现2ul以下的加样，脱气系统是重要的组成部分，脱气系统的性能直接影响仪器加样的性能，进而影响测试结果。
早期的脱气膜主要靠进口，近期国内也取得了非常大的进步，国产替代正如火如荼的进行中。
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在IVD领域，国产替代不仅发生在整机层面，近几年在元器件方面，国内厂家也取得了非常大的突破，极大的推动了国内IVD产业的发展，相信在未来国内的IVD仪器厂家和器件厂家都将实现对国外企业的超越，让我们拭目以待。

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