體外診斷（In Vitro Diagnosis，IVD）是指將血液、體液、組織樣本從人體中取出后進(jìn)行檢測(cè)而進(jìn)行的診斷。IVD 在現(xiàn)代社會(huì)中扮演著越來(lái)越重要的角色，目前臨床上80%以上的疾病診斷都依靠它。其在疾病預(yù)防、診斷、監(jiān)測(cè)以及指導(dǎo)治療的全過(guò)程中，發(fā)揮著極其重要的作用，是現(xiàn)代疾病與健康管理不可或缺的工具，也被人譽(yù)為了醫(yī)生的“眼睛”。[1]

    而讓這雙“大眼睛”真正具備發(fā)現(xiàn)和診斷能力的，則是它心中那道“光”，也就是體外診斷中所用的“光學(xué)法”。

    在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室中，我們可以通過(guò)光譜的發(fā)射、吸收等特性來(lái)分析物質(zhì)的種類、多少；用顆粒物對(duì)光的散射特性來(lái)分析顆粒物的大小、多少。現(xiàn)在人們把傳統(tǒng)分析儀器的方法和血液學(xué)、免疫學(xué)、生物化學(xué)、標(biāo)記技術(shù)結(jié)合起來(lái)，就形成了目前的臨床檢驗(yàn)的方法。光學(xué)法是一種安全、可靠、非接觸的檢測(cè)方法，測(cè)試熒光、分析光譜、讀取顏色等都是目前檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中對(duì)光學(xué)法的典型應(yīng)用。

典型使用光學(xué)法的檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)設(shè)備

    就像在傳統(tǒng)分析儀器行業(yè)一樣，光電探測(cè)器和光源在體外診斷的儀器中也有著重要的地位，別看我們的探測(cè)器在一個(gè)設(shè)備中可能僅僅是小小的一塊，但卻是方法學(xué)的核心，探測(cè)器的性能對(duì)于設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)、性能的好壞會(huì)起到非常關(guān)鍵的作用。檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)設(shè)備一般會(huì)對(duì)傳感器探測(cè)下限、信噪比、動(dòng)態(tài)范圍、抗干擾性能方面有著很高的要求。

    那么，體外診斷中“光學(xué)法”的種類有哪些？光電探測(cè)器、光源等如何對(duì)應(yīng)相關(guān)應(yīng)用？接下來(lái)，就讓我們進(jìn)一步走近“光視角”下的體外診斷技術(shù)，揭開(kāi)這些問(wèn)題的答案吧！

一、發(fā)光法

    目前在體外診斷中主要的發(fā)光種類有以下幾種：

1、化學(xué)發(fā)光，（chemiluminescence）指伴隨化學(xué)反應(yīng)過(guò)程所產(chǎn)生的光的發(fā)射現(xiàn)象。某些物質(zhì)（發(fā)光劑）在化學(xué)反應(yīng)時(shí)，吸收了反應(yīng)過(guò)程中所產(chǎn)生的化學(xué)能，使反應(yīng)的產(chǎn)物分子或反應(yīng)的中間態(tài)分子中的電子躍遷到激發(fā)態(tài)，當(dāng)電子從激發(fā)態(tài)回復(fù)到基態(tài)時(shí)，以發(fā)射光子的形式釋放出能量，這一現(xiàn)象稱為化學(xué)發(fā)光。其中有酶促反應(yīng)、電化學(xué)發(fā)光等，像化學(xué)發(fā)光免疫分析儀、電化學(xué)發(fā)光免疫分析儀都是利用的這種方法。

2、生物發(fā)光（bioluminescence）是指發(fā)生在生物體內(nèi)的發(fā)光現(xiàn)象，如螢火蟲(chóng)的發(fā)光，反應(yīng)底物為螢火蟲(chóng)熒光素，在熒光素酶的催化下，利用ATP能，生成激發(fā)態(tài)氧化型熒光素，它在回復(fù)基態(tài)時(shí)多余的能量以光子的形式釋放出來(lái)。我們可以利用這種方法對(duì)一些病毒、細(xì)菌進(jìn)行檢測(cè)。

螢火蟲(chóng)的光芒屬于生物發(fā)光

3、光致發(fā)光（photoluminescence），也就是我們常說(shuō)的熒光，是指發(fā)光劑（熒光素）經(jīng)短波長(zhǎng)的入射光照射后，電子吸收能量躍遷到激發(fā)態(tài)，在其回復(fù)至基態(tài)時(shí)，發(fā)射出較長(zhǎng)波長(zhǎng)的可見(jiàn)光（熒光）。像經(jīng)常聽(tīng)到的實(shí)時(shí)熒光PCR、流式細(xì)胞分析儀、時(shí)間分辨免疫熒光、生物芯片掃描儀就用到這種方法。

    利用免疫學(xué)、基因?qū)W的方法，我們將特定的標(biāo)記物加入到要檢測(cè)的血液、體液、組織等樣本上，而這些標(biāo)記物會(huì)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、酶催化作用、電流作用或者光照下發(fā)出特定的光，我們通過(guò)檢測(cè)光的強(qiáng)度就可以得到標(biāo)記物的多少，從而確定樣本中含有某種物質(zhì)的多少，這種方法目前被使用在化學(xué)發(fā)光免疫分析儀、電化學(xué)發(fā)光分析儀、流式細(xì)胞分析儀、熒光PCR等儀器中。

探測(cè)器和光源：

    光電倍增管模塊和光子計(jì)數(shù)探頭作為極微弱光檢測(cè)器件，正在發(fā)揮著不可替代的作用，而閃爍氙燈作為大功率紫外光源也越來(lái)越受到儀器廠商的青睞。

二、 比色法

    比色法，同樣的是標(biāo)記物與特定的試劑反應(yīng)以后會(huì)有顯色反應(yīng)，就像我們所熟悉的PH試紙一樣，在不同酸堿度下會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色。體外診斷中也是如此，例如金標(biāo)儀、尿液分析儀就是一種典型的顯色，不同的物質(zhì)、不同物質(zhì)含量會(huì)讓試紙或者試劑顯示不同的顏色。對(duì)于傳統(tǒng)的方法我們可以通過(guò)我們的眼睛去判斷顏色，不過(guò)不同的人、不同的光線條件下人眼對(duì)于顏色的分辨就會(huì)有偏差，存在一定的主觀性，另外也會(huì)消耗大量的人力，現(xiàn)在人們用光學(xué)法，利用不同顏色對(duì)于光的反射不一樣。

探測(cè)器和光源：

    我們通過(guò)顏色傳感器或者光電二極管測(cè)試光的反射量，就可以得到顏色的信息，有效的提高的檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

色彩傳感器
 

三、光譜吸收法

    光譜吸收法是進(jìn)行物質(zhì)種類、多少進(jìn)行分析的典型方法，廣泛應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中，有原子光譜、分子光譜、吸收光譜、發(fā)射光譜等，在體外診斷中的生化分析儀就是使用這種經(jīng)典的分析方法，對(duì)血清、尿液、腦脊液等的不同物質(zhì)的含量進(jìn)行分析。生化分析儀可以看成是特殊應(yīng)用的分光光度計(jì)。

探測(cè)器和光源：

    既然是分光光度計(jì)，那么許多光電元器件都可以應(yīng)用于其中，如光源、光電倍增管、CCD芯片、微型光譜儀等等。不過(guò)生化分析儀是對(duì)一些特定的物質(zhì)進(jìn)行分析，一般只有10-16個(gè)通道，在這探測(cè)器就可以使用光電二極管或者光電二極管陣列，對(duì)于測(cè)試速度較慢的設(shè)備單點(diǎn)的光電二極管是比較合適的。而對(duì)于高端、測(cè)試速度要求較高的設(shè)備，就需要根據(jù)所需的光譜位置進(jìn)行定制化的光電二極管陣列了。

生化分析儀用定制光電二極管陣列
 

四、散射法

    散射法是通常被用在判斷顆粒物的多少和大小中，同樣方法也可以用在分析細(xì)胞的大小和結(jié)構(gòu)信息上面，例如五分類血球儀、尿沉渣分析儀都用到了這種傳統(tǒng)的方法。當(dāng)然，在像五分類血球、尿沉渣等設(shè)備中，為了得到更多的關(guān)于細(xì)胞及其它有形成分的特性，也用到了我們提到的發(fā)光法中的方法。

探測(cè)器和光源：

    在這種方法中，光電二極管、光電倍增管模塊、流通池就將發(fā)揮著非常重要的作用。

   近年來(lái)，由于臨床醫(yī)學(xué)中診斷、治療、監(jiān)測(cè)和醫(yī)學(xué)研究的諸多需要，醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)方法的發(fā)展十分迅速。血液學(xué)、免疫學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、光學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的任何新理論、新技術(shù)，凡是能夠用于診斷疾病的，遲早會(huì)發(fā)展成為一種檢驗(yàn)方法學(xué)，并應(yīng)用于臨床或者實(shí)驗(yàn)室。
 

其他體外診斷中的光學(xué)應(yīng)用

    而新的發(fā)展帶來(lái)了新的需求，目前總體來(lái)說(shuō)體外診斷設(shè)備是朝著兩個(gè)方向發(fā)展的，大型化、快速化、功能全面化，與之對(duì)應(yīng)的便攜化、簡(jiǎn)單化，特異化。

濱松小型化、集成化、低功耗的光電探測(cè)器方案

    不論是哪一個(gè)發(fā)展方向，或者說(shuō)不論是哪一個(gè)體外診斷的應(yīng)用，作為核心光電探測(cè)器的供應(yīng)者來(lái)說(shuō)，除了需要保障最基本的供貨的穩(wěn)定和產(chǎn)品的性能，以及為客戶提供合理的產(chǎn)品解決方案、特色化的定制服務(wù)以外，分享更廣闊的行業(yè)發(fā)展視野也是十分重要，而且是必須做到的。 

濱松“光視角”的檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)

以上所涉及產(chǎn)品，均為濱松公司的光電元器件產(chǎn)品。

注：[1] 引自“風(fēng)口上的體外診斷”