Thiết bị phân tích sinh học đa chức năng là một công cụ loại tổng hợp tích hợp nhiều kỹ thuật phân tích, cho phép phát hiện thông lượng cao, đa chiều của các mẫu sinh học thông qua thiết kế mô-đun. Mục tiêu cốt lõi của nó là giải quyết những hạn chế của một công nghệ duy nhất trong phân tích hệ thống sinh học phức tạp, cung cấp hỗ trợ dữ liệu toàn diện hơn cho các lĩnh vực nghiên cứu khoa học đời sống, chẩn đoán bệnh và phát triển thuốc. Sau đây chi tiết từ hai mặt thành phần thành phần và nguyên tắc làm việc.

I. Thành phần cấu thành

1. Hệ thống lấy mẫu và xử lý trước

- Mô-đun lấy mẫu tự động: được trang bị cánh tay robot và đĩa mẫu có độ chính xác cao, hỗ trợ tải tự động các mẫu lỏng, rắn và dễ bay hơi, tương thích với các thùng chứa mẫu đa định dạng (như tấm micropore, ống ly tâm, v.v.).

- Bộ phận tiền xử lý: Tích hợp các chức năng như sưởi ấm, dao động, ly tâm, v.v., có thể hoàn thành các bước tiền xử lý như phá vỡ tế bào, chiết xuất protein, tinh chế axit nucleic, một số mô hình cũng được trang bị chức năng pha loãng hoặc dẫn xuất trực tuyến.

- Hệ thống phân phối mẫu: Thực hiện lấy mẫu chính xác nâng cấp vi mô bằng bơm nhu động hoặc bơm tiêm có độ chính xác cao, tránh ô nhiễm chéo.

2. Hệ thống tách và làm giàu

- Mô-đun tách đa chế độ:

- Đơn vị tách sắc ký: Chứa hệ thống sắc ký lỏng (HPLC), sắc ký khí (GC) hoặc điện di mao dẫn (CE), chọn cột sắc ký đảo ngược, trao đổi ion hoặc thâm nhập gel theo tính chất của vật thể mục tiêu.

- Thiết bị tách điện trường: được sử dụng để tách các hạt tích điện như axit nucleic, protein, hỗ trợ công nghệ điện di trường xung hoặc điện di hai chiều.

- Cột chiết pha rắn (SPE): được sử dụng để làm giàu chọn lọc các vật thể mục tiêu trong mẫu, cải thiện độ nhạy phát hiện.

- Hồ bơi dòng chảy thu nhỏ: Sử dụng công nghệ điều khiển dòng chảy nano hoặc vi dòng chảy để đạt được kiểm soát hệ thống phản ứng ở cấp độ dưới microlite.

3. Hệ thống kiểm tra đa phương thức

- Mô-đun phát hiện quang học:

- Máy dò huỳnh quang/phosphor: được sử dụng để định lượng dấu vết DNA, protein và các chất chuyển hóa phân tử nhỏ, độ nhạy đạt mức phân tử đơn.

- Máy quang phổ Raman: Xác định cấu trúc vật chất bằng dấu vân tay rung phân tử, thích hợp để phát hiện không phá hủy mà không cần đánh dấu.

- Cảm biến cộng hưởng plasma bề mặt (SPR): theo dõi tương tác giữa các phân tử sinh học trong thời gian thực (như liên kết kháng nguyên-kháng thể).

- Khối phổ kiểm tra đơn vị:

- Ma trận hỗ trợ laser giải hấp ion hóa-thời gian bay khối phổ (MALDI-TOF MS): để phân tích proteomics.

- Khối phổ plasma kết hợp tự cảm (ICP-MS): Phát hiện các nguyên tố kim loại và phức hợp protein kim loại.

- Mảng cảm biến điện hóa: Phát hiện nồng độ chất điện giải bằng cách thay đổi dòng điện khử oxy hóa, phù hợp để theo dõi lượng đường trong máu hoặc ion nhanh.

4. Giao diện kỹ thuật kết hợp

- Giao diện sắc ký khối phổ (LC-MS): Phân tích khối phổ trực tuyến của các thành phần tách được thực hiện bằng nguồn ion phun điện (ESI) hoặc nguồn ion hóa học áp suất khí quyển (APCI).

- Hệ thống hợp tác quang phổ khối phổ: thu thập đồng bộ tín hiệu quang học với dữ liệu quang phổ khối thông qua khớp nối sợi quang, nâng cao độ chính xác xác định hợp chất.

- Nền tảng tổng hợp dữ liệu đa chiều: Tích hợp dữ liệu thô từ các mô-đun phát hiện khác nhau, sử dụng thuật toán để bù tín hiệu và lọc tiếng ồn.

5. Hệ thống điều khiển và phân tích dữ liệu thông minh

- Thiết bị đầu cuối hoạt động cảm ứng: hỗ trợ lập trình đồ họa của quy trình thử nghiệm được đặt trước, người dùng có thể tùy chỉnh thứ tự phát hiện và kết hợp các thông số.

- Phần mềm hỗ trợ AI:

- Thuật toán tối ưu hóa thích ứng: tự động điều chỉnh gradient tách hoặc phát hiện độ nhạy theo phản ứng mẫu.

Thư viện Machine Learning: Thực hiện sàng lọc và dự đoán nhanh những điều chưa biết so với dữ liệu lịch sử.

- Quản lý dữ liệu đám mây: Hỗ trợ tải dữ liệu thử nghiệm lên hệ thống quản lý thông tin phòng thí nghiệm (LIMS) trong thời gian thực và tạo báo cáo tuân thủ các thông số kỹ thuật GLP.

II. Nguyên tắc làm việc

1. Xử lý mẫu và giai đoạn lấy mẫu

- Sau khi mẫu ban đầu được xử lý trước tự động, mô-đun tách được tiêm chính xác bằng hệ thống lấy mẫu. Ví dụ, các mẫu huyết thanh loại bỏ các protein phong phú cao thông qua cột SPE và các chất chuyển hóa mục tiêu được làm giàu vào hệ thống sắc ký lỏng.

2. Tách đa chiều và thu thập tín hiệu

- Tách không gian: Cột sắc ký tách hỗn hợp theo sự khác biệt phân cực, chẳng hạn như cột phản xạ C18 phân biệt các vitamin tan trong chất béo với các chất chuyển hóa tan trong nước.

- Phát hiện độ phân giải thời gian: Máy dò huỳnh quang bắt tín hiệu kích thích của các dấu hiệu ở các bước sóng cụ thể, trong khi máy quang phổ khối xác định tỷ lệ ion trên điện tích bằng sự khác biệt về thời gian bay.

- Phân tích song song: Cùng một mẫu chảy qua các máy dò khác nhau (ví dụ: hấp thụ tia cực tím và phổ Raman), thu được đồng bộ thông tin về nồng độ và cấu trúc.

B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

- Hợp lực định lượng định tính: Khối phổ cung cấp thông tin chính xác về trọng lượng phân tử, quang phổ bổ sung đặc điểm nhóm chức và kết hợp suy luận cấu trúc hóa học của các chất chưa biết.

- Mở rộng phạm vi động: Phát hiện huỳnh quang có độ nhạy cao (mức pg/mL giới hạn thấp hơn) kết hợp với phát hiện điện hóa phạm vi tuyến tính rộng (lên đến mức mol/L), bao gồm các yêu cầu phân tích nồng độ siêu vi đến cao.

- Loại bỏ nhiễu: theo dõi sự hấp phụ không cụ thể trong thời gian thực thông qua cảm biến SPR, sửa lỗi tính toán diện tích đỉnh sắc ký.

4. Phản hồi thông minh và đầu ra kết quả

- Hệ thống tự động tối ưu hóa các thông số thí nghiệm tiếp theo dựa trên kết quả phát hiện, chẳng hạn như điều chỉnh điện áp nguồn ion khối phổ để tăng cường phản ứng tín hiệu của phân đoạn peptide ít phong phú.

- Dữ liệu cuối cùng được tổng hợp bằng nhiều thuật toán (ví dụ: PCA phân tích thành phần chính, PLS bình phương nhỏ nhất một phần) để tạo báo cáo trực quan hỗ trợ phân tích biểu hiện khác biệt và sàng lọc dấu ấn sinh học.

III. Lợi thế kỹ thuật và kịch bản ứng dụng

Thiết bị này phá vỡ giới hạn của phân tích đơn truyền thống thông qua công nghệ kết hợp mô-đun:

- Tương thích với nhiều nhóm: có thể thực hiện đồng thời các xét nghiệm chuyển hóa, protein và kim loại, tiết lộ những thay đổi trong mạng lưới phân tử trong cơ chế bệnh.

- Thông lượng siêu cao: có thể hoàn thành phân tích song song hàng trăm mẫu mỗi giờ, phù hợp với nhu cầu kiểm tra lâm sàng và sàng lọc thông lượng cao của thuốc.

- Kiểm tra vi lượng: Tiêu thụ mẫu đơn phân tích thấp đến mức nạp nâng cấp, tỷ lệ sử dụng mẫu sinh học quý giá tăng đáng kể.