(技术篇)IVD仪器常用光学器件

奋斗的小鸟

来源：知乎
昨天聊了IVD仪器的核心元件---加样针。加样针的质量体现了一个国家的制造业水平，今天聊聊同样体现一个国家制造业水平的器件，IVD仪器的核心器件，光学器件。
众说周知，当下的IVD仪器绝大部分都是通过检测光信号变化的方式来完成检测，如血球、生化分析仪、化学发光分析仪、荧光免疫分析仪以及尿液分析仪。
所以，光学器件也是仪器的核心器件，非常重要。
可以说一台IVD仪器，除了光学组件外，其他部分都是为了实现自动化而服务的。
同加样针一样，早些时候IVD仪器中的光学器件几乎全部来自日本，也是在近几年国内的光学器件厂家才开始在部分器件上有了突破，实现了国产化。但一些高端的器件，仍然存在严重依赖进口，随时可能被卡脖子的问题。
1、 镜片

• 滤光片
  

滤光片顾名思义是允许部分需要波长的光通过，同时，阻止其它不需要波长的光通过。


在IVD仪器中滤光片是非常重要的器件，早期的半自动生化分析仪，就是通过运动机构实现滤光片的转动切换来实现单色光的输出。滤光片在检测仪器中的应用非常常见，在生化分析仪，荧光免疫分析中都会用到滤光片来获得所需要的单色光。
滤光片根据需要和工艺的不同，可以实现不同的截止深度和带宽，以满足不同的需求，截止深度越高，制造难度越高，滤光效果越好。带宽越小，制造难度越大，绿光效果越好。
国内滤光片的制造工艺经过近些年的发展，已经相对成熟，能满足绝大部分诊断仪器的需求，所以滤光片已基本实现国产化。

• 分光片
  

分光片是另一种重要的器件，分光片可以选择性的反射需要波长的光，其它不需要的波长的光会透过分光片继续沿直线传播。从而实现将不同波长的光从混合光的光束中分离出来，实现分光的目的。在中低速的生化分析仪和荧光免疫分析仪中都会用到分光片。
同滤光片一样，分光片的工艺在国内也已经相对成熟，基本实现了国产化。

• 透镜
  

包括平凸透镜、双凸透镜、反射镜、准直透镜等。
透镜的主要目的是为了对光束进行聚焦，改变光束的方向，实现所需要的光束形状和方向，如分光光度计中的平行光就是通过透镜的配合来实现的。
透镜包括玻璃材质（BK7\K9）和塑料材质（PMMA），透镜在国内也相对成熟，基本实现了国产化。
2、 光栅
光栅是在玻璃表面刻有大量等宽等间距的平行狭缝的光学器件。光栅的主要作用是分光，光栅分出的单波长光的位置符合光栅公式。


光栅是高速生化分析仪的核心器件，通过光栅实现从混合光中分离出所需的单波长检测光。光栅分光的精度直接决定了检测结果的准确性和检测浓度的范围。
早期国内IVD检测设备用的光栅基本全部来自日本的岛津公司，近几年随着国内一些光学研究所在光栅的设计和制造工艺上取得了突破，国产光栅正逐步应用到国产检测设备上，这也是光学器件国产化的重要一步。
3、 光电转换器件
顾名思义，光电转换器件是一种能将光信号转换为电信号的器件，从而实现光信号变化量的计算，进而可计算出所测物质的浓度。


常用光电转换器件包括光电二极管（Photo-Diode）和光电倍增管（PMT）。
光电二极管应用广泛，在荧光免疫分析仪，特定蛋白分析仪，生化分析仪，尿液分析仪等上都有广泛应用。光电二极管从器件形态来说包括单个信号单元和光电二极管阵列单元两类。前者应用广泛，后者主要用在波长排布紧密，波长数量多的场景中。
光电倍增管灵敏度更高，主要用在光信号微弱的化学发光免疫分析检测中。
光电转换器件是当前检测仪器中严重依赖进口的器件，主要的供应商为日本滨松，国产化率很低，是未来一段时间需要重点攻克的器件。
4、 发光器件
大部分的IVD仪器都是通过光信号来完成检测，有的需要光源，有的不需要。当下检测仪器中主要的光源包括卤钨灯和单色的LED等。
卤钨灯可以提供包括300-800nm波长的光，在生化分析仪中广泛应用。LED灯因单色性能好，也广泛用在一些需要单波长光检测的仪器中。
发光器件也是主要来自国外厂家，包括欧司朗、飞利浦、首尔等。
5、 光纤
因仪器中发光器件都有使用时间的限制，尤其是卤钨灯，一般使用时间仅2000小时，在仪器中是作为耗材来使用的。所以发光器件需要安装在方便更换的地方，但部分仪器因空间限制，发光器件的安装和维护困难，这种情况下就可以通过光纤来将安装在易操作空间的发光器件的光转移到需要的地方。


光纤在IVD仪器中的应用相对成熟和广泛，在国内也有较多的厂家在设计、生产和制造光纤，国产化程度高。
今天就聊这些，还有哪些光学器件，欢迎大家留言补充。



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