【蓝皮书】全自动血型检测仪器的技术研究开发正值活跃发展期

心中u你

编者按：《中国体外诊断产业发展蓝皮书》2019·2020卷（以下简称“蓝皮书”）将按章节陆续体外诊断快讯定期连载部分内容，以回馈广大实验医学、体外诊断同仁对协会工作的支持。

自 2015 年首卷公开出版发行以来，蓝皮书系列已逐年连续出版至第五卷，与前几卷相比，本卷更具体地介绍了自新冠疫情发生至今，我国体外诊断行业所面对的挑战与机遇，更突出地展现了国内该领域创新技术产品及各分类产品市场容量。该书主编宋海波教授、姚见儿博士及各位编委们一直努力的致力于推动中国IVD产业的健康发展，本书在编辑过程中得到了全国卫生产业企业管理协会医学检验产业分会各副会长单位和国内知名企业家们的大力支持与合作，在上海科技出版社和Springer-Verlag（施普林格）出版机构的鼎力支持下，得以如期出版发行，该书的英文版也于2021年10月正式出版发行。谨对参与该书编辑、审校等工作的所有同志们表示由衷的谢意！


本期内容提要：

上期我们主要刊登了国内血凝市场概况、不同医疗机构血凝仪使用品牌调研分析情况、部分新兴产品、重点关联企业发展情况等。本期为第三篇第一章第二节《血型检测仪器及配套试剂》，受益于行业原创技术的基本稳定，国内企业通过跟随性研发策略，持续增加研发投入水平，技术创新能力不断提高，已在多项技术中取得突破，形成一批具有自主知识产权的仪器核心部件。

本节涉及的内容包含血型检测技术的发展历程、相关产品、技术发展方向及市场发展状况等，目前全自动血型检测仪器领域的技术研究主要集中在传送控制技术、抓取控制技术、图像处理技术、模块兼容配合等方面，可以预见血型检测仪器将向进一步提高血型检测的自动化程度，提高血型检测效率，提高血型检测准确性等方向发展。

血型是人体的一种遗传性状，是人体各种细胞，如红细胞、白细胞及血小板等各种组织细胞和各种体液成分的抗原抗体差异。红细胞血型非常复杂，血型检测是临床用血前必须经历的过程，也是临床急救及许多疾病治疗中至关重要的一个环节。如果受血者与输血者的血型不合，那么红细胞进入机体后可能引起机体产生免疫排斥，导致溶血反应。因此，进行输血治疗前必须对受血者和献血者的血液标本进行血型检测和交叉配血等试验，以避免免疫排斥发生，保证临床输血安全[1]。血型检测分析已成为临床输血科及检验科常规检测项目，包括ABO血型鉴定、RH血型鉴定、交叉配血试验等。


（一） 血型检测的原理

为了确保输血的安全，目前主要对最具临床意义的ABO和Rh血型系统，具有一定临床意义的Kell、Duffy、Kidd、MNS、P、Lewis血型系统及不规则抗体进行检测。采用免疫学方法对抗原或抗体进行检测的血型血清学检测方法为主要的检测方法，即用已知抗原来检测未知抗体，或用已知抗体来检测未知抗原，根据凝集反应来鉴定血型。直接针对遗传信息的载体——DNA或RNA的碱基序列进行检测的基因检测，目前还受到一定程度的限制，未大范围用于临床的血型检测。目前绝大多数血型检测仪器都是基于免疫血液学进行检测，即用已知抗原来检测未知抗体，或用已知抗体来检测未知抗原，根据凝集反应来鉴定血型。

（二） 血型检测技术的发展历程[2]

1.玻片法（瓷板法、纸片法）

瓷板法、玻片法与纸片法的血型检测原理类似，是基于1908年Ottenberg等人提出的“盐水法”检测技术，即IgM抗体与相关红细胞抗原在盐水介质、室温条件下发生凝集。这三种方法的操作流程也基本相同。将含有已知IgM的抗血清滴加到瓷板、玻片或纸片上，然后加待测血样，用玻璃棒或竹签轻轻搅动，混合抗血清-红细胞混合物，有凝集颗粒的，即为阳性结果。该方法操作简单，不需离心，对实验室场所和设备要求低，适合单个个体血型的定性检测。但手工方法人为的不可控性大，而且劳动强度大，目前一般用于ABO血型的初筛。


2.试管法

将含有已知IgM的抗血清加入试管，然后加入生理盐水配制的待测红细胞悬液，混匀，离心观察结果，若出现凝集则为阳性结果。在20世纪40年代，Coombs试验和酶法建立前，试管法只能检测盐水凝集的血型抗原（主要是ABO血型系统的抗原）。

(1) 试管法筛查IgM抗体。用待测血清替换已知抗体的抗血清，用已知血型

的红细胞悬液代替待测红细胞悬液，其他流程完全相同；

(2) 基于Coombs技术的抗体筛查与交叉配血。Coombs试验，添加抗人球蛋

白抗体作为第二抗体，起到桥梁的作用，形成抗人球蛋白-IgG抗体-红细胞复合物，增加分子量，形成肉眼可见的凝集，从而检测IgG类抗体。Coombs试验在当时的技术条件下，主要以试管法进行操作。

(3) 基于酶法的抗体筛查与交叉配血。酶法的原理是IgG类抗体分子量小，

结合相应抗原的红细胞后，不能将相邻的红细胞连接起来，因此，红细胞无法发生凝集。酶可以降低红细胞表面负电荷，使红细胞之间的排斥力减小，在IgG类抗体的作用下发生凝集。酶法主要在试管中操作。

3.微柱凝胶卡技术。1985年，法国里昂的Dr.Yves Lappierre研发了微柱凝胶技术，通过研究明胶、丙烯酰胺凝胶和玻璃珠，试图在沉淀和离心步骤捕获凝集物。1988年，他与瑞士DiaMed A.G.合作，商业化生产血型凝胶卡。为了避开DiaMed凝胶卡的专利，美国的Ortho Diagnostic将微柱中的凝胶换成了玻璃微珠，也于1985年获得了在美国销售该技术的权利。微柱凝胶法灵敏度高，特异性强，有较好的实验重复性，易于标准化。目前，临床输血科，已基本采用凝胶技术作为血型鉴定和配血的方法。

4.全自动化血型分析检测技术。随着国内行业科学技术进步，企业自主研发和生产能力的提升，血型分析仪经历了早期的半自动仪器的小型设备到大型全自动化设备的发展。全自动血型分析仪可全程全自动完成血型检测实验，将所有实验步骤均由计算机控制，确保每个样本均在相同条件下进行检测，精密度更高，检测结果更加准确，减少操作人员工作量，检测效率更高，降低实验室危险生物物质风险。同时，智能化信息管理系统实时动态检测，检测原始图像永久保存，保证检测过程的可追溯性。随着输血行业标准化管理和政府对输血安全性的重视和支持，全自动化血型分析仪近年来得到广泛应用。


（三）血型检测仪器及配套试剂产品

血型检测相关的产品主要包括血型检测仪器及血型检测试剂两大板块。


1.血型检测仪器产品

全自动血型分析仪，简称血型仪，是可进行人类血型ABO正反定型、Rh(D)血型定型、不规则抗体筛选和交叉配血试验的分析仪器。主要由加样器、孵育器、离心机、判读仪和微机系统组成。通过加样器对样本和试剂进行分配、转移，孵育器对微柱凝胶卡进行孵育，离心机对微柱凝胶卡进行离心，判读仪对微柱凝胶卡进行数码成像，微机对图像进行对比分析，完成血型定型、不规则抗体筛选及交叉配血实验的全自动化和智能化。


（1）基于微柱凝胶法技术的全自动血型分析仪

微柱凝胶技术是凝胶过滤技术和免疫学反应相结的产物，凝胶的间隙具有分子筛作用，只允许游离红细胞通过，通过离心机离心后，微柱凝胶中未发生凝集反应的红细胞沉积在卡底部，则表明阴性反应，若红细胞凝集在卡上部或中间，视为发生凝集，则表明阳性反应。仪器与适用的微柱凝胶检测卡配合使用，自动完成扫描、分配样品及试剂、血卡搬运、刺破、加样、温育、离心、获取影像及自动判读全过程。


（2）基于微孔板法技术的全自动血型分析仪

基于微孔板法技术的全自动血型分析仪，将微孔板，即一种透明96孔板作为载体，反应后红细胞平铺于微孔底部则为阳性结果，如果红细胞沉降至微孔底部形成集中的圆点状则为阴性结果。微孔板可分为两种，梯形微孔板和96孔U型微孔板。梯形微孔板是在日本Olympus梯形微孔板中进行抗原-抗体免疫反应，利用CCD成像技术进行凝集判别；U型微孔板，是利用酶标仪在U型孔直径上扫描透光度，然后通过酶标仪软件计算相对透光率以得出血型检测结果[3]。


（3）基于试管法技术的全自动血型分析仪

近年国内企业按照血型血清经典方法手工试管法的试验原理及操作，以空白反应卡（六孔卡）作为试验载体进行血细胞抗原抗体凝集试验，通过透射光通量的曲线变化检测凝集状态强弱，自动判读试验结果。该技术进一步丰富了血型检测设备，为用户提供了新的体验。


2.血型检测试剂产品

血型检测试剂，主要是指可单独使用或与血型分析仪配套使用的试剂、试剂盒等，属于体外诊断试剂行业中的一个细分领域。血型检测试剂主要分为ABO正反定型血型检测、Rh(D)血型检测、不规则抗体检测、抗人球蛋白检测及血小板抗体检测等试剂。在临床输血试验中，Rh血型系统的重要性仅次于ABO血型系统，Rh血型系统中，RhD抗原性最强，是引起临床输血不良反应的主要因素，因此，输血前对Rh血型进行筛查非常必要。RhC、c、E、e抗原是Rh血型系统除RhD抗原以外的几种具有显著临床意义的抗原，其检测方法与RhD抗原检测基本相同。抗人球蛋白法是鉴定不规则抗体最可靠的方法，也是目前抗体鉴定和交叉配血的“金标准”。血小板表面含有HLA和HPA等抗原，因此对血小板表面的HLA和HPA抗原检测也具有重要的临床意义。

血型检测试剂主要包括ABO检测红细胞、抗A（抗B或抗D）血型定型试剂、不规则抗体筛查红细胞、ABO血型正反定卡、Rh血型检测卡、抗人球蛋白检测卡、红细胞交叉配血试剂盒等。无论是微孔板式还是微柱凝胶卡式分析方法，均需要在载体介质中添加特异性血型抗体（如抗A、抗B、抗D试剂）与红细胞等试剂，在一定程度上，特异性血型抗体与红细胞等试剂的质量及稳定性将直接影响检测结果的准确性，因此血型检测试剂作为全自动血型分析仪配套产品，对血型检测试验同样具有重要意义。微柱凝胶卡技术已广泛应用于血型检测中，该试剂卡已将各类血型抗体加入到凝胶中，检测时只需将样本加入后便可实现定型，该技术灵敏度高、易于标准化并易于观察及保存，已成为临床ABO、Rh(D)血型检测及交叉配血的首选检测方法。


二、血型检测仪器产品、技术发展方向及市场发展状况


（一）全自动血型分析仪的主要品牌及厂家

1.进口品牌

2015年，Galileo Neo全自动血型分析仪（图1）进入国内市场，采用微孔板式方法运行，检验项目包括ABO血型检测、Rh（D）血型检测、IgG红细胞抗体检测、红细胞显型和抗原筛选；2016年，贝克曼的微孔板式全自动血型分析仪（图2）进入国内市场；同年，伯乐微柱凝胶法全自动血型分析仪（图3）开始在国内上市。




图1 Galileo Neo全自动血型分析仪



图2 PK7300全自动血型分析仪


Immucor公司的Galileo Neo（图1）、贝克曼公司的PK7300（图2）、法国迪卡斯公司的QWALYS 3和哈美顿博纳图斯公司的Microlab STAR BG、Microlab STARlet BG均是基于微孔板法技术的全自动血型分析仪，以微孔板作为实验载体。其中法国迪卡斯公司的QWALYS 3是以红细胞磁化技术为基础的微孔板式全自动血型分析仪。


伯乐的1H-1000（图3）、哈美顿博纳图斯公司的Microlab STARlet IVD（图4）、强生的ORTHO VISION（图5）及盖立复的WADiana Compact（图6）均是基于微柱凝胶法，以微柱凝胶卡作为实验载体的全自动血型分析仪。其中，哈美顿博纳图斯公司具有微孔板式及微柱凝胶卡式两种方法学的全自动血型分析仪。微柱凝胶检测技术作为血型检测的先进方法学，是国际卫生组织推荐的最先进的检测技术，进口全自动血型分析仪呈现出由微柱凝胶法替代微孔板法的趋势。详见表1.进口全自动血型分析仪品牌及厂家。


                                                          表1 进口全自动血型分析仪品牌及厂家



参考资料：国家药品监督管理局医疗器械查询数据库



图3 IH-1000全自动血型分析仪



图4 Microlab STAR全自动血型分析仪



图5 ORTHO VISION全自动血型分析仪



图6 WADiana Compact全自动血型分析仪


2.国产品牌

2015年，深圳市爱康生物的微孔板式全自动血型分析仪Metis（图7）获批上市，2016年，其微柱凝胶全自动血型分析仪Aigel（图8）获批上市，两者均可进行人类血型ABO正反定型、Rh（D）血型定型、不规则抗体筛选和交叉配血试验。深圳市爱康生物成为国内唯一一家拥有基于微孔板式及微柱凝胶两种技术的全自动血型分析仪的企业。





图7 Metis全自动血型分析仪



图8 Aigel全自动血型分析仪


后续，中山生物MG12全自动血型分析仪(图9)、苏州长光华医SA-120全自动血型分析仪（图10）及山东新华医疗Aretha全自动血型分析仪（图11）等国内优秀企业的微柱凝胶法全自动血型分析仪陆续获批上市。2020年贝索生物基于手工试管法的Baso全自动血型分析仪（图12）获批上市，进一步丰富了国内血型检测设备种类，为用户带来了新的体验。详见表2.国产全自动血型分析仪品牌及厂家。


表2国产全自动血型分析仪品牌及厂家




参考资料：国家药品监督管理局医疗器械查询数据库



图9 MG12全自动血型分析仪



图10 SA-120全自动血型分析仪



图11 Aretha全自动血型分析仪



图12 Baso全自动血型分析仪


目前，国产品牌的全自动血型分析仪应用方法已覆盖微柱凝胶、微孔板式及试管法，其基本功能涉及自动扫描条码、加样、加试剂、孵育、离心、振荡、结果判读等，能够进行人类血型ABO正反定型、Rh（D）血型定型、不规则抗体筛选和交叉配血试验，可满足临床血型检测分析的需求。国产品牌全自动血型分析仪在功能实用性、操作简洁性、维护方便性等多方面已获得了良好的用户反馈。


（二）血型检测仪器的技术发展方向

国家一直高度重视国产医疗器械的产业化发展，近年来，国务院及各级政府出台了全方位的扶持政策，包括《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》、《“十三五”卫生与健康科技创新专项规划》、《中国制造2025》、《“健康中国2030”规划纲要》等，纷纷提出大力推动医疗器械发展，促进医疗器械品质提升，减少进口依赖，降低医疗成本。2018年11月2日发布了新修订的《创新医疗器械特别审查程序》，进一步激发了医疗器械创新活力，我国医疗器械产业迎来高速发展。


1.血型检测仪器的技术发展现况

目前,随着国家政策的推动，以及配套产业链的完善，国内血型检测仪器企业逐步提升技术核心竞争力并对产品创新升级，已突破多项技术壁垒，使得血型检测产业得到快速发展。国内血型检测仪器产品已覆盖微孔板式、微柱凝胶及试管法等国际主流检测方法，能够提供高度自动化、标准化的血型检测流程，在临床输血中担任着重要角色。国内血型检测仪器技术现状的特点主要有：操作规范、标准和简便；灵敏度高、准确性好；检测效率高；试剂开放；结果直观稳定、可靠清晰、易于保存；数据可经电脑管理。

随着输血学科技术的飞速发展，临床个体化输血治疗需求大幅增加，输血风险也越来越大，对输血相关检测技术要求也越来越精确缜密。全自动血型分析仪整机主要包括：操作主机、分配系统、传输系统、孵育系统、离心系统、判读系统等，各模块通过软件实现独立运行和协同工作，能大幅降低操作人员工作强度，防止人为操作误差，避免操作者接触患者血液产生医疗风险，并使检测结果具备可追溯性，准确进行血型、不规则抗体检测及交叉配血试验，保证输血安全。

国内企业对血型检测仪器的创新层出不穷。通过检索该领域全球专利，目前，美国、欧洲、日本等国家血型检测仪器相关专利申请速度趋缓，发展稳定；我国相关专利申请持续活跃，申请量保持增长态势，创新意识持续提高。从图13可以看出，在2008年之前，国内血型检测仪器相关专利申请量较低；2009年至2012年申请量有所增长，国内企业已开始在该领域进行技术研发及布局；2014年至2017年进入快速增长期，市场上已有相关国产产品上市销售；2017年达到顶峰，全年申请36件，2018、2019年申请量有所下降，但仍保持每年20件以上。由此可见，我国全自动血型检测仪器的技术研究开发正值活跃发展期。




图13 国内血型检测仪器相关专利申请量趋势图



作者：
深圳市爱康生物科技有限公司 赖鹏飞、孙楠、赵涛、夏荣榜、李运奇
北京九强生物技术股份有限公司 马延尚、杨小燕、董伯平

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