Nguyên lý đo quang là nguyên lý phân tích cơ bản của máy xét nghiệm sinh hóa. Với nguyên lý này, máy sẽ sử dụng một nguồn sáng để phân tích nhiều chỉ số sinh hóa khác nhau. Bài viết này của Đất Việt Medical sẽ chia sẻ chi tiết phương pháp đo quang, các phép đo của nguyên lý và cấu tạo của máy sinh hóa giúp đáp ứng nguyên lý này. Cùng tìm hiểu ngay nhé! 

Nguyên lý đo quang là gì? Có vai trò gì?

Nguyên lý đo quang là phương pháp phân tích dựa trên sự hấp thụ ánh sáng của các chất trong mẫu xét nghiệm khi ánh sáng đi qua. Trong máy xét nghiệm sinh hóa, nguyên lý này được ứng dụng để xác định nồng độ của các chất hóa sinh như glucose, cholesterol, protein trong máu. Cơ chế hoạt động của đo quang bao gồm chiếu ánh sáng qua mẫu, sau đó đo lượng ánh sáng còn lại hoặc ánh sáng bị hấp thụ. Mức độ hấp thụ này sẽ tương ứng với nồng độ của chất cần đo, nhờ đó giúp bác sĩ có thể xác định được các chỉ số cần thiết cho việc chẩn đoán và điều trị.

Phép đo quang trong máy xét nghiệm sinh hóa có vai trò rất quan trọng đối với y khoa, đặc biệt là trong việc cung cấp kết quả chính xác và nhanh chóng. Sử dụng nguyên lý này, các máy xét nghiệm sinh hóa có khả năng cung cấp dữ liệu định lượng giúp bác sĩ đánh giá tình trạng sức khỏe của bệnh nhân, hỗ trợ phát hiện và theo dõi nhiều bệnh lý khác nhau, từ rối loạn chuyển hóa đến bệnh về gan, thận, và tim mạch. Độ chính xác cao và khả năng xử lý nhiều mẫu liên tục khiến phương pháp này trở thành một công cụ không thể thiếu trong phòng xét nghiệm hiện đại, góp phần đẩy nhanh quá trình chẩn đoán và nâng cao hiệu quả điều trị bệnh.

Xem thêm:

• Giá bán máy phân tích sinh hóa EXC 200 là bao nhiêu? Nhà cung cấp nào uy tín?
• Máy sinh hóa Evolution 3000 của hãng nào? Có nên dùng không?
• Máy xét nghiệm sinh hóa AU680 có gì tốt? 

Giải thích nguyên lý đo quang trên máy xét nghiệm sinh hóa

Để hiểu được nguyên lý đo quang, bạn cần hiểu được bản chất của ánh sáng, sự tương tác giữa phân tử vật chất và ánh sáng, cùng những thông tin, định luật liên quan. Dưới đây là phần giải thích cụ thể cho phương pháp đo quang này: 

a) Bản chất của ánh sáng

Ánh sáng là một dạng năng lượng có cả tính chất sóng và hạt. Tính chất sóng của ánh sáng giúp giải thích các hiện tượng như giao thoa, nhiễu xạ và phân cực, trong khi tính chất hạt giúp giải thích các hiện tượng quang điện và quang hóa. Theo thuyết hạt, ánh sáng bao gồm các hạt photon, mỗi hạt mang một năng lượng nhất định gọi là quang tử. 

Trong máy xét nghiệm sinh hóa, ánh sáng được truyền qua mẫu thử và một phần năng lượng này bị hấp thụ bởi các chất trong mẫu, dẫn đến các hiện tượng quang phổ hấp thụ. Sự hấp thụ ánh sáng của các chất khác nhau sẽ thay đổi theo đặc tính của từng chất, nhờ đó có thể đo lường và xác định nồng độ của chúng trong mẫu thử.

 

b) Sự chuyển động phân tử, các mức năng lượng của phân tử vật chất

Phân tử của một chất bao gồm nhiều nguyên tử, các nguyên tử này luôn ở trong trạng thái chuyển động. Chuyển động của phân tử bao gồm ba loại chính: chuyển động điện tử, chuyển động dao động và chuyển động quay. 

Chuyển động điện tử liên quan đến các điện tử quay quanh hạt nhân, tạo thành đám mây điện tử. Chuyển động dao động là sự thay đổi vị trí một cách tương đối của các nguyên tử trong phân tử theo chu kỳ, còn chuyển động quay là sự thay đổi định hướng của phân tử trong không gian. Các dạng chuyển động này có năng lượng riêng biệt và có thể tương tác với nhau. Khi ánh sáng đi qua một mẫu, các photon của ánh sáng có thể làm thay đổi mức năng lượng của các phân tử này, giúp xác định được các đặc tính hóa học và vật lý của chất trong mẫu xét nghiệm dựa trên năng lượng hấp thụ.

c) Nguyên lý đo quang - Sự tương tác giữa các phân tử vật chất và ánh sáng

Khi ánh sáng đi qua một dung dịch chứa chất cần phân tích, các photon có mức năng lượng phù hợp sẽ được các phân tử trong dung dịch hấp thụ. Quá trình này dựa trên hiện tượng quang phổ hấp thụ, trong đó các photon chỉ bị hấp thụ ở những mức năng lượng khớp với các mức năng lượng điện tử, dao động và quay của phân tử trong dung dịch. 

Điều này có nghĩa là mỗi chất sẽ có quang phổ hấp thụ riêng, với các đỉnh hấp thụ tại những bước sóng đặc trưng. Bằng cách đo lượng ánh sáng bị hấp thụ ở các bước sóng này, máy xét nghiệm sinh hóa có thể định lượng các thành phần trong mẫu thử.

d) Định luật hấp thụ ánh sáng trong nguyên lý đo quang - Phương pháp đo OD

Nguyên lý hấp thụ ánh sáng trong đo quang được miêu tả qua các định luật Bouger-Lambert và định luật Beer. Theo định luật Bouger-Lambert, cường độ ánh sáng giảm khi đi qua một dung dịch hấp thụ, tỷ lệ nghịch với độ dày của lớp dung dịch. Định luật Beer bổ sung rằng sự giảm cường độ ánh sáng còn phụ thuộc vào nồng độ chất hấp thụ. 

Hai định luật này hợp nhất thành định luật Bouger-Lambert-Beer, với công thức tính mật độ quang là: OD=eLC

Trong đó:

• OD là mật độ quang của dung dịch
• e là hệ số hấp thụ
• L là độ dày của lớp dung dịch
• C là nồng độ của dung dịch.

Khi máy xét nghiệm sinh hóa sử dụng nguyên lý này, mật độ quang OD sẽ phụ thuộc trực tiếp vào nồng độ dung dịch C, giúp xác định nồng độ của chất trong dung dịch khi các thông số còn lại được giữ không đổi.

Các phép đo trong nguyên lý đo quang

Để có thể đo được nồng độ mẫu, máy xét nghiệm sinh hóa sử dụng những phép đo sau: 

a) Phép đo điểm cuối

Phép đo điểm cuối là phương pháp xác định mật độ quang của dung dịch mẫu xét nghiệm khi phản ứng hoàn tất, tức là khi phức hợp màu bền vững đã được tạo ra. Trong hóa sinh lâm sàng, phép đo điểm cuối thường được áp dụng cho các xét nghiệm đo nồng độ chất như Glucose, protein, Cholesterol. 

Khi kết thúc phản ứng, mật độ quang của dung dịch tỷ lệ thuận với nồng độ của chất cần đo. Công thức tính nồng độ mẫu thử (CT) được thể hiện như sau: CT = (AT/AM) x CM = AT x K

Trong đó:

• AT: Mật độ quang của mẫu thử,
• AM: Mật độ quang của mẫu đã biết trước,
• CM: Nồng độ mẫu đã biết.
• K: Hệ số tắt (factor) đặc trưng cho chất cần đo.

Một lưu ý trong phép đo điểm cuối là việc chọn bước sóng phù hợp, thường là 500 - 546 nm hoặc 578 - 620 nm tùy vào màu sắc phức hợp của phản ứng. Phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao trong các xét nghiệm đo nồng độ với các phản ứng tạo màu đặc trưng, chẳng hạn như Glucose và Triglycerid. Các kính lọc khác nhau được chọn để phù hợp với bước sóng, giúp quá trình đo đạt hiệu quả cao nhất.

b) Phép đo động học 2 điểm

Phép đo động học 2 điểm trong nguyên lý đo quangđược áp dụng cho các phản ứng không kết thúc hoàn toàn sau một thời gian xác định, do đó, không thể đo tại một thời điểm duy nhất. Phương pháp này đo mật độ quang tại hai thời điểm t1 và t2 rồi tính hiệu số mật độ quang (delta A = A2 - A1), từ đó suy ra nồng độ chất cần đo thông qua công thức: CT = (AT/AM) x CM = delta A x K. 

Trong đó:

• Delta A: Hiệu số mật độ quang giữa hai thời điểm đo.
• K: Hệ số tắt (factor) do nhà sản xuất cung cấp.

Phương pháp này thường áp dụng cho xét nghiệm Ure và Creatinin máu, khi phản ứng xảy ra từ từ và không có điểm kết thúc rõ ràng. Đo động học hai điểm cho phép xác định tốc độ phản ứng thông qua sự thay đổi mật độ quang giữa hai thời điểm, giúp kiểm soát nồng độ chất chính xác trong các xét nghiệm mà phản ứng không tạo màu ổn định.

c) Phương pháp đo động học enzyme

Phép đo động học enzyme, hay còn gọi là phép đo kinetic là phép đo được sử dụng để xác định hoạt độ enzyme trong các xét nghiệm hóa sinh. Do phản ứng enzyme không tạo phức hợp màu ổn định mà làm thay đổi độ đục của dung dịch, cần đo ở nhiều thời điểm liên tiếp để xác định sự thay đổi mật độ quang. Để tính hoạt độ enzyme, ta lấy hiệu số mật độ quang ở các thời điểm khác nhau, ví dụ: delta A1 = A2 - A1; delta A2 = A3 - A2; tương tự với các thời điểm khác. Sau đó, tính giá trị trung bình của các hiệu số này: delta A = (delta A1 + delta A2 + delta A3 + delta A4)/4
 
Cuối cùng, nồng độ của mẫu thử (CT) được tính bằng: CT = delta A x K

Trong đó K là hệ số do nhà sản xuất cung cấp. Các xét nghiệm enzyme thường sử dụng phương pháp này bao gồm GPT, GOT, Amylase. Lưu ý rằng cần lắc đều dung dịch và đo ngay sau khi chuẩn bị để đảm bảo độ chính xác và tránh thay đổi không mong muốn trong dung dịch.
Cấu tạo máy sinh hóa hỗ trợ cho nguyên lý đo quang

 

Máy xét nghiệm sinh hóa, dù là bán tự động như mẫu Contec BC300 hay tự động hoàn toàn như dòng máy sinh hóa EXC400, đều có cấu tạo với các bộ phận cơ bản nhằm phục vụ phương pháp đo quang, đảm bảo độ chính xác trong quá trình xét nghiệm. Đầu tiên là nguồn sáng, thường là đèn chiếu ánh sáng trắng có dải bước sóng từ 380 nm đến 760 nm. Ánh sáng này được điều chỉnh để chọn ra bước sóng phù hợp cho mỗi loại xét nghiệm, giúp tăng độ nhạy và độ chính xác trong phép đo.

Tiếp theo là bộ chọn bước sóng, có nhiệm vụ lọc ánh sáng và chọn bước sóng chuẩn tương ứng với chỉ số cần xét nghiệm. Điều này đảm bảo chỉ ánh sáng của bước sóng mong muốn mới đi qua cuvet chứa mẫu, nơi diễn ra quá trình phân tích.

Cuvet đóng vai trò là ống chứa mẫu, được thiết kế trong suốt với tiết diện vuông, giúp ánh sáng dễ dàng đi xuyên qua để thực hiện các phép đo quang. Sau khi ánh sáng đi qua mẫu trong cuvet, bộ phát hiện quang sẽ chuyển đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, cung cấp dữ liệu cần thiết cho quá trình phân tích. 

Cuối cùng, bộ hiển thị đóng vai trò hiển thị kết quả xét nghiệm, thường là màn hình LED, LCD hoặc CRT tùy thuộc vào loại máy. Các hãng sản xuất cũng phát triển nhiều cải tiến, như độ phân giải và dải đo, để đáp ứng nhu cầu của các phòng khám và bệnh viện trong từng phân khúc thị trường.

Kết luận

Trên đây là toàn bộ giải thích chi tiết cho nguyên lý đo quang trên máy xét nghiệm sinh hóa và cấu tạo của máy để hỗ trợ cho nguyên lý này. Mong rằng những thông tin Đất Việt Medical đưa ra sẽ giúp bạn hiểu hơn về máy sinh hóa, cũng như cách vận hành máy hiệu quả nhất. Nếu bạn muốn mua hoặc nhận tư vấn chi tiết về dòng sản phẩm này, bạn có thể liên hệ chúng tôi theo hotline 0901.333.689!