生化VS化学发光——原理篇

在IVD领域的宏大图谱中，全自动生化分析仪与全自动化学发光免疫分析仪无疑是两颗最耀眼的明星，共同构筑了现代医学检验的基石。从深耕化学发光到系统学习生化，我常思考：为何同样是“样本进——结果出”的全自动检测设备，两者的核心原理却差异显著？

就让我抛砖引玉，系统对比两类仪器的原理差异，助力 IVD 工程师打通生化与免疫分析的技术逻辑。而理解这些异同，不仅能帮助我们在日常工作中更好地操作和维护设备，还能在出现故障时快速定位问题根源。

老规矩，先叠个甲！我是硬件工程师出身，对泵&阀、电机、传感器等，更了解，产品应用相关，确实是纯小白，生化也是从零开始在学习。有任何写的不对的地方，欢迎随时指正和交流~本文只用来学习交流，作为个人学习笔记，无任何个人or公司立场，不要人肉我，不要代入公司立场。

一、为何原理设计会不同？

在对比原理前，需先厘清两类仪器的 “检测目标差异”—— 这是原理设计的底层逻辑，也是后续技术融合的关键：

生化：

检测对象多为 “小分子代谢物、酶类、电解质”（如葡萄糖、肌酐、ALT），这类物质的特点是 “浓度相对较高（μmol/L~mmol/L 级）、无需信号放大”，核心需求是 “通过化学反应（酶促、比浊）转化为可检测的物理信号（吸光度）”。

化学发光：

检测对象多为 “大分子免疫标志物”（如肌钙蛋白、肿瘤标志物、激素），这类物质的特点是 “浓度极低（pg/mL~ng/mL级）、需特异性结合”，核心需求是 “通过抗原——抗体反应捕获目标物质，再通过发光信号放大实现精准定量”。

两类仪器的原理差异可概括为：化学反应转吸光度VS免疫结合转发光——生化是 “直接检测反应产物的物理特性”，化学发光是 “先特异性捕获再放大信号检测”，这决定了它们在反应模块、检测模块的设计上截然不同。

二、 生化分析仪——基于“紫外-可见分光光度法”的定量大师

生化分析仪的核心检测原理是分光光度法，其本质是：测量特定波长的光穿过反应溶液后的吸光度变化，从而计算出待测物的浓度。

（一）基本原理：朗伯-比尔定律

这是所有生化项目定量的基石公式：A= ε * c * l

其中：

Ø A：吸光度。仪器直接测出的核心光学值，代表光被溶液吸收的程度。

Ø ε：摩尔吸光系数。是物质的固有属性，相当于该物质对特定波长光的“吸收能力”，由试剂厂家决定。

Ø c：浓度。我们的目标，需要求解的未知数。

Ø l：光径。光线穿过比色杯的路径长度，通常是固定的。

因此，通过精确测量吸光度A，即可反算出待测物的浓度 c。

（二）工作流程与信号产生：

生化项目的反应模式多样（终点法、速率法等），但其光学检测的本质不变。

1、样本与试剂：样本（血清）与生化试剂在比色杯中混合、搅拌；

2、化学反应：在恒温条件下（通常是37℃），发生特定的酶促反应或化学反应。反应会导至产物（或底物）的浓度发生变化，而这些产物通常在紫外或可见光区具有特定的吸收峰。

例如：葡萄糖（GLU）通过葡萄糖氧化酶（GOD）反应生成过氧化氢（H₂O₂），后者在过氧化物酶（POD）作用下与色原物反应，生成在500nm左右波长有强吸收的有色物质。

3、光学检测：光源（通常是卤钨灯）发出的复合光，经过光栅或滤光片分光，变成一束特定波长（如505nm）的单色光。这束光垂直穿过充满反应液的比色杯。

4、信号捕获：光电检测器接收穿透光的光信号，并将其转换为电信号。通过对比入射光强 I₀和透射光强 I，计算出吸光度A = log(I₀/I)。

5、计算浓度：仪器根据反应过程中吸光度的变化值 ΔA，代入预设好的公式（基于朗伯-比尔定律推导出的校准曲线），最终计算出样本中待测物的浓度。

核心要点：生化仪检测的是化学反应本身的直接产物或底物。信号直接来源于反应体系的光学性质变化。

三、化学发光：基于“免疫反应+化学发光”的超灵敏侦探

化学发光分析仪的核心检测原理是免疫反应与化学发光的结合。其本质是测量由化学反应激发的光量子，通过光的强度来间接反映待测物的浓度。

（一）基本原理：免疫反应与信号放大

化学发光检测的不是待测物本身，而是标记在抗体或抗原上的发光物质（标记物）。其过程分为两步：

1、第一步：免疫反应

让样本中的待测物（抗原）与标记有发光物质的抗体（或抗原）发生特异性结合，形成“抗原-抗体-发光标记物”的复合物。这一步决定了检测的特异性。

2、第二步：化学发光

将上述复合物与游离的标记物分离开来（通过磁珠包被、清洗等分离技术），然后加入发光底物（激发液），触发化学发光反应。

（二）工作流程与信号产生：

1、样本与试剂加样：

仪器将样本、磁珠试剂（包被了抗体）、发光标记物试剂（标记了另一株抗体的化学发光物质）加入反应杯；

2、温育反应：

发生特异性的“夹心”、“竞争”、“间接”、“捕获”免疫反应，形成抗原抗体复合物；

3、分离与清洗：

将未结合的游离标记物冲洗掉，这一步极大降低了背景噪声，是达到高灵敏度的保障。

4、化学发光：加入发光底物（如H₂O₂和NaOH），底物与标记物发生氧化还原反应，反应过程中释放大量化学能，这部分能量被发光分子（如吖啶酯、鲁米诺）吸收并使其跃迁至激发态，从激发态回到基态时，释放出光子。

5、信号捕获：

光电倍增管（PMT）在暗室中检测这些释放出的光子，光的强度（Relative Light Unit, RLU）与免疫复合物的数量，即待测物的浓度成正比。

6、计算浓度：仪器将测得的RLU值与事先做好的多点定标曲线进行比较，计算出待测物的浓度。

核心要点：化学发光仪检测的是间接的信号。发光信号与待测物浓度之间隔了一层“免疫反应”和“化学发光”，其优势在于极高的灵敏度（可达10⁻¹⁸ g/mL）和超宽的检测范围。

四、 核心原理对比一览表

五、 仪器硬件的核心差异

（一）样本处理：从 “分配逻辑” 看检测目标的差异

生化追求 “多项目高效联检”，免疫聚焦“单项目精准防污染”，这种差异直接体现在取样针设计、分配逻辑和防污染措施上。

1、生化分析仪：

Ø 多针协同，适配 “一份样本多项目”

Ø 多反应杯分配、反应杯反复用；

Ø 防污染核心：高压清洗+外壁擦拭

2、化学发光：

Ø 单项目隔离，杜绝“抗体交叉污染”

Ø 一项目一反应杯（从源头避免了不同抗体的交叉反应，是免疫检测特异性的基础）。

（二）信号检测：从 “信号类型” 看灵敏度的差异

两类仪器的检测模块，是原理差异的 “最终体现”—— 生化检测 “吸光度变化”，免疫捕捉 “光子信号”，这种差异决定了它们的灵敏度上限。

1、生化分析仪：

分光光度法，适配 “高浓度小分子”，核心是 “光栅单色器+光电二极管阵列”：

Ø 波长覆盖与精度；

Ø 灵敏度局限：μmol/L 级是主流；

2、化学发光：

光电倍增管，捕捉 “微弱光子信号”。

Ø 信号激发与检测：

Ø 灵敏度优势：pg/mL 级的突破（也是免疫能检测肿瘤标志物、微量激素的核心原因）

理解原理不是为了区分“谁更好”，而是为了知道“为什么这么设计”。对于IVD工程师而言，理解原理是解决一切问题的源头。精准的检测结果始于对原理的深刻理解，希望本文能为各位IVD工程师在学习和工作中提供有益的参考。