醫(yī)療器械市場不斷變化，并且從技術(shù)角度來看面臨著快速的演變。然而，在這個(gè)快節(jié)奏的市場中，一個(gè)不變的事實(shí)是，存在一些困擾研究團(tuán)隊(duì)和產(chǎn)品開發(fā)人員的棘手問題，其中之一就是粘性蛋白質(zhì)和生物材料。

防止非特異性蛋白質(zhì)吸附始終是一個(gè)令人關(guān)注的課題，這導(dǎo)致許多設(shè)備開發(fā)商考慮使用諸如電拋光不銹鋼、MP35N、塑料聚合物及其他昂貴合金等表面材料。本文將考察不同表面及其在氧化性環(huán)境（例如空氣）中抵抗化學(xué)不穩(wěn)定性問題和物理降解（例如分層）的能力。

Part 1、蛋白質(zhì)的問題

雖然在其他行業(yè)中，非特異性蛋白質(zhì)吸附水平可能不是一個(gè)那么嚴(yán)重的問題，但在醫(yī)療器械行業(yè)，這是一個(gè)應(yīng)盡可能避免的問題。防止非特異性蛋白質(zhì)吸附到表面對于診斷設(shè)備的技術(shù)性能至關(guān)重要。

現(xiàn)代臨床實(shí)驗(yàn)室中的醫(yī)療器械廣泛采用免疫測定形式，該形式放大了在全血、血清、血漿、腦脊液、尿液及其他體液中發(fā)現(xiàn)的相關(guān)分析物的檢測。盡管使用免疫球蛋白能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)分子的高度敏感和特異性捕獲，但不需要的分子非特異性結(jié)合到抗體周圍固體表面所產(chǎn)生的潛在干擾常常限制了性能聲明，例如由于信噪比差而導(dǎo)致的檢測限。

除了樣品或試劑蛋白質(zhì)非特異性結(jié)合在分析物免疫檢測過程中可能造成的負(fù)面影響外，人們?nèi)匀环浅ｊP(guān)注如何防止關(guān)鍵試劑蛋白質(zhì)在制造容器（通常由不銹鋼制成）、填充管、包裝（通常為疏水表面）和自動(dòng)化分析系統(tǒng)（可能包含不銹鋼部件）中因附著于表面而損失。例如，自動(dòng)化分析系統(tǒng)的移液器可能非特異性結(jié)合微量的免疫球蛋白，這些免疫球蛋白最終會被攜帶到系統(tǒng)的不同部位，從而產(chǎn)生試劑交叉污染和干擾。

為了緩解這些問題，自動(dòng)化系統(tǒng)可能會采用特殊的涂層，這些涂層能夠承受持續(xù)使用、暴露于多種化學(xué)配方以及涉及使用含腐蝕性化學(xué)品的溶液進(jìn)行嚴(yán)苛清洗的預(yù)防性維護(hù)程序。一種常用的賦予表面蛋白質(zhì)吸附抵抗能力的物質(zhì)是基于寡聚或聚乙二醇，其惰性或防污特性歸因于親水性。

Part 2、實(shí)驗(yàn)建立

為了找到最適合防止非預(yù)期蛋白質(zhì)吸附的表面，SilcoTek 的 Dursan 涂層技術(shù)與 316L 不銹鋼以及常見的競爭性氟聚合物涂層 AF1600 進(jìn)行比較。該對比實(shí)驗(yàn)由 Abbott Laboratories 的科學(xué)家進(jìn)行。

采用耗散監(jiān)測的石英晶體微天平（QCM-D）用于表征每個(gè)測試表面的抗生物污染特性。QCM-D 監(jiān)測大分子吸附時(shí)平面晶體基底的振蕩頻率和耗散變化。測試中引入了超聲處理以誘導(dǎo)快速機(jī)械磨損，從而可以評估涂層的耐久性。

QCM-D 測量的實(shí)驗(yàn)基線是通過讓清洗緩沖液（稱為 WB1）流過所有傳感器約 4 分鐘來確定的，以清潔表面并為蛋白質(zhì)暴露做好準(zhǔn)備。然后讓目標(biāo)蛋白質(zhì)溶液流過傳感器 20-25 分鐘，隨后再使用 WB1 沖洗 25 分鐘。每個(gè)蛋白質(zhì)-表面系統(tǒng)至少進(jìn)行了兩次不同的測量。QCM-D 傳感器振蕩頻率（Δf）的變化表明蛋白質(zhì)吸附到傳感器表面，并采用 Sauerbrey 方程（Δm = −C/n·Δf）將吸附質(zhì)量（Δm）與振蕩頻率變化（Δf）關(guān)聯(lián)起來。C 是所用特定傳感器的質(zhì)量靈敏度常數(shù)，n 是用于測量的諧波。此外，耗散變化與頻率變化的比率可用于確定吸附蛋白質(zhì)層的剛性。

醫(yī)療診斷設(shè)備中的蛋白質(zhì)粘附與金屬相互作用

圖1：清潔和超聲處理后的 Dursan 涂層 (a, b) 與 AF1600 涂層 (c, d) 的光學(xué)顯微照片對比。

Part 3、防止非預(yù)期蛋白質(zhì)吸附的最佳表面

物理降解結(jié)果：為了評估和比較不同涂層在使用過程中的物理耐久性，將兩種涂層（Dursan 和 AF1600）在乙醇中進(jìn)行了 10 分鐘的超聲處理。每種涂層的多個(gè)傳感器都經(jīng)過了超聲處理，所有經(jīng)過處理的 Dursan 涂層傳感器均保持完好，而一些經(jīng)過超聲處理的 AF1600 涂層傳感器則表現(xiàn)出涂層層離，如圖 1 所示。

環(huán)境性能結(jié)果：通過將 Dursan 和 AF1600 涂層傳感器暴露于正常人血漿（NHP），評估了它們在清潔和超聲處理后的蛋白質(zhì)吸附特性。NHP 代表了診斷分析儀中使用的患者樣本。作者注意在本研究中僅使用那些在超聲處理后未顯示任何可見層離的 AF1600 傳感器。即便如此，他們觀察到處理后的 AF1600 表面失去了抗蛋白質(zhì)性能，如圖 2 所示，處理后的 AF1600（三角形）的頻率和耗散曲線未能恢復(fù)到基線水平。

醫(yī)療診斷設(shè)備中的蛋白質(zhì)粘附與金屬相互作用

圖2：QCM-D 頻率 (e) 和耗散 (f) 曲線圖，比較了未經(jīng)處理（左側(cè)）和處理后的 Dursan（圓形，左側(cè)）以及 AF1600（三角形）表面上 NHP 蛋白質(zhì)的吸附情況。

相比之下，Dursan 表面（圓形）在處理前后沒有表現(xiàn)出性能變化。作者推測，AF1600 傳感器在暴露于超聲處理時(shí)易受微觀結(jié)構(gòu)變化和變形的影響，因此即使沒有可見的分層，它們也會喪失抗蛋白質(zhì)性能。

Part 4、結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)僅局限于兩種表面改性技術(shù)，但已經(jīng)顯示了蛋白質(zhì)可能對性能產(chǎn)生的影響。隨著醫(yī)療器械市場的持續(xù)發(fā)展，制造商將需要迅速采取行動(dòng)以應(yīng)對粘性生物材料及其限制準(zhǔn)確性的能力所帶來的挑戰(zhàn)。

本文由廣州佳譽(yù)醫(yī)療器械有限公司/佛山浩揚(yáng)醫(yī)療器械有限公司聯(lián)合編輯