医疗诊断设备中的蛋白质粘附与金属相互作用

医疗器械市场不断变化，并且从技术角度来看面临着快速的演变。然而，在这个快节奏的市场中，一个不变的事实是，存在一些困扰研究团队和产品开发人员的棘手问题，其中之一就是粘性蛋白质和生物材料。

防止非特异性蛋白质吸附始终是一个令人关注的课题，这导致许多设备开发商考虑使用诸如电抛光不锈钢、MP35N、塑料聚合物及其他昂贵合金等表面材料。本文将考察不同表面及其在氧化性环境（例如空气）中抵抗化学不稳定性问题和物理降解（例如分层）的能力。

蛋白质的问题

虽然在其他行业中，非特异性蛋白质吸附水平可能不是一个那么严重的问题，但在医疗器械行业，这是一个应尽可能避免的问题。防止非特异性蛋白质吸附到表面对于诊断设备的技术性能至关重要。

现代临床实验室中的医疗器械广泛采用免疫测定形式，该形式放大了在全血、血清、血浆、脑脊液、尿液及其他体液中发现的相关分析物的检测。尽管使用免疫球蛋白能够实现对目标分子的高度敏感和特异性捕获，但不需要的分子非特异性结合到抗体周围固体表面所产生的潜在干扰常常限制了性能声明，例如由于信噪比差而导致的检测限。

除了样品或试剂蛋白质非特异性结合在分析物免疫检测过程中可能造成的负面影响外，人们仍然非常关注如何防止关键试剂蛋白质在制造容器（通常由不锈钢制成）、填充管、包装（通常为疏水表面）和自动化分析系统（可能包含不锈钢部件）中因附着于表面而损失。例如，自动化分析系统的移液器可能非特异性结合微量的免疫球蛋白，这些免疫球蛋白最终会被携带到系统的不同部位，从而产生试剂交叉污染和干扰。

为了缓解这些问题，自动化系统可能会采用特殊的涂层，这些涂层能够承受持续使用、暴露于多种化学配方以及涉及使用含腐蚀性化学品的溶液进行严苛清洗的预防性维护程序。一种常用的赋予表面蛋白质吸附抵抗能力的物质是基于寡聚或聚乙二醇，其惰性或防污特性归因于亲水性。

实验建立

为了找到最适合防止非预期蛋白质吸附的表面，SilcoTek 的 Dursan 涂层技术与 316L 不锈钢以及常见的竞争性氟聚合物涂层 AF1600 进行比较。该对比实验由 Abbott Laboratories 的科学家进行。

采用耗散监测的石英晶体微天平（QCM-D）用于表征每个测试表面的抗生物污染特性。QCM-D 监测大分子吸附时平面晶体基底的振荡频率和耗散变化。测试中引入了超声处理以诱导快速机械磨损，从而可以评估涂层的耐久性。

QCM-D 测量的实验基线是通过让清洗缓冲液（称为 WB1）流过所有传感器约 4 分钟来确定的，以清洁表面并为蛋白质暴露做好准备。然后让目标蛋白质溶液流过传感器 20-25 分钟，随后再使用 WB1 冲洗 25 分钟。每个蛋白质-表面系统至少进行了两次不同的测量。QCM-D 传感器振荡频率（Δf）的变化表明蛋白质吸附到传感器表面，并采用 Sauerbrey 方程（Δm = −C/n•Δf）将吸附质量（Δm）与振荡频率变化（Δf）关联起来。C 是所用特定传感器的质量灵敏度常数，n 是用于测量的谐波。此外，耗散变化与频率变化的比率可用于确定吸附蛋白质层的刚性。

 
图1：清洁和超声处理后的 Dursan 涂层 (a, b) 与 AF1600 涂层 (c, d) 的光学显微照片对比。 

 
防止非预期蛋白质吸附的最佳表面

物理降解结果：为了评估和比较不同涂层在使用过程中的物理耐久性，将两种涂层（Dursan 和 AF1600）在乙醇中进行了 10 分钟的超声处理。每种涂层的多个传感器都经过了超声处理，所有经过处理的 Dursan 涂层传感器均保持完好，而一些经过超声处理的 AF1600 涂层传感器则表现出涂层层离，如图 1 所示。

环境性能结果：通过将 Dursan 和 AF1600 涂层传感器暴露于正常人血浆（NHP），评估了它们在清洁和超声处理后的蛋白质吸附特性。NHP 代表了诊断分析仪中使用的患者样本。作者注意在本研究中仅使用那些在超声处理后未显示任何可见层离的 AF1600 传感器。即便如此，他们观察到处理后的 AF1600 表面失去了抗蛋白质性能，如图 2 所示，处理后的 AF1600（三角形）的频率和耗散曲线未能恢复到基线水平。

图2：QCM-D 频率 (e) 和耗散 (f) 曲线图，比较了未经处理（左侧）和处理后的 Dursan（圆形，左侧）以及 AF1600（三角形）表面上 NHP 蛋白质的吸附情况。 

相比之下，Dursan 表面（圆形）在处理前后没有表现出性能变化。作者推测，AF1600 传感器在暴露于超声处理时易受微观结构变化和变形的影响，因此即使没有可见的分层，它们也会丧失抗蛋白质性能。
 
结论

本实验仅局限于两种表面改性技术，但已经显示了蛋白质可能对性能产生的影响。随着医疗器械市场的持续发展，制造商将需要迅速采取行动以应对粘性生物材料及其限制准确性的能力所带来的挑战。在某种程度上，本文是对 Abbott Laboratories 和 SilcoTek Corp. 合作进行的一项研究的总结。

来源：编译自MD+DI
作者：Patrick Dick， SilcoTek 公司

来源：荣格-《医疗设备商情》

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