醫(yī)療器械市場(chǎng)不斷變化，并且從技術(shù)角度來(lái)看面臨著快速的演變。然而，在這個(gè)快節(jié)奏的市場(chǎng)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(kāi)發(fā)人員的棘手問(wèn)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(kāi)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(wèn)題和物理降解（例如分層）的能力。

Part 1、蛋白質(zhì)的問(wèn)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(wèn)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(wèn)題。防止非特異性蛋白質(zhì)吸附到表面對(duì)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(cè)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(cè)。盡管使用免疫球蛋白能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)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(cè)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(cè)過(guò)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(huì)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(wèn)題，自動(dòng)化系統(tǒng)可能會(huì)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(jiàn)的競(jìng)爭(zhēng)性氟聚合物涂層 AF1600 進(jìn)行比較。該對(duì)比實(shí)驗(yàn)由 Abbott Laboratories 的科學(xué)家進(jìn)行。

采用耗散監(jiān)測(cè)的石英晶體微天平（QCM-D）用于表征每個(gè)測(cè)試表面的抗生物污染特性。QCM-D 監(jiān)測(cè)大分子吸附時(shí)平面晶體基底的振蕩頻率和耗散變化。測(cè)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(píng)估涂層的耐久性。

QCM-D 測(cè)量的實(shí)驗(yàn)基線是通過(guò)讓清洗緩沖液（稱為 WB1）流過(guò)所有傳感器約 4 分鐘來(lái)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(guò)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(cè)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(lái)。C 是所用特定傳感器的質(zhì)量靈敏度常數(shù)，n 是用于測(cè)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(duì)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(píng)估和比較不同涂層在使用過(guò)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(guò)了超聲處理，所有經(jīng)過(guò)處理的 Dursan 涂層傳感器均保持完好，而一些經(jīng)過(guò)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(guò)將 Dursan 和 AF1600 涂層傳感器暴露于正常人血漿（NHP），評(píng)估了它們?cè)谇鍧嵑统曁幚砗蟮牡鞍踪|(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(jiàn)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(méi)有表現(xiàn)出性能變化。作者推測(cè)，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(méi)有可見(jiàn)的分層，它們也會(huì)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(duì)性能產(chǎn)生的影響。隨著醫(yī)療器械市場(chǎng)的持續(xù)發(fā)展，制造商將需要迅速采取行動(dòng)以應(yīng)對(duì)粘性生物材料及其限制準(zhǔn)確性的能力所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

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