【體外診斷試劑】試劑配方中防腐劑的選擇策略

5/5【體外診斷試劑】試劑配方中防腐劑的選擇策略！我國(guó)診斷試劑市場(chǎng)規(guī)模為30億~40億元，約占全球市場(chǎng)的1.14%，年增長(zhǎng)速度為15%~20%，發(fā)展?jié)摿薮?。體外診斷試劑在臨床檢驗(yàn)應(yīng)用中已相當(dāng)普遍，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，體外診斷試劑的種類越來(lái)越多，用途也越來(lái)越廣泛。在體外診斷試劑相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，除了需要關(guān)注其準(zhǔn)確性和重復(fù)性外，研發(fā)人員同樣需要保證產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)的品質(zhì)，因此防腐劑的選擇至關(guān)重要。防腐劑是一類能夠殺滅或抑制微生物生長(zhǎng)的化學(xué)物質(zhì)，在液體試劑中發(fā)揮著重要的防腐作用。只有充分了解各種防腐劑的特性，才能選擇最合適的防腐劑及試劑配伍比例。作者根據(jù)防腐劑的作用機(jī)理及選擇原則，簡(jiǎn)述了疊氮鈉、慶大霉素、硫柳汞、異噻唑啉酮類等防腐劑在體外診斷試劑中的性能對(duì)比及應(yīng)用范圍，以期幫助IVD研發(fā)人員更好地選擇合適的防腐劑。1，防腐劑的作用機(jī)理及一般選擇原則防腐劑是能夠殺滅或抑制微生物，特別是細(xì)菌和真菌生長(zhǎng)的化學(xué)物質(zhì)。防腐劑不是殺菌劑，沒(méi)有很強(qiáng)的即時(shí)殺滅效果，只有在足夠濃度并與微生物直接接觸的情況下才能發(fā)揮作用。防腐劑通過(guò)作用于微生物的細(xì)胞膜、細(xì)胞壁及酶等多個(gè)靶點(diǎn)，破壞細(xì)胞的分裂，抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖，達(dá)到防腐的目的。實(shí)際上，防腐劑主要是對(duì)酶活力或?qū)?xì)胞原生質(zhì)部分的遺傳微粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的。例如，硫柳汞作用于巰基酶，而慶大霉素則作用于核糖體。總之，防腐劑是通過(guò)抑制細(xì)胞中基礎(chǔ)代謝酶的合成或重要生命物質(zhì)核酸和蛋白質(zhì)的合成，起到阻礙細(xì)胞生長(zhǎng)的作用。防腐劑的種類很多，如酸堿及其鹽類、中性化合物類、汞化合物類、季胺化合物類等。防腐劑對(duì)微生物繁殖體有殺滅作用，但對(duì)芽孢則使其不能發(fā)育為繁殖體而逐漸死亡。不同類型的防腐劑其作用機(jī)理也不盡相同，如醇類能使病原微生物蛋白質(zhì)變性；苯甲苯酸、尼泊金類等則能與病原微生物酶系統(tǒng)結(jié)合，競(jìng)爭(zhēng)其輔酶；陽(yáng)離子表面活性劑等則是通過(guò)降低表面張力作用，增加菌體細(xì)胞膜的通透性。優(yōu)良的防腐劑應(yīng)具備以下特性：①加入防腐劑應(yīng)能有效抑制在試劑盒制備、保存和使用過(guò)程中最有可能污染的一種或多種微生物的生長(zhǎng)；防腐劑應(yīng)對(duì)大多數(shù)細(xì)菌、真菌及酵母有較強(qiáng)的抑制作用；②防腐劑在試劑中有足夠的溶解度，以保證其在兩相或多相體系的試劑中具有足夠濃度；③在試劑盒的有效期內(nèi)，防腐劑應(yīng)非常穩(wěn)定，不會(huì)因化學(xué)降解或揮發(fā)而降低濃度；防腐劑本身的理化性質(zhì)和抗微生物性質(zhì)應(yīng)穩(wěn)定，不易受熱和樣品pH值的影響，在長(zhǎng)期貯存時(shí)不分解失效、不揮發(fā)，不沉淀，不與包裝材料起作用；④防腐劑不與試劑盒中的任何成分發(fā)生反應(yīng)，不會(huì)影響試劑盒的檢測(cè)效果或防腐劑的效果；⑤使用成本低，容易獲得。2，常用防腐劑的特性2.1疊氮鈉（sodiumazide，NaN3）疊氮鈉是體外診斷試劑中最常用的防腐劑之一，可抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，溶于水、液氨，不溶于乙醚，微溶于乙醇，用量一般為0.1%~0.5%。多數(shù)情況下行之有效，但由于其含有氨基，會(huì)干擾辣根過(guò)氧化物酶（HRP）、超氧化物歧化酶、觸酶等多種酶，所以一般含有HRP的試劑都不建議使用。同理，一般不用于抗體及酶免實(shí)驗(yàn)中的標(biāo)本保存。另外，它能阻斷細(xì)胞的電子傳遞鏈，對(duì)許多生物體都有毒性，因此也不適用于活體實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，疊氮鈉與氰化物相似，屬于劇毒化合物，半數(shù)致死量為27mg/kg（大鼠，經(jīng)口），對(duì)細(xì)胞色素氧化酶和其他酶有抑制作用，并能使體內(nèi)氧合血紅蛋白形成受阻，有顯著的降壓作用。急性中毒出現(xiàn)頭暈、頭痛、全身無(wú)力、血壓下降、心動(dòng)過(guò)緩和昏迷。除對(duì)眼和皮膚有刺激性外，還可經(jīng)吸入、口服或皮膚吸收引起中毒死亡，而且遇高熱或劇烈震動(dòng)能強(qiáng)烈爆炸，使用時(shí)應(yīng)十分注意安全。出于安全方面的考慮，疊氮鈉的使用日益受限。2.2硫柳汞（thiomersalatum，C9H9O2HgNaS）硫柳汞作為防腐劑已有60多年歷史，曾廣泛用于生物制品中的疫苗及體外診斷試劑。硫柳汞稍有特殊臭味，微有引濕性，遇光易變質(zhì)，易溶于水、乙醇，不溶于乙醚和苯，用量為0.001%~0.01%。它對(duì)革蘭陽(yáng)性和陰性菌均有很強(qiáng)的抑菌能力，為廣譜抑菌劑。其作用機(jī)理為重金屬離子與菌體中酶蛋白的巰基結(jié)合而使酶失去活性，但對(duì)細(xì)菌抗原和血清蛋白的損害極其微弱，不能與酸、碘、鋁等重金屬鹽或生物堿配伍。硫柳汞為含汞化學(xué)物質(zhì)，汞含量占到分子質(zhì)量的50%，代謝或降解產(chǎn)物為乙基汞和硫代水楊酸鹽，乙基汞是由二甲基汞降解的有機(jī)汞。由于少量有機(jī)汞在理論上具有神經(jīng)毒性，因此硫柳汞的使用安全問(wèn)題深受人們關(guān)注。2.3慶大霉素（gentamicin，C21H43N5O7）慶大霉素是由絳紅小單孢菌、棘孢小單孢菌等發(fā)酵產(chǎn)生的氨基糖苷類抗生素，是由22-脫氧鏈霉胺、絳紅糖胺、加拉糖胺組成的多組分混合物，并以C族復(fù)合物為主。其作用機(jī)理是直接與30S核糖體亞單位16SrRNA解碼區(qū)的A部位結(jié)合，從而導(dǎo)致菌體死亡。它的抗菌譜較廣，對(duì)綠膿桿菌、大腸桿菌、產(chǎn)氣桿菌、克雷伯桿菌、奇異變形桿菌、某些吲哚變形桿菌、某些奈瑟菌、某些無(wú)色素雷桿菌和志賀菌等革蘭陰性菌有抗菌作用，對(duì)革蘭陽(yáng)性菌中的金黃色葡萄球菌也有很強(qiáng)的抗菌作用。但抗生素的缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生耐藥性，Jakobsen等[6]曾報(bào)道了120株對(duì)慶大霉素耐藥的大腸埃希菌的最小抑菌濃度（MIC）和耐藥機(jī)制的關(guān)系。2.4異噻唑啉酮類（isothiazolinones）異噻唑啉酮類防腐劑商品化產(chǎn)品主要有Kathon和Proclin，是2種異噻唑啉酮類化合物的混合物，并含有一定量的硝酸鎂及氯化鎂。此類防腐劑是非常高效的防腐劑，對(duì)各種細(xì)菌、霉菌、酵母及藻類有很強(qiáng)的抑制作用，使用濃度為0.1%~0.02%（活性成分約為1.5%）。其作用機(jī)理為2種活性成分在與細(xì)胞膜接觸幾分鐘后，可立即滲透到膜內(nèi)并抑制細(xì)胞內(nèi)酶的活性，從而抑制細(xì)胞生長(zhǎng)代謝、大分子合成，引起細(xì)胞內(nèi)能量水平迅速下降；由于能量體系的崩潰，細(xì)胞不能合成日常代謝所需要的化合物，從而導(dǎo)致菌體死亡。這類防腐劑能與氯及大多數(shù)陰、陽(yáng)離子及非離子表面活性劑混溶，且在較高的使用濃度下不會(huì)影響酶活性。pH適用范圍廣（pH2~8.5），化學(xué)穩(wěn)定性好。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，在25℃下保存2年，該防腐劑的活性組分僅損失3%，與水可以任意比混合。Proclin系列防腐劑具有多標(biāo)靶作用位點(diǎn)，因此大大降低了因變異產(chǎn)生的微生物的耐藥性，是一種理想的可替代硫柳汞、疊氮化鈉和慶大霉素的生物防腐劑。但遇銨、亞硫酸鹽、強(qiáng)還原劑和強(qiáng)堿性會(huì)降低其活性，在過(guò)量使用下有一定的刺激性和致敏性。3，總結(jié)在ELISA等體外診斷試劑研