制作膠體金試紙的硝酸纖維素膜選擇及應(yīng)用技巧

硝酸纖維素膜又稱為NC膜, 在膠體金試紙中用做C/T線的承載體,同時也是免疫反應(yīng)的發(fā)生處.所以NC膜成為該試驗中最重要的耗材,而由于其屬于非標準器件,基本上每個項目開始階段都會遇到如何選擇合適的NC膜的問題.同時也存在是否要對NC膜進行后期處理及如何處理的討論.
一. NC膜的生產(chǎn)原理
這個雖然看上去屬于生產(chǎn)廠商的事情,但是GMP有個觀點是強調(diào)對過程的控制才會有好的結(jié)果.那么只有了解NC膜的大致生產(chǎn)過程和基本原理才能更好的掌握這種材料的特性,最終制作出滿意的試紙.你了解嗎?
我找了很久,終于找到一些比較直觀的圖片,大家可以到德寶公司的官方網(wǎng)站看到 生產(chǎn)NC膜的過程和普通的造紙過程是非常類似的,我們可以借鑒對造紙的認識來理解.
首先,勻漿配比
購買回的原料硝酸纖維素粒子是一種非常普遍的有機化學(xué)物,溶解形成混漿,在該漿體內(nèi),會加入一定比例的試劑來調(diào)整最后形成的膜的性質(zhì),一般是一個試劑配方,主要包含表面活性劑/高分子聚合物/鹽離子/成型劑等溶解在一個緩沖體系內(nèi). 不同的廠家加入的溶液配方不一樣,直接導(dǎo)致了在產(chǎn)品的差異.
其次,滾筒鋪膜
配好的勻漿通過滾筒,形成了一張薄膜,平攤在十分光滑的平面載體上.這個和造紙的過程是非常相似的.
最后,成型
在勻漿內(nèi)的成型劑開始揮發(fā),膜逐步干燥成型.同時在這個過程中由于溫度比較高,有些廠家在這個過程采取了在密閉腔體內(nèi)成型,同時補充配方溶液的形式,來避免一些有效成分的蒸發(fā).
切割出產(chǎn)品
通過以上步驟生產(chǎn)出來的膜是呈一個寬度極大的產(chǎn)品,寬度的大小直接和滾筒的大小相關(guān),滾筒越大生產(chǎn)越方便,但設(shè)備的成本也越高.寬膜要經(jīng)過切割才能成為我們購買到的25mm或18mm(或20mm)寬,而長度上,成品卷膜和寬膜的長度是相同的.理論上可以讓廠家切成你需要的任意寬度,但這樣會造成原料的浪費和人力成本的增加,后來廠商在和試紙生產(chǎn)廠家的協(xié)調(diào)過程中,綜合用料成本和生產(chǎn)便利性基本確定了上面說的寬度,以次為標準.關(guān)于不同寬度的用途差異,稍后詳述.
從生產(chǎn)的過程,我們可以得知, NC膜本身是已經(jīng)添加了表面活性劑來改善親水能力,而且已經(jīng)存在有一定的緩沖系統(tǒng)(雖然對紙條測試影響不會很大).對后面談到的一些問題就比較容易理解.
二.NC膜的供應(yīng)商及現(xiàn)狀
現(xiàn)在有銷售的NC膜品牌型號如下:
MILLIPORE(美國), M135(有背襯/無背襯兩種) M180(有背襯/無背襯兩種)
WHATMAN and S&S, Immunopore RP, 100 sec/4cm, 帶被襯, CT線不會擴散, 很集中, 背景干凈. 適用于各種test. (只有25mm x 50M); PuraBind R, 140sec/4cm, 不帶被襯, 適用于小分子競爭test等. (20/25mm x 50M)
SARTORIUS(德國), CN140
德寶膜業(yè)(國產(chǎn)), 8um 6um
MDI(印度), 8um 6um
說到這些供應(yīng)商,不得不談?wù)劙l(fā)展的歷史. S&S是膜行業(yè)的鼻祖,這點所有的膜公司都承認.millipore,SARTORIUS和whatman都是后輩, 我的理解是S&S在市場競爭的過程中經(jīng)營方式落后,最后被whatman收購. 就產(chǎn)品質(zhì)量來說S&S的AE99和AE98是非常優(yōu)良的.
而MDI是近年才出現(xiàn)的一個膜公司,可能也是與印度膠體金試紙生產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展密切相關(guān),其所有的產(chǎn)品都是在印度生產(chǎn),經(jīng)營者為父子兩人,父親負責技術(shù),兒子進行經(jīng)營.03年我曾測試過其樣品,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在跑板方面有不均勻波浪現(xiàn)象,且加速穩(wěn)定性試驗結(jié)果很不理想.今年初我又收到了一些樣品,情況仍然沒有太大改善,后來就不再考慮使用了.
國產(chǎn)膜德寶是在近年開始進入市場的,主要特點是能降低成本,樣品我也試測了幾批,性能已經(jīng)與進口膜很接近,經(jīng)過一些有針對性的優(yōu)化后可以用在HCG產(chǎn)品的生產(chǎn).但不是所有的工廠都能購輕易的完成這個優(yōu)化工作.膜的國產(chǎn)化是一個趨勢,但進口廠家要實現(xiàn)國產(chǎn)化還面臨很大的問題,其中廠房設(shè)備的搬遷就是一個非常大的問題.
幾家供應(yīng)商的國內(nèi)聯(lián)絡(luò)人和技術(shù)支持分別是
MILLIPORE(美國), Mrs Yang, harry
WHATMAN and S&S, Clark, kevin
SARTORIUS(德國), Mr Xu, Iric
德寶(國產(chǎn)), Mr Zhang
MDI(印度), Ashawant Gupta
銷售模式都是直銷式,少量購買的情況下要通過代理商走一下帳.價格上MILLIPORE與WHATMAN相當,SARTORIUS便宜一些,國產(chǎn)膜更便宜一些.印度膜和SARTORIUS價格相同,基本不用考慮. 在科研市場,MILLIPORE使用最多.科研市場由于僅用來試驗,所以膜需求量小,不被供應(yīng)商重視. 生產(chǎn)客戶中,MILLIPORE,WHATMAN,SARTORIUS占有量相當,德寶現(xiàn)在也開始有一些工廠客戶了,MDI量最小投訴也最多.
三.膜的選擇
以上談了該行業(yè)的一些發(fā)展現(xiàn)狀,那么我們大致了解后,回到最關(guān)心的問題,如何選擇膜? 經(jīng)常會遇到的問題是,我是做**項目的,我該選擇那類膜?
這里涉及到一個膜的分類標準問題,一個供應(yīng)商可能提供這個膜是8um,但另一個供應(yīng)商告訴你膜是135s的.這之間的區(qū)別與聯(lián)系是什么?
um指的是膜孔徑,而從上面膜的生產(chǎn)過程,我們可以看出,膜的孔徑實際上是沒有辦法界定的.由于干燥成型等過程的非絕對均一,膜的孔徑也是非均一的.膜孔徑的說法實際上是沿用了一直以來的一個形象稱呼.而以秒為單位的定義為,每4cm膜,水的層析時間是***s.該單位已經(jīng)越來越被各大廠商所接受,成為了一個通用的比較標準.以下我們將采用s單位來進行交流.
換算情況大致為: 8um=135s; 6um=180s.
不同秒數(shù)的膜對反應(yīng)有什么影響呢?
首先,我們分析一下液體在膜上的運動過程. 一張長度為4cm的膜, 每隔1cm做一個標記, 當液體運動過標記處時記錄時間點. 那么你將會發(fā)現(xiàn)液體在膜上的運動是呈減速前行的. 而兩張不同秒數(shù)的膜(例如135s, 180s)在同一時間標記點處的運動速度不同.這個試驗用清水做不好觀察,可以考慮用色素水溶液,非常明顯.
那么從這個試驗可以看出,在通過同一T線噴點位置時, 金溶液通過的速度是快速膜>慢速膜. 那么通過速度越快和包被在T線的物質(zhì)反應(yīng)時間也就越短, 讀數(shù)快, 那么靈敏度也就越低. 反之, 反應(yīng)時間長, 讀數(shù)慢, 也就靈敏度高. 同時還有一個問題是, 反應(yīng)時間越長, 發(fā)生非特異性結(jié)合的可能性就越大, 所以過長時間的反應(yīng)不一定就能夠真正的提升靈敏度. 所以這里就有一個讀數(shù)時間/反應(yīng)靈敏度/非特異性結(jié)合的均衡.
其實我們并沒有那么多選擇. 經(jīng)過使用實踐, 各供應(yīng)商一般都只提供兩個型號, 就是135s和180s. 雖然看到有些廠家的產(chǎn)品目錄上型號種類繁多,但這兩個型號的定貨量就占了95%以上, 其他型號供貨上也就遠不如這兩個型號來得順利. 135s一般用在雙抗體夾心法, 180s一般用在競爭法. 你所要做的是,先選擇其中的一個型號, 然后比較不同供應(yīng)商同一個型號的差異, 由于前面說的添加配方與你的試驗條件配合的不同,這個差異可能大也可能小. 具體要根據(jù)試驗結(jié)果來確定最后的選擇.
我個人不建議地毯式的測試不同規(guī)格/不同廠家的膜, 這樣成本高, 成功的幾率也小.
四.膜的質(zhì)控方式
本節(jié)適合用膜量較大的公司用戶參考.對于一卷膜可以用上幾個月的用戶來說, 廠家的質(zhì)控標準已經(jīng)完全能滿足你的要求,而不需要自己再做相關(guān)的質(zhì)控.
膜的質(zhì)控雖屬于原輔料QC職能, 但由于其專業(yè)性強, 一般都由小樣調(diào)試人員來執(zhí)行. 膜入原料庫后需要進行如下檢驗工作:
1. 查收COA
在購買時, 供應(yīng)商會隨產(chǎn)品為每個lot的膜提供一張紙質(zhì)的出廠質(zhì)量證書, 該證書被稱為COA. 如果你已經(jīng)購買某一批次的膜, 而沒有索取相應(yīng)的證書, 如果有需要可提供批號向廠家要求補發(fā). 其實在很多行業(yè)都有廠商為自己的產(chǎn)品附上COA的習(xí)慣.
COA一般只提供給大客戶, 對小客戶是沒有意義的.
其內(nèi)容主要是廠家在產(chǎn)品出廠時做過一些測試的羅列. 作用可以理解為質(zhì)量憑證和測試數(shù)據(jù)參考.
2. 檢查物理性能
膜的物理性能主要是2個參數(shù), 膜厚度和寬度. 長度不需要檢測. 使用中可以關(guān)注長度上是否有斷面重接現(xiàn)象, 斷面多費料則多, 少數(shù)發(fā)生.
厚度, 由螺旋測微尺,選擇幾個測量點檢測后算平均. 膜生產(chǎn)的必測參數(shù). 主要表現(xiàn)為厚度不均勻影響生物原料在膜上的擴散性能, 點出來的C/T線寬窄不一. 另外也影響爬速.
寬度, 普通直尺測量.
物理性能一般都不會有什么大問題. 畢竟檢測標準客觀, 易把握. 沒有條件執(zhí)行的廠家可省略.
3. 跑水性能
樣本采用含有有色食用色素的水溶液, 目的是容易觀測. 需制作一個簡易支架.
操作: 注入足夠溶液到下部槽內(nèi), 將不同批次膜每隔1cm做一次標記(總長大于4cm)并放到傾斜支架, 整個支架下端放入溶液槽, 膜開始吸液, 計時. 記錄每個標記處的通過時刻, 并與對照組比較.
跑板時, 理論上溶液呈水平線形式上吸, 觀測是否有波浪傾斜或包圍潤濕等反�，F(xiàn)象.
4. 點樣測試
C/T線出線時間, 其他試驗條件相同情況下, 記錄和比較C/T線出現(xiàn)時間是否與對照有差異.
靈敏度, 比較不同樣本濃度情況下, T線的變化是否和對照組同. 一般每批次膜取前端一段用來測試即可. 由于制造過程的不均一性, 不同批號的靈敏度會有一定差異, 當大批量使用時, 這種差異影響是非常大的, 那么就要按照靈敏度表現(xiàn)將不同批號的膜進行分類. 在膜的STOCK中要能夠輕易的分辨出來. 當進入后期生產(chǎn)調(diào)用時, 就能根據(jù)這些分類, 按照訂單要求取用不同批號的膜, 或者用強靈敏度的原料和差靈敏度的膜來搭配.
關(guān)于膜的批內(nèi)差. 批內(nèi)差是肯定存在的,只是差距大小的問題,依據(jù)一般的測試條件是很困難獲得詳細的數(shù)值,因為你不可能對每一卷膜的每一段都做詳細的測試. 減小膜批內(nèi)差的最有效方法是不購入邊緣膜帶. 前面說過膜的生產(chǎn)方式,生產(chǎn)出的半成品是寬幅很大的一個膜面,要通過截面裁切才能獲得25mm或者20mm的寬度.那么就有中間部分,和邊緣部分之分.越靠近中間部分,膜的均勻性越好,邊緣部分則相對要差,就造成了批內(nèi)差. 一般可以通過COA獲得具體位置信息,例如MILLIPORE就在切割后用字母A,B,C……來表示切出的窄膜在寬幅膜中的位置.
如果是試用某個型號的膜小樣, 還需要在以上檢測后加入膜加速老化試驗. 包括膜單獨的老化試驗和點好膜后產(chǎn)品的老化試驗, 具體試驗方法請參看我以前寫的研發(fā)思路一文.
五.膜的深入探討和應(yīng)用技巧
從本節(jié)開始,我們開始對膜進行深入討論和談一些應(yīng)用技巧.
1. 蛋白與膜的結(jié)合原理
蛋白與膜的結(jié)合原理, 已知的結(jié)合力包括疏水作用力\H鍵\靜電作用力等,確切的結(jié)合原理并不明確,主要靠假說來支撐.主要有兩種假說:
1) 首先兩者靠靜電作用力結(jié)合, 然后靠H鍵和疏水作用來維持長時間結(jié)合.
2) 首先兩者靠疏水作用結(jié)合, 然后靠靜電作用來維持長時間結(jié)合.
兩條假說, 都表明其結(jié)合過程分為兩步, 首先結(jié)合和后面長時間結(jié)合.由于結(jié)合原理的不明確性, 導(dǎo)致在這方面的工作非常依賴實踐經(jīng)驗.
2. 膜對結(jié)合的影響
1)膜孔徑
有些技術(shù)人員傾向使用膜孔徑來區(qū)分不同的膜,但是請注意這只僅僅限于同一廠家的產(chǎn)品,如果是不同廠家的產(chǎn)品,這種比較是無意義的. 膜孔徑與層析速度的關(guān)系,已在上文描述.
隨著膜孔徑減小,膜的實際可用表面積遞增,膜結(jié)合蛋白的量也遞增. 估量表面積的參數(shù)為表面積比率(實際可用表面積與所用膜平面積的比率).
另外, 膜孔徑越小,層析速度也越小,那么金標復(fù)合物通過T線的時間也就越長,反應(yīng)也就越充分.
綜合以上兩點,結(jié)論為膜孔徑越小靈敏度越高.但是同時也減慢了跑板速度,增加了非特異性結(jié)合的機會,也就是假陽性越高.所以要按照試驗結(jié)果挑選適合實際項目的膜,找到合適的平衡點.
2)不同廠家的膜差異
這個差異主要來源于兩點:
1>  生產(chǎn)膜時,使用的聚合物和表面活性劑的來源,類型,數(shù)量不同.同理,在膜處理中這兩類物質(zhì)一般會對性能產(chǎn)生較大影響.
2> 處理過程不同.
3. 生物原料,緩沖溶液的試劑和配方
1) 生物原料, 作為CT線的生物原料使用情況各異,所以這里只做略述.
首先,單克隆抗體與膜的結(jié)合優(yōu)于多克隆抗體, 主要時由于多克隆抗體有很多不同的表面位點, 而各位點與膜的最佳結(jié)合條件都有細微的差別, 毫無疑問就增加了優(yōu)化難度.
其次,分子量越大,蛋白越難結(jié)合到固相材料上.
2)緩沖液
大家最關(guān)心的可能就是希望獲得一個性能優(yōu)良的配方,包括緩沖液,封閉液等等處理溶液配方.
其實我也無法提供給你一個萬用配方清單. 因為不同的反應(yīng)體系需要不同的配方來支持, 而不同機構(gòu)的反應(yīng)體系又有差異. 想獲”魚”先學(xué)”漁”. 為了不誤導(dǎo)大家,我在下面涉及到配方的問題上,僅提供思路,具體配方請自己摸索.
緩沖液的構(gòu)成一般是: PBS(或其他緩沖體系)+作用物質(zhì)(針對某一特定問題)+PH調(diào)整. 我在參考過以前的各種資料后,個人意見為配方原則為宜簡不宜繁,根據(jù)自己的需要添加作用物質(zhì),原來的很多需要添加的作用物質(zhì),由于膜制造技術(shù)的改進已經(jīng)不再需要.
推薦的緩沖體系為0.01M PBS PH7-7.2, 該緩沖體系對多種抗原抗體都有良好的適應(yīng)性.
作用物質(zhì)的情況大致羅列如下:
少量NACL,減少信號強度,消假陽.
有機醇(甲醇,異丙醇等),潤濕膜,減少膜帶有的靜電,利于結(jié)合包被.個人不推薦,因制膜工藝改進.
表面活性劑(TW20,TX100),增加親水力,可避免線條中空現(xiàn)象,也可增色.
糖,保護劑,減緩老化速度,也可以增加親水力同上.
調(diào)PH到某個位置,可以消假陽.
4. 點樣環(huán)境
環(huán)境濕度對點膜過程非常重要.最佳濕度一般在45-65%.
濕度過低,膜上容易聚集靜電荷,點膜容易出現(xiàn)散點,導(dǎo)致測試會出現(xiàn)疏水斑.
濕度過高,膜上毛細作用加強,點膜容易引起CT線變寬甚至擴散.
為了保證點樣時膜濕度的均一性,一般在點樣前把膜放到該濕度條件下平衡一段時間.
5. 點樣儀器與膜面情況的關(guān)系
目前有兩種點樣方式,劃膜式和非接觸點膜式.非接觸點膜式優(yōu)于劃膜式,進口劃膜式優(yōu)于國產(chǎn)劃膜式.
因劃膜式為軟管將抗體劃到膜表面,而膜本身的物理性質(zhì)為軟脆,劃管會在其表面留下印痕.進口的劃膜機由于使用的材料和控制系統(tǒng)較好,所以留下的劃痕較輕,而國產(chǎn)儀器較差,留下的劃痕也就比較嚴重. 劃痕容易對層析的金標復(fù)合物形成阻力,導(dǎo)致假陽性. 同時容易出現(xiàn)跑板時在T線位置出現(xiàn)若有若無一條細線(鬼線),而跑板結(jié)束后鬼線消失的奇怪現(xiàn)象.
6. 膜的寬度與點樣位置
膜的寬度一般有18mm(or 20mm)和25mm兩種, 分別使用在做測試條和做測試板上.
然而,不同的T線點樣位置將帶來不同的靈敏度. 點樣位置上移,金標復(fù)合物通過T線位置時速度變慢,反應(yīng)時間增加,靈敏度升高. 反之靈敏度降低. 這個方法可以用來改變靈敏度和消除假陽性.
7. 溶液在膜上的擴散
溶液在膜上的點樣量一般情況下為1ul/cm.
溶液在膜上的擴散是趨向兩端的,噴點上去的是均勻的抗體溶液,但當干燥時線條邊緣的干燥速度高于中間,中間的抗體會不斷向兩邊擴散,所以干燥后抗體是向線條的兩端聚集的.一般情況下不影響你的試驗.如果你發(fā)現(xiàn)線條出現(xiàn)兩端紅,中間淡的現(xiàn)象,就要考慮這個問題了.可以加如上面說的作用物質(zhì)來解決.
8. 點膜前后的封閉作用
從供應(yīng)商處購買回的膜基本上都是已經(jīng)優(yōu)化處理好的,直接點膜就可使用.然而我們還是經(jīng)常會遇到關(guān)于封閉的討論.
其實封閉不象大家認為的那樣,一封閉什么問題都解決了. 老問題走了新問題又來了,而且更麻煩,我要說的是慎用封閉.
我極其反對點膜前封閉的做法. 原因為廠家在生產(chǎn)膜時候,各種配方是混合加入原漿的.而點膜前封閉時要將膜浸泡在封閉液內(nèi),必然擾亂了膜內(nèi)正常的物質(zhì)分布.由此引發(fā)了許多問題,也降低了工作效率. 也有廠家遇到不封閉就無法包被上膜的問題,其實可以通過其他辦法來解決,封閉必然是下測.
我經(jīng)常使用的封閉手法有兩種.
流動封閉,將作用物質(zhì)處理在樣品墊上.
膜上定點封閉,將作用物質(zhì)配成溶液噴點在膜的特定位置上. 該方法需要使用BIODOT的AIRJET噴頭.可以將不合格的半成品大板重新復(fù)活.
只要是將封閉做在了膜上,就必然會對產(chǎn)品的穩(wěn)定性造成影響.具體的影響程度要通過穩(wěn)定性測試來評判.
9. 膜的儲存
剛生產(chǎn)出的膜一般含有5-10%的水分. 關(guān)于膜的老化機理,有個理論支持,不過爭議比較大. 理論認為:膜的老化是因為膜上的水分蒸發(fā),使膜變得疏水,帶電荷并變脆. 儲存膜一般要求是避光,密封.過干或過濕都不利.在這種保存條件下,一般可以放置兩年. 但是如果膜上做了封閉處理,就要根據(jù)具體試驗情況來判斷了.
有些膜由于生產(chǎn)工藝的問題,使用后靈敏度會在一段時間內(nèi)發(fā)生變化,遇到這種問題,就需要在點膜后放置一段時間,待穩(wěn)定后方可進入調(diào)試生產(chǎn).
后序
以上便是我在膠體金層析診斷試驗中使用硝酸纖維素膜過程中的一些經(jīng)驗.從起筆到結(jié)尾花了大約一個月時間,斷斷續(xù)續(xù),終于完成. 也要感謝所有膜生產(chǎn)廠家技術(shù)專家在以前的工作接觸中給我做過的大量技術(shù)培訓(xùn),其中很多已經(jīng)成為了經(jīng)常聯(lián)系的朋友.由于膜工業(yè)是在不斷發(fā)展的,可能出現(xiàn)新的問題或新的解決辦法. 歡迎進行討論.