備注：本文摘自黃倩云等在生物技術通訊上發表的文章《體外診斷試劑防腐劑的選擇策略》，文章中提到的異噻唑啉酮類防腐劑，我們公司的牛莎PC系列產品就是使用的這個成分。
我國診斷試劑市場規模為30 億~40 億元，約占全球市場的1.14%，年增長速度為15%~20%，發展潛力巨大[1]。體外診斷試劑在臨床檢驗應用中已相當普遍，隨著科學技術的發展，體外診斷試劑的種類越來越多，用途也越來越廣泛。在體外診斷試劑相關產品研發過程中，除了需要關注其準確性和重復性外，研發人員同樣需要保證產品在保質期內的品質，因此防腐劑的選擇至關重要。防腐劑是一類能夠殺滅或抑制微生物生長的化學物質，在液體試劑中發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。我們根據防腐劑的作用機理及選擇原則，簡述了疊氮鈉、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比及應用范圍，以期幫助科研人員更好地選擇合適的防腐劑。
1 防腐劑的作用機理及一般選擇原則
防腐劑是能夠殺滅或抑制微生物，特別是細菌和真菌生長的化學物質。防腐劑不是殺菌劑，沒有很強的即時殺滅效果，只有在足夠濃度并與微生物直接接觸的情況下才能發揮作用。防腐劑通過作用于微生物的細胞膜、細胞壁及酶等多個靶點，破壞細胞的分裂，抑制微生物的生長和繁殖，達到防腐的目的。實際上，防腐劑主要是對酶活力或對細胞原生質部分的遺傳微粒結構產生影響的。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，防腐劑是通過抑制細胞中基礎代謝酶的合成或重要生命物質核酸和蛋白質的合成，起到阻礙細胞生長的作用。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。防腐劑對微生物繁殖體有殺滅作用，但對芽孢則使其不能發育為繁殖體而逐漸死亡。不同類型的防腐劑其作用機理也不盡相同，如醇類能使病原微生物蛋白質變性；苯甲苯酸、尼泊金類等則能與病原微生物酶系統結合，競爭其輔酶；陽離子表面活性劑等則是通過降低表面張力作用，增加菌體細胞膜的通透性[2]。優良的防腐劑應具備以下特性：①加入防腐劑應能有效抑制在試劑盒制備、保存和使用過程中最有可能污染的一種或多種微生物的生長；防腐劑應對大多數細菌、真菌及酵母有較強的抑制作用；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，防腐劑應非常穩定，不會因化學降解或揮發而降低濃度；防腐劑本身的理化性質和抗微生物性質應穩定，不易受熱和樣品pH 值的影響，在長期貯存時不分解失效、不揮發，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生反應，不會影響試劑盒的檢測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（sodium azide，NaN3）
疊氮鈉是體外診斷試劑中最常用的防腐劑之一，可抑制細菌生長，溶于水、液氨，不溶于乙醚，微溶于乙醇，用量一般為0.1%~0.5%。多數情況下行之有效，但由于其含有氨基，會干擾辣根過氧化物酶（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驗中的標本保存。另外，它能阻斷細胞的電子傳遞鏈，對許多生物體都有毒性，因此也不適用于活體實驗。同時，疊氮鈉與氰化物相似，屬于劇毒化合物，半數致死量為27 mg/kg（大鼠，經口），對細胞色素氧化酶和其他酶有抑制作用，并能使體內氧合血紅蛋白形成受阻，有顯著的降壓作用。急性中毒出現頭暈、頭痛、全身無力、血壓下降、心動過緩和昏迷。除對眼和皮膚有刺激性外，還可經吸入、口服或皮膚吸收引起中毒死亡，而且遇高熱或劇烈震動能強烈爆炸，使用時應十分注意安全[3]。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，易溶于水、乙醇，不溶于乙醚和苯，用量為0.001%~0.01%。它對革蘭陽性和陰性菌均有很強的抑菌能力，為廣譜抑菌劑。其作用機理為重金屬離子與菌體中酶蛋白的巰基結合而使酶失去活性，但對細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。硫柳汞為含汞化學物質，汞含量占到分子質量的50%，代謝或降解產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汞。由于少量有機汞在理論上具有神經毒性[4]，因此硫柳汞的使用安全問題深受人們關注。
2.3 慶大霉素（gentamicin，C21H43N5O7）
慶大霉素是由絳紅小單孢菌、棘孢小單孢菌等發酵產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 族復合物為主。其作用機理是直接與30S核糖體亞單位16S rRNA解碼區的A部位結合，從而導致菌體死亡。它的抗菌譜較廣，對綠膿桿菌、大腸桿菌、產氣桿菌、克雷伯桿菌、奇異變形桿菌、某些吲哚變形桿菌、某些奈瑟菌、某些無色素雷桿菌和志賀菌等革蘭陰性菌有抗菌作用，對革蘭陽性菌中的金黃色葡萄球菌也有很強的抗菌作用[5]。但抗生素的缺點是容易產生耐藥性，Jakobsen 等[6]曾報道了120 株對慶大霉素耐藥的大腸埃希菌的最小抑菌濃度（MIC）和耐藥機制的關系。
2.4 異噻唑啉酮類（isothiazolinones）
異噻唑啉酮類防腐劑商品化產品主要有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，對各種細菌、霉菌、酵母及藻類有很強的抑制作用，使用濃度為0.1%~0.02%（活性成分約為1.5%）。其作用機理為2 種活性成分在與細胞膜接觸幾分鐘后，可立即滲透到膜內并抑制細胞內酶的活性，從而抑制細胞生長代謝、大分子合成，引起細胞內能量水平迅速下降；由于能量體系的崩潰，細胞不能合成日常代謝所需要的化合物，從而導致菌體死亡[7]。這類防腐劑能與氯及大多數陰、陽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影響酶活性。pH 適用范圍廣（pH2~8.5），化學穩定性好。經實驗室檢測，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靶作用位點，因此大大降低了因變異產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、強還原劑和強堿性會降低其活性，在過量使用下有一定的刺激性和致敏性。
3 結語
在ELISA 等體外診斷試劑研發過程中，試劑的穩定性是制約產品市場化的關鍵。國外已有多項有關體外診斷試劑防腐劑的專利，而國內仍在探索階段。隨著體外診斷試劑的不斷發展，對防腐劑的要求也會越來越高，對人體及環境毒害大的防腐劑，如硫柳汞、疊氮鈉等將會逐漸被取代[8]。今后防腐劑將會朝著廣譜、高效、低毒、環保的方向發展。
表1 診斷試劑常用防腐劑比較
防腐劑 | 作用原理 | 優點 | 缺點 |
疊氮鈉 | 抑制酶活性 | 效果顯著 | 劇毒，抑制多種酶 |
硫柳汞 | 抑制酶活性 | 廣譜，抑菌力強 | 有潛在危害 |
慶大霉素 | 與核糖體結合 | 抗菌譜較廣 | 易產生耐藥性 |
異噻唑啉酮類 | 抑制酶活性 | 高效，性質穩定 | 有一定刺激性和致敏性 |
參考文獻
[1] 郭凡禮. 2009-2012年中國診斷試劑行業投資分析及前景預測報[R]. 中投顧問產業研究中心, 2010:21.
[2] 薛虹宇, 印桂琪. 防腐劑的作用及有效性評價方法概述[J]. 日用化學品科學, 2004,27(7):41-42.
[3] 國藥集團化學試劑有限公司. 疊氮鈉安全技術說明書（編碼：SCRCCSDS100136）[Z]. 2009-12-28.
[4] 洪小栩, 佘清. 含硫柳汞成分生物制品的安全問題[J]. 中國藥品標準, 2006,7(5):73-74.
[5] 郭家瑞, 王衛國, 李磊. 慶大霉素研究概述[J]. 海峽藥學, 2009,21(10):5-8.
[6] Jakobsen L, Sandvang D, Jensen V F, et al. Gentamicin sus?ceptibility in Escherichia coli related to the genetic back?ground: problems with breakpoints[J]. Clin Microbiol Infect,2007,13(8):830-832.
[7] Sigma-Aldrich. Proclin 300 preservative features & benefitsfor diagnostics reagents, SAFC supply solutions[Z]. www.safc?supplysolutions.com/proclin.
[8] 盧錦漢, 章以浩, 趙鎧. 醫學生物制品學[M]. 北京: 人民衛生出版社, 1995:979-985.