亲水性粘合剂对样品流速的影响

在以膜为基础的体外诊断试剂中，亲水性粘合剂能够提高测试性能，同时也能维持生产效率。

William G. Meathrel, 博士，医药研发团队负责人；Herbert M. Hand Sr. ，医药产品研发科学家；Li-Hung Su医药产品研发化学家，他们都是胶粘剂研发中心（Glen Rock, PA）的成员。作者特别感谢David Schaefer和Towson大学（Towson, MD）的物理、天文、地球系给予的技术支持--亲水性胶粘剂处理后的原子能显微成像。

侧向层析检测试剂条常被用在临床和其它应用中，这种方法可以既方便又简单地分析出一些重要的化学物质。这种条带式体外诊断方法经常被用来检测一些分析物，如营养素，激素类，治疗药物，滥用的药物，环境污染。

在临床试验方法中，生物学液体如：全血、血浆、血清、鼻分泌物、痰、唾液、尿、汗、皮肤渗出物或脑脊髓等特殊部位被分析，这对于诊断监控是很重要的。

另外，微生物悬浮液及组织均匀地混合在一起，形成稳定适合地溶液，用来分析特殊部位。通常情况下，将样本滴在合适的体外诊断试试纸条的入口孔，并且，样本通过真空装置或者通过毛细管流等物理的方法被带到装置里。

在含水的生物性液体中，如血液、尿、痰中，强烈的分子间吸引力形成了强大的表面张力。通过比较，固体基板的表面能常常使得体外诊断试剂的速度变得很慢。为了达到测流和液体的芯吸，最好是在没有任何机械辅助的情况下克服生物样本和固体基板之间的表面能。

有两种处理方法可以用于提高样本通过诊断试剂的流速。第一，用各种的表面活性剂来增加基板的表面能量。第二，减少生物样本的表面张力。

这篇文章提供了用于体外诊断试剂的亲水涂料和粘合剂的结构。亲水结构减少生物样本的表面张力，因此增强了样本的测流速度和标本的芯吸效果。

图1、典型侧向层析诊断装置示意图

胶粘剂是由松脂和表面活性剂的聚合物配制而成的，可以提供多功能的绑定性质。亲水粘合剂是通过热绑定或者是压敏法配制而成的。 表面的亲水性通过改变化学组成，结构，浓度，还有改变粘胶涂层中表面活性剂的量而控制。

样本液体的流速

典型的侧向层析装置是有一个入口孔以接受生物标本（图1），样本进样口可能接近配对垫，配对垫中拥有特殊的反应试剂。当样本从进样口流过试剂反应区，便会产生特殊的化学反应物或复合形成物。

图2、在柱面或槽中的毛细上升现象

反应产物或者络合物继续流过包被有分析物的检测区。样本继续流动并全部收集到吸附垫上。用于支撑所有组件的带有粘胶的PVC板在侧向层析装置中，是典型的装置。这些组件中有金标物的暂存区，包被有专一单抗的微孔膜，用以增加毛细吸附力的吸附板。

测定特殊分析物所需要的时间取决于样本的流速和分析物与抗体反应的速率。样本的流速是由通过微孔膜的毛细流控制的

控制表面张力来影响流速

液体的表面张力是一种液表面自身阻碍该表面延伸的能量。表面能是用来增湿表面的能。为了达到适宜的芯吸，湿润，扩散效果，液体的表面张力必须减小，以便拥有比湿润的表面能少的能量。

生物样本液体流经诊断设备通道时的芯吸作用产生了毛细管流。毛细管流是由液体分子间的内聚力的作用和液体与通道壁之间的吸附力共同作用完成的（见图2）。

拉普拉斯方程 Laplace’s equation表明液体在槽内或圆柱内上升，直到液体的重力和推动它通过通道的压力之间的压差平衡，如下：7

Dp=(2g cosq)/r

在上述方程式中， Dp表示通过表面的压差， g液体的表面张力，q是液体和通道壁的接触角， r是圆筒的半径。

如果重力用g表示，毛细上升的高度用h表示，液体的密度用r表示，那么液体在圆筒中的重力就是pr2ghr,或者是不同于ghr的每单位面积平衡的压力，因此

或

如果要增大通过膜的芯吸作用，就要减小半径r 和接触角q,这样液体表面张力g应该增大。

湿润是是液体和固体之间接触的吸附。8

图3显示的是一个小水滴置于光滑均匀的固体表面。这种现象的理论解释可以用杨氏方程9表示如下：

gSV = gSL + gLV cosq

该图描述了接触角q与液体表面张力gLV 和固相gSV之间的关系。

图3、液体在光滑、平整的表面的湿润现象

在图3 中， 通过水滴做水滴与固体平面的接触点作水滴的切线，该切线与固体平面的夹角称接触角q， 液体的表面张力用gLV表示，固体的表面张力用gSV表示gSL表示液-固间的界面张力。

当液体和固体间的接触角q接近0°时，液体在固体表面完全铺平。为了增大湿润性，液体的表面张力必须小于或等于固体的表面张力。这是固体的临界湿润张力

变湿的自发过程可以由杜培方程式中的粘附功，内聚功表示如下

WA – WC = gSV + gLV – gSL – 2gLV = gSV – (gLV + gSL)

在这个方程式中WA表示粘附功， WC表示内聚功。在公式中可以看到，如果固-液界面间的分离功大于液体内的分离功，液体便会自发的平铺在 固体表面。

因此，杜培方程式也可以进一步表示为由Harkins所确定的以铺展系数表示的方程式。如下：10

S = WA – WC = gSV – (gLV + gSL)

液-固间的界面张力gSL 与gLV相关性的变小时，初始铺展系数就会变为

S = gSV – gLV

铺展是液体在通过固体表面时产生的运动现象。接触角是湿润性的量度标准。随着接触角角度的增加，铺展也会增加直到完全湿润。

因此，当S大于0 时铺展便会自然地产生了，这也表明固体地表面张力一定大于液体的表面张力，如以上方程式所表示。从这个初始铺展系数方程式中可以归结为，湿润性可以通过增大固体的表面张力或减小液体的表面张力来增加。

对固相的表面处理

增加固体表面能的表面处理包括物理方法和化学方法。用于增加表面能的物理处理方法包括电晕放电，机械磨损，火焰，等离子体处理。 11化学处理方法包括净化，上底层油，涂层，浸蚀。

电晕放电在塑料制品的表面处理是用的最多的技术。在处理过程中，塑料制品的表面在高能辐射下接受氧自由基的轰击。塑料制品的表面的电质体和化学结构必然发生了改变。当然，这个结果也提高了塑料制品的湿润性。

另一个常用的方法是湿化学处理。这种处理方法可以通过浸泡在铬酸和磺酸的混合酸中以解决塑料表面的氧化部分。16