臨床検査機器や体外診断用デバイスの開発では、透明性や成形性だけでなく、検体や試薬が触れる接液材料の選定も測定結果に影響します。特に微量成分を扱う検査では、非特異吸着、収着、滲出物を見落とせません。

この記事では、臨床検査の材料選定に携わる開発者に向けて、測定値や回収率が想定より低くなる原因、吸着・収着・滲出の違い、接液材料を選ぶときの確認ポイントを解説します。後半では、容器からマイクロ流路、バッグやチューブの内層まで展開を検討できる医療用コンパウンド「Zelas™ CP」の評価例も紹介します。

臨床検査で測定値や回収率が想定より低かったとき、測定対象の分解や分析条件に目が向きがちです。しかし、原因はそれだけとは限りません。採取、保存、分注、移送、測定までの間に、検体はさまざまな材料と接触します。まずは、どの工程で変化が起きているのかを切り分ける必要があります。

測定対象となるタンパク質や低分子量成分は、温度、光、酸化、pHなどの影響を受けて変化することがあります。採取直後には安定していても、保存時間が長くなるにつれて濃度や状態が変わる場合もあります。前処理や保存条件をそろえて比較することが、原因を切り分ける第一歩です。

血液や尿などの検体には、測定対象以外にも多くの成分が含まれています。タンパク質同士の結合、酵素反応、沈殿、凝集などによって、測定対象の存在状態や検出されやすさが変わることもあります。

また、タンパク質の凝集は、温度、振とうや撹拌などの機械的ストレス、ポンプによる移送、凍結および／または解凍、製剤化など、多種多様な条件によって誘発される可能性があります（引用文献1）。

また、樹脂やガラスからの滲出物、あるいは樹脂やガラスの表面が、タンパク質の凝集を誘発する場合があることも知られています（引用文献2）。この点については、「容器・接液部材からの滲出物（Leachables）」の節で詳しく述べます。

もう一つ見落とせないのが、容器や接液部材との相互作用です。タンパク質やペプチドは、検体容器、ピペットチップ、送液チューブ、マイクロ流路などの表面に非特異的に吸着することがあります。

• 髄液中アミロイドβの測定では、使用するチューブの材質や移送回数、チューブ容量によって吸着量が変わり、測定濃度に影響することが知られています。
• アミロイドβペプチドでは、アイソフォームやペプチド長によって表面曝露への影響が異なることも示唆されていますが、その要因は十分には明らかになっていません（引用文献3）。
• 低結合性チューブを使用することで、これらの吸着が抑制されることが分かってきており、非特異吸着を抑える材料に注目が集まっています（引用文献4）。
• 尿検体を対象とした研究でも、採取・保存チューブの表面に複数のタンパク質やペプチドが吸着することが報告されています。尿中のタンパク質濃度は極めて低く、非特異吸着を抑えるために親水性コーティングを用いた例も報告されています（引用文献5）。

疎水性の低分子量成分では、材料表面への「吸着」に加えて、成分が樹脂内部へ取り込まれる「吸収」が起こる場合があります。この2つをまとめた言葉が「収着」です。疎水性の低分子量成分では、成分と樹脂の相性、濃度、温度、接触時間などによって収着の程度が変わります。検出するターゲットによっては樹脂への「収着」も考慮する必要があります。（引用文献6）

検体と材料の相互作用を考えるときは、測定対象が材料側へ移る現象だけでなく、材料中の成分が検体側へ移る現象にも目を向ける必要があります。実際の使用条件で材料から液中へ移行する成分は、一般に「滲出物（Leachables）」と呼ばれます。

• 樹脂製の容器や部材では、添加剤、滑剤、離型剤、未反応成分、オリゴマーなどの低分子量成分が液中へ移る可能性があります。採血管についても、チューブ壁、栓、界面活性剤、分離剤などに由来する成分が、血液分析に影響した事例が報告されています（引用文献7）。
• ガラス容器でも、常に相互作用が起こらないとは限りません。液のpHや組成、加熱・保存温度、保存期間、ガラスの組成、成形履歴および表面処理などによっては、ガラス表面と内容液が相互作用し、ナトリウム、ホウ素、アルミニウム、ケイ素などのガラス構成元素が液中へ移行する可能性があります（引用文献8）。
• 一方、樹脂製部材では、添加剤、滑剤、オリゴマー、製造工程由来成分などが確認対象になります。樹脂とガラスでは想定される滲出物が異なるため、「ガラスか樹脂か」だけで判断せず、実際に使用する容器・部材、検体・試薬、保存条件、測定系を組み合わせて確認することが大切です。

つまり、接液材料は「検体から材料へ移る吸着・収着」と「材料から検体へ移る滲出」の両方向から検査に影響する可能性があります。測定値の低下だけでなく、予期しないピーク、バックグラウンドの上昇、反応性の変化が見られた場合も、容器や接液部材を原因候補として検討する必要があります。

図1　接液材料と検体の相互作用：吸着・吸収（収着）・滲出

タンパク質吸着に抵抗性を示す表面は、親水性、電気的中性、水素結合受容性および表面水和などの特徴を有することが報告されています。（引用文献9）

接液面への非特異吸着を抑える方法には、いくつかの選択肢があります。代表的なのは、親水性または低ファウリング性のコーティングを表面に形成する方法、プラズマやUVなどにより表面を改質して親水性層や機能性ポリマーを導入・固定化する方法、ならびにブロッキング剤で未占有の結合部位をあらかじめ覆う方法です（引用文献10、12）。

親水性ポリマーや両性イオン性ポリマーを利用すると、強く水和した表面層が形成され、タンパク質が表面へ接近して非特異的に付着することを抑えやすくなります（引用文献11）。

一方で、実際の臨床検査部材では、性能以外にも確認したいことがあります。複雑なマイクロ流路や長いチューブの内面では、表面処理を均一に施しにくい場合があります。また、追加工程による製造負荷それにともなう高コスト、処理層の耐久性、保存中の性能変化、滅菌後の特性、コーティング成分の滲出なども確認しておきたいポイントです。

そこで選択肢になるのが、材料そのものの低吸着・低収着性を活用する考え方です。基材自体に必要な特性を持たせれば、容器全体を成形するだけでなく、多層部材の接液内層へ配置する設計も検討しやすくなります。例えば、外層に強度や柔軟性を持たせ、検体や試薬と接触する内層に低吸着材料を配置することで、部材として必要な物性と接液面の機能を両立しやすくなります。

低分子量成分の損失を考える際は、材料表面への吸着だけでなく、材料への分配や内部への移行を含む「収着」を考える必要があります。収着の程度は、成分と材料の親和性、液組成、温度、接触時間および接液面積などに左右されます（引用文献13、14）。

低収着化では、材料そのものの選定が重要となります。材料変更が難しい場合には、低収着性材料を接液内層に配置する多層構造、接液面積・接触時間の低減、液組成や運用条件の見直しを組み合わせます（引用文献13、14）。

評価時には、容器本体だけでなく、キャップ、チューブ、フィルター、コネクターなど、接液する部材全体を対象とします。特に長いチューブや循環系では、チューブが収着の主因となる場合があります（引用文献15）。

低収着化では、材料そのものの選定が重要となりますが、材料変更が難しい場合には、多層構造、接液面積・接触時間の低減、液組成や運用条件の見直しを組み合わせます。

Zelas™ CPは、非晶性ポリオレフィンをベースにした医療用コンパウンドです。透明性を有し、タンパク質や抗体の低吸着性が求められる医療用バイアル、シリンジ、検査部材などへの展開を想定して配合設計を実施しています。また、Zelas™製品は医療機器・医薬品包装用途を念頭に開発されており、衛生性が求められる接液部材への使用を想定しています。

臨床検査で扱う検体や試薬には、タンパク質、ペプチド、抗体など、容器や流路の表面に吸着しやすい成分が含まれることがあります。こうした成分が容器、チューブ、マイクロ流路などの接液面に非特異的に吸着すると、液中に残る測定対象が減少し、測定値や回収率に影響する可能性があります。

Zelas™ CPは、医療・臨床検査用途で求められる低吸着性に配慮して設計された非晶性ポリオレフィン系コンパウンドです。タンパク質の種類や部材形態に応じて、低タンパク吸着性を確認する評価を行っています。

図2は、IgG、ヒトフィブリノーゲン、ウシ血清アルブミン（BSA）を用いたタンパク質吸着評価の例です。いずれも、タンパク質が接液材料の表面にどの程度残ったかを、単位面積当たりのタンパク質吸着量として比較しています。

図2　Zelas™ CPのタンパク質吸着評価例

射出成形品を用いたIgGの評価では、Zelas™ CPは医療用ガラスと比較して低いタンパク質吸着密度を示しました。特に1日および14日の評価時点では、Zelas™ CPの吸着量はガラスより低く、長期接触条件でもタンパク質吸着を抑える可能性が示されています。

ヒトフィブリノーゲンを用いた射出成形品の比較では、Zelas™ CPはCOPおよびPMMAより低いタンパク質吸着密度を示しました。図2の条件では、Zelas™ CPはCOPの約4分の3、PMMAの約5分の2の吸着量でした。フィブリノーゲンは血液凝固に関わる代表的な血漿タンパク質の一つです。そのため、本評価は、血液・血漿由来のタンパク質と接触する容器、流路、検査カートリッジなどの接液部材を検討する際に、材料表面との相互作用を比較するための参考になります。

BSA（Bovine Serum Albumin）を用いたシート製品の評価でも、Zelas™ CPはCOPおよびLLDPEより低いタンパク質吸着密度を示しました。図2の条件では、Zelas™ CPの吸着量はCOPより低く、LLDPEと比べても低い値でした。BSAはモデルタンパク質として幅広く用いられています。この結果は、容器だけでなく、シート、フィルム、多層部材の接液層などへの展開において、Zelas™ CPを低吸着材料の候補として検討する際の評価例です。

三菱ケミカルでは、容器材料への成分の収着を抑える選択肢として、低収着性樹脂「Zelas™ CP」を提案しています。Zelas™ CPは、非晶性ポリオレフィンをベースとした樹脂コンパウンドで、内容物との相互作用を抑えることが求められる医療分野などで検討されてきました。その材料特性を活かし、成分の収着低減が求められる用途への展開も検討されています。 

材料による収着挙動の違いを確認するため、脂溶性成分の一例として酢酸トコフェロール（ビタミンE誘導体）を用い、容器の内層材として汎用されるLLDPE（直鎖低密度ポリエチレン）およびZelas™ CPへの吸収量から算出した酢酸トコフェロールの残存率を比較しました。 

その結果、Zelas™ CPではLLDPEと比較して高い残存率を示し、酢酸トコフェロールの吸収が抑えられることが確認されました。 

図3　LLDPEとZelas™ CPにおける酢酸トコフェロール残存率の比較

Zelas™ CPは、単一材料で成形する容器だけでなく、異種材料と組み合わせた部材にも適用を検討できます。射出成形品、フィルム、バッグの最内層、送液チューブの内層など、内容液と直接触れる部分に低吸着・低収着性を持たせたいときの選択肢となりえます。

外層や中間層で柔軟性、機械強度、バリア性などを補い、検体や試薬が直接触れる内層にZelas™ CPを配置することで、部材全体に必要な性能と接液面の機能を両立する設計も考えられます。具体的な構成は、成形方法、相手材との接着性、滅菌条件などを含めて確認が必要です。

低吸着・低収着材料であっても、すべての測定対象や検体で同じ結果が得られるとは限りません。タンパク質や低分子量成分の性質、濃度、検体マトリックス、温度、接触時間、接液面積によって相互作用は変わります。

モデル物質で候補を絞った後は、実際の検体・試薬と最終成形品を使い、液中残存量、測定値、回収率、滲出物の影響などを確認してください。容器だけでなく、ピペットチップ、流路、チューブ、コネクターまで含めた接液履歴で評価することがポイントです。

※複数の要因が同時に関係する場合もあるため、上記は対策を検討する際の一例です。 

Q. 臨床検査の材料選定では、何を確認すればよいですか？

A. 測定対象、検体マトリックス、濃度、液量、接液面積、接触時間、温度、測定法、滅菌方法を整理します。低濃度成分を扱う場合は、回収率や表面吸着量、ブランク液による滲出物の確認も加えてみましょう。

Q. 低吸着材料なら低分子の収着も少ないですか？

A. 必ずしも同じではありません。タンパク質は主に表面へ吸着しますが、低分子量成分では樹脂内部への吸収が加わる場合があります。それぞれの対象成分で評価する必要があります。

Q. ガラスを使えば吸着や滲出の問題は避けられますか？

A. ガラスにもタンパク質が吸着する場合があり、条件によってはガラス中の金属イオンなどが移行する可能性があります。ガラスか樹脂かだけで決めず、測定系との適合性で比較してください。

Q. Zelas™ CPはどの部材に使えますか？

A. 検体・試薬容器、バイアル、マイクロチューブ、マイクロ流路、検査カートリッジ、ボトル最内層、チューブ内層などへの適用を検討できます。具体的な適否は、グレード、成形法、相手材、滅菌方法、要求規格を踏まえて提案可能です。詳しくはお問い合わせください。

Q. Zelas™ CPなら滲出物の影響はありませんか？

A. 滲出物がないことを一律に保証するものではありません。Zelas™製品は医療機器・医薬品包装用途を想定し、衛生性が求められる用途に配慮した配合設計ですが、最終的には対象グレードと実使用条件（接液条件）で評価してください。

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