1引言
体外诊断产品的质量很大程度上是由上游的核心原材料决定的。
广义的原材料包括仪器上游的核心元部件和试剂上游的生物活性/非生物活性材料。狭义的诊断试剂原料一般仅指生化、免疫或分子诊断试剂的反应体系原料，包括核心反应体系、信号体系、载体，以及反应环境等。其中，核心反应体系原料如诊断酶、引物、抗原、抗体等，是体外诊断试剂产业上游最重要的战略节点，其质量是决定体外诊断试剂质量的最重要因素。信号体系如胶体金、酶底物系统、发光物质等是将不可见的生物反应过程和结果变成可视、可读的结果的实现环节。反应体系载体如NC膜、酶标板、磁珠等提供了生物化学反应发生的场所，并因各种材料的迥异性能，使得诊断试剂具有快速、高通量、均相等丰富特性。反应环境是由各种生物活性材料和精细化学原料，包括牛血清白蛋白、阻断剂、氯化钠、碳酸钠和各种氨基酸以及有机酸等调配而成的体外诊断试剂缓冲溶液，为试剂的反应排除干扰、为储存提供了稳定性，保障反应得以顺利进行。
本章重点讨论核心反应体系原料、信号体系、载体，以及阻断剂等。有机无机化学原料对诊断试剂品质也有不可忽略的影响，但因原料本身的质量控制和判断相对简单，本章不展开。
2诊断试剂原料的国际发展状况
原料的重要性使得有能力为体外诊断工业提供创新、优质、稳定、大批量的原料的公司异军突起，越来越受到体外诊断试剂厂商的重视和青睐。不同于科研试剂供应商动辄数十万产品的“大而全”，体外诊断试剂原料供应商往往“小而美”，这是行业特点决定的。首先，“原料”概念跨度较大，抗原抗体、酶底物、膜材微粒等，涉及完全不同的领域，原料供应商穷究几十年也往往只精通其中一个领域，比如HyTest主攻单抗，MBC和IIC专做多抗，Genzyme以酶为业，Millipore因膜闻名……。其次，目前被批准使用于临床检验的项目不过千余种（《医疗机构临床检验项目目录2013版》收录检验项目约1500个），从原料角度进行方法学归类，则无非化学反应、酶底物反应、抗原抗体反应、PCR反应等数种原理，因而，原料公司的产品数量都相对有限，以国内产品种类数量最多、涉足领域最广的体外诊断核心原料供应商菲鹏为例，2016年财报显示经数十年的技术革新和发展，目前已拥有700余小类的抗原抗体产品——比起科研抗体供应商，这十数年积累的产品数量可说是精选严选的产物。再次，体外诊断涉及的疾病范围广泛，传染病、肿瘤、心血管、代谢等每一类疾病都代表独立的学科，作为抗原抗体原料供应商，只有对该疾病和疾病标志物进行长期、专注的研究，才能研发优质的原料应用于疾病诊断，这进一步使得免疫原料的源头供应商通常仅专精于少数几个疾病领域，如HyTest拥有毋庸置疑的心血管原料第一品牌定位，BioVentix以Vit D闻达于业界，而Microbix则凭ToRCH抗原独树一帜。
当然，随着频繁的并购活动，原料供应商中也不乏“巨无霸”的身影，如Merck，BBI，ThermoFisher，Meridian等，产品线横跨多个领域，为体外诊断工业提供更为完善的解决方案；还有一些公司，如Fitzgerald，Abcam等，拥有超长产品线，他们既服务于工业客户，也服务于科研客户。
2009-2016年国内体外诊断市场规模的复合增速为16.60%，预计2016年达到370亿元。如果按照诊断试剂原料市场规模约占体外诊断试剂市场规模10%左右计算，我国诊断试剂原料市场规模约37亿元。
高速增长的中国体外诊断市场受到国际原料厂商的高度重视，Merck、Roche、东洋纺、HyTest等较早在国内设立子公司，专为中国市场服务；2016年新进入或正在设立中国子公司的有Medix、Meridian、BBI等。其他未进入中国的原料企业，其产品在国内也均可通过代理商如佰桥瑞景和雅为世纪较方便地获得。而国内的明星原料企业如菲鹏生物，2016年在新三板上市，年销售额超过1.5亿元人民币，已然跻身国际品牌行列，共同为中国体外诊断试剂工业服务。
可以这么说，中国体外诊断工业，在核心原料这一环节，正与世界同步。
3诊断试剂原料
1 核心反应体系（抗原、抗体、酶）
1. 抗原抗体
抗原抗体广泛应用于以免疫反应为基本原理的诊断试剂中。抗原抗体反应具有可逆性、最适比例、特异性和敏感性等特点。
（1）可逆性：抗原与抗体结合形成抗原抗体复合物的过程是一种动态平衡，抗原抗体复合物的解离程度与抗体的亲和力K值有关。高亲和力抗体的抗原结合点与抗原的决定簇在空间构型上非常适合，两者结合牢固，不易解离。
（2）最适比例：在恒定量的抗体中加入递增量的抗原形成免疫复合物（沉淀）的量见图4.9-1。曲线的高峰部分是抗原抗体比例最合适的范围，称为等价带（zone of equivalence）。在等价带前后分别为抗体过剩带和抗原过剩带。如果抗原或抗体极度过剩，则无沉淀物形成，在免疫测定中称为带现象（zone phenomenon）。抗体过量称为前带（prezone），抗原过量称为后带（postzone）。在用免疫学方法测定抗原时，应使反应系统中有足够的抗体量，否则测得的量会小于实际含量，甚至出现假阴性。
（3）特异性：抗原抗体的结合实质上只发生在抗原的抗原决定簇与抗体的抗原结合位点之间。由于两者在化学结构和空间构型上呈互补关系，所以抗原抗体反应具有高度的特异性。例如乙肝病毒中的表面抗原（HBsAg）、e抗原（HBeAg）和核心抗体（HBcAg），虽来源于同一病毒，但仅与其相应的抗体结合，而不与另外两种抗体反应。抗原抗体反应的这种特异性使免疫测定能在非常复杂的蛋白质化合物（例如血清）中测定某一特定的物质，而不需先分离待检物。
但是这种特异性也不是绝对的。假使两种化合物有着部分相同的结构，在抗原抗体反应中可出现交叉反应。例如：绒毛膜促性腺激素（hCG）和黄体生成激素（LH）均由α和β两个亚单位组成，其结构的不同处在β亚单位，而两者的α亚单位是同类的。用hCG免疫动物所得的抗血清中含有抗α-hCG和抗β-hCG两种抗体，抗α-hCG抗体将与LH中的α酶位发生交叉反应。在临床检验中，如用抗hCG抗血清作为妊娠诊断试剂检定尿液中hCG，只能用于hCG浓度较高的试验，否则妇女生理性排泄入尿液中的微量LH将与之发生交叉反应。因此在作为早孕诊断的试剂中必须应用只对hCG特异的抗β-hCG，以避免与其它激素的交叉反应的发生。
（4）敏感性：在测定血清中某一物质的含量时，化学比色法的敏感度为mg/ml水平，酶反应测定法的敏感度约为5~10μg/ml，免疫测定中凝胶扩散法和浊度法的敏感度与酶反应法相仿。标记的免疫测定的敏感度可提高数千倍，达ng/ml甚至pg/ml水平。
因此，抗原抗体反应中原料的灵敏度、特异性、效价和亲和力是决定试剂盒性能的关键因素，也是试剂生产商对原料性能考核的重点参数。
抗体，也叫免疫球蛋白（immunoglobulin），是一种能特异性结合抗原的糖蛋白，而抗原则是在易感染动物体内引发抗体产生的物质。抗体的结构如图4.9-2所示，一个抗体分子上的两个抗原结合部位是相同的，位于两臂末端称抗原结合片段（antigen-binding fragment，Fab）。“Y”的柄部称结晶片段（crystalline fragment，FC），糖结合在FC上。另外，FC片段具有抗原性，可被其他抗体或抗体片段所识别。
根据“Y”形结构的数量和重链种类的不同，哺乳动物体内的抗体可以分为5类：IgG、IgM、IgA、IgD、IgE。其中IgM是5聚体，而IgA有二聚体三聚体等多种形式。各类抗体在生物学特性、功能区域以及结合不同抗原的能力上有所不同，这里不再赘述。值得一提的是目前在免疫学检测试剂开发中，主要使用的抗体为IgG，IgM次之。
关于抗体的应用，早在几百年前便有记载。公元16世纪我国已有关于种痘预防天花的记载；18世纪后叶，英国人Jenner也通过接种牛痘预防天花。而随着疫苗的应用，抗体的靶向作用也被应用到了更多领域。1890年，白喉毒素的发现，开创了抗体制药领域；1975年，来源于小鼠B淋巴杂交瘤细胞的第一代单克隆抗体诞生，使得抗体作为疾病诊断和治疗的应用范围有了更大范围的扩展。
随着抗体在疾病诊断方面的应用发展，目前主要应用的抗体以鼠、羊和兔子等动物来源的单克隆抗体和多克隆抗体为主。关于单抗和多抗，其定义如下：抗原上可以引起机体产生抗体的分子结构叫做抗原决定簇，也称为抗原表位。一个抗原可以有许多不同的抗原决定簇，因此，机体也可以产生多种不同的抗体。由单一B淋巴细胞克隆产生的高度均一、仅识别某一特定抗原表位的抗体，称为单克隆抗体。而由多个B淋巴细胞克隆产生的、受到多种抗原决定簇刺激并可以与多种抗原表位结合的抗体就是多克隆抗体。从某种角度而言，多抗是多种单抗的混合物。
除了定义不同之外，两者在制备上也有区别。经过特定抗原处理过的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞通过细胞融合的方法得到杂交瘤细胞，经HAT培养基筛选、ELISA检测效价后就可得到阳性克隆株，最后进行细胞培养或将细胞注入到动物（一般为balb/c小鼠）腹腔中用腹水培养，收集上清/腹水纯化后就能得到单克隆抗体。而制备多克隆抗体工艺相比于单克隆抗体则简单许多，只需将抗原（纯度越高越好）直接注入到动物体内进行免疫，经过3~4次免疫，ELISA测其效价合格后，收集血液离心得到上清，纯化后即能得到多克隆抗体。因此制备多克隆抗体的周期相比单克隆抗体要短，而且首次制备价格也比单抗要低。
在应用方面，单抗和多抗都有各自鲜明的特点与优势。单克隆抗体的特异性高，一旦制备成功就可以永续的生产完全一致的抗体，因此可以对其特异性进行全面、系统地验证。但如果所识别的抗原表位被破坏，实验的结果将会受到很大的影响，这也是单抗的缺点之一。而多克隆抗体的特异性较差，即使是使用相同的抗原制备多抗，不同批次间也会存在差异，因而在特异性、一致性方面有很大的局限。所以在用多抗做免疫检测时，更容易造成本底过高的现象。虽然多抗存在交叉反应的问题，但由于多抗识别多个抗原表位，即使是有少数几个抗原表位被破坏或者抗原构象改变，实验的结果也不会受到影响。因此在相同条件下，使用多抗可以提高检测的灵敏度，对于丰度偏低的蛋白也更容易检出。
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