פותח דגם אוטומטי משולב וקולקטור שבר (LC-mate) לאוטומציה של הפרדות HPLC חוזרות. תואם לגלאי HPLC שמפיקים אותות אנלוגיים, LC-mate משפר את ביצועי מערכות המופעלות ידנית ומאיץ תהליכי מחקר התלויים בכרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים.
מאמר שיטה
פותח דגם אוטומטי משולב וקולקטור שבר (LC-mate) לאוטומציה של הפרדות HPLC חוזרות. תואם לגלאי HPLC שמפיקים אותות אנלוגיים, LC-mate משפר את ביצועי מערכות המופעלות ידנית ומאיץ תהליכי מחקר התלויים בכרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים.
כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים (HPLC) ממלאת תפקיד מרכזי בטיהור תרכובות בעלות ערך גבוה, ועונה על הדרישות הגוברות של תחומי כימיה וביולוגיה הן באקדמיה והן בסביבות תעשייתיות. עם זאת, הזרקה ידנית חוזרת ואיסוף חלקיקים במהלך טיהור בקנה מידה מיקרו מגבילים משמעותית את היעילות והשחזור. כדי להתגבר על צוואר הבקבוק הזה, פיתחנו מערכת משולבת לאוטוסמפלר ואיסוף שברים, שנקראת זמנית LC-mate, אשר מאוטומציה של הפרדות חוזרות על ידי תגובה ישירה לאותות אנלוגיים מגלאי HPLC. המכשיר בנוי סביב שסתום מתג בלחץ גבוה בעל שישה פורטים להזרקת דגימות ושסתום בורר לאיסוף שברים, כאשר פרמטרי התפעול נשלטים באמצעות ממשק מסך מגע אינטואיטיבי. LC-mate תואם לגלאי HPLC מסחריים המסוגלים להוציא יציאה אנלוגית ויכול גם להשיג הפרדה חוזרת של מצב שחרור גרדיאנט באמצעות הפעלת אות סינכרוני. ניסויים בהדגמה אישרו הפעלה יציבה והפרדות ניתנות לשחזור לטיהור מוצרים טבעי, והראו הפחתה ברורה בזמן הטיפול הידני. המערכת מציעה פתרון מעשי ונגיש לשיפור האוטומציה בתהליכי עבודה קונבנציונליים של HPLC, ומגשרת על הפער בין מערכות טיהור ידניות למערכות טיהור אוטומטיות לחלוטין.
כרומטוגרפיה, שפותחה על ידי מ.ס. צווט בתחילת המאה ה-20, התפתחה לכרומטוגרפיה נוזלית מודרנית בעלת ביצועים גבוהים (HPLC) בשנות ה-60 עם התקדמות במכשור 1,2,3.
כיום, HPLC ממלא תפקיד קריטי בטיהור תרכובות בעלות ערך גבוה, ועונה על הביקושים הגוברים של תחומי ביומדיסין, כימיה וביולוגיה הן בתחומים אקדמיים והן בתחומים תעשייתיים. במחקר אקדמי, טיהור בקנה מידה מיקרו של מוצרים טבעיים ופתרון מולקולות כיראליות תלויים באופן קריטי בטכניקות HPLC חצי-הכנה 4,5,6,7,8. ברוב המקרים המעשיים, חוקרים מזריקים חלק מהתמיסה של הדגימה לעמודת HPLC בכל פעם במקום את כולה כדי למנוע אובדן דגימה בלתי צפוי או בשל מגבלת גודל העמודה, מה שהופך הזרקת דגימה ואיסוף חלקים חוזרים לבלתי נמנעים. למרות יכולת ההפרדה יוצאת הדופן שלו, השימוש ב-HPLC לטיהור דגימות נותר מוגבל בשל מגבלות מובנות במכשור ובזרימות העבודה הנוכחיות. צוואר בקבוק מרכזי טמון בתלות הכבדה בהתערבות ידנית, במיוחד בהזרקת דגימות ואיסוף חלקיקים. תהליכים אלו לא רק גוזלים זמן ודורשים עבודה רבה, אלא גם חשופים לטעויות אנוש, מה שפוגע בקצב התפוקה, השחזוריות והיעילות התפעולית הכוללת 9,10.
אוטוסמפלרים מסחריים ואוספי חלקים מיצרני HPLC גדולים, כגון Agilent, Shimadzu ו-Waters, מספקים אוטומציה אמינה ומדויקת, אך בדרך כלל מוגבלים בתוך מערכות חומרה ותוכנה קנייניות. לדוגמה, דגם אוטומטי Agilent 1260 Infinity II ואוסף השברים G1364F משולבים בצורה חלקה במערכות ה-HPLC של Agilent, ומספקים שחזור מצוין אך תאימות מוגבלת בין פלטפורמות. באופן דומה, דגמי SIL-20A/40C של Shimadzu ואוספי השברים FRC-40/FRC-10A מציעים קצב העברה גבוה ודיוק מכני מצוין, אך תלויים בארכיטקטורות הבקרה LC-20 ו-Nexera של Shimadzu. מודולי הסמפלר האוטומטי HPLC ואיסוף השברים III של Waters Alliance מספקים גם הם ביצועים עמידים ופורמטים גמישים לאיסוף (עד 300 מ"ל לדקה), אך נשארים מותאמים לסביבות ה-UHPLC וה-LC-MS הקנייניות של Waters. בנוסף, אוטוסמפלרים מסורתיים התלויים במחטי הזרקה עשויים להפחית את שחזור הדגימות, ואוספי שברים מבוססי צינור עלולים להיות לא נוחים בטיפול בנפחי שוטף גדולים. ברוב מכשירי HPLC האחרים, הפרדה חצי-הכנתית עדיין תלויה בהפעלה ידנית חוזרת ומייגעת.
אתגרים אלו מדגישים את הצורך בגישה חדשנית לאוטומציה של טיהור דגימות בתהליכי עבודה של HPLC. כדי לענות על צורך זה, פיתחנו את LC-mate, מכשיר קומפקטי ורב-שימושי שמשלב מודולי אוטוסמפלר ואיסוף שברים לפלטפורמה אחת. הליבה הנוזלית של LC-mate מורכבת משני רכיבים מרכזיים: שסתום מיתוג בלחץ גבוה בעל שישה פורטים (SKVA-3130-S) עשוי פלדת אל-חלד SUS 316 עם מסלול זרימה של 0.4 מ"מ ותמיכה בלחץ פעולה עד 45 מגה-פסקל, דירוג לשליטה מדויקת בהזרקת דגימה, ושסתום בחירה רב-ערוצים בעל 10 ערוצים עם נפח מתים מינימלי (27.5 מיקרוליטר פורט לפורט, חריץ רוטור של 5 מיקרוליטר) עם קוטר ערוץ זרימה של 1.2 מ"מ לאיסוף שברים יעיל. תצורה זו מצמצמת נפח מת ומפחיתה את הסיכון לזיהום צולב. לפרטים מפורטים על מכשירים, אנא עיינו בטבלה 1. LC-mate עשוי לקבל פלט אנלוגי מגלאי HPLC ולהפעיל את מכשיר ה-HPLC באמצעות אות סינכרוני, מה שמאפשר שליטה עצמאית הן בהזרקת הדגימה והן באיסוף החלקים.
טבלה 1: פרמטרים הקשורים למכשיר LC-mate. אנא לחצו כאן להורדת הטבלה הזו.
המכשיר מצויד בתוכנת שליטה ידידותית למשתמש ובממשק מסך מגע אינטואיטיבי המאפשר הדמיה בזמן אמת של אותות כרומטוגרפיים אנלוגיים. LC-mate תומך גם במצב הפרדה איזוקרטי וגם במצב גרדיאנט, ומאפשר למשתמשים להגדיר פרמטרים מרכזיים - כולל נפח ההזרקה, מספר זמני החזרה, זמן האינטרוול של כל הזרקה, ומצב איסוף [מבוסס סף, מבוסס זמן, או איסוף הכל (איסוף שברים מעל ומתחת לסף)], ולהפעיל פעולה אוטומטית מלאה עם פקודה אחת. דבר זה מבטל את הצורך בהתערבות ידנית חוזרת ומגביר משמעותית את יעילות טיהור HPLC.
איור 1 ממחיש את המראה הכולל, עקרון ההפעלה והתצורה של ה-LC-mate המשולב עם מערכת HPLC.

איור 1: עיצוב והגדרת מערכת LC-mate. (א) פריסת סכמטית. (ב) דיאגרמת מכשירים. (ג) תמונת סידור מעשית. (D) חיבור קו העברת האות בין גלאי ה-UV ל-LC-mate. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. בדיקת החיבור
2. הפעלת מערכת ההפרדה המשולבת
3. אופטימיזציה של תנאי
4. ריצה אוטומטית
הערה: בהתבסס על הכרומטוגרם של תנאי הפרדה אפשריים, ניתן לבחור שיטת איסוף שברים מתאימה מתוך אפשרויות הסף, איסוף התזמון ואיסוף הכל בצד שמאל של הממשק.
5. ניקוי צינורות
הערה: ניקוי הצינור מבטיח שאף דגימה לא תישאר בצינור כאשר משתמשים באוטוסמפלר בפעם הבאה.

איור 2: ממשק מסך מגע LC-mate להפעלת שיטה. (א) מסך אופטימיזציה. (B) מצב סף. (ג) מצב תזמון. (D) מצב איסוף כולם. (ה) ניקוי צינורות. (F) הגדרות. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.
6. הוראות לשמירת נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
טיהור של 2"-O-גלואיל-היפרוזיד
2"-O-גלויל-היפרוסיד (2-GH) הוא מרכיב מרכזי מסיס במים ב-Euphorbia helioscopia L., רפואה סינית מסורתית עם היסטוריה ארוכה של שימוש לפתרון ליחה ולחות11. המבנה הכימי שלו מוצג באיור 3. נמצא לאחרונה כי ל-2-GH יש אפקט אנטי-פיברוטי בדגם12 של בעל חיים. כדי להכין מספיק דגימת 2-GH טהורה למחקר פרמקולוגי נוסף, בוצעה...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות אלו מראות שמערכת LC-mate יכולה לבצע באופן אוטונומי הזרקת דגימות רציפה ואיסוף חלקים בהתאם לפרמטרים שנקבעו, ובכך למזער משמעותית את ההתערבות הידנית ולהגביר את יעילות ההפרדה. המערכת כוללת ממשק ידידותי למשתמש, שדורש רק הגדרה ראשונית של חומרה ואחריה הפעלה אינטואיטיבית של מסך מגע.
כדי להבטיח הצלחה ניסיונית, שלושה היבטים קריטיים דורשים תשומת לב. ראשית, כבלי האות האנלוגי והטריגר חייבים להיות מחוברים כראוי בין גלאי ה-HPLC ל-LC-mate (כפי שמפורט בפרוטוקול שלב 1.2.2...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ויימין ג'או הציע את עיצוב ה-LC-mate, שבוצע על ידי מהנדסים בחברת Shanghai Betterren Medical Technology Co., Ltd. פטנט למכשיר זה מוחזק במשותף על ידי Shanghai Betterren Medical Technology Co., Ltd. ומכון שנחאי לחומרים רפואיים, האקדמיה הסינית למדעים.
המחברים מודים בכנות ל-Shanghai Betterren Medical Technology Co., Ltd. על כל תרומתם בהפיכת הרעיון לשחרור כימאים מהפעלה ידנית מייגעת של HPLC למציאות, ולמר שוהונג הה מחברת Welch Materials Inc. על בדיקת החזרתיות של LC-mate.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| כרומטוגרף נוזלי ביצועים גבוהים-EasySep-1050 | שנגחאי טונגווי אנליזה טכנולוגית בע"מ. דף האינטרנט של הכלי EasySep®-1050 https://www.instrument.com.cn/netshow/sh100522/C140238.htm | 1009992 | מערכת HPLC מודולרית מופרטיבית המשמשת בפרוטוקול. הוא כולל משאבת העברת ממס, גלאי UV/VIS ושסתום הזרקה ידני. מערכת זו מהווה את יחידת ההפרדה המרכזית ש-LC-mate מפעילה אוטומציה. |
| (עמוד כרומטוגרפי נוזלי) Sharpsil-U C18 150 מ"מ (L) & פעמים; 30 מ"מ (תעודה מזהה) S-10 ומיקרו; m, 100A | חברת פיתוח תעשייתי שנחאי שואנמיי בע"מ. | U180110-300150 | הפוך - עמודת כרומטוגרפיה בשלב C18 עם גודל חלקיקים של 10 & mu; m וגודל נקבוביות של 100 & Aring;. הוא מיועד להפרדת מולקולות קטנות (כגון תרופות, תרכובות אורגניות) ויש לו שכפול ויציבות טובות. ממדי העמודה (אורך 150 מ"מ, קוטר פנימי 30 מ"מ) מתאימים לכרומטוגרפיה הכנה או חצי-הכנה. |
| LC-mate | Shanghai Betterren Medical Technology Co., Ltd. לכל שאלה ב- הכלי LC-mate, אנא צור קשר עם המחבר המקביל בדוא"ל: wmzhao@simm.ac.cn | GD202200337 | ציוד עזר למערכות כרומטוגרפיה נוזלית, ככל הנראה משמש להזרקת דגימות, ניהול פאזה ניידת או איסוף נתונים. ניתן לשלב אותו עם מערכות HPLC לשיפור האוטומציה והיעילות של תהליכים ניסיוניים |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה