Подготовка двоичных и тернарийских глубоких эвтектических систем
31 октября 2019 г.
Этот протокол направлен на стандартизацию подготовки глубоких эветэктицических систем во всем научном сообществе, с тем чтобы эти системы могли быть воспроизведены.
Воспроизводство глубоких эвтектических систем, найденных в литературе, трудно, когда содержание воды было проигнорировано. Этот метод обеспечивает протокол стандартизации для разработки этих систем. Этот метод позволит воспроизвести глубокую подготовку эвтектической системы, способствуя согласованным результатам среди научного сообщества.
Глубокие эвтектические системы доказали применение во многих различных областях, включая терапевтическую и биомедицинскую инженерию, биокатализу, экстракции и улавливание CO2. С помощью визуальной демонстрации мы подчеркиваем различия, с которыми сталкиваются различные методы, о чем сообщается в литературе для глубокой подготовки эвтектических систем. Об этом часто не сообщается в обычных рукописях.
Демонстрацией процедуры будет Ана Рита Гамейро, докторант моей лаборатории. Для приготовления натурального DES путем замораживания сушки сначала добавьте два грамма моногидрата лимонной кислоты и 0,9530 грамма моногидрата глюкозы в отдельные контейнеры. Добавьте 10 миллилитров деионизированной воды в каждый контейнер и перемешайте до полного растворения соединений.
Смешайте два решения вместе и обеспечить гомогенизацию окончательного решения. Поместите раствор в колбу с круглым дном. Заморозить образец с помощью жидкого азота.
Поместите колбу в фен на 48 часов, чтобы убедиться, что вся вода удаляется из образца. Для приготовления природных DES путем вакуумного испарения, снова весят два грамма моногидрата лимонной кислоты и 0,9530 граммов моногидрата глюкозы в отдельных контейнерах. Добавить 10 миллилитров деионизированной воды к каждому и перемешать, пока соединения полностью растворяются.
Смешайте два решения вместе и обеспечить гомогенизацию решения. Поместите комбинированное решение в колбу с круглым дном. Используя роторный испаритель, высушите образец до тех пор, пока не образуется вязкая жидкость.
Естественный образец DES также может быть подготовлен путем нагрева и перемешивания. Для этого взвесят два грамма моногидрата лимонной кислоты, 0,9530 грамма моногидрата глюкозы в отдельные контейнеры. Поместите два твердых тела в один флакон.
Добавьте 278 микролитров воды. Поместите флакон с магнитным перемешиванием бар в 50-градусный по Цельсию водяной бане. Оставьте образец до тех пор, пока не образуется вязкая жидкость.
Чтобы охарактеризовать естественный DES поляризованной оптической микроскопией, поместите капельку естественного DES на стеклянную горку микроскопа для наблюдения. Естественный образец DES может быть дополнительно охарактеризован титрацией Карла-Фишера, дифференциальной сканирующей калорийиметрией и ядерным магнитным резонансом, как описано в текстовом протоколе. При использовании метода замораживания сушки для подготовки природных DES, в результате должна быть твердая или очень плотная паста, так как вся вода удаляется из системы.
И наоборот, метод испарения должен привести к ясной и вязкой жидкости. Использование метода нагрева и перемешивания с добавлением небольшого количества воды также должно привести к ясной и очень вязкой жидкости. Поляризованные изображения оптической микроскопии показаны с помощью кросс-поляризаторов.
Естественные образцы DES были подготовлены методом нагревания и перемешивания, методом вакуумного испарения и методом замораживания сушки. Поляризованные оптические микроскопии изображения естественных образцов DES также показаны с параллельными поляризаторами. Техника ЯМР используется для подтверждения существования образования водородных связей, что является основной характеристикой естественных систем DES.
Это может быть подтверждено наблюдением за изменениями и химическими сдвигами каждого сигнала в естественном образце DES только по отношению к глюкозе и лимонной кислоте. Анализ спектров NOESY показывает пространственные и интермолекулярные корреляции, подтверждающие образование водородных связей в естественной системе DES. При попытке повторить эксперимент, в котором содержание воды не сообщается, используйте методологию роторного испарения и определить содержание воды Карл-Фишер титрование.
Когда точное количество воды известно, следуйте методу нагрева и перемешивания, так как это проще и быстрее. Важно всегда измерять количество воды, присутствуют в этих системах, и сообщать об этом в рукописях. Это обеспечивает читателям точное воспроизведение результатов.
Этот метод прокладывает путь к последовательной методологии разработки в подготовке естественных глубоких эвтектических растворителей и не ограничивается какой-либо конкретной системой. Представленные здесь системы следует рассматривать в качестве примеров.
Обзор
Этот протокол стандартизирует приготовление глубокого эвтектического систем, улучшая воспроизводимость в научном сообществе. Он решает проблемы, связанные с различным содержанием воды в этих системах.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Биохимия
- Наука о материалах
Фон
- Глубокие эвтектические системы (ГЭС) имеют применение в терапии, биокатализе и поглощении CO2.
- Различия в методах приготовления приводят к непоследовательным результатам.
- Стандартизация является важным фактором для воспроизводимости в научных исследованиях.
- Содержание воды является критически важным фактором, который часто не учитывается в существующей литературе.
Цель исследования
- Обеспечить стандартизированный протокол приготовления натуральных глубоко эвтектических растворителей (ГЭР).
- Обеспечить воспроизводимость экспериментальных результатов.
- Наглядно продемонстрировать различные методы приготовления.
Используемые методы
- Приготовление ГЭР с помощью методов лиофилизации, вакуумной эвапорации и нагрева с помешиванием.
- Характеристика ГЭР с помощью поляризационной оптической микроскопии и ЯМР.
- Измерение содержания воды с помощью титрования Карла Фишера.
- Наглядные демонстрации методов приготовления.
Основные результаты
- Различные методы приготовления дают различные физические состояния ГЭР.
- Техники характеристики подтверждают образование водородных связей в ГЭР.
- Стандартизация улучшает однородность результатов по различным исследованиям.
- Четкие руководства по отчету о содержании воды улучшают воспроизводимость.
Выводы
- Исследование устанавливает надежную методологию приготовления ГЭР.
- Стандартизированные протоколы могут привести к согласованным результатам в исследованиях.
- Уделение внимания содержанию воды в манускриптах важно для точной репликации.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
Standardizing deep eutectic system preparation addresses reproducibility challenges in early-stage therapeutic and biomedical research. Accurate water content reporting enables reliable compound screening and mechanistic de-risking across discovery workflows. This protocol supports predictive confidence in lead identification by ensuring consistent physicochemical properties.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses through reproducible solvent systems for target engagement studies.
- Operational Value: Reduces mechanistic ambiguity by standardizing environmental variables in biochemical assays.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by providing consistent physicochemical descriptors for early compound evaluation.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological screening media with defined solvent properties for hit identification.
- Operational Value: Ensures assay standardization and reproducibility across multi-well plate formats.
- Scalability: Facilitates platform reuse through documented preparation protocols compatible with automation.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Maintains solvent consistency from discovery through preclinical validation stages.
- Risk-Adjusted Decisions: Supports advancement criteria by minimizing batch-to-batch variability in formulation studies.
- Biomarker Alignment: Enables reliable biomarker detection in DES-based sample preparation workflows.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery continuum from target validation through lead optimization by providing standardized solvent conditions.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by eliminating solvent variability as a confounding factor in target validation assays.
- Screening: Delivers assay readiness through reproducible DES preparation with quantifiable water content thresholds.
- Analytics: Enables Karl-Fisher titration and NMR outputs for quantitative solvent characterization in structure-activity relationships.
- Translational Research: Connects discovery to preclinical work via consistent DES properties in pharmacokinetic and toxicity models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable capability for solvent preparation across multiple projects and therapeutic areas.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence through reduced mechanistic ambiguity in target-solvent interactions.
- Operational Value: Standardization and reproducibility across geographically distributed research teams.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions by minimizing false positives from solvent artifacts.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization based on reliable physicochemical data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in solvent characterization and thermal analysis techniques.
- Needs access to rotary evaporators, freeze-dryers, and Karl-Fisher titration equipment.
- Demands cross-team standardization of water content reporting thresholds.
- Involves adaptation considerations for different hydrogen bond donor/acceptor combinations.
- Limited by the necessity to report exact water content for reproducibility, adding documentation overhead.
