The Postnova Characterization Platform - Characterization of Polymers, Proteins and Particles by FFF and SEC with Advanced Detection

Význam tématu

Charakterizace makromolekul a nanočástic je zásadní pro farmaceutický výzkum, polymerní průmysl a biotechnologie. Tradiční metoda GPC/SEC poskytuje spolehlivá data pro rozpustné polymery, avšak Field Flow Fractionation (FFF) rozšiřuje možnosti separace i na částice, gely a emulze, které jsou pro SEC nedostupné.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem prezentace je představit modulární platformu Postnova pro simultánní využití FFF (AF4, CF3, TF3) a SEC ve spojení s pokročilou detekcí. Ukázány jsou principy separace, konfigurace systémů a konkrétní aplikační příklady z polymerní, proteinové i nanopartikulární analýzy.

Použitá metodika a instrumentace

• Separace AF4 (AF2000 Flow FFF) – hydraulický příčný proud pro dělení na základě velikosti
• Separace CF3 (CF2000 Centrifugal FFF) – odstředivé pole až 2500 g, velikost a hustota 7 nm–50 µm
• Separace TF3 (TF2000 Thermal FFF) – tepelný gradient ΔT až 120 °C, dělení dle Soretova koeficientu
• SEC (SC2000) – klasické gelové chromatografické kolony
• Detektorové moduly – MALS (víceúhlové rozptylové světlo), DLS (Malvern Zetasizer), ICP-MS (Agilent 7900), UV/DAD, RI, fluorescence, ELS, viscometrie

Hlavní výsledky a diskuse

• SEC s trojitou detekcí ukázala změny distribuce a rotační viskozity u hyaluronové kyseliny před a po sterilizaci
• AF4 umožnila oddělení polystyrenových latextů, vysokomolekulárních kyselin hyaluronových a crosslinkovaných vzorků s vysokou návratností (>80 %) oproti SEC
• Analýza magnetických dextranových nanopartiklí kombinací AF4-MALS-UV potvrdila agregaci (Rg/Rh) a ověřila strukturální informace TEM
• Hyphenované AF4-ICP-MS a UV-ICP-MS přinesly speciační informace o SiO2 standardech a kovových složkách v tetovacích barvivech
• CF3-DLS sledovala kinetiku aglomerace PEG-PLGA nanopartiklí v buněčných médiích
• CF3-ICP-MS rozlišila a kvantifikovala Au/Ag částice podle hustoty a velikosti v jednom běhu
• TF3 oddělovala polymery polystyren a PMMA se stejným hydrodynamickým rádiem, ale odlišnou chemickou povahou

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost komplexní charakterizace nanočástic, agregátů, gelů a vysokomolekulárních polymerů
• Modularita platformy umožňuje přizpůsobení separace konkrétním analytickým požadavkům
• Současné získání řady fyzikálně-chemických parametrů v jednom běhu zkracuje dobu analýzy a zvyšuje informační hodnotu dat

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace dalších detektorů a on-line speciační metody (např. LC-ICP-MS, hyphenovaná spektroskopie)
• Automatizace vývoje metod s využitím počítačového učení a umělé inteligence
• Rozšíření aplikací do oblastí nanomedicíny, environmentální analýzy a potravinářských věd

Závěr

Modulární systém Postnova propojuje výhody FFF a SEC a díky široké paletě detektorů poskytuje všestrannou a vysoce informační platformu pro moderní analytickou chemii. Toto řešení umožňuje rychlou a detailní charakterizaci polydisperzních a komplexních vzorků.

Reference

• Kohl Y. et al., Nanosafety Conference 2013, Biopolymer Nanoparticles for Therapeutic Applications: Synthesis, Characterization and Assessment of Biocompatibility
• Tadjiki M. a Klein J., The Column, 2014, 10(14), 11–16