ZANEDBÁVANÉ APLIKACE MONOLITICKÝCH STRUKTUR: POKROČILÉ STUDIE TENKOVRSTVÉ CHROMATOGRAFIE-HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Význam tématu

Monolitické porézní struktury pro tenkovrstvou chromatografii nabízejí jednoduchou, cenově dostupnou a vysoce modulovatelnou alternativu k tradičním pevnolátkovým destičkám. Jejich unikátní vlastnosti—řízená velikost pórů, chemická funkcionalizace a možnost integrace přímo s detekčními technikami—umožňují citlivou analýzu malých molekul, peptidů či buněčných extraktů bez nutnosti masivní instrumentace.

Cíle a přehled článku

Článek se zaměřuje na popis vývoje a aplikací tenkovrstvých monolitických vrstev připravených z porézních organických polymerů. Představuje metody jejich výroby, integraci s hmotnostní spektrometrií (MALDI, DESI) a rozšíření do 2D separací či mikrofluidních formátů, včetně nových přístupů jako 3D tisk.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava monolitických vrstev polymerizací porogenních směsí (butyl-methakrylát, ethylendimethakrylát, CMCA).
• MALDI-TOF hmotnostní spektrometrie s přímou desorpcí/ionizací.
• DESI-MS pro rychlou detekci z planární destičky.
• UV iniciovaná „click“ a roubovací modifikace povrchu.
• Sol-gel technologie pro monolity ve skleněných mikrokanálcích (pTLC).
• 3D tisk zařízení pro přípravu destiček s řízenými póry a kanály.

Hlavní výsledky a diskuse

• Přímá MALDI detekce z porézních polymerních monolitů umožňuje spektrometry bez nízkomolekulární matrice, se stabilitou signálu i po skladování ve vzduchu.
• Zapouzdření polymerizovatelné nízkomolekulární matrice (CMCA) povrchově modifikovanými monolity zlepšuje ionizaci vyšších peptidů a proteinů.
• Formáty pro 2-D TLC využívají superhydrofobní gradienty a fotoroubování pro kombinované režimy iontové výměny a FIA-RP separací, což zvyšuje rozlišení komplexních směsí peptidů.
• Monolitické mikropásy v mikrofluidních čipech (pTLC) dokážou separovat fluorescenčně značené lipidy z jedné buňky v objemech desítek pikolitrů s účinností až 13 000 pater/m.
• 3D tištěné planární destičky s plochými vrstvami polymerů a vzájemně propojenými póry umožňují paralelní separaci fluorescenčních barviv i větších biomolekul bez další chemické úpravy tisknutého substrátu.

Přínosy a praktické využití metody

Monolitické vrstvy pro TLC zjednodušují přípravu a manipulaci, zvyšují citlivost a chemickou flexibilitu separací, umožňují archivaci netěkavých vzorků a integraci s vysoce selektivními detekčními postupy. Jsou vhodné pro farmacii, potravinářství, environmentální analýzy i single-cell diagnostiku.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další rozvoj funkcionalizovaných monolitů pro selektivní extrakci a on-line hyphenaci.
• Integrace monolitických TLC vrstev se senzory na bázi nanočástic či biosenzorickými prvky.
• Pokročilé mikrofluidní systémy spojující separaci, detekci a preparativní odběry skvrn.
• 3D tisk struktur s vyšším rozlišením a novými materiály pro cílené aplikace.

Závěr

Monolitické tenkovrstvé chromatografie propojují jednoduchost klasické TLC s výhodami moderních polárních a reverzně fází, umožňují přímou MS detekci a otevírají nové formáty pro dvourozměrné i mikrofluidní separace. Tento směr analytické chemie slibuje robustní, škálovatelné a vysoce selektivní platformy pro širokou škálu aplikací.

Reference

1. Švec F. Chem. Listy 117, 308 (2023).
2. Hauck H. E., Schulz M. Chromatographia 57, S/313 (2003).
3. Hauck H. E. et al. J. Planar Chromatogr. Mod. TLC 14, 234 (2001).
4. Bezuidenhout L. W., Brett M. J. J. Chromatogr. A 1183, 179 (2008).
5. Orinak A. et al. J. Chromatogr. A 1084, 113 (2005).
6. Salo P. K. et al. Anal. Chem. 79, 2101 (2007).
7. Salo P. K. et al. J. Amer. Soc. Mass Spectrom. 16, 906 (2005).
8. Wang Y., Olesik S. V. Anal. Chim. Acta 970, 82 (2017).
9. Fang X., Olesik S. V. Anal. Chim. Acta 830, 1 (2014).
10. Lu T., Olesik S. V. J. Chromatogr. B 912, 98 (2013).
11. Beilke M. C. et al. Anal. Chim. Acta 761, 201 (2013).
12. Lu T., Olesik S. V. Anal. Chem. 85, 4384 (2013).
13. Clark J. E., Olesik S. V. J. Chromatogr. A 1217, 4655 (2010).
14. Clark J. E., Olesik S. V. Anal. Chem. 81, 4121 (2009).
15. Bakry R. et al. J. Chromatogr. A 1132, 183 (2006).
16. Korzhikova-Vlakh E. G. et al. Polymers 13, 1059 (2021).
17. Peterson D. S. et al. Rapid Commun. Mass Spectrom. 18, 1504 (2004).
18. Huisgen R. et al. Chem. Ber. 100, 2494 (1967).
19. Kolb H. C. et al. Angew. Chem., Int. Ed. 40, 2004 (2001).
20. Chu C., Liu R. Chem. Soc. Rev. 40, 2177 (2011).
21. Veigl E. et al. J. Chromatogr. A 694, 151 (1995).
22. Krawinkler K. H. et al. Chirality 15, S17 (2003).
23. Shen A. et al. Chem. Commun. 47, 4550 (2011).
24. Xu Y. et al. Anal. Chem. 82, 3352 (2010).
25. Lv Y. et al. J. Chromatogr. A 1261, 121 (2012).
26. Lv Y., Lin Z., Švec F. Analyst 137, 4114 (2012).
27. Rohr T. et al. Macromolecules 36, 1677 (2003).
28. Poole C. F., Poole S. K. J. Chromatogr. A 1218, 2648 (1995).
29. Takats Z. et al. J. Mass Spectrom. 40, 1261 (2005).
30. Kertesz V., Van Berkel G. J. Anal. Chem. 80, 1027 (2008).
31. Van Berkel G. J. et al. Anal. Chem. 77, 1207 (2005).
32. Han Y. et al. Anal. Chem. 82, 2520 (2010).
33. Levkin P. A. et al. Adv. Funct. Mater. 19, 1993 (2009).
34. Švec F. Chem. Listy 114, 718 (2020).
35. Urbanová I., Švec F. J. Sep. Sci. 34, 2345 (2011).
36. Zheng B. et al. J. Sep. Sci. 38, 2737 (2015).
37. Morlock G. E. J. Chromatogr. A 1382, 87 (2015).
38. Wang Y. et al. Anal. Chem. 94, 13489 (2022).
39. Hara T. et al. J. Chromatogr. A 1442, 42 (2016).
40. Kalsoom U. et al. Trends Anal. Chem. 105, 492 (2018).
41. Belka M., Bączek T. Trends Anal. Chem. 142, 116322 (2021).
42. Wang L., Pumera M. Trends Anal. Chem. 135, 116151 (2021).
43. Macdonald N. P. et al. Anal. Chem. 89, 2457 (2017).
44. Wang P. et al. J. Sep. Sci. 32, 2629 (2009).
45. Woodward S. D. et al. Anal. Chem. 82, 3445 (2010).
46. Cao Y. et al. Anal. Chim. Acta 896, 111 (2015).