POLYMÉRY S ODTLAČKAMI MOLEKÚL AKO CHIRÁLNE STACIONÁRNE FÁZY V HPLC

Význam tématu

Analýza chirálních molekul je zásadní v řadě odvětví včetně farmacie, potravinářství, environmentální sledování a biotechnologií.
Enantiomery stejné látky mohou mít odlišné farmakologické, toxikologické a organoleptické vlastnosti, proto je jejich účinná separace a stanovení enantiomérního poměru klíčová pro kontrolu kvality a bezpečnosti produktů.

Cíle a přehled studie / článku

Článek poskytuje přehled stavu výzkumu a aplikací molekulárně otiskovaných polymerů (MIP) jako chirálních stacionárních fází (CSF) v HPLC.
Zaměřuje se na princip molekulového odtláčání, výhody a omezení MIP CSF, přípravu různých forem MIP materiálů a dosažené chromatografické výsledky při enantioseparaci vybraných biologicky aktivních látek.

Použitá metodika a instrumentace

• Princip MIP: tvorba komplementárních dutin polymerní matrice pomocí templátu, monomerů, síťovadla a iniciátoru.
• Typy polymerizace: bloková, suspenzní, precipitační, viackroková napučiavacia, in situ v kolóně a polymerizace na povrchu nosiče.
• Funkční monoméry: kyselina metakrylová (MAA), akrylamid, 4-vinylpyridín, trifluorometakrylová kyselina, modifikovaný β-cyklodextrín.
• Síťovadla: etylénglykol dimetakrylát (EGDMA), trimetylpropán-trimetakrylát (TRIM), divinylbenzen (DVB).
• Iniciátory: AIBN, ABCVA, ADVN, Cu(VBIDA).
• HPLC: reverzní a normal-phase, organické rozpouštědlo/metanol/acetonitril v kombinaci s vodnými tlmivými roztoky a modifikátory (kyseliny nebo báze), teplotní kontrola kolóny.
• SFC: nadkritická fluidní chromatografie s CO2 a organickými rozpouštědly pro zkrácení doby analýzy a vyšší účinnost separace.

Hlavní výsledky a diskuse

• MIP CSF vykazují vysokou selektivitu a stabilitu vůči teplu, tlaku, pH a organickým rozpouštědlům.
• Nejčastěji se dosahuje selektivitní koeficient α > 1,5, rozlišení Rij se pohybuje od 0,6 do 4; nejlepší výsledky poskytují MIP připravené in situ a polykondenzací na povrchu nosiče.
• Omezení MIP zahrnují heterogenitu vazebných míst, pomalou kinetiku difúze v nitru částic, nižší sorpční kapacitu a možné nešpecifické interakce.
• Tyto nedostatky lze omezit optimalizací poměru monomerů, síťovadla, porogénu, modifikací povrchových vazebných míst, vhodným složením mobilní fáze a zvýšením teploty kolóny.
• Porovnání s komerčními CSF potvrzuje, že MIP mohou nabídnout předurčené eluační pořadí enantiomerů a vyšší selektivitu vůči specifickým cílovým molekulám.

Přínosy a praktické využití metody

• Farmaceutická kontrola: stanovení enantiomérní čistoty léčiv, monitorování stability a degradace.
• Potravinářská analýza: autentizace potravin, stanovení chirálních složek aminokyselin a aroma.
• Environmentální monitoring: detekce chirálních pesticidů a antibiotik.
• Enzymové inženýrství a katalýza: screening enantioselektivních biokatalyzátorů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další rozvoj MIP SFC pro rychlé a vysoce účinné chirální separace.
• Integrace MIP CSF s miniaturizovanými a online systémy pro rychlé screenování a povrchové plasmonové rezonance.
• Design multifunkčních MIP se schopností selektivně rozpoznávat více typů strukturálně podobných enantiomerů.
• Využití pokročilých monomerů a nanostrukturálních nosičů (nanočástice, nanovlákna) pro zvýšení sorpční kapacity a kinetiky.

Závěr

Molekulárně otiskované polymery představují perspektivní materiál pro chirální stacionární fáze v HPLC a SFC. Přes své současné limity nabízejí vysokou selektivitu, stabilitu a možnost předurčení eluačního pořadí enantiomerů. Optimalizace polymerizačních postupů, povrchových vazebných míst a chromatografických podmínek umožní další rozšíření jejich praktického uplatnění v analytické chemii.

Reference

1. Zawirska-Wojtasiak R.: Acta Sci. Pol., Technol. Aliment. 5, 21 (2006).
2. Brookes J. C., Horsfield A. P., Stoneham A. M.: J. R. Soc. Interface 6, 75 (2009).
3. Rocco A., Aturki Z., Fanali S.: TrAC Trends Anal. Chem. 52, 2016 (2013).
4. Vasapollo G. et al.: Int. J. Mol. Sci. 12, 5908 (2011).
5. Cheong W. J., Yang S. H., Ali F.: J. Sep. Sci. 36, 609 (2013).
6. Sádecká J., Polonský J.: Chem. Listy 99, 222 (2005).
7. Machyňáková A., Hroboňová K.: Chem. Listy 110, 609 (2016).
8. Wei Z. H. et al.: Trends Anal. Chem. 86, 84 (2017).
9. Chen L. et al.: Chem. Soc. Rev. 45, 2137 (2016).
10. Xu Z. et al.: J. Mater. Chem. B 2, 8418 (2014).
11. Zhang H. et al.: J. Chromatogr. Sci. 50, 499 (2012).
12. Huang B. Y. et al.: J. Chromatogr. A 1218, 849 (2011).
13. Ye N., Li J.: J. Sep. Sci. 37, 2239 (2014).
14. Wei Z. H. et al.: Electrophoresis 33, 3021 (2012).
15. Moreno-Gonzalez D. et al.: J. Chromatogr. A 1360, 1 (2014).
16. Zhao T. et al.: J. Sci. Food Agric. 84, 1974 (2014).
17. Aydogan C. et al.: Food Chem. 187, 130 (2015).
18. Wulff G., Vesper W.: J. Chromatogr. 167, 171 (1978).
19. Sellergren B.: J. Chromatogr. A 906, 227 (2001).
20. Kim H. et al.: Chem. Eng. Sci. 60, 5425 (2005).
21. Gao B., Chen L., Li Y.: J. Chromatogr. A 1443, 10 (2016).
22. Liu J. M. et al.: Polymers 9, 546 (2017).
23. Rampey A. M. et al.: Anal. Chem. 76, 1123 (2004).
24. Yang G. et al.: Chromatographia 58, 53 (2003).
25. Umpleby R. J. et al.: Anal. Chem. 73, 4584 (2001).
26. Turiel E. et al.: Analyst 128, 137 (2003).
27. Sellergren B.: J. Chromatogr. A 96, 227 (2001).
28. Yasuyama T. et al.: Chem. Pharm. Bull. 61, 546 (2013).
29. Ou J. et al.: J. Chromatogr. A 1117, 163 (2006).
30. Ansell R. J., Kuah K. L.: Analyst 130, 179 (2005).
31. Kim H., Guiochon G.: Anal. Chem. 77, 93 (2005).
32. Yu C., Mosbach K.: J. Org. Chem. 62, 4057 (1997).
33. Huang X. et al.: J. Chromatogr. A 984, 273 (2003).
34. Fu Q. et al.: J. Chromatogr. A 984, 273 (2003).
35. Haginaka J., Kagawa C.: J. Chromatogr. B 804, 19 (2004).
36. Haginaka J. et al.: Talanta 80, 1713 (2010).
37. Yilmaz E. et al.: J. Mater. Chem. 12, 1577 (2002).
38. Scorrano S. et al.: J. Mol. Sci. 12, 1753 (2011).
39. Takeuchi T., Haginaka J.: J. Chromatogr. B 728, 1 (1999).
40. Scatchard G. K.: Anal. Chem. 21, 242 (1949).
41. Fournier B. et al.: J. Chromatogr. A 1009, 245 (2003).
42. Ellwanger A. et al.: J. Chromatogr. A 897, 317 (2000).
43. Ansell R. J.: Adv. Drug Deliv. Rev. 57, 1809 (2005).
44. Yin J. et al.: J. Chromatogr. A 1090, 68 (2005).
45. Gutierrez-Climente R. et al.: J. Mol. Recognit. 29, 106 (2016).
46. Zhang Z. et al.: Sep. Purif. Technol. 87, 142 (2012).
47. Amut E. et al.: J. Polym. Res. 17, 401 (2010).
48. Li Z. Y. et al.: Chinese Chem. Lett. 18, 322 (2007).
49. Bai L. H. et al.: Anal. Bioanal. Chem. 405, 8935 (2013).
50. Qi J. et al.: Adv. Mater. Res. 535, 1525 (2012).
51. Gutierrez-Climente R. et al.: J. Mol. Recognit. 29, 106 (2016).
52. Zhang Z. et al.: Sep. Purif. Technol. 87, 142 (2012).
53. Amut E. et al.: J. Polym. Res. 17, 401 (2010).
54. Li Z. Y. et al.: Chinese Chem. Lett. 18, 322 (2007).
55. Bai L. H. et al.: Anal. Bioanal. Chem. 405, 8935 (2013).
56. Qi J. et al.: Adv. Mater. Res. 535, 1525 (2012).
57. Ansell R. J. et al.: J. Chromatogr. A 1264, 117 (2012).