Automation and Efficiency Improvement Solutions (HPLC and LC-MS)

Význam tématu

V moderních analytických laboratořích je klíčové dosahovat vysoké produktivity, reprodukovatelnosti a spolehlivosti výsledků. Ruční úkony spojené s přípravou vzorků, start-upem přístrojů, sledováním stavu mobilních fází, odstraňováním vzduchových bublin či optimalizací chromatografických podmínek jsou časově náročné a náchylné k chybám. Integrace plně automatizovaných modulů, inteligentních rutin a pokročilého softwaru pro návrh metod (AQbD) zásadně proměňuje laboratorní workflow tím, že minimalizuje zásahy analytika, zkracuje dobu analýzy a zvyšuje kvalitu dat.

Cíle a přehled studie / článku

Článek sumarizuje vývoj a uplatnění pokročilých řešení společnosti Shimadzu pro HPLC a LC-MS: plně automatizovaný modul přípravy vzorků pro analýzu N-glykanských modifikací mAb (MUP-3100), inteligentní start-up systému a automatické SST (FlowPilot), modul pro monitorování množství mobilních fází (MPM-40), auto-diagnostiku a auto-recovery pro řešení bublin v linii a AI algoritmus v softwaru LabSolutions MD pro automatickou optimalizaci gradientních podmínek. Vzájemnou kombinací těchto technologií je možné pokrýt celý analytický cyklus od přípravy vzorků až po validaci robustních chromatografických metod.

Použitá metodika a instrumentace

• Samplovací a pretreatment modul MUP-3100 pro glykanovou analýzu s dedikovanou soupravou Auto-EZGlyco mAb-N Kit
• HPLC/LC-MS systémy Nexera XR a Nexera X3 s FlowPilot pro synchronizované rampování průtoku a stabilizaci teploty kolony
• Solvente Blending a multitaskové ventily pro automatickou přípravu mobilní fáze a přepínání kolony
• Modul MPM-40 pro gravimetrické snímání hmotnosti lahví s mobilní fází v reálném čase
• Solventní čerpadla s auto-diagnostikou a auto-recovery funkcí pro odstranění vzduchových bublin
• Shim-pack™ kolony (C18, C8, C4, Phenyl, PFPP, amido-pákové) a LabSolutions MD software pro AQbD-podporu
• Jednokusový LC-MS systém LCMS-2050 pro hmotnostní detekci peptidů a glykanů

Hlavní výsledky a diskuse

• MUP-3100: kompletní automatizace přípravy N-glykanské frakce z protilátek ve vzorcích kultivačního supernatantu. Příprava 24 vzorků za 6 hodin, RSD majoritních glykanů ≤ 5 %, minoritních ≤ 8 %. Sleduje změny glykanské struktury v závislosti na délce kultivace.
• Inteligentní start-up (FlowPilot) a SST: automatické spuštění pumpy, náběh kolony a ověřovací testy system suitability bez obsluhy. Výsledky PASS/FAIL spouštějí přednastavené akce (pokračování, injekce blank, standby).
• MPM-40: real-time monitorování množství mobilních fází, výstrahy při nedostatku, automatické ukončení či pozastavení běhu. Eliminace rizika vyčerpání fáze během nočních sekvencí.
• Auto-diagnostika a auto-recovery: detekce tlakových anomálií (vzduchové bubliny), automatické proplachy a obnovení výkonu bez ztráty dat ani nutnosti obsluhy.
• LabSolutions MD a AI-optimalizace: redukce počtu experimentů pomocí screeningových Desing of Experiments (DoE), automatické sledování a identifikace píků (Peak Tracking), modelování design space, simulace chromatogramu a automatická optimalizace gradientního profilu. Příklady: simultánní analýza 15 polyfenolů v potravinářské matrici, separace syntetického peptidu a příbuzných nečistot, robustní metoda pro ketoprofen a tři impurity.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení času přípravy vzorků, startu systému i optimalizace metod oproti manuálním postupům.
• Eliminace rutinních chyb a variability operátora, vyšší reprodukovatelnost a kvalita dat.
• Možnost provozu nepřetržitých sekvencí (24/7) bez dohledu, úspora provozních nákladů.
• Rychlá adaptace a přenositelnost metod v multi-laboratořích díky integrované databázi metod a reportingu.
• Podpora QbD přístupu ve farmaceutickém vývoji – předvídatelná robustnost a snazší validace metod.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další rozvoj AI-a automatizace v analýze – pokročilé samooptimalizační a samodiagnostické systémy.
• Integrace IoT a chytrých služeb (LabTotal Smart Service) pro vzdálený monitoring a prediktivní údržbu instrumentů.
• Rozšíření automatizace na on-line monitorování syntéz, bioreaktorů a procesních parametrů (PAT).
• Uplatnění pokročilých algoritmů strojového učení pro predikci separačních strategií na základě chemotypových databází.
• Další miniaturizace a paralelizace pracovníků pro vysokoproduktivní screening a metody metabolomiky či proteomiky.

Závěr

Kombinace plně automatizovaných modulů přípravy vzorků, inteligentních start-up a diagnostických funkcí, real-time monitorování mobilních fází a AI-řízeného návrhu chromatografických metod přináší revoluci v laboratorní praxi analytické chemie. Shimadzu řešení umožňují vysokou produktivitu, spolehlivost i flexibilitu, podporují QbD přístupy a připravují cestu pro autonomní, samooptimalizační laboratoře budoucnosti.

Použitá instrumentace

• MUP-3100 Fully Automated Sample Preparation Module for Glycan Analysis
• HPLC/LC-MS systémy Nexera XR, Nexera X3, solvenční čerpadla s FlowPilot
• Modul pro gravimetrické snímání mobilních fází MPM-40 a software MPMChecker
• Solventní čerpadla s auto-diagnostic a auto-recovery funkcí
• Shim-pack™ kolony (GIST, C18, C8, C4, Phenyl, PFPP, Amide)
• LCMS-2050 Single Quad Liquid Chromatograph Mass Spectrometer
• LabSolutions™ MD Software pro AQbD-podporu v metodách developmentu

Reference

1. S.R. Bakalyar, M.P.T. Bradley, R. Honganen: J. Chromatogr. 158, 277–293 (1978)
2. Kagaku Binran, Kiso-hen II, oddíl 8.7 „Solubilita“, Chemická společnost Japonska, Maruzen Co. Ltd. (1984)