High-Throughput Analysis Enabled by Ultra-Fast Gradient with Nexera X4 × LCMS-8060 Series

Význam tématu

Vysokorychlostní LC-MS/MS analýza je klíčová v oblastech, kde se zpracovávají tisíce vzorků — zejména ve farmaceutickém vývoji, farmakokinetice a klinických laboratořích. Zkrácení doby analýzy na úrovni chromatografie zvyšuje produktivitu laboratoře, umožňuje rychlejší rozhodování a snižuje náklady na reagencie a provoz. Technické řešení, které kombinuje rychlý gradient s minimálními objemy systému a spolehlivým přenosovým vedením do MS, představuje praktický přínos pro rutinní a výzkumné aplikace.

Cíle a přehled studie / článku

Technická zpráva popisuje nasazení systému Nexera X4 v kombinaci s triplekvadrupólem LCMS-8060RX pro dosažení ultra-rychlé gradientní LC-MS/MS analýzy. Cílem bylo demonstrovat:

• možnost provádět plnohodnotné separace v extrémně krátkých časech (analýzy ~0,6 minuty / 36 s),
• udržení reprodukovatelnosti retenčních časů a plošných integrálů,
• efektivní střídání ionizační polarity v reálném čase bez ztráty intenzity (UFswitching 5 ms),
• snížení peak-broadening mezi kolonou a MS pomocí speciálního tubing kitu.

Použitá metodika a instrumentace

Popisovaná analýza byla zaměřena na 7 sloučenin souvisejících s metabolismem CYP. Klíčové parametry systému a metodiky byly:

• UHPLC: Shimadzu Nexera X4 se solvent delivery unit LC-40B X4 (binary pump se čtyřmi nezávisle ovládanými písty a mechanismem řízení tlaku pro minimalizaci pulzací),
• Kolona: Shim-pack Scepter C18, 20 mm × 2.1 mm I.D., 1.9 µm, teplota 40 °C, objem vstřiku 1 µL (sample loop 15 µL),
• Mobilní fáze: A = 0,05 % kyselina mravenčí ve vodě; B = acetonitril; průtok 0,6 mL/min; gradient: B 25 % (0,00 min) → 60 % (0,10 min) → 90 % (0,30–0,45 min) → 25 % (0,46–0,60 min), celková doba běhu 0,6 min (měřená část 36 s),
• MS: Shimadzu LCMS-8060RX, ESI (pozitivní i negativní mód), interface voltage ±1.0 kV, režim MRM, UFswitching umožňující 5 ms přepínání polarity; nastavena teplota interface 400 °C, DL 200 °C, block heater 400 °C; plyny: nebulizace 3 L/min, heating gas 15 L/min, drying gas 5 L/min,
• Srovnávací komponenty: standardní UHPLC pumpa/konfigurace pro porovnání gradientní odezvy; Nexflow tubing for MS redukující extra-kolonné objemy mezi kolonou a rozhraním MS a tím zmenšující roztažení píků.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza sedmi CYP-related analytů byla úspěšně provedena v celkové době 0,6 minuty (měřená část 36 sekund), přičemž byly dosaženy následující klíčové výsledky:

• Špičkové retenční časy se pohybovaly v rozsahu přibližně 0,146–0.337 min; reproducibilita retenčních časů byla ~0,2 % RSD, což ukazuje na vynikající stabilitu i při ultra-rychlém gradientu.
• Reprodukovatelnost ploch píků dosáhla přibližně ≤5 % RSD pro cílové sloučeniny, což je v rámci očekávaných limitů pro kvantitativní analýzy v rámci krátkých běhů.
• Systém LC-40B X4 snížil baseline fluktuace díky nezávislému pohonu čtyř pístů a zpětné vazbě tlaku; to vedlo k hladšímu průběhu signálu při vysokém tlaku ve srovnání s typickou UHPLC pumpou.
• Nexflow tubing pro MS výrazně omezil peak broadening mezi kolonne a MS, čímž byl zachován ostřejší tvar píků a vyšší citlivost v krátkých bězích.
• UFswitching umožňil rychlé střídání polarity (5 ms) bez pozorovatelné ztráty intenzity iontů; to umožnilo současné monitorování pozitivních i negativních MRM kanálů ve stejném ultra-krátkém běhu.

Ve výsledku kombinace nízkého objemu systému, vysoce responzivního čerpadla a optimalizovaného vedení vzorku umožnila provádět spolehlivé kvantitativní měření v časech, které by dříve vyžadovaly kompromisy v přesnosti nebo citlivosti.

Přínosy a praktické využití metody

Praktické výhody nasazení Nexera X4 × LCMS-8060RX v provozech zahrnují:

• Výrazné zvýšení throughputu: krátké doby běhu znamenají více vzorků za směnu bez nutnosti zásadních kompromisů v datové kvalitě.
• Snížení spotřeby mobilních fází a provozních nákladů díky kratším běhům a nižšímu mrtvému objemu.
• Možnost simultánního sledování látek s různou ionizační polaritou v jednom běhu díky 5 ms polarity switchingu, což zjednodušuje metodiku a šetří čas.
• Vhodnost pro screeningové aplikace, farmakokinetické studie, toxikologii a rutinní klinickou analytiku, kde je rozhodující rychlost a spolehlivost výsledků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Na základě prezentovaných technologií lze očekávat následující směry rozvoje a aplikací:

• Dálší zmenšování extra-kolonních objemů a integrace mikrofluidických prvků pro ještě rychlejší a citlivější analýzy.
• Širší nasazení rychlého polarity switchingu ve vícenásobných MRM panelech pro komplexní metabolomické nebo toxikologické screeny.
• Automatizace workflow a vysokokapacitní vzorkovače umožňující 24/7 provoz s vysokým počtem vzorků denně.
• Integrace rychlých LC-MS dat s moderními softwarovými nástroji pro zpracování velkých objemů dat, včetně AI/poloprocesních algoritmů pro rychlou identifikaci a kvantifikaci.
• Rozvoj metod pro klinické validace, které zajistí přenositelnost ultra-rychlých metod do akreditovaných laboratoří.

Závěr

Technická zpráva demonstruje, že kombinace Nexera X4 (s LC-40B X4 pumpou a Nexflow tubing) a LCMS-8060RX umožňuje provádět spolehlivou ultra-rychlou LC-MS/MS analýzu s dobou běhu ~0,6 minuty. Klíčovými faktory úspěchu jsou snížení systému objemu, minimalizace pulzací čerpadla a rychlé střídání polarity v MS. Výsledkem je vysoká reprodukovatelnost retenčních časů a ploch, ostré píky a zachování citlivosti, což činí tento přístup atraktivním pro vysoce výkonné screeningy a farmakokinetické studie.

Reference

1. Nakajima K., Kawashima M., Matsumoto K. High-Throughput Analysis Enabled by Ultra-Fast Gradient with Nexera X4 × LCMS-8060 Series. Shimadzu Technical Report, March 2026.