工業(yè)制備色譜/動態(tài)軸向壓縮系統(tǒng)在制藥行業(yè)中的應用
工業(yè)制備色譜/動態(tài)軸向壓縮系統(tǒng)在制藥行業(yè)中的應用
1 前言
隨著制藥、生物化工等行業(yè)的迅速發(fā)展，制備型液相色譜分離技術(shù)得到越來越廣泛的開發(fā)和應用，已成為分離和純化復雜混合物的重要方法，尤其適用于天然產(chǎn)物和生物大分子（多肽，蛋白質(zhì)等）的分離。為使樣品得到有效的分離，色譜柱的裝填必須滿足床層的連續(xù)性、均勻性、穩(wěn)定性和緊密性的要求。色譜柱的裝填，尤其是工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的大直徑柱的裝填，存在相當大的困難。
傳統(tǒng)的裝填法分為干法和勻漿法，干法填裝較笨拙，柱性能不好，且在填充過程中填料微粒在柱壁區(qū)域易分散。勻漿法填裝柱內(nèi)填裝密度分布不均勻，靠近柱壁處的填充密度較高，且柱性能的再現(xiàn)性差。按照傳統(tǒng)方法填裝大直徑的色譜柱，床層不穩(wěn)定，會降低分離性能。目前國內(nèi)市場上銷售的法蘭式封端柱基本上都是采用勻漿法裝填的。
動態(tài)軸向壓縮（Dynamic Axial Compression，簡稱 DAC）技術(shù)是公認的裝填制備色譜柱（柱內(nèi)徑大于 50 mm）的最佳技術(shù)，其原理是采用活塞裝柱（勻漿填充），并在操作過程中保持柱床壓縮狀態(tài)以確保其穩(wěn)定性。DAC 法填裝的色譜柱柱床均勻、性能穩(wěn)定、密度高、柱效高，柱性能的再現(xiàn)性好。采用 DAC 工藝裝填的色譜柱正在逐步主宰整個制備型色譜柱市場。
2 動態(tài)軸向壓縮柱的優(yōu)勢
動態(tài)壓縮柱發(fā)展到今天，主要有以下三種壓縮方式：
�。�1）.軸向壓縮：是一個濕法填裝過程，利用活塞壓縮床層;
（2）.徑向壓縮：是一個干法填裝過程，使用雙管的色譜柱，內(nèi)管用塑料或橡膠做成，里面裝滿干的填料微粒，在兩管形成的環(huán)形空間中保持一定的壓力，使色譜柱得到徑向壓縮;
（3）.環(huán)向壓縮：通過沿色譜柱軸向方向移動一個圓錐桿來實現(xiàn)。
目前這三種方法中，軸向壓縮和徑向壓縮方法都已有使用設備，對后一種人們還沒有進行深入的研究，且其裝填過程復雜，裝填原理還沒有被很好地認識和理解，應用較少。動態(tài)軸向壓縮（DAC）法具有多方面的優(yōu)越性，因而得到了更為深入的研究和發(fā)展。 與傳統(tǒng)的勻漿填裝法及其他填裝方法相比，DAC 法裝填的色譜柱有很多的優(yōu)點：
首先，DAC 柱柱效高，重現(xiàn)性好，裝填所用的時間短，可以采用粒徑更小的填料，減小柱長，增加柱徑，從而減小管壁效應，可以得到幾乎接近分析柱的柱效，從而可以使純化效率更高。與傳統(tǒng)的法蘭式封端柱相比，可以大大提高產(chǎn)品的收率和純度。 裝填過程簡單易學，即使沒有接觸過的人，也能很快學會。色譜柱一旦被污染后，能容易、方便地卸料，進行清洗，再重新裝填。
其次，在其他裝填方法中，色譜柱的入口端比較松動，裝好的柱床不穩(wěn)定，經(jīng)過一段時間的使用，在入口端容易塌陷形成大大小小的空穴，液體在空穴內(nèi)會發(fā)生強烈的局部對流，導致柱效很大的損失。而在 DAC 方法中，活塞在填裝過程中施加給床層恒定的壓力，柱頭和活塞端都與床層緊密接觸，柱兩端不會發(fā)生松動而形成空穴。在柱使用過程中，仍有恒定的壓力作用于活塞，從而作用于整個床層，即使經(jīng)過長時間的使用，柱頂也不會因塌陷產(chǎn)生空穴，因此 DAC柱不會因空穴的形成而引起流體的紊亂，柱性能可長時間保持穩(wěn)定。而且即使在使用過程中柱內(nèi)形成了的空隙或裂縫，在未使用期間，柱內(nèi)形成的空隙或裂縫經(jīng)恢復之后，仍能得到初始的柱效。
最后，DAC 柱盡管比傳統(tǒng)的法蘭式封端柱的一次性投入要大一些，但是由于 DAC 柱大大提高了產(chǎn)品的收率和純度，延長了色譜柱的使用壽命，而且可以自己反復裝填，從綜合成本效應來說，成本反而更低。所以 DAC 柱可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。 ：同時采購一根內(nèi)徑為 5cm 的常規(guī)制備柱和一套裝柱機，如果使用較為頻繁，由于常規(guī)制備柱使用壽命的限制，需要經(jīng)常采購并且由于供貨期的問題導致設備停用，初次采購 7 月后，兩者成本大致相當，當?shù)?2 年時，使用裝柱機可比使用常規(guī)制備柱節(jié)約約 3 萬歐元。
3 動態(tài)軸向壓縮柱的影響因素
為保證動態(tài)軸向壓縮柱的性能，必須考慮許多因素的影響。
3.1 色譜柱長度的影響：
在相同條件下，隨著色譜柱的增長，柱內(nèi)軸向壓力分布范圍越大。柱越長，活塞與另一端的壓力差越大，形成的柱床越不穩(wěn)定，不均勻，裝填密度會越小，從而導致色譜柱產(chǎn)生軸向的壓力梯度和密度梯度。
3.2 填料性質(zhì)的影響：
對球形微粒，填料能迅速而平滑的達到穩(wěn)定狀態(tài);對形狀不規(guī)則的微粒，填裝過程中的床層塌陷不可預測（尤其是當填料微粒較大時），填裝情況比較復雜。不規(guī)則填料壓力的影響較大，當壓力較大時，會有部分微粒發(fā)生破碎，從而引起柱長降低，柱壓降隨之變大。
3.3 調(diào)漿溶劑的影響：
調(diào)漿溶劑的性質(zhì)也是很重要的因素，其好壞是由填料微粒的物化性質(zhì)、表面性質(zhì)和幾何形狀來評價的。如果溶劑選擇不當，形成的勻漿就不穩(wěn)定，微粒的沉積就快，微粒受到的摩擦力就會較大，從而在柱壁處形成的填裝密度就更不均勻。
3.4 壓縮壓力的影響：
色譜柱的性能依賴于填裝壓力的強度和壓縮時間的長短。動態(tài)軸向壓縮床的行為是非常復雜的。在色譜柱的壓縮過程中，雖然施加給活塞的壓力是相等的，但在床層內(nèi)部，壓力的傳遞并不能像液體中壓力的傳遞那樣均勻，接觸活塞的微粒受到直接的壓力，而床層的另一端受到的僅僅是過濾板和法蘭的擠壓，活塞端床層受到的壓力比固定端的壓力要大，由于柱壁與微粒之間存在摩擦力，因此即使是在沿色譜柱軸向的同一截面上，壓力的分布也是不同的，即在軸向和徑向都存在著壓力梯度。 對于不規(guī)則填料的軸向壓縮，壓力越大使微粒破碎的程度就越高，所以低壓下比高壓下得到的柱性能好，不管微粒的形狀如何，在壓縮開始階段，壓力迅速增加達到最大值要比逐漸地升高獲得的柱性能好。
4 軸向壓縮系統(tǒng)
動態(tài)軸向壓縮柱必須用最精密的拋光技術(shù)和同心化技術(shù)，使柱壁的光潔度（≥▽13，即表面粗糙度Ra≤0.012μm）超過了國外同類產(chǎn)品，并保證了柱管的同心度（0.2μm），從而最大限度的減少了裝柱和使用過程中的管壁效應，并可保證重復裝填多次后仍保持初次裝填時的良好密封性能和柱效。 制備柱在制造上確實有許多關(guān)鍵的技術(shù)，值得一提的是，制備管柱在樣品的入口端，需要加上一塊分配板（Distribution Plate）。 多孔直線凹槽分配板，當樣品從窄的管路流入柱子前端時，這塊板子可以加速樣品平均分配于柱體平面，這一個設計對于降低譜帶擴展效應居功闕偉，這也是制備分離是否成功的重要關(guān)鍵。
5結(jié)論
分離和純化過程中最頭疼和耗時間的步驟之一是分析規(guī)模的分離不能直接線性放大。在這種情況下，需要重新開發(fā)制備方法以達到或者接近分析方法要求的分辨率，因此延遲新藥開發(fā)中從藥物發(fā)現(xiàn)到優(yōu)化的重要步伐。分離條件不能直接放大通常發(fā)生在制備柱與分析柱所填充的填料種類不同（或者）制備柱使用比分析柱成本更低的填料時，而成功地直接放大只能在制備柱和分析柱的填料完全相同時實現(xiàn)。
