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새로운 Nexera UHPLC 시리즈

시마즈에서는 분석 관련 정보와 AI를 통합하여 시스템이 자동으로 문제를 탐지하고 해결하는 새로운 Ultra High-Performance Liquid Chromatograph Nexera 시리즈를 출시합니다.

Nexera 시리즈는 IoT와 기기 네트워킹을 이용해 실험실 관리를 단순화하여 사용자가 기기 상태를 손쉽게 확인하고, 리소스 할당을 최적화하여 분석 처리량을 높일 수 설계되었습니다.
시작부터 종료까지 완전 무인 워크플로우로 신뢰성과 유효 가동 시간을 극대화하였으며, 운영자가 지정한 시간에 기동하여 자동 청소, 등교정, baseline 체크 및 시스템 적합성을 사전에 완료하여, 연구소에 도착하기 전에 분석 준비를 끝마칠 수 있습니다.
또한 FlowPilot은 유량을 점진적으로 증가시켜 column의 손상 가능성을 감소시키고, 이상 징후를 확인하기 위해 압력 변동을 감시할 수 있는 자동 진단 및 자동 복구 기능이 포함되어 있습니다.

원격 이동상 모니터링 및 통합 소모품 관리를 통해 가동 시간과 신뢰성을 극대화하였습니다.
이동상의 실시간 모니터링을 통해 사용자는 분석 실행을 시작하기 전에 이동상이 충분하지 않을 경우 효율적으로 batch를 실행하고 그에 따라 대응할 수 있습니다. 또한 Nexera는 소모품 사용량을 관리하여 부품 교체가 필요할 경우 알림를 보내 사용자가 시스템을 최고 성능으로 유지할 수 있도록 돕습니다. Nexera UHPLC 시리즈는 사용자가 스마트 기기의 웹 브라우저에서 직접 파라미터를 확인하고 크로마토그램을 실시간으로 모니터할 수 있도록 하였습니다.

Nexera UHPLC는 워크플로우 자동화를 통해 효율성을 극대화하여 분석 처리량을 극대화하였습니다.
SIL-40 오토샘플러는 7초 이내에 전체 주입 사이클을 처리할 수 있으며, 최대 44 MTP(3 plate 체인저 사용)까지 연속 분석을 수행할 수 있습니다. SIL-40의 plate 체인저는 수천 개의 샘플에 대한 연속적인 온도 조절 분석이 가능합니다. 설정 비율에 상관없이 이동상를 자동으로 혼합하여 buffer의 준비와 용제의 희석 속도가 빨라졌고, 분석에 필요한 정확한 양만 준비하기 때문에 불필용한 용제 소모와 노동력을 줄였습니다.

Nexera의 컴팩트한 디자인은 설치 공간을 절약하고, 대기 전기를 80% 이상 적게 사용하기 때문에 가동 비용 또한 크게 절감할 수 있습니다.

 

더 자세한 사항은 아래 링크를 참주해주세요.
https://www.an.shimadzu.com/nexera_the_new_benchmark_of_intelligence.html

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고감도 분석을 위한 Micro flowrate compatible LCMS system, Nexera Mikros 출시

Microflow Liquid Chromatography Mass Spectrometry System

■ 서론
SHIMADZU는 적은 양의 샘플로 고감도 샘플 분석을 할 수 있는 micro flowrate compatible LCMS 시스템을 출시하였습니다. Nexera Mikros는 semi micro LCMS 시스템(100 uL/min ~ 500 uL/min의 유량범위에서 분석)보다 높은 감도를 갖는데 사용될 수 있습니다. 또한 nano LCMS보다 분석 시간이 짧고 내구성이 좋은 조건으로 nano flow 유량범위에서 분석을 진행 할 수 있습니다.
게다가, Nexera Mikros는 작동 능력을 개선하여 고밀도 분석을 가능하게 합니다. 이는 UF-Link가 설치되어 LCMS 이온화 인터페이스와 분석컬럼 사이의 원터치 연결/해체가 가능하기 때문입니다.

Nexera Mikros, a micro Flowrate compatible LC System

■ Microflow 조건을 통한 감도 개선

Monoclonal Antibody Bioanalysis
; Nexera Mikros and nSMOL Antibody BA kit

nSMOL(nanao-surface and molecular orientation limited proteolysis) kit는 trypsin-immobilized nanoparticle을 이용하여 항체 Fab region을 선택적으로 분해 후 분석할 수 있도록 하는 획기적인 전처리 툴 입니다. Fab region에서 분해 된 펩타이들은 고감도 MS를 이용한 MRM 분석을 통해 정량할 수 있습니다. Nexera Mikros는 일반적인 flow rate을 갖는 LCMS와 대비하여 12배 더 높은 감도로 측정 할 수 있어 0.025 ug/mL을 검출 하였고 훌륭한 linearity를 보여줍니다. 이렇듯, Nexera Mikros, micro LCMS 시스템은 낮은 농도의 샘플을 정량할 때에 이상적인 시스템이라고 볼 수 있습니다.

다음은 혈장 내 항체 약물(antibody drug)의 분석 예 입니다. Trastuzumab를 spike한 혈장을 nSMOL Antibody BA kit로 전처리 하였습니다. trastuzumab에서 유래한 펩타이드 분석의 결과를 보았을 때, 0.00763 ~ 62.5 ug/mL의 dynamic range 내에서 훌륭한 직선성(linearity, R2>0.99)과 정확도(101.0 %)를 확인 할 수 있습니다.

Lipid Mediator의 고감도 분석

Lipid mediator(지질 매개체)는 생물학적으로 신체 내에서 생산된 생물학적 지질이며, 알레르기 반응과 염증 반응에 깊이 관여하고 있습니다. 염증과정 중에, 여러 지질들이 상호 관련이 있으며 염증 유도나 억제 반응이 유도체에 의해 촉진되거나 중단됩니다. 이 과정에서 지질 매개체를 정확하게 분석하기 위해서는 고감도의 분석이 필요합니다.
아래는 백혈병과 HETE를 포함한 5개 표준 지질 매개체의 분석 데이터입니다. 기존 semi-micro LCMS 분석과 비교하여 약 10 배의 분석감도가 높은 데이터를 확인 할 수 있습니다.

■ 쉽고 편리한 운용

Micro-ESI source와 전용 컬럼오븐을 통한 분석능력 향상

SHIMADZU micro ESI LCMS source는 최적의 감도 및 안정성을 위해 설계되어 있습니다. ESI spray needle을 간편하고 편리하게 조절하여 최적의 감도를 갖도록 합니다.
Micro-ESI source에는 전용 컬럼오븐이 장착되어 안정적인 온도 유지와 재현성을 보장합니다. 최장 150 mm컬럼을 장착 할 수 있으며 컬럼은 UF-Link라는 방식으로 ESI needle과 연결됩니다.

UF-Link : 쉽고 간편한 컬럼 설치

Micro flowrate분석시 작은 dead volume도 상당한 확산을 유발하여 peak 모양과 감도에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다. UF-Link는 모든 사용자가 ESI spray needle에 다른 방해를 받지 않고 micro flow 컬럼을 정확히 설치할 수 있도록 합니다.

■ 시스템 종류

Nexera Mikors는 목적과 용도에 따라 다양한 구성을 할 수 있습니다.

Direct injection system
샘플 용량이 한정되어 있으며, 샘플 손실 없이 빠르고 높은 감도의 분석을 필요로 할 때 사용할 수 있습니다.

Trap and Elute System
많은 양의 샘플이나 농도가 낲아 샘플의 농축이 필요할 때 사용할 수 있습니다. 농축용 컬럼과 분석용 컬럼을 함께 사용하여 분석합니다.

Make-Up Flow System
샘플의 이온화를 높이기 위해서 make-up solvent를 추가로 섞을 수 있는 시스템입니다. 이온화 효율을 높여 고감도로 샘플을 분석할 수 있습니다.

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New paradigm shift in Liquid Chromatography (Nexera-e)

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Nexera-e의 포괄적인 2D-LC(Comprehensive 2D-LC)법은 2개의 상이한 분리계를 직각으로 교차시키는 원리로 액체크로마토그래피의 가능성을 한층 더 높혔습니다.
의약품불순물, 단백질효소 소화물, 식품추출물 등 천연물, 합성폴리머 등 복잡한 시료 분석에서 Nexera-e로 얻어진 새로운 결과는 새로운 지식과 분석대상에 대한 보다 깊은 이해를 가져올 것입니다.

통상적인 1차원 LC로는 불가능한 고분리를 실현


하나의 피크에 몇 개의 성분이 겹쳐져 있는 것일까요? 시료가 복잡할수록 비슷한 성질의 성분이 많을수록, 하나의 피크에 여러 개의 성분이 겹치기 십상입니다. 단일 분리계로는 분리할 수 없는 성분도 서로 상이한 2개의 분리계를 이용하면 분리를 할 수 있게 됩니다.

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위의 예시는 단일 분리계에서는 하나의 피크로 겹쳐져 버린 성분도 2개의 분리계로는 분리할 수 있는 것을 나타냅니다. 또한, 1차원 LC에서는 74개의 피크를 확인할 수 있지만, Nexera-e를 사용함으로써 동일한 분석시간에 200개가 넘는 피크가 검출됩니다.

1. 2개의 상이한 분리계로 포괄적인 2차원 분리


1-1. 2개의 상이한 분리계를 최대한으로 활용하여 총망라한 2차원 분리를 달성

Comprehensive 2D-LC는 2개의 상이한 분리계(ex. 극성과 비극성)를 직각으로 교차하여 조합함으로써 분리 성능을 대폭적으로 향상시킨 완전 새로운 분석 기술입니다. 일반 1차원 LC로는 분리가 곤란했던 성분도 분리할 수 있기 때문에, 복잡한 시료 분석에 이용됩니다. 또한, 일반적인 2차원 LC와 달리 Nexera-e로 얻어진 데이터는 1차 분리, 2차 분리의 분석 결과를 모두 반영하고 있어 양쪽 분리계를 최대한으로 활용할 수 있게 되었습니다.
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Comprehensive 2D-LC는 1차 분리된 용리액을 2차원 map상에서 각 성분을 해석 분획하고 온라인으로 차례대로 2차 분리를 실행합니다. 이 때문에 2개의 루프를 끼워 1차원 분리계와 2차원 분리계가 교차하는 유로 구조를 취해, 밸브전환에 의해 1차 용리액의 분획과 2차 분리계로의 주입을 번갈아 가며 반복합니다.

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1-2. 2차원 map상에서 각 성분을 해석

Comprehensive 2D-LC 분석의 이점이 높은 분리능만이 아닙니다. 2차원 map상에서는 1차원 축, 2차원 축 각각을 다른 분리 조건으로 설정할 수 있기 때문에 각 성분의 물성과 map상의 위치가 서로 관계가 있습니다. 2차원 map상에서 해석함으로써 유사한 구조를 가진 화합물을 그룹으로 구분하여 각 성분을 시각적으로 본다거나, 미지 성분의 물성을 map상에서 해석할 수 있습니다.

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인지질의 각 성분은 1차원 순상계에서 극성기 종류(class)에 따라 분리되어 2차원 역상계에 의해
서 지방산 사슬 길이에 따라 분리됩니다.
그림에서는 각 성분을 class별로 그룹화하여 표시하고 있습니다.
인지질에는 positive mode로 강력하게 검출되는 성분과 negative mode로 검출되는 성분이 있는데, LCMS-8050의 고속 양/음이온화 전환[Ufswitching]에 의해 1회 분석으로 양방 데이터를 총망라하여 취득할 수 있습니다.

2. 최고급 성능을 가진 Nexera X2로 구성

Comprehensive 2D-LC을 실현하기 위해서는 각각 최고 성능의 컴포넌트(components)로 구성되어야 합니다. 예를 들어 2차원 분석계에서는 초고속 기울기(gradient)분석, 즉 높은 유량, 초고압에서의 송액이 요구됩니다. 게다가 시료간 차이를 해석하기 위해서는 이들 분석조건에 있어서 유지시간의 재현성이 높아야 합니다. Nexera-e는 최고급 Nexera X2의 각 컴포넌트로 채택하고 있어 이러한 요구에 대해 충분히 부응할 수 있는 성능을 가지고 있습니다. 예를 들어 송액 장치 LC-30AD는 3 mL/min의 높은 유량치까지 130 Mpa의 압력으로 송액할 수 있습니다. 또한, 130 Mpa인 고압유로전환밸브 FCV-32AH을 장착해 2차원 분석계의 선택 폭을 확장합니다.

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Nexera-e는 자사가 개발한 저용량유로전환밸브를 장착하고 있습니다.
Comprehensive 2D-LC는 빈번하게 유로를 전환하기 때문에, seal 마모 가루가 생기기 쉬운 밸브는 분석 중에 유로 막힘이 발생하는 등 분석에 중대한 영향을 미칠 가능성이 있습니다. Nexera X2의 자동주입장치(autosampler)의 기술을 활용한 밸브 FCV-32AH로 이러한 우려를 제거하였습니다.

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초고속분석이 기본이 되는 Comprehensive 2D-LC에서는 검출기의 고속 샘플링도 중요합니다.
Nexera X2의 광다이오드어레이 검출기인 SPD-M30A는 최대200Hz, 트리플사중극형질량분석기 LCMS-8050도 UF-MS 기술에 의한 초고속 scan을 실현하여 여유있게 데이터 채취를 할 수 있게 되었습니다.

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3. 2차원 데이터의 변환과 2차원 데이터 상에서의 정성・정량 해석

데이터 수집으로 얻어진 데이터는 2D-LC 해석 소프트웨어인 ChromSquare로 2차원 등고선 데이터로 변환됩니다. 크로마토그램 상의 피크는 등고선 데이터 상에서는 spot로 인식되어, 정성・정량 해석은 그 spot 단위로 처리됩니다.

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MS스펙트럼은 마우스 포인터에 따라 실시간(real time)으로 표시됩니다. 예를 들어, 특징적인 spot에 대해 MS 스펙트럼을 확인하여 정성분석을 용이하게 수행할 수 있습니다.
또한, 일반적인 HPLC 분석과 마찬가지로 표준시료의 분석 결과로 검량선을 작성하고, 그 검량선에 근거하여 미지 시료의 정량 분석을 수행할 수 있습니다.

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포괄적인 2차원 크로마토그래프 기술은 식품, 향료, 환경, 화학 등의 분야에서 많은 성분이 함유된 시료 중, 미세한 성분 차이를 총망라하여 신속하게 해석하므로 유용한 분리 기술로 몇년 사이 수요가 높아지고 있습니다.

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2차원 map : 필요한 정보를 한눈에 확인

화합물 구조를 반영한 이미지 패턴이 표시되어, 다성분 혼합물의 grouping분석에 유용합니다.
인지질의 각 성분(왼쪽 그림)은 1차원 순상계에 의해 극성기 종류(class)에 따라 분리되고, 2차원 역상계에 의해 지방산 사슬길이에 따라 분리됩니다. 경유 분석(오른쪽 그림)에서는 벤젠고리 수나 탄소 수에 대응한 패턴이 나타나 있습니다.

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크로마토그래프의 최대 장점인 분리검출능을 최대한으로 높혀 기존에는 곤란했던 구조유사화합물의 고분리 분석을 실현한 포괄적인 2차원 크로마토그래프 e-Series, LC(액체크로마토그래프)를 기본으로 한 LC×LC시스템「Nexera-e」와 GC(기체크로마토그래프)・GC-MS(기체크로마토그래프 질량분석기)를 기본으로 한 GC×GC시스템「Ultra-e」, LC로 분획한 시료를 GCxGC-MS(/MS)로 분석하는 LC-GCxGC-MS/MS시스템「5D Ultra-e」을 라인업하고 있고 전용 소프트웨어「ChromSquare」로 데이터 해석을 실행합니다.

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Comprehensive Chromatography의 Application
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Comprehensive Chromatography 원리

1-Dimensional GC/LC는 보통 GC, GCMS, LC, LCMS을 가리킵니다.(아래 왼쪽 그림)
2개의 상이한 분리 메커니즘을 이을 수 잇는 2-Dimensional GC/LC로는 Multidimensional chromatography와 Comprehensive chromatography가 있고, 1차원으로 분리가 불충분한 성분 피크를 2차원으로 도입함으로써 피크를 분리합니다. Multidimensional chromatography에서 잘 알려진 분석법으로 hurt-cut가 있습니다. 1차원(1D)으로 분리된 용출물 중, 선택한 부분만 2차원으로 보내 분리 검출하는 기술입니다(아래 가운데 그림). 한편 Comprehensive chromatography는 시료 중 분석 대상을 포함한 분리 과정을 더 포괄적으로 실시하는 것을 의미합니다. 달리 말해 1차원(1D)의 모든 용출물을 다시 한번 2차원으로 분리・검출합니다(아래 오른쪽 그림) Comprehensive chromatography는 분리화학이 다다른 최종지점이라고 할 수 있겠습니다

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포괄적인 2차원 GC×GC, LC×LC나 LC×GC 장비와 소프트웨어는 세계적으로 많은 분석기술자들에 의해 지속적으로 개발이 이어지고 있습니다.

GC×GC는 향기나 풍미의 분석뿐만 아니라, 식품이나 생체 시료 중의 지방산 에스터, 농약, 석유화 학품 분석에 널리 이용되고 있습니다.
LCxLC는 질량분석기와 연결하여 프로테오믹스, 리피도믹스(lipidomics), 식품산화방지제 분석을 포함한 여러가지 건강, 생물학, 영양학에 관한 시험에 유효해 지고 있습니다.
LC×GC는 식품오염물질(식물성 기름 중 광물성 기름 등)의 분석에 유용성이 검토되고 있습니다.

Chomprehensive Chromatography 로 가능한 것

단일 분리계에서는 겹쳐져 버린다는 성분도 2개의 분리계를 이용함으로써 분리할 수 있습니다. 예를 들어, 갈근탕추출물을 1차원 LC로 분석하면, 분석조건(1)로는 74개의 피크, 분석조건(2)로는 54개의 피크밖에 확인할 수 없습니다. 포괄적인 2차원 LC에서는 200개가 넘는 피크를 분리할 수 있습니다.

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시료가 복잡할수록, 유사한 성분이 많을수록, 1개의 피크에 여러 개의 성분이 겹치기 쉬워집니다.
단일 분리계로는 분리할 수 없는 성분도 서로 다른 2개의 분리계를 이용하면 분리할 수 있게 됩
니다.
2차원 크로마토그래피로 얻어진 방대한 피크를 놓치지 않고 검출하기 위해서는 초고속 MS가 필요합니다. 시마즈의 UF 테크놀로지는 그러한 요구에 부응할 수 있습니다.
아래 그림은 GC×GC의 scan speed 3333, 10000, 20000u/sec에서의 데이터입니다. UFMS의 고속성이 피크 분리를 향상시켜 줍니다.

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Nexera Method Scouting 시스템

-효율적인 분석법 개발을 위한 시스템-

기존의 분석 조건 탐색 과정은 분석법 개발에 있어서 복잡하고 시간 소모적인 경우가 있습니다.
여기서는 기존 분석법 개발 기술의 제한 요소를 식별하고 그 해결책을 제시하는 Nexera Method Scouting 시스템 및 관련 Application을 소개하고 있습니다.

  1. 분석법 개발 속도를 지연시키는 단계
    1-4 단계 중 2단계인 Method Scouting에서 가장 많은 시간이 소모됩니다. 예를 들어, 불순물이나 천연물 분석, 광학 이성질체의 카이랄 분석 등은 시험하는데 많은 시행착오를 겪어야 하거나 적절 한 분석 조건을 심도 있게 조사(Scouting)해야 하는 등 어려움이 많습니다.
    게다가 이 단계는 풍부한 경험과 전문 지식, 연구 시간(분석자의 분석 스킬에 의존적)이 요구되므로 Method scouting이 분석법 개발 속도를 지연하는 측면 중의 하나라고 할 수 있습니다.

    그림. 1 분석법 개발 단계

  2. 분석법 개발
    새로운 분석법을 만들고 validation하는 것은 분석법 개발 부서와 생산 기술 부서의 중요한 업무입니다. 분석법 개발은 아래에 요약한 것처럼 기본적으로 4단계로 나눌 수 있으며, 그림.1에서 도식화하였습니다.

    <단계 1> Simulation
    이 단계는 크로마토그래프에서의 화합물 동태을 예측하기 위해 이용되는 오프라인 과정입니다. 실제 분석 전에 구조식, pKa 등과 같은 화합물 정보에 근거하여 유지 시간 및 크로마토그램 양상을 예측할 수 있습니다. 일반적으로 잘 알려진 화합물에 대해 수행할 수 있습니다.
    <단계 2> Method Scouting
    이 단계는 시료 내에 존재하는 다수의 성분을 충분히 분리할 수 있는 분석 조건을 찾기 위해 컬럼과 이동상을 철저하게 조사하는 과정입니다. 다양한 컬럼과 이동상을 가지고 분석 시험을 수행함으로써 최적의 조건(컬럼과 이동상 조합)을 탐색(Scouting)하도록 되어 있습니다.
    LC/MS의 경우, 이동상 첨가제 유형에 대한 제약(즉, 휘발성이어야 함)이 있어서 컬럼 선택이 중대한 요소가 됩니다.
    <단계 3> Method Optimization
    이 단계는 시료 성분 간의 더 나은 분리능이나 분석 시간 단축을 위해 다양한 파라미터를 좀 더 최적화하는 과정입니다. Optimization은 2단계에서 선택된 컬럼과 이동상에 기초하여 수행됩니다.
    어떤 경우에는 2단계에서 4단계로 진행되면서 이 단계를 생략하기도 합니다.
    <단계 4> Method Validation
    이 단계는 분석법의 완건성을 입증하기 위해 분석에 사용하는 시험방법을 검증하는 단계입니다.
  3. Method Scouting의 제한 요인
    Method scouting을 지연시키는 요인은 분석자 뿐만 아니라 시료에서도 기인하며 method scouting에 이용되는 시스템 또한 중요한 요인이 됩니다.

    그림. 2 이동상과 컬럼 준비

    그림.2과 같이 다양한 이동상(수용성 용매, 유기 용매)과 컬럼을 가지고 최적화된 분석 조건을 탐색할 때 더 많은 컬럼과 용매 선택을 위해 일반 LC 시스템에 용매와 컬럼 전환 밸브를 추가하는 것은 속도를 지연하는 요인이 됩니다. 왜냐하면 Method scouting은 각각의 분석 실행 동안 파라미터 값을 조금씩 변경시켜 연속적인 분석 시험을 하는 과정이기 때문에 어떤 용매나 컬럼을 추가하든지 간에 루틴한 분석과 많이 다른 분석을 하기 위해서는 충분한 시간이 요구됩니다.
    Method scouting 속도 제한의 주요한 요인은 그림.3에 나타내었습니다.

    그림. 3 Method Scouting 제한 요인

    위의 그림에 나타낸 9개의 제한 요인을 3개의 카테고리로 분류하였습니다.

    1. 복잡성– 이해하기 어려운 조작
      → 복잡한 소프트웨어 조작
    1. 실수 – 시험 과정의 실수
      →이동상 조제 과정 및/또는 데이터 분석 중의 실수
    1. 시간 – 비효율성
      →분석 준비에서 평가 완료까지 장시간의 작업 시간

    그림.3의 (1)-(9)의 요인 중 어느 것 하나 무시할 수 없기 때문에 method scouting과 관련된 모든 속도 제한 요인은 반드시 제거되어야 합니다.

  4. Method Scouting의 제한 요인
    그림.3의 (1) – (9)에 대한 구체적인 해결책은 표.1에 나타내었습니다.

    (A) 제한 요인* *이 내용은 그림.2와 동일함

    (B) 해결책

    성공적인 method scouting을 하려면 그러한 해결책을 제시할 수 있는 시스템이 필수적이며, SHIMADZU 시스템으로는 Nexera Method Scouting 시스템(초고성능 액체 크로마토그래프 method scouting 시스템)과 전용 Method Scouting Solution 소프트웨어 (그림.4)가 있습니다.

    그림. 4 Nexera Method Scouting

     

  5. Method Scouting의 제한 요인
    Method Scouting Solution 소프트웨어는 표.1(B)에 설명된 특징이 내장되어 있어 누구라도 쉽고, 간편하게 분석 조건을 탐색할 수 있습니다.

    그림. 5 Method Scouting Solution의 메인 창

     

5-1. 복잡성 → 단순화

(1) 조건 설정 창
이 시스템의 작업은 주로 method scouting solution의 메인 창에서 실시됩니다. Wizards에 의존하는 다른 시스템과는 달리, 이 시스템은 분석자가 유로 diagram을 보면서 조건을 설정할 수 있는 간단한 인터페이스를 채택하였습니다.(2) 이동상 및 컬럼 선택
메인 창(그림.5)에서 이동상이나 컬럼 아이콘을 간단히 클릭하여 [Database]창(컬럼과 이동상 데이터베이스 창)을 자동 활성화시킵니다(그림.6). 데이터베이스에서 scouting에 사용할 이동상(수용성 용매, 유기 용매) 및 컬럼을 선택합니다. 이 창에서 데이터베이스로 이동상 및 컬럼 추가도 가능합니다.(3) Gradient 설정
Gradient 조건도 메인 창에서 설정합니다(그림.5). 다양한 gradient 조건을 가지고 연속적으로 시험을 실행하려면 [Advanced Setting] 버튼을 클릭하여 [Gradient]창(그림.7)을 표시합니다. 이 창은 그래프 화면으로 gradient 패턴을 보면서 설정이 가능하여 복잡한 gradient 패턴을 사용할 경우 모든 값이 정확히 입력되었는지 확인할 수 있습니다.

그림. 7 Gradient 패턴 설정 ([Gradient] 창)

5-2. 실수 → Mistake-free

큰 차이 없는 파라미터 값이 설정된 많은 분석법을 처리할 때 부주의로 인한 실수를 방지하는 것이 Method scouting에서 중요합니다.

(4) 컬럼 연결
컬럼을 연결하는 tubing은 색깔로 표시된 태그로 식별할 수 있습니다(그림.9). 태그의 색은 소프트웨어 [Monitor]창(그림.8)의 ‘column icon’ 색과 상응하므로 연결한 컬럼에 대한 오류를 방지할 수 있습니다.

그림. 8 분석 중 [Monitor] 창

그림. 9 유로 식별

(5) 시료 및 이동상 제조
연속적인 일련의 분석에 필요한 시료와 이동상의 총량이 표시됩니다(그림.5(5)). 분석을 준비하는 동안 이 수치를 참조하면 분석 중에 시료나 이동상이 고갈되는 문제를 사전에 방지할 수 있습니다.

(6) 분석 데이터 처리 및 리포트 작성
컬럼, 이동상, gradient 조건에 관한 정보가 자동 입력되고 분석 데이터 파일명과 함께 저장됩니다(그림.5(6)). 더 자세한 정보는 자동으로 출력 리포트로 제공됩니다(그림.10).

그림. 10 출력 리포트에 분석 조건이 자동적으로 게재

5-3. 시간 소모 → Quick

(7) Batch 설정
[Create Batch]버튼(그림.5(7))을 클릭하여 5-1.의 (1)-(3)순으로 설정하면 배치 파일이 자동 생성됩니다. 예를 들어, 표.2와 같이 일반적인 시스템에서는 960개의 서로 다른 분석 파일을 만드는데 32시간이 소요되지만 이 시스템을 이용하면 하나의 분석 파일을 만들어 거의 동시에 완성합니다.
마찬가지로 배치 파일을 만드는 경우도 일반적인 시스템에서는 보통 8시간이 걸리는데 반해 Nexera method scouting시스템은 거의 동시에 생성되기 때문에 시간을 줄일 수 있습니다.

표 2 Scouting 조건 설정에 요구되는 시간 비교

(8) 분석 시간
이 시스템은 Nexera UHPLC(초고성능 LC)의 기능을 바탕으로 제작되어서 기존 시스템과 비교하여 분석 시간을 현저히 단축시켰습니다. 또한 single LC/MS인 LCMS-2020과 LC/MS/MS인 LCMS-8030의 분석법 개발을 지원합니다(그림.11).

그림. 11 Nexera Method Scouting-LCMS 시스템

(9) Scouting 결과 평가
그림.12와 같이 Class-Agent와 CLASS-Agent Report 소프트웨어를 이용하면 scouting결과를 정량적으로 평가할 수 있습니다. CLASS-Agent Report 소프트웨어는 분석 결과로부터 필요한 값을 자동으로 추출하고 미리 준비된 템플릿으로 데이터를 불러 오면 그림.12와 같은 리포트가 자동으로 생성됩니다. 크로마토그램을 비교하기 위해 큰 용량의 분석 결과를 하나하나씩 인쇄하던 작업을 없애 노동력 절감을 촉진하고 종이 사용을 현저히 줄일 수 있습니다.

그림. 12 Scouting 결과 평가

  1. Nexera Method Scouting Application 사례
    -카이랄 성분의 신속한 Method Scouting- 카이랄 컬럼 크로마토그래프는 의약품 개발 분야에서 활발히 연구되고 있는 컬럼 크로마토그래피의 변형된 방법으로 거울상 이성질체의 분리에 이용됩니다. 하지만, 이 방법의 한 가지 단점은 분석 물질을 분리하기 위해, 이동상 조건을 최적화 하고 다양한 카이랄 컬럼 중 적합한 컬럼을 결정하기 위해 방대한 시간과 노력을 소모한다는 점입니다.여기서는 iChiral-6 polysaccharide계 컬럼(Daicel社)과 Nexera Method Scouting system을 이용하여 최적화된 컬럼 조건을 가지고 카이랄 성분의 고분리능(high-resolution) 분석한 사례를 소개하고자 합니다.

    6-1. 개요

    순수한 형태(거울상)의 카이랄 화합물을 생물학적으로 응용(특히 제약 분야에서 사용)하기 위해서는 그 성분의 안전성이 필수적입니다. 하나의 거울상 이성질체는 해로운 독성을 가지는 반면 다른 하나의 거울상 이성질체는 약효 특성을 가지는 경우가 종종 있기 때문에 이러한 거울상 이성질체는 완전히 분리하는 것이 중요합니다.
    HPLC에 의한 광학 분리(카이랄 분리)는 일반적으로 카이랄 화합물을 얻기 위해 이용되는 분석법 중의 하나입니다.
    이 HPLC 방법은 특정한 카이랄 화합물 분석에 적합한 이동상과 컬럼을 탐색하는 Method scouting 과정에서 노동 집약적이고 많은 시간적 소모를 수반합니다.
    최근 약물 합성 및 의약품 중간체 생산 속도를 높이기 위해 이러한 Method scouting 과정의 가
    속화에 많은 노력을 기울이고 있습니다.
    초고성능 액체크로마토그래피(Ultra high performance liquid chromatography, UHPLC)는 생산성 및 효율성을 향상함으로써 분석 처리량을 증가시킬 수 있는 HPLC 기술로 많은 관심을 받고 있습니
    다. 또한, 용매 소비를 최소화하면서 전체적인 처리량을 증가시키는 수단으로서 Method scouting을 위해 UHPLC 도입이 촉진되고 있습니다.
    이 Technical report에서는 3개의 카이랄 화합물(bromacil, α-methyl-α-acethyl-γ-butylrolactone, methylclothiazide)의 분석 결과를 소개하고 있습니다.

    6-2. 실험
    6-2-1. 시스템
    그림.1은 이 실험을 위해 구성된 Nexera Method scouting 시스템의 흐름도입니다. 초고성능 펌프 각 내부에 용매 전환 밸브를 설치하고 오븐 내부에 컬럼 전환 밸브를 설치한 시스템입니다. 이렇게 구성함으로써 컬럼과 이동상의 최대 96개의 조합을 지속적으로 전환해가면서 광범위한 데이터 수집이 가능해졌습니다.

    그림. 1 Nexera Method Scouting 시스템의 흐름도

    6-2-2. 시료 정보
    그림.2와 같이 3개의 카이랄 화합물 표준 물질 (bromacil, α-methyl-α-acethyl-γ-butylrolactone, methylclothiazide)을 분석하였습니다.
    이 표준 물질은 Hexane과 MTBE로 녹여 1.0 mg/mL의 농도로 분석하였습니다.

    그림. 2 카이랄 화합물의 구조식

    6-2-3. 카이랄 컬럼
    표시된 카이랄 화합물의 고분리능 조건을 제공하기 위해 Caicel社의 iChiral-6 high-resolution polysaccharide계 컬럼 (CHIRALPAK®IA/IB/IC/ID/IE/IF)을 이용하였습니다.
    그림.3은 각각의 컬럼 작용기를 나타내었습니다. (A)~(F)의 iChiral-6 컬럼은 이 실험에 지정된 유기 용매와 호환되기 때문에 카이랄 화합물의 method scouting 분석이 가능합니다.

    그림. 3 카이랄 작용기

    6-2-4. 분리조건
    hexane, 2-propanol, ethanol, dichloromethane, methyl-t-butyl ether를 가지고 각기 다른 비율로 조합하여 제조한 8개의 혼합 용매를 이동상으로 이용하였습니다. 상세한 분리 조건은 표.1에 나타내었습니다.
    8개의 이동상과 6개의 컬럼을 이용한 48개의 분리 조건으로 각각의 카이랄 화합물 분리에 적합한 조건을 철저하게 탐색할 수 있습니다.

    표 1 분석 조건
    Note: methylclothiozide를 분석하기 위해 0.1% diethylamine이 각 이동상에 첨가되었습니다.

    6-3. 결과
    그림.4는 총 48개의 조건을 가지고 bromacil을 분석한 크로마토그램이고, 그림.5는 3개의 카이랄 화합물에 대한 각각의 최적 조건을 나타내었습니다.

    그림. 4 Method Scouting Results for Bromacil

    그림. 5 Bromacil, α-Methyl-α-Acetyl-γ-Butyloractone, Methylclothiazide의 크로마토그램

    6-4. 분석

    그림. 6 CLASS-Agent Report로 크로마토그램의 정량 비교

    표 2 Methylclothiazide 분석 결과

    6-5. 결론
    Nexera Method Scouting 시스템과 iChiral-6 high-resolution polysaccharide계 컬럼을 이용하여 3개의 카이랄 화합물에 대한 최적의 분리 조건(컬럼, 이동상)을 신속하게 결정할 수 있었습니다.
    또한, CLASS-Agent Report를 이용하여 각 크로마토그램의 분리능(Resolution) 및 대칭계수를 나타내는 수치를 비교함으로써 크로마토그램의 비교 평가뿐만 아니라 효율적으로 데이터 분석을 시각적으로 비교할 수 있었습니다.
    이 연구에 사용된 시스템과 컬럼은 카이랄 분석이 필수적인 의약품 중간체 분야나 합성 신약 개발 분야, 제약 CMC 부서의 새로운 분석법 개발, 화학 및 식품 R&D를 포함한 다양한 시장에 유용할 것으로 사료됩니다.