Una columna monolítica de HPLC , o columna monolítica, es una columna utilizada en cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC). La estructura interna de la columna monolítica se crea de tal manera que se forman muchos canales dentro de la columna. El material dentro de la columna que separa los canales puede ser poroso y funcionalizado. Por el contrario, la mayoría de las configuraciones de HPLC utilizan columnas empaquetadas con partículas; en estas configuraciones, se utilizan pequeñas perlas de una sustancia inerte, típicamente una sílice modificada , dentro de la columna. [1] Las columnas monolíticas se pueden dividir en dos categorías, monolitos basados en sílice y monolitos basados en polímeros. Los monolitos basados en sílice son conocidos por su eficiencia en la separación de moléculas más pequeñas, mientras que los basados en polímeros son conocidos por separar moléculas de proteínas grandes.
En la cromatografía analítica, el objetivo es separar e identificar de forma única cada uno de los compuestos de una sustancia. Alternativamente, la cromatografía a escala preparativa es un método de purificación de grandes lotes de material en un entorno de producción. Los métodos básicos de separación en HPLC se basan en una fase móvil (agua, disolventes orgánicos , etc.) que pasa a través de una fase estacionaria (empaquetaduras de sílice particulada, monolitos, etc.) en un entorno cerrado (columna); las diferencias de reactividad entre el disolvente de interés y las fases móvil y estacionaria distinguen los compuestos entre sí en una serie de fenómenos de adsorción y desorción. Luego, los resultados se muestran visualmente en un cromatograma resultante . Las fases estacionarias están disponibles en muchas variedades de estilos de empaquetamiento, así como estructuras químicas, y se pueden funcionalizar para una mayor especificidad. Las columnas de estilo monolítico, o monolitos, son uno de los muchos tipos de estructura de fase estacionaria.
Los monolitos, en términos cromatográficos, son estructuras porosas en forma de varilla caracterizadas por mesoporos y macroporos. Estos poros proporcionan a los monolitos una alta permeabilidad, una gran cantidad de canales y una gran área superficial disponible para la reactividad. La estructura principal de una columna monolítica está compuesta por un sustrato orgánico o inorgánico y se puede alterar químicamente fácilmente para aplicaciones específicas. Su estructura única les otorga varias propiedades físico-mecánicas que les permiten competir con las columnas tradicionales rellenas. [2]
Históricamente, la columna HPLC típica consiste en sílice particulada de alta pureza comprimida en tubos de acero inoxidable. Para disminuir los tiempos de ejecución y aumentar la selectividad, se han buscado distancias de difusión más pequeñas. Para lograr distancias de difusión más pequeñas, se ha producido una disminución en los tamaños de partícula. Sin embargo, a medida que disminuye el tamaño de partícula, la contrapresión (para un diámetro de columna determinado y un flujo volumétrico determinado) aumenta proporcionalmente. La presión es inversamente proporcional al cuadrado del tamaño de partícula; es decir, cuando el tamaño de partícula se reduce a la mitad, la presión aumenta en un factor de cuatro. Esto se debe a que a medida que los tamaños de partícula se hacen más pequeños, los huecos intersticiales (los espacios entre las partículas) también lo hacen, y es más difícil empujar los compuestos a través de los espacios más pequeños. Los sistemas HPLC modernos generalmente están diseñados para soportar alrededor de 18.000 libras por pulgada cuadrada (1.200 bar) de contrapresión para lidiar con este problema.
Los monolitos también tienen distancias de difusión muy cortas , a la vez que proporcionan múltiples vías para la dispersión de solutos. Las columnas de partículas empaquetadas tienen valores de conectividad de poro de aproximadamente 1,5, mientras que los monolitos tienen valores que van desde 6 a más de 10. Esto significa que, en una columna de partículas, un analito dado puede difundirse dentro y fuera del mismo poro, o entrar a través de un poro y salir a través de un poro conectado. Por el contrario, un analito en un monolito puede entrar en un canal y salir a través de cualquiera de 6 o más lugares diferentes. [3] Una pequeña parte de la superficie de un monolito es inaccesible para los compuestos en la fase móvil. El alto grado de interconectividad en los monolitos confiere una ventaja que se observa en las bajas contrapresiones y los altos caudales fácilmente alcanzables.
Los monolitos son ideales para moléculas grandes , aunque la purificación de moléculas más grandes puede llevar mucho tiempo. [2] Como se mencionó anteriormente, los tamaños de partículas están disminuyendo en un intento de lograr una mayor resolución y separaciones más rápidas, lo que llevó a mayores contrapresiones. Cuando se utilizan tamaños de partículas más pequeños para separar biomoléculas , las contrapresiones aumentan aún más debido al gran tamaño de la molécula. En los monolitos, donde las contrapresiones son bajas y los tamaños de los canales son grandes, las separaciones de moléculas pequeñas son menos eficientes. Esto se demuestra por las capacidades de unión dinámica, una medida de cuánta muestra puede unirse a la superficie de la fase estacionaria. Las capacidades de unión dinámica de los monolitos para moléculas grandes pueden ser un orden de diez veces mayores que las de los empaquetamientos de partículas. [3]
Los monolitos no presentan fuerzas de corte ni efectos de remolino. La alta interconectividad de los mesoporos permite múltiples vías de flujo convectivo a través de la columna. El transporte de masa de solutos a través de la columna no se ve afectado relativamente por la velocidad de flujo. Esto es completamente contrario a los empaquetamientos de partículas tradicionales, por los cuales los efectos de remolino y las fuerzas de corte contribuyen en gran medida a la pérdida de resolución y capacidad, como se ve en la curva de vanDeemter. Sin embargo, los monolitos pueden sufrir una desventaja de flujo diferente: los efectos de pared. Los monolitos de sílice, en particular, tienen una tendencia a alejarse de los lados de su envoltura de columna. Cuando esto sucede, el flujo de la fase móvil se produce alrededor de la fase estacionaria y a través de ella, lo que disminuye la resolución. Los efectos de pared se han reducido en gran medida gracias a los avances en la construcción de columnas.
Otras ventajas de los monolitos conferidas por su construcción individual incluyen una mayor reproducibilidad de columna a columna y de lote a lote. Una técnica para crear columnas monolíticas es polimerizar la estructura in situ . Esto implica llenar el molde o el tubo de la columna con una mezcla de monómeros , un agente de reticulación, un iniciador de radicales libres y un disolvente porógeno, y luego iniciar el proceso de polimerización en condiciones térmicas o de irradiación cuidadosamente controladas. La polimerización in situ monolítica evita la fuente principal de variabilidad de columna a columna, que es el procedimiento de empaque. [4]
Además, las columnas de partículas empaquetadas deben mantenerse en un entorno de solvente y no pueden exponerse al aire durante o después del procedimiento de empaquetamiento. Si se exponen al aire, los poros se secan y ya no proporcionan un área de superficie adecuada para la reactividad; la columna debe volver a empaquetarse o desecharse. Además, debido a que la compresión de partículas y la uniformidad del empaquetamiento no son relevantes para los monolitos, estos exhiben una mayor robustez mecánica; si las columnas de partículas se caen, por ejemplo, la integridad de la columna puede verse dañada. Las columnas monolíticas son más estables físicamente que sus contrapartes de partículas.
Las raíces de la cromatografía líquida se remontan a hace más de un siglo, a 1900, cuando el botánico ruso Mikhail Tsvet comenzó a experimentar con pigmentos vegetales en la clorofila . [5] [ referencia circular ] Observó que, cuando se aplicaba un disolvente, aparecían bandas distintas que migraban a diferentes velocidades a lo largo de una fase estacionaria. Para esta nueva observación, acuñó el término "cromatografía", una imagen coloreada. Su primera conferencia sobre el tema se presentó en 1903, pero su contribución más importante se produjo tres años después, en 1906, cuando se publicó el artículo " Análisis de adsorción y método cromatográfico. Aplicaciones en la química de la clorofila". La rivalidad con un colega que denunció rápidamente y enérgicamente su trabajo significó que el análisis cromatográfico se archivó durante casi 25 años. La gran ironía del asunto es que fueron los estudiantes de su rival quienes más tarde tomaron la bandera de la cromatografía en su trabajo con carotinas.
La cromatografía de fase normal , que no ha sufrido grandes cambios desde la época de Tswett hasta la década de 1940, se realizaba haciendo pasar un disolvente alimentado por gravedad a través de pequeños tubos de vidrio llenos de perlas adsorbentes peliculares. [ cita requerida ] Sin embargo, fue en la década de 1940 cuando se produjo una gran revolución en la cromatografía de gases (GC). Aunque la GC era una técnica maravillosa para analizar compuestos inorgánicos , menos del 20% de las moléculas orgánicas se pueden separar utilizando esta técnica. Fue Richard Synge , quien en 1952 ganó el Premio Nobel de Química por su trabajo con la cromatografía de partición , quien aplicó los conocimientos teóricos adquiridos en su trabajo en GC a la LC. A partir de esta revolución, la década de 1950 también vio el advenimiento de la cromatografía en papel, la cromatografía de partición en fase inversa (RPC) y la cromatografía de interacción hidrofóbica (HIC). Los primeros geles para uso en LC se crearon utilizando dextranos reticulados ( Sephadex ) en un intento de hacer realidad la predicción de Synge de que una fase estacionaria única de una sola pieza podría proporcionar una solución cromatográfica ideal.
En la década de 1960, se crearon geles de poliacrilamida y agarosa en un nuevo intento de crear una fase estacionaria de una sola pieza, pero la pureza y la estabilidad de los componentes disponibles no resultaron útiles para su implementación en la HPLC. En esta década, se inventó la cromatografía de afinidad, se utilizó por primera vez un detector ultravioleta ( UV ) junto con la LC y, lo más importante, nació la HPLC moderna. Csaba Horvath lideró el desarrollo de la HPLC moderna al unir equipos de laboratorio para adaptarlos a sus propósitos. En 1968, Picker Nuclear Company comercializó el primer HPLC disponible comercialmente como "analizador de ácidos nucleicos". Al año siguiente, se celebró el primer simposio internacional sobre HPLC y Kirkland en DuPont pudo funcionalizar partículas peliculares de porosidad controlada por primera vez.
Los años 1970 y 1980 fueron testigos de un renovado interés en los medios de separación con volúmenes de vacío interparticulares reducidos. [ cita requerida ] La cromatografía de perfusión mostró, por primera vez, que los medios de cromatografía podían soportar altas velocidades de flujo sin sacrificar la resolución. [6] Los monolitos encajan perfectamente en esta nueva clase de medios, ya que no presentan volumen de vacío y pueden soportar velocidades de flujo de hasta 9 ml/min. Los monolitos poliméricos tal como existen hoy en día fueron desarrollados independientemente por tres laboratorios diferentes a fines de la década de 1980 dirigidos por Hjerten, Svec y Tennikova. Simultáneamente, las bioseparaciones se volvieron cada vez más importantes y las tecnologías de monolitos demostraron ser beneficiosas en las separaciones biotecnológicas.
Aunque en los años 80 la industria se centró en la biotecnología, en los 90 se centró en la ingeniería de procesos. [ cita requerida ] Mientras que los cromatógrafos convencionales utilizaban columnas de partículas de 3 μm , las columnas de menos de 2 μm estaban en fase de investigación. Las partículas más pequeñas implicaban una mejor resolución y tiempos de ejecución más cortos; también había un aumento asociado en la contrapresión. Para soportar la presión, surgió un nuevo campo de la cromatografía: UHPLC o UPLC (cromatografía líquida de ultra alta presión). Los nuevos instrumentos podían soportar presiones de hasta 15.000 libras por pulgada cuadrada (1.000 bar), a diferencia de las máquinas convencionales, que, como se ha dicho anteriormente, pueden soportar hasta 5.000 libras por pulgada cuadrada (340 bar). La UPLC es una solución alternativa a los mismos problemas que resuelven las columnas monolíticas. De forma similar a la UPLC, la cromatografía monolítica puede ayudar a los resultados finales al aumentar el rendimiento de la muestra, pero sin la necesidad de gastar capital en nuevos equipos.
En 1996, Nobuo Tanaka, del Instituto de Tecnología de Kioto , preparó monolitos de sílice utilizando una síntesis de suspensión coloidal (también conocida como " sol-gel ") desarrollada por un colega. [ cita requerida ] El proceso es diferente del utilizado en monolitos poliméricos. Los monolitos poliméricos, como se mencionó anteriormente, se crean in situ, utilizando una mezcla de monómeros y un porógeno dentro del tubo de la columna. Los monolitos de sílice, por otro lado, se crean en un molde, sufren una cantidad significativa de contracción y luego se recubren con un tubo retráctil polimérico como PEEK (polieteretercetona) para reducir los efectos de pared. Este método limita el tamaño de las columnas que se pueden producir a menos de 15 cm de largo, y aunque se logran fácilmente diámetros internos analíticos estándar , actualmente existe una tendencia en el desarrollo de monolitos de sílice a escala nanométrica y escala preparativa.
Los monolitos de sílice se comercializan desde 2001, cuando Merck inició su campaña Chromolith. [7] La tecnología Chromolith fue licenciada por el grupo de Soga y Nakanishi en la Universidad de Kioto. El nuevo producto ganó el premio PittCon Editors' Gold Award al mejor producto nuevo, así como un premio R&D 100, ambos en 2001.
Las columnas monolíticas individuales tienen un ciclo de vida que generalmente supera al de sus competidores particulados. Al seleccionar un proveedor de columnas de HPLC, la vida útil de la columna fue la segunda en importancia para el comprador, después de la reproducibilidad columna a columna. Las columnas Chromolith, por ejemplo, han demostrado una reproducibilidad de 3.300 inyecciones de muestra y 50.000 volúmenes de columna de fase móvil. También es importante para el ciclo de vida del monolito su mayor robustez mecánica; los monolitos poliméricos pueden soportar rangos de pH de 1 a 14, pueden soportar temperaturas elevadas y no necesitan ser manipulados con delicadeza. “Los monolitos son todavía adolescentes”, afirma Frantisec Svec, líder en el campo de las nuevas fases estacionarias para LC. [8]
La cromatografía líquida tal como la conocemos hoy en día realmente comenzó en 1969, cuando se diseñó y comercializó el primer HPLC moderno como analizador de ácidos nucleicos . [9] Durante la década de 1970, las columnas no eran confiables, los caudales de las bombas eran inconsistentes y muchos compuestos biológicamente activos escapaban a la detección por los detectores de UV y fluorescencia . El enfoque en los métodos de purificación en la década de 1970 se transformó en análisis más rápidos en la década de 1980, cuando se integraron controles computarizados en los equipos de HPLC. Los mayores grados de computarización llevaron a enfatizar en equipos más precisos, rápidos y automatizados en la década de 1990. Atípico de muchas tecnologías de las décadas de 1960 y 1970, el énfasis en las mejoras no estaba en "más grande y mejor", sino en "más pequeño y mejor". Al mismo tiempo que la interfaz de usuario de HPLC mejoraba, era fundamental poder aislar cientos de péptidos o biomarcadores de tamaños de muestra cada vez más reducidos.
La instrumentación analítica de laboratorio ha sido reconocida como una industria separada y distinta por NAICS y SIC solo desde 1987. [ cita requerida ] Esta segmentación de mercado incluye no solo cromatografía de gases y líquidos, sino también espectrometría de masas e instrumentos espectrofotométricos. Desde que se reconoció por primera vez como un mercado separado, las ventas de equipos de laboratorio analítico aumentaron de aproximadamente $ 3.5 mil millones en 1987 a más de $ 26 mil millones en 2004. [10] Se espera que los ingresos en el mercado mundial de cromatografía líquida, específicamente, crezcan de $ 3.4 mil millones en 2007 a $ 4.7 mil millones en 2013, con una ligera disminución en el gasto esperado en 2008 y 2009 debido a la crisis económica mundial y la disminución o estancamiento del gasto. La industria farmacéutica por sí sola representa el 35% de todos los instrumentos de HPLC en uso. [11] La principal fuente de crecimiento en LC proviene de biociencias y compañías farmacéuticas .
En su forma más temprana, un botánico ruso utilizó la cromatografía líquida para separar los pigmentos de la clorofila. Décadas más tarde, otros químicos utilizaron el procedimiento para el estudio de las carotinas. La cromatografía líquida se utilizó luego para el aislamiento de pequeñas moléculas y compuestos orgánicos como los aminoácidos , y más recientemente se ha utilizado en la investigación de péptidos y ADN . Las columnas monolíticas han sido fundamentales para el avance del campo de la investigación biomolecular.
En las últimas ferias comerciales y reuniones internacionales sobre HPLC, el interés en los monolitos de columna y las aplicaciones biomoleculares ha crecido de manera constante, y esta correlación no es casualidad. Se ha demostrado que los monolitos poseen un gran potencial en los campos "ómicos": genómica , proteómica , metabolómica y farmacogenómica , entre otros. El enfoque reduccionista para comprender las vías químicas del cuerpo y las reacciones a diferentes estímulos, como los medicamentos, son esenciales para las nuevas olas de atención médica como la medicina personalizada .
La farmacogenómica estudia cómo las respuestas a los productos farmacéuticos difieren en eficacia y toxicidad en función de las variaciones en el genoma del paciente; es una correlación de la respuesta al fármaco con la expresión genética en un paciente. Jeremy K. Nicholson del Imperial College , Londres , utilizó un punto de vista posgenómico para comprender las reacciones adversas a los fármacos y la base molecular de las enfermedades humanas. [12] Su grupo estudió los perfiles metabólicos microbianos intestinales y pudo ver diferencias distintivas en las reacciones a la toxicidad y el metabolismo de los fármacos incluso entre varias distribuciones geográficas de la misma raza. La cromatografía monolítica de afinidad proporciona otro enfoque para las mediciones de la respuesta a los fármacos. David Hage, de la Universidad de Nebraska, une ligandos a soportes monolíticos y mide los fenómenos de equilibrio de las interacciones de unión entre los fármacos y las proteínas séricas . [8] Actualmente, en la Universidad de Bolonia , Italia , se utiliza un enfoque basado en monolitos para la detección a alta velocidad de candidatos a fármacos en el tratamiento del Alzheimer . [6] En 2003, Regnier y Liu de la Universidad de Purdue describieron un procedimiento de LC multidimensional para identificar polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) en proteínas . [13] Los SNP son alteraciones en el código genético que a veces pueden causar cambios en la conformación de las proteínas , como es el caso de la anemia de células falciformes . Los monolitos son particularmente útiles en este tipo de separaciones debido a sus capacidades superiores de transporte de masa , bajas contrapresiones junto con velocidades de flujo más rápidas y relativa facilidad de modificación de la superficie de soporte.
Las bioseparaciones a escala de producción también se mejoran con las tecnologías de columnas monolíticas. Las separaciones rápidas y el alto poder de resolución de los monolitos para moléculas grandes significan que es posible el análisis en tiempo real en fermentadores de producción. La fermentación es bien conocida por su uso en la elaboración de bebidas alcohólicas , pero también es un paso esencial en la producción de vacunas contra la rabia y otros virus . El análisis en línea y en tiempo real es fundamental para monitorear las condiciones de producción y se pueden realizar ajustes si es necesario. Boehringer Ingelheim Austria ha validado un método con cGMP (buenas prácticas de fabricación comerciales) para la producción de plásmidos de ADN de grado farmacéutico . Pueden procesar 200 L de caldo de fermentación en un monolito de 800 mL. [6] En BIA Separations , el tiempo de procesamiento del virus del mosaico del tomate disminuyó considerablemente de los cinco días estándar de trabajo intensivo manual a una pureza equivalente y una mejor recuperación en solo dos horas con una columna monolítica. [6] También se han purificado otros virus en monolitos.
Otro campo de interés para la HPLC es la ciencia forense . La GC-MS (cromatografía de gases-espectroscopia de masas) se considera generalmente el estándar de oro para el análisis forense. Se utiliza junto con bases de datos en línea para el análisis rápido de compuestos en pruebas de alcohol en sangre , causa de muerte, drogas callejeras y análisis de alimentos, especialmente en casos de intoxicación. [13] El análisis de buprenorfina , un sustituto de la heroína , demostró la utilidad potencial de la LC multidimensional como método de detección de bajo nivel. Los métodos de HPLC pueden medir este compuesto a 40 ng / mL , en comparación con la GC-MS a 0,5 ng/mL, pero la LC-MS-MS puede detectar buprenorfina a niveles tan bajos como 0,02 ng/mL. Por tanto, la sensibilidad de la LC multidimensional es 2000 veces mayor que la de la HPLC convencional.
El mercado de la cromatografía líquida es increíblemente diverso. Entre cinco y diez empresas son constantemente líderes del mercado, pero casi la mitad del mercado está formado por empresas pequeñas y fragmentadas. Esta sección del informe se centrará en el papel que han desempeñado algunas empresas en la introducción de tecnologías de columnas monolíticas en el mercado comercial.
En 1998, se creó la empresa de biotecnología emergente BIA Separations de Ljubljana , Eslovenia . La tecnología fue desarrollada originalmente por Tatiana Tennikova y Frantisek Svec durante una colaboración entre sus respectivos institutos. La patente de estas columnas fue adquirida por BIA Separations y Ales Podgornik y Milos Barut desarrollaron la primera columna monolítica disponible comercialmente en forma de un disco corto encapsulado en una carcasa de plástico. Desde entonces, BIA Separations, que lleva la marca registrada CIM, ha introducido líneas completas de monolitos poliméricos de afinidad, intercambio iónico, fase reversa y fase normal. Luego, Ales Podgornik y Janez Jancar desarrollaron columnas monolíticas de tubo a gran escala para uso industrial. La columna más grande disponible actualmente es de 8L. En mayo de 2008, la potencia de la instrumentación LC Agilent Technologies acordó comercializar las columnas analíticas de BIA Separations basadas en tecnología monolítica. Agilent comercializó las columnas con fases de intercambio iónico fuerte y débil y proteína A en septiembre de 2008 cuando presentó su nueva línea de productos Bio-Monolith en la conferencia BioProcess International.
Mientras que BIA Separations fue la primera empresa en comercializar monolitos poliméricos, Merck KGaA fue la primera en comercializar monolitos de sílice. En 1996, Tanaka y sus colaboradores del Instituto Tecnológico de Kioto publicaron un extenso trabajo sobre tecnologías de monolitos de sílice. Más tarde, Merck recibió una licencia del Instituto Tecnológico de Kioto para desarrollar y producir los monolitos de sílice. Poco después, en 2001, Merck presentó su línea Chromolith de columnas monolíticas para HPLC en la feria comercial de instrumentación analítica PittCon. Inicialmente, dice Karin Cabrera, científica senior de Merck, el alto caudal era el atractivo de la línea Chromolith. Sin embargo, basándose en los comentarios de los clientes, Merck pronto se dio cuenta de que las columnas eran más estables y duraban más que las columnas rellenas de partículas. [8] Las columnas recibieron varios premios a nuevos productos. Las dificultades en la producción de los monolitos de sílice y la estricta protección de patentes han impedido que otras empresas intentaran desarrollar un producto similar. Se ha observado que hay más patentes relativas a cómo encapsular la barra de sílice que a la fabricación de la sílice misma.
Históricamente, Merck ha sido conocida por sus productos químicos superiores y, en cromatografía líquida, por la pureza y confiabilidad de su sílice particulada. Merck no es conocida por sus columnas LC. Cinco años después de la introducción de su línea Chromolith, Merck tomó una decisión de marketing muy estratégica. Otorgó una sublicencia mundial de la tecnología a una empresa pequeña (menos de $100 millones en ventas) e innovadora muy conocida por su tecnología de columnas de vanguardia: Phenomenex. Esta fue una decisión estratégica superior por dos razones. Como se mencionó anteriormente, Merck no es muy conocida por su fabricación de columnas. Además, tener más de un fabricante de monolitos de sílice sirve para validar mejor la tecnología. Después de haber sublicenciado la tecnología de Merck, Phenomenex presentó su línea de productos Onyx en enero de 2005.
En el otro lado de las tecnologías monolíticas están los polímeros. A diferencia de las columnas de sílice inorgánica, los monolitos poliméricos están hechos de una base de polímero orgánico. Dionex , tradicionalmente conocida por sus capacidades de cromatografía iónica, ha liderado este lado del campo. En la década de 1990, Dionex adquirió por primera vez una licencia para la tecnología monolítica polimérica desarrollada por el destacado investigador de cromatografía monolítica Frantisec Svec mientras estaba en la Universidad de Cornell . En 2000, adquirieron LC Packings, cuyas competencias estaban en empaques de columnas LC. LC Packings/Dionex reveló su primera columna capilar monolítica en la Conferencia LC-MS de Montreux. A principios de ese año, otra empresa, Isco, presentó una columna monolítica de poliestireno divinilbenceno (PS-DVB) bajo la marca SWIFT. En enero de 2005, Dionex recibió los derechos de los productos de medios SWIFT de Teledyne Isco, la propiedad intelectual, la tecnología y los activos relacionados. Aunque las principales competencias de Dionex han sido tradicionalmente la cromatografía iónica, a través de adquisiciones estratégicas y transferencias de tecnología, se ha establecido rápidamente como el principal productor de monolitos poliméricos.
Aunque los numerosos avances de la HPLC y los monolitos son muy visibles dentro de los confines de las industrias analíticas y farmacéuticas, es poco probable que la sociedad en general esté al tanto de estos desarrollos. En la actualidad, los consumidores pueden presenciar avances tecnológicos en la industria de las ciencias analíticas en forma de una gama más amplia de productos farmacéuticos disponibles de mayor pureza, pruebas forenses avanzadas en juicios penales, mejor monitoreo ambiental y retornos más rápidos en las pruebas médicas . En el futuro, presumiblemente, este puede no ser el caso. A medida que la medicina se vuelve más individualizada con el tiempo, parece más probable que los consumidores se den cuenta de que algo está mejorando su calidad de atención. Sin embargo, es poco probable que la idea adicional de que los monolitos o la HPLC estén involucrados preocupe al público en general.
Hay dos factores principales que impulsan los cambios tecnológicos en esta industria. Aunque muchas áreas analíticas diferentes utilizan la cromatografía líquida, incluidas las industrias de alimentos y bebidas, los laboratorios forenses y las instalaciones de pruebas clínicas, el mayor impulso hacia los desarrollos tecnológicos proviene de las ramas de investigación y desarrollo y producción de la industria farmacéutica. Las áreas en las que es probable que las tecnologías de columnas monolíticas de alto rendimiento tengan el mayor impacto económico son la I+D y el procesamiento posterior.
Del campo de la investigación y el desarrollo surge el deseo de separaciones más rápidas y resueltas a partir de cantidades de muestra más pequeñas. La única fase del desarrollo de fármacos bajo el control directo de una empresa farmacéutica es la etapa de I+D. El objetivo del trabajo analítico es obtener la mayor cantidad de información posible de la muestra. En esta etapa, el alto rendimiento y el análisis de cantidades de muestra minúsculas son fundamentales. Las empresas farmacéuticas buscan herramientas que les permitan medir y predecir mejor la eficacia de los fármacos candidatos en tiempos más cortos y con ensayos clínicos menos costosos. [12] Para ello, las separaciones a escala nanométrica, los equipos de HPLC altamente automatizados y la cromatografía multidimensional han cobrado influencia.
El método predominante para aumentar la sensibilidad de los métodos analíticos ha sido la cromatografía multidimensional. Esta práctica utiliza otras técnicas de análisis junto con la cromatografía líquida. Por ejemplo, la espectrometría de masas (MS) ha ganado mucha popularidad como técnica analítica en línea después de la HPLC. Sin embargo, es limitada en el sentido de que la MS, al igual que la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR) o las técnicas de ionización por electrospray (ESI), solo es factible cuando se utilizan cantidades muy pequeñas de soluto y disolvente; la LC-MS se utiliza con técnicas a escala nanométrica o capilar, pero no se puede utilizar en escala preparativa. Otra táctica para aumentar la selectividad en la cromatografía multidimensional es utilizar dos columnas con diferente selectividad de forma ortogonal; es decir, unir una columna de intercambio iónico a una columna con C18 desactivado. En 2007, Karger informó que, mediante cromatografía multidimensional y otras técnicas, comenzando con solo unas 12.000 células que contenían entre 1 y 4 μg de proteína, pudo identificar 1867 proteínas únicas. De ellas, Karger puede aislar 4 que pueden ser de interés como marcadores de cáncer de cuello uterino. [12] Hoy en día, los cromatógrafos líquidos que utilizan LC multidimensional pueden aislar compuestos a niveles de femtomol (10 −15 moles) y attomol (10 −18 moles).
Una vez que la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) aprueba un medicamento , la empresa farmacéutica se centra en sacar el producto al mercado. Aquí es donde la cromatografía a escala preparatoria o de proceso tiene un papel importante. A diferencia del análisis analítico, la cromatografía a escala preparatoria se centra en el aislamiento y la pureza de los compuestos. Existe un equilibrio entre el grado de pureza del compuesto y la cantidad de tiempo necesario para lograr esa pureza. Desafortunadamente, muchas de las soluciones a escala preparatoria o de proceso que utilizan las empresas farmacéuticas son patentadas, debido a las dificultades para patentar un proceso. Por lo tanto, no hay mucha literatura disponible. Sin embargo, algunos intentos de abordar los problemas de la cromatografía a escala preparatoria incluyen monolitos y lechos móviles simulados .
Una comparación de la captura de proteína de inmunoglobulina en una columna convencional y una columna monolítica arroja algunos resultados económicamente interesantes. [3] Si los tiempos de procesamiento son equivalentes, los volúmenes de proceso de IgG , un anticuerpo , son 3120L para columnas convencionales versus 5538L para columnas monolíticas. Esto representa un aumento del 78% en la eficiencia del volumen de proceso, mientras que al mismo tiempo solo se genera una décima parte del volumen de desechos de medios. La columna monolítica no solo es más prudente económicamente al considerar el valor de los tiempos de procesamiento del producto, sino que, al mismo tiempo, se utilizan menos medios, lo que representa una reducción significativa en los costos variables.