RAMANOVA SPEKTROSKOPIE
MONITOROVÁNÍ PROCESŮ V BIOREAKTORECH A STUDIUM POLYMORFŮ POMOCÍ ČASOVĚ ROZLIŠENÉ RAMANOVY SPEKTROSKOPIE TIMEGATE
MUDROŇOVÁ K. Nicolet CZ s.r.o
Klasická Ramanova spektroskopie je důležitou součástí každé laboratoře. Jako rychlá, nedestruktivní a relativně levná metoda má ne- přeberné možnosti uplatnění jak v průmyslové výrobě, tak i ve výzkumu. Jedna z mála věcí, které ji omezují, je však výskyt fluorescence. Ta může měření Ramanových spekter zkomplikovat, nebo dokonce zcela znemožnit. Jedním z nejefektivnějších způsobů, jak s tímto jevem bojovat, je použití časově rozlišené Ramanovy spektroskopie, která elegantně využívá toho, že k zachycení fotonů Ramanova rozptylu na detektoru dochází významně dřív než k zachycení fotonů fluorescence, viz obr. 1.
Obr. 2: Schéma výroby léčiv pomocí bioreaktorů. Celý proces zahrnuje spoustu kroků a každý z nich musí být pečlivě monitorován.
Obr. 1: Princip časově rozlišené Ramanovy spektroskopie, pomocí níž je možné měřit i silně fluoreskující vzorky, a to bez softwarových triků
Obr. 3: Porovnání měření fluoreskujícího vzorku pomocí klasické Rama- novy spektroskopie (červená) a časově rozlišené Ramanovy spektrosko- pie se spektrometrem TimeGate (zelená)
Monitoring bioprocesů ve výrobě Biofarmaceutická výroba je v našem světě jedním z nejdůležitějších odvětví průmyslu. Mnoho farmak jsou látky odvozené od přírodních léčiv, což jsou často složité biomolekuly, jejichž syntéza má mnoho úskalí a její proces je potřeba co nejefektivněji monitorovat, a to v reálném čase, jelikož jsou to látky nejen potřebné, ale jejich výroba je také poměrně nákladná. Stejné problémy se týkají i bioreaktorů, které se používají k produkci látek pomocí živých buněk (obr. 2). Protože biomolekuly často fluoreskují, není vždy možné využít klasickou Ramanovu spekt- roskopii a je nutné se spolehnout na jiné metody analýzy, které jsou ale zpravidla nákladnější, pomalejší, vyžadují mnohdy přímý kontakt se vzorkem či jeho destrukci, nebo je jedním přístrojem možné sledovat jen omezený počet parametrů vzorku. Mnohdy tak dojde ke zpomalení vý- roby nebo ke zbytečným ztrátám času, materiálu a finančních prostředků. Pokud si představíme, že v bioreaktorech běžně probíhají tisíce růz- ných chemických reakcí a produkci proteinů ovlivňuje řada parametrů směsi (rozpuštěný kyslík, živiny, osmolalita a další), je jasné, že rychlá a efektivní analýza je k jejich fungování naprosto nezbytná. A zároveň je zřejmé, že takový analytický přístroj musí disponovat dostatečně spolehlivou technologií. S Ramanovým spektrometrem PicoRaman M3, který umožňuje reálné potlačení fluorescence samotným způsobem měření, nikoli pomocí soft- warových triků, je možné tyto problémy obejít: během desítek vteřin tak získáte komplexní informace o chemickém složení směsi, parametrech kultivačního média a všech ostatních důležitých parametrech.
Analýza polymorfů ve farmaceutickém výzkumu a produkci Polymorfy jsou krystalické materiály, které mají stejné chemické slo- žení, ale různou strukturu (obr 4). Mnoho organických a anorganických sloučenin včetně API může existovat ve více pevných formách: kromě různých krystalických polymorfů se mohou vyskytovat i jako solváty, hydráty či jako amorfní (obr 5). Každá podoba dané látky má jiné vlastnosti, a proto je naprosto zásadní přesně určit, v jaké se nacházejí. Mezi nejužitečnější techniky pro charakterizaci látek v pevné fázi patří DSC, TGA, optická mikroskopie, NMR, FTIR a Ramanova spektrosko- pie a rentgenová difrakce. Ramanova spektroskopie může být použita jak k identifikaci a verifikaci dané látky a její formy či polymorfu, tak i ke kvantitativní analýze a určení poměru jejích jednotlivých forem. Jednou z hlavních překážek použití klasické Ramanovy spektroskopie je však fluorescence, která může částečně nebo úplně překrývat slabý Ramanův signál. Proto je technologie Timegated skvělým řešením i pro tento druh analýzy.
12
CHEMAGAZÍN • 5 / XXXIII (2023)
Made with FlippingBook - professional solution for displaying marketing and sales documents online