Estimation du rendement des composés sur la plaque TLC via la technique d’éclairage Blue-LED

Résumé

Le présent protocole a développé une méthode pour estimer le rendement des composés sur la plaque TLC en utilisant la technique d’éclairage bleu-LED. Les avantages de cette approche sont qu’elle est sûre, efficace, peu coûteuse et permet au chercheur de mesurer plusieurs échantillons simultanément.

Résumé

La chromatographie sur couche mince (CCM) est une technique analytique accessible qui a été largement utilisée dans la recherche en chimie organique pour quantifier le rendement d’échantillons inconnus. La présente étude a mis au point une méthode efficace, peu coûteuse et sûre pour estimer le rendement des échantillons sur une plaque TLC à l’aide de l’illuminateur bleu-LED. La lovastatine extraite d’Aspergillus terreus était l’exemple de composé utilisé dans la présente étude. Des modèles de régression basés sur la norme de lovastatine ont été utilisés pour évaluer le rendement de la lovastatine. Trois méthodes ont été comparées : le bioessai, la détection UV et l’éclairage LED bleu. Le résultat a montré que la méthode d’éclairage à LED bleue est nettement plus efficace que les méthodes de détection UV et d’essais biologiques. De plus, l’éclairage à DEL bleue était une option relativement sûre en raison des risques biologiques liés à la méthode d’essai biologique (p. ex. infection microbienne) et de l’exposition aux ultraviolets dans la méthode de détection UV. Par rapport aux méthodes coûteuses nécessitant des instruments spécialisés et une formation à long terme avant de travailler de manière indépendante, telles que GC, HPLC et HPTLC, l’utilisation de l’illuminateur bleu-LED était une option économique pour estimer le rendement des échantillons d’une plaque TLC.

Introduction

La chromatographie sur couche mince (CCM) est largement utilisée comme technique qualitative et quantitative dans le domaine de la chimie organique ^1,2,3. Les principaux avantages de TLC sont qu’il fournit une détection rapide, des exigences d’échantillonnage flexibles et ne nécessite pas d’équipement spécialisé⁴. À ce jour, même si de nombreuses approches avancées ont été établies, la CCM reste la principale méthode d’identification des échantillons inconnus dans un mélange. Cependant, le défi de cette approche est le manque d’équipement sûr et peu coûteux pour quantifier le rendement des échantillons, en particulier pour les laboratoires en développement avec des budgets limités. La présente étude visait donc à développer une méthode efficace, sûre et peu coûteuse combinant avec TLC pour estimer le rendement des échantillons.

Contrairement à la CCM haute performance (HPTLC), à la chromatographie liquide à haute performance (CLHP) et à la chromatographie en phase gazeuse (GC) avec des exigences strictes en matière d’échantillons, prenant du temps et impliquant plusieurs étapes pour la préparation des échantillons^1,5, la CCM présentait plusieurs avantages. Premièrement, pour la préparation des échantillons, la CLHP et la CG ne peuvent pas détecter l’extrait brut parce que l’extrait brut peut boucher la colonne de CLHP et de CG. Deuxièmement, lorsque les échantillons ne sont pas adaptés aux UV (important pour l’analyse HPLC) ou à faible volatilité (important pour l’analyse GC), la CCM peut être appliquée à ces échantillons, et l’utilisation d’un réactif de visualisation rend les échantillons isolés visibles sur les couches minces ^6,7,8. Troisièmement, pour les utilisateurs généraux, la CLHP et la GC nécessitent généralement une formation préalable relativement longue avant de travailler de manière indépendante, par rapport à la CCM. En outre, l’analyse quantitative TLC, connue sous le nom de TLC haute performance (HPTLC), peut numériser les informations sur une plaque TLC avec un scanner très sensible. Cependant, le coût du système HPTLC est relativement élevé. En tant que tel, le développement d’une approche rentable et rapide pour quantifier les échantillons sur la plaque TLC est un sujet important.

Des méthodes similaires ont été mises au point pour la quantification du rendement TLC; par exemple, Johnson⁹ a rapporté une technique qui permet de quantifier les échantillons sur une plaque TLC en utilisant un scanner à plat attaché à un ordinateur. En 2001, El-Gindy et al.10 ont mis au point la méthode densitométrique TLC, qui a été utilisée pour détecter le composé avec une densité optique, et la technique a également été appliquée par Elkady et ^al.11. En 2007, Hess² a présenté la méthode TLC AMÉLIORÉE NUMÉRIQUEMENT (DE-TLC) appliquée pour détecter le rendement d’un composé sur une plaque TLC à l’aide d’un appareil photo numérique combiné à la lumière UV. Hess a également comparé les différences de coûts entre la méthode HPTLC et la méthode DE-TLC et a conclu que la méthode DE-TLC pourrait être utilisée dans les laboratoires des écoles secondaires et des collèges en raison de son coût abordable². Cependant, le coût de la méthode densitométrique TLC était encore élevé, et le fonctionnement de la lumière ultraviolette nécessite une formation préalable adéquate au cas où les utilisateurs pourraient être exposés au rayonnement ultraviolet. Par conséquent, compatible avec la CCM, il est souhaitable de développer une méthode efficace, sûre et peu coûteuse pour quantifier le rendement de l’échantillon.

La présente étude a décrit un protocole de détection de l’échantillon sur une plaque TLC à l’aide de l’illuminateur bleu-LED et a développé un modèle de régression avec une grande fiabilité (valeur R-carré élevée) pour mesurer les dimensions des bandes, puis déterminer le rendement du composé. Enfin, il a été constaté que la méthode d’éclairage à LED bleue est relativement sûre (vs. Méthode de détection UV), bon marché (vs. GC, CLHP et HPTLC) et une approche efficace (par rapport à la méthode d’essai biologique) pour la quantification du rendement.

Protocole

Le présent protocole est décrit en utilisant la lovastatine comme exemple. La lovastatine a été extraite d’Aspergillus terreus âgé d’une semaine.

1. Extraction de composés

REMARQUE : Pour plus de détails sur l’extraction des composés, veuillez consulter la figure 1.

1. Culture d’Aspergillus terreus sur gélose au dextrose de pomme de terre (PDA, voir tableau des matières) milieu à 30 °C.
2. Sécher la culture à 40 °C pendant 24 h. Transférer la culture séchée dans un tube de 50 mL à l’aide d’une pince à épiler stérilisée et ajouter 15 mL d’acétate d’éthyle.
3. Agiter vigoureusement le mélange en tourbillonnant pendant 1 min et incuber pendant 1 h à 40 °C en agitant à 200 tr/min.
4. Soniquer le mélange à l’aide d’un bain à ultrasons de 40 kHz (voir tableau des matériaux) à 40 °C pendant 1 h.
5. Centrifuger le mélange à 5 000 x g pendant 1 min à température ambiante et filtrer à travers un papier filtre de 11 μm.
6. Extraire le filtrat avec un volume égal d’eau stérile dans un entonnoir de séparation.
7. Après la séparation des phases, recueillir la couche organique, puis évaporer dans un évaporateur rotatif (voir Tableau des matériaux). Dissoudre le résidu dans 2 mL d’acétate d’éthyle.

2. Séparation de l’extrait brut par colonne d’adsorption en phase normale (NP)

1. Emballez la colonne avec du gel de silice NP comme phase stationnaire et utilisez n-hexane:acétate d’éthyle:acide trifluoroacétique (H:E:T; 80:20:0.1, v/v/v) comme phase mobile.
2. Charger 2 mL de l’extrait (étape 1) sur la colonne et ajouter le solvant en phase mobile à un débit de 1 mL/min pour éluer l’extrait.
   REMARQUE: Le débit a été contrôlé manuellement à l’aide d’un robinet d’arrêt.
3. Vérifier l’effluent par CCM pour confirmer la présence de lovastatine, puis évaporer dans un évaporateur rotatif à 45 °C jusqu’à ce que le solvant soit éliminé. Cette étape prend approximativement 20-25 min.
4. Dissoudre le résidu dans 1 mL d’acétate d’éthyle, puis mélanger avec un volume égal d’acide trifluoroacétique à 1 %.
5. Centrifuger le mélange à 5 000 x g pendant 1 min à température ambiante et recueillir la couche organique dans un nouveau tube de verre.

3. Préparation et chargement des plaques de chromatogramme sur couche mince (CCM)

1. Repérez 5 μL d’échantillons et d’étalons de lovastatine (voir le tableau des matériaux) sur la ligne de base de la plaque TLC à l’aide d’une pipette capillaire, en laissant une bordure de 1 cm sur les côtés de la plaque TLC.
2. Sécher la plaque TLC dans une hotte pendant 5 min à température ambiante.
3. Placer doucement la plaque par pince dans une chambre en verre saturée contenant le solvant de phase mobile. Couvrez la chambre avec un couvercle en verre et laissez la plaque se développer pleinement.
4. Retirez la plaque de la chambre lorsque la conduite de solvant atteint 1 cm du haut de la plaque.

4. Analyse par l’illuminateur bleu-LED

1. Marquez la ligne de solvant avec un crayon. Sécher la plaque dans la hotte pendant 10 min à température ambiante.
2. Après séchage, faire tremper immédiatement la plaque dans un solvant H₂SO₄ à 10%, puis sécher dans la hotte pendant 10 min à température ambiante.
3. Placez la plaque sur le panneau chauffant jusqu’à ce que les taches brunes apparaissent. Assurez-vous que la plaque n’est pas surchauffée, car cela pourrait rendre difficile la visualisation de la lovastatine.
4. Transférez la plaque sur l’illuminateur à LED bleue et numérisez à l’aide d’un logiciel gratuit compatible (MiBio Fluo) (voir Tableau des matériaux).

5. Estimation du rendement par le modèle de régression

1. Mesurez la dimension des bandes à l’aide du logiciel ImageJ (voir Tableau des matériaux).
2. Établir un modèle de régression à l’aide d’un logiciel d’analyse des données et de représentation graphique (voir le tableau des matériaux) fondé sur les concentrations décroissantes des étalons de lovastatine, y compris 1 mg/mL, 0,75 mg/mL, 0,5 mg/mL et 0,25 mg/mL.
3. Appliquer le modèle de régression pour estimer le rendement des échantillons.

Résultats

Cette étude a présenté la méthode d’éclairage à LED bleues pour estimer le rendement des composés, et cette méthode a été validée et comparée aux méthodes d’essai biologique et de détection UV (tableau 1). Les modèles de régression ont été élaborés en fonction des dimensions des bandes et de la concentration des étalons pour trois méthodes, respectivement, afin de prédire le rendement des échantillons. Premièrement, dans les résultats de la méthode des essais biologiques, l...

Discussion

La présente étude décrivait une nouvelle approche, l’illuminateur à LED bleues, pour quantifier les composés sans utiliser d’équipement coûteux et spécialisé, tel que la méthode HPTLC, HPLC et GC, et la méthode a été comparée aux méthodes d’essai biologique et de détection UV pour évaluer la performance de quantification. En conséquence, il a été conclu que la méthode d’éclairage à LED bleues est un protocole relativement sûr et efficace utilisé pour quantifier le rendement des composés ...

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
American bacteriological Agar	Condalab	1802.00
Aspergillus terreus		ATCC 20542
Blue-LED illuminator	MICROTEK	Bio-1000F
Centrifuge	Thermo Scientific	HERAEUS Megafuge 8
Compact UV lamp	UVP	UVGL-25
Ethyl Acetate	MACRON	MA-H078-10
Filter Paper 125mm	ADVANTEC	60311102
ImageJ	NIH	Freeware	https://imagej.nih.gov/ij/download.html
Lovastatin standard	ACROS	A0404262
MiBio Fluo	MICROTEK	V1.04
n-Hexane	C-ECHO	HH3102-000000-72EC
OriginPro	OriginLab	9.1	https://www.originlab.com/origin
Potato dextrose broth H	STBIO MEDIA	110533
Rotary evaporator	EYELA	SB-1000
Sulfuric acid	Fluka	30743-2.5L-GL
TLC silica gel 60 F254	MERCK	1.05554.0001
Trifluoroacetic acid	Alfa Aesar	10229873
Ultrasonic vibration machine	DELTA	DC600