Name: tuning a parallel segmented flow column and enabling multiplexed detection
Uploaded: 2015-12-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 1 s
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This work was supported by UWS and ThermoFisher Scientific. One of the authors (DK) acknowledges the receipt of an Australian Postgraduate Award.

注：このプロトコルは、多重化された検出のための複数の検出器に結合されたHPLCシステムでPSFの列を使用する方法に関する説明が記載されています。プロトコルは、読者がクロマトグラフィー、様々なHPLC検出方法における基本的な知識と経験を持っていると仮定すると書かれています。 注意：（ すなわち、メタノールのためのMSDS）は、使用する前に、すべての材料および試薬の材料安全データシート（MSDS）をご参照ください。溶剤および高速液体クロマトグラフィー（HPLC）を溶離液を取り扱うときは、すべての適切な安全対策を使用することを確認してください。 HPLC、分析天びんと検出器計測器の技術的管理の適切な使用を確保し、個人用保護具（安全眼鏡、手袋、白衣、完全長ズボン、およびクローズドつま先の靴）を使用することを保証します。 HPLC機器の1.セットアップ<ol><li> LIN用の超純水（例えば、100％のミリQ水）を用いたHPLC機器を準備します移動相としてのラインBのE Aと、100％メタノールとメーカーの要件ごとにポンプをパージします。それはここでそのまま使用する検出器の一つは、MSである場合、移動相AとBの両方に0.1％のギ酸を添加</li><li> 図2に示すように、HPLC楽器部品および検出器を設定する。検出器と列の間のデッドボリュームを最小にするようにこれは、列に対して検出器の便利な配置を必要とします。 HPLCシステム構成の自由度が望ましいです。 </li></ol> 2.紫外 - 可視のセットアップおよびMS検出器<ol><li>対象サンプルに依存して所望の波長の紫外・可視検出器（ 例えば、280 nm）を設定します。 </li><li>フルスキャンの検出方法を用いて、総イオンカウント（TIC）分析のためのポジティブモードでMS検出器を設定します。また、それに応じて、以下のMSのパラメータを調整する：気化温度500℃で、キャピラリー温度350℃で、60単位の割合に設定シースガス、補助ガス流を40と5ユニットのガス流、スプレー電圧3.5 kVのスイープ。これらの設定は、分析されるサンプルに依存して特定のユーザーの要件については、後で調整することができます。 </li></ol> DPPH•システムの検出器の2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジルラジカル（DPPH•）試薬セットアップの調製<ol><li> DPPH•25mgを秤量し、メスフラスコにメタノール250mlに溶解します。 </li><li> DPPH•試薬にギ酸250μlのを追加します。光への暴露を防止するために箔でフラスコをカバー。 </li><li> 10分間DPPH•試薬を含有するフラスコを超音波処理。 </li><li>メーカーの要件ごとのように調製し、DPPH•試薬とDPPH•ポンプをパージします。 </li><li> Tピースの入口にポンプラインを取り付けることにより、 図2に記載の DPPH•システムを設定します。 </li><li>目に100μlの反応コイルを取り付けTピースのE出口とは、検出器に反応コイルのもう一方の端を接続します。 </li><li>およびカラムヒーターで反応包むコイル60℃のカラムヒーターの温度を設定します。 </li><li> 520 nmのDPPH•紫外可視検出器を設定します。 </li></ol> PSFの列の4セットアップ<ol><li> HPLC装置にPSFのカラムの入口に接続します。 </li><li> 0.13ミリメートルのIDチューブの15cmの長さを使用して、MS検出器の中心にポートを接続します。 </li><li> 0.13ミリメートルのIDチューブの15cmの長さを用いてUV-Visの検出器へのペリフェラルポートに接続します。 </li><li> 0.13ミリメートルのIDチューブの15cmの長さを使用してDPPH•検出システムの Tピースに他のペリフェラルポートに接続します。 </li><li>列のストッパーを使用して、未使用のペリフェラルポートをブロックします。 </li><li> 100％メタノール（0.1％ギ酸） -分1 ml -1の100％の線BにまでHPLCポンプの流量をもたらします。 </li><li> 100％メタノールの携帯pHを有するカラムを平衡化内径4.6 mm×250 mm長さ列の20分間のASE。この時間は、ユーザが使用することができる他の列の寸法に応じてスケーリングされます。 </li></ol> 5.マルチプレックス検出のためのPSF列のチューニング<ol><li>化学天秤を用いて、少なくとも2つの空の回収容器（UV-Visの検出およびDPPH•検出器のための1つに接続されているポートごとに1つ）の質量を測定します。 </li><li>二つの別個の、予め秤量した回収容器（5.1）に紫外可視およびDPPH•ポートから移動相を収集します。収集のための時間を記録します。各容器内の溶媒の少なくとも500ミリグラムを収集します。 </li><li>回収容器を計量し、移動相の質量を決定します。メタノールの密度は0.791グラムのミリリットル-1で考えると、各ポートから収集した移動相の量を決定します。 </li><li>違いによって、すなわち、名目上のポンプ設定流量マイナスDPPH•通る流量とUV-VisのdetectoRフローポートは、MS検出器への流量を決定します。総流量の割合として各流割合を発現します。 注：理想的には、フローの割合は以下のとおりです。MSにDPPH•検出器に 22％、60％、可視紫外線に、総流量の18％です。 </li><li>そうでない場合、紫外可視検出器上の背圧を変化させることにより流量割合を調節します。例えば、UV-可視の流量が高すぎる場合、紫外可視検出器の出口に0.13ミリメートルIDチューブの15cmの部分を追加添加することによって、比率を減少させます。その後5.5に、手順5.1を繰り返します。 </li></ol> 6.最後の設定条件<ol><li> DPPH•検出器に接続された出口ポートを出る同じ流量にDPPH•試薬ポンプの流量を設定します。 注意：紫外-可視と多重化PSF列を、DPPH•MSは今分析の準備ができています。 </li></ol>

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	<li>Camenzuli, M., Ritchie, H. J., Ladine, J. R., Shalliker, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+design+of+a+new+concept+chromatography+column.">The design of a new concept chromatography column.</a> Analyst. 136 (24), 5127-5130 (2011).</li><li>Camenzuli, M., Ritchie, H. J., Ladine, J. R., Shalliker, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+separation+performance+using+a+new+column+technology:+Parallel+segmented+outlet+flow.">Enhanced separation performance using a new column technology: Parallel segmented outlet flow.</a> J. Chromatogr, A. 1232, 47-51 (2012).</li><li>Camenzuli, M., Ritchie, H. J., Ladine, J. R., Shalliker, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Active+flow+management+in+preparative+chromatographic+separations:+A+preliminary+investigation+into+enhanced+separation+using+a+curtain+flow+inlet+fitting+and+segmented+flow+outlet.">Active flow management in preparative chromatographic separations: A preliminary investigation into enhanced separation using a curtain flow inlet fitting and segmented flow outlet.</a> 35 (3), 410-415 (2012).</li><li>Camenzuli, M., Ritchie, H. J., Shalliker, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gradient+elution+chromatography+with+segmented+parallel+flow+column+technology:+A+study+on+4.6mm+analytical+scale+columns.">Gradient elution chromatography with segmented parallel flow column technology: A study on 4.6mm analytical scale columns.</a> J. Chromatogr., A. 1270, 204-211 (2012).</li><li>Camenzuli, M., Ritchie, H. J., Shalliker, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+HPLC+separation+performance+using+parallel+segmented+flow+chromatography.">Improving HPLC separation performance using parallel segmented flow chromatography.</a> Microchem. J. 111, 3-7 (2013).</li><li>Shalliker, R. A., Ritchie, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Segmented+flow+and+curtain+flow+chromatography:+Overcoming+the+wall+effect+and+heterogeneous+bed+structures.">Segmented flow and curtain flow chromatography: Overcoming the wall effect and heterogeneous bed structures.</a> J. Chromatogr, A. 1335, 122-135 (2014).</li><li>Camenzuli, M., Ritchie, H. J., Shalliker, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluating+active+flow+technology+HPLC+columns+as+a+platform+for+multiplexed+detection.">Evaluating active flow technology HPLC columns as a platform for multiplexed detection.</a> Microchem. J. 110, 473-479 (2013).</li><li>Camenzuli, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parallel+segmented+outlet+flow+high+performance+liquid+chromatography+with+multiplexed+detection.">Parallel segmented outlet flow high performance liquid chromatography with multiplexed detection.</a> Anal. Chim. Acta. 803, 154-159 (2013).</li><li>Shalliker, R. A., Camenzuli, M., Pereira, L., Ritchie, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parallel+segmented+flow+chromatography+columns:+Conventional+analytical+scale+column+formats+presenting+as+a+'virtual'+narrow+bore+column.">Parallel segmented flow chromatography columns: Conventional analytical scale column formats presenting as a 'virtual' narrow bore column.</a> J. Chromatogr., A. 1262, 64-69 (2012).</li><li>Soliven, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+the+performance+of+narrow-bore+HPLC+columns+using+active+flow+technology.">Improving the performance of narrow-bore HPLC columns using active flow technology.</a> Microchem. J. 116, 230-234 (2014).</li><li>Camenzuli, M., Ritchie, H. J., Dennis, G. R., Shalliker, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parallel+segmented+flow+chromatography+columns+with+multiplexed+detection:+An+illustration+using+antioxidant+screening+of+natural+products.">Parallel segmented flow chromatography columns with multiplexed detection: An illustration using antioxidant screening of natural products.</a> Microchem. J. 110, 726-730 (2013).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

本研究では、並列セグメント化されたフロー（PSF）のカラムを用いて多重化検出を備えたHPLCを使用してコーヒーの特性とプロファイリングを伴います。 PSFカラムを用いて多重化されたHPLCは、従来の多検出プロセスを使用してかかる時間の画分内の分子固有情報のより大きな程度を得ながら、サンプルのデータの複雑さを低減することにより、キーの化学物質の特徴付けおよび同定を可能に?...

アクティブ・フロー・テクノロジーの列 アクティブフロー技術（AFT）クロマトグラフィーカラムは、最近の流れ異質1-6に関連した分離において非効率性を克服するために開発され、また、多重化された検出を可能にします。この特定の通信我々の詳細に並列の運用プロセスは、多重化された検出と流れ（PSF）の列をセグメント化。 PSF列の主要な機能の利点は次のとおりです：（1）カラムベッドの径方向中心領域からの流れは、（2）検出によって処理されなければならない移動相の体積流量の周辺や壁の領域から分離されていますソースが低減され、そして（3）検出ソースは、各検出処理を横切っ検出遅延を点滴、またはその後ポストカラム流ストリーム7,8の分割を必要とすることなく、試料情報を拡張するために多重化することができます。 Aを可能PSF列の設計において重要な特徴多重化検出のdvantageは新規アウトレットフィッティングとフリット集合体である。 図1は、従来のカラムに比べAFT列の写真です。これは、セグメント化されたパラレルフローカラムを使用して得られた分割処理は、ポストカラム流ストリーム分割と同じではないことを理解することが重要です。ポストカラム流量で流れは、尾の先端にリーディングエッジからサ ​​ンプル全体バンドを分割均等に（ すなわち、軸方向）にサンプリングされ、それによって、各フローストリームは、効率性と感度に関して等しいです。感度の大きさは、それによって多数の分割により分割されます。 PSFにおいて、しかしながら、分割処理サンプルバンド半径方向、軸方向ではありません。このように、中央のポートサンプルピーク頂点 - ピークの最も集中領域。ピークが拡散テーリング地域によって希釈されていないとしてこのように、ここでの感度が最も高いです。周辺機器ポートから溶出した試料は、セントラほど効率的ではありませんバンドではなく、軸方向よりも半径方向にサンプリングされるので、Lゾーン、しかしは、ピークの幅、 すなわち、軸方向にポストカラムスプリットピークを分割サンプリングプロセスの場合よりも狭くなっています。したがって、濃度依存性の検出感度が低下しません。 PSFの欄では、出口のフィッティングには、複数の出口ポートを備え、フィット、この最後の内側に環状のフリットが収容されています。出口フリットチャンネルの外側半径方向部分は、周辺又は壁領域流出ポートを介してカラムから流出しながら、この環状フリットチャネルの内側部分は、半径方向の中央の出口ポートを介して、カラムから流出します。出口フリットの内側と外側の部分は、これらの流れ領域2との間のクロスフローを防止する不透過性のバリアによって分離されています。この設計の結果として、カラム床を通る中央の半径方向の流れストリームは、壁領域流インから分離されています列をIDE。これらの二つの領域からの流れの相対的な部分は、分離効率や検出感度などのカラム技術の様々な機能的態様を最適化するために、圧力管理​​を介して、ほぼ任意の所望の比率を変化させることができます。本質的に、この設計は、効果的により狭い内径を有する、大きなフォーマット列内の「仮想」列を確立し、真の壁のない列として従って列関数、カラムベッドの不均一や壁効果9,10を克服します 。 PSF列の主な利点は、検出のソース（S）のための溶媒処理の最小カラム効率の向上であり、多重化された検出を可能にします。しかし、付加的な利点は、テーリングので、任意のバンドの領域を臨むが溶出または検出時の溶質がそうでなければ、同じ秒間観察されるよりも高い濃度で存在する全体的な溶出プロフィールから削除されているということです採用分割比に応じて、従来のカラムに注入し、集中荷重をolute。結果として、多くの場合、PSFの列2で行わ分離のための信号強度の利得が観察されます。実際には、分割比は、4つの出口ポートの各々からの流れ出口の25％は、紫外線（UV）検出を用いて観察されたシグナル強度は、従来のを使用して明らかなように正確に同じ信号強度を実質的に示しているように調整された場合移動相の全体（100％）の7を分析するカラム。また、中央壁流れ領域との間の出口比の微調整は、カラム効率を最適化することを可能にします。 （1）流量、（2）分割比、及び（3）溶質保持因子：カラム効率の向上は、これらの効率性の向上は、三つの要因の関数であるので、1つの値を記載することができないAFTカラムを使用して観察します。それにもかかわらず、効率の向上はCONVと比較entional列はほとんど常に観察され、時にはこれらのゲインは理論プレート1,2の数が100％以上です。調整する能力は、分割比は、アナリストが効果的に「仮想」列の直径を調整することができ、これは検出プロセスに関連する重要な要因です。分割比がラジアル中央出口から溶出する移動相の21％である場合、例えば、仮想2.1 mmの内径（ID）欄は、物理4.6 mmのIDカラムから確立されます。これらの条件下では、仮想2.1 mmのIDカラムは、流速に応じて、従来の2.1 mmのIDカラムよりも70％以上大きくすることができる効率的に行い、溶質保持率10。 多重化検出のために使用される現在のPSFの列設計は、4ポートフィッティング出口組み込むが、列しかし、これは検出さtを制限し、2ポートのエンドフィッティングでも取り付けることができ2つだけの検出器O。これらの列の基本的な動作は、4つの検出器が多重化検出のための範囲を広げる4ポート出口PSFカラムに同時に結合することができる以外は、しかしながら、同じです。別に前後の列接続管から、PSFの列を操作するための唯一の追加要件は、周辺出口ポートに接続することができ、チューブ、各チューブを通過する移動相の量を測定することができる手段であります通常、質量測定または容積測定のいずれか。チューニングを容易にするために、すべての出口流管の内径は同じでなければなりません。末梢および半径方向の中央の出口ポートとの間の流量比は、単に嵌合周辺出口、または半径方向の中央の出口ポートにチューブポスト検出器の長さに位置する配管の長さを変更することにより、圧力管理​​を使用することによって変更されます。 多重化検出PSFの列を使用して </stroNG&gt; PSF列の重要な利点は、排出出口ポートの各々は、このように多重化された検出を可能にする、検出ソースに直接接続することができることです。うまく設計された検出システムでは、多重化検出を備えた単一の分析では、試料中の成分の性質に関しての実質的な情報を提供することができます。重要なことには、破壊的な及び非破壊検査は、検出遅れなく、正確に同じ時間で行うことができます。これは、UVおよび/ ​​または質量分析（MS）検出応答7,11で溶出することが観察さコンポーネントと、DPPH•試薬を使用して、たとえば、抗酸化剤の絶対的な割り当てを可能にします。したがって、4つの独立した検出器は、4つの出口ポートのいずれかを介して検出器に向かう流れの適切な部分と同時に動作させることができます。これらのポートを通る流れを容易に検出器のいずれかに到達する溶質の量を調整することができるので、合わせて調整することができ指定された検出器のソースの感度。これは、最も効率的な溶質の移動を半径方向の中央の出口ポートを介して観察されることに留意すべきです。周辺ポートの各々は、各ポートを介して25％に設定すると、ほんの少しだけ効率の低い従来のカラムよりも同等の分離効率を提供します。このように、定量的な検出器は、半径方向の中央出口からの試料を分析するように設定することが重要です。 多重検出の目的のためのPSFの列を設定する際に、効率的かつ高品質の結果を達成するためになされる必要がある考慮事項の数があります。それは、検出器および流量調整のタイプにどのポートを選択する各ポートのチューブ寸法です。 各ポートのチューブ寸法 クロマトグラフィーではポストカラムチューブの長さは、分離の効率と性能に重要な役割を果たしています。大DEA検出器へのカラム出口からの長いまたはワイドIDチュービングの結果、D-ボリュームは、効率、分解能と感度が失われます。多重化の利点を提供しながら、効率的な分離を提供する上での最大の可能性を達成するために、PSFの列を設定するときにこのように、適切なチューブの寸法が利用されなければなりません。 検出器へのポート 図2は、多重化検出（紫外-可視（U可視）、質量分析（MS）および2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル（DPPH•）検出）の設定例を示す図です。図は、中央のポートはDPPH•一方で、MS検出器に取り付けられており、紫外可視検出器は、周辺ポートに接続されている示しています。 MS三の最も敏感な検出器であるので、この検出器への流れは、中央吹出口から指示されました。 DPPH•検出としてpresencに選択的です酸化防止剤のE、およびバンドの広がりに最も敏感で、最も寛容は、この検出器への流れは、周辺ポートから指示されました。 UV-Visの二次「一般的な」検出器だったので、この検出器に流れは、第二の周辺ポートから指示されました。 流量調整 適切な管が検出器に取り付けられたポートから一旦、各検出器から出た流れは、必要な量に調整することができます。各検出器から出る流れの量を測定するための簡単​​な方法は、所定の期間にわたって各ポート​​を介して溶出する移動相の量を計量することです。パーセンテージの流れはこのようにして決定することができ、流量比は、いずれかの短縮によって調整または最適な検出器の要件に合うようにそれに応じて検出器に排出ラインに取り付けられたチューブを長くすることができます。異なる検出器は、例えば、フローセルは、フローの異なる要件を有しています蛍光検出器（FLD）の速度が制限されない流れが、注意がフローセルの過剰加圧を避けるように注意しなければなりません。したがってFLDを通る流れの制御は、通常、他の検出器を横切る圧力降下を調整することによって達成され、流れの残りはその後FLDを通過します。配信される流れの量に敏感な検出器は、MSです。一般的に、現在のハイエンドの質量分析計は、約1〜1.5ミリリットル/中程度の水移動相の分を容易に処理することができます。この流量の上に、ソースの洪水は、MSが動作不能にすることがあります。しかし、ほとんどの質量分析計で検出感度は低い流速を使用することによって恩恵を受けれます。したがってPSF分流機能がMS検出を含む用途に極めて有用です。高いカラム体積流量はなく、MS検出器に運ば低容量負荷と、利用することができます。 MS検出器への流れの調整は、しかし、前圧力降下を調整することによって行われなければなりませんMS検出器ではなく、後のMS。圧力は容易に不適切なデッドボリュームを追加することなく調整することができ、ここで、ナローボアチューブ（0.1 mm内径）を使用することは、非常に有用です。 検出器のタイプに応じて分割比の調整は、いずれかの事前または事後検出を行うことができます。そのような可視UVなどの非破壊検出器が使用される場合、フロー率を測定し、後の検出器を同調させることになります。単一の破壊的な検出器がセットアップマルチプレックスで使用されている場合、フロー比率は、他のバックポートフロー比率に関して計算することによって決定されます。試薬ベースの検出器は、DPPH•として使用される場合、流動比率は、試薬の添加なしポスト検出器で測定します。二つ以上の破壊的な検出器が使用されている場合には、その後流量比は、予め検出器で測定されます。追加の機器を必要とするかもしれない検出システムは、このようなDPPH•は 、流れを変えることがあり、余分なシステム圧力を持っています一度検出システムに接続されている割合。そのため、慎重に検討は、破壊的な検出器のシステム圧力、流量の割合を調整する前の検出器に支払われるべきです。関係なく、ポートのいずれかを介して設定された流量比の、定量的な情報は、適切な標準化を介して取得する必要があります。流量比が設定されると、しかし、それらは、ロバストであり、それらは、勾配溶出条件7の下であっても変化しませんこの原稿を伴う詳細なビデオプロトコルは、検出の多重化モードでPSF列機能を使用してチューニングする方法を示すことを意図しています。

<table><tbody><tr><td>HPLC instrument</td><td></td><td></td><td>Multiple detectors of choice for multiplexed detection. Detectors of choice may require additional instrumentation, &lt;em&gt;e.g.&lt;/em&gt;, pump.</td></tr><tr><td>Parallel Segmented Flow HPLC column</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>Not Defined</td><td>Soon to be commercialized</td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Any brand</td><td></td><td>HPLC Grade</td></tr><tr><td>PEEK tubing</td><td>Any brand</td><td></td><td>Various lengths and i.d.</td></tr><tr><td>Column stoppers</td><td>Any brand</td><td></td><td>For blocking unused peripheral ports.</td></tr><tr><td>PEEK tube cutter</td><td>Any brand</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Analytical Scale Balance</td><td>Any brand</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stop watch</td><td>Any brand</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Eluent collection vessels</td><td>Any brand</td><td></td><td>1-2 ml sample vials can be used as eluent collection vessels</td></tr></tbody></table>

tuning a parallel segmented flow column and enabling multiplexed detection

Active flow technology (AFT) is new form of column technology that was designed to overcome flow heterogeneity to increase separation performance in terms of efficiency and sensitivity and to enable multiplexed detection. This form of AFT uses a parallel segmented flow (PSF) column. A PSF column outlet end-fitting consists of 2 or 4 ports, which can be multiplexed to connect up to 4 detectors. The PSF column not only allows a platform for multiplexed detection but also the combination of both destructive and non-destructive detectors, without additional dead volume tubing, simultaneously. The amount of flow through each port can also be adjusted through pressure management to suit the requirements of a specific detector(s). To achieve multiplexed detection using a PSF column there are a number of parameters which can be controlled to ensure optimal separation performance and quality of results; that is tube dimensions for each port, choice of port for each type of detector and flow adjustment. This protocol is intended to show how to use and tune a PSF column functioning in a multiplexed mode of detection.

多重化されたHPLC分析は、PSFモード（ 図1）でAFTカラムを用いて行うと、図2に示すように設定した。このタイプのセットアップは、コーヒーサンプルは合計でUV-Visの、DPPH•およびMSを用いて同時に分析することが許可されイオンカウント（TIC）モード。クロマトグラムを同時に記録したことから、 図3に示すように、保持時間のアラインメントに?...

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Tuning a Parallel Segmented Flow Column and Enabling Multiplexed Detection

Here, we present a protocol for the operation and tuning of parallel segmented flow chromatography columns to enable multiplexed detection.

パラレル・セグメントフローカラムをチューニングし、多重化された検出のイネーブル化

Active flow technology (AFT) is new form of column technology that was designed to overcome flow heterogeneity to increase separation performance in terms ...

tuning-parallel-segmented-flow-column-enabling-multiplexed

Research

JoVE Journal

Chemistry

7.3K ビュー.  University of Western Sydney. Here, we present a protocol for the operation and tuning of parallel segmented flow chromatography columns to enable multiplexed detection. 

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Parallel-plate Flow Chamber and Continuous Flow Circuit to Evaluate Endothelial Progenitor Cells under Laminar Flow Shear Stress

The overall goal of this method is to describe a technique to subject adherent cells to laminar flow conditions and evaluate their response to well quantifiable fluid shear stresses1.
Our flow chamber design and flow circuit (Fig. 1) contains a transparent viewing region that enables testing of cell adhesion and imaging of cell morphology immediately before flow (Fig. 11A, B), at various time points during flow (Fig. 11C), and after flow (Fig. 11D). These experiments are illustrated with human umbilical cord blood-derived endothelial progenitor cells (EPCs) and porcine EPCs2,3.
This method is also applicable to other adherent cell types, e.g. smooth muscle cells (SMCs) or fibroblasts.
The chamber and all parts of the circuit are easily sterilized with steam autoclaving. In contrast to other chambers, e.g. microfluidic chambers, large numbers of cells (&gt; 1 million depending on cell size) can be recovered after the flow experiment under sterile conditions for cell culture or other experiments, e.g. DNA or RNA extraction, or immunohistochemistry (Fig. 11E), or scanning electron microscopy5. The shear stress can be adjusted by varying the flow rate of the perfusate, the fluid viscosity, or the channel height and width. The latter can reduce fluid volume or cell needs while ensuring that one-dimensional flow is maintained. It is not necessary to measure chamber height between experiments, since the chamber height does not depend on the use of gaskets, which greatly increases the ease of multiple experiments. Furthermore, the circuit design easily enables the collection of perfusate samples for analysis and/or quantification of metabolites secreted by cells under fluid shear stress exposure, e.g. nitric oxide (Fig. 12)6.

We are describing a method to subject adherent cells to laminar flow shear stress in a sterile continuous flow circuit. The cells' adhesion, morphology can be studied through the transparent chamber, samples obtained from the circuit for metabolite analysis and cells harvested after shear exposure for future experiments or culture.

層流のせん断応力下の内皮前駆細胞を評価するために、平行平板フローチャンバーと定常流回路

The overall goal of this method is to describe a technique to subject adherent cells to laminar flow conditions and evaluate their response to well ...

生物工学

Fluorescence detection methods for microfluidic droplet platforms

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that accompany system miniaturisation. Advantages include the ability to efficiently process nano- to femoto- liter volumes of sample, facile integration of functional components, an intrinsic predisposition towards large-scale multiplexing, enhanced analytical throughput, improved control and reduced instrumental footprints.1
In recent years much interest has focussed on the development of droplet-based (or segmented flow) microfluidic systems and their potential as platforms in high-throughput experimentation.2-4 Here water-in-oil emulsions are made to spontaneously form in microfluidic channels as a result of capillary instabilities between the two immiscible phases. Importantly, microdroplets of precisely defined volumes and compositions can be generated at frequencies of several kHz. Furthermore, by encapsulating reagents of interest within isolated compartments separated by a continuous immiscible phase, both sample cross-talk and dispersion (diffusion- and Taylor-based) can be eliminated, which leads to minimal cross-contamination and the ability to time analytical processes with great accuracy. Additionally, since there is no contact between the contents of the droplets and the channel walls (which are wetted by the continuous phase) absorption and loss of reagents on the channel walls is prevented.
Once droplets of this kind have been generated and processed, it is necessary to extract the required analytical information. In this respect the detection method of choice should be rapid, provide high-sensitivity and low limits of detection, be applicable to a range of molecular species, be non-destructive and be able to be integrated with microfluidic devices in a facile manner. To address this need we have developed a suite of experimental tools and protocols that enable the extraction of large amounts of photophysical information from small-volume environments, and are applicable to the analysis of a wide range of physical, chemical and biological parameters. Herein two examples of these methods are presented and applied to the detection of single cells and the mapping of mixing processes inside picoliter-volume droplets. We report the entire experimental process including microfluidic chip fabrication, the optical setup and the process of droplet generation and detection.

Droplet-based microfluidic platforms are promising candidates for high throughput experimentation since they are able to generate picoliter, self-compartmentalized vessels inexpensively at kHz rates. Through integration with fast, sensitive and high resolution fluorescence spectroscopic methods, the large amounts of information generated within these systems can be efficiently extracted, harnessed and utilized.

マイクロ流体液滴のプラットフォームのための蛍光検出法

The development of microfluidic platforms for performing chemistry and biology has in large part been driven by a range of potential benefits that ...

Detection and Isolation of Circulating Melanoma Cells using Photoacoustic Flowmetry

Circulating tumor cells (CTCs) are those cells that have separated from a macroscopic tumor and spread through the blood and lymph systems to seed secondary tumors1,2,3. CTCs are indicators of metastatic disease and their detection in blood samples may be used to diagnose cancer and monitor a patient&prime;s response to therapy. Since CTCs are rare, comprising about one tumor cell among billions of normal blood cells in advanced cancer patients, their detection and enumeration is a difficult task. We exploit the presence of pigment in most melanoma cells to generate photoacoustic, or laser induced ultrasonic waves in a custom flow cytometer for detection of circulating melanoma cells (CMCs)4,5. This process entails separating a whole blood sample using centrifugation and obtaining the white blood cell layer. If present in whole blood, CMCs will separate with the white blood cells due to similar density. These cells are resuspended in phosphate buffered saline (PBS) and introduced into the flowmeter. Rather than a continuous flow of the blood cell suspension, we induced two phase flow in order to capture these cells for further study. In two phase flow, two immiscible liquids in a microfluidic system meet at a junction and form alternating slugs of liquid6,7. PBS suspended white blood cells and air form microliter slugs that are sequentially irradiated with laser light. The addition of a surfactant to the liquid phase allows uniform slug formation and the user can create different sized slugs by altering the flow rates of the two phases. Slugs of air and slugs of PBS with white blood cells contain no light absorbers and hence, do not produce photoacoustic waves. However, slugs of white blood cells that contain even single CMCs absorb laser light and produce high frequency acoustic waves. These slugs that generate photoacoustic waves are sequestered and collected for cytochemical staining for verification of CMCs.

We have developed a flow cytometer using laser induced ultrasound to detect circulating melanoma cells as an early indicator of metastatic disease.

光音響流量測定法を用いて循環メラノーマ細胞の検出と分離

Circulating tumor cells (CTCs) are those cells that have separated from a macroscopic tumor and spread through the blood and lymph systems to seed ...

Post Column Derivatization Using Reaction Flow High Performance Liquid Chromatography Columns

A protocol for the use of reaction flow high performance liquid chromatography columns for methods employing post column derivatization (PCD) is presented. A major difficulty in adapting PCD to modern HPLC systems and columns is the need for large volume reaction coils that enable reagent mixing and then the derivatization reaction to take place. This large post column dead volume leads to band broadening, which results in a loss of observed separation efficiency and indeed detection in sensitivity. In reaction flow post column derivatization (RF-PCD) the derivatization reagent(s) are pumped against the flow of mobile phase into either one or two of the outer ports of the reaction flow column where it is mixed with column effluent inside a frit housed within the column end fitting. This technique allows for more efficient mixing of the column effluent and derivatization reagent(s) meaning that the volume of the reaction loops can be minimized or even eliminated altogether. It has been found that RF-PCD methods perform better than conventional PCD methods in terms of observed separation efficiency and signal to noise ratio. A further advantage of RF-PCD techniques is the ability to monitor effluent coming from the central port in its underivatized state. RF-PCD has currently been trialed on a relatively small range of post column reactions, however, there is currently no reason to suggest that RF-PCD could not be adapted to any existing one or two component (as long as both reagents are added at the same time) post column derivatization reaction.

A protocol for the use of reaction flow high performance liquid chromatography columns for methods employing post column derivatization (PCD) is presented.

反応フロー高速液体クロマトグラフィー用カラムを使用したポストカラム誘導体化

A protocol for the use of reaction flow high performance liquid chromatography columns for methods employing post column derivatization (PCD) is ...

化学

Curtain Flow Column: Optimization of Efficiency and Sensitivity

Active Flow Technology (AFT) is a form of column technology that increases the separation performance of a HPLC column through the use of a specially purpose built multiport end-fitting(s). Curtain Flow (CF) columns belong to the AFT suite of columns, specifically the CF column is designed so that the sample is injected into the radial central region of the bed and a curtain flow of mobile phase surrounding the injection of solute prevents the radial dispersion of the sample to the wall. The column functions as an 'infinite diameter' column. The purpose of the design is to overcome the radial heterogeneity of the column bed, and at the same time maximize the sample load into the radial central region of the column bed, which serves to increase detection sensitivity. The protocol described herein outlines the system and CF column set up and the tuning process for an optimized infinite diameter 'virtual' column.

Here, we present a protocol for the operation and optimization of Active Flow Technology (AFT) column in Curtain flow (CF) mode for enhanced separation performance.

カーテンフローカラム：効率の最適化と感度

Active Flow Technology (AFT) is a form of column technology that increases the separation performance of a HPLC column through the use of a specially ...

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy (ATOM)

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the main trend in the advanced development of flow cytometry. Notably, adding high-resolution imaging capabilities allows for the complex morphological analysis of cellular/sub-cellular structures. This is not possible with standard flow cytometers. However, it is valuable for advancing our knowledge of cellular functions and can benefit life science research, clinical diagnostics, and environmental monitoring. Incorporating imaging capabilities into flow cytometry compromises the assay throughput, primarily due to the limitations on speed and sensitivity in the camera technologies. To overcome this speed or throughput challenge facing imaging flow cytometry while preserving the image quality, asymmetric-detection time-stretch optical microscopy (ATOM) has been demonstrated to enable high-contrast, single-cell imaging with sub-cellular resolution, at an imaging throughput as high as 100,000 cells/s. Based on the imaging concept of conventional time-stretch imaging, which relies on all-optical image encoding and retrieval through the use of ultrafast broadband laser pulses, ATOM further advances imaging performance by enhancing the image contrast of unlabeled/unstained cells. This is achieved by accessing the phase-gradient information of the cells, which is spectrally encoded into single-shot broadband pulses. Hence, ATOM is particularly advantageous in high-throughput measurements of single-cell morphology and texture &#8211; information indicative of cell types, states, and even functions. Ultimately, this could become a powerful imaging flow cytometry platform for the biophysical phenotyping of cells, complementing the current state-of-the-art biochemical-marker-based cellular assay. This work describes a protocol to establish the key modules of an ATOM system (from optical frontend to data processing and visualization backend), as well as the workflow of imaging flow cytometry based on ATOM, using human cells and micro-algae as the examples.

Microfluidic Imaging Flow Cytometry by Asymmetric-detection Time-stretch Optical Microscopy ATOM

This protocol describes the implementation of an asymmetric-detection time-stretch optical microscopy system for single-cell imaging in ultrafast microfluidic flow and its applications in imaging flow cytometry.

非対称検出時間ストレッチ光学顕微鏡（ATOM）によるマイクロ流体イメージングフローサイトメトリー

Scaling the number of measurable parameters, which allows for multidimensional data analysis and thus higher-confidence statistical results, has been the ...

工学

A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light emitting diodes (LEDs) and photovoltaics (PVs). Among this material group, inorganic/organic perovskites have demonstrated significant improvement and potential towards high-efficiency, low-cost PV fabrication due to their high charge carrier mobilities and lifetimes. Despite the opportunities for perovskite QDs in large-scale PV and LED applications, the lack of fundamental and comprehensive understanding of their growth pathways has inhibited their adaptation within continuous nanomanufacturing strategies. Traditional flask-based screening approaches are generally expensive, labor-intensive, and imprecise for effectively characterizing the broad parameter space and synthesis variety relevant to colloidal QD reactions. In this work, a fully autonomous microfluidic platform is developed to systematically study the large parameter space associated with the colloidal synthesis of nanocrystals in a continuous flow format. Through the application of a novel translating three-port flow cell and modular reactor extension units, the system may rapidly collect fluorescence and absorption spectra across reactor lengths ranging 3 - 196 cm. The adjustable reactor length not only decouples the residence time from the velocity-dependent mass transfer, it also substantially improves the sampling rates and chemical consumption due to the characterization of 40 unique spectra within a single equilibrated system. Sample rates may reach up to 30,000 unique spectra per day, and the conditions cover 4 orders of magnitude in residence times ranging 100 ms - 17 min. Further applications of this system would substantially improve the rate and precision of the material discovery and screening in future studies. Detailed within this report are the system materials and assembly protocols with a general description of the automated sampling software and offline data processing.

Detailed herein are the operation and assembly protocols of a modular microfluidic screening platform for the systematic characterization of colloidal semiconductor nanocrystal syntheses. Through fully adjustable system arrangements, highly efficient spectra collection may be carried out across 4 orders of magnitude reaction time scales within a mass transfer-controlled sampling space.

コロイド状半導体ナノ結晶の分類学的研究のためのモジュラー マイクロ流体技術

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...

Multicolor Fluorescence Detection for Droplet Microfluidics Using Optical Fibers

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as multiplex assays, enzyme evolution, and molecular biology enhanced cell sorting require the detection of two or more colors of fluorescence. Standard multicolor detection systems that couple free space lasers to epifluorescence microscopes are bulky, expensive, and difficult to maintain. In this paper, we describe a scheme to perform multicolor detection by exciting discrete regions of a microfluidic channel with lasers coupled to optical fibers. Emitted light is collected by an optical fiber coupled to a single photodetector. Because the excitation occurs at different spatial locations, the identity of emitted light can be encoded as a temporal shift, eliminating the need for more complicated light filtering schemes. The system has been used to detect droplet populations containing four unique combinations of dyes and to detect sub-nanomolar concentrations of fluorescein.

Multicolor fluorescence detection in droplet microfluidics typically involves bulky and complex epifluorescence microscope-based detection systems. Here we describe a compact and modular multicolor detection scheme that utilizes an array of optical fibers to temporally encode multicolor data collected by a single photodetector.

光ファイバを用いて、液滴マイクロフルイディクスのための多色蛍光検出

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as ...

Microfluidic Platform with Multiplexed Electronic Detection for Spatial Tracking of Particles

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to spatially fractionate the sample based on a biological property of interest. For the resultant spatial distribution to be used as the assay readout, microfluidic devices are often subjected to microscopic analysis requiring complex instrumentation with higher cost and reduced portability. To address this limitation, we have developed an integrated electronic sensing technology for multiplexed detection of particles at different locations on a microfluidic chip. Our technology, called Microfluidic CODES, combines Resistive Pulse Sensing with Code Division Multiple Access to compress 2D spatial information into a 1D electrical signal. In this paper, we present a practical demonstration of the Microfluidic CODES technology to detect and size cultured cancer cells distributed over multiple microfluidic channels. As validated by the high-speed microscopy, our technology can accurately analyze dense cell populations all electronically without the need for an external instrument. As such, the Microfluidic CODES can potentially enable low-cost integrated lab-on-a-chip devices that are well suited for the point-of-care testing of biological samples.

We demonstrate a microfluidic platform with an integrated surface electrode network that combines resistive pulse sensing (RPS) with code division multiple access (CDMA), to multiplex detection and sizing of particles in multiple microfluidic channels.

粒子の空間追跡のための多重化された電子の検出とマイクロ流体プラットフォーム

Microfluidic processing of biological samples typically involves differential manipulations of suspended particles under various force fields in order to ...

Use of Dual Optical Tweezers and Microfluidics for Single-Molecule Studies

Visual biochemistry is a powerful technique for observing the stochastic properties of single enzymes or enzyme complexes that are obscured in the averaging that takes place in bulk-phase studies. To achieve visualization, dual optical tweezers, where one trap is fixed and the other is mobile, are focused into one channel of a multi-stream microfluidic chamber positioned on the stage of an inverted fluorescence microscope. The optical tweezers trap single molecules of fluorescently labeled DNA and fluid flow through the chamber and past the trapped beads, stretches the DNA to B-form (under minimal force, i.e., 0 pN) with the nucleic acid being observed as a white string against a black background. DNA molecules are moved from one stream to the next, by translating the stage perpendicular to the flow to enable the initiation of reactions in a controlled manner. To achieve success, microfluidic devices with optically clear channels are mated to glass syringes held in place in a syringe pump. Optimal results use connectors permanently bonded to the flow cell, tubing that is mechanically rigid and chemically resistant, and which is connected to switching valves that eliminate bubbles that prohibit laminar flow.

Visual, single-molecule biochemistry studied through microfluidic chambers is greatly facilitated using glass barrel, gas-tight syringes, stable connections of tubing to flow cells, and elimination of bubbles by placing switching valves between the syringes and tubing. The protocol describes dual optical traps that enable visualization of DNA transactions and intermolecular interactions.

パラレル・セグメントフローカラムをチューニングし、多重化された検出のイネーブル化

要約

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層流のせん断応力下の内皮前駆細胞を評価するために、平行平板フローチャンバーと定常流回路

マイクロ流体液滴のプラットフォームのための蛍光検出法

光音響流量測定法を用いて循環メラノーマ細胞の検出と分離

反応フロー高速液体クロマトグラフィー用カラムを使用したポストカラム誘導体化

カーテンフローカラム：効率の最適化と感度

非対称検出時間ストレッチ光学顕微鏡（ATOM）によるマイクロ流体イメージングフローサイトメトリー

コロイド状半導体ナノ結晶の分類学的研究のためのモジュラーマイクロ流体技術

光ファイバを用いて、液滴マイクロフルイディクスのための多色蛍光検出

粒子の空間追跡のための多重化された電子の検出とマイクロ流体プラットフォーム

1分子研究のためのデュアル光ピンセットとマイクロ流体工学の使用

パラレル・セグメントフローカラムをチューニングし、多重化された検出のイネーブル化

要約

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層流のせん断応力下の内皮前駆細胞を評価するために、平行平板フローチャンバーと定常流回路

マイクロ流体液滴のプラットフォームのための蛍光検出法

光音響流量測定法を用いて循環メラノーマ細胞の検出と分離

反応フロー高速液体クロマトグラフィー用カラムを使用したポストカラム誘導体化

カーテンフローカラム：効率の最適化と感度

非対称検出時間ストレッチ光学顕微鏡（ATOM）によるマイクロ流体イメージングフローサイトメトリー

コロイド状半導体ナノ結晶の分類学的研究のためのモジュラー マイクロ流体技術

光ファイバを用いて、液滴マイクロフルイディクスのための多色蛍光検出

粒子の空間追跡のための多重化された電子の検出とマイクロ流体プラットフォーム

1分子研究のためのデュアル光ピンセットとマイクロ流体工学の使用

コロイド状半導体ナノ結晶の分類学的研究のためのモジュラーマイクロ流体技術