Name: simple in-house ultra-high performance capillary column manufacturing with the flashpack approach
Uploaded: 2021-12-04T14:00:00
Duration: 13 min 36 s
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这项工作得到了RSF拨款20-14-00121的支持。作者感谢P. V. Shliaha（纪念斯隆凯特琳癌症中心）的富有成效的讨论。

填料方案包括五个步骤（图1）：1）填料站准备，2）毛细管制备，3）吸附剂浆料制备，4）毛细管填料在压力弹中，5）柱填料在HPLC系统中，切割到尺寸和UHPLC连接安装。与通用协议相比，FlashPack 优化需要在第 3 节和第 4 节中进行调整。
1. 包装站组装
<ol><li>准备一个充满氮气，氦气或氩气的气罐，配有单级气体调节器，出口压力>50巴。最大压力受压力炸弹兼容性的限制。</li>
	<li>将调节器连接到压力炸弹的排气阀。</li>
	<li>如果压力炸弹没有配备集成式磁力搅拌器，请将炸弹放在磁力搅拌器上。</li>
	<li>将窄ID塑料管（例如，0.13 mm）连接到压力炸弹的排气口，并将其放入装有水的容器中。</li>
</ol>2. 毛细管准备
<ol><li>用由Kasil和甲酰胺15 形成的集成玻璃熔块或由激光拉拔器16制备的拉动发射器毛细管制备的熔块毛细管。毛细管比预期的柱长10-15厘米。 注：有关与不同毛细管尺寸和色釉类型相关的可能问题的讨论，请参见表 1。表2包含用于制造拉射发射器毛细管的P2000激光拉拔器程序的示例。</li>
	<li>使用切割的凝胶加载移液器吸头保护拉动的发射器端。<ol>
<li>切开尖端，使其紧紧地贴合在360μm外径毛细管周围（它可以沿着毛细管移动，但需要一些努力才能做到这一点）。</li>
		<li>将切割的移液器尖端从毛细管前端的方向滑到毛细管上，然后将其向上移动到发射器端。</li>
		<li>当色谱柱喷洒时，将保护尖端滑回。向前滑动吸头，使发射极端在色谱柱未喷涂时（即使色谱柱在流动下方，但仍未喷涂）。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 吸附剂浆料制备
<ol><li>准备储备吸附剂小瓶：将约50mg干吸附剂放入1.5mL离心管中。这里，以Reprosil Pur C18为例。</li>
	<li>向吸附剂管中加入1 mL甲醇。</li>
	<li>要完全混合它，请使用涡旋混合器涡旋管10秒。</li>
	<li>在超声浴中超声处理10秒。</li>
	<li>让吸附剂彻底浸泡20-30分钟。然后，再次涡旋并超声处理它。</li>
	<li>准备一个有效的吸附剂小瓶。使用适合炸弹的锥形底部小瓶。 注意：它可以是另一个1.5 mL离心管或任何其他小瓶，具体取决于特定的压力炸弹设计。对于该实验，使用锥形底部螺旋盖管切割到压力炸弹的高度。</li>
	<li>将吸附剂重悬于储备吸附剂小瓶中，并将500μL转移到具有2 x 3 mm尺寸的磁条的工作吸附剂小瓶中。</li>
	<li>向工作瓶中加入甲醇至~1 mL。</li>
	<li>让工作小瓶在桌子上放置10分钟，使吸附剂在重力作用下沉降。</li>
	<li>如果在沉降后，吸附剂层低于4毫米，则加入更多的储备吸附剂浆料，并等待吸附剂再沉降10分钟。 注：制备的工作瓶用于在几个月内制备多个色谱柱。如果工作吸附剂小瓶在不搅拌的情况下停留超过2小时，则必须涡旋10秒，超声处理10秒并通过重力沉降。通常，吸附剂在早上包装前重新悬浮。然后，如果顺序柱包装之间没有长时间的停顿，则适合全天包装。如果工作小瓶中的吸附剂变干，则加入甲醇，并像浆料吸附剂小瓶一样运行完整的吸附剂制备程序（步骤3.2-3.5）。</li>
</ol>4. 压力炸弹中的毛细管填料
注意：使用压力炸弹时，请始终佩戴防护眼镜。不要戴手套。这些严重降低了正确处理小直径毛细管所需的触觉，并导致错误。
<ol><li>将吸附剂小瓶放入压力炸弹中，并紧紧固定所有螺母。</li>
	<li>以 60-100 rpm 开始旋转。</li>
	<li>将熔块或拉动的发射器毛细管插入炸弹：将其推到小瓶的最底部，然后将其向上提起2-3毫米并固定螺母。 注：施加最小所需力来固定毛细管，以避免毛细管和套圈损坏。最好的是用手拧紧。如果使用六角扳手，请用最少的力气拧紧。</li>
	<li>检查毛细管是否正确固定 - 用手将其拉出必须无法移动毛细管。</li>
	<li>非常缓慢地打开压力弹阀，同时保持毛细管的开口端远离您的脸部。</li>
	<li>观看包装过程的初始步骤。 注意：加压后，吸附剂立即充满毛细管，并且在整个长度上变得不透明。一旦吸附剂开始在远端内包装，背压增加，流量减慢，毛细管内的均匀吸附剂浆液改造成几个吸附剂包，由无吸附剂间隙隔开。已经填充的吸附剂可见为颜色浓密的持续生长区域。</li>
	<li>在整个包装过程中，保持吸附剂填充区域至少为毛细管长度的70%，并留有小的无吸附剂间隙。</li>
	<li>在包装过程中有几个常见问题需要注意，这些问题需要在飞行中调整设置，以保持吸附剂的有效输送到毛细管中。 注：有关吸附剂输送效率调整的更多详细信息，请参见表3。<ol>
<li>问题1：当新的吸附剂停止进入毛细管，而已经存在的吸附剂继续移动时，请按照以下步骤操作。 注意：这是最常见的问题。在大多数情况下，毛细管入口被自聚集的吸附剂簇阻塞。逐个应用以下步骤，直到吸附剂流恢复，然后跳过其余与问题相关的步骤。<ol>
<li>将转速提高到 500 rpm，并立即将其降低到 60-100 rpm。通常，它恢复吸附剂流动。检查包装过程其余部分的转速是否至少为60 rpm。</li>
			<li>如果它没有帮助，请短暂地发泄包装炸弹并立即将其加压。</li>
			<li>如果它没有帮助或再次发生阻塞，请将毛细管重新定位在吸附剂层内。没有吸附剂可能是由于毛细管开口端在磁棒上方太高，因此柱端不接触它，或者毛细管粘入小瓶底部。首先，将炸弹完全排空，松开螺母，将毛细管推到底部，然后将其向后拉2毫米。固定螺母。</li>
			<li>如果阻塞仍然存在，请排出系统，取出吸附剂小瓶并涡旋并再次超声处理。在显微镜下检查毛细管前端是否损坏，并在需要时切割约5mm的前端。</li>
		</ol>
</li>
		<li>问题2：当吸附剂仅填充毛细管的一小部分具有长空区域时，请按照以下步骤操作。<ol>
<li>检查转速。如果旋转太慢，冲天炉断裂效率不够高。将转速增加到 ~150 rpm。</li>
			<li>如果旋转速度过快，吸附剂将重悬到较大的小瓶体积中，并且柱入口周围的局部吸附剂浓度较低。将转速减慢至 60-100 RPM。</li>
			<li>检查吸附剂水平。当小瓶中没有足够的吸附剂时，毛细管内几乎没有吸附剂时观察到同样的问题。当吸附剂用完时，用新的吸附剂填充小瓶，以便在重力诱导沉降后保持吸附剂层不低于4毫米高。</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>继续包装色谱柱，直到达到目标色谱柱长度加 5-7 厘米。</li>
	<li>停止旋转，非常缓慢地给炸弹减压。<ol>
<li>稍微打开炸弹阀，等待水瓶内的气泡破裂消退。然后，将阀门打开一点，再次等待气泡破裂减慢。</li>
		<li>以增量方式释放压力，直到没有气体从阀门中排出。 注意：不要一次一直打开阀门 - 这会导致毛细管内部冒泡，吸附剂会回到小瓶中。如果发生这种情况，请向炸弹加压，等待柱子再次装满。</li>
	</ol></li>
	<li>当气体停止从排气阀中流出时，将填充的毛细管从压力炸弹中取出。 注：不要让色谱柱变干。如果未立即连接到HPLC系统进行进一步包装，请将包装好的毛细管全部浸入10%EtOH溶液中储存。液密聚丙烯食品储存容器可用于毛细管储存。断开连接的HPLC色谱柱以相同的方式存储。</li>
	<li>如果没有进一步的包装计划，请从炸弹中取出吸附剂小瓶并紧紧关闭。请保留它以进行进一步的色谱柱包装。</li>
</ol>5. 在高效液相色谱柱中包装
<ol><li>通过HPLC 连接将填充的毛细管连接到 HPLC 系统。</li>
	<li>在95%溶剂B（80或100%乙腈，0.1%甲酸（FA））下开始流动，目标是250-300 bar压力。对于40厘米包装的毛细管，使用200-300 nL / min的流速。 注：对于 40-50 cm 柱，100 μm 内径填充有 2 μm 吸附剂的填料流量为 200 nL/min。 表 4中列出了其他一些列大小。其他柱长和ID的流速是根据背压与柱长和横截面之间的直接比例来估计的。精确流速调整为实际包装长度，默认情况下，该长度比目标柱长度长。另请注意，300 bar 压力的目标是 HPLC 连接的物理压力极限。对于较高压力的连接，应使用高达连接压力极限的较高流量，以实现更快的包装。</li>
	<li>注意毛细管内松散的吸附剂是否被包装并添加到总包装长度中。</li>
	<li>在不停止流动的情况下，将柱体浸入超声处理浴中两次。 注：请勿浸没柱端和毛细管连接 - 仅浸入柱体的一部分。超声处理步骤有助于提高色谱柱的再现性，特别是对于>50厘米长的极长色谱柱（未发表的数据）;然而，它增加了一个随机的机会，即破坏拉动的发射器毛细管的发射器端内的自组装吸附剂色釉并完全阻塞柱子。虽然超声处理可以普遍应用于任何玻璃熔块柱，但我们建议仅在柱长>50厘米时对拉动的发射器柱进行超声处理。</li>
	<li>当吸附床停止收缩时，将柱体浸入超声处理槽中两倍而不停止流动。</li>
	<li>在 300 根柱上再运行 10 分钟。</li>
	<li>停止流动，等待压力降至三巴以下，然后断开色谱柱。</li>
	<li>目视检查色谱柱是否有间隙和变色。如果发现任何，可以在流动下重复超声处理。对于关键实验，请考虑制作一个新列。</li>
	<li>将列剪切到所需的长度。 注：正确切割是色谱柱效率的先决条件。用划线器在聚酰亚胺涂层中做一个缺口，部分裂开毛细管并将两块拉开。</li>
	<li>在陶瓷晶圆上或用研磨膜抛光柱前端。</li>
	<li>使用 UHPLC 连接将色谱柱重新连接到 LC 系统。</li>
	<li>根据 表4的列ID，工作流量从2%B开始。等待压力平衡并检查柱背压。 注：工作流量根据色谱柱参数进行调整。例如，一个30厘米长的100μm ID柱以500 nL / min的速度运行。</li>
	<li>确保背压在预期值的5%以内（见 表5），这确认了色谱柱包装正确并准备使用。 注：色谱柱背压是HPLC系统梯度通道中的总压力，与色谱柱连接在一起减去柱前毛细管的背压。同时， 表 5 中的值是任意的（它们给出了预期的任意比例）。实验室内各色谱柱背压的相似性是一切正常运转的更重要指标。实际的绝对背压取决于许多参数，例如吸附剂尺寸和特性，毛细管ID，制造商和批次，拉出发射器端的形状或玻璃釉料的密度和长度，溶剂特性和室内环境温度等。如果背压过高，请参阅 表 1 以了解可能的问题。</li>
</ol>

<ol>
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作者声明他们没有相互竞争的经济利益。

内部毛细管柱填料在从事多个独立项目的大型实验室中非常受欢迎。然而，一种常见的低浓度吸附剂悬浮液的填料方法在速度上有很大的局限性，并且无法产生长的UHPLC色谱柱。
FlashPack是对标准包装程序的修改，使得从非常高的吸附剂浓度进行包装成为可能。该方法的理论基础在于在整个包装过程中，柱入口处连续的吸附剂冲天炉不稳定。从技术上讲，后者是通过用磁棒连续撞击柱入口来实现的。有意开发了冲天炉破坏稳定性的方法，以使填料设置与普通填料过程完全相似，但FlashPack的诀窍在于吸附剂浆料制备，毛细管定位和填料过程中磁铁棒使用的细节。
所述吸附剂浆料在大溶剂体积中制备为沉淀物吸附剂层。有趣的是，基于压力炸弹的填料不需要与柱对柱的填料条件相同。在FlashPack中，我们永远不知道柱入口周围确切的吸附剂浆液浓度。不可能精确地测量和控制，因为它在包装过程中也会发生变化。然而，无论包装是如何实现的，最终的色谱柱仍然 非常可重复。
快速包装的基础在于高效的吸附剂冲天炉破坏稳定性。因此，重要的是控制吸附剂进入毛细管，并在整个包装过程中保持最佳的冲天炉不稳定条件。有几个可能的问题可能会妨碍有效的吸附剂输送。其中一些例子是通过快速磁棒旋转来重悬吸附附，由于磁棒定位的相对毛细管错误或磁棒旋转太慢而导致的冲天炉不稳定效率低下。问题本身以及如何解决这些问题将在协议部分详细讨论。
柱子打包后，要检查的主要柱参数是柱背压。 表5 中列出的压力值提供了一个参考点，用于一种流行的低于2μm的微珠尺寸吸附剂 - ReproSil PUR C18 AQ（1.9μm）。的预期值。同时，熔块或拉力过窄的发射器可能会增加额外的背压，因此应不断对其进行监控。如果在拉动式发射器中进行包装，我们仍然建议通过先包装熔块毛细管来测量所使用的特定吸附剂的预期柱背压，然后查看自组装色釉是否添加太多。对于任何高压问题，请使用 表 1 中提供的准则来查明问题。
根据我们的经验，没有变色、间隙且具有适当背压的填充色谱柱在100%的情况下都能正常工作，并且分离质量接近色谱柱长度和吸附剂特性的预期。具有变色的色谱柱不能保证正常工作，但仍能提供令人满意的结果。
大多数时候，如果分离质量有任何问题，它们不是来自色谱柱本身，而是来自分离系统的其他部分，即泵、溶剂或连接。特别有害的是任何列后连接。由于毛细管色谱中的流速非常低，发射器和熔块柱之间的死体积连接不良，导致峰扩大和尾随。
FlashPack方法特有的另一个重要问题是，它在工作吸附剂浆料小瓶中使用了大量昂贵的吸附剂。请记住，FlashPack中的吸附剂浆料适用于多种用途。照顾好吸附剂。避免不必要的磁棒搅拌以减少吸附剂研磨 - 请记住在填料完成后立即停止旋转。并且不要将打开的吸附剂小瓶留在压力弹中，以免吸附剂干燥。虽然吸附剂仍然可以在那之后使用，但重新制作吸附剂浆液需要时间。
该方法同样适用于熔块毛细管和拉射发射毛细管。FlashPack原理将毛细管ID的包装速率从20μm提高到250μm（未测试较小和较大）。它也适用于所有吸附剂，无论是完全多孔的还是表面多孔的，我们都可以测试（反映高吸附剂浆料浓度中的吸附剂冲天炉的形成并不仅限于RP吸附剂）。此外，溶剂参数根据其物理和化学特性明显影响填料。例如，在相同的填料压力下，粘度较低的丙酮比甲醇具有更高的填料速率。然而，它也比甲醇的极性更小，并且减少了吸附剂颗粒相互粘附。该效果本身可防止在填料开始时当流速仍然很高时形成吸附式冲天炉。然而，吸附剂颗粒相互作用的减少也会导致自组装熔块形成的可靠性降低，并且在填料过程中更频繁地拉端堵塞。因此，虽然丙酮更适合于填料毛细管，但它不太适合拉射发射机毛细管，甲醇作为浆料溶剂较慢，但适用于两种类型的末端。用己烷或二氯甲烷（DCM）填料是从甲醇切换到丙酮的极端情况：它们的极性更小，因此它们可以完全防止吸附性冲天炉的形成，但是它们根本不适合拉发射极填料。此外，还注意到极低的DCM极性导致吸附剂颗粒粘附在内部毛细管壁上并在其上形成厚厚的层。层厚度逐渐增长并形成随机的局部块，导致柱子被没有吸附剂的区域隔开。对于C18肽Aeris吸附剂观察到这种效果。
另一个观察到的问题是YMC Triart C18吸附剂没有正确悬浮在甲醇中，而是形成某种薄片。但是，这并不妨碍它与FlashPack打包在一起，并提供非常好的分离效率（未发布的数据）。因此，虽然甲醇在某些情况下不是最佳的，但它是适用于所有测试吸附剂和色谱柱的最通用溶剂。值得一提的是，我们还没有分析不同的浆料溶剂如何影响色谱柱分离效率。同时，由甲醇填充的色谱柱的效率已经完全等于相同吸附剂4的商用色谱柱。
FlashPack并不是提高UHPLC色谱柱包装率的唯一现有方法。使用超高压填料7也可以从高吸附剂浆液浓度快速填料。FlashPack的优点是它更简单，因为它不需要特殊的超高压泵和压力炸弹来输送吸附剂和毛细管连接。同时，证明在极压下填充的色谱柱可以具有高于低压填充色谱柱17的分离效率。虽然FlashPack生产的色谱柱与比较4中使用的商业色谱柱相同，但我们不知道其包装方法，但尚未测试FlashPack色谱柱如何抵抗超高压填充色谱柱。
总之，所描述的FlashPack方法可以很容易地适应实验室中现有的包装协议，并对协议进行一些调整，同时设置保持不变。它将HPLC毛细管柱包装速度提高到几分钟，并允许生产长UHP毛细管柱，这在标准包装程序中显然是不可能的。通过应用FlashPack方法，实验室的时间和金钱的整体经济性可以以每年数万欧元计算。此外，在本地生产UHP毛细管柱的能力为现有商业产品无法实现的实验定制开辟了可能性。

现代蛋白质组学基于液相色谱耦合质谱法和超高性能纳米流动色谱（50-150μm柱内径（ID））分离，提供最佳的分析速度和灵敏度1。虽然有许多商用UHPLC毛细管柱可用，但它们的价格占耗材成本的主要部分，特别是当多个不同的项目在实验室中运行并且项目特定的色谱柱污染是一个常见的问题时。此外，在内部包装色谱柱允许使用定制的实验专用吸附剂（例如，polyCAT-A 吸附剂2）和色谱柱特性，这些特性无法作为现成的色谱柱购买。
为了应对这种情况，许多实验室在内部包装毛细管柱。然而，使用100 bar压力炸弹（压力注射单元）3 的常见填料程序不适合UHPLC柱填料，因为与较大尺寸的HPLC吸附剂相比，低于2μm的UHPLC吸附剂的高背压导致填料速率显着降低。虽然短 UHPLC 色谱柱的包装速度仍然很慢，但制造长 UHPLC 色谱柱在物理上是不可能的4。
标准毛细管柱填料在相对较低的压力下完成 - 高达100 bar，并且吸附剂浆液浓度非常低。因此，有两种可能的方向可以加快这一进程。可以增加填料压力5.然而，这需要特殊的设备，实际上，在实验室中安装一种新方法。另一种方法是增加吸附剂浆料浓度6.高吸附剂浆料浓度填料是结合在先前的出版物7中描述的超高填料压力。然而，在大多数现有填料炸弹中使用的100巴压力下，较高的吸附剂浓度会导致填料速度减慢或完全停止填料。最近证明这种效果是由于色谱柱入口处的吸附剂聚集，并且提出了一种简单的吸附剂冲天炉破坏稳定性的技巧，方法是在吸附剂小瓶内用磁铁棒锤击柱入口4。由此产生的方法名为FlashPack，使用相同的100巴压力炸弹包装设置。同时，包装过程中的微小但关键的改变允许从非常高的吸附剂浆料浓度中填料，并在不到一小时的时间内生产出非常长的UHPLC色谱柱（50至70厘米或更长），而短色谱柱可以在几分钟内生产，分离质量等于相同参数的商业色谱柱4。FlashPack方法已经成功地用于多个蛋白质组学项目，用于制备反相（RP）8，9，10，11，12，13，14和亲水相互作用（HILIC）2毛细管柱。
在这里，我们详细描述了将FlashPack方法适应标准100巴压力炸弹包装程序所需的修改。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetonitrile with 0.1% (v/v) Formic acid</td>
			<td>Merck</td>
			<td>1.59002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>centrifuge tube 1.5 mL</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceramic Scoring Wafer</td>
			<td>Restek</td>
			<td>20116</td>
			<td>any ceramic wafer is suitable for capillary polishing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diamond-chip bladed scribe</td>
			<td>NewObjective</td>
			<td>Diamond-chip bladed scribe</td>
			<td>recommended for capillary cutting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fused silica capillary 100 mm ID 375 mm OD</td>
			<td>CM Scientific</td>
			<td>TSP100375</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GELoader tips</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>30001222</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HPLC system</td>
			<td>ThermoScientific</td>
			<td>Ultimate3000 RSLCnano</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>laser puller</td>
			<td>Sutter</td>
			<td>P2000/F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>magnet bar 2x5 mm</td>
			<td>Merck</td>
			<td>Z283819</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MeOH</td>
			<td>Merck</td>
			<td>1.06018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microspatula</td>
			<td>Merck</td>
			<td>Z193216</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEEK ferrule 360 mm</td>
			<td>VICI</td>
			<td>JR-C360NFPK</td>
			<td>use to connect the column to UPLC union</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pipette tip, 1000 uL</td>
			<td>Merck</td>
			<td>Z740095</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pipette, 1000 uL</td>
			<td>Gilson</td>
			<td>Pipetman L P1000L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pressure bomb</td>
			<td>NextAdvance</td>
			<td>PC-77 MAG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>regulator</td>
			<td>GCE</td>
			<td>Jetcontrol 600 200/103</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reprosil Pur C18 AQ 120 1.9 mm</td>
			<td>Dr. Maisch</td>
			<td>r13.aq.0001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw cap tubes without caps, conical bottom, self-standing, 0.5 mL</td>
			<td>Merck</td>
			<td>AXYST050SS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw cap tubes without caps, conical bottom, self-standing, 1.5 mL</td>
			<td>Merck</td>
			<td>AXYST150SS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw caps with O-rings</td>
			<td>Merck</td>
			<td>AXYSCOC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sonication bath</td>
			<td>Elma</td>
			<td>Elmasonic S30 H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>union HPLC</td>
			<td>VICI</td>
			<td>JR-C360RU1PK6</td>
			<td>HPLC connection from 1/16 OD HPLC capillary to 360 um capillary column</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>union UPLC</td>
			<td>VICI</td>
			<td>JR-C360RU1FS6</td>
			<td>UPLC connection from 1/16 OD HPLC capillary to 360 um capillary column</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vortex</td>
			<td>BioSan</td>
			<td>V-1plus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water with 0.1% (v/v) Formic acid</td>
			<td>Merck</td>
			<td>1.59013</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

simple in-house ultra-high performance capillary column manufacturing with the flashpack approach

毛细管超高效液相色谱（UHPLC）目前是基于LC-MS的蛋白质组学中样品分离步骤的首选方法。然而，与高流量的对流柱相比，毛细管柱的鲁棒性要低得多。由于容易污染和堵塞，它们通常需要更换。这使得它们成为LC-MS分析总成本中非常昂贵的一部分。UHPLC毛细管柱的内部包装节省了大量资金，并允许定制。然而，100 bar压力弹中的标准包装程序仅适用于HPLC色谱柱，但对于UHPLC吸附剂来说太慢了。在这里，我们提供了适用于相同100 bar压力炸弹设置的优化FlashPack协议的描述。该方法基于超高吸附剂浓度浆料的填料，专为在合理时间内内部制造无限长度的UHPLC毛细管柱而开发。

FlashPack 方法基于标准包装设置，并遵循相同的包装流程。包装成标准熔块或拉动的发射器毛细管。主要优化在于吸附剂浆料浓度：标准方法与FlashPack中使用的高浓度吸附剂悬浮液不相容。结果是长UHPLC色谱柱的快速生产方法，例如，在不到1小时的时间内用1.9μm吸附剂填充50厘米长的色谱柱（图2）。
为了证明FlashPack方法的应用，制备了30cm 100μm ID毛细管柱（表6）。将ReprosilPur C18 1.9μm吸附剂在60巴处包装到50厘米长的100μm ID拉动发射器毛细管中，由P2000激光拉拔器制备。毛细管在40分钟内包装至约40厘米，毛细管内留下一些更松散的吸附剂。将填充的毛细管连接到HPLC系统，并用溶剂B（80%乙腈，0.1%FA）以300 nL / min的速度运行。经过两轮5秒的超声处理，最终包装长度为43厘米。将柱子断开，切成30厘米，并使用UHPLC连接连接到HPLC系统。我们通常使用 360 μm 无袖 PEEK 螺母套圈和 360 μm 不锈钢接头。如果强力拧紧，这种组合至少可容纳 700 根杆。制造的色谱柱在2%溶剂B下在500 nL/min时具有520巴的背压，这与预期值范围一致（表5）。
作为色谱柱效率的证明，我们使用制造的30厘米色谱柱在2%至50%B的15分钟梯度中分离50 fmol的细胞色素C蛋白的胰蛋白酶切。平均FWHM约为3秒（图3）。
表 1：色谱柱高工作背压的故障排除。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62522/Table1_HighColPressurev2.xlsx" target="_blank">请点击此处下载此表格。</a>
表2：P2000/F激光拉拔器程序。P2000/F激光拉拔程序，用于在室温23-25°C下制备从360μm外径100μm内径拉出的发射极毛细管熔融石英聚酰亚胺涂层毛细管，无需内部涂层 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62522/Table2_P2000F%20laser%20puller%20program.xlsx" target="_blank">。</a>
表3：在包装过程中要控制的FlashPack特定包装问题和检查点。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62522/Table3_sorbentDeliveryIssuesss.xlsx" target="_blank">请点击此处下载此表格。</a>
表 4：不同列 ID 和长度的示例性包装和工作流速。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62522/Table4%20Exemplary%20packing%20and%20working%20flow%20rates.xlsx" target="_blank">请点击此处下载此表格。</a>
表 5：在 RT 下，在 RP 溶剂系统中，装有 2 μm 球形吸附剂并以工作流速（根据色谱柱 ID）运行的色谱柱的预期背压 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62522/Table5_Expected%20backpressure.xlsx" target="_blank">。</a>
表6：30厘米UHPLC柱的示例性包装。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62522/Table6_Exemplary%20packing%20of%2030%20cm%20UHPLC%20columnv2.xlsx" target="_blank">请点击此处下载此表格。</a>
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62522/62522fig01.jpg"> 图1：毛细管柱包装方案。 第1至第3阶段是准备阶段，然后是压力炸弹包装，最后是HPLC包装。阶段 3 和 4 进行了修改，以使用超高效的 FlashPack 协议。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62522/62522fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62522/62522fig02.jpg"> 图 2： 在100 巴甲醇中，ReprosilPur C18 AQ 为 1.9 μm 的 100 μm 毛细管内径的熔块毛细管的包装速率。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62522/62522fig02large.jpg" target="_blank">请单击此处查看此图的大图。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62522/62522fig03.jpg"> 图3：提取的细胞色素C的胰蛋白酶肽的离子色谱图。 在30厘米长的100mm ID拉动的发射器毛细管柱中分离50 fmol后，提取的细胞色素C的胰蛋白酶肽的离子色谱图，在室温下以500 nL / min的500 nL / min从2%到40%B的梯度中装有ReprosilPur C18 AQ 1.9μm的发射体毛细管柱。每个肽的绝对强度和提取的m / z范围显示在光谱的右侧。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62522/62522fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>

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Simple In-House Ultra-High Performance Capillary Column Manufacturing with the FlashPack Approach

在这里，我们提出了一个优化的FlashPack毛细管柱包装程序的协议。将优化的实验方案应用于常见的 100 bar 压力弹设置，可将长超高性能毛细管柱的包装和制造速度提高 10 倍。

使用FlashPack方法进行简单的内部超高性能毛细管柱制造

Capillary ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC) is currently a method of choice for the sample separation step in LC-MS-based proteomics. ...

使用FlashPack方法进行简单的内部超高性能毛细管柱制造。该程序的目标是引入一种优化的方案，用于LC-MS蛋白质组学分析的快速简便的超高性能毛细管柱填料。现代蛋白质组学基于质谱法与超高性能毛细管液相色谱法相结合。肽分离主要在内径为75微米的毛细管柱中完成。与商业产品相比，可以在内部准备毛细管柱。定制制备的色谱柱具有类似于商业类比的分离质量，同时节省了大量资金，并允许定制吸附剂和色谱柱尺寸。在这里，我们演示了内部毛细管柱制造的优化包装程序，我们称之为FlashPack。优化背后的想法是从非常高的吸附剂浆料浓度中包料，同时仍然使用相同的常见100 bar压力炸弹填料设置。这需要连续破碎的吸附剂簇，这些吸附剂簇在高吸附剂浓度下在柱入口周围形成，并防止新的吸附剂材料进入毛细管。从技术上讲，我们通过使用磁棒作为锤子，不断加热并在吸附剂导线内的毛细管周围移动来实现这一点。正确应用闪存包可将包装率提高多达 10 倍。这使得它适用于包装较软微公制尺寸的超高性能吸附剂，以及在合理的时间内制造长达一米的超长色谱柱。色谱柱制备过程包括五个步骤。三个准备步骤，包括包装站组装和毛细管和吸附剂浆料的制备。然后，首先将毛细管以60至100巴的压力包装在压力炸弹中。随后将填充毛细管连接到HPLC系统，在高压下包装吸附剂并柱切割成该尺寸。FlashPack 过程要求在通用协议的步骤 3 和 4 中进行更改。首先，我们准备一个包装站。它由一个出口压力至少为50巴的氮气罐组成。罐连接到压力炸弹的排气阀，该阀放置在磁力搅拌器中。排气阀的出口通过狭窄的ID PEEK毛细管插入水瓶中，从而可以对减压进行精细控制。接下来，我们准备毛细管。包装可以在由Kasil和甲酰胺形成的集成玻璃釉料的毛细管中进行包装。另一种选择是包装成由sutter激光拉拔器准备的拉动毛细管。毛细管必须比预期的柱长10至15厘米。以下视频是以拉动发射器毛细管填料为例准备的。使用切割的凝胶加载移液器吸头保护拉动的发射器端。有关详细信息，请参阅手稿的文本版本。下一阶段是吸附剂浆料的制备。首先，将约50毫克干吸附剂放入1.5毫升离心管中。这将是一个库存吸附剂小瓶。本视频是使用Maisch博士的Reprosil Pur C18 AQ 1.9微公制吸附剂编写的。将一毫升甲醇加入储备吸附剂小瓶中。涡旋10秒。然后在超声处理浴中再超声处理10秒钟。让吸附剂彻底浸泡20至30分钟，然后再次涡旋并超声处理。准备一个有效的吸附剂小瓶。它必须是一个适合炸弹的锥形底部小瓶。它可以是另一个1.5毫升的离心管或任何其他小瓶，具体取决于特定的压力炸弹设计。我们使用一个裙边锥形底部螺旋盖管切割到压力炸弹的高度。将吸附剂重新悬浮在储备吸附剂小瓶中，并将500微升与两×三毫米大小的磁铁棒一起转移到工作吸附剂小瓶中。在工作小瓶的顶部加入一毫升甲醇。让工作小瓶在桌子上静置10分钟，使吸附剂在重力作用下沉降。这一步骤的结果必须是一个锥形的底部小瓶，底层的松散吸附剂高约四毫米。如果层太低，则从库存小瓶中吸收更多的吸附剂。因此，制备的工作小瓶用于数月时间内的多个色谱柱的制备。如果工作吸附剂小瓶在不搅拌的情况下停留超过两个小时，则必须在包装前再次通过重力涡旋，超声处理并沉降。当一切准备就绪后，进入第四阶段，装入压力炸弹。使用熔融石英毛细管和压力炸弹时，请始终佩戴防护眼镜。同时，不建议戴防护手套。它们严重降低了正确处理小直径毛细管所需的触觉，并导致错误。将吸附剂小瓶放入压力炸弹中，并紧紧固定所有结。以每分钟60至100发的速度开始旋转，将熔碎或拉动的发射器毛细管插入炸弹。将其推到小瓶的最底部，然后将其向上抬起两到三毫米并固定结。施加最小的所需力来固定毛细管。检查毛细管是否正确固定。用手拉出毛细管一定是不可能的。非常缓慢地打开压力弹阀，同时保持毛细管的开口端远离您的脸。观看包装过程的初始步骤。加压后，吸附剂立即充满毛细管，并且在整个长度上变得不透明。一旦吸附剂开始在远端内包装，背压增加，流量减慢，毛细管内的均匀吸附剂浆液改造成几个吸附剂包，由无吸附剂间隙隔开。已经填充的吸附剂可见为颜色浓密的持续生长区域。在整个包装过程中，保持吸附剂填充区域至少为毛细管长度的70%，并留有小的无吸附剂间隙。在包装过程中需要注意几个常见问题。它们需要在飞行中进行设置调整，以保持向毛细管中高效输送吸附剂。最常见的问题是当新的吸附剂停止进入毛细管时，而已经存在的吸附剂仍在移动。在大多数情况下，毛细管入口被自聚集的吸附剂簇阻塞。逐个应用这些步骤，直到吸附剂流恢复，然后跳过其余与问题相关的步骤。将转速提高到每分钟 500 发，并立即将其降低到 60 RPM。大多数时候，它恢复吸附剂流动。检查包装过程其余部分的转速是否至少为 60 RPM。如果它没有帮助，请短暂地发泄包装炸弹并立即将其加压。如果它没有帮助，或者再次发生阻塞，请将毛细管重新定位在吸附剂层内。没有吸附剂可能是由于毛细管开口端在磁力棒上方太高，因此柱端不接触它。或者毛细管位置太低并粘入小瓶底部。首先，将炸弹完全通风，然后松开螺母，将毛细管推到底部，然后将其向后拉两毫米。固定螺母。打开阀门对炸弹加压并继续包装。有关打包问题的更多详细信息，请参阅该方法的文本版本。继续包装色谱柱，直到达到目标色谱柱长度加上五到七厘米。停止旋转，非常缓慢地给炸弹减压。稍微打开炸弹阀，等待水瓶内的气泡破裂消退。然后将阀门打开一点，再次等待气泡破裂减慢。因此，在增量步骤中，释放压力，直到没有气体从阀门中流出。不要一次完全打开阀门。它会导致毛细管内部冒泡，吸附剂会回到小瓶中。如果发生这种情况，请向炸弹加压，等待柱子再次装满。当气体停止从排气阀中流出时，将填充的毛细管从压力炸弹中取出。不要让色谱柱变干。如果未立即连接到HPLC系统以进行进一步包装，请将包装好的毛细管全部浸入10%乙醇溶液中储存。断开连接的HPLC色谱柱以相同的方式存储。如果今天没有计划再包装，请从炸弹中取出吸附剂小瓶并紧紧关闭。将其保存以进一步包装柱。第五阶段，高效液相色谱打包。通过 HPLC 连接将填充的毛细管连接到 HPLC 系统。开始高有机溶剂的流动。根据包装长度调整流量，目标约为 300 巴。对于40厘米包装的毛细管，使用每分钟200-300正常升的流速。注意正在包装的毛细管内是否有松散的吸附剂，从而增加总包装长度。在不停止流动的情况下，将柱体浸入超声处理浴中两次。重要的是只浸没柱体的一部分。不要浸没柱端和毛细管连接。当吸附床停止收缩时，将柱体浸入超声处理槽中两倍而不停止流动。在 300 根柱线处再运行 10 分钟。停止流动，等待压力降至三巴以下，然后断开色谱柱。目视检查色谱柱是否有间隙和变色。如果发现任何，可以在流动下重复超声处理。对于关键实验，请考虑制作一个新列。将列剪切到所需的长度。正确完成的切割是色谱柱效率的先决条件。用划线器在聚酰胺涂层中做一个缺口。部分裂开毛细血管，并将两块拉开。在陶瓷晶圆上或用研磨膜抛光柱前端。使用超高压连接将色谱柱重新连接到LC系统。工作流量从2%B开始，根据色谱柱参数调整工作流量。例如，100微米ID柱以每分钟500纳升的速度运行。等待压力平衡并检查色谱柱背压。正确制备的色谱柱可提供与其长度和吸附剂特性成比例的背压。例如，装有两微米吸附剂的30厘米毛细管柱在2%溶剂B下具有450至500巴的背压。如果生产的色谱柱在预期范围内提供背压，则随时可以使用。如果背压远超出预期范围，则柱子或LC系统出现问题。使用FlashPack包装可在100巴包装压力下在不到一小时的时间内用1.9微米吸附剂生产出50厘米的毛细管包装。例如，我们生产30厘米100微米ID超高压柱，装入带有1.9微米ReprosilPur C18 AQ吸附剂的拉制发射器毛细管中。包装是在60巴处完成的，装入50厘米长的拉动发射器毛细管中。毛细管在40分钟内被包装到40厘米，毛细管内有一些更多的吸附剂没有包装。将填充的毛细管连接到HPLC系统，并用溶剂B以每分钟300纳升的速度运行，溶剂B在我们的例子中是80%乙腈，0.1%甲酸。最终包装长度为43厘米。柱子被切成30厘米。在99%溶剂B下每分钟工作500纳升时，塔的背压为275巴，接近预期值。为了测试该柱，我们在2-50%B的15分钟梯度中分离了50 fmol的细胞色素C蛋白胰蛋白酶切。平均FWHM约为三秒。所描述的协议能够在合理的时间内在常见的100 bar包装中生产UHPLC色谱柱。短HPLC或UPLC色谱柱可在几分钟内装填，而30-50厘米长色谱柱可在不到一小时的时间内装填。该方法可有效地将含有RP和任何其他化学物质的吸附剂包装到任何列ID中。生产的色谱柱与任何其他具有类似尺寸和吸附剂参数的商业色谱柱一样可重复地有效。

Research

JoVE Journal

Biochemistry

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科研

生物化学

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使用中性毛细管单克隆抗体亚型的毛细管电泳分离

Biotherapeutic proteins, such as monoclonal antibodies (mAbs), are feasible alternatives for the treatment of chronic-degenerative diseases. The ...

Enhanced Sample Multiplexing of Tissues Using Combined Precursor Isotopic Labeling and Isobaric Tagging (cPILOT)

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There is an increasing demand to analyze many biological samples for disease understanding and biomarker discovery. Quantitative proteomics strategies ...

A Simple Method for High Throughput Chemical Screening in Caenorhabditis Elegans

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