新药研发难关 如何以自动化技术攻克障碍

新药研发过程中,样品前处理不单耗时长, 且成本高,尤其是样品称量,可以说是每个实验人员避不开的操作,每次开始实验的时候,首先要做的事情就是样品称量、试剂投料。

称量任务看似简单,但却涉及许多繁琐且重复的步骤,极容易产生人为误差。遇到特殊情况,更是会给操作人员带来不小的挑战。为了应对以上难题,力扬企业最近就新药研发话题,邀请了产品经理杜世振博士与药研群组成员展开了在线讨论,并总结了以下内容,今天与大家一同分享。

01.
以自动加样技术
变革传统实验室物料称量及分配模式

传统加样中,我们需要把样品放在台式天平上,继而进行分配,但如此简单的一个任务却往往是在研发过程中的一个瓶颈问题,比如样品数量多、特殊样品 (如: 微量、高粘度、易挥发样品等) 称量难,边反应边加样难操作等。

针对这些问题,瑞士 Chemspeed 研发了独创性的顶置式加样方式,对传统的称量加样方式进行了革命性的改变,从根本上解决了上面提到的瓶颈问题。如图所示,顶置式天平配置在平台上,被誉为 “行走的天平”,它由机械手抓起、移动,并带着样品按照设定的程序走到指定的目标容器上方,然后以程序设定的质量进行样品分配。

Chemspeed 顶置式称重分配单元
毫克级别 加样轻松

介于 1 – 2 毫克或者少于 1 毫克的样品,加样难度较大,Chemspeed 设有两款工具可以完成任务。

第一个是 GDU-P fd (见下图中蓝圈处),此工具适用于有足够物料来源的样品,比如实验室的常规试剂。当物料有几十或者上百克可以用时,这种情况下便可以将物料预先填装到 GDU-P fd 的物料罐内 (30mL),然后通过 GDU-P fd 天平进行自动加样。

第二个工具是 SWILE (见下图中蓝圈处),它可以完成分配 100 微克到 10 毫克范围内样品,其应用场景主要是物料有限或者样品特别珍贵试剂或样品。分配过程使用一次性玻璃毛细管分配器,直接到物料瓶里 (如 2mL 小瓶、或 4mL 小瓶) 取样,然后天平移动到目标容器上方进行分配,分配过程无死体积,无交叉污染,而且不需要对原料进行分装处理,分配完成后原料瓶几乎保持原封不动。

Chemspeed 全自动试剂加样技术
样品种类多样 分类处理专业化

在长达 20 多年的研发历程中, Chemspeed 逐步开发了六款主要顶置式加样工具,可以覆盖在实验过程中大多数样品。图中左三款是针对固体样品加样的工具,它们可以完成单次加样 1 毫克以下到 100 克范围内的固体样品加样任务 (如粉末、颗粒状的化合物);图中右三款是针对液体化合物进行分配的,其中 GDU-V 是对液体按质量进行分配的工具,而 GDU-HV 是针对高粘度 (如甘油、膏状物) 化合物的加样工具。对于毫克级别或者毫克以下的液体化合物,SWIP 可以轻松应付。由于它的加样过程需要用毛细管进行沾取,因此 SWIP 适用于粘稠状化合物。

除上述顶置式加样工具外,Chemspeed 亦提供了四通道的液体加样工具,可以进行体积式的移液操作,其主要针对常规试剂 (如水、甲醇、乙醇等溶剂),无需按照重量分配。此工具只需按体积去加样,加强效率也相较更快。

Chemspeed 4 Needle Head 体积式移液工具
集成手套箱 实现氮气保护

如果需要在反应过程中通过氮气或者其他的惰性气氛保护,Chemspeed 反应器即可轻松实现。通过气氛置换功能,便可自动化实现气氛置换。

当涉及对水氧敏感的化合物存放,或水氧敏感化合物的频繁使用,那么必须使平台处于惰性气氛环境中工作,这种情况下我们可以对平台进行氮气吹扫箱体集成,或是手套箱集成。

下图为力扬用户使用 Chemspeed 集成德国的布劳恩手套箱自动化平台,反应所需的样品、反应器均放置于手套箱中。

Chemspeed 集成手套箱

02.
多品牌友好 实现集成自由

Chemspeed 平台现可无缝集成市面上主流品牌的液相色谱、气相色谱,以及其他第三方设备。

以 SWING 平台为例,它可与任何拥有开放通讯接口的第三方平台进行集成。如缺少通讯接口,SWING 平台也可做物理集成,常用的方式是通过六轴机械手进行跨平台的自动化转移。如图中展示与离心机对接过程,其中样品在 SWING 平台和离心机之间的转移步骤就是通过六轴机械手完成。除此之外,我们也可以通过此类方法和微波反应器、液相色谱、气相色谱进行对接操作。

03.
自动化过滤流程 双重方案任您选择

下图展示的是 Chemspeed 第一类自动化过滤的方案。即通过真空系统连接过滤滤芯,完成抽滤功能,最终实现对固体、液体的混合物实现固液分离的过程。

第二类过滤方案是通过 SPE 固相萃取,完成过滤操作 (如下图所示)。

Chemspeed filtration SPE

综合以上介绍,Chemspeed 除了拥有独创的专利技术,也提供多项以药物研发为主的全自动解决方案,适合不同过程使用,让药企轻易击破开发难关,加快效率及减低成本。

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