ASTRA Benefits

光散乱による分子量とサイズ

Wyatt Technologyは、光散乱による分子量の正確な測定を実用化することにより、高分子のクロマトグラフィー分析に革命をもたらしました。 ASTRAは、数十年の経験でその革命をあなたにもたらします。光散乱のポテンシャルを最大限に引き出しながら、使いやすさを追求した機能の数々をご紹介します。

視覚的分析(ビジュアル分析)

ASTRAの光散乱分析ビューは、データを簡単に分析するためのツールを提供します。分子量と半径は、スライスごとに即座に計算されて表示されます。スライスはクロマトグラムから直接選択できます。角度変化への適合は、スライスごとに評価できます。さらに、個々の検出器を有効または無効にして、即座にフィードバックすることができます。

ASTRAは、光散乱強度の角度変化を分析してサイズ情報を取得するためのいくつかの高度なモデルをサポートしています。詳細については、粒子分析のセクションを参照してください。

Light scattering GUI

光散乱装置のサポート

光散乱データを処理する他社のほとんどのソフトウェアパッケージは、光散乱装置のネイティブサポートを提供していません。代わりに、高分子標準を使用して機器を校正する必要があります。これにより、分子量を直接測定できるという光散乱の基本的な利点がなくなり、光散乱がカラムキャリブレーションのあらゆる弱点と結び付けられることになります。

ASTRAは、光散乱装置のネイティブサポートを提供します。機器の校正に高分子標準は必要ありません。代わりに、純粋な溶媒からの基本散乱の単純な測定値を使用して、以降のすべての測定値をレイリー比のネイティブ散乱単位に変換します。仮定は必要ありません-濃度検出器と組み合わせて、ASTRAは分子量を直接測定します。


光散乱の利点

光散乱は、溶液中の高分子の分子量を正確かつ迅速に測定する能力に優れています。

  • 質量分析とは対照的に、光散乱は分子量と凝集状態を決定できます。
  • 超遠心分析とは対照的に、光散乱は、分画されたサンプルの分子量と凝集状態をリアルタイムで測定できます。
  • カラムキャリブレーションとは対照的に、光散乱は外部標準を必要とせず、サンプルがどのように溶出するかについての仮定も行いません。

分子量に加えて、光散乱はサイズも測定します。光散乱のしくみの詳細については、理論のセクションをご覧ください。

 

分布

ほとんどのクロマトグラフィー分析プログラムは、単一のピーク(つまり、溶出量の範囲)のサンプルの特性を計算します。たとえば、ピークの平均分子量、固有粘度、または流体力学的半径を決定できます。これは、溶出サンプルのさまざまな画分を特徴付ける非常に強力な方法です。

分画されたサンプルからのデータを解釈するもう1つの強力な方法は、測定量の分布を考慮することです。たとえば、特定の範囲内の分子量を持つサンプルの割合を知りたい場合があります。これを行う方法は、分子量の累積分布を計算することです。

累積分布を計算するには、次の手順を実行します。

  1. 溶出サンプルの総質量が計算されます。濃度が各溶出スライスで測定される場合、総質量は濃度測定値の合計に溶出スライスの体積を掛けたものに等しくなります。
  2. 分子量は、DAWNまたはminiDAWNMALS検出器を使用して溶出スライスごとに計算されます。
  3. 次に、得られた分子量とそのスライスで測定された濃度が、質量の昇順で並べ替えられます。
  4. 次に、特定の分子量以下のサンプルの重量分率は、指定されたモル質量までのすべての濃度を合計し、この合計に溶出スライスの体積を掛け、サンプルの総質量で割ることによって計算されます。

分割されたBSAサンプルに対するこの手順の結果を次の図に示します。見てわかるように、「階段状」のパターンがあり、各オリゴマーの質量でステップが発生します。ステップの高さを確認するだけで、各オリゴマーのサンプルの割合を簡単に決定できます。

微分分布はまさにそれです。微分分布を計算する1つの方法は、累積分布の微分を取ることです。これは、分別されたBSAサンプルの累積分布と差分分布の下の重ね書きではっきりと見ることができます。微分分布は、特定の分子量範囲内のサンプルの重量分画の明確な視覚的表現を提供し、分画、データ収集、および分析システム全体の最終的な分解能に関する情報を提供します。

微分分布の計算は、伝統的に難しい問題でした。最も簡単なアプローチは、結果のデータを単調関数に適合させ、次に適合関数の分析式を使用して微分分布を直接計算することです。この手法には、特に狭いピーク、オリゴマーシーケンス、および非標準の分画手法では、深刻な制限があります(つまり、単に機能しません)。 Wyatt Technologyは、データをフィッティングせずに差分分布を正確に計算するために、独自の適応ビニングアルゴリズムを実装しました。結果は本当に素晴らしいです。狭い標準とオリゴマーシーケンスの微分分布を計算するのは簡単です。

BSA cumulative molar mass

BSA molar mass distributions

ASTRAは、強力な分布分析手順をユーザーに提供することにより、この重要な機能を活用しています。スクリーンショットに見られるように、特定の質量範囲のサンプルの割合は、結合された分布グラフの領域をドラッグするだけで確認できます。この場合、BSAモノマー、ダイマー、およびトリマーの重量分率を決定して報告することができます。さらに、ASTRAの数密度計算と組み合わせると、特定のサイズ範囲のサンプルの数分率を分布分析手順で決定できます。


バンドブロードニング補正がディストリビューションに不可欠な理由:

計算された分布は、各溶出スライスの計算値の正確なマップを示します。バンドブロードニングに関する説明に示されているように、ピーク領域を設定すると、ピーク全体のモル質量の「歪み」を補うことができます。平均分子量は正しいです。ただし、分布プロットの「歪み」を補う方法はありません。バンドブロードニング補正を行わないと、シャープな単分散ピークからの値が人為的に広がります。分解能が明らかに低下しています。バンドブロードニング補正により、真の分布が明らかになり、分解能が回復します。バンドブロードニング補正ありとなしで測定されたBSAオリゴマーの以下のアニメーションは、正確な分布を決定するためにバンドブロードニング補正が必要であることを明確に示しています。

Size Distribution

 

Zimmプロット/第二ビリアル係数

光散乱を使用して、高分子の第二ビリアル係数(A2)を測定できます。A2は高分子の自己相互作用の尺度であり、タンパク質の結晶化と配合条件を最適化するための有用なパラメーターです。

グローバルフィッティング

従来のZimmプロットには、複数のデータセットに対し複数の近似を行い、ゼロ散乱角度と濃度をゼロに外挿する必要がありました。 ASTRAは、Zimmプロットをより堅牢で最新の分析にアップグレードする、独自のグローバルフィッティングテクノロジーを採用しています。グローバルフィッティングテクノロジーは、Zimmプロット法からすべての外挿を削除し、一貫性のないデータセットを特定するのに役立ち、A2に対してより正確で堅牢な結果を提供します。 ASTRAのすべての分析手順と同様に、グローバルフィットビュー(右に表示)は、Zimmプロットの新しい視覚的表現を使用して、フィット品質を即座に視覚的に確認します。グリッドビューでパラメータを変更し、フィット結果をすぐに確認することができます。


従来、A2は、サンプルの複数の濃度を準備し、次に複数の測定を行って古典的なZimmプロットを作成するという骨の折れるプロセスを使用して測定されていました。 Wyatt Technologyは、このテクノロジーを21世紀に持ち込むことに取り組んでいます。特に、タンパク質の特性評価コミュニティにとって重要性が増しているためです。私たちが実装した、または調査している方法には、次のものがあります。

オンラインA2決定

ASTRAは、オートサンプラーの自動希釈プロセスで理想的に調製された、少量のサンプルの迅速な注入の分析をサポートします。この独自のオンライン分析は、従来の測定に必要なサンプルの一部を使用してA2を取得でき、自動化とハイスループットの研究をサポートします。

 

タンパク質コンジュゲートおよびコポリマー分析

光散乱を使用して、コポリマーの分子量、サイズ、および相対的なポリマー分率を決定することが可能です。必要なのは、構成ポリマーに対して異なる感度を持つ2つの追加の検出器だけです。従来、光散乱は、この目的のためにRIおよびUV検出器と組み合わせて使用されてきました。

共重合体の重要なクラスはタンパク質コンジュゲートです。たとえば、研究者はしばしば、グリコシル化およびPEG化タンパク質、ならびに膜タンパク質-界面活性剤複合体中のタンパク質の割合を決定する必要があります。ASTRAは、UVおよびRI検出器と組み合わせて光散乱検出器を使用したタンパク質コンジュゲートおよびコポリマー分析をネイティブにサポートしています。

protein conjugate analysis GUI

タンパク質コンジュゲート分析のインターフェースは使いやすいです。タンパク質とモディファイアのdn/dcとUV吸光度の値を入力すると、スライスごとに総モル質量とタンパク質画分を表示できます。 ASTRAは、複合体のサイズと、複合体および構成要素の分子量を計算します。さらに、その溶出量の濃度と計算されたdn/dc値が表示されます。


タンパク質コンジュゲート分析は、ASTRAの強力なカスタムグラフ機能を表示するための豊富な例です。膜タンパク質-界面活性剤複合体のタンパク質画分対溶出量の関係性を示したものです。 ASTRAが計算するデータは、この方法で簡単にプロットできます。

Protein Fraction


タンパク質コンジュゲート分析では3つの検出器を直列に使用するため、正確な結果を得るには、バンドの広がりの影響を補正することが絶対に必要です。膜タンパク質-界面活性剤複合体の相対的なタンパク質と修飾因子の相対的な分画を示した下のアニメーションを考えてみてください。タンパク質の割合と質量は、溶出ピーク全体で一定である必要があります。バンドブロードニング補正がなければ、これを確認することは不可能です。 ASTRAと修正により、真の分数が即座に明らかになります。

Band Broadening Effects

 

dn/dcおよびUV吸光度の決定

ASTRAには、サンプルのdn/dcまたはUV吸光係数を決定するためのいくつかの異なる方法があります。

直接測定

既知の濃度のアリコートをOptilab屈折計またはUV検出器に注入します。 ASTRAは、dn/dcまたはUV吸光係数を決定するための実験方法を提供します。ベースラインを定義し、濃度でピーク領域を設定してから、対応する分析手順を表示して、dn/dcまたはUV吸光度を決定します。

オンライン測定

注入された質量の100%がOptilabまたはUV検出器に到達すると仮定できる場合、オンラインでdn/dcまたはUV吸光係数を計算することができます。

または、OptilabとUV検出器を組み合わせて使用し、サンプルのdn/dc値がわかっている場合、ASTRAはサンプルのUV吸光係数を計算できます。

RIキャリブレーション

サードパーティのRI検出器が使用されている場合、ASTRAは、アナログ入力信号のRIキャリブレーション定数を計算するための実験テンプレートを提供します。

One-Click MW

One-Click MW

吸収補正

多角度光散乱(MALS)分析は、フォトダイオードのアレイによって測定された散乱光の強度に基づいています。サンプルの正しい分子量を測定する場合は、レーザー光源の強度の既知の変動を考慮して、そのような変化が分析対象のサンプルに誤って起因しないようにする必要があります。

ASTRA®には、測定信号をレーザーモニターで除算することにより、出力変動によるレーザー強度の変動を考慮する機能があります。 ASTRAは、サンプルによる吸光度による測定強度の変化を考慮して拡張されました。これは、フォワードレーザーモニター信号の変化に基づいて、測定された強度に追加の補正を適用することによって実現されます。

データ収集の要件

フォワードモニター補正をサンプルに適用するには、データ収集時にフォワードモニター信号を測定する必要があります。DAWN®miniDAWN®は、収集ごとにフォワードモニター信号を測定します。

分析

標準のレーザーモニター補正は、信号と溶媒またはサンプルとの相互作用がない場合にうまく機能します。サンプルの存在が測定された強度に直接影響するため、これは通常、フォワードモニター補正には当てはまりません。溶媒のピーク時に収集が停止された場合、またはベースラインが変化している場合、平均モニター値の測定は不正確になります。したがって、フォワードモニター補正では、ユーザーが純粋な溶媒のピーク範囲を指定する必要があります。補正では、この「純粋な溶媒」のピークを使用して、フォワードモニターの平均を計算します。

Defining Peaks

結果

フォワードモニター補正は、フォワードモニター信号と平均フォワードモニター信号との比率の平方根に比例して、フォワードモニターの変化に基づいて測定された光強度を調整します。その結果、フォワードモニター信号の小さな変動は、測定された分子量に小さな変化をもたらすと予想されます。次の例は、これらの効果を示しています。

以下に示す吸収サンプルについて考えてみます。フォワードレーザーモニター(補助チャネル2で測定)の平均値は約3.05 Vですが、吸収サンプルが存在すると約2.35 Vに低下します(約23%の低下)。 したがって、予想される分子量の変化はその値の前後になります。フォワードモニター補正がある場合とない場合のサンプルの比較を以下に示します。


吸収サンプル
  Sample Sample with Correction    Change
Mn 2.157e+5 (0.3%) 2.598e+5 (0.3%) 20%
Mw 2.166e+5 (0.3%) 2.615e+5 (0.3%) 21%
Mz 2.174e+5 (0.6%) 2.629e+5 (0.7%) 21%
Mw/Mn 1.004 (0.4%) 1.007 (0.5%) -
Mz/Mn 1.008 (0.6%) 1.012 (0.8%) -

Defining Peaks

Defining Peaks

バンドブロードニング補正

Band Broadening Correction事実上すべてのオンライン分画技術は、検出器を直列に使用します。ただし、上のアニメーションに示されているように、これは根本的な問題を引き起こします。狭い「ピーク」が流路に沿って移動すると、各フローセルは小さな混合ボリュームのように機能し、最初は鋭いピークがわずかに指数関数的に広がります。流路内の各検出器は、最初の理想的なピークとは異なる、ますます広がるピークを認識します。


この広がりはわずかに見えるかもしれませんが、複数の検出器からのデータに依存する分析方法に悪影響を及ぼします。光散乱(LS)および屈折率(RI)検出器を直列に接続して検出された右側の分画されたBSAモノマーサンプルについて考えてみます。計算された分子量は、光散乱と屈折率のピークの比率に依存します。 RIピーク(破線)はLSピーク(実線)に対して明らかに広がっており、計算された分子量はピークを横切る「歪み」を持ちます。ただし、BSAモノマーの場合、質量はピーク全体で一定である必要があります。

Wyatt Technologyは、この根本的な問題に対する最初の真のソリューションを提供できることに興奮しています。私たちの科学者は、物理的な広がりのメカニズムを説明する特許取得済みのバンドブロードニング補正アルゴリズムを開発しました。このバンドブロードニング補正を適用すると、驚くべき結果が得られます。

BSA band broadening example

左側の分割されたBSAシリーズについて考えてみます。ここでは、青のデータはバンドブロードニング補正されておらず、赤のデータはバンドブロードニング補正が含まれています。補正されていないデータは、各ピーク全体のモル質量の古典的な歪みを示していますが、バンドブロードニング補正されたデータは、オリゴマーシーケンスに期待される「階段」の挙動を明確に示しています。

分別されたBSAの例は、LSトレースに対するバンドブロードニング補正の効果も示しています。補正を適用すると、LSトレースがわずかに変更され、拡大されたRIトレースと一致します。この変更により、分解能が実際に低下することはほとんどありませんが、分子量が正確に明らかになります。

バンドブロードニング補正はクロマトグラフィー分析に革命をもたらし、これまで目に見えなかった傾向を明らかにします。さらに、タンパク質複合体分析や粘度測定など、3つの検出器を直列に接続する必要がある興味深いアプリケーションでは重要であり、その結果、バンドの広がりの影響はさらに深刻になります。ASTRAは、直列の任意の数の検出器にバンドブロードニング補正を適用できるため、これらの高度な分析を実行して、システムに関する正確でエキサイティングな新しい情報を明らかにすることができます。

BSA band broadening example

ベースライン修正

data selection

流量、温度、その他の影響により、装置のベースラインがドリフトし、標準的な線形ベースライン減算機能では問題を補正できない場合が多くあります。このような影響をモデル化するために、ブランクデータを収集することができます。このブランクデータを使って補正することで、良好な結果データを生成することができます。

 

粒子と数密度

粒子モードでは、DAWN®のみを使用してサンプルのサイズと数密度を測定することができます。 ASTRAは、光散乱強度の角度変化に基づいて高分子のサイズを決定するためのいくつかの高度なモデルをサポートしています。

  • Zimm、Debye、およびBerryの公式:ジオメトリに関係なくサンプルのrms半径を決定するための従来の多重極展開。
  • ランダムコイルと球:既知の形状の粒子の閉形式。溶質と溶媒の屈折率が類似しているRayleigh-Gans-Debye限界に適用できます。
  • Mie:球形サンプルの幾何学的半径を決定するためのフルパワーMie計算。任意の屈折率のサンプルに適用できます。
  • コーティングされた球体:球殻の厚さがわかっている脂質小胞のモデリングに最適です。
  • ロッド:ロッドの半径がわかっている場合は、このモデルを適用して長さを決定できます。

number density analysis GUI

数密度

サンプルの屈折率がわかっている場合は、ASTRA独自の数密度計算を使用できます。スクリーンショットに示されているように、サンプルの幾何学的半径と数密度は、DAWNのみを使用して溶出スライスごとに決定されます。数密度の計算により、ピーク内の粒子の総数を測定できます。


さらに、ASTRAの強力な分布計算を使用して、累積数と微分数の分数を報告できます。たとえば、異なるサイズ範囲間のサンプルの数の割合を決定できます。最後に、100 nmのナノスフェアのサンプルについて、以下に示すように、絶対数密度と体積などの量をプロットすることができます。

100 nm nanosphere sample


ピーク統計

優れたクロマトグラフィーでは、ピーク間のベースライン分離があり、ピークは対称である必要があります。しかし、テーリングと非対称性を観察するとどうなるでしょうか。クロマトグラフィーは「十分に優れている」のでしょうか。 ASTRAは、ピーク高さ、カラム理論段数、ピーク幅、非対称性、テーリング、分解能などの統計を使用して、クロマトグラフィーの品質を評価できます。この分析はソフトウェアのすべてのオンラインメソッドに組み込まれているため、これらの計算を実行するために追加のクロマトグラフィーソフトウェアは必要ありません。

カスタマイズ可能なASTRAレポートで、すべてのインライン検出器(MALS、UV、またはRI)のこれらのパラメーターを視覚化します。

One-Click MW

エラー分析

Wyatt Technologyソフトウェアは、科学者が科学者のために作成したものです。当然のことながら、測定値を評価するには、計算量の不確かさが必要であることを理解しています。 ASTRAで計算されたすべての結果は、注意深いエラー分析と不確定性の伝播から生じる、厳密な統計的不確定性で表されます。

さらに、ASTRAには、すべての測定量の不確かさを正確に判断するための独自のアルゴリズムが含まれています。これらの不確かさは、さらなる分析で使用するため、およびノイズに対する信号を評価するために不可欠です。このエラー分析の強力な基盤をASTRAの強力なレポート機能およびグラフ作成機能と組み合わせると、堅実な科学的基盤を備えた出版品質の結果を生成するために必要なツールを研究者に提供するソフトウェアが得られます。

 

ウイルスベクター分析

ASTRAのウイルスベクター分析は、ウイルスキャプシド粒子の総数、相対的なキャプシド含有量(たとえば、空のキャプシドと完全なキャプシドの比率)、および凝集率などの重要な品質属性を決定します。この分析は、アデノ随伴ウイルス(AAV)やウイルス様粒子(VLP)など、UV信号への散乱の影響が無視できる小さなベクターに最適です。

SEC-MALS-UV-RIは、ほとんどの場合、これらの小さなベクターに最適な方法です。 FFF-MALS-UV-RIも使用できます。特に、粒子がSECカラムと相互作用する場合、または凝集体が大きすぎて効果的なSEC分離ができない場合に使用できます。

HPLC Manager

HPLC Manager

この方法では、MALS検出器と、タンパク質および核酸成分に対して異なる応答を示す2つの濃度検出器が必要です。従来、これはUVとRIの組み合わせで実現されていました。 HPLC CONNECTと、デジタルUVデータを記録するためのネイティブサポートを使用すると、ウイルスベクター分析を280nmと260nmなどの2つの異なるUV波長で実行することもできます。

ウイルスベクター分析のインターフェースは簡単に使用できます。タンパク質(キャプシド)と核酸(遺伝子ペイロード)の両方のdn/dc値とUV吸光係数を入力して、ウイルス粒子の総モル質量、タンパク質と核酸成分のモル質量、およびタンパク質の重量分率を決定します。タンパク質キャプシドと完全長核酸の予想される分子量を参照として指定し(不明な場合、これらのパラメーターはSEC-MALSで測定できます)、さらに、ウイルスベクター粒子の総濃度、FullおよびEmptyウイルスの濃度、キャプシドとウイルスゲノムの比率Cp /Vgを決定します。

ASTRAのEASIグラフ機能を使用すると、複数の分析から得られたクロマトグラムトレースと、空および完全な粒子濃度や分子量などの計算結果をオーバーレイできます。 EASIテーブルは、さまざまな実行の数値結果を読みやすい形式で比較し、統計分析を提供します。

One-Click MW

One-Click MW

脂質ナノ粒子-核酸分析

ASTRAの脂質ナノ粒子核酸(LNP-NA)分析は、MALS-UV-RIデータから、分子量とサイズの分布、多分散性、ペイロードの分布、およびカプセル化効率を提供します。分析ツールは、核酸(DNAまたはRNA)ペイロードを使用したLNPの定量に合わせて調整されています。

この方法では、DAWN MALS検出器、UV吸収検出器(通常は260 nm)、およびOptilab示差屈折計を使用します。これらの粒子の分離は通常、Eclipse FFFシステムを使用したフィールドフローフラクショネーション(FFF)によって実行されますが、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)も適している場合があります。埋め込まれたプロトコルは、一貫した処理とデータ解釈を確実にするために、分析を段階的に実行します。

LNP分析モジュールは、ASTRAの従来のMALS-UV-dRIコンジュゲート分析を、LNP-RNAなどのナノコンジュゲートの特性評価に拡張します。ナノコンジュゲート分析は粒子サイズによって複雑になります。高分子は主に吸収によってUV信号を生成しますが、半径が20 nmを超える粒子の場合、ナノ粒子による散乱による消滅がUVクロマトグラムまたはフラクトグラムに大きく影響します。散乱効果は、非吸収性脂質のみを含む空のLNPサンプルから得られた強いUVピークで明らかです。 LNP分析モジュールは、UV散乱の補正を実装します。これにより、UV吸収からの正しい濃度と、核酸および脂質の正確な分子量が可能になります(米国特許出願中)。

ASTRAのEASIグラフ機能は、ペイロード分布の固有の属性(総ペイロードモル質量または相対ペイロード質量)を含むさまざまな品質属性を粒子サイズの関数として表示します。これらのプロットは、さまざまなプロセスと製品を比較し、一貫性を評価するのに役立ちます。 ASTRAのEASIテーブルとレポートは、ユーザーがカスタマイズ可能なビューで定量的な結果を提供し、LNPピークの全核酸からのカプセル化効率の計算を容易にします。

lipid nanoparticle analysis

lipid nanoparticle analysis

lipid nanoparticle analysis

分子コンフォメーション

光散乱

DAWNまたはminiDAWNと濃度検出器を使用して分子量と半径を測定する場合、ASTRAは、測定された分子量とrms半径に基づいて分子の形状を評価できます。分子量の対数の関数としてのrms半径の対数のプロットは、コンフォメーションプロットと呼ばれ、2つの量の関係を示します。このグラフの傾きは、形状の適切な推定値を示しています。

  • 球:勾配は約0.33です
  • ランダムコイル:傾きは0.5〜0.6に近い
  • ロッド:勾配は約1.0です

分子サイズが10nmを超える場合、光散乱装置と濃縮ソースのみを使用して、分子量とrms半径の両方を同時に測定できます。


水性ポリマー

HA2 and HA4 sample conformation plot

このコンフォメーションプロットは、2つの水性ポリマーサンプル(ヒアルロン酸)を比較しています。HA2の傾きは0.49で、ランダムコイルであることを示しています。 HA4の傾きは0.18で、これははるかにコンパクトな構造を示しています。 ASTRAの分岐分析をこれらのポリマーとともに使用して、HA4の高度に分岐した構造をより詳細に評価することができます。


TCB中のポリエチレン

Polyethylene in TCB at 135 deg. C

このコンフォメーションプロットは、135°CのTCB内の2つのポリエチレンサンプルを比較しています。PE_linearの傾きは0.62であり、これは線形ランダムコイルであることを示しています。PE_branchedの傾きは0.47です。傾きの違いは、PE_branchedサンプルがよりコンパクトであり、より分岐した構造を持っている可能性が高いことを示しています。


粘度計と光散乱

rms半径が10nm未満の分子のコンフォメーションを決定したい場合は、ViscoStarを分析に追加してコンフォメーションを決定できます。Mark-Houwink-Sakurada(MHS)プロットと呼ばれる、分子量の関数としての固有粘度の対数のプロットは、2つの量の関係を示しています。コンフォメーションプロットと同様に、このグラフの傾き(MHSa項)は、分子形状の適切な推定値を示します。

  • 剛体球: aは約0.0です
  • シータ条件での線形ランダムコイル: aは約0.5です
  • 良溶媒中の線状ポリマー: aは約0.5〜0.8です
  • 剛直棒: aは約1.8〜2.0です

水性ポリマー

Aliginate Sample

このMark-Houwink-Sakuradaプロットは、藻類に存在する天然高分子であるアルギン酸塩を示しています。その傾きは約0.99であり、これはそれが線状ポリマーであることを示しています。


合成ポリマー

Polystyrene Mark-Houwink-Sakurada Plot

このMark-Houwink-Sakuradaプロットは、THF中の2つのポリスチレンサンプルを示しています。PS_linearの傾きは0.68ですが、PS_branchedは0.51です。どちらもランダムコイルですが、分岐したサンプルは明らかにより密に詰まっています。

 

分岐計算

DAWNまたはminiDAWNを使用して分子量測定を行う場合、高度な分岐計算を実行して、ポリマーサンプルの分岐を決定することができます。 ASTRAは、三官能性または四官能性の分岐の程度を決定し、星型およびくし型ポリマーを分析することさえできます。線状および対応する分岐ポリマーの分子量とrms半径を測定すると、ASTRAは次の量を計算できます。

  • 分岐比gM
  • 分子あたりの分岐単位。
  • 長鎖分岐。

さらに、ポリマーが小さすぎて(rms半径<10 nm)、光散乱を使用したサイズ測定ができない場合、ASTRAは、既知のMark-Houwink-Sakurada parametersパラメーターと一般的な溶出時間のサンプルに質量法を使用できます。

Branching Analysis GUI

分岐分析ビューでは、すべてを指先で操作できるため、分岐計算が簡単になります。 4つの異なるポリマータイプから選択します:三官能性または四官能性、星型、またはくし型分岐。長鎖分岐または質量法のパラメータを入力します。最後に、プロットタイプを選択することにより、結果を即座に表示します。左側に表示されているのは、線形サンプルと分岐サンプルのコンフォメーションプロットとスロープを比較したインターフェースです。

次のプロットは、分岐分析ビューで使用できるその他の視覚情報を示しています。

 

粘度検出器

ASTRAは、 ViscoStar®からの粘度測定データの収集と分析をネイティブでサポートしています。粘度測定モジュールは、高温GPCアプリケーションにも利用できます。いくつかの異なるタイプの粘度測定分析が実行されます。光散乱を使用して分子量を測定したWyattTechnologyの経験と相まって、粘度測定による高分子の特性評価はASTRAで新しいレベルに達しました。

本質的な粘度の計算

ViscoStarと濃度検出器を直列に使用して、溶出量の関数としてサンプルの固有粘度を計算することができます。分析は簡単です。 RIまたはUV濃度検出器をそれぞれ使用する場合は、ピーク領域を設定し、サンプルのdn/dcまたはUV吸光値を入力します。何よりも重要なのは、ASTRAの強力なバンドブロードニング補正により、粘度測定データの正確な分析が初めて可能になることです。バンドブロードニング補正がある場合とない場合のBSAオリゴマーシーケンスの固有粘度を考慮してください。 ASTRAを使用して、各オリゴマーの固有粘度の一定の正確な値を決定および報告できます。

Mark-Houwink-Sakuradaプロット

ViscoStarDAWN、またはminiDAWNと濃度検出器の組み合わせを使用して、ASTRAはMark-Houwink-Sakurada定数Kおよびaを決定できます。これらのパラメータを決定する際の精度のレベルは、比類のないものです。固有粘度の通常の測定と相まって、分子量は光散乱を使用して直接測定されます。 706ポリスチレン標準のMark-Houwink-Sakuradaプロットを検討してください。 ASTRAは、Mark-Houwinkパラメーターを決定するための新しいベンチマークを提供し、従来のMark-Houwink-Sakurada方程式の挙動から逸脱する事例を正確に明らかにすることができます。

Mak-Houwink

分子量:Mark-Houwink-Sakurada手順

ASTRAは、ViscoStarと濃度検出器からデータを取得して、Mark-Houwink-Sakurada(MHS)の式に基づいて分子量を計算できます。この手順を使用するには、Mark-Houwink Kと係数を知っているだけで済みます。これらは、文献から取得することも、光散乱検出器、ViscoStar、および濃度検出器と組み合わせてASTRAを使用して比類のない精度で決定することもできます。分子量が計算されると、ASTRAの強力な分布およびモーメント手順を使用して、サンプルの分子量モーメント(Mn,Mw、およびMz)および分子量分布が計算されます。最も重要なことは、MHS手順はASTRAのバンドブロードニング補正の恩恵を受けており、溶出量ごとに分子量を正確に決定できるようにすることです。

分子量:ユニバーサルキャリブレーション

ユニバーサルキャリブレーションは、ViscoStarと濃度検出器(OptilabまたはUV)のみを使用して、特定のカラムに対して単一の検量線を作成します。溶出時間は流体力学的体積に直接関係し、流体力学的体積は分子量と固有粘度に関係します。サンプルがランダムコイルポリマーであると仮定すると、固有粘度と溶出時間を組み合わせて分子量を決定します。ユニバーサルキャリブレーションの結果は、MHS手順の結果と同じように、分布とモーメントに変換できます。

サイズ計算

DAWNまたはminiDAWNと濃度検出器を組み合わせることで、ViscoStarは排除体積から高分子の有効サイズを決定できます。光散乱測定からのrms半径、またはQELS流体力学的半径と比較すると、粘度測定サイズの測定により、高分子のコンフォメーションと特性に新たな光が当てられます。 THF中のランダムコイルポリスチレン標準の有効サイズまたは流体力学的半径を考えてみましょう。 Rh対体積プロットは、粘度計がサイズをどれだけうまく決定できるかを示し、システムのクロマトグラフィーを正確に明らかにします。粘度測定によるこれらのタイプのサイズ測定は、これまでに見られたことがありません。粘度計と2つの追加の検出器で発生するバンドブロードニングは非常に極端であるため、ASTRAのバンドブロードニング補正のみがシステムの本質を明らかにすることができます。

分布とモーメント

粘度計を光散乱および濃度検出器と組み合わせることの追加の利点は、固有粘度の分布とモーメントを計算できることです。たとえば、従来の数、重量、およびz平均固有粘度モーメントを各ピークに対して計算できます。また、ASTRAの強力な分布機能により、累積および微分固有粘度、または対応する有効サイズの正確なプロットを表示できます。

粘度測定にバンドブロードニング補正が不可欠な理由

粘度検出器には、混合以外の広がりの追加の原因があります(詳細については、バンドブロードニング補正を参照してください)。サンプルがキャピラリーブリッジの第2ステージに入ると、粘度計の信号として現れる差圧が発生します。ブリッジの片方のアームの容量は約30µLです。サンプルフローはブリッジ内で分割されるため、検出される溶出量は粘度計で約60 µLになります。これを、光散乱または濃度検出器の1 µL未満の検出量と比較してください。

したがって、最初は鋭いピークが、混合による広がりを考慮しなくても、粘度計だけで約60 µL広がります。これにより、固有粘度は粘度計と濃度ピークの比率をとることによって計算されるため、固有粘度を正確に決定するためにバンド広がり補正が不可欠になります。

ASTRAの強力なバンド広がり補正は、粘度計に存在する広がりのタイプと、混合による広がりを説明します。結果は素晴らしいです。初めて、狭い基準で正確な固有粘度を測定できるようになりました。

 

従来型およびユニバーサルカラムキャリブレーション

ASTRAは、従来型およびユニバーサルキャリブレーションをサポートし、クロマトグラフ作成者が従来の(従来型およびユニバーサルキャリブレーション)データアーカイブと、多角度光散乱による最新の正確な質量測定との間にブリッジを構築できるようにします。

キャリブレーションモジュールには、複数のキャリブレーションスタンダード分析からのデータを統合して、カラム分離範囲全体にわたるカラムプロファイルを決定する機能が含まれています。一般的なワークフローでは、複数のサンプル実行でデータを収集し(図1)、それらを組み合わせて(図2)、最終的な検量線を作成します。

Defining Peaks

Import Peak Data

検量線は、濃度検出器(通常は示差屈折計)の信号を使用した複数の測定による検量線を組み合わせて、完全なものを作成するか、Mark-Houwink-Sakurada係数と濃度検出器からの信号を使用する、または濃度および粘度検出器を組み合わせたユニバーサルキャリブレーションを作成することができます。

MALS/Universal Calibration Comparison

MALS/Universal Calibration Comparison


完成したキャリブレーションプロファイルを使用して、未知のサンプルの平均分子量と分子量分布を分析できます。キャリブレーション結果は、図5に示すように、理論段数、非対称係数、分解能などのカラムに関する診断情報を保持するフィールドとともに、カラムプロファイルに表示されます。これらのフィールドは、カラムの性能を経時的に追跡するために使用することができます。

Conventional Calibration Curve

次に、MALSから得られた絶対分子量とキャリブレーション結果から得られた相対分子量の比較を使用して、絶対分子量から相対分子量にマッピングする比較データのアーカイブを構築できます。従来のキャリブレーションで得られた分子量とMALSで得られた分子量を比較すると、従来のサイズ排除クロマトグラフィーで発生する可能性のあるエラーを説明できるだけでなく、分岐の特性評価にも役立つ場合があります。

 

オンラインDLS

ASTRAは、Wyatt QELS DLSモジュールおよび特定のDynaPro機器からのデータ収集と分析をサポートします。 DLSデータを分析する場合、ASTRAは次のことができます。

  • オンライン測定で、各溶出画分の並進拡散係数と対応する流体力学的半径を測定します。
  • 並進拡散係数と流体力学的半径の積分および微分分布を決定します。
  • 追加のコンフォメーション情報については、流体力学的半径(Rh)とrms半径の比率を計算します。
  • 検査と分析のための完全な相関関数を提示します。
  • 測定量の不確かさを計算します。
QELS Analysis GUI

ASTRAのDLS分析ビューは、相関関数と対応する単一の指数フィットを示します。分析パラメータはビューで設定でき、結果と適合に即座にフィードバックされます。

溶出量の関数としてのRh値だけでなく、提示された量の不確実性も示すカスタムプロットを作成できます。分画されたBSAシーケンスのRh対溶出量のプロットを検討してください。

QELS Analysis of BSA

DLSバッチ レギュラリゼーションとキュムラント

オンラインDLS分析とは対照的に、バッチDLS測定では、WyattQELSモジュールを使用して未分画サンプルの特性を評価します。バッチDLS分析メソッドは、サンプル内のサイズの分布に関する情報を提供できます

レギュラリゼーション分析

ASTRAは、ALANGOの高度なDYNALSレギュラリゼーションアルゴリズムを使用します。 DYNALSは、超高速のパフォーマンスとともに適応機能を提供します。DYNALSレギュラリゼーションスキームを使用して、広く(つまり、数桁以上)多分散サンプルの半定量的分布を決定し、サイズの違いが少なくとも5倍の場合は、未分画サンプルの2つの異なる種を分離することもできます。

DYNALSレギュラリゼーション分析はASTRAに完全に統合されています。右の実験に示すように、ベースラインとピークは通常どおりに設定され、実験方法の一部としてレギュラリゼーション分析が行われます。結果には、流体力学的半径(Rh)と並進拡散係数(Dt)の強度分布、および想定される球体またはランダムコイルモデルに基づくRh重量分布が含まれます。レポートには、分布のピークに関する情報も含まれています。

Batch QELS

DLS regularization analysis GUI

レギュラリゼーション手順のインターフェースは、関連するすべての分析パラメーターと結果を1つのビューにまとめます。分析パラメータを変更すると、グラフや数値情報から即座にフィードバックが得られます。

特徴:

  • 信号対ノイズを強化するための領域全体の相関関数の平均。
  • 分布の抑制は、ユーザー定義のサイズを下回ります。
  • 表示は、RhDtの分布または相関関数と近似の間で切り替えることができます。
  • 球またはランダムコイルモデルのいずれかに基づく強度から重量分布への変換。
  • ASTRASecurityPack層に完全に準拠した21CFRPart11。

キュムラント

母集団の均一性を示す、平均半径と幅(多分散度)によって定義される、DLSバッチガウス形式を特徴付ける代替分析手法。これは、キュムラントフィットと呼ばれます。これらの結果は、数値およびグラフ形式でリアルタイムに表示されます。

特徴:

  • 信号対ノイズを強化するための領域全体の相関関数の平均。
  • 単一の指数フィットに基づく相関関数の事前フィルタリング。
  • 相関関数の近似と残差を表示できます。
  • 各取得の平均とサイズの範囲を示す、1つの標準偏差の範囲のグラフィック表示。
  • ASTRASecurityPack層に完全に準拠した21CFRPart11。

データの安全性、整合性、検証

21 CFR Part 11では、電子データが永続的であり、データへの変更が監査証跡に記録される必要があります。 ASTRAとDYNAMICSは、これを確実にするために3つの方法を採用しています。

  • セキュリティパックモードでASTRAおよびDYNAMICSによって生成されたすべてのデータと監査証跡は、安全なODBC準拠のデータベースに保存されます。データベースは、IT部門による自動バックアップのためにネットワーク化できます。これにより、データが失われることがなくなり、データへの変更が同じデータベースの監査証跡に関連付けられるようになります。

  • 暗号化されたチェックサム:データベースの各エントリには、暗号化されたチェックサムがあります。 ASTRAおよびDYNAMICSは、このチェックサムを使用して、データベースから読み取られているデータが最後に書き込まれてから変更されていないことを確認し、データの破損やデータの変更の試みをユーザーに通知します。

  • 結果の比較:(ASTRAのみ)ASTRAは、計算された結果をデータベースに保存します。 ASTRAを介してデータが再処理されるたびに、結果がデータベース内の履歴バージョンと比較されます。結果が変化した場合、ASTRAはユーザーに通知し、適切なアクションを実行できるようにします。この機能は、ソフトウェアの更新や新規インストールの検証に非常に役立ちます。

検証

入荷資格および運用資格文書は、ASTRAおよびDYNAMICSセキュリティパックとともに提供され、ラボサイトでの検証を保証します。

さらに、ASTRAとDYNAMICSはどちらも完全に検証された製品です。

  • すべてのソフトウェア開発は、標準のソフトウェアライフサイクルモデルを使用して、正式な品質システムの下で行われます。
  • 文書化されたテストとトレーサビリティは、精度、信頼性、および一貫した意図されたパフォーマンスを実証するために実行されます。
  • 変更されたレコードまたは無効なレコード

を識別する機能が組み込まれています。 お客様の資格のある監査人によるソフトウェア開発および保守プロセスの監査を歓迎します。

 

ユーザーセキュリティ

ASTRA Security

準拠したインストールでは、システムアクセスは許可された個人に制限されます。 Wyattソフトウェアは、MicrosoftWindowsセキュリティシステムを利用してユーザー認証を提供します。

  • 安全なログイン-セキュリティパックを有効にしてASTRAまたはDYNAMICSを実行するには、ユーザーは固有のユーザーIDとパスワードを入力する必要があります。ログイン、ログイン試行、およびログアウトはすべて、システム監査証跡に記録されます。

  • MicrosoftWindowsユーザーアカウントとグループは、セキュリティのために活用されます。システム管理者は、4つの特定のセキュリティグループを作成し、既存のMicrosoftWindowsユーザーをこれらのグループに関連付けます。次に、MicrosoftWindowsユーザーアカウントを使用してログインします。

  • ネットワークで認証されたアカウントに適切な特権を付与できるように、Active DirectoryにASTRAまたはDYNAMICSセキュリティグループを設定することができます。 1つのドメインレベルのユーザーアカウントを使用して、ネットワーク上のASTRAまたはDYNAMICSの任意のインスタンスにログインできます。

特権レベル

ユーザーアカウントには、次の4つの特権レベルのいずれかを設定できます。

  1. 管理者-管理者には、データベース接続の変更やデータの削除など、すべてのアクションを実行する権限があります。

  2. 研究者-研究者は、新しいメソッドの作成と実行、機器構成設定の変更、データベースからのデータのエクスポートとインポートを行うことができます。

  3. 技術者-技術者は、研究者によって設定された事前定義されたメソッドのみを実行できます。技術者はデータを収集して簡単な処理を実行できますが、構成設定を変更することはできません。

  4. ゲスト-ゲストには、監査証跡とデータを表示するための読み取り専用特権があります。

 

監査証跡

ASTRAとDYNAMICSは、電子記録を作成、変更、または削除するすべてのオペレーターのアクションを独立して記録するために、2つのレベルの監査証跡を提供します。監査証跡の各エントリにはタイムスタンプが付けられ、アクションを実行するオペレーターと、アクションが実行されるコンピューターが記録されます。右のスクリーンショットには、実験ログとともにシステムログの全体像が表示されています。

システムログ

システムログは、データが保存されているデータベースに常に関連付けられています。この監査証跡は、それに関連付けられたデータから分離することはできません。システムログには、次のようなアクションが記録されます。

  • ログイン、ログイン試行、およびログアウト
  • データの作成、変更、および削除
  • データベースの接続と切断
  • データベースからのデータのインポートとエクスポート

実験ログ

各実験には、データに影響を与える実験内のすべてのアクションを記録する個別のログがあります。実験ログは常に実験とともにあり、リセットすることはできません。実験ログには、次のようなアクションが記録されます。

  • 機器構成設定の変更
  • 分析方法の変更
  • データの収集
  • 実験に対して実行された電子署名
  • 表示方法の変更

 

電子署名

Electronic Signature

電子署名は、セキュリティパックモードでASTRAまたはDYNAMICSで収集された任意のデータに対して実行できます。電子署名を実行するには、ユーザーは最初に署名の意味(責任、承認、レビューなど)と説明を指定してから、固有のユーザーIDとパスワードを入力します。電子署名は、データに関連付けられた実験ログに対して実行され、実験に関連付けられたレポートに表示されます。

実験に対して複数の電子署名を実行できます。報告された結果では、ソフトウェアは最後の変更の前に作成されたすべての電子署名にフラグを立てます。失敗した電子署名の試行は、システム管理者に即座に通知するためのアラームステータスとともにシステムログに記録されます。

 

許可されたシーケンスの実施

理想的には、21 CFR Part 11準拠のアプリケーションは、製造プロセスの品質保証に使用できる必要があります。この目標を達成するには、アプリケーションが「ステップとイベントの許可された順序付けを実施するための運用システムチェック」をサポートする必要があります。言い換えれば、品質保証の技術者は、最小限の入力でアプリケーションを実行でき、誤った決定によって結果に影響を与える可能性は限られているはずです。

ASTRAおよびDYNAMICSSPは、メソッド(DYNAMICSでは「プリセット」と呼ばれます)を介して許可されたシーケンスを適用するための強力なサポートを備えています。研究者特権レベルのユーザーは、新しい実験を作成し、それをメソッドとして保存できます。技術者特権レベルのユーザーは、メソッドを使用してデータを収集および分析することしかできず、メソッドの構成、分析、または結果のレポートを変更することはできません。

ASTRAとDYNAMICSは、テンプレート/プリセットテクノロジーを使用して、高分子とナノ粒子の特性評価を日常の製造および品質保証アプリケーションに移行することをサポートしています。

 

人間が読める形式の記録

ASTRAおよびDYNAMICSが生成するすべてのデータは、人間が読める形式でユーザーが利用できるようになります。強力なデータエクスポートおよびプレゼンテーション機能を使用して、すべてのデータをグラフ化したり、表に表示したり、テキストにエクスポートしたりできます。さらに、ASTRAレポートは、目的のデータを表示するようにカスタマイズ可能であり、PDFまたはHTML形式にエクスポートできます。