Analytiska separationsprocesser
Analytiska separationsprocesser – för analys och rening av värdefulla kemiska ämnen
Analytisk kemi fokuserar på att utveckla fundamental separationsteori för analys och rening av värdefulla molekyler och biomolekyler samt att genom experiment säkerställa att de teoretiska modellerna korrekt beskriver verkligheten. Vi fokuserar på två moderna metoder som baseras på interaktioner mellan molekyler och ytor: kromatografi och biosensorer. Kromatografi bygger på att då molekyler i en lösning kommer i kontakt med en yta kommer en del av molekylerna i lösningen tillfälligt fastna på ytan olika hårt och det kommer därmed ta olika länge innan de lossnar. Detta möjliggör analys och separation av molekyler i blandningar. Genom att använda biosensorer kan man mäta hur många av en viss typ av molekyler som fastnar på en yta. Detta kan till exempel ge värdefull information om hur och hur mycket av ett kemiskt ämne som fungerar som läkemedel som tas upp i kroppen.
Fokus på stora polymerer och biomolekyler
Vi har ett fokus på läkemedel men våra metoder är generella och fungerar för analys och rening av alla typer av kemiska ämnen i en komplex blandning. Idag går trenden mot större biologiska läkemedel därför genomför vi idag många experimentella studier av separation av stora biologiska molekyler med hjälp av kromatografi och analys av biologiska molekylers interaktioner med hjälp av biosensorer. Vårt fokus i de projekten ligger på separation av laddade biologiska molekyler, på fundamental separationsteori och på förståelsen av de interaktioner som sker mellan ytor och biologiska molekyler och hur de vid behov kan anpassas.
Analys och rening med starkt matematiskt/numeriskt stöd
De matematiska modeller vi har för att beskriva interaktioner i kromatografi och med biosensorer är mycket komplicerade och vårt mål är att utveckla avancerade beräkningsalgoritmer för främst s.k. integralekvationer. Vi är särskilt intresserade av att utveckla algoritmer för att lösa det ”inversa problemet” där man utgående från uppmätta experimentella data försöker bestämma olika egenskaper hos studerade systemen. Genom att stämma av resultatet från datorsimuleringar mot experimentella resultat, vid olika bindningsförhållanden, kan de teoretiska modellernas giltighet säkerställa och eventuella begränsningar upptäckas.
Grönare rening av värdefulla kemiska ännen i biomassa
I ”Superkritisk kromatografi” (SFC) är mobila fasen ett ämne som befinner sig mitt emellan gas och vätska; oftast koldioxid som lätt uppnår ett sådant tillstånd under vissa tryck- och temperaturförhållanden. Det innebär att man slipper använda de miljöfarliga organiska lösningsmedel som vanligtvis används i storskalig kromatografi. Metoden ger också snabbare separationer och enklare uppsamling av de renade (isolerade) ämnena då koldioxiden övergår i gasform vid kolonnens utlopp. En utmaning med SFC är att den teoretiska förståelsen för metoden saknas till stora delar, vilket gör det mycket svårt att simulera och därigenom optimera metoden. Bakgrunden till detta är att SFC är betydligt mer komplicerad än vanlig vätskekromatografi. I vanlig vätskekromatografi vandrar den mobila fasen genom kolonnen med jämn hastighet men i SFC är mobila fasen ihoptryckningsbar och det bildas därför tryck-, densitets- och temperatur-gradienter. Allt som kan anses nära konstant i vanlig vätskekromatografi kommer därför variera i SFC.
I vår forskning har vi bidragit med viktiga saknade teoretiska pusselbitar för SFC. Det har bl.a. lett till en strategi för att tillförlitligt kunna skala upp rening av läkemedel från analytisk pilotskala till industriell skala. Strategin baseras på noggranna mätningar av de inre förhållandena, vid såväl pilot- som industriell skala, i stället för att enbart förlita sig på instrumentinställningarna som vid vanlig vätskekromatografi. Bestämning av konkurrerande adsorptionsisotermer är nödvändigt för att kunna utföra datorsimuleringar av SFC. Bilden illustrerar hur en av våra SFC-reningsmetoder användes för rening med AstraZeneca på deras storskaliga instrument, för uppspaltning av en modellmolekyl i dess spegelbildsformer. Detta skulle kunna appliceras för att skala upp reningen av den mest aktiva spegelbildsformen av Losec® som används i läkemedlet Nexium®, se illustrationen.
Gruppmedlemmar
- Torgny Fornstedt, professor
- Karol Lacki, adjungerad professor
- Jörgen Samuelsson, docent
- Martin Enmark, doktor
- Patrik Forssén, doktor
Samarbetspartners
- Professor Marja-Liisa Riekkola vid Helsingfors universitet
- Professor Ulf Göransson vid Uppsala universitet
För att hitta gruppens senaste publikationer se www.FSSG.se/publications
Läs mer om FSSG,Fundamental Separation Science Group, på www.separationscience.se
