1964年，John C. Moore出版了關(guān)于凝膠滲透色譜（GPC）的專著，從此改變了科學(xué)家研究聚合物和大分子的方式。在將近半個(gè)世紀(jì)后，關(guān)于GPC的理論、實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及儀器性能均有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，GPC也已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、衛(wèi)生、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著生物醫(yī)藥的快速發(fā)展，GPC成為醫(yī)藥研發(fā)必不可少的工具。
人類使用高分子材料的歷史悠久，在生活各個(gè)方面無(wú)處不在，隨著人類社會(huì)對(duì)材料的需求不斷膨脹，高分子材料發(fā)展迅速，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，尤其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，高分子材料更是不可替代。研究人員若想開(kāi)發(fā)出具有獨(dú)特功能的高分子材料，獲取分子量和分子結(jié)構(gòu)等信息是關(guān)鍵因素。
在GPC技術(shù)未出現(xiàn)之前，研究人員大多采用粘度法、滲透壓法和超離心沉淀等方法測(cè)量高分子聚合物的分子量，但這些方法不僅費(fèi)時(shí)，而且操作繁瑣，另外消耗的溶劑量也很大。隨著GPC技術(shù)的問(wèn)世與日漸成熟，研究人員能夠在無(wú)需花費(fèi)太高成本、操作簡(jiǎn)單的情況下，即可得到聚合物的相對(duì)分子量與分子結(jié)構(gòu)，從而為生物醫(yī)藥類高分子和合成高分子材料的開(kāi)發(fā)提供有力支持。
在生物醫(yī)藥蓬勃發(fā)展的大背景下，國(guó)內(nèi)知名高校——上海交通大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱交通大學(xué)）早在上世紀(jì)80年代就啟動(dòng)了對(duì)生物醫(yī)藥類高分子和合成高分子的研究。在研究初期，多采用傳統(tǒng)GPC系統(tǒng)進(jìn)行高分子和合成高分子的檢測(cè)，該系統(tǒng)只包含示差RI或紫外UV兩種檢測(cè)器，有較好的精度和重現(xiàn)性，能夠幫助科研人員得到相對(duì)分子量信息。但隨著研究的一步步深入，這樣的檢測(cè)器組合已經(jīng)無(wú)法滿足他們的需要。要準(zhǔn)確描繪出有助于精確控制聚合物性能的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，除了分子量，聚合物的構(gòu)象、支化和聚集等結(jié)構(gòu)特征也是關(guān)鍵參數(shù)，而這些信息光憑示差RI和紫外UV檢測(cè)器是無(wú)法得出的。
儀器的檢測(cè)限制制約了交通大學(xué)在生物制藥領(lǐng)域的研究進(jìn)展。為了突破這個(gè)瓶頸，他們開(kāi)始考慮對(duì)現(xiàn)有的儀器進(jìn)行升級(jí)換代。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，理想的設(shè)備要具備更多的功能，從而為他們提供盡可能詳細(xì)的分子信息。
尋求合適的儀器時(shí)，交通大學(xué)與英國(guó)馬爾文儀器有限公司（以下簡(jiǎn)稱“馬爾文”）取得了聯(lián)系。馬爾文是全球材料及生物物理表征領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，致力于為客戶提供各種高性能的物性分析解決方案。自上世紀(jì)90年代起，交通大學(xué)就開(kāi)始與馬爾文合作。多年來(lái)，馬爾文產(chǎn)品以其出色的性能、簡(jiǎn)便的操作和超高的效率一直備受交通大學(xué)的認(rèn)可和信賴。
經(jīng)過(guò)前期的試驗(yàn)測(cè)試和專家研究論證，交通大學(xué)最后選擇了馬爾文的四重檢測(cè)器GPC系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了示差、粘度和PDA紫外檢測(cè)器，還包括馬爾文最新推出的擁有20個(gè)檢測(cè)角度的ViscotekSEC-MALS20多角度光散射檢測(cè)器。這些檢測(cè)器被集成在一個(gè)色譜溫度控制系統(tǒng)中，在一次測(cè)試過(guò)程中可以同時(shí)收集所有檢測(cè)器信號(hào)，提供所檢測(cè)高分子的絕對(duì)分子量Mw、Mn、Mz、分子量分布、高分子的特性粘度IV、高分子的Mark-Houwink曲線、高分子線團(tuán)的大小以及共聚物的組分信息，極大地豐富了表征手段，為科研工作提供有力的數(shù)據(jù)支持。
圖：馬爾文四重檢測(cè)器GPC系統(tǒng)
多檢測(cè)器 GPC實(shí)現(xiàn)信息流最大化
當(dāng)前，在大多數(shù)聚合物的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中，多檢測(cè)器GPC系統(tǒng)備受青睞。多檢測(cè)器的組合優(yōu)勢(shì)可以將實(shí)驗(yàn)效率最大化，使研究人員在短時(shí)間內(nèi)就能夠獲取關(guān)于聚合物結(jié)構(gòu)的全面信息。而目前市場(chǎng)上檢測(cè)范圍最廣、內(nèi)容最豐富的檢測(cè)器組合當(dāng)屬馬爾文的四檢測(cè)器凝膠色譜。它們互相支撐、補(bǔ)充，共同構(gòu)建出聚合物性能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)圖景。尤其在這套多檢測(cè)器凝膠色譜中，馬爾文開(kāi)創(chuàng)性地使用了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。
Viscotek SEC-MALS 20多角度光散射檢測(cè)器
光散射檢測(cè)器是目前檢測(cè)高分子絕對(duì)分子量最直接的方法，大部分GPC系統(tǒng)中都已普遍引入。近些年來(lái)，業(yè)界陸續(xù)開(kāi)發(fā)出多種不同的光散射技術(shù)，如直角光散射（RALS）、小角度光散射（LALS）和多角度光散射（MALS）。其中，MALS在與蛋白質(zhì)或生物制藥相關(guān)的領(lǐng)域應(yīng)用尤其廣泛。
在選擇檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，通常受到最多關(guān)注的就是檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)量。現(xiàn)代MALS技術(shù)傾向于配備數(shù)量較多的檢測(cè)點(diǎn)，以擬合更加復(fù)雜的散射模式曲線，得到精確的分子量和Rg數(shù)據(jù)。Viscotek SEC-MALS 20是市場(chǎng)上最先進(jìn)的靜態(tài)光散射檢測(cè)器。馬爾文該檢測(cè)器可利用多達(dá)20個(gè)角度的散射光強(qiáng)度，從而達(dá)到最佳的散射角度外推效果和準(zhǔn)確性，獲取最準(zhǔn)確的分子量結(jié)果。同時(shí)，它還可以檢測(cè)分子大小Rg，為高分子的構(gòu)象研究提供數(shù)據(jù)。值得一提的是，使用馬爾文ViscotekSEC-MALS 20得到的全部是絕對(duì)分子量信息，而不是傳統(tǒng)意義上通過(guò)分子量標(biāo)準(zhǔn)樣品得到的相對(duì)分子量信息，這樣進(jìn)一步保障了數(shù)據(jù)的可靠性。
開(kāi)創(chuàng)性的垂直流通池設(shè)計(jì)
MALS系統(tǒng)的一個(gè)基本特點(diǎn)是其垂直流通池設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的MALS系統(tǒng)都采用橫向流通池設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但實(shí)際檢測(cè)角度隨溶劑改變而改變，對(duì)應(yīng)不同折光指數(shù)的流動(dòng)相，可能需要兩種不同材料的流通池以應(yīng)對(duì)測(cè)試，并且具有池體積較大的不利因素。
對(duì)于ViscotekSEC-MALS 20檢測(cè)器，馬爾文首開(kāi)行業(yè)先例，采用垂直流通池設(shè)計(jì)，不僅測(cè)量角度的數(shù)量更多，而且還可以給予小角度測(cè)量更大的物理空間，以達(dá)到更高的準(zhǔn)確性。馬爾文Viscotek SEC-MALS 20的流通池為同類產(chǎn)品中最小，能有效避免大體積造成的色譜擴(kuò)散效應(yīng)。此外，垂直流通池還有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即它的檢測(cè)角度不隨溶劑折光指數(shù)的改變而改變，從而避免了水平流通池設(shè)計(jì)中的散射角度改變誤差。
第二代粘度檢測(cè)器傳感器
微分粘度計(jì)檢測(cè)器可以提供特性粘度的測(cè)試，得到分子尺寸、構(gòu)象和結(jié)構(gòu)等信息。馬爾文多檢測(cè)器凝膠色譜中使用的粘度檢測(cè)器為其創(chuàng)新的第二代粘度檢測(cè)器傳感器。和市場(chǎng)中其他傳感器產(chǎn)品相比，它的靈敏度更高，且耐酸堿，可以實(shí)現(xiàn)粘度檢測(cè)器在酸性流動(dòng)相（如攜帶陽(yáng)離子的刻聚糖樣品）下的檢測(cè)。
高度穩(wěn)定的示差（RI）檢測(cè)器
準(zhǔn)確地檢測(cè)高分子或蛋白質(zhì)濃度對(duì)于得到高質(zhì)量的分子量和分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)至關(guān)重要。馬爾文高度穩(wěn)定的Viscotek示差檢測(cè)器適合多檢測(cè)器GPC系統(tǒng)。折光指數(shù)檢測(cè)器可以使用軟件控制自動(dòng)進(jìn)行清洗，謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)的清洗程序可以消除主要溫度變化，基線恢復(fù)快速。
PDA檢測(cè)器為理解高分子組成提供全新視角
作為另一個(gè)可供選擇的濃度檢測(cè)器，紫外吸收檢測(cè)器是一種非常適合分析高分子的組成——比如共聚物或者蛋白質(zhì)共聚——的工具。馬爾文PDA檢測(cè)器可以得到全部紫外光譜范圍內(nèi)的紫外吸收信號(hào)，由此從另外一個(gè)視角得到分子量變化對(duì)高分子組成的影響。
實(shí)際應(yīng)用與反饋
馬爾文Viscotek凝膠滲透色譜系列檢測(cè)器為聚合物結(jié)構(gòu)和物理性能提供了全面的分析方法，這對(duì)業(yè)界開(kāi)發(fā)出先進(jìn)的高分子材料，從而助力生物醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展，并滿足全球可持續(xù)發(fā)展的要求而言，具有重要意義。
目前，交通大學(xué)已將該儀器全面應(yīng)用于其生物制藥相關(guān)的研究工作中。在馬爾文Viscotek四個(gè)檢測(cè)器的大力協(xié)助下，他們得到了寶貴的高分子聚合物的分子量及分子結(jié)構(gòu)信息，建立起了分子量及其分子構(gòu)象和聚合物之間的物理性能關(guān)系。交通大學(xué)研究人員可以采集到更多的數(shù)據(jù)，此外，得益于馬爾文Viscotek GPC系統(tǒng)采用100%的自動(dòng)化控制，他們的工作效率也得以大幅度提升。
“馬爾文是領(lǐng)先的多檢測(cè)器凝膠滲透色譜提供商，多年來(lái)一直在研發(fā)新的GPC檢測(cè)技術(shù)，為高分子研究提供先進(jìn)的儀器、技術(shù)和應(yīng)用方法。在這次合作中，除了產(chǎn)品，馬爾文還為我們提供了非常專業(yè)、完善的售前應(yīng)用支持和售后培訓(xùn)，幫助我們快速熟悉儀器，并確保其始終處在最佳的工作狀態(tài)。”上海交通大學(xué)寧老師表示。
