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。在將近半個世紀(jì)后，關(guān)于GPC的理論、實驗技術(shù)以及儀器性能均有了突飛猛進的發(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、國防等各個領(lǐng)域。近年來，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，在生活各個方面無處不在，隨著人類社會對材料的需求不斷膨脹，高分子材料發(fā)展迅速，在國民經(jīng)濟各個領(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。研究人員若想開發(fā)出具有獨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量高分子聚合物的分子量，但這些方法不僅費時，而且操作繁瑣，另外消耗的溶劑量也很大。隨著GPC技術(shù)的問世與日漸成熟，研究人員能夠在無需花費太高成本、操作簡單的情況下，即可得到聚合物的相對分子量與分子結(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，國內(nèi)知名高校——上海交通大學(xué)（以下簡稱交通大學(xué)）早在上世紀(jì)80年代就啟動了對生物醫(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)進行高分子和合成高分子的檢測，該系統(tǒng)只包含示差RI或紫外UV兩種檢測器，有較好的精度和重現(xiàn)性，能夠幫助科研人員得到相對分子量信息。但隨著研究的一步步深入，這樣的檢測器組合已經(jīng)無法滿足他們的需要。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檢測器是無法得出的。
儀器的檢測限制制約了交通大學(xué)在生物制藥領(lǐng)域的研究進展。為了突破這個瓶頸，他們開始考慮對現(xiàn)有的儀器進行升級換代。對他們來說，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，交通大學(xué)與英國馬爾文儀器有限公司（以下簡稱“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)就開始與馬爾文合作。多年來，馬爾文產(chǎn)品以其出色的性能、簡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)過前期的試驗測試和專家研究論證，交通大學(xué)最后選擇了馬爾文的四重檢測器GPC系統(tǒng)。該系統(tǒng)除了示差、粘度和PDA紫外檢測器，還包括馬爾文最新推出的擁有20個檢測角度的ViscotekSEC-MALS20多角度光散射檢測器。這些檢測器被集成在一個色譜溫度控制系統(tǒng)中，在一次測試過程中可以同時收集所有檢測器信號，提供所檢測高分子的絕對分子量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：馬爾文四重檢測器GPC系統(tǒng)
多檢測器 GPC實現(xiàn)信息流最大化
當(dāng)前，在大多數(shù)聚合物的開發(fā)項目中，多檢測器GPC系統(tǒng)備受青睞。多檢測器的組合優(yōu)勢可以將實驗效率最大化，使研究人員在短時間內(nèi)就能夠獲取關(guān)于聚合物結(jié)構(gòu)的全面信息。而目前市場上檢測范圍最廣、內(nèi)容最豐富的檢測器組合當(dāng)屬馬爾文的四檢測器凝膠色譜。它們互相支撐、補充，共同構(gòu)建出聚合物性能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)圖景。尤其在這套多檢測器凝膠色譜中，馬爾文開創(chuàng)性地使用了多項創(chuàng)新技術(shù)。
Viscotek SEC-MALS 20多角度光散射檢測器
光散射檢測器是目前檢測高分子絕對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，業(yè)界陸續(xù)開發(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。
在選擇檢測系統(tǒng)時，通常受到最多關(guān)注的就是檢測點的數(shù)量。現(xiàn)代MALS技術(shù)傾向于配備數(shù)量較多的檢測點，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是市場上最先進的靜態(tài)光散射檢測器。馬爾文該檢測器可利用多達20個角度的散射光強度，從而達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，它還可以檢測分子大小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得到的全部是絕對分子量信息，而不是傳統(tǒng)意義上通過分子量標(biāo)準(zhǔn)樣品得到的相對分子量信息，這樣進一步保障了數(shù)據(jù)的可靠性。
開創(chuàng)性的垂直流通池設(shè)計
MALS系統(tǒng)的一個基本特點是其垂直流通池設(shè)計。傳統(tǒng)的MALS系統(tǒng)都采用橫向流通池設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡單的特點，但實際檢測角度隨溶劑改變而改變，對應(yīng)不同折光指數(shù)的流動相，可能需要兩種不同材料的流通池以應(yīng)對測試，并且具有池體積較大的不利因素。
對于ViscotekSEC-MALS 20檢測器，馬爾文首開行業(yè)先例，采用垂直流通池設(shè)計，不僅測量角度的數(shù)量更多，而且還可以給予小角度測量更大的物理空間，以達到更高的準(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散效應(yīng)。此外，垂直流通池還有另外一個優(yōu)點，即它的檢測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)計中的散射角度改變誤差。
第二代粘度檢測器傳感器
微分粘度計檢測器可以提供特性粘度的測試，得到分子尺寸、構(gòu)象和結(jié)構(gòu)等信息。馬爾文多檢測器凝膠色譜中使用的粘度檢測器為其創(chuàng)新的第二代粘度檢測器傳感器。和市場中其他傳感器產(chǎn)品相比，它的靈敏度更高，且耐酸堿，可以實現(xiàn)粘度檢測器在酸性流動相（如攜帶陽離子的刻聚糖樣品）下的檢測。
高度穩(wěn)定的示差（RI）檢測器
準(zhǔn)確地檢測高分子或蛋白質(zhì)濃度對于得到高質(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示差檢測器適合多檢測器GPC系統(tǒng)。折光指數(shù)檢測器可以使用軟件控制自動進行清洗，謹(jǐn)慎設(shè)計的清洗程序可以消除主要溫度變化，基線恢復(fù)快速。
PDA檢測器為理解高分子組成提供全新視角
作為另一個可供選擇的濃度檢測器，紫外吸收檢測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檢測器可以得到全部紫外光譜范圍內(nèi)的紫外吸收信號，由此從另外一個視角得到分子量變化對高分子組成的影響。
實際應(yīng)用與反饋
馬爾文Viscotek凝膠滲透色譜系列檢測器為聚合物結(jié)構(gòu)和物理性能提供了全面的分析方法，這對業(yè)界開發(fā)出先進的高分子材料，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四個檢測器的大力協(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)先的多檢測器凝膠滲透色譜提供商，多年來一直在研發(fā)新的GPC檢測技術(shù)，為高分子研究提供先進的儀器、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。
