21世纪初,与AUC相关的重大进展确实更多涉及数学方面的成就,特别是沉降速度数据分析方法的发展。
设计出第一台分析型超速离心机的Svedberg功不可没,但另一位重要的人物是他的学生,瑞典哥德堡的博士研究生Ole Albert Lamm。Lamm在1929年推导出描述超速离心场中移动边界行为的一般方程,后来这个方程以他的名字命名,被称为Lamm方程。这个方程描述了在超速离心作用下溶质在标准扇形分析室中沉降和扩散导致的浓度分布。
通过Lamm的工作,沉降分析得以用一个微分方程进行描述。然而,Lamm方程通常无法直接求解,其精确解是一个无穷级数的积分,因此通常需要通过数值积分来进行计算。这一成就对于AUC技术的数学理论基础至关重要,为进一步的AUC分析和应用奠定了坚实的基础。
Ole Albert Lamm
自1929年Ole Albert Lamm推导出Lamm方程以来,沉降速度(SV)分析及实验配置几乎整个20世纪都受到无法获得解析解的限制。随着分析超速离心技术(AUC)的广泛应用,Hilding
Faxén、W.J. Archibald和现今的Hiroshi Fujita等科学家们针对特定极限情况下的应用,成功求解了Lamm方程的解析解。至少在“千年虫”问题出现之前,人们正处于Svedberg和Lamm所预言的计算机普及时代。
随着个人计算机的普及,它们不再像冰箱那样庞大。在全球范围内,个人计算机的普及率如同电视机一般。随后,针对SV数据分析直接使用Lamm方程进行拟合的软件(如SEDFIT由Peter Schuck及其同事开发)推出,使人们终于认识到Lamm方程的巨大潜力。SEDFIT及其他类似 软件共同推动了新的实验策略和应用,使得微量溶液中污染物的检测、定量和表征成为可能。早期的分析方法在处理摩尔质量小于3,000或大于10,000,000的极小和极大分子时经常遇到问题。而新推出的软件程序能够突破这些限制,有效地获得小肽结合、病毒异质性及聚集性等信息。
几年之后,更先进的AUC软件解决方案已经能够分析多种实验数据的组合,包括基于不同第一原理的数据。此外,基于热力学第一原理的程序也可以用于沉降平衡(SE)数据分析。在本世纪的前二十年间,AUC在多个新应用和行业中得到了广泛应用,例如在化妆品和生物惰性造影剂的纳米产品中。
尽管AUC在许多领域显示出了其重要性,但其在生物制药领域的应用尤为显著。结合新的分析软件程序,AUC成为了强大的分析工具,帮助生物制药科学家评估药物总聚集水平,表征其单体高级结构的异质性与一致性,以及测量其在溶液中的生物物理特性。AUC不仅能够提供配方缓冲液中生物制药样品聚集体数量及大小分布的独立信息,而且由于其工作原理不同于排阻色谱(SEC),能够避免SEC可能带来的不利影响。此外,即使在SEC方法普及之前,AUC也能在药物开发的早期阶段提供有效的聚集信息,以确保即使后续样品的配方缓冲液与SEC流动相有所不同,依然能够提供有效的数据。
在粒度分析方面,AUC比SEC更为灵活,可用于表征各种生物药品,包括小肽、病毒、病毒样颗粒(VLPS)、以及用于基因治疗的纳米颗粒等大分子结构。
今天,借助Svedberg、Pickels、Beckman等人的硬件研发以及Lamm、Fujita及Schuck等人的软件开发,AUC成为21世纪大分子研究不可或缺的工具。
目前,Optima
AUC 配备了吸光度和干涉光学系统,并提供三种可选的同步检测独立系统。与ProteomeLab
XL-A/XL-I不同,Optima AUC 的所有光学元件都安装在转头外部,更易于维护。
15英寸(38厘米)触摸屏显示实验设计进展信息。研究人员无论身处何地,都可以利用远程监控功能设置、监视和提取实验数据。
Optima AUC 和ProteomeLab XL-A/XL-I具有兼容性,因为它们使用相同的分析室、转头和软件。然而,在图像分辨率和每室可捕获的干涉条纹数量方面,Optima AUC 显然更加优越。
在当今高度互联的世界中,研究人员可以利用网络连接从任何地方远程监控新款Optima AUC 的实验进展。
展望未来,AUC 的潜力无限,必将为科学研究带来更多突破。
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