Qu'est-ce que le microflow LC ?

Quelles sont les différences entre la micro-échelle et la LC conventionnelle ?

La LC à microcirculation (ou microéchelle) est largement appliquée à la recherche protéomique depuis des années. Récemment, alors que les systèmes LC-MS à microflux continuent d'évoluer, de plus en plus de laboratoires dans divers domaines évaluent les implications de l'application de cette technologie "small is beautiful".

Dans cet article et dans les deux suivants, j'aborderai la question des avantages et des inconvénients liés au passage à une plateforme de microdébit, ainsi que les mesures que les laboratoires de diverses disciplines peuvent prendre pour faire pencher la balance en leur faveur.

Qu'est-ce que le microflow LC ?

Par rapport au flux conventionnel, l'approche du micro-flux réduit deux variables clés :

1. Le diamètre intérieur (ID) du canal fluidique à l'intérieur du dispositif de séparation, par exemple, la colonne LC ;
2. Le volume de fluide qui s'écoule dans les colonnes en un temps donné.

Bien qu'il n'existe pas de définition universelle du microdébit, celui-ci fait généralement référence à un débit compris entre 1 et 100 µL/min ou à l'utilisation de colonnes dont le diamètre intérieur est compris entre 0,1 et 1,0 mm.

Quels sont les avantages du microflow LC ?

Avec une colonne de petit diamètre intérieur, les systèmes LC nécessitent un débit fluidique plus faible pour effectuer une séparation chromatographique, ce qui consomme moins de solvant et, par conséquent, fait de la LC microflow une technologie respectueuse de l'environnement ou plus verte. En conséquence, la LC-MS devient une technique instrumentale plus moyenne, plus légère et plus verte.

Bien entendu, ce n 'est PAS la seule raison pour laquelle de nombreux laboratoires insistent pour utiliser cette plateforme. Plus important encore, cette approche à échelle réduite fournit l'avantage ultime, le gain de sensibilité par rapport à ses homologues à haut débit.

Le graphique de la figure 1 montre que pour certains analytes, les ID de colonne situés à l'extrémité inférieure de la gamme micro-échelle peuvent améliorer considérablement la sensibilité. La sensibilité augmente considérablement lorsque l'ID de la colonne descend à 150 µm. Pour certains peptides, le gain de sensibilité peut être multiplié par 40.

L'augmentation de l'intensité du signal MS n'a rien à voir avec la concentration de l'analyte sur une colonne. Ces gains de sensibilité proviennent en grande partie de l'amélioration de l'efficacité de l'échantillonnage et de la réduction des effets de matrice (les effets de matrice seront abordés dans mon prochain billet).

Voyons comment le microflow LC améliore l'efficacité de l'échantillonnage...

À des débits >100 µL/min, une partie importante de la sensibilité est perdue en raison de l'efficacité limitée de l'échantillonnage. Un panache d'électrospray généré par un flux LC classique peut être assez large et divergent (figure 2). L'entrée d'un spectromètre de masse n'a la capacité d'échantillonner qu'une partie du panache. Afin de maximiser l'efficacité de l'échantillonnage, l'approche la plus courante consiste à positionner l'entrée du spectromètre de masse orthogonalement à la sonde d'électrospray pour échantillonner les bords du panache d'électrospray où de fines gouttelettes sont présentes.

Lorsque le débit de solvant est réduit, le panache d'électrospray diminue en taille et devient plus convergent, comme le montre la figure 2 à gauche. Cela permet à l'entrée du spectromètre de masse de devenir plus efficace pour capturer un plus grand pourcentage du panache. Il en résulte un signal croissant.

Une bonne analogie est celle d'un enfant qui boit à une fontaine d'eau. Comme vous pouvez le voir sur l'image de gauche ci-dessous, l'enfant fait un excellent travail en buvant une petite quantité d'eau lorsque le débit est fin et provient d'une petite sortie. Il se peut qu'elle ne soit pas parfaite et qu'elle ait de l'eau sur sa robe, mais dans l'ensemble, elle fait du bon travail et le résultat escompté est atteint. Si nous demandons à un enfant d'essayer de boire à partir d'un arroseur, comme vous pouvez le voir sur l'image de droite ci-dessous ... eh bien, disons simplement que cette tâche devient beaucoup moins efficace et plus difficile à accomplir.

Un autre avantage significatif en termes de performance est le potentiel du microflow à simplifier l'analyse en étendant la gamme dynamique de la mesure des analytes. Pour certains analytes, le microflow étend la limite supérieure ainsi que la limite inférieure de détection, éliminant ainsi la nécessité d'effectuer plusieurs expériences pour déterminer les concentrations des composés à forte et à faible abondance qui sont présents ensemble dans des mélanges complexes.

En utilisant un débit plus faible associé à une sensibilité plus élevée, les expériences microfluidiques permettent de répondre à la demande de faire plus avec moins des utilisateurs qui doivent conserver un échantillon précieux, réduire les coûts des solvants ou minimiser les impacts environnementaux de l'utilisation de réactifs toxiques.

Les avantages de la LC-MS en microcirculation offrent aux scientifiques de laboratoire une mesure précieuse entre les plateformes à l'échelle nanométrique et à l'échelle macroscopique. La LC-MS microflow n'est pas une technologie nouvelle et, en raison de ses gains de sensibilité, elle a non seulement été utilisée dans la recherche en protéomique, mais elle est désormais appliquée à la découverte de biomarqueurs, à la bioanalyse et à l'analyse environnementale.

Maintenant que nous avons passé en revue ce que nous considérons comme les bons aspects de la LC-MS en microflow, quels sont les mauvais aspects de la LC/MS en microflow ? Tout ce qui concerne le microflow est-il merveilleux ? Est-il vrai que le microflow peut être laborieux ? Le travail doit-il être effectué par des utilisateurs hautement qualifiés ? Est-il possible de l'utiliser pour des analyses de routine ?

Dans mon prochain article, je répondrai à ces questions et j'aborderai l'avancée technique de la LC-MS à microflux qui a eu lieu ces dernières années.

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