桌面级固定床

个前言在化学合成中，每一步反应都有其独特性。对应于其独特性，化学化工研究者需要寻找合适的反应器来研究其工艺参数，实现放大生产。今天给大家介绍一篇多步反应全连续的文章。作者应用微反应器、固定床反应器以及釜式反应器杂化，实现硝化、加氢、环化、还原全连续操作，实现了Afizagabar (S44819)关键中间体的连续生产。研究背景Afizagabar (S44819) 是一种首创的、有竞争性和选择性的 α5-GABAAR 拮抗剂。由于临床研究需要相对较高的剂量，在产品的开发阶段需要生产约150kg的Afizagabar。然而，在釜式工艺放大的过程中，特别是在硝化和氢化的步骤中，安全及放大问题阻碍了产品生产的进程。图1. Afizagabar方程式研究过程Afizagabar(S44819)的合成，涉及了两个关键中间体INT15和INT23 ，如图2所示，两者经过一系列反应最终合成产品S44819。图2. Afizagabar(S44819)合成路线INT15的合成过程：原料STM1先硝化后得到中间体11，中间体11经过Dakin−West反应、还原得到中间体13，中间体13关环、再经过硼氢化钠还原得到关键中间体INT15。本文主要介绍INT15的多步串联合成研究过程。一. 硝化工艺过程研究1. 釜式硝化工艺研究合成INT15的第一步硝化，釜式工艺是以硝酸-硫酸混酸为硝化剂，反应时间50−90分钟。但当温度升高，会生成危险的二硝基衍生物而安全风险大。硝化反应放热量大，步骤本身的反应热存在安全风险。而且后续步骤的反应热也存在安全风险。从DSC数据可知(图3)，中间体11和中间体12的分解能量非常的高， (ΔHINT11 = −745 J/g, onset: 205 °C ΔHINT12 = −1394 J/g, onset: 187 °C)，如果发生分解那么后果将会变得非常严重。图3. 中间体11和中间体12的DSC谱图2. 微反应连续硝化工艺研究作者对传统的硝化工艺进行了重新设计，使用微反应器代替间歇釜来实现硝化过程。图4.连续流硝化反应作者选用硝酸（HNO3）和冰醋酸（AcOH）作为硝化剂，对连续反应条件做了优化。通过实验得到硝化步骤的操作参数范围为：温度为35~45℃，停留时间30S，流速范围为1-6mL/min，反应转化率接近100%。该连续流工艺与传统釜式工艺相比：连续流微反应反应时间大大缩短（由釜式50−90分钟缩短到30秒）；连续流无低温操作，节省能耗（微反应可以在35~45℃下进行，釜式在-65°C下进行）；反应可控性好，易于放大；消除了二硝的产生，生产的安全性大大提升。二. 固定床加氢过程研究图5. 氢化步骤反应方程式针对INT12加氢的过程，作者采用了固定床工艺。作者选用Pd/Al2O3做为催化剂，在固定化床式加氢反应器中进行反应，通过加入HCL将INT13分批成盐的方式解决其不稳定的问题。并且，作者打通了微反应器硝化和固定床反应器氢化的两步连续过程。同时，为了减少单元操作和溶剂置换工序，作者对氢化、关环以及还原步骤的溶剂进行了优化。表1.不同溶剂对氢化和环化反应的影响研究发现，使用四氢呋喃/二氯甲烷/乙腈体系不仅有很高的氢化以及环化的转化率，而且可以将硝化、氢化、环合以及还原工序串联，实现连续化生产。多步反应全连续，溶剂的选择往往是成败的关键。三. 多步串联合成中间体INT15图6. 连续串联合成中间体INT5工艺流程图作者选用微通道反应器、固定化床加氢反应器、釜式反应器杂化的方式，经过溶剂筛选、工艺条件优化，将硝化、氢化、环化、还原反应步骤串联，中间不经过分离，实现了多步反应的全连续（图6）。多步全连续工艺不仅可以减少操作步骤，而且生产效率大幅度提高。串联后，实验室规模稳定运行5小时，并以11.95g/h的通量得到97.1%纯度的INT15。实验小结连续流技术改变了药物研究的时空产率，有了更广的参数窗口。与在线分析仪器的良好的兼容性，可以更好地实现自动化和智能化，有助于提高研发效率和快速转化，从而获得更好的技术优势；微通道连续流技术，由于其较低的持液量、强大的传质和换热能力，对于在传统间歇生产模式下具有安全风险的反应，例如涉及剧毒试剂、不稳定中间体的反应，具有较好的优势；此外，连续流生产是降低API合成工艺放大的有效工具，可以更快地应对市场变化，节省中试放大成本，提升企业的竞争力。参考文献：Org. Process Res. Dev. 2022, 26, 1223−1235编者语康宁反应器模块化的组装方式和开放的接口，非常适合与其他类型的反应器、在线检测设备以及后处理装置联用。康宁反应器无缝放大的技术，可以帮助客户实现更高效的工业化生产，尤其是硝化、加氢、重氮化、卤化等危险反应工艺。在过去的几年中，康宁已实施了多套杂化的多步连续工艺，帮助客户实现了传统间歇反应釜工艺向连续流技术的升级和改造，取得了非常好的社会效应和经济效应。

制药、食品饮料、生物研究、材料合成、再生能源、精细化工等行业，都离不开固体加样这一简单但重复性高、操作繁琐的实验步骤。手工固体投料加样方式通过取样称重等操作后，将一种或多种固体注入到烧杯、试管、反应釜等目标容器内，但这种操作会随着样品数量和种类的增加变的繁琐且极易出错。随着产业结构的优化升级，自动化固体投料的需求在各行业也在逐步增加。以制药公司为例，在处方前药物合成阶段，实验研发人员要做很多固体 - 催化剂筛选，反应条件优化等高通量实验，涉及大量的固体称量、配液等实验步骤，操作过程会遇到很多痛点难点问题：静电粉末难称量、高精度称量操作耗时、目标容器的标记和数据记录易出错、实验结果难以复现、出现问题难以追踪溯源、实验室一大堆瓶瓶罐罐影响整体形象、被重复低效工作所拖累等，这些问题使得许多制药公司寻求高通量自动化方式替代人工。自动化固体粉末加样的发展现状对于 “自动化称量” 的探索其实很早就开始了，如 20 世纪 70 年代出现的电子秤，应用电子技术提高了精度，与分装设备结合后，提高了固体称量分装设备的准确性。到了 21 世纪，出现了自动化固体称量分装设备，应用自动化、人工智能技术，可以做到智能化称量分装，但仍然需要实验人员对样品做预处理，如降低样品颗粒度，干燥样品、过滤样品等，方便称量和保证称量数据的准确度。发展到今天，国内外都研发出了不同称量范围和使用场景的自动化固体加样设备，实验人员有了多种选择，但依然面临很多挑战：1）单通道固体投料的方式无法应对当前复杂配方体系；2）原料桶切换仍需人工介入操作并未做到真正的解放人力；3）多类型原料的性状受到很大限制导致加样的精准度达不到需求。市场上高通量固体自动化加样产品较少，并且进口品牌处于领先优势地位，但进口设备也有很多问题也困扰着用户，如总价格高昂、运营成本高、货期长且不固定、服务响应不及时等。现有的自动化固体加样解决方案无法满足国内用户的需求，且固体加样技术的壁垒较高，面对这样的不利状况，需要国产仪器制造商攻坚克难寻找解决方案。晶泰智造的全自动固体加样解决方案晶泰智造固体投料技术通过软硬件的双重攻坚，突破传统加样技术壁垒，有效解决了原料颗粒大、流动性差、蓬松、静电大等难处理固体的加样问题。晶泰智造通过增加原料桶数量，使用先进的压电陶瓷激震等技术，配合高精度称重传感器，扩大接收容器兼容性，有效提升加样效率及精准度，真正做到了无人值守固体加样自动化。配合高效智能的自适应加粉算法，样品无需预处理，只需设定目标加样量和允许的最大加样偏差，通过软件智能算法参数调节即可完成固体加样流程。晶泰智造的工业级安全防护、Satrun_V 底层操作平台、数字孪生仿真平台，可以保证用户的数据安全和智能化体验。晶泰智造历经多个自动化固体加样的技术攻关和经验积累后，推出 ChemPlus&trade 桌面型固体加样仪。ChemPlus&trade 桌面型固体加样仪ChemPlus&trade 是一款结构紧凑的桌面型固体加样仪，支持多种固体原料和兼容不同接收容器，无需人工值守，自动完成重复耗时的称重固体加样操作。● 应用领域● 产品特点&bull 高通量：可放置多种固体原料和接收容器，全面提升效率&bull 适用范围广：样品无需特殊处理，适用于大颗粒、蓬松、流动性差的粉末&bull 除静电：有效降低静电效应，加样更准确&bull 成本可控：耗材价格低廉，节省成本&bull 占地小：整机尺寸小，桌面型&bull 兼容性广：可兼容多种实验室常用尺寸小瓶&bull 数据追踪：条形码或二维码样品管理，支持审计追踪&bull 简易交互软件：可视化操作软件，易上手使用● 样品测试数据**以上测试数据仅供参考，具体数据结果以样品实际测量为准。

近年来，生物药的市场需求逐年扩容，其中抗体药物因其靶向性好，治疗效果显著，在生物药中占据着举足轻重的地位，目前已经进入了抗体药物发展的黄金时代。随着抗体药的需求越来越大，抗体筛选技术的发展也是日新月异。分子互作系统作为研究分子间相互作用的重要工具，在药物筛选及相关药物动力学检测等研究中发挥了重要作用，分析生物分子之间的相互作用可深入理解动力学信息，并为早期治疗提供宝贵的建议。目前，分子相互作用分析方法包括生物层干涉法（BLI），表面等离子体共振（SPR）和局域表面等离子体共振（LSPR）等，尽管它们都可以实现无标记、实时和高通量分子互作分析，这些方法仍具有局限性，例如样本需要纯化、仪器成本高、设备体积大等。这些限制了它们在个人、小型制药公司和其他资源有限的环境的广泛使用。因此，开发出一种快速、高通量、低成本的实时检测分子间相互作用的方法对药物筛选或临床早期诊断是非常有必要的。2022年9月1日，华中科技大学刘钢教授团队在Advanced Functional Materials杂志以“An Nanoplasmonic Portable Molecular Interaction Platform for High-Throughput Drug Screening”为题发表最新研究成果，开发了一种便携式的桌面 NanoSPR 分子相互作用分析平台，该研究成果目前已成功完成多种药筛产品转化。纳米等离子共振（NanoSPR）技术是无需荧光或染料标记生物分子、病毒和细胞的一种光学分析测试技术。NanoSPR芯片表面对电介质的折射率变化非常灵敏，无需标记，就可以实现快速、实时、原位、无损、动态检测分子的相互作用或溶液中目标物浓度的测定。刘钢教授团队利用其拥有的国际最新NanoSPR光学芯片专利技术，首次将NanoSPR传感芯片与标准微孔板（NanoSPR CP）和便携式八联微孔柱（NanoSPR CEP）集成并用于高通量实时检测分子之间结合与解离过程的互作平台，同时也构建了多种类型的即用型生物芯片筛选技术已成功用于抗体定量、抗体亚型鉴定、亲和力检测、抗体人源化改造、抗原表位分析，靶点筛选、抗体对筛选等，可助力基因治疗、基因疫苗研究、抗原表位研究、药物筛选与设计、细胞信号传导研究等领域的研发生产效率。纳米杯阵列增强表面等离子体共振（NanoSPR）芯片传感器用于实时监测分子间相互作用示意图。该研究首先通过纳米压印光刻、电子束蒸发和接合技术设计并制造了晶圆级纳米杯状阵列增强的NanoSPR传感芯片，并将NanoSPR芯片集成至标准的96孔板或简单的八联微孔柱装置形成分子互作平台，开发设计的两种便携式NanoSPR分子互作分析平台，由于其独特的光学特性，采用自制便携式透射光强度检测系统，就能进行高灵敏度、快速、高通量、无标记实时动态分析分子间的结合与解离过程。便携式NanoSPR分子互作分析平台（点击查看 ）NanoSPR分子互作分析平台可对各种不同的分子相互作用提供深入的无标记的结合动力学检测和分析。选择包括新冠病毒蛋白与抗体系列在内的各种分子对分别与行业标准Biacore或Octet系统进行数据比较分析，在不同的比对数据中均获得了NanoSPR分子互作平台与Biacore仪器和Octet仪器对同一组分子对相似的动力学和亲和力值，有力的支持了具有100%自主知识产权的NanoSPR分子互作平台可准确高效且经济地进行分子间结合相互作用的检测和研究。研究表明NanoSPR技术有望成为一种革命性新技术用于高灵敏度、快速、高通量、无标记、低成本和实时检测分子相互作用的分析，应用于药物筛选、临床早期诊断和表位鉴定等领域，给研究人员提供可在自己的实验室中完成深入的无标记结合动力学分析检测技术。（a） SARS-CoV-2 Nucleocapsid Protein (Np)检测示意图。（b）固定SARS-CoV-2 Np抗体的传感器检测104 nM SARS-CoV-2 Np的结合与解离实时曲线图。SARS-CoV-2 Np抗体与不同浓度SARS-CoV-2 Np（0-208nM）之间的结合动态拟合曲线（c），解离动态拟合曲线（d）和结合解离动力学曲线（e）。华中科技大学 刘钢教授刘钢教授团队近年来致力于超灵敏度微纳米新型生物传感器以及移动传感技术在医学、生物学等方面的广泛应用，并在基于NanoSPR生物传感芯片在生物检测，药物筛选等领域进行了系统深入的研究，主要研究成果发表在Biosensors&Bioelectronics（2018, 2021, 2022）、Sensors and Actuators B: Chemical（2021）、Advanced Functional Materials （2022）、 Materials Today Bio（2022）、Chemical Engineering Journal（2022）等期刊，部分研究成果已完成转化。量准公司在上海，杭州和武汉均有研发和生产基地。量准专注于利用其独特传感器芯片设计和制造专利技术开发创新型生物检测芯片及相应的检测设备产品，并将其作为生命科学工具仪器应用于生物医药研发以及作为检测试剂和设备应用于临床医学体外诊断中。量准自主研发生产的晶圆级高性能纳米等离子共振NanoSPR芯片产品实现了对传统药物筛选芯片及分子互作检测设备的技术路线突破和超越，并且借助其产品在性价比上的明显优势打破进口检测产品垄断并涵盖到更加广泛的生物医药研发应用领域， 助力生物医药科技产业的自主创新发展。论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202203635