AKTUÁLNÍ INFORMACE Z CHEMICKÉHO PRŮMYSLU A LABORATORNÍ PRAXE Vysoce čistá rozpouštědla zejména pro chromatografii

AKTUÁLNÍ INFORMACE Z CHEMICKÉHO PRŮMYSLU A LABORATORNÍ PRAXE – WWW.CHEMAGAZIN.CZ

5

ROČNÍK XXVI (2016)

TÉMA VYDÁNÍ: BIOTECHNOLOGIE, BIOCHEMIE A FARMACIE

Variabilita metod fixace NIR a Ramanova tkání formaldehydem spektrometrie pro on-line jako kořenová příčina poklesu monitorování procesů kvality nukleových kyselin Zfektivnění vývoje, testování v archivovaných vzorcích? nebo výroby tablet a tobolek Porovnání MS přístupů Stanovení hladiny v proteomickém profilování léčiv hepcidinu-25 v séru 3D Ramanovské zobrazování pomocí SPE-LC-MS/MS

nově

autorizovaný distributor pro ČR

Research Chemicals nabízíme portfolio chemikálií tradičních značek: Světový lídr ve výrobě chemikálií pro Karl-Fischer titrace

Vysoce čistá rozpouštědla určená zejména pro syntézu

Fpage_5-2016.indd 1

Vysoce čistá rozpouštědla zejména pro chromatografii

Vysoce čistá rozpouštědla a čisté chemikálie do výrobních aplikací

Analytická činidla, standardy, kyseliny, zásady, soli a pH pufry

Podrobné informace na www.labicom.cz

čtěte na straně

25

25. 9. 2016 16:07:57

Join the

N EW

Be on top of things. and revolutionary Bioprocess Platform Software. www.infors-ht.com/eve

Shakers | Bioreactors | Bioprocess Platform Software www.infors-ht.com

WE BRING LIFE TO YOUR LABORATORY.

HLAVIČKA

8

Labtechnik.indd 8

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 14:52:56

www.malvern.com

ANALYZÁTORY DISTRIBUCE VELIKOSTI A KONCENTRACE NANOČÁSTIC, ZETA POTENCIÁLU A MOLEKULOVÉ HMOTNOSTI NanoSight 300 Rozsahy měření: – velikost částic: 10–2000 nm (v závislosti na vzorku) – koncentrace: 107–109 částic – teploty: o 5 °C níže než pokojová, až 50 °C Přístroj pracuje na principu analýzy záznamu trajektorií nanočástic – částice rozptylují laserový paprsek a ten je zaznamenán vysoce citlivou sCMOS kamerou. Toto uspořádání umožňuje za použití fluorescenčního značení rozlišit jednotlivé velikostní frakce podle přítomnosti funkčních skupin. Oblasti aplikace zahrnují: viry a virům podobné částice, genové vektory, exosomy a extracelulární vesikuly, biokompatibilní nanočástice (liposomy a biopolymery), agregace proteinů a nanočástic, nanotoxikologie, ekonanotoxikologie a stanovení koncentrace nanočástic podle norem EU.

ZetaSizer ZSP Rozsahy měření: – velikost částic: 0,3–10 000 nm (v závislosti na vzorku) – molekulová hmotnost: < 1000 – 2x107 Da – teplota: 0–90 °C +/– 0,1 °C – koncentrace: 0,1 mg/ml pro protein 15 kDa až 40 hm. %* – zeta potenciál: > +/– 500 mV Přístroj měří velikost částic ve velmi širokém rozsahu koncentrací díky patentované technologii adaptivní optiky NIBS. Střední hodnotu a distribuci zeta potenciálu částic stejně jako nejmenší měřitelný objem vzorku 12 µl zajišťují další dvě patentované technologie. Tento přístroj je špičkou ve svém oboru, což dokládá též nesčetné množství článků publikovaných renomovanými laboratořemi po celém světe. Navíc díky výkonnějšímu laseru (10 mW) je až 10krát citlivější při stanovení zeta potenciálu oproti verzi ZS. Tento přístroj je tak vhodný nejen pro analýzy proteinů.

Více informací o produktech firmy Malvern poskytne její místní zástupce ANAMET s.r.o. www.anamet.cz, www.malvern.com

Anamet_Malvern_5-2016.indd 4

25. 9. 2016 16:08:57

OBSAH

Variabilita metod fixace tkání formaldehydem jako kořenová příčina poklesu kvality nukleových kyselin v archivovaných vzorcích? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Číslo 5, ročník XXVI (2016) Vol. XXVI (2016), 5 ISSN 1210 – 7409 Registrováno MK ČR E 11499 © CHEMAGAZÍN s.r.o., 1991–2016

MATURA R., JOSEFIOVÁ J., VOJÁČEK T., VANĚK D.

Analýza problematiky týkající se faktorů ovlivňujících kvalitu nukleových kyselin ve vzorcích tkáně fixovaných formaldehydem.

Efekt přípravku DNAgard®Tissue na ochranu DNA při fixaci tkání formaldehydem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 MATURA R., JOSEFIOVÁ J., VOJÁČEK T., VANĚK D.

Dvouměsíčník přinášející informace o chemických výrobních zařízeních a tech­no­lo­gi­ích, výsledcích výzkumu a vývoje, la­bo­ra­tor­ních přístrojích a vybavení laboratoří. Zasílaný ZDARMA v ČR a SR. Zařazený do Seznamu recenzovaných neimpaktovaných periodik vydávaných v ČR, Chemical Abstract a dalších rešeršních databází. Vydavatel: CHEMAGAZÍN s.r.o. Gorkého 2573, 530 02 Par­du­bi­ce Tel.: 603 211 803, Fax: 466 414 161 [email protected] www.chemagazin.cz Šéfredaktor: Dr. Ing. Petr Antoš Ph.D. T: 725 500 826 [email protected] Redakce, výroba, inzerce: Tomáš Rotrekl T: 603 211 803 [email protected] Odborná redakční rada: Cakl J., Čmelík J., Kalendová A., Kuráň P., Lederer J., Rotrekl M., Rovnaníková P., Šimánek V.

Cílem publikované studie bylo ověřit, zda aplikace přípravku DNAgard®Tissue před fixací tkáně formaldehydem nezmírní či zcela neeliminuje negativní účinky fixace.

Porovnání hmotnostně spektrometrických přístupů v proteomickém profilování léčiv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 OŽDIAN T., HOLUB D., RYLOVÁ G., VÁCLAVKOVÁ J., HAJDÚCH M., DŽUBÁK P.

Porovnání tří nezávislých proteomických přístupů, ESI-IT, MALDI-TOF a nESI-Orbitrap, z hlediska jejich účinnosti v LC-MS uspořádání.

Stanovení hladiny hepcidinu-25 v séru pomocí SPE-LC-MS/MS metody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 HOLUB D., HOUDA J., HAJDÚCH M., POSPÍŠILOVÁ D., DŽUBÁK P.

Příspěvek se věnuje preferované metodě stanovení hladiny hepcidinu v séru pomocí SPE-LC-MS/MS a její validac.

Trojrozměrné Ramanovské zobrazování ve farmacii a potravinářství . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ČERNÍK M.

Využití 3D Ramanovského zobrazování na příkladě farmaceutické emulze a vzorku přírodního medu.

Využití NIR a Ramanovy spektrometrie pro on-line monitorování procesů ve výzkumu a výrobě . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ČERNOHORSKÝ T., MUNZAR M.

Ukázka aplikace NIR a Ramanovy spektrometrie nejen pro on-line monitorování výrobních procesů, ale i pro sledování rychlých procesů ve výzkumu.

Analýza obsahu některých prvků v produktech farmaceutického průmyslu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 MAREČEK R.

Příklad stanovení obsahu anorganických nečistot v léčivu.

Tisk: Tiskárna Rentis s.r.o., Pardubice. Dáno do tisku 26. 9. 2016 Náklad: 3 600 výtisků Distributor časopisu pro SR: INTERTEC s.r.o., ČSA 6, 974 01 Banská Bystrica, SK www.laboratornepristoje.sk Uzávěrky dalších vydání: 6/2016 – Kontrola a ochrana ž.p. (uzávěrka: 4. 11. 2016) 1/2017 – Tepelné procesy (uzávěrka: 6. 1. 2017) CHEMAGAZÍN – organizátor veletrhu LABOREXPO a Konference pigmenty a pojiva, mediální partner Svazu chemického průmyslu ČR.

INZERTNÍ SEZNAM

LABICOM – Laboratorní chemikálie...... 1 BIOTRADE – Vybavení pro bioprocesy.2 LABTECHNIK – Laboratorní technika... 3 ANAMET – Přístroje pro charakterizaci částic........................................................ 4 P-LAB – Laboratorní chemikálie ........... 7 FORENZNÍ DNA SERVIS – Vybavení pro DNA anylýzy ................................... 11 LAB MET – Kalibrace a validace přístrojů pro laboratoře a provoz .......... 11 MIELE – Mycí a dezinfekční automaty .18 NICOLET CZ – Molekulová spektroskopie a bioaplikace ................. 23 RMI – Přístrojová technika ................... 29 SOTAX – Testovací přístroje pro ............. farmacii ..................................................30 ANTON PAAR – Reometry ................. 32 TRIGON PLUS – Laboratorní přístroje a služby ................................................. 38 LINDE – Speciální plyny....................... 39 PRAGOLAB – Digitální mikroskop ..... 24

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Obsah_5-16.indd 5

MERCI – Zařízení pro úpravu vody....... 44 PRAGOLAB – Analyzátor povrchové energie ..................................................44 CHROMSPEC – Křemenné mikrováhy.45 UNI-EXPORT INSTRUMENTS – Ramanovský mikroskop...................... 45 SPECION – Laboratorní technika ........ 52 VEOLIA – Systém na přípravu vody .... 47 SHIMADZU – LCMS zařízení .............. 48 TBA – Plastové obaly a sudy ............... 51 DENIOS – Skladovací a manipulační technika ................................................. 52 SPECION – Laboratorní technika ........ 52 CHROMSPEC – Spektrofotometr........ 53 CONFORMAT – Čisté prostory ........... 53 INTERTEC – Reaktor........................... 53 KÖLN MESSE – Veletrh FILTECH ...... 61 CHEMAGAZÍN – Konference pigmenty a pojiva .................................................. 62 VELETRHY BRNO – MSV 2016 ......... 63 MERCK – Detekce kontaminantů......... 64

5

25. 9. 2016 17:03:23

EDITORSKÝ SLOUPEK

OD ZELENÉ CHEMIE K BIORAFINACI Zelenou chemii můžeme definovat jako zavádění řady principů, které redukují nebo eliminují použití či vznik látek nebezpečných pro lidské zdraví i životní prostředí ve výzkumu, výrobě a aplikaci chemických produktů a procesů. Bývá také označována jako chemie trvale udržitelného rozvoje, což je takový způsob rozvoje lidské společnosti, který uvádí v soulad hospodářský a společenský pokrok s plnohodnotným zachováním životního prostředí. Mezi hlavní cíle udržitelného rozvoje patří zachování životního prostředí budoucím generacím v co nejméně pozměněné podobě. Jeho vznik můžeme datovat do roku 1987, kdy Světová komise pro životní prostředí a rozvoj při OSN pod vedením G. H. Brundtlandové vydala zprávu nazvanou „Naše společná budoucnost“. Bylo formulováno dvanáct základních principů zelené chemie. Jejich autory jsou Paul T. Anastas, organický chemik, který jako vůbec první použil termín zelená chemie a profesor chemie na Massachusettské univerzitě v Bostonu John C. Warner. Jedním ze základních principů trvale udržitelného rozvoje je využití obnovitelných zdrojů energie. Jediným obnovitelným zdrojem, který obsahuje organicky vázaný uhlík, je biomasa. Naprostá většina energeticky i materiálově využitelné biomasy připadá na fytomasu. Ta vzniká fotosyntézou z vody a oxidu uhličitého působením slunečního záření. Biomasa jako surovina obsahuje řadu využitelných složek, jako je lignin, celulóza, škroby, lipidy, silice apod. Kromě rostlinné biomasy, která převažuje, je k dispozici živočišná biomasa, tvořená odpady ze živočišné výroby. Na začátku zpracování biomasy se pozornost vědců i výrobců soustředila především na energetické využití biomasy a výrobu paliv. Surovinou pro výrobu biopaliv první generace je biomasa, kde existuje její konkurenční užití ve výrobě potravin nebo krmiv. Mezi biopaliva první generace patří bioetanol, vyrobený z obilí, cukrové řepy,

cukrové třtiny, kukuřice, škrobu, rostlinných odpadů kvašením a rafinací, metylester řepkového oleje, vyrobený z vylisované řepky olejné esterifikací, resp. jeho modifikace etylester řepkového oleje, dále metylester mastných kyselin, vyrobený z vylisovaných olejnatých rostlin nebo biobutanol vyrobený katalytickou konverzí bioetanolu. U biopaliv druhé generace je surovinou biomasa, která nejde využít jako potravina nebo krmivo, jako je lesní biomasa včetně těžebních zbytků, zemědělský odpad (sláma, seno, kukuřičné, řepkové a jiné zbytky), energetické rostliny nebo biologický odpad z domácností. Energetické plodiny druhé generace mají transformační potenciál na biopaliva výrazně vyšší, než je u první generace. Technologický proces je však mnohem složitější a náročnější než fermentační výroba etanolu či esterifikace olejů. Konverzní poměr je obvykle 5:1 (z 5 tun biomasy lze vyrobit 1 tunu biopaliva). Vůdčími technologiemi pro výrobu 2. generace biopaliv je hydrogenace rostlinných olejů na parafiny, fermentace sacharidů z lignocelulózy na etanol, metanol a butanol, procesy pyrolýzy pro výrobu bioolejů a zpracování syntézního plynu Fischer-Tropschovou syntézou. Pro paliva 3. generace budou surovinou pravděpodobně řasy. Biomasa je univerzální surovinou využitelnou v zemědělství, potravinářství, energetice, chemii a řadě odvětví spotřebního průmyslu. O komplexní využití biomasy, tedy nejen na palivo, ale i na další chemické produkty se snaží biorafinační procesní inženýrství. Biorafinace je anolog rafinace neobnovitelných zdrojů, tj. fosilních paliv ropy a zemního plynu. Při rafinaci ropy se aplikací různých procesů získává energie, paliva a chemické produkty. Obdobně se při biorafinaci získává z biomasy energie, paliva a chemické bioprodukty. Aplikované chemické procesy jsou ovšem trochu jiné,

procesních kroků je více a některé z nich nejsou ještě průmyslově zvládnuty a poskytují tak prostor základnímu i aplikovanému výzkumu. Biorafinace je tedy založena na obnovitelných zdrojích a jejich komplexním zpracování na nové chemické produkty, elektrickou energii a teplo nebo motorová biopaliva s důrazem na využívání odpadů. Průmysl chemie biomasy, založený na biorafinaci bude vycházet z jiných chemikálií, než je tomu u zpracování ropy. Teoreticky lze většinu petrochemických produktů (uvádí se až 80 %) získat z biomasy, prakticky však narážíme na nižší výtěžky a nesrovnatelně vyšší náklady. Koncepčně vychází biorafinace ze sacharidů obsažených v biomase a konverzí je převádí na základní chemikálie funkčně analogické petrochemickým produktům, které obsahují reakční skupiny, dovolující jejich další chemické zpracování. Mezi základní bio-meziprodukty patří glycerol, řada karboxylových a polykarboxylových kyselin, aminokyseliny a sacharidy. Biorafinačním postupem lze z obnovitelných zdrojů biomasy získat základní chemikálie, které mohou v blízké budoucnosti výrazně ovlivnit chemický průmysl. Pro Českou republiku vzhledem k tomu, že nedisponuje ložisky ropy a zemního plynu a těžba uhlí naráží na nespokojenost občanů, je komplexní využití biomasy biorafinací jednou z možností, jak rozvíjet tuzemský chemický průmysl. V České republice je biorafinace řešena na Akademii věd ČR v Ústav chemických procesů v rámci projektu BIORAF podporovaného Technologickou agenturou ČR. Biorafinační procesy jsou víceoborovou problematikou, a tak na projektu participují pracoviště Fakulty potravinářské a biochemické technologie VŠCHT Praha, Botanický ústav AV ČR a podnikatelské subjekty ze zemědělské sféry. Petr ANTOŠ, šéfredaktor [email protected]

TECHNICKÉ NOVINKY

SKYSCAN 1276 – RYCHLÝ IN-VIVO STOLNÍ MICRO CT PRO MĚŘENÍ S VYSOKÝM ROZLIŠENÍM

Obr. – SkyScan 1276

vinkou je použití nového typu rentgenky pro vysoké rozlišení, která umožňuje dosáhnout skutečného rozlišení objektů 5–6 µm při kontrastu vyšším než 10 % (10 % MTF), to je téměř třikrát lepší/nižší hodnota ve srovnání s přístrojem SkySscan 1176. Další výhodou nového skeneru je i možnost využití spirálního skenu (tzv. heli scan), kdy vzorek plynule projíždí prstencem skenující kamery (vhodné pro větší objekty, eliminace kruhových artefaktů).

V září 2016 uvedla firma Bruker microCT novinku pro in-vivo skenování – přístroj SkyScan 1276. Toto zařízení vyniká rychlým skenováním (nejkratší sken trvá pouze 3,9 sekund), vysokým rozlišením (nejvyšší nominální rozlišení 2,8 mikronů) a možností výběru mezi spirálním a kruhovým skenováním. Jde o nástupce velmi úspěšného modelu SkyScan 1176. První zásadní inovací modelu SkySscan 1276 je možnost proměnného rozlišení až do

6

Servisy.indd 6

nominální velikosti pixelu 2,8 mikronů (díky použití proměnné vzdálenosti mezi kamerou a rentgenkou). Druhou inovací je nová, rychlejší detekční kamera 11Mp (4032 x 2688 pixelů) umožňující provádět i velmi rychlé skeny. Výhodu této kamery je kombinace velkého zorného pole a vysokého rozlišení. Třetí no-

Pro skenování živých zvířat je důležité znát a kontrolovat množství rentgenového záření, kterému je zvíře vystaveno – v softwaru je proto nově implementován online dozimetr, který zobrazuje aktuální hodnotu radiace. Přístroj je vybaven 6-ti pozicovým automatickým měničem filtrů (rychlý výběr vhodné energie pro skenováni), dotykovým displejem pro rychlou

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

27. 9. 2016 10:48:01

TECHNICKÉ NOVINKY

kontrolu hlavních funkcí přístroje a příslušenstvím pro monitorování fyziologických funkcí zvířat. MicroCT skener 1276 bude nově dodáván s nejrychlejším rekonstrukčním softwarem InstaRecon, který umožňuje pohodlné zpracování objemných dat při skenování s vysokým rozlišením (až 4000 x 400 x 2100 nebo 8000 x 8000 x 1600 bodů) a také s GLP softwarem (Good Laboratory Practice). Průměr skenované oblasti je 80 mm, skenovaná délka je více než 300 mm. Výhradním zastoupením divize Bruker microCT pro Českou a Slovenskou republiku je firma RMI s.r.o. »»www.rmi.cz

SEPARACE PROTEINŮ, POLYMERŮ A NANOČÁSTIC BEZ KOLONY Postnova Analytics představuje další významnou inovaci v oblasti frakcionace v tokovém poli. Nový systém Postnova AF2000MF Flow FFF je s teplotou řízenou systémem FFF-MALS mimořádně vhodný pro separaci, charakterizaci a frakcionace proteinů, biologických polymerů a nanočástic (FFF – frakcionace v tokovém poli). Kompletní systém umožňuje uživateli použít teplotu jako další rozměr pro FFF dělení. Separace v FFF je založena pouze na difuzi částic (Brownův molekulární pohyb) a regulace teploty přináší mnoho výhod. Nová řada AF2000MF nabízí regulaci teploty, a tím dosahuje novou úroveň výkonu. Obr. – Postnova AF2000MF Flow FFF

lárních hmotností a velikosti částic přímo, bez použití kalibračních standardů. Řada AF2000MF-MALS má technicky podobný základ jako systém GPC-MALS (gelová permeační chromatografie), ale vyhýbá se některým omezením chromatografie. V kapalinové chromatografii používaná kolona je v systému AF2000MF-MALS nahrazena patentovaným speciálním separačním kanálem, který nemá žádné stacionární fáze. Retence je založena pouze na velikosti částic a je ovlivněna příčným prouděním jako separační silou. Mohou být děleny proteiny, protilátky, agregáty, konjugáty, viry, liposomy, škroby, hyaluronové kyseliny, algináty a mnoho dalších biopolymerů, ale také velké množství nanočástic, jako je zlato, uhlíkové nanomateriály a latexové částice, a to v rozmezí 10-3–10-9 a 1 nm až 10 µm. Na rozdíl od sloupcové chromatografie nemá střední teplota toku vliv na vylučovací limit, který by snížil separační rozsah pro vysoké a ultra vysoké molární hmotnosti. Přes absenci stacionární fáze a možnosti volby rozpouštědla je možné se vyhnout případným nežádoucím adsorpčním jevům. »»www.postnova.com/af2000-multiflow

AUTOMATICKÁ IZOLACE A ČIŠTĚNÍ DNA OD RNA InnuPure® C16 od Analytik Jena je flexibilní a účinný extrakční systém pro automatickou izolaci a čištění nukleových kyselin. Tento systém, který byl vyvinut a vyroben v Německu, je určen pro malé a středně velké množství vzorků a může zpracovávat široké spektrum výchozích látek. Systém kombinuje jedinečnou metodu manipulace s kapalinou s adsorpcí na magnetických částicích. Příprava vzorků s vysokým podílem lidské práce již není nutná, protože je nyní součástí automatizovaného procesu zpracování v závislosti na typu výchozího materiálu. Nukleové kyseliny se pak adsorbují na magnetické nebo paramagnetické částice, jejichž povrch byl pro tento účel speciálně upraven. Chemie extrakce vyžaduje optimalizaci, což umožňuje uživatelům dosahovat při izolaci nukleových kyselin vysokých výtěžků velmi čistých kyselin. Plně automatický proces separace magnetických částic se provádí v jamkách plastových extrakčních nádob. Po zavedení výchozího materiálu do procesu izolace jsou nezbytná činidla napipetována ke vzorku a pak se automaticky odstraní špička pipety.

Systém vykazuje vyšší rozlišení, reprodukovatelnost a obnovu ze srovnávacím FFF nastavením. AF2000MF s připojeným MALS-detektorem rozptylu světla je zcela nově vyvinut a je optimalizovaným analytickým systémem založeným na asymetrické frakcionaci v tokovém poli (AF4) a víceúhlovém rozptylu světla (Mals). Rozsah separace zahrnuje velmi široký rozsah molárních hmotností a velikosti částic. Separace je sama o sobě velmi šetrným postupem bez střihových sil. On-line připojení a AF4 software s integrovaným detektorem víceúhlového rozptylu umožňuje měření mo-

Jakmile jsou nukleové kyseliny navázány na magnetické částice, tak se shromažďují na dně jamek a v závislosti na použitém programu se odstraní pipetováním v optimalizovaném procesu. Nakonec se DNA nebo RNA eluují do samostatných uzavřených elučních trubic pro přímé uložení nebo pro jiné aplikace. Princip extrakce účinně brání křížové kontaminaci, která se často vyskytuje ve vakuových čisticích metodách. Kromě toho je InnuPure® C16 vybaven předinstalovaným aplikačním protokolem, aby se odstranilo časově náročné programování. Vysoká flexibilita systému umožňuje izolovat DNA nebo RNA z až 16 vzorků současně. »»www.analytik-jena.de

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Servisy.indd 7

7

27. 9. 2016 10:48:01

ANALÝZA DNA

VARIABILITA METOD FIXACE TKÁNÍ FORMALDEHYDEM JAKO KOŘENOVÁ PŘÍČINA POKLESU KVALITY NUKLEOVÝCH KYSELIN V ARCHIVOVANÝCH VZORCÍCH? MATURA R.1, JOSEFIOVÁ J.3, VOJÁČEK T.2, VANĚK D.2,3 1 Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze 2 Ústav soudního lékařství, Nemocnice na Bulovce, Praha 3 Forenzní DNA servis, s.r.o., Praha, [email protected] Cílem článku je diskutovat problematiku týkající se faktorů ovlivňujících kvalitu nukleových kyselin ve vzorcích tkáně fixovaných formaldehydem. Z výsledků dotazníkového průzkumu v rámci českých pracovišť patologie a ústavů soudního lékařství byla zjištěna variabilita metod přípravy FFPE bločků, přičemž nevhodně zvolená metoda fixace formaldehydem může negativně ovlivnit kvalitu DNA v archivovaných vzorcích, a tím i její další zkoumání molekulárně-biologickými metodami.

1 Úvod

Formaldehyd a jeho působení na DNA

Fixace tkání je proces rychlé denaturace bílkovin pomocí fixačních činidel. Jeho cílem je zabránit samovolným autolytickým procesům v buňkách a tkáních, a uchovat tak buněčné struktury a tělní tkáně v co nejpřirozenějším stavu [1]. S rozvojem molekulárně biologických metod začaly fixované vzorky představovat nejen materiál pro mikroskopickou analýzu, ale také zdroj materiálu pro analýzu nukleových kyselin: ribonukleové kyseliny (RNA, z angl. ribonucleic acid) a deoxyribonukleové kyseliny (DNA, z angl. deoxyribonucleic acid) [2]. Kvalita zafixované tkáně, která zásadně ovlivňuje možnost izolace DNA z fixovaného vzorku, závisí na mnoha faktorech. Ty lze rozdělit na faktory předfixační, faktory spojené s fixací a faktory postfixační [3]. Vzorky fixované formalínem a zalité do parafinu (tzv. FFPE bločky, z angl. formalin-fixed, paraffin-embedded) jsou tkáně, které prošly fixací ve formaldehydu, následně byly odvodněny a napuštěny roztokem mísitelným s parafínem. Takovýto bloček může být uchováván desítky let v pokojové teplotě bez výrazné degradace archivované tkáně [1].

Pokud chceme tkáň fixovanou formaldehydem využít jako zdroj DNA, musíme vzít v úvahu, že formaldehyd s DNA chemicky reaguje, a tím ji negativně ovlivňuje. Konkrétně dochází ke změně primární sekvence, fragmentaci, zesíťování s biomolekulami a obecně ke zhoršení izolačních možností DNA. Formaldehyd nemusí být jedinou příčinou degradace DNA ve fixovaném vzorku. Formaldehyd se totiž přeměňuje na kyselinu mravenčí a ta snižuje pH roztoku formaldehydu a toto nízké pH způsobuje hydrolytické degradační procesy, tedy uvolňování purinů a pyrimidinů z molekul DNA a štěpení fosfodiesterové vazby [11, 12].

Předfixační faktory Mezi předfixační faktory patří všechny jevy působící na tkáň od chvíle jejího vyjmutí z organismu po moment započetí fixace. V závislosti na typu tkáně stačí i deset minut nedostatečného okysličení a v buňce začne docházet k významným biochemickým změnám, které v důsledku vedou k buněčné smrti [4]. Ať už se jedná o nekrózu či apoptózu, oba tyto procesy ovlivňují (byť rozdílně) kvalitu izolovatelné DNA [5–7]. Fixační faktory Mezi faktory spojené s fixací patří fixační činidla použitá pro fixaci vzorku a podmínky, za kterých fixace probíhá. Jedná se zejména o délku fixace, teplotu, pH a objem fixačního činidla [8, 9]. V dnešní době je nejrozšířenějším fixačním činidlem 4% neutrální pufrovaný formaldehyd. Důvodem je jeho nízká cena, relativně dobrá dostupnost a především fixační charakteristiky: zachovává anatomii velké většiny tkání, rychle proniká do celého objemu vzorku a významně neinterferuje s barvicími metodami, a tedy ani s následnou mikroskopickou analýzou. Mezi fixační faktory je nutné zahrnout i postup zalévání fixované tkáně do parafinových bločků [10].

Faktory ovlivňující formaldehydovou fixaci ve vztahu k DNA Důležitým faktorem je délka fixace formaldehydem. Výsledky studií ukazují, že čím déle působí formaldehyd na DNA, tím více dochází k jejímu zesíťování, což může způsobovat nižší kvalitu vyizolované DNA [13]. Delší působení formaldehydu na DNA však nevede pouze k vyšší míře fragmentace DNA a nižším výtěžkům, snáze také může docházet k změně primární struktury DNA [14]. Teplota fixace je dalším faktorem. Standardně se fixace provádí za pokojové teploty (25 °C), nicméně bylo ukázáno, že fixace za nízké teploty (4 °C) poskytuje podstatně méně degradovanou DNA [15, 16]. Posledním důležitým faktorem jsou chemické parametry formaldehydu. Tkáně fixované pufrovaným formaldehydem jsou lepším zdrojem nukleových kyselin než vzorky fixované formaldehydem, který pufrovaný není. Tato skutečnost se projevuje zejména u vzorků, které jsou ve formaldehydu fixovány po dlouhou dobu – až měsíce či roky. Při použití nepufrovaného formaldehydu dochází k dlouhodobému přibývání kyseliny mravenčí v roztoku, a tudíž snižování pH roztoku, což významně přispívá k degradaci DNA. Pufrovaný formaldehyd je alespoň do určité míry schopný potlačovat změny v pH roztoku [13, 17, 18].

2 Variabilita metodik pro fixaci tkání formaldehydem v ČR

Postfixační faktory

Za účelem zjištění používaných metodik pro přípravu FFPE bločků byl proveden dotazníkový výzkum pracovišť soudního lékařství a patologie v České republice. Z obeslaného počtu cca 100 pracovišť bylo získáno 27 odpovědí. V tabulce č.1 jsou uvedeny získané informace týkající se typu používaného formaldehydu, jeho přípravy a délky fixace. Další rozdíly v postupech byly zjištěny při přípravě parafínových bločků. Variabilita těchto protokolů je uvedena v tabulce č. 2.

Mezi nejvýznamnější postfixační faktory patří doba a podmínky skladování zafixované tkáně v parafinových bločcích. Bylo ukázáno, že v čase dochází ke snížení detekovatelného množství DNA. V případě teploty skladování není známo, zda by uchovávání fixované tkáně za určitých teplot mohlo zabránit degradaci DNA. Optimálních podmínek při uchovávání fixovaného vzorku by však teoreticky mohlo být dosaženo použitím vakua, které by bránilo oxidaci vzorku [3].

Při porovnání stupně fragmentace DNA získané z tkáně fixované různými fixačními roztoky po různě dlouhou dobu bylo zjištěno, že fixační roztoky sice u vzorků fixovaných již po 1 hod mohou částečně snižovat množství a zvyšovat degradaci DNA oproti kontrole, nicméně možnost provádět základní molekulárně-biologické analýzy (například PCR) není ovlivněna. Pokud jsou fixační časy prodlouženy na 22 hodin a 46 hodin, dochází již zpravidla k výraznějšímu snížení koncentrace

8

Vaněk_FFPE.indd 8

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:11:24

ANALÝZA DNA

Tab. 1 – Shrnutí dotazníkového průzkumu ohledně fixačních protokolů používaných na pracovištích patologie a soudního lékařství. Formou elektronického dotazníku bylo obesláno přibližně sto pracovišť soudního lékařství a patologie v České republice. V tabulce jsou uvedeny informace získané od 27 respondentů ohledně typu používaného formaldehydu (pufrovaný nebo nepufrovaný), jeho přípravy a ohledně délky fixace. Vyneseno je také zastoupení jednotlivých odpovědí v procentech.

Fixace formaldehydem 1 hod. – 48 hod. Promytí vodou cca 30 min., pokud je součástí protokolu

Počet odpovědí

V procentech

Nespecifikovalo, že používá pufrovaný

21

78 %

Specifikovalo, že používá pufrovaný

5

19 %

Používá oba typy, dle následné analýzy

1

4%

4% formaldehyd

Tab. 2 – Shrnutí dotazníkového průzkumu ohledně protokolů na přípravu tkání fixovaných ve formaldehydu a zalitých do parafínu (FFPE) používaných na pracovištích patologie a soudního lékařství ve vztahu k přípravě parafinových bločků. V tabulce jsou uvedeny informace získané od 5 respondentů ohledně přípravy FFPE bločku vybraných tak, aby ukazovaly na variabilitu v protokolech.

Uvedlo, že odebírají již ředěný

9

33 %

Uvedlo, že ředí sami

12

44 %

Používá oba způsoby, dle potřeby

4

15 %

Nespecifikovalo

2

7%

Používá 12–24 hod.

20

74 %

Uvedlo i kratší dobu (1–2 hod.), dle velikosti tkáně

3

11 %

Uvedlo i delší dobu (až 48 hod.), dle velikosti tkáně a doby dodání vzorku

4

15 %

Délka fixace

Odvodnění

Příprava 4% formaldehydu

izolované DNA a také její vyšší fragmentaci (s výjimkou 4% pufrovaného formaldehydu) oproti kontrole [19].

Možností, jak se vyhnout problémům spojeným s fixací formaldehydem by mohlo být použití tzv. molekulárních fixačních činidel, jako je například PAXgene (Qiagen, Německo). Molekulární fixační činidla totiž mají stejně dobře zachovávat morfologický a antigenní profil tkáně, navíc však mají být šetrnější k nukleovým kyselinám. Molekulární fixační roztoky mohou přinášet benefit v případě RNA, v případě DNA však poskytují srovnatelnou kvalitu s formaldehydem. Při jejich použití však odpadá nutnost kontroly kvality formaldehydu [21].

4 Závěr Analýzou dat získaných z dotazníkového průzkumu jsme zjistili, že mezi pracovišti patologie a soudního lékařství v rámci České republiky existují významné rozdíly mezi protokoly používanými pro fixaci tkáně formaldehydem a zalití do parafinových bločků. Použití nepufrovaného či starého formaldehydu a dlouhá doba fixace může negativně ovlivnit kvalitu DNA ve fixované tkání a tudíž i použití fixovaných vzorků pro molekulárně biologické analýzy. Obecné doporučení pro přípravu fixovaných preparátů vzhledem k jejich následné analýze s využitím molekulárně biologických metod je tedy používat čerstvý správně ředěný a pufrovaný 4% formaldehyd, jelikož i mírnější chemická modifikace může při déle trvající fixaci či delšímu post-mortem intervalu způsobovat komplikace. Dále je třeba dbát na to, aby fixace trvala pouze nezbytně dlouhou dobu. Práce na tomto projektu byla částečně financována Českou grantovou agenturou, grant č.: 14-36938G. Pro přípravu článku bylo čerpáno z diplomové práce Bc. Radana Matury „Vliv fixačních činidel na kvalitu a kvantitu nukleových kyselin v archivovaných vzorcích tkání“, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze, 2016. CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Vaněk_FFPE.indd 9

96% EtOH

80% EtOH

60% EtOH

70% EtOH

80% EtOH

90 min

60 min

60 min

90 min

60 min

60 min

80% EtOH

96% EtOH

80% EtOH

70% EtOH

96% EtOH

96% EtOH

90 min

60 min

60 min

90 min

60 min

120 min

96% EtOH

96% EtOH

96% EtOH

80% EtOH

96% EtOH

96% EtOH

90 min

60 min

60 min

90 min

60 min

180 min

96% EtOH

96% EtOH

96% EtOH

96% EtOH

96% EtOH

96% EtOH

90 min

60 min

60 min

120 min

60 min

180 min

Bezvodý EtOH

96% EtOH

96% EtOH

96% EtOH

96% EtOH

90 min

90 min

60 min

60 min

240 min

Bezvodý EtOH

Isopropanol

96% EtOH

96% EtOH

90 min

90 min

60 min

240 min

Xylen

Xylen

Aceton

Aceton

Aceton

Aceton

90 min

60 min

60 min

90 min

60 min

30 min

Xylen

Xylen

Xylen

Aceton-Xylen

Aceton

Xylen

90 min

90 min

60 min

90 min

60 min

60 min

Xylen

Xylen

Xylen

Xylen

Toluen

Xylen

90 min

90 min

60 min

90 min

60 min

60 min

Toluen

Xylen

60 min

60 min

Toluen 60 min

Uložení do parafínu

Výsledky v této studii ukázaly, že stav fixačního činidla a délka fixace mají významný vliv na kvalitu získané DNA. Je však potřeba vzít v úvahu, že kvalitu DNA již před fixací a její následnou citlivost k fixaci může ovlivnit řada dalších faktorů, jako jsou délka a teplota během post-mortem intervalu, typ tkáně, ze které je DNA izolována, věk, příčina smrti, tělesná stavba či posmrtné exogenní podmínky (vlhkost, pH, přístup vzduchu) a mnoho dalších [2,20].

Impregnace látkou umožňující pronikání parafínu

3 Diskuze

70% EtOH

Parafín

Parafín

Parafín

Parafín

Parafín

Parafín

90 min

120 min

60 min

Parafín

Parafín

Parafín

Parafín

Parafín

60 min Parafín

cca 3 hod

120 min

60 min

3 hod

60 min

cca 3 hod

Parafín

Parafín

cca 4–5 hod

60 min Parafín 60 min

Literatura [1] VACEK Z., Histologie a histologická technika I, II, Brno: IDVPZ; 1995 [2] Grizzle WE., Special symposium: fixation and tissue processing models, Biotechnic & Histochemistry, 2009;84(5):185–93 [3] Srinivasan M, Sedmak D, Jewell S., Effect of fixatives and tissue processing on the content and integrity of nucleic acids, The American journal of pathology, 2002;161(6):1961–71 [4] Kingsbury AE, Foster OJ, Nisbet AP, Cairns N, Bray L, Eve DJ, Dokončení na další straně

9

25. 9. 2016 16:11:24

ANALÝZA DNA

et al., Tissue pH as an indicator of mRNA preservation in human post-mortem brain, Molecular brain research, 1995;28(2):311–8 [5] Didenko VV, Ngo H, Baskin DS., Early necrotic DNA degradation: presence of blunt-ended DNA breaks, 3′ and 5′ overhangs in apoptosis, but only 5′ overhangs in early necrosis, The American journal of pathology, 2003;162(5):1571–8 [6] Nagata S., Apoptotic DNA fragmentation, Experimental cell research, 2000;256(1):12–8 [7] ZHANG JH, Ming X., DNA fragmentation in apoptosis, Cell research, 2000;10(3):205–11 [8] Helander KG., Kinetic studies of formaldehyde binding in tissue, Biotechnic & Histochemistry, 1994;69(3):177–9 [9] Hewitt SM, Lewis FA, Cao Y, Conrad RC, Cronin M, Danenberg KD, et al., Tissue handling and specimen preparation in surgical pathology: issues concerning the recovery of nucleic acids from formalin-fixed, paraffin-embedded tissue, Archives of pathology & laboratory medicine, 2008;132(12):1929–35 [10] Stowell RE., Effect on tissue volume of various methods of fixation, dehydration, and embedding, Stain technology, 1941;16(2):67–83 [11] Koshiba M, Ogawa K, Hamazaki S, Sugiyama T, Ogawa O, Kitajima T., The effect of formalin fixation on DNA and the extraction of high-molecular-weight DNA from fixed and embedded tissues, Pathology-Research and Practice, 1993;189(1):66–72 [12] Williams C, Pontén F, Moberg C, Söderkvist P, Uhlén M, Pontén J, et al., A high frequency of sequence alterations is due to formalin fixation of archival specimens, The American journal of pathology, 1999;155(5):1467–71 [13] Ferrer I, Armstrong J, Capellari S, Parchi P, Arzberger T, Bell J, et al., Effects of formalin fixation, paraffin embedding, and time of storage on DNA preservation in brain tissue: a BrainNet Europe study, Brain pathology, 2007;17(3):297–303 [14] Karlsen F, Kalantari M, Chitemerere M, Johansson B, Hagmar B., Modifications of human and viral deoxyribonucleic acid by formaldehyde fixation, Laboratory investigation; a journal of technical methods and pathology, 1994;71(4):604–11 [15] Bussolati G, Annaratone L, Medico E, D‘Armento G, Sapino A., Formalin fixation at low temperature better preserves nucleic acid

integrity, PLoS One, 2011;6(6):e21043. [16] Tokuda Y, Nakamura T, Satonaka K, Maeda S, Doi K, Baba S, et al., Fundamental study on the mechanism of DNA degradation in tissues fixed in formaldehyde, Journal of clinical pathology, 1990;43(9):748–51 [17] Greer CE, Peterson SL, Kiviat NB, Manos MM., PCR amplification from paraffin-embedded tissues: effects of fixative and fixation time, American Journal of Clinical Pathology, 1991;95(2):117–24 [18] Thavarajah R, Mudimbaimannar VK, Elizabeth J, Rao UK, Ranganathan K., Chemical and physical basics of routine formaldehyde fixation, Journal of Oral and Maxillofacial Pathology, 2012;16(3):400 [19] Matura R., Vliv fixačních činidel na kvalitu a kvantitu nukleových kyselin v archivovaných vzorcích tkání, Praha: Univerzita Karlova v Praze; 2016 [20] Ferreira MT, Cunha E., Can we infer post mortem interval on the basis of decomposition rate? A case from a Portuguese cemetery, Forensic science international, 2013;226(1):298. e1-. e6 [21] Belloni B, Lambertini C, Nuciforo P, Phillips J, Bruening E, Wong S, et al., Will PAXgene substitute formalin? A morphological and molecular comparative study using a new fixative system, Journal of clinical pathology, 2013;66(2):124–35

Abstract

VARIABILITY OF FORMALDEHYDE TISSUE FIXATION AS A ROOT CAUSE OF DECREASE OF QUALITY OF NUCLEIC ACIDS IN ARCHIVED SAMPLES? Summary: Formaldehyde is widely used fixative. Its advantages are low cost, simplicity of use and good fixation traits, which are fast tissue penetration, good preservation of morphological structures and compatibility with downstream histological applications. Formaldehyde solutions modify primary structure of deoxyribonucleic acid (DNA), fragment DNA and create protein-DNA covalent bonds that hinder DNA isolation procedures. Level of negative effects of formaldehyde is dependent on many factors like formaldehyde chemical composition (formaldehyde dilution, presence of buffer or formic acid) and effect of fixation length. Formaldehyde fixation protocols used within Czech republic show significant differences that can be a root cause of negative results of DNA analysis of FFPE samples. Key words: FFPE, formalin fixation protocols, DNA quality

K L

TECHNICKÉ NOVINKY

VORTEX FLUIDIC DEVICE PRO VÝVOJ MOLEKUL Výzkumníci z Flinders university v jižní Austrálii ve spolupráci s California university v Irvine použili zařízení Vortex Fluidic Device (VFD) ke zvýšení rychlosti chemických reakcí s použitím enzymů. Enzymy umožnují život tím, že působí jako katalyzátor různorodých a náročných chemických přeměn s vynikající přesností a netvoří nežádoucí vedlejší produkty. Jejich použití je v některých oblastech omezeno, protože dosahují nízkých reakčních rychlostí, což vyžaduje dlouhé reakční doby a pečlivě optimalizované reakční podmínky. Například DERA (deoxyriboza-5-fosfát), která dříve vyžadovala reakční čas hodiny až dny, nyní katalyzuje 15-krát rychleji pomocí VFD. Nový chemický proces vyžaduje pouze enzymy, vodu a VFD, které z něho činí jeden z nejšetrnějších procesů vzhledem k životnímu prostředí.

10

Vaněk_FFPE.indd 10

VFD byl vytvořen v roce 2015 na Flindersově universitě profesorem Colin Rastonem. Přístroj vytváří tlakovou vlnu, která ovlivňuje reaktivitu enzymu a urychluje rychlost reakce. Enzymy jsou vloženy do přístroje VFD spolu s vodou a otáčí se spolu s celým tělem stroje. Rychlost otáčení zařízení je variabilní a je přizpůsobena požadavkům specifických enzymů. Voda, která je benigní rozpouštědlo, napomáhá k odstranění odpadu, který je vedlejším produktem chemických reakcí. »»www.flinders.edu.au

SYLOGENT SPOUŠTÍ INFORMAČNÍ NÁSTROJ PRO FARMACEUTICKÝ PRŮMYSL Sylogent, softwarová společnost, oznámila oficiální uvedení na trh nástroje PROJECTIC určeného pro farmaceutický průmysl. Webový nástroj pro správu procesů je navržen

tak, aby představil milníky, projekty a úkoly v celém podniku pouhým stisknutím tlačítka. PROJECTIC je flexibilní nástroj, který umožňuje opakované strukturované procesy, které jsou uloženy jako šablony a jsou spravovány pomocí klíčových datových bodů. PROJECTIC umožňuje řízení procesů systému, jednoduše řídit plánování, sledování a předpovídání zdrojů při dodržení všech důležitých zadání. PROJECTIC byl nasazen v několika farmaceutických společnostech na pomoc s registračními studiemi, uchováváním klinických dat a plánováním publikací. Další šablony jsou navrženy na pomoc s farmaceutickou agendou a se zpracováním lékařských informací. Samostatný software je navržen pro import dat z excelovských tabulek nebo jakékoliv jiného zdrojového systému. Tento nástroj je integrován se strukturovanou informační platformou od Sylogentu – SYQUENCE a jejich dalšími produkty. »»www.projectic.com

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:11:29

INZERCE

Amplicon stabilizace DNA/RNA při laboratorní teplotě, LIMS software, DNA/RNA purifikace & zakoncentrování, PCR a RT-PCR chemikálie, odstranění inhibitorů, produkty pro Next generation Sequencing Amplicon

obchodní divize společnosti

Forenzní DNA servis, s.r.o. Budínova 2, 180 81 Praha 8 Tel/fax: +420 233 931 123 Mobil: +420 731 503 250 E-mail: [email protected]

Biomatrica Zymo Research BIOO Scientific Qualitype NZYtech

www.AMPLICON.cz www.AMPLICON.cz

www.AMPLICON.cz www.AMPLICON.cz

www.AMPLICON.cz www.AMPLICON.cz www.AMPLICON.cz

www.AMPLICON.cz www.AMPLICON.cz www.AMPLICON.cz

KALIBRACE A VALIDACE PŘÍSTROJŮ PRO LABORATOŘE A PROVOZY

Přístroje pro laboratoře a provozy Jednotlivé dodávky, kompletní dodávky, instalaci a zaškolení, záruku 24-36 měsíců. Centrifugy, termostaty, vodní, olejové a pískové lázně, sterilizátory horkovzdušné a parní (autoklávy), sušárny, pece komorové a muflové, destilační a redestilační přístroje, třepačky, ultrazvukové čističky, dávkovače, pipety, byrety atd. Více na www.labmet.cz.

Měřidla: ■ Pipety fixní a nastavitelné ■ Dávkovače fixní a nastavitelné ■ Digitální byreta ■ Titrátory Kalibrace objemů v rozsahu 0,5 ul až 50 000 ul.

Akreditovaná kalibrační laboratoř č. 2281 Kalibrace pracovních pomůcek a jednotlivých měřidel (pipety, byrety, dávkovače, teploměry, tlakoměry atd.). Kalibrace přístrojů/zařízení a provozů. Validace Validace přístrojů, zařízení a provozů, instalační, operační a procesní validace.

Měřidla: ■ Teploměry skleněné a elektronické Kalibrace teplot v rozsahu -30°C až +250°C. Měřidla: ■ Vlhkoměry elektronické a vlasové Kalibrace vlhkosti v rozsahu 20 % až 90 % RV.

Kalibrace přístrojů/zařízení/měřidel: ■ Chladící a mrazící zařízení ■ Centrifugy chlazené, nechlazené ■ Muflové a komorové pece ■ Sterilizátory horkovzdušné a parní ■ Sušárny ■ Termostaty komorové/biologické ■ Lázně vodní, olejové, suché, pískové ■ Samostatné teploměry a teplotní měrné systémy přímo ve výrobním procesu ■ Samostatné vlhkoměry a vlhkoměrné systémy přímo ve výrobním procesu ■ Samostatné tlakoměry ■ Samostatné tlakoměry a tlakové měrné systémy přímo ve výrobním procesu

Štěpánkova 8, 644 00 Brno, tel.: 541 219 679, 541 238 137, mob.: 603 229 444, e-mail: [email protected], www.labmet.cz

Vaněk_FFPE.indd 11

25. 9. 2016 16:11:32

ANALÝZA DNA

EFEKT PŘÍPRAVKU DNAGARD®TISSUE NA OCHRANU DNA PŘI FIXACI TKÁNÍ FORMALDEHYDEM MATURA R.1, JOSEFIOVÁ J.3, VOJÁČEK T.2, VANĚK D.2,3 1 Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze 2 Ústav soudního lékařství, Nemocnice na Bulovce, Praha 3 Forenzní DNA servis, s.r.o., Praha, [email protected] Formaldehyd je široce používané fixační činidlo, jež má však negativní účinky na kvalitu DNA ve fixovaných tkáních. Cílem této studie bylo ověřit, zda aplikace přípravku DNAgard®Tissue (Bimatrica, USA) před fixací tkáně formaldehydem nezmírní či zcela neeliminuje negativní účinky fixace.

1 Úvod Standardní metody používané pro ochranu vysoce kvalitní genomové DNA vhodné pro následnou molekulárně-biologickou analýzu na poli forenzní genetiky, klinických studií a základního výzkumu spoléhají zejména na vysušení, zmražení v tekutém dusíku, fixaci formaldehydem [1] nebo skladování v alkoholu [2]. Další alternativu představují přípravky, jako je DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA), jenž penetruje do buněk a poskytne DNA několikaměsíční ochranu před nepříznivými vlivy vnějšího prostředí, a to i za laboratorní teploty. DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA) má pozitivní efekt na stabilizaci lidské či živočišné tkáně [3, 4], popřípadě i tkáně rostlinné [5].

2 Materiál a metody Příprava vzorku V této studii byly analyzované vzorky odebírány na Ústavu soudního lékařství Nemocnice na Bulovce v souladu se souhlasným stanoviskem Etické komise 2. lékařské fakulty Univerzity Karlovy v Praze a FN Motol k provádění experimentů s tkáněmi zemřelých osob ze dne 2.9.2014 (č.j.: EK 1235/14). Odebraný vzorek srdeční tkáně byl před fixací pomocí chemicky rozdílných roztoků formaldehydu naložen na 24 hodin v roztoku DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA). Fixace Vzorky ze srdeční tkáně (muž, 50–60 let, PMI 7 dní) byly fixovány po dobu 1 hod., 22 hod. a 46 hod. v roztocích: 4% (v/v) pufrovaný formaldehyd (4PF), 4% (v/v) nepufrovaný formaldehyd (4NF), 36% (v/v) nepufrovaný formaldehyd (36NF) a 4% (v/v) pufrovaný formaldehyd s 4% (v/v) kyselinou mravenčí (4PF+K). Po fixaci byly tkáně promývány 30min. v tekoucí vodě, dehydratovány pomocí etanolu a poté znovu rehydratovány. Zpracování fixované tkáně bylo prováděno vždy v duplikátu (vzorek A a B). Jako kontrola sloužila tkáň nefixovaná a zmražená na –20 °C.

Hodnoty koncentrace DNA v grafech (viz obr.1) jsou znázorněny jako průměry čtyř hodnot ze vzorků A a B měřených v duplikátech a jejich směrodatné odchylky. Jako kontrola sloužila tkáň nefixovaná a zmražená na –20 °C, jedná se tedy o čas 0 hod. Obrázek 1 ukazuje, že ošetření tkání roztokem DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA) před fixací vede k zisku srovnatelných nebo dokonce nižších výtěžků DNA u všech fixačních roztoků a ve všech sledovaných časech jako u vzorků neošetřených roztokem DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA). Z měření metodou qPCR tedy vyplynulo, že umístění vzorku tkáně do DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA) na 24 hod. před fixací nemá výrazně pozitivní vliv na kvalitu a kvantitu vyizolované DNA [7]. Obr. 1 – Předfixační ošetření tkáně roztokem DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA) nemá vliv na množství a míru fragmentace vyizolované DNA. Vzorky ze srdeční tkáně (muž, 50–60 let, PMI 7 dní) byly fixovány po dobu 1 hod., 22 hod. a 46 hod. v roztocích: 4% (v/v) pufrovaný formaldehyd (4PF), 4% (v/v) nepufrovaný formaldehyd (4NF), 36% (v/v) nepufrovaný formaldehyd (36NF) a 4% (v/v) pufrovaný formaldehyd s 4% (v/v) kyselinou mravenčí (4PF+K). Část vzorků byla před fixací 24 hod. inkubována v roztoku DNAgard Tissue (Biomatrica, USA) při RT (v grafech znázorněno znaménkem „+“; neošetřená tkáň je znázorněna znaménkem „−“). Jako kontrola sloužila tkáň nefixovaná a zmražená na –20 °C, jedná se tedy o čas 0 hod. Poté byla ze vzorků vyizolována DNA a její koncentrace byla stanovena qPCR pomocí dvou párů primerů pro lidské Alu sekvence, které tvořily produkty o délkách 229 bp a 63 bp. Hodnoty koncentrace DNA v grafech jsou znázorněny jako průměry čtyř hodnot ze vzorků A a B měřených v duplikátech a jejich směrodatné odchylky.

Izolace a kvantifikace DNA DNA byla ze zpracovávaných vzorků izolována pomocí kitu ZR Genomic DNA Tissue Microprep (Zymo Research, USA). K fixované a promyté tkáni bylo přidáno 15 µl proteinázy K, 142,5 µl 2X Digestion Buffer a 142,5 µl vody pro PCR. Roztok s tkání byl zvortexován a intenzivně třepán (750 rpm) při 55 °C přes noc (cca 16–18hod.). Poté byla dle protokolu výrobce ze vzorků izolována DNA a její koncentrace byla stanovena qPCR pomocí dvou párů primerů pro lidské Alu sekvence [6], které tvořily produkty o délkách 229 bp a 63 bp. qPCR byla prováděna na přístroji Real Time PCR cyklér Mastercycler system ep realplex (Eppendorf, Německo).

3 Výsledky V rámci experimentů bylo ověřováno, zda ošetření vzorku tkáně roztokem DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA) po 24 hod. před fixací fixačními roztoky 4PF, 4NF, 36NF a 4PF+K má vliv na kvalitu a kvantitu následně izolované DNA. Testované vzorky pocházely ze srdeční tkáně a byly fixovány po dobu 1 hod., 22 hod. a 46 hod.

12

Vaněk_DNAGard.indd 12

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:12:24

ANALÝZA DNA

4 Diskuze a závěr Výrobce udává, že aplikace roztoku DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA) na tkáň či tkáňovou kulturu dokáže ochránit DNA před degradací až po dobu 6 měsíců, a to i při skladování při laboratorní teplotě. V rámci této studie bylo zkoumáno, zda krátkodobé umístění tkáně do roztoku DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA) před fixací nepomůže zachovat kvalitu a kvantitu DNA při následné fixaci. Z výsledků analýzy vyplývá, že k podobnému ochrannému efektu nedochází a výtěžky DNA z formaldehydem fixovaných tkání jsou sníženy stejně, jako když k ošetření roztokem DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA) nedochází. Důvodem nulového efektu je nejspíše fakt, že roztok DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA) DNA chemicky trvale nemodifikuje, a tedy ji před změnami chrání pouze, pokud se s ní nachází v trvalém kontaktu. Práce na tomto projektu byla částečně financována Českou grantovou agenturou, grant č.: 14-36938G. Pro přípravu článku bylo čerpáno z diplomové práce Bc. Radana Matury „Vliv fixačních činidel na kvalitu a kvantitu nukleových kyselin v archivovaných vzorcích tkání“, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze, 2016

Literatura [1] Wilkinson S, de Rozieres S, Muller R, Coulon L., Room temperature preservation of gDNA quality in tissue specimens and culture cells with DNAgard™, Application Notes wwwbio matricacom, 2010 [2] Jiří Š., Soudní lékařství a jeho moderní trendy, Grada Publishing a.s., 2012

[3] Allen-Hall A, McNevin D. Human tissue preservation for disaster victim identification (DVI) in tropical climates, Forensic Science International: Genetics, 2012;6(5):653–7 [4] Wong PB, Wiley EO, Johnson WE, Ryder OA, O’Brien SJ, Haussler D, et al., Tissue sampling methods and standards for vertebrate genomics, GigaScience, 2012;1(1):1 [5] Allen-Hall A, McNevin D., Non-cryogenic forensic tissue preservation in the field: a review, Australian Journal of Forensic Sciences, 2013;45(4):450-60 [6] Britten RJ, Baron WF, Stout DB, Davidson EH., Sources and evolution of human Alu repeated sequences. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1988;85(13):4770-4. [7] Matura R., Vliv fixačních činidel na kvalitu a kvantitu nukleových kyselin v archivovaných vzorcích tkání, Praha: Univerzita Karlova v Praze; 2016.

Abstract THE EFFECT OF DNAGARD®TISSUE ON DNA PROTECTION DURING FORMALDEHYDE FIXATION OF TISSUES Summary: The aim of this study was to test the ability of DNAgard®Tissue (Biomatrica, USA) to protect the integrity of nucleic acids in formaldehyde fixed samples. We have found out that the pre-fixation treatment of the tissue by DNAgard®Tissue has no positive effect on the amount and level of degradation of the extracted DNA. Key words: DNAgard Tissue, FFPE, DNA quality

ANALÝZA OLIGONUKLEOTIDŮ A dsDNA/RNA FRAGMENTŮ NA NOVÉ DNAPac™ RP Thermo Fisher Scientific opět rozšiřuje svou řadu BioLC kolon a v nedávné době byla přestavena nová Thermo Scientific™ DNAPac™ RP, stabilní kolona pro analýzy oligonukleotidů a dsDNA/RNA fragmentů pomocí kapalinové chromatografie s reverzní fází (RP) v kombinaci s UV nebo MS detekcí.

Obr. 1 – Přehled některých BioLC kolon Thermo Scientific

Díky unikátní struktuře vykazuje tato kolona excelentní separační schopnosti u analýz dlouhých oligonukleotidů a velkých dsDNA fragmentů do 10k párů bází. Ačkoliv můžeme při analýzách nukleových kyselin na iontově výměnné (AEX) LC přidat krok odsolení, vysoká koncentrace solí v mobilní fázi nedovoluje přímé spojení s MS detekcí. Iontově párová chromatografie na reverzní fázi a její mobilní fáze jsou kompatibilní s MS, a poskytnou uživatelům v tomto spojení přesná data pro pozitivní identifikaci oligonukleotidů nebo např. nečistot, které mohou být problematické u kritických aplikací. DNAPac RP navíc obsahuje 4 µm sférické polymerní částice. Fáze je vysoce stabilní i v extrémních hodnotách pH (0–14), při teplotách 5–100 °C a kompatibilní s MS mobilními fázemi a iontově párovými činidly, jako jsou triethylamin (TEA) nebo hexylamin (HA). Kolona poskytuje vysoké rozlišení při analýzách oligonukleotidů a může být použita s HPLC i UHPLC instrumentací. A díky větší velikosti pórů vykazuje vynikající výsledky při separacích dlouhých dvouvláknových nukleových kyselin (do 10k párů bází).

DNAPac RP byla navržena pro analýzy krátkých i dlouhých oligonukleotidů, ale excelentní rozlišení pak poskytuje u separací velkých dsDNA/RNA fragmentů iontově párovou chromatografií na reverzní fázi. Může být použita i při vysokém pH mobilní fáze a při vysokých teplotách, které často poskytují alternativní selektivitu a lepší rozlišení u složitých vzorků.

doplněna o kolonu s reverzní fází a zařadila se do početné rodiny BioLC kolon Thermo Scientific pokrývající obrovskou škálu aplikací.

Řada kolon pro stanovení čistoty, rychlý screening a přečištění oligonukleotidů tak byla po iontově výměnných AEX kolonách DNAPac™ PA200 a DNASwift™ SAX-1

• stabilní v rozmezí pH 0–14 a do 100 °C.

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Vaněk_DNAGard.indd 13

• Separace oligonukleotidů a dsDNA/RNA fragmentů, • vysoké rozlišení, vysoká průchodnost vzorků, • MS kompatibilita, • vysoká reprodukovatelnost, Ivana ELIÁŠOVÁ, [email protected], www.pragolab.cz

13

25. 9. 2016 16:12:25

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

POROVNÁNÍ HMOTNOSTNĚ SPEKTROMETRICKÝCH PŘÍSTUPŮ V PROTEOMICKÉM PROFILOVÁNÍ LÉČIV OŽDIAN T., HOLUB D., RYLOVÁ G., VÁCLAVKOVÁ J., HAJDÚCH M., DŽUBÁK P. Ústav molekulární a translační medicíny, Lékařská fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci, [email protected] Při analýze proteomu se využívají dva hlavní iontové zdroje, elektrosprej (ESI) a matricí asistovaná laserová desorpce/ionizace (MALDI). Pro účely jejich porovnání byla SILAC značená linie CCRF-CEM ošetřená třemi platinovými léčivy a následně byl po frakcionaci a digesci analyzován celobuněčný proteinový lyzát. Vzorky byly paralelně měřeny na třech hmotnostních spektrometrech s různými analyzátory – iontovou pastí (ESI-IT), analyzátorem doby letu (MALDI-TOF) a orbitální iontovou pastí (nESI-Orbitrap). Každý spektrometr byl spojen s vysokoúčinnou kapalinovou chromatografií a byl nezávisle optimalizován pro nejvyšší výkon. Data byla nezávisle analyzována, přičemž průměrný počet proteinů identifikovaných ESI-IT byl 660 ± 124 s 66% překryvem ve všech třech replikátech, u MALDI-TOF 355 ± 68 proteinů s 41% překryvem a u nESI-Orbitrap 3 430 ± 306 proteinů s 76% překryvem. Kvantifikační přesnost vyjádřená jako R2 byla u ESI-IT 0,454 ± 0,047, u MALDI-TOF 0,524 ± 0,134 a u nESI-Orbitrap 0,692 ± 0,063. Při vzájemném porovnání se proteiny identifikované ESI-IT a MALDI-TOF lišily minimálně a byly beze zbytku identifikovány také pomocí nESI-Orbitrap.

Úvod Hmotnostní spektrometrie (MS) je jednou ze základních metod identifikace proteinů. Dalo by se říci, že rozvoj hmotnostní spektrometrie stojí do značné míry i za rozvojem proteomiky. Ve svých počátcích byla využívaná k identifikacím jednotlivých proteinů, například metodou protein mass fingerprinting, přičemž v současnosti je schopná identifikovat tisíce proteinů vedle sebe. Běžné je propojení hmotnostního spektrometru s vysokoúčinnou kapalinovou chromatografií (HPLC), jsou ale možná i jiná spojení, například s elektroforetickou separací, nebo s iontově výměnnou chromatografií. Časté je i kombinování metod například v prvním kroku separace elektroforézou, digesce a následná HPLC-MS analýza. Tím se dosáhne lepší separace jednotlivých peptidů a zvýší se tak jejich záchyt. Cílem tohoto příspěvku je porovnat tři metody hmotnostně spektrometrické analýzy používané v proteomice. První metodou identifikace proteinů je on-line spojení HPLC s elektrosprejem a iontovou pastí (ESI-IT). Tato kombinace vyniká rychlostí měření jednotlivých spekter a možností rychlé fragmentace peptidů. Díky vysoké rychlosti měření jednotlivých spekter je možné fragmentovat větší množství peptidů vytékajících v jednom okamžiku z kolony. Nevýhodou je nižší rozlišení hmotnostních spekter. Druhou metodou je spojení HPLC s matricí asistovanou laserovou desorpcí/ionizací s analyzátorem doby letu (MALDI-TOF). Tento způsob ionizace vyžaduje přítomnost matrice, a proto musí toto spojení probíhat off-line za pomoci spotovacího zařízení. Při spotování dochází k přimíchávání matrice do HPLC eluátu, přičemž vzniklá směs je dávkována na MALDI terčík. Hlavní výhodou HPLC–MALDI-TOF analýzy je časové oddělení separace od samotného měření. Hmotnostní spektrometr má tedy čas fragmentovat všechny píky ve spektru. Časové oddělení měření od separace je současně největší nevýhodou tohoto přístupu. Měření může trvat v závislosti na bohatosti vzorku až šestinásobek doby HPLC běhu. Posledním přístupem v tomto porovnání je spojení nanoHPLC s hybridním hmotnostním spektrometrem s orbitální iontovou pastí a nanoelektrosprejem (nESI-Orbitrap). Výhodou tohoto spektrometru je vysoká přesnost analýzy peptidů v orbitální iontové pasti, která trvá delší dobu než měření v lineární iontové pasti. Proto se s výhodou uplatňuje uspořádání, kdy po změření peptidů v pasti orbitální je možné je dále fragmentovat v paralelní iontové pasti. Dochází tak k získání dvou druhů informací. První informací je velmi přesná hmotnost dostačující k identifikaci peptidu a druhou informací je jeho sekvence získaná z fragmentačního spektra. Jako hlavní nevýhodu lze uvést v současnosti vysokou cenu přístroje. Toto srovnání je také srovnání dvou generací proteomických přístupů. V prvním, starším, jsme vycházeli z komplementarity ESI a MALDI, kdy využíváme skutečnosti, že některé peptidy se lépe ionizují pomocí

14

Oždian_MS.indd 14

jednoho zdroje a jiné pomocí druhého [1]. Za účelem dalšího zvýšení identifikace proteinů jsme použili vyhledávání pomocí dvou mechanismů (Mascot [2] a Phenyx [3]) a dvou databází (NCBI a Uniprot). Novější přístup spočívá v analýze nanoHPLC s dlouhým gradientem a přesnou analýzou nESI-Orbitrapem. Data z této metody byla zpracována a vyhledána v akademickém softwaru MaxQuant [4], který využívá databázi Uniprot. Z tohoto popisu je tedy jasné, že novější přístup je mnohem jednodušší a zejména ve srovnání s HPLC-MALDI-TOF také mnohem rychlejší.

Materiál a metody Chemosenzitivní buněčnou linii CCRF-CEM jsme označili metabolickým izotopickým značením metodou SILAC [5], která je založena na dlouhodobé kultivaci buněk s „těžkým“ 13C6 argininem a 13C6 lyzinem. Takto značenou „těžkou“ linii jsme použili ve všech případech jako kontrolu. Izotopicky neznačená, „lehká“, buněčná linie byla naproti tomu ošetřena cisplatinou (koncentrace léčiva 5 x IC50 = 12,6 μM, doba inkubace 2,5 h), karboplatinou (5 x IC50 = 50,7 μM, doba inkubace 3 h) a oxaliplatinou (5 x IC50 = 29,3 μM, doba inkubace 4 h). Tyto koncentrace byly stanoveny na základě předchozích experimentů jako pětinásobek cytotoxické koncentrace, která usmrtí po 72 hodinách 50 % buněk (IC50). Časy ošetření léčivy byly stanoveny jako polovina času do aktivace kaspáz, jejichž aktivita je známkou nezvratně zahájených procesů vedoucích k buněčné smrti (apoptóze). Pro jejich stanovení jsme použili kit MagicRed monitorující aktivitu kaspáz [6]. Tímto jsme v experimentech použili ekviaktivní koncentraci a srovnatelný čas ošetření, ve kterém jsme zohlednili rychlost nástupu buněčné smrti po ošetření různými léčivy. Zároveň jsme se vyvarovali hodnocení pozdních apoptotických změn, které by v pozdějších intervalech převládly. Po inkubaci byla ošetřená buněčná linie smíchána v poměru 1:1 s neošetřenou linií. Směs byla lyzována pufrem obsahujícím 20 mM Tris-HCl, 7 M močovinu, 10 mM DTT, 1% Triton X-100, 0,5% SDS a 2U benzonázy. Lyzát byl separován pomocí preparativní SDS-PAGE elektroforézy. Elektroforetický gel byl rozřezán na 20 frakcí a proteiny v těchto frakcích redukovány Tris(2-karboxyethyl)fosfinem, alkylovány jodacetamidem a naštěpeny trypsinem. Směs peptidů byla po štěpení a před LC/MS analýzou přečištěna pomocí kolonek MiChrom Macrotrap s C18 sorbentem. Hmotnostně spektrometrická analýza probíhala celkem na třech přístrojích. Nejprve byly vzorky analyzovány na iontové pasti Bruker HCTultra spojené s kapalinovým chromatografem Agilent 1200 a kolonou Agilent Zorbax 300SB-C18 o rozměrech 150 mm x 75 µm a velikostí částic 3,5 µm. Mobilní fáze byly voda s 0,1% kyselinou mravenčí a acetonitril s 0,1% kyselinou mravenčí. Gradient byl nastaven s nárůstem od 5 % do 30 % organické fáze po dobu 70 minut s průtokem 0,4 μl/min. Změřená spektra byla odeslána do programu CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:13:24

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Bruker ProteinScape 2.1.0573, kde byla vyhledána dvěma paralelními přístupy. Prvním byl algoritmus Mascot s databází NCBI aktuální k 21.1.2010 a nastavením: taxonomie Homo sapiens, enzym trypsin, 2 povolená chybná štěpení, modifikace: karbamidomethylace cysteinu, oxidace methioninu a značení 13C6 argininu a 13C6 lysinu, hmotnostní tolerance peptidů ± 0,5 Da, MS/MS tolerance ± 0,5 Da, náboj peptidů 2+ a 3+. Peptid byl akceptován při minimálním Mascot skóre 12 a protein při minimálním skóre 40. Druhý algoritmus, Phenyx, měl tato nastavení: databáze UniProt (aktuální k 25.1.2010), taxonomie Homo sapiens, výchozí náboj iontů 2+, 3+, 4+, skórovací model HCTultra, modifikace byly totožné jako v algoritmu Mascot, enzym trypsin, hmotnostní tolerance 0,5 Da, maximálně povolená 2 chybná štěpení, mód štěpení „half cleaved“, b-y ionty, sekvenční pokrytí 20 %. Výsledky z obou vyhledávacích přístupů byly spojeny a zpracovány pomocí nástroje Protein extractor a proteiny byly kvantifikovány nástrojem Bruker Warp-LC verze 1.2. Všechna data pak byla zpracována pomocí programu ProteinScape. Paralelní analýzou k prvnímu přístupu byla analýza LC-MALDI. Separace probíhala off-line na kapalinovém chromatografu Agilent Capillary 1200 s kolonou MiChrom Magic C18AQ 0,2x150 mm a velikostí částic 5 μm spojeným se spotovacím robotem Bruker Proteineer fc. Mobilní fáze byly voda s 0,1% trifluoroctovou kyselinou a acetonitril s 0,1% trifluoroctovou kyselinou, průtok 3 μl/min, gradient byl 5 % do 5. minuty a pak se procento organické fáze lineárně zvyšovalo až na 35 % po dobu 55 minut. Poté následoval proplach 95% organickou fází po dobu 15 minut a ekvilibrace na výchozí podmínky trvala 15 minut. Frakce byly sbírány mezi 6. a 70. minutou. Eluát byl pomocí spotovacího robota rozdělen na 384 frakcí s délkou jedné frakce 8 s a ke každé frakci byl přidáván 1 μl α-kyanohydroxyskořicové kyseliny (1 µg/ml) jako matrice. Samotné měření probíhalo na přístroji Bruker Autoflex III. V první fázi byla změřena MS spektra v rozsahu m/z 600–3500 v reflektronovém pozitivním módu při síle laseru 67 % a napětí na detektoru 2426 V. Na jeden spot bylo naměřeno 2 000 spekter. Po proměření celého terčíku byl v programu WARP-LC vygenerován seznam píků vhodných pro fragmentační analýzu. Ta probíhala automaticky v reflektronovém pozitivním módu s izolačním oknem 10 Da a se zvýšením síly laseru o 65 % a napětí na detektoru o 100 % vůči měření prekurzorových iontů. Hmotnostní spektra byla zpracována v programu ProteinScape a vyhledána pomocí algoritmů Mascot a Phenyx podobným způsobem jako u dat z iontové pasti s rozdíly v nastavení: náboj 1+, MS tolerance 100 ppm a MS/MS tolerance 0,5 Da. Analýza nESI-Orbitrap byla provedena na přístroji Orbitrap Elite (Thermo) spojeném s iontovým zdrojem Proxeon Easy-Spray a chromatografem Ultimate 3000 RSLCnano. Jeden mikrolitr vzorku byl nanesen na odsolovací kolonu PepMap 100 (75 μm x 2 cm, 3 μm, velikost pórů 100 Ȧ; Thermo) zapojenou „in-line” s analytickou kolonou PepMap RSLC (75 μm x 15 cm, 3 μm, velikost pórů 100 Ȧ; Thermo) vyhřívanou na 35 °C. Peptidy byly separovány na analytické koloně s lineárně rostoucím gradientem organické fáze z 5 % na 35 % s celkovou délkou běhu 150 minut. Vodná fáze byla voda s 0,1% kyselinou mravenčí a organická fáze acetonitril s 0,1% kyselinou mravenčí. Rozlišení orbitální pasti bylo nastaveno na 120 000 a prekurzorové ionty byly skenovány v hmotnostním rozsahu 300–1 950 m/z. V každém cyklu bylo vybráno dvacet nejintenzivnějších iontů pro fragmentaci kolizí indukovanou disociací a analyzováno v lineární pasti s kolizní energií 35 eV. Výběr píků a vyhledání peptidů u nESI-Orbitrap proběhly s pomocí programu MaxQuant v. 1.3.0.5[4] používajícího databázi UniProt (aktuální k 4.4.2013) omezenou na lidské proteiny. Všechny frakce a replikáty jednoho léčiva byly vyhledány společně. Karbamidomethylace cysteinů byla zvolena jako fixní modifikace a jako variabilní modifikace oxidace methioninů a acetylace proteinů na N-konci. Bylo použito značení pomocí 13C6 argininu a 13C6 lysinu. Minimální počet peptidů a razor peptidů byl nastaven na 1 a minimální délka peptidu na 6 aminokyselin. Hmotnostní tolerance prekurzorového iontu byla nastavena na 20 ppm a tolerance fragmentů na 0,5 Da. Počet falešných identifikací (False discovery rate, FDR) byl pro proteiny a peptidy nastaven na 1 %. CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Oždian_MS.indd 15

Data z hmotnostních spektrometrů ESI-IT a MALDI-TOF byla exportována z programu ProteinScape ve formě excelových tabulek, katalogová čísla proteinů byla sjednocena na standard UniProt pomocí nástroje Retrieve / ID mapping (http://www.uniprot.org/uploadlists/, aktuální ke 2. 3. 2016) a převedena na textový soubor. Data z nESI-Orbitrap vyhledaná pomocí programu MaxQuant jsou v textovém formátu standardně. Vyexportovaná data byla zpracována v programu Perseus 1.4.0 s využitím funkcí Combine runs a Numerical Venn Diagram. Vennovy diagramy byly vizualizovány pomocí programu Venn diagram plotter 1.5 a Inkscape 0.48. Pro porovnávání metod byly použity peptidy a proteiny, které nebyly jen identifikovány, ale také kvantifikovány. Kvantitativní informace má při biologické interpretaci mnohem větší význam než pouhá identifikace. Jako první porovnávanou informaci jsme zvolili počet MS/MS spekter, která byla danou metodou změřena a identifikována. Úspěšná identifikace MS/MS spekter vede k určení peptidů. Následným skládáním peptidů se identifikují příslušné proteinové rodiny a konkrétní proteiny. Peptidy a proteiny jsme porovnávali pomocí Vennnových diagramů pro jednotlivé metody a replikáty, ale také pro všechny metody dohromady. V tomto zobrazení jsou započteny peptidy a proteiny přítomné alespoň v jednom replikátu na metodu. Pro porovnání kvantifikační účinnosti byly vybrány pouze proteiny, které se pro dané léčivo a metodu vyskytovaly ve všech třech opakováních. Hodnota poměru těžkého a lehkého peptidu (H/L) byla zprůměrována a do grafu byly vyneseny vztahy jednotlivých analýz k jejich průměru. Hodnota kvantifikační přesnosti byla určena jako R2 a je udána pro každý replikát a metodu zvlášť.

Výsledky a diskuze Při porovnávání hmotnostních spektrometrů je nutné vzít do úvahy řadu faktorů, jako je rozlišení, přesnost, citlivost a rychlost. Tyto parametry jsou důležité a přispívají ke konečnému výsledku proteomického experimentu. Jak již bylo řečeno v úvodu, v tomto příspěvku porovnáváme technologicky rozdílné HPLC-MS přístupy a spíše než abychom porovnávali samotné hmotnostní spektrometry, hodnotíme komplexní účinnost tří odlišných experimentálních uspořádání, z nichž každé má své výhody a nevýhody. Jednotlivé platformy byly totiž nezávisle optimalizovány pro co nejvyšší výkon, a tudíž nebylo možné porovnávat měření při stejných podmínkách (např. HPLC gradient, velikost kolony a další). Data pocházející z ESI-IT a MALDI-TOF byla zpracovávána a uchovávána v softwaru Bruker ProteinScape. Data z třetího přístroje, nESI-Orbitrapu, byla zpracována v programu MaxQuant vytvořeném přímo pro analýzu spekter z Orbitrapu. Ačkoliv existují univerzální formáty prezentace MS spekter [7], považovali jsme specializovaný software dodávaný výrobcem, respektive vyvinutý přímo pro konkrétní přístroj, za lepší řešení. Prvním parametrem, který v tomto přehledu porovnáváme, je počet MS/MS spekter. Je to počet píků, které daný software vyhodnotil jako významné a zvolil pro fragmentaci. Fragmentace prekurzorových iontů má pro identifikaci peptidů veliký význam, protože v ideálním případě jsme z fragmentačního spektra schopni určit celou sekvenci peptidu. Těchto ideálních spekter je však v běžné analýze málo. Spektra, která neobsahují kompletní sekvenční informaci, jsou však přesto identifikována na základě pravděpodobnostního modelu [2]. V případě ESI-IT byl průměrný počet MS/MS spekter 70 283 ± 10 137, z toho bylo identifikováno 10 862 ± 2 052. U MALDI-TOF bylo naměřeno 73 547 ± 14 990 spekter, z toho 3 838 ± 812 bylo identifikováno. Analýza pomocí nESI-Orbitrap poskytla 596 296 ± 32 521 naměřených a 109 260 ± 22 419 identifikovaných spekter (obr. 1). Počet identifikovaných peptidů je prvním důležitým parametrem. Stejně důležitá je ale i jeho reprodukovatelnost. Stav, kdy sice máme dostatek peptidů, ale nízkou opakovatelnost, se nazývá undersampling a je nežádoucím efektem „large scale“ proteomických a metabolomických experimentů [8]. Na obrázku 2 je překrytí jednotlivých peptidů, kdy v případě ESI-IT bylo identifikováno 6 177 ± 1 218 peptidů překrývajících se ve všech třech replikátech, u MALDI-TOF 1 778 ± 92 peptidů a nESI-Orbitrap měl překryv 12 296 ± 2 028 peptidů. Dokončení na další straně

15

25. 9. 2016 16:13:24

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Obr. 1 – Počet MS/MS spekter, které byly jednotlivými metodami změřeny a spekter, které byly identifikovány a kvantifikovány

Obr. 3 – Míra překryvu pro proteiny identifikované a kvantifikované pomocí rozdílných hmotnostně spektrometrických přístupů. Každé léčivo bylo měřeno ve třech biologických replikátech. Suma byla počítána z počtu peptidů, které se v dané metodě vyskytovaly alespoň v jednom replikátu

Obr. 2 – Míra překryvu identifikovaných a kvantifikovaných peptidů pro jednotlivá měření. Suma byla počítána z počtu peptidů, které se v dané metodě vyskytovaly alespoň v jednom replikátu. Grafické znázornění sumárního diagramu je následující

v porovnání s daty získanými z nESI-Orbitrap, kdy jsme identifikovali jak všechny proteiny z ESI-IT tak všechny proteiny z MALDI-TOF. Větší počet identifikovaných proteinů nám umožňuje popsat více detailů v buněčné odpovědi. Naše data odrážejí podobný trend, jako byl popsán v článku Hammerové et al. [1] z roku 2010, kdy autoři kvantifikovali 778 proteinů pomocí komplementárních přístupů MALDI-TOF a ESI-FTICR. Signifikantně změněné proteiny zde byly pouze zmíněné, případně členěné do jednotlivých skupin. V článku o pět let novějším, od autorů Petroviče et al. [9], bylo kvantifikováno pomocí novější generace iontové pasti 2 064 proteinů a již se neuvádí pouze signifikantní změny jednotlivých proteinů, ale popisují se i ucelené buněčné procesy ovlivněné doxorubicinem. Za tímto posunem stojí nejen rozvoj počtu identifikovaných proteinů, ale také rozvoj bioinformatiky umožňující zařazení proteinů do jednotlivých drah. Pomocí zlepšení v těchto oblastech jsme schopni získat ucelenější informace o buněčné odpovědi na ošetření léčivem.

Závěr Počet identifikovaných peptidů je důležitý při hodnocení změn na úrovni proteinových rodin a jednotlivých proteinů. Čím více peptidů bylo přiřazeno konkrétnímu proteinu, tím je vyšší jeho sekvenční pokrytí a tím přesnější je kvantifikace a další údaje o studovaném proteinu. Průměrný počet peptidů na protein byl 12,0 ± 1,6 u ESI-IT, 7,4 ± 1,5 u MALDI-TOF a 5,5 ± 0,4 u nESI-Orbitrap. Pokrytí sekvence bylo (v procentech) 28,9 ± 3,0 u ESI-IT, 15,6 ± 2,8 u MALDI-TOF a 15,8 ± 1,6 u nESI-Orbitrap. Počet proteinů identifikovaných ESI-IT byl 660 ± 124 s 66% překryvem ve všech třech replikátech, u MALDI-TOF 355 ± 68 proteinů s 41% překryvem a u nESI-Orbitrap 3 430 ± 306 proteinů s 76% překryvem (obr. 3). Nejméně proteinů bylo tedy identifikováno metodou MALDI-TOF a zároveň byla v této metodě nejvyšší úroveň undersamplingu. Metody ESI-IT a nESI-Orbitrap se s problémem undersamplingu vyrovnaly lépe, přesto lze vidět rozdíl jednoho řádu v počtu identifikovaných proteinů. Při porovnání ESI-IT a MALDI-TOF je nutné vzít v potaz, že z principu metody je rozlišení a přesnost MALDI-TOF oproti ESI-IT mnohem vyšší. Z toho plyne rozdíl v kvantifikační přesnosti znázorněný na obrázku 4, kdy ESI-IT mělo průměrnou přesnost R2 0,454 ± 0,047 a MALDI-TOF R2 0,569 ± 0,081. Kvantifikační přesnost nESI-Orbitrap je v rámci porovnávaných metod nejvyšší, a to R2 = 0,692 ± 0,063. Z porovnání na obrázku 2 a 3 je zřejmé, že udávaná komplementarita MALDI a ESI přístupů se ve zkoumaném vzorku příliš neprojevila. Jejich komplementaritu jsme v naší laboratoři pozorovali až při použití MALDI-TOF spektrometru novější generace (nepublikovaná data). Význam komplementarity MALDI-TOF a ESI-IT ovšem zaniká

16

Oždian_MS.indd 16

Porovnali jsme tři nezávislé proteomické přístupy, ESI-IT, MALDI-TOF a nESI-Orbitrap, z hlediska jejich účinnosti v LC-MS uspořádání. Ve většině sledovaných parametrů měl největší úspěšnost identifikace nESI-Orbitrap. Pomocí ESI-IT bylo identifikováno více proteinů než v případě MALDI TOF, MALDI-TOF naproti tomu poskytlo přesnější kvantifikaci. U přístupu ESI-IT se vyskytoval nejvyšší počet peptidů na protein a pozorovali jsme nejvyšší sekvenční pokrytí v rámci celého experimentu. Závěrem je nutné říci, že ve srovnání použitých přístupů je Orbitrap ze všech tří přístrojů nejnovější a toto srovnání je díky tomu i odrazem rychlého vývoje přístrojových a analytických technologií v oblasti proteomiky a hmotnostní spektrometrie za několik posledních let. Poděkování: Práce byla financována z projektu MŠMT, LO1304.

Literatura [1] E. Hammer, S. Bien, M.G. Salazar, L. Steil, C. Scharf, P. Hildebrandt, et al., Proteomic analysis of doxorubicin-induced changes in the proteome of HepG2cells combining 2-D DIGE and LC-MS/ MS approaches, Proteomics. 10 (2010) 99–114. doi:10.1002/ pmic.200800626. [2] D.N. Perkins, D.J.C. Pappin, D.M. Creasy, J.S. Cottrell, Probability-based protein identification by searching sequence databases using mass spectrometry data, ELECTROPHORESIS. 20 (1999) 3551– 3567. doi:10.1002/(SICI)1522-2683(19991201)20:18<3551::AID-ELPS3551>3.0.CO;2-2. [3] J. Colinge, A. Masselot, M. Giron, T. Dessingy, J. Magnin, OLAV: CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:13:25

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE

Obr. 4 – Kvantifikační přesnost. Poměry jednotlivých proteinů byly vyneseny proti průměrnému poměru pro daný protein a metodu. Pro každý replikát byla vypočítána samostatná hodnota R2. R1, R2 a R3 je označení pro jednotlivé replikáty

towards high-throughput tandem mass spectrometry data identification, Proteomics. 3 (2003) 1454–1463. doi:10.1002/pmic.200300485. [4] J. Cox, M. Mann, MaxQuant enables high peptide identification rates, individualized p.p.b.-range mass accuracies and proteome-wide protein quantification, Nat. Biotechnol. 26 (2008) 1367–1372. doi:10.1038/nbt.1511. [5] S.-E. Ong, B. Blagoev, I. Kratchmarova, D.B. Kristensen, H. Steen, A. Pandey, et al., Stable isotope labeling by amino acids in cell culture, SILAC, as a simple and accurate approach to expression proteomics, Mol. Cell. Proteomics MCP. 1 (2002) 376–386. [6] B.W. Lee, G.L. Johnson, S.A. Hed, Z. Darzynkiewicz, J.W. Talhouk, S. Mehrotra, DEVDase detection in intact apoptotic cells using the cell permeant fluorogenic substrate, (z-DEVD)2-cresyl violet, BioTechniques. 35 (2003) 1080–1085. [7] L. Martens, M. Chambers, M. Sturm, D. Kessner, F. Levander, J. Shofstahl, et al., mzML--a community standard for mass spectrometry data, Mol. Cell. Proteomics MCP. 10 (2011) R110.000133. doi:10.1074/mcp.R110.000133. [8] H.C.J. Hoefsloot, S. Smit, A.K. Smilde, A classification model for the Leiden proteomics competition, Stat. Appl. Genet. Mol. Biol. 7 (2008) Article8. doi:10.2202/1544-6115.1351.

MULTIFUNKČNÍ LABORATORNÍ ROBOTICKÝ SYSTÉM SCIBOT™

Abstract

THE COMPARISON OF MASS SPECTROMETRY APPROACHES IN PROTEOMIC PROFILING OF DRUG RESPONSES. Summary: There are two main mass spectrometry approaches in proteome analysis: electrospray (ESI) and matrix assisted laser desorption/ionization (MALDI). For purposes of their comparison, the SILAC labeled CCRF-CEM cell line was treated by three platinum drugs and whole cell lysate was analyzed. Samples were measured in parallel by three mass spectrometers – ion trap (ESI-IT), time-of-flight (MALDI-TOF) and orbital ion trap (nESI-Orbitrap). Each spectrometer was coupled with high performance liquid chromatography and independently optimized for best performance. Data were analyzed independently and average count of identified proteins was 660 ± 124 with 66% coverage in all three replicates, MALDI-TOF with 355 ± 68 proteins and 41% coverage and nESI-Orbitrap 3430 ± 306 proteins with 76% coverage. Quantification accuracy of ESI-IT determined as R2 was 0,454 ± 0,047, MALDI-TOF 0,524 ± 0,134 and nESI-Orbitrap 0,692 ± 0,063. Proteins identified by ESI-IT and MALDI-TOF in at least one replicate was nearly the same and all of them were identified in nESI-Orbitrap as well. Key words: Proteomics, mass spectrometry, LC-MS

Obr. – Robotický systém SciBot™

HiTec Zang GmbH nabízí kartézské robotické systémy, které jsou vyráběny především pro speciální aplikace. Jedním z nich je Scibot™, který se využívá pro formulování a zajišťování kvality směsí. Vzhledem k modulární konstrukci se další oblasti použití velmi rychle našly v oblastech chemie, mikrobiologie a techniky buněčných kultur. Různé úkoly mohou být zajištěny použitím pouze jednoho systému, a to v případě, že je sys-

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Oždian_MS.indd 17

[9] M. Petrovic, C. Simillion, P. Kruzliak, J. Sabo, M. Heller, Doxorubicin Affects Expression of Proteins of Neuronal Pathways in MCF-7 Breast Cancer Cells, Cancer Genomics - Proteomics. 12 (2015) 347–358.

tém vybaven různým přídavným měřicím zařízením a výměnnými nástroji. SciBot™ může být ale také použit pro specializované úkoly, jako je například měření pH nebo vodivosti v mikrotitračních destičkách. Novinkou v rodině SciBot™ je 3D tiskárna pro oblast rekonstrukční medicíny. Se zařízením SciBot™ RoboGel lze tisknout gelem, který již obsahuje živé buňky. Při tisku se jednotlivými kapkami vytváří vrstva za vrstvou a pak se artefakt nechá dozrát v inkubátoru. Snadno vyměnitelné tiskové hlavy lze čistit během procesu tisku. SciBot™ RoboGel je navržen tak, aby mohl být provozován na konvenčním sterilním pracovním stole. »»www.hitec-zang.de

17

25. 9. 2016 16:13:29

Miele-Profi-inz+PR-Biocev-A4 09.08.16 11:15 Stránka 1

BIOCEV: unikátní spojení vědeckých institucí Velkokapacitní mycí a dezinfekční automaty Miele Professional pomáhají při provozu jedinečného vědeckého projektu. Ve středočeském Vestci nedaleko od Prahy zahájila začátkem roku 2016 plný provoz unikátní vědecká instituce: BIOCEV. Jedná se o společný počin šesti ústavů Akademie věd ČR a dvou fakult Univerzity Karlovy v Praze. Cílem jedinečného projektu bylo vytvoření společného vědeckého centra excelence v oblastech biotechnologií a biomedicíny. Zdejší výzkum a vývoj se zaměřuje na vybrané oblasti těchto věd a dělí se do pěti výzkumných programů: Funkční genomika, Buněčná biologie a virologie, Strukturní biologie a proteinové inženýrství, Biomateriály a tkáňové inženýrství a Vývoj léčebných a diagnostických postupů. „V centru BIOCEV propojily svůj výzkumný a lidský potenciál dvě špičkové instituce České republiky – Akademie věd a Univerzita Karlova. Cílem vědeckého programu centra je detailní poznání buněčných mechanismů na molekulární úrovni, vývoj nových léčebných postupů, včasné diagnostiky, biologicky aktivních látek včetně chemoterapeutik, proteinového inženýrství a pokročilých technik. Nejnovější technologie v centrálních laboratořích budou potom zpřístupněny i firmám či týmům z jiných institucí. Za neméně podstatné považuji, že odborné programy centra přispějí k výchově nové generace badatelů a technologických specialistů,“ prohlásil Vladimír Mareček, místopředseda AV ČR. Do roku 2020 by mělo ve Vestci pracovat 600 výzkumných pracovníků, z toho 200 magisterských a doktorských studentů. Hlavním zdrojem finančních prostředků na vybudování celého centra byl Evropský fond regionálního rozvoje. „Centrum BIOCEV by nemohlo vzniknout bez dostatečného finančního zajištění. Projekt byl podpořen z Operačního programu Výzkum a inovace, a to částkou přesahující dvě miliardy korun. Jsem přesvědčen o tom, že se tato investice České republice i Evropské unii vyplatí,“ uvedl při příležitosti ukončení stavební fáze projektu Stanislav Štech, náměstek ministryně školství.

Biotechnologické a biomedicínské centrum Akademie věd a Univerzity Karlovy ve Vestci

kulty – Přírodovědeckou fakultu a 1. lékařskou fakultu UK. Servisní jednotka přípravny médií zajišťuje přípravu kultivačních médií a roztoků pro tkáňové kultury, bakteriologických médií nebo misek, parní sterilizaci roztoků a parní nebo horkovzdušnou sterilizaci materiálu. Servisní jednotka umývárny pokrývá mytí laboratorního skla a plastů, parní nebo horkovzdušnou sterilizaci nádob a balení připraveného vybavení do fólie. Centrálně se také zajišťuje praní a dekontaminace pracovních oděvů v externí prádelně, dekontaminace GMO odpadů, likvidace nebezpečných látek nebo dodávky suchého ledu.

borné zkušenosti už z provozu v ÚMG Dejvicích a následně i v ÚMG Krč, jak do kvality mytí, tak spolupráce s techniky,“ vysvětluje výběr značky pro nové vědecké centrum Dobromila Kumpoštová, vedoucí přípravny médií a umývárny. Pro snadnější obsluhu jsou oba zdejší automaty doplněny systémem automatických zavážecích a vyvážecích pásů a košovým vybavením pro běžné mytí. Vkládání znečištěných laboratorních nádob probíhá z jedné strany přístroje. Po ukončení mycího a dezinfekčního procesu jsou odebírány z druhé „čisté“ strany, čímž je minimalizována opětovná kontaminace. Mytí, dezinfekce i sušení probíhá v uzavřeném prostoru, který má elektronické zamykání dveří. Dvě ostřikovací ramena zajišťují intenzivní vnější mytí předmětů, duté laboratorní sklo je čištěno za pomoci injektorového systému. Přístroje jsou vyrobeny z kvalitního nerezu, mají dvojitou izolaci pro optimální tepelné a zvukové odizolování. „Servis byl velmi vstřícný a ochotný vyřešit všechny problémy. Po optimalizaci procesu probíhá mytí v očekávané kvalitě,“ dodává Kumpoštová.

Centrální příprava laboratorního vybavení Zajistit plynulý provoz rozsáhlého vědeckého pracoviště s tak rozmanitým zaměřením není nic jednoduchého. Denně musí být k dispozici velké množství perfektně čistých laboratorních nástrojů a vybavení. Údržba probíhá centrálně v suterénu hlavní budovy. Zde se každý den připravuje vybavení pro všech šest zde sídlících poboček ústavů Akademie věd ČR – Ústav molekulární genetiky, Biotechnologický ústav, Mikrobiologický ústav, Fyziologický ústav, Ústav experimentální medicíny a Ústav makromolekulární chemie – i pro dvě univerzitní fa-

Velkokapacitní mycí a dezinfekční automat Miele Professional PG 8528 EL AV

Automaty Miele Professional Součástí profesionálního vybavení umývárny jsou kromě dalších přístrojů i dva velkokapacitní prokládací mycí a dezinfekční automaty Miele Professional PG 8528 EL AV, které  jsou určeny pro centralizované mytí laboratorního skla a plastů. „Se značkou Miele jsme měli vý-

Servisní jednotka umývárny vědeckého centra BIOCEV s mycími a dezinfekčními automaty Miele Professional

Miele-Profi-inz+PR-Biocev-A4 09.08.16 11:15 Stránka 2

Vyšší kapacita. Vyšší čistota. Vyšší flexibilita. Analyticky čisté laboratorní sklo s novou generací přístrojů Miele

Nová řada mycích a dezinfekčních automatů Miele přesvědčí díky vyšší kapacitě, vyšší bezpečnosti a vyšší efektivitě: • vynikajicí čisticí výkon díky čerpadlu s variabilními otáčkami a optimalizovanému košovému systému • nové programy pro specifické aplikace s nízkou spotřebou energie, vody a médií • vysoká procesní spolehlivost díky několikanásobným kontrolním systémům mycího procesu Miele, spol. s r. o. Holandská 4 639 00 Brno tel.: 543 553 146–7 fax: 543 553 149 e-mail: [email protected] www.miele-professional.cz

Made in Germany

ANALYTICKÉ METODY

STANOVENÍ HLADINY HEPCIDINU-25 V SÉRU POMOCÍ SPE-LC-MS/MS METODY HOLUB D.1, HOUDA J.2, HAJDÚCH M.1, POSPÍŠILOVÁ D.1,2, DŽUBÁK P.1 1 Ústav molekulární a translační medicíny, Lékařská fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci, [email protected] 2 Dětská klinika, Lékařská fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci a Fakultní nemocnice Olomouc Hepcidin je 25-aminokyselinový peptidový hormon, který je klíčovým regulátorem homeostázy železa v lidském těle [1]. Je syntetizován v játrech a je sekretován do plazmy. Hepcidin se váže na buněčný exportérový kanál pro železo – feroportin, což vede k internalizaci a degradaci tohoto komplexu a v důsledku ve snížení exportu železa z buněk do plazmy [1, 2]. Zvýšené zásoby železa a zánětlivé stavy indukují syntézu hepcidinu, zatímco k potlačení jeho syntézy dochází při hypoxii, anémii a zvýšené neefektivní erytropoéze v kostní dřeni. Deficit hepcidinu hraje ústřední roli při vstřebávání železa při hereditární hemochromatóze a talasemii. Syntézu hepcidinu indukují různé infekční stavy, což vede ke snížení hladiny železa, které je nezbytné pro přežití invazivních patogenů [1]. Od objevení hepcidinu v roce 2001 a osvětlení jeho důležité role v regulaci metabolismu železa, byl hepcidin navržen jako slibný diagnostický marker pro onemocnění z této skupiny. Desítky analytických metod byly vyvinuty pro stanovení hladiny hepcidinu v séru či plazmě. Metody lze rozdělit do dvou skupin: imunochemické metody [3] a metody založené na hmotnostní spektrometrii [4, 5]. Imunochemické metody v případě stanovení hepcidinu mají omezenou přesnost s ohledem na vysokou homologii mezi pro-hepcidinem (prekurzorový protein) a hepcidinem samotným. V tomto článku se budeme věnovat preferované metodě pro stanovení hladiny hepcidinu v séru pomocí SPE-LC-MS/MS a její validaci, která zahrnovala hodnocení linearity a analytického rozsahu metody, jednodenní a mezidenní přesnosti a správnosti. na robotické stanici Tomtec Quadra 4TM (Tomtec, USA). Naředěné eluáty byly připraveny pro LC-MS/MS analýzu.

1 Materiál a metody 1.1 Materiál a chemikálie Lidský hepcidin a izotopicky značený [13C9, 15N1-F4]-hepcidin (IS, interní standard) byly pořízeny od firmy Thermo Fisher Scientific (Thermo Fisher Scientific, Berlín, Německo); kyselina mravenčí (FA), metanol (MeOH) a králičí sérum od firmy Sigma Aldrich (Sigma Aldrich, Praha, Česko); 96-jamková destička pro extrakci na pevné fázi (SPE – Oasis HLB matrice) od firmy Waters (Waters, Praha, Česko); analytická kolona Polaris C18 A, 5 μm, 75 x 2,1 mm od firmy Varian (Labicom, Olomouc, Česko).

1.4 SRM optimalizace

1.2 Příprava standardů

Analýze vzorku předcházela separace pomocí kapalinové chromatografie (UltiMate® 3000 RSLCnano, Dionex). Peptidy byly separovány na koloně s reversní fází Polaris C18 A, 5 μm (75 x 2,1 mm), která byla vyhřívána na 40 °C. Mobilní fáze se skládala z 5% MeOH s 0,1 % FA (A) a 95 % MeOH s 0,1 % FA (B). V čase 0–1,5 min bylo složení mobilní fáze 10 % B, mezi 1,5 až 4 min byl aplikován gradient 10–90 % B; mezi 4–5,5 min bylo složení mobilní fáze 90 % B; mezi 5,5–5,6 min byl aplikován gradient 90–10 % B a mezi 5,6-8,6 min bylo složení mobilní fáze 10 % B; průtoková rychlost mobilní fáze byla nastavena na 200 μl/min. Detekce a kvantifikace analytů byla provedena na hmotnostním spektrometru QTRAP 5500 (AB Sciex) s ionizací elektrosprejem. Podmínky pro sběr dat SRM metodou jsou uvedeny v tabulce 1. Napětí na elektrospreji bylo nastaveno na +5000 V. Průtoky plynů byly nastaveny následovně: CUR na 20 psi, GS1 na 42 psi a GS2 na 55 psi. Teplota ionizačního zdroje byla nastavena na 600 °C.

Zásobní roztoky peptidů o koncentraci 100 μg/ml byly připraveny rozpuštěním hepcidinu a IS v 10 % MeOH. Oba roztoky byly alikvotovány a skladovány při –80 °C. Pracovní roztok hepcidinu o koncentraci 500 ng/ml byl připraven vždy čerstvý, a to naředěním jeho zásobního roztoku v králičím séru. Pracovní roztok IS o koncentraci 100 ng/ml byl připraven vždy čerstvý a to naředěním jeho zásobního roztoku ve směsi MeOH/H2O/FA 50%/49,9%/0,1% (v/v/v). Kalibrační standardy hepcidinu byly připraveny naředěním pracovního roztoku hepcidinu v králičím séru na koncentraci 2,5; 5; 10; 25; 100; 250 a 500 ng/ml. 1.3 Extrakce na pevné fázi Extrakce na pevné fázi byla provedena v 96-jamkové extrakční destičce (Oasis HLB). Byl připraven promývací (30 % MeOH, pH 10) a eluční roztok (90 % MeOH, pH 5). Po aktivaci MeOH a kondiciování HLB matrice pomocí H2O bylo do každé jamky SPE destičky naneseno 200 μl vzorku séra obsahující 50 μl 100 ng/ml IS a 100 μl 0,1 % FA. SPE destička byla následně promyta 200 μl H2O, 200 μl promývacího roztoku a opět 200 μl H2O. Eluce proteinů byla provedena pomocí 50 μl elučního roztoku. Eluát byl sbírán do nové 96 jamkové destičky a byl naředěn 150 μl 0,1 % FA. Všechny popsané kroky byly provedeny

Všechny experimenty vedoucí k optimalizaci metody byly provedeny na hmotnostním spektrometru QTRAP 5500 (AB Sciex, Praha, Česko). Systém byl kontrolován přes software Analyst (verze 1.5.1, AB Sciex, Praha, Česko). Prekurzorové a produktové ionty byly určeny na základě přímé infuze hepcidinu (10 μg/ml) v pozitivním ionizačním módu (tab. 1). 1.5 Kapalinová chromatografie a hmotnostní spektrometrie

1.6 Validace metody Pro posouzení linearity (obr. 1), jednodenní přesnosti a správnosti (tab. 2) bylo připraveno osm standardních vzorků králičího séra s koncentrací hepcidinu 2,5, 5, 10, 25, 50, 100, 250 a 500 ng/ml. Celkem byly připraveny tři nezávislé série vzorků a každý vzorek byl proměřen dvakrát. Kalibrační křivka byla sestavena z poměru plochy

Tab. 1 – SRM přechody a optimalizované parametry pro hepcidin a IS Analyt

SRM přechod [m/z]

Popis produktového iontu

Doba měření [ms]

DP [V]

EP [V]

CE [V]

CXP [V]

Hepcidin

698,0→354,1

b3+

100

80

10

41

11

Hepcidin

698,0→501,4

b4+

100

80

10

41

11

IS

700,8→354,2

b3

+

100

80

10

41

11

IS

700,8→511,2

b4+

100

80

10

41

11

IS – interní standard (izotopicky značený [ C9, N1-F4]-hepcidin) 13

20

Stanovení hepcidinu.indd 20

15

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:15:00

ANALYTICKÉ METODY

píků (hepcidin/IS) a koncentrace odpovídajících standardů. Regresní rovnice byla použita k zpětnému výpočtu koncentrace hepcidinu ve vzorku (obr. 1). Pro posouzení mezidenní přesnosti a správnosti byly připraveny tři vzorky králičího séra s koncentrací hepcidinu 5, 100, 500 ng/ml. Každý vzorek byl proměřen šestkrát. Toto měření se opakovalo ve třech po sobě následujících dnech (tab. 3).

a interního standardu. Jejich fragmentací byly získány produktové ionty, z nichž nejvíce intenzivní se jevily b3+ a b4+ ionty. U těchto produktových iontů byla stanovena jejich optimalizována kolizní energie (CE). V tabulce 1 jsou shrnuty SRM přechody a jejich optimalizované kolizní energie pro jednotlivé analyty. Li et al. v roce 2009 popsal metodu pro stanovení hladiny hepcidinu v séru, přičemž na hmotnostním spektrometru API 4000 použil pouze jeden SRM přechod pro kvantifikaci hepcidinu (698,1→354,1) [4]. Používat pouze jeden přechod nemusí být zcela spolehlivé pro výslednou kvantifikaci analytu, z tohoto důvodu jsme v naší metodě použili dva přechody, jeden SRM přechod slouží pro kvantifikaci a druhý SRM přechod pro verifikaci hepcidinu (tab. 1). Hodnocení linearity a citlivosti metody bylo posouzeno na základě sestavené kalibrační křivky pomocí korelačního koeficientu a limitu kvantifikace (obr. 1). Hepcidin vykazoval ve zvoleném rozsahu 2,5–500 ng/ml vynikající linearitu s korelačním koeficientem 0,9997. Při hodnocení limitu kvantifikace LOQ jsme vycházeli z poměru signálu k šumu S/N >10, přičemž tuto podmínku splňoval i kalibrační vzorek s nejnižší koncentraci hepcidinu (2,5 ng/ml). Jednodenní a mezidenní přesnost a správnost, jsou pro jednotlivé koncentrace shrnuty v tabulce 2 a 3, splňují kritéria pro validaci metody (přesnost ≤15 % a správnost mezi 85 115 %) [5].

Obr. 1 – Kalibrační křivka hepcidinu

3 Závěr 2 Výsledky a diskuze

Stanovení hladiny hepcidinu má velmi důležitou roli v hodnocení homeostázy železa. Tato práce byla zaměřena na vývoj a částečnou validaci metody pro stanovení hladiny hepcidinu v séru, a to technikou kapalinové chromatografie ve spojení s hmotnostní spektrometrií.

Výběr prekurzorových a produktových iontů pro SRM přechody byl proveden v MS a MS/MS skenovacím módu. Nejvíce zastoupené prekurzorové ionty byly čtyřnásobně nabité [M+4H+]4+ ionty hepcidinu Tab. 2 – Jednodenní přesnost a správnost metody

Standardy hepcidinu [ng/ml] Série vzorků

1

Std. 1

Std. 2

Std. 3

Std. 4

Std. 5

Std. 6

Std. 7

Std. 8

2,5

5

10

25

50

100

250

500

2,43

4,97

9,58

24,5

50,7

100,5

255,9

496,5

2,70

5,06

10,1

25,1

49,4

98,4

248,1

520,2

2,67

5,00

10,05

26,0

53,0

98,6

237,2

470,2

2,44

4,96

10,16

25,8

52,2

101,4

238,4

464,6

2,68

4,98

10,06

23,6

51,2

102,5

246,3

496,0

2,62

5,24

9,74

24,2

50,1

108,5

272,6

504,6

Průměr (n = 6)

2,59

5,04

9,95

24,9

51,1

101,7

249,8

492,0

Přesnost [%]

4,7

2,1

2,3

3,8

2,6

3,7

5,3

4,3

Správnost [%]

103,6

100,7

99,5

99,5

102,2

101,7

99,9

98,4

2 3

Std. – standard Tab. 3 – Vícedenní přesnost a správnost metody

Den

Den 1

Den 1

Den 1

Mezidenní přesnost a správnost

Koncentrace hepcidinu [ng/ml]

Jednodenní přesnost a správnost

Vzorek 1

Vzorek 2

Vzorek 3

5

100

500

Průměr (n = 6)

4,77

99,6

482,5

Přesnost [%]

9,1

3,0

4,6

Správnost [%]

95,4

99,6

96,5

Průměr (n = 6)

5,21

97,7

457,4

Přesnost [%]

0,07

0,022

0,018

Správnost [%]

7,0

2,2

1,8

Průměr (n = 6)

5,3

119,2

469,8

Přesnost [%]

5,9

8,9

6,2

Správnost [%]

106,0

119,2

94,0

Průměr (n = 18)

5,09

105,5

469,9

Přesnost [%]

4,6

9,2

2,2

Správnost [%]

101,8

105,5

94,0 Dokončení na další straně

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Stanovení hepcidinu.indd 21

21

25. 9. 2016 16:15:00

ANALYTICKÉ METODY

Metoda je v současné době dostupná odborné veřejnosti a pacientům v proteomické laboratoři Ústavu molekulární a translační medicíny v Olomouci. Metoda byla v minulosti použita pro stanovení hladiny hepcidinu v séru u pacientů trpících Blackfanovou-Diamondovou anémií [6], talasemií a sférocytózou [7]. Vyvinutá SPE-LC-MS/MS metoda pro stanovení hladiny hepcidinu v séru je vysoce spolehlivá a časově nenáročná. Poděkování: Práce byla financována z projektu MŠMT (Národní program udržitelnosti, LO1304).

Literatura [1] GANZ, Tomas a Elizabeta NEMETH. Hepcidin and iron homeostasis. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Molecular Cell Research. 2012, 1823(9), 1434-1443. DOI: 10.1016/j.bbamcr.2012.01.014. ISSN 01674889. [2] HENTZE, Matthias W., Martina U. MUCKENTHALER, Bruno GALY a Clara CAMASCHELLA. Two to Tango: Regulation of Mammalian Iron Metabolism. Cell [online]. 2010, 142(1), 24-38 [cit. 2016-04-29]. DOI: 10.1016/j.cell.2010.06.028. ISSN 00928674. [3] GANZ, T., G. OLBINA, D. GIRELLI, E. NEMETH a M. WESTERMAN. Immunoassay for human serum hepcidin. Blood. 2008, 112(10), 4292–4297. DOI: 10.1182/blood-2008-02-139915. ISSN 0006-4971. [4] LI, Hongyan, Mark J. ROSE, Linh TRAN, Jingwen ZHANG, Les P. MIRANDA, Christopher A. JAMES a Barbra J. SASU. Development of a method for the sensitive and quantitative determination of hepcidin in human serum using LC-MS/MS. Journal of Pharma-

cological and Toxicological Methods. 2009, 59(3), 171–180. DOI: 10.1016/j.vascn.2009.02.004. ISSN 10568719. [5] ROCHAT, Bertrand, Davide PEDUZZI, Justin MCMULLEN, et al. Validation of hepcidin quantification in plasma using LC–HRMS and discovery of a new hepcidin isoform. Bioanalysis. 2013, 5(20), 2509–2520. DOI: 10.4155/bio.13.225. ISSN 1757-6180. [6] POSPISILOVA, D., D. HOLUB, Z. ZIDOVA, et al. Hepcidin levels in Diamond-Blackfan anemia reflect erythropoietic activity and transfusion dependency. Haematologica. 2014, 99(7), e118–e121. DOI: 10.3324/haematol.2014.104034. ISSN 0390-6078. [7] SULOVSKÁ, L., D. HOLUB, Z. ŽIDOVÁ, M. DIVOKA, M. HAJDÚCH, V. MIHÁL, J. VRBKOVÁ, M. HORVÁTHOVÁ a D. POSPÍŠILOVÁ. Characterization of iron metabolism and erythropoiesis in erythrocyte membrane defects and thalassemia traits. Biomedical Papers of the Medical Faculty of the University Palacký, Olomouc, Czech Republic. 2015, x(x), x. ISSN 1213–8118. IF: x. PMID: 26592557.

Abstract QUANTITATIVE DETERMINATION OF HEPCIDIN IN SERUM USING LC-MS/MS Summary: Hepcidin is 25-amino acid peptide hormone that plays an important role in iron homeostasis. An accurate assessment of serum hepcidin is critical to understand its role in various iron disorders. In the present study, the method employing a liquid chromatography and tandem-mass spectrometry for quantification of hepcidin-25 level in serum is described. Method fulfilled the criteria for validation and was successfully used for determination of hepcidin level of patients with Diamond-Blackfan anemia, thalassemia and spherocytosis. Key words: proteomics, hepcidin, mass spectrometry, SRM

APO-IDENT – KONTROLA SHODY VSTUPNÍCH SUROVIN PRO LÉKÁRENSKOU VÝROBU A MENŠÍ FARMACEUTICKÉ VÝROBCE Kontrola shody vstupních surovin u malých farmaceutických firem, u lékárenské výroby a nyní nově i u kosmetické výroby by měla probíhat dle správné laboratorní praxe (cGMP) a také v souhlase s požadavky českého lékopisu, respektive European Pharmacopeia (týká se farmaceutické výroby). Tyto procesy kladou značné požadavky a přinášejí také významné finanční zatížení (klasické metody dle lékopisu jsou pracné a provozně drahé, běžně používané instrumentální metody pak náročné jak na pořizovací náklady tak i z hlediska vývoje a zejména validace identifikačních modelů). Jednou z často používaných technik pro kontrolu shody vstupních surovin je NIR spektrometrie (European Pharmacopeia kapitola 2.2.40), ta byla ale doposud využívána převážně velkými farmaceutickými výrobci. Hlavním důvodem byly vyšší pořizovací náklady a zejména vysoké náklady na vývoj a udržování identifikačních modelů. Německá firma Hiperscan přišla před několika lety s novou technologii výroby NIR spektrometrů (spektrometrie v blízké infračervené oblasti) založenou na MOEMS (Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems). Ta umožnila výrobu unikátních spektrometrů Apo-Ident, které jsou schopny rychle skenovat NIR spektrum v rozsahu od 1 000 do 1 900 nm.

22

Stanovení hepcidinu.indd 22

Výhodou technologie MOEMS je nejen výsledná nižší cena vlastního spektrometru, ale zejména naprostá unifikace produkce a tím snadné přenášení kalibračních modelů mezi spektrometry. To je klíčová vlastnost, která otevřela cestu k efektivnímu vývoji specializované a plně validované databáze pro farmaceutickou a kosmetickou výrobu. Tuto databázi je možné snadno přenášet mezi všemi spektrometry firmy Hiperscan a udržovat ji tak neustále aktuální na všech spektrometrech, včetně plné validace.

Obr. – Spektrometr Apo-Ident

Spektrometry Apo-Ident jsou určeny zejména pro lékárenskou výrobu, menší farmaceutické výrobce a kosmetický průmysl. Aktuální plně validovaná databáze pokrývá více jak 1 000 vstupních surovin (více jak 300 000 unikátních spekter) a její součástí je více jak 4 000 stran validační dokumentace. Uživatel si tak kupuje vlastní spektrometr a roční licenci na udržování databáze. Dostává pak řešení, které je okamžitě připraveno k použití a nemusí se zabývat vývojem a validací metod. Vzhledem k použité technologii se zároveň dosahuje velmi příznivé ceny jak u hardware tak i licenčního poplatku, kde se náklady na kontinuální vývoj a validaci modelu rozdělují mezi velký počet spektrometrů.

Spektrometry Apo-Ident jsou cenově dostupné i pro lékárenskou výrobu a menší farmaceutické výrobce. Vlastní obsluha spektrometru je extrémně jednoduchá. Software je plně přizpůsoben této aplikaci, spravuje také databázi výsledků, tištění protokolů a štítků na jednotlivá balení. O úspěšnosti konceptu svědčí počet instalací, který jen v Německu již překročil jeden tisíc, přičemž největší část připadá na lékárenskou výrobu a distributory surovin pro lékárenskou výrobu. Více informací získáte u firmy RMI s.r.o., která je výhradním zástupcem výrobce pro Českou a Slovenskou republiku. www.rmi.cz

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:15:01

MOLEKULOVÁ SPEKTROSKOPIE A BIOAPLIKACE RAMANOVA A INFRAČERVENÁ SPEKTROSKOPIE JE RYCHLÁ A SPOLEHLIVÁ METODA ANALÝZY MOLEKUL. VZORKY NENÍ ZPRAVIDLA POTŘEBA NIJAK UPRAVOVAT, LZE JE MĚŘIT PŘÍMO V JEJICH PŘIROZENÉM PROSTŘEDÍ. JE MOŽNÉ ANALYZOVAT CHEMICKÉ SLOŽENÍ VZORKŮ, KONFORMACI MOLEKUL, KINETIKU CHEMICKÝCH REAKCÍ NEBO SLEDOVAT KOVALENTNÍ ČI VODÍKOVÉ VAZBY MEZI MOLEKULAMI. LZE STUDOVAT NEJEN CHEMICKY ČISTÉ VZORKY, ALE TAKÉ SLOŽITÉ BIOLOGICKÉ MATRICE JAKO KREV, MOČ A CELÉ BUŇKY. MAPOVÁNÍ BUNĚK Mapování živých buněk a tkání je nedocenitelnou možností, kterou vibrační spektroskopie nabízí. Buňky je možné klasifikovat podle jejich vlastností, a tak rozlišit například nádorové a zdravé buňky nebo jednotlivé kmeny bakterií, také lze mapovat rozložení metabolitů a jiných chemických látek uvnitř buněk.

STUDIUM MEMBRÁN Vývoj nových léčiv jde ruku v ruce s vývojem způsobů, jak účinnou látku dopravit na příslušné místo. K tomu jsou často používány lipozomy či jiné systémy. Pomocí Ramanovy mikroskopie lze sledovat migraci látek, membránové rafty, fluiditu a uspořádanost membrán, interakce účinných látek s membránou a další procesy.

VIBRAČNÍ SPEKTROSKOPIE VE SVĚTĚ PROTEINŮ Pomocí vibrační spektroskopie je možné sledovat konformaci proteinů a enzymů, její změny nebo kinetiku enzymatických reakcí. Na rozdíl od jiných metod není vzorek pro měření vibračních spekter zpravidla nijak upravovat, a tak lze sledovat molekuly v jejich přirozeném prostředí. FTIR spektrometr Nicolet iS50 je možné díky specializovanému příslušenství a programu Prota-3S upravit tak, aby na něm bylo možné měření provádět snáz, a tak lépe porozumět světu proteinů a enzymů.

www.nicoletcz.cz

Nicolet.indd 23

+420 272 768 569, 272 760 432

[email protected]

25. 9. 2016 16:16:17

RAMANOVSKÁ MIKROSKOPIE

TROJROZMĚRNÉ RAMANOVSKÉ ZOBRAZOVÁNÍ VE FARMACII A POTRAVINÁŘSTVÍ Vývoj a výroba produktů potravinářského a farmaceutického průmyslu vyžadují výkonné a spolehlivé kontrolní mechanismy, které by zaručovaly kvalitu konečných výrobků. Tyto výrobky se svým složením a použitím mohou velmi lišit. Pro analytické metody by měly splňovat jak požadavky na co nejdůkladnější chemickou analýzu, tak i na flexibilitu při uzpůsobení se zkoumanému vzorku. Konfokální Ramanovská mikroskopie (Confocal Raman Microscopy, CRM) je osvědčená a často užívaná spektroskopická metoda zkoumání chemického složení vzorku. Ve farmacii může být CRM používána pro testování rozložení složek ve formulaci, pro charakterizaci homogenity farmaceutických vzorků, pro určování stavu účinných a pomocných látek a pro charakterizaci nečistot a nežádoucích částic. Informace získané s pomocí CRM jsou také velmi důležité při vytváření aktivních látek léčiv, pro vývoj pevných a kapalných formulací, jako nástroj procesní analytiky, při patentových sporech a při odhalování padělků. Jelikož se jedná o nedestruktivní metodu, je možné ji zkombinovat s dalšími zobrazovacími metodami, jako jsou mikroskopie atomárních sil (AFM), rastrovací elektronová mikroskopie (SEM) nebo fluorescenční analýza.

Zobrazování konfokální Ramanovskou mikroskopií Ramanova spektroskopie se používá pro identifikaci molekulárních složek na základě jejich unikátních Ramanovských spekter. Konfokální Ramanovská spektroskopie kombinuje možnosti chemické charakterizace vzorků se zobrazovacími možnostmi optického mikroskopu. Vzorky mohou být analyzovány po krocích podle optické osy a mohou být generovány multispektrální 2D a 3D obrazy a hloubkové profily.

Obr.1 – a) Velkoplošný konfokální Ramanovský obraz farmaceutické emulze s vysokým rozlišením. Rozsah skenu: 180 x 180 µm2; 2048 x 2048 pixelů = 4 194 304 Ramanovských spekter; velikost souboru s načtenými daty: 12,5 GB. Modrá: Aktivní farmaceutická látka; Zelená: Olej; Červená: Křemíkové nečistoty. b) a c) Následné přiblížení obrazu ze stejného datového souboru

nečistoty na bázi křemíku (červené oblasti v obrazu). Objemové skeny jsou hodnotným nástrojem díky tomu, že poskytují informace o velikostech objektů nebo o rozložení určitých látek uvnitř vzorku. Při provádění objemových skenů a 3D obrazů se vždy vytvářejí soubory s velkými objemy dat. 3D obrazy se vytvářejí z postupně načítaných 2D konfokálních obrazů z různých ohniskových rovin ve vzorku podél osy z. Tyto 2D obrazy se následně zkombinují do vrstev 3D obrazového souboru. Obr. 2a) – 3D barevně kódovaný Ramanovský obraz pylového zrna v medu. Zelená: Pylové zrno; Červená, modrá, tyrkysová: Různé krystalické fáze medu; Žlutá: Med. Parametry obrazu: rozměr: 50 x 50 x 50 μm3; 150 x 150 x 50 = 1 125 000 spekter; integrační doba spektra: 2 ms

Velkoplošné a trojrozměrné zkoumání vzorku emulze V prvním příkladu byla zkoumána farmaceutická emulze. Aktivní farmaceutická látka (API) byla rozpuštěna ve vodě. Na obr. 1a vidíme velkoplošné zobrazení emulze. Rozsah skenu je 180 x 180 µm2 s rozlišením 2 048 x 2 048 pixelů. V každém obrazovém bodu bylo načteno kompletní Ramanovské spektrum, takže velkoplošný obraz je výsledek analýzy 4 194 304 Ramanovských spekter. Integrační doba jednoho spektra byla 2 ms a velikost souboru s načtenými daty je 12,5 GB. Následné přiblížení obrazu (obr. 1b a 1c) ze stejného datového souboru dokumentuje extrémně vysoké rozlišení velkoplošného obrazu z obr. 1a. V barevně kódovaných obrazech ukazujících rozložení jednotlivých složek je voda s API zobrazena modře, zatímco olejová matrice je znázorněna zeleně. Kromě zobrazení rozložení známých materiálů je možné vizualizovat

24

Uni-Export_Raman.indd 24

Obr. 1d) – Objemový konfokální 3D Ramanovský obraz. Zelené oblasti znázorňující olej byly z obrazu částečné odebrány, aby bylo možné lépe identifikovat červené nečistoty. Rozsah skenu: 25 x 25 x 20 μm3, 200 x 200 x 50 pixelů = 20 000 000 Ramanovských spekter, integrační čas: 10 ms, velikost datového souboru: 6 GB

Aby bylo možné podrobněji prozkoumat objem nečistoty v emulzi, byl proveden 3D sken. Objem 25 x 25 x 20 μm3 byl analyzován s rozlišením 200 x 200 x 50 pixelů. V každém obrazovém bodě bylo načteno kompletní Ramanovské spektrum s integrační dobou 10 ms (obr. 1d). Celý obraz obsahuje informace z celkem 2 milionů Ramanovských spekter a velikost vytvořeného datového souboru je 6 GB.

3D vizualizace chemických složek medu

Obr. 2b) – Odpovídající Ramanovská spektra

Ve druhém případu byl studován vzorek přírodního medu. Pro vytvoření 3D obrazu bylo na vzorku v různých pozicích v ose z vytvořeno 50 jednotlivých 2D Ramanovských obrazů (x-y skeny). Rozsah skenů byl 50 x 50 µm2 s rozlišením 150 x 150 pixelů. Sloučený barevně kódovaný 3D obraz znázorňuje objem 50 x 50 x 50 μm3 a ukazuje pylové zrno zobrazené zeleně obklopené různými krystalickými fázemi medu v barvách červené, modré a tyrkysové, kapalný med je zobrazen žlutě (obr. 2a). Odpovídající Ramanovská spektra jsou na obrázku 2b. Z podkladů firmy Witec přeložil Ing. Marek ČERNÍK, Uni-Export Instruments, s.r.o., www.uniexport.co.cz.

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:16:58

LABORATORNÍ CHEMIKÁLIE

LABICOM S.R.O. PŘEBÍRÁ PRO ČR DISTRIBUCI ZNÁMÝCH ZNAČEK CHEMIKÁLIÍ OD SPOLEČNOSTI SIGMA-ALDRICH Společnost LABICOM s.r.o. stále hledá nové příležitosti k růstu a rozšíření nabídky pro své zákazníky. Tak, jako se v roce 2015 stala autorizovaným distributorem spotřebního materiálu Agilent Technologies, je pro ni i rok 2016 velmi příznivý. Díky úspěchu v náročném výběrovém řízení se v červenci 2016 stala autorizovaným distributorem chemikálií společnosti Honeywell Research Chemicals pro Českou republiku. Na základě nové spolupráce došlo k významnému rozšíření její nabídky chemických látek o tyto značky: Honeywell Fluka™ (Hydranal™), Honeywell Riedel-de Haën™ (Chromasolv™) a nově Honeywell Burdick&Jackson™ a Honeywell. Společnost Honeywell aktivně působí na světovém trhu více jak 100 let. Její portfolio zahrnuje řadu produktů od letectví přes klimatizační jednotky až po chemikálie. Divize Honeywell Research Chemicals je světovým lídrem ve vývoji a výrobě vysoce čistých chemikálií splňujících nejvyšší standardy kvality. Díky loňské akvizici části portfolia společnosti Sigma-Aldrich došlo k rozšíření spektra produktů o známé produktové linie např. Chromasolv™ a Hydranal™. Více informací o produktových řadách naleznete v tabulce níže. Všechny zmíněné produkty byly, a nadále budou, vyráběny v továrně Honeywell v německém Seelze. Tedy v oblasti kvality a identičnosti produktu se pro zákazníka nic nemění.

Portfolio Honeywell Research Chemicals Honeywell Burdick&Jackson™ – kvalitní a respektovaná značka, která je zaměřená na vysoce čistá rozpouštědla a chemikálie pro biochemické a metabolomické syntézy. Součástí portfolia této značky jsou bezvodá rozpouštědla pro syntézy citlivé na vlhkost např. Grignardova nebo Würtzova reakce. Honeywell Riedel-de Haën™ – chemikálie tradiční produktové řady Chromasolv™, ideální pro kapalinovou a plynovou chromatografii. Dále pak rozpouštědla pro infračervenou a UV-VIS spektroskopii, rozpouštědla s nízkou koncentrací kovů pro stopové analýzy, rozpouštědla ACS a lékopisné kvality. Pod značkou Riedel-de Haën™ se rovněž dodávají čisté chemikálie do výrobních procesů. Produkty z portfolia Honeywell Fine Chemicals splňují nejpřísnější technologické postupy, požadavky na vysokou kvalitu a čistotu výroby. Uvedené čisté chemikálie lze také vyrobit i na zakázku. Honeywell Fluka™ – anorganické chemikálie a chemikálie pro anorganickou analýzu jako: kyseliny, soli a pH pufry a také anorganické sloučeniny s nízkou koncentrací kovů pro stopové analýzy. Značka FlukaTM zahrnuje jednu z nejdůležitějších a světově známých produktových řad – řadu Hydranal™ (činidla pro stanovení obsahu vody metodou Karl-Fischer). Honeywell – rozpouštědla a anorganické sloučeniny pro běžné laboratorní použití.

Tab. – Portfolio Honeywell Research Chemicals v nabídce společnosti LABICOM s.r.o.

Divize Honeywell Research Chemicals také vyvinula speciální technologie pro balení hygroskopických anorganických chemikálií. Zanedlouho bude společnost nabízet taktéž technologii LabReady™, pod kterou se skrývá nabídka výroby přesných komerčních směsí chemikálií pro efektivnější a bezpečnější práci v laboratořích. Chemikálie od společnosti Honeywell Research Chemicals splňují nejvyšší standardy kvality podle následujících norem; cGMP, TS16949, ISO 9001, 14001, OSHA18001, ISO50001. Změna jejich distribuce bude provázena výměnou etiket výrobků. Je tedy možné, že se setkáte s produktem, který bude označený starou etiketou Sigma-Aldrich, nebo také již novým označením společnosti Honeywell. Nové etikety budou postupně doplněny o aktuální informace a každý produkt Honeywell Research Chemicals bude označen datem expirace, což je velice důležité nejen pro akreditované laboratoře. Nedílnou součástí při nakládání s nebezpečnými chemikáliemi je dodržování potřebných bezpečnostních opatření, které jsou uvedeny v bezpečnostních listech. Tyto bezpečnostní listy má společnost LABICOM s.r.o. možnost evidovat a spravovat prostřednictvím speciálního softwaru, který vždy aktualizuje veškeré legislativní změny. Podrobnější informace o společnosti LABICOM s.r.o. a nabízených službách i portfoliu chemikálií Honeywell Research Chemicals naleznete na stránkách www.labicom.cz. [email protected]

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Labicom2.indd 25

25

25. 9. 2016 16:17:44

PROCESNÍ INSTRUMENTACE

VYUŽITÍ NIR A RAMANOVY SPEKTROMETRIE PRO ON-LINE MONITOROVÁNÍ PROCESŮ VE VÝZKUMU A VÝROBĚ ČERNOHORSKÝ T., MUNZAR M. RMI s.r.o., Lázně Bohdaneč, [email protected] On-line monitorování procesů ve výzkumu a ve výrobě je velmi efektivním prostředkem pro jejich řízení, ale i nástrojem pro jejich optimalizaci na základě naměřených dat. V posledních letech se pro tento účel začali využívat také metody vibrační molekulové spektrometrie, které umožňují nejen přímo monitorovat reakční procesy (sledovat chemickou podstatu probíhající reakce), mohou ale také přinášet informace o procesech jako je krystalizace, homogenizace směsí nebo sušení produktů. Pokud se zaměříme na monitorování reakčních procesů, pak se jako první začala používat metoda infračervené spektrometrie ve střední infračervené oblasti (MIR spektrometrie), zejména pak přístroje s Fourierovou transformací (FT-IR spektrometrie). Ta má ale v případě on-line aplikací řadu nevýhod. Prvním problémem je složitost vlastního hardware a jeho nižší stabilita v náročných procesních podmínkách, zejména pokud se zde vyskytují vibrace nebo velké teplotní změny. Vzhledem k nutnosti měření v přímém kontaktu s měřenou látkou, musí být zařízení umístěno přímo na reaktoru nebo ve sledovaném uzlu technologického procesu. Metodu také nelze použít pro vodné prostředí (vysoká absorpce pásu vody v infračerveném spektru). Vzhledem k vysoké ceně zařízení a výše uvedeným problémům se tato technika prosadila zejména pro monitorování procesů ve vývoji a výzkumu a také v petrochemickém průmyslu. S rozvojem nových technologii výroby NIR spektrometrů (spektrometrie v blízké infračervené oblasti) se tato technika začala také velmi úspěšně prosazovat v oblasti on-line monitorování. Zejména s nástupem AOTF (Acousto-Optic Tunable Filter) spektrometrů a následně pak spektrometrů založených na MOEMS (Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems) a jiných mikrotechnologiích se otevřela cesta k mechanicky velmi robustním zařízením, které je možné umístit i do náročného prostředí. NIR spektrometrie přitom přináší některé výhody ale i nevýhody ve srovnání s klasickou MIR spektrometrií. Píky v MIR spektru mají zpravidla velkou intenzitu, přímo odpovídají vibraci konkrétní vazby, spektrum je tedy bohaté na intenzivní a rozlišené absorpční pásy a dosahuje se vysoké specifičnosti (obr. 1B). V případě NIR spektrometrie se jedná o absorpci záření spojenou s kombinačními a overtonovými vibracemi, pásy mají nižší intenzitu a pro získání specifické informace je často nutná chemometrická analýza (obr. 1A). Mezi velké výhody NIR spektrometrie patří nižší absorpce záření, tudíž schopnost kvantitativní analýzy i vysokých obsahů látek (častý požadavek pro monitorování výrobních procesů, kde se sledují hlavní komponenty), nižší vliv obsahu vody (je možné snadno monitorovat obsah vody v produktu), vysoká hloubka penetrace záření do vzorku a možnost bezkontaktního měření (s malou distancí mezi vzorkem a optickým členem pro sběr záření). NIR spektrometrie je navíc schopna přinášet i informace o procesech jako je granulování nebo homogenizace. Je možné také použít optické kabely a optické přepínače, jeden spektrometr tak může „vzdáleně“ sledovat více monitorovacích bodů. Je také relativně snadné vyrobit spektrometr, který splňuje požadavky na použití ve výbušném prostředí (splnění normy ATEX). Mezi hlavní nevýhody NIR spektrometrie paří nízká specifičnost a tudíž nutnost používání náročných chemometrických modelů, pro řadu aplikací v oblasti monitorování reakčních procesů technika není vhodná vůbec. Jsou ale také případy, kdy poskytuje nejlepší výsledky (některé složité směsi, velké molekuly). Metoda také není vhodná na sledování nízkých obsahů látek. Jako poslední se v on-line monitorování začala používat Ramanova spektrometrie. První aplikace se objevily ve výzkumu (sledování reakčních procesů), aktuální vývoj technologií umožňuje nasazení této

26

RMI_Raman.indd 26

techniky prakticky do všech oblastí. Ramanova spektrometrie v sobě spojuje řadu výhod obou výše zmíněných metod. Píky v Ramanově spektru odpovídají přímo vibracím jednotlivých vazeb v molekule, dosahuje se tak vysoké specifičnosti (píky jsou často lépe rozlišeny než v případě MIR spektra, obr. 1C). Zároveň je ale možné také monitorovat reakce ve vodném prostředí, protože Ramanův pík vody má velmi nízkou intenzitu. Velkou výhodou Ramanovy spektrometrie je flexibilita z hlediska vlastního uspořádání, Ramanova sonda při měření nemusí být v kontaktu s měřeným vzorkem. Jde snadno měřit přes různé materiály okének (sklo, křemen, safír), sondy je možné vyrobit s různou pracovní vzdáleností a mohou být se spektrometrem spojeny optickým kabelem o délce až několika desítek metrů. Běžná je i bezkontaktní analýza, včetně měření s větší vzdáleností mezi vzorkem a sondou, což umožňuje například monitorování procesů u fluidních reaktorů. Vlastní hardware moderních disperzních spektrometrů neobsahuje žádné pohyblivé díly a může pracovat i v náročném prostředí včetně ATEX. Ramanova spektrometrie je tak ideální technikou pro přímé monitorování reakčních procesů, je ale možné například monitorovat i krystalizační procesy nebo změny vnitřního napětí v materiálech. Obr. 1 – Srovnání NIR spektra (A), MIR spektra (B) a Ramanova spektra (C) kyseliny citronové zaznamenaného na spektrometrech s vysokým spektrálním rozlišením

Vzhledem k velmi rychlému rozvoji nových technologií jsou momentálně k dispozici nová řešení, která otevírají také nové možnosti v oblasti on-line monitorování procesů. První trend se týká NIR spektrometrie, nové výrobní postupy umožňují efektivní výrobu cenově dostupných mikrospektrometrů s velmi dobrými technickými parametry, extrémní stabilitou a robustností, malými rozměry a velmi malou spotřebou elektrické energie. Díky nízké ceně se otevírají zcela nové možnosti nasazení, které dříve nebyly efektivní kvůli vysoké ceně zařízení. NIR spektrometry jsou malé, mohou být napájeny interní baterii, běžný je také bezdrátový přenos dat. Zařízení je tak možné umístit také na pohybující se zařízení (nebo přímo do zařízení) a sledovat například CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 17:01:52

PROCESNÍ INSTRUMENTACE

procesy mixování a homogenizace směsí, a to včetně velmi malých laboratorních nebo poloprovozních zařízení. Typickým představitelem této kategorie jsou procesní microNIR spektrometry americké firmy VIAVI Solutions Inc., které používají technologií LVF (linear variable filter) a jejíž základní princip vyplývá z obr. 2. Jedná se o čistě pasivní technologií bez pohyblivých součástí s velmi malými rozměry a výbornou teplotní stabilitou. Typický spektrální rozsah je 950–1 650 nm. Výhodou tohoto řešení je extrémní kompaktnost a robustnost při dosažení nízké ceny. MicroNIR spektrometry umožňují měření i přes některé obaly, používají vysoké vzorkovací frekvence a nacházejí uplatnění jak ve výzkumu, tak i v průmyslu. Přestože jsou tyto spektrometry k dispozici poměrně krátkou dobu, najdeme je již ve farmaceutickém, chemickém, kosmetickém i potravinářském průmyslu.

Obr. 4 – Spektrometr MicroNIR PAT-W (VIAVI Solutions Inc.) instalovaný na laboratorní rotační mixer

Obr. 2 – Funkční schéma LVF NIR mikrospektrometru (převzato z materiálů firmy VIAVI Solutions Inc.)

Na obrázku 3 a 4 jsou dvě ukázky typických spektrometrů založených na této technologií. Spektrometr MicroNIR PAT-W je baterií napájený odolný NIR spektrometr vybavený WiFi a ethernetovou datovou komunikaci a čidlem polohy. Díky tomu je vhodný například pro rotující mixéry, včetně malých laboratorních typů – čidlo polohy automaticky spustí měření při každé otočce mixéru. Druhým představitelem je spektrometr MicroNIR PAT-U, jedná se o odolný miniaturizovaný NIR spektrometr napájený pomocí USB připojení, který může být snadno integrován do výrobních zařízení nebo může být použit v laboratorních výzkumných zařízeních.

Obr. 5 – Průběh skóre pro komponentu PC1 v závislosti na počtu rotací mixeru a graf průběhu skóre PC1 vs. PC2 v závislosti na počtu otáček mixeru (převzato z materiálů firmy VIAVI Solutions Inc.)

Obr. 3 – Miniaturizovaný spektrometr MicroNIR PAT-U výrobce VIAVI Solutions Inc.

Počet aplikací NIR spektrometrie v on-line monitorování neustále vzrůstá, zde bychom chtěli ukázat jednu typickou aplikaci z farmaceutického průmyslu. Nové požadavky americké agentury US FDA na procesní validaci vedou ke snaze o validaci každé dávky produktu, včetně validace mixování produktu. Mixování produktu je kritická operace, která závisí na mnoha faktorech a je nutné ji periodicky ověřovat pro každou dávku surovin. K této validaci je možné použít malé laboratorní rotační mixery s monitorováním průběhu procesu mixování a určení konce procesu na základě kontinuálního měření NIR spekter a jejich chemometrické analýzy v reálném čase. Na obr. 4 je ukázka laboratorního rotačního mixeru s instalovaným microNIR spektrometrem. Byl sledován proces mixování produktu s cílem dosažení homogenní koncentrace aktivní látky (API) 1%. Je možné použít několik přístupů k analýze dat, často se pro určení konce mixování používá metoda hlavních komponent. Na obr. 5 je ukázka výsledku pro sledování skóre hlavní komponenty PC1 a posun skóre komponenty PC1 vůči komponentě PC2 v závislosti na počtu rotací mixeru. Je možné velmi spolehlivě určit konec mixovacího procesu. Jak jsme již uvedli výše, Ramanova spektrometrie je takřka ideální metodu pro sledování řady procesů v chemickém, farmaceutickém nebo plastikářském průmyslu. Jejímu výraznému rozšíření bránila jak CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

RMI_Raman.indd 27

vysoká cena zařízení, tak ale zejména řada omezení, které vyplývají z nízké intenzity Ramanových spekter. On-line Ramanovy spektrometry doposud musely používat delší integrační časy (omezení pro sledování rychlých dějů, problematické měření z více kanálů při použití multiplexorů), vyšší energie budícího laseru (nemožnost použití přístroje ve výbušném prostředí, riziko fotodegradace látek) a zároveň docházelo k velkému kompromisu mezi energetickou prostupností optiky a rozlišením spektrometru. Zvyšování rozlišení vedlo k výrazným ztrátám záření a tím prohlubování výše zmíněných problémů. Na druhou stranu vysoké rozlišení je nutné pro řadu aplikací, jako je monitorování nízkých koncentrací ve spektrálně složitých systémech nebo sledování procesů jako je rekrystalizace nebo změny vnitřního napětí v materiálech. Všechny výše zmiňované problémy je možné výrazně omezit, pokud by se podařilo zkonstruovat Ramanův spektrometr s vysokou energetickou prostupností a současně dobrým spektrálním rozlišením. S řešením přišla kanadská firma Tornado Spectral Systems, když vyvinula a v roce 2006 patentovala technologii virtuální štěrbiny „High Throughput Virtual Slit (HTVS)“, která umožňuje mnohonásobně zvýšit Dokončení na další straně

27

25. 9. 2016 17:01:55

PROCESNÍ INSTRUMENTACE

optickou propustnost Ramanových spektrometrů bez ztráty spektrálního rozlišení. Technologie HTVS nepoužívá štěrbinu běžnou u klasických disperzních spektrometrů, ale upravuje tvar paprsku v tzv. reformátoru. Tento patentovaný optický člen rozdělí paprsek na vstupu na několik částí a vytvoří z něj paprsek podobného tvaru jako při jeho průchodu štěrbinou, ale bez ztrát záření souvisejících s ořezem kruhového svazku klasickou štěrbinou. Díky této technologii dochází k zásadnímu zvýšení intenzity prošlého záření, typické ztráty jsou pouze 5 % i při vysokém rozlišení, naopak u klasických spektrometrů dosahují ztráty při vysokém rozlišení 85 až 90 %. Firma Tornado Spectral System vyvinula několik verzí spektrometrů s technologií HTVS, zásadní zlom ale přináší nejnovější spektrometr HyperFlux P.R.O. Plus, který zcela mění možnosti využití Ramanovy spektrometrie nejen pro on-line monitorování výrobních procesů, ale i při sledování rychlých procesů ve výzkumu (například monitorování krystalizace s milisekundovým časovým rozlišením) nebo při „in-vivo“ experimentech v oblasti medicínského výzkumu, kdy je možné významně snížit expozici tkáně během měření (snížení energie laseru, zkrácení doby měření). Je to také první Ramanův spektrometr, který je možné použít pro reálné on-line aplikace s požadavky na splnění normy ATEX pro výbušné prostředí (maximální energie laseru do 30 mW). Vysoká hodnota energetické propustnosti technologie HTVS je kombinována s vysokým spektrálním rozlišením přístroje, hodnota skutečného (optického) rozlišení je 4,4 cm-1 pro standardní spektrální rozsah 200–3 300 cm-1 a je konstantní v celém spektrálním intervalu. Pro dosažení maximální prostupnosti záření je ve spektrometru použita transmisní mřížka. Také další součásti spektrometru byly důsledně optimalizovány, tak aby se minimalizovaly ztráty měřeného signálu. Přístroj používá sběrné optické vlákno s velkým průměrem na vstupu do spektrometru, měřicí sondy jsou vyráběné na míru pro danou aplikaci. Díky všem těmto faktorům poskytuje nejvýkonnější varianta přístroje Hyperflux P.R.O. Plus řádově vyšší citlivost než srovnatelné Ramanovy spektrometry (cca. 100x vyšší citlivost v porovnání s běžnými spektrometry, více než 10x vyšší citlivost ve srovnání s doposud nejlepším komerčně dostupným on-line spektrometrem). Tento poměr se ještě

zvyšuje v oblasti kolem 3000 cm-1 (důležitá oblast pro měření C-H vazeb) díky použití transmisní mřížky v kolmém uspořádání. Zajímavou informací je jistě i to, že unikátnost přístroje není vykoupena vysokou cenou, jeho cena je srovnatelná s kvalitními spektrometry střední třídy. Aplikační možnosti použití spektrometru Hyperflux P.R.O. Plus jsou opravdu široké a díky zásadnímu zvýšení citlivosti vůči stávajícím přístrojům je tento spektrometr vhodný i pro náročné vědecké aplikace. Mezi příklady možných aplikací patří: monitorování průběhu chemických reakcí, monitorování průběhu krystalizačních procesů, sledování procesu extruze polymerů, monitorování průběhu vytvrzování polymerů, monitorování povlakovacích procesů, sledování polymorfismu látek, monitorování složení paliv a další. Následující dvě ukázky demonstrují možnosti tohoto spektrometru. První je monitorování koncentrace glukózy ve vodném roztoku. Byl použit laser 785 nm s intenzitou 300 mW, měření bylo provedeno na dvou koncentračních řadách s koncentrací glukózy 0,1 až 3,2 % pro demonstraci rychlého měření (doba integrace 0,25 s) a 0,01 až 0,08 % pro měření s vysokou citlivostí (doba integrace 60 s). V případě rychlého měření bylo dosaženo přesnosti měření koncentrace glukózy lepší než 0,02 %, u měření s vysokou citlivostí pak dokonce 0,003%. Ukázka naměřených koncentračních závislostí je na obr. 6. Další příklad na obr. 7 demonstruje měření nízkých obsahů acetonu v THF (Tetrahydrofuranu). Tato aplikace vyžaduje současné dosažení vysokého spektrálního rozlišení a vysoké citlivosti. Spektrometry Hyperflux P.R.O.Plus umožňují on-line monitorování obsahu acetonu v THF již od obsahů 0,01%. Obr. 7 – Ramanova spektra acetonu v THF naměřená pro nízké koncentrace acetonu

Obr. 6 – Ukázka naměřených dat pro měření koncentrační závislosti glukózy ve vodě. Na ose x je naměřená koncentrace glukózy (hmotnostní %), na ose y teoretická koncentrace (hm. %)

Výše uvedené informace ukazují jak nové technologie v posledních dvou až třech letech výrazně změnily možnosti on-line monitorování procesů. Na jedné straně jsou k dispozici nová cenově dostupná a přitom extrémně robustní řešení, na straně druhé je možné sledovat procesy, pro které dříve neexistovalo technické řešení. ■

28

RMI_Raman.indd 28

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 17:01:56

Horka 221 533 41 Lázně Bohdaneč tel. 466 921 885, 466 921 404 www.rmi.cz, [email protected]

Mobilní Ramanovy a TruScan GP

Horka 221 533 41 Lázně Bohdaneč tel. 466 921 885, 466 921RM 404 spektrometry TruScan www.rmi.cz, [email protected]

Využití: farmaceutický, kosmetický a chemický průmysl. Světově nejrozšířenější systém pro kontrolu vstupních surovin Mobilní Ramanovy spektrometry TruScan RMve farmaceutickém průmyslu a pro detekci padělků. Využíván 38 z 40 a TruScan GP největších světových farmaceutických výrobců. Mezioperační a Využití: farmaceutický, kosmetický a chemický průmysl. výstupní kontrola. Nové unikátní algoritmy pro identifikační a Světově nejrozšířenější systém pro kontrolu vstupních surovin ve plnohodnotnou kvantitativní analýzu. farmaceutickém průmyslu a pro detekci padělků. Využíván 38 z 40 největších světových farmaceutických výrobců. Mezioperační a výstupní kontrola. Nové unikátní algoritmy pro identifikační a plnohodnotnou kvantitativní analýzu.

Unikátní procesní ON-Line Ramanovy spektrometry pro farmaceutický, chemický a potravinářský průmysl Unikátní procesní ON-Line Ramanovy Patentovaná technologie která umožňuje mnohonásobné spektrometry pro farmaceutický, chemický zvýšení energetické propustnosti Ramanových spektrometrů a potravinářský průmysl při zachování vysokého spektrálního rozlišení (4 cm-1). Patentovaná technologie která umožňuje mnohonásobné zvýšení energetické propustnosti Ramanových spektrometrů při zachování vysokého spektrálního rozlišení (4 cm-1).

NIR spektrometry pro kontrolu shody vstupních surovin v lékárenské výrobě, farmaceutickém a NIR spektrometry pro kontrolu shody vstupních kosmetickém průmyslu. surovin v lékárenské výrobě, farmaceutickém a

Cenově dostupné komplexní řešení. Unikátní „Plug and play“ technologie pro kosmetickém průmyslu. menší laboratoře, systém je okamžitě připravený k práci v cGMP režimu dle Cenově dostupné komplexní řešení. Unikátní „Plugvíce and jak play“ technologie pro Evropského lékopisu. Plně validovaná databáze 1 000 vstupních menší laboratoře, je okamžitě k práci vpodporou cGMP režimu dle surovin s možnostísystém On-Line upgrade připravený a plnou validační od výrobce Evropského Plně validovaná databáze více jak 1Snadná 000 vstupních (aktuálně vícelékopisu. jak 4 000 stran validační dokumentace). obsluha, surovin s management možností On-Line upgrade a plnou validační od výrobce kompletní výsledků v software přístrojepodporou včetně tisku protokolů (aktuálně více jak 4 000 stran validační dokumentace). Snadná obsluha, a štítků na jednotlivá balení. kompletní management výsledků v software přístroje včetně tisku protokolů a štítků na jednotlivá balení.

MicroNIR spektrometry pro vědu, výzkum, MicroNIR spektrometry vědu, výzkum, farmaceutický, chemickýpro a potravinářský farmaceutický, chemický a potravinářský průmysl průmysl

Stolní, mobilní i procesní NIR spektrometry založené na Stolní, mobilní i procesní NIRVIAVI spektrometry založené unikátní mikrotechnologií firmy Solutions. Velmi na široké unikátní mikrotechnologií firmy VIAVI Solutions. Velmi široké aplikační možnosti, komplexní software pro vývoj vlastních aplikační možnosti, komplexní software pro vývoj vlastních metod včetně On-Line monitorování procesů. metod včetně On-Line monitorování procesů.

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

RMI_Raman.indd 29

29

25. 9. 2016 17:02:07

INZERCE

ZEFEKTIVNĚNÍ VÝVOJE, TESTOVÁNÍ NEBO VÝROBY TABLET A TOBOLEK VE FARMACEUTICKÉM A POTRAVINÁŘSKÉM PRŮMYSLU S více než 40letými zkušenostmi se SOTAX portfolio farmaceutických testovacích výrobků prezentuje na trhu. Nadčasový design, spolehlivé technologie a lokální zastoupení servisu ve Švýcarsku, Francii, Velké Británii, v Německu, Itálii, České a Slovenské republice, USA, Kanadě, Indii nebo Číně způsobily, že se SOTAX systémy staly preferovanou volbou předních farmaceutických firem po celém světě.

Vysoká kvalita Kvalitní komponenty, které se snoubí s přesnou švýcarskou mechanikou, zajišťují dlouhou životnost výrobků a minimalizují nákladné odstávky strojů. V zájmu zajištění maximální spolehlivosti jsou všechny přístroje testovány v souladu s přísnými interními normami ještě předtím, než opustí výrobní továrnu.

Bez ohledu na zvolenou konfiguraci jsou všechny moduly a komponenty řady XtendTM Dissolution Line velmi robustní se zajištěním plně automatického 24 hodinového chodu.

Automatizace disolučního testování

určena především pro přípravu vzorků ke stanovení obsahové stejnoměrnosti / obsahu. Stanice APW3 je vhodná pro přípravu API stanovení (Active Pharmaceutical Ingredients). Obr. 3 – Stanice TPW3

V rámci automatizace disolučních testů lze volit cestu plné automatizace s využitím stolního modelu AT MD nebo samostatně stojícího disolučního systému AT 70smart. V případě stolního modelu AT MD pracujeme s kapacitou provedení až 8 bezobslužných testů volby košíková a pádlová metoda. Model samostatně stojící umožňuje chod 10 až 40 testů dle velikosti vzorku bez zásahu uživatele. Obr. 2a – AT MD

Disoluční testování

Fyzikální testování

XtendTM Dissolution Line se skládá ze standardizovaných modulů, k nimž patří disoluční lázeň AT XtendTM s šesti až osmi nádobami s pevně definovanými pozicemi, CP pístová pumpa s možností filtrace o velikosti pórů filtru do 0,2 µm, filtrační stanice FS s kapacitou 424 filtrů a vzorkovací stanice SAM s kapacitou 120, 240, 480 nebo 720 vzorků včetně chlazení.

Dr. Schleuniger Pharmatron je značkou skupiny SOTAX Group, která se specializuje na přístroje fyzikálních vlastností, jako jsou pevnost, rozpad, oděr, setřesný objem, sypnost, či točivý moment. Z uvedených testů lze přiblížit možnosti měření na rozpadostrojích a pevnostrojích této řady.

Rozpad Jeden z nejpopulárnějších přístrojů je rozpadostroj DisiTest 50 – kompaktní a technicky pokročilý inovátorský přístroj. DisiTest 50 v sestavě 1 až 4 stanice zajišťují maximální efektivitu a konzistenci výsledků. Mezi hlavní výhody patří krátká doba ohřevu: 5–7 minut k dosažení teploty 37 °C pomocí indukčního ohřevu, automatický start testu po dosažení požadované teploty, přenos dat z košíku bez jediného kabelu umožňující snadnou údržbu.

Obr. 1 – AT XtendTM

Obr. 2b – AT 70smart

Obr. 4 – DisiTest 50

V závislosti na požadované úrovni automatizace lze moduly libovolně kombinovat a postupně sestavit disoluční systém od manuálně obsluhované lázně, přes semi-automatické systémy až k plně automatizovaným systémům. Disoluční přístroje jsou kompatibilní s analytickými koncovkami. Při zapojení vybraných spektrofotometrů dostáváme On-Line UV-VIS sestavu s možností umístění až dvou 8 místných držáků průtočných kyvet. Chromatografy využívají přímé zapojení přes SAM vzorkovací stanici v podobě LC On/Off-Line sestavy.

30

Sotax.indd 30

Automatizovaná příprava vzorků Stanice TPW3 a APW3 provádějí plně automatizovanou přípravu vzorků pro nejběžnější farmaceutické testy v laboratořích vývoje a zajištění kvality. Stanice TPW3 je CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:37:12

INZERCE

Obr. 5 – MultiTest 50

Obr. 6 – SmartTest 50

Servis Ke správné funkčnosti přístrojů patří neodmyslitelně kvalitní servis. Lokální zastoupení servisu v jednotlivých zemí nabízí široký rozsah servisních služeb – technický servis, DQ/IQ/OQ/PQ kvalifikace dle USP1058, MC kvalifikace, školení & zákaznická podpora, R&D analytický servis a jiné. Ve spolupráci se zákazníky a regulačními autoritami je nabídka servisních služeb rozšiřována a aktualizována již od roku 1973.

Pevnost

Qdoc software

MultiTest 50 a SmartTest 50 patří do nové generace pevnostrojů pro stanovení pevnosti tablet. Volba programů umožňuje i precizní měření křehkých vzorků, rychlé měření nebo provádění kompletních testů pěti fyzikálních parametrů – pevnost, průměr, šířka, tloušťka, hmotnost. Pevnostroje pracují v rozsahu standardně do 800 N. Umožňují měření délky a hmotnosti tobolek bez jejich deformace.

Přístroje značky Pharmatron/Sotax lze zapojit pod jeden společný software Qdoc Prolab. Maximální práce s daty napříč šaržemi, produkty s využitím statistiky a porovnávání získaných dat tvoří základ práce se softwarem. SQL databáze umožňuje použití pro jednu pracovní stanici/PC nebo v rámci klientské licence může být sdílená všemi zvolenými přístroji s možností uložení na serveru. Software Qdoc Prolab je plně v souladu s pravidly a nařízeními směrnice FDA 21 CFR, část 11.

AutoTest 4 je plně automatizovaný pevnostroj, který je vhodný v sestavě samostatně stojícího zařízení v IPC laboratoři nebo integrovaný k tabletovačce.

Neváhejte tak kontaktovat přímé zastoupení pro Českou a Slovenskou republiku společnost SOTAX Pharmaceutical Testing s.r.o. na adrese Průmyslová 1306/7, 102 00 Praha 10, nebo na kontaktech [email protected], www.sotax.com, tel: +420 246 039 260, 774 771 277 nebo na facebookovém profilu www. facebook.com/sotaxgroup/.

TECHNICKÉ NOVINKY

NOVÝ STANDARD PRO RADIOMETRICKÉ DETEKTORY V SYSTÉMECH HPLC Berthold Technologies, firma s více než 50-letými zkušenostmi, pozvedla detekci průtoku radiochromatografickými detektory na další úroveň. FlowStar² LB 514 navržený pro maximální citlivost, bezpečnost a flexibilitu představuje nový standard pro radiometrické detektory v systémech HPLC. Pohodlný duální analogový výstup umožňuje snadnou integraci do HPLC systémů a pohodlný dotykový displej poskytuje větší flexibilitu provozu. Optimalizace detektoru pro maximální citlivost a použitá elektronika spolu v kombinaci s dotykovou obrazovkou umožňují rychlé a snadné ovládání. Kromě toho FlowStar² lze ovládat softwarem RadioStar nebo pomocí softwaru systému HPLC. Fotonásobiče s nízkým šumem pracují s optimalizovanými náhodnými obvody a luminiscenční odečítání poskytuje nejvyšší citlivost. Čip v průtočné cele obsahuje všechny nezbytné informace a zajišťuje správné měření. Přístroj je vybaven rozsáhlou knihovnou s přednastavenými hodnotami pro energetické hodnoty např. 14C, 3H, 32P, 33P, 35S, 125I, 111In a 99mTc. Integrovaná funkce skenování zlepšuje nastavení detektoru pro jednotlivé izotopy. Lze měřit jednoduše i dvojitě značené izotopické vzorky. Před neoprávněným použitím může být přístup uživatele řízen použitím bezpečnostního hesla. V jakémkoliv provozním režimu lze použít dotykový displej. Analogovým výstupem

Obr. – FlowStar2 LB 514

a digitálním rozhraním může být Flowstar připojen k jakémukoliv HPLC systému. V softwaru lze nastavit automatická regulace výkonu přístroje zajišťující pravidelnou kontrolu fungování QC. »»www.berthold.com

PRVNÍ VÍCESLOUPCOVÉ CHROMATOGRAFICKÉ JEDNOTKY PRO POUŽITÍ V PROSTŘEDÍ SVP Německá společnost LEWA se stala první společností na trhu, která dodala systém nízkotlaké chromatografie s dvojitou kolonou v pilotním měřítku, určený pro použití v systému SVP (správná výrobní praxe) do Fraunhoferova institutu pro oddělení Mezipovrchového inženýrství a biotechnologie ve Stuttgartu. Systém EcoPrime® Twin LPLC může být nakonfigurován tak, aby výrobci léků používali dvojitou kolonu v několika režimech s vestavěnou schopností pracovat v sériovém nebo paralelním zapojení nebo ve střídavém uspořádání.

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Sotax.indd 31

Obr. – EcoPrime® Twin LPLC pro dávkovou nebo kontinuální chromatografii

Tato nová generace systému byla vyvinuta s použitím technologie licencované od ChromaCon a.s. (Curych, Švýcarsko). Díky tomu LEWA nyní nabízí v pilotním až průmyslovém měřítku vícekolonové systémy založené na patentované technologii od ChromaCon. Contichrom® CUBE je nástroj, který je umístěn rovněž ve Fraunhoferově institutu a který umožňuje studium scale-up procesů. Vědci oceňují jednoduchou konstrukci kolony EcoPrime a začlenění do stávajícího systému laboratoře. LEWA bude klíčovým účastníkem v biologickém programu institutu i v budoucnu a s touto instalací má FI vynikající výchozí bod pro aplikovaný výzkum pro zákazníky v oblasti molekulární separace. »»www.lewapt.com

31

25. 9. 2016 16:37:13

Modulární kompaktní reometry MCR 072 a MCR 092 Designováno pro Vaše aplikace MCR 72, vybaven motorem s mechanickými ložisky, nabízí měření v rotačním módu a v případě speciálních aplikací i v oscilačním módu. MCR 92 je vybaven technologií motoru se vzduchovými ložisky a pracuje standardně jak v rotačním, tak i oscilačním režimu. Oba modely lze vybavit širokým rozsahem příslušenství a získat tak sestavu perfektně vyhovující požadované aplikaci.

Neporazitelná reprodukovatelnost Reprodukovatelná nastavení jsou naprosto zásadní pro získání spolehlivých a reprodukovatelných výsledků. MCR 72 a 92 nabízí motorově poháněný zdvihový mechanizmus a technologii SafeGap, která zajišťuje vždy identické a přesně reprodukovatelné nastavení štěrbiny pro každé měření. Taktéž pomalé a přesné nastavení minimalizuje jakýkoliv vliv na strukturu vzorku.

Jednoduché uchycení měřicích systémů Efektivní a komfortní výměnu měřicích systémů přináší funkce QuickConnect. Tento systém rychlospojky umožňuje manipulaci jednou rukou a zajišťuje rychle a jednoduše připojit měřicí systém bez použití šroubovacích mechanizmů.

Nejpřesnější řízení teploty Teplota má na reologická měření nejvyšší vliv. K zajištění tohoto parametru lze MCR 72 a MCR 92 kombinovat s mnoha typy temperačních peltier systémů chlazených vzduchem. Tyto temperační jednotky CoolPeltier™ určené k zajištění proti-chlazení a s integrovaným vzduchovým chlazením představují přesnou, rychlou a energeticky efektivní alternativu k podobným systémům pracujícím s dochlazováním pomocí oběhového termostatu.

[email protected] | [email protected] | www.anton-paar.com AP_MCR_dvojstrana.indd 32

25. 9. 2016 16:21:08

25 let zkušeností v jednom motoru Synchronní EC motor se vzduchovými ložisky MCR 92 využívá synchronní pohyb vnitřního rotoru bez tření, který tak umožňuje nejcitlivější a tím i nejpřesnější pohyb. Bez ohledu na typ testovaného materiálu v široké škále od pevných látek nebo nízko-viskózních kapalin jsou výsledky měření přesné v celém rozsahu viskozit.

Jasný pohled na vzorek TruRay představuje unikátní koncept osvětlení poskytující jasný pohled na vzorek a povrch měření. To je velmi důležité při plnění měřicí štěrbiny.

See things change Automatická detekce příslušenství a konfigurace Funkce Toolmaster™ je jediný, absolutně bezkontaktní nástroj automatické detekce příslušenství a konfigurace systémů reometru. Slouží k okamžité detekci měřicích systémů a temperačních jednotek a současnému transferu potřebných identifikačních a kalibračních dat do přístroje bez nutnosti manuálního zadávání.

Intuitivní software Přehledný software RheoCompass™ umožňuje vyhledávání šablon, uživatelských testů a definic analýzy, export dat a mnoho dalších. Navíc usnadňuje práci uživateli navigací prvním reologickým měřením s přednastavenými, ale individuálně adaptabilními šablonami, včetně integrovaných videí zajišťujícími speciální podporu.

Nechejte se okouzlit perlou mezi reometry MCR 72 a MCR 92 - v nové éře měření viskozity. Pronikněte hlouběji do struktury a reologických vlastností Vašich vzorků.

Kontaktujte nás

[email protected] | [email protected] | www.anton-paar.com MCR-72-92_210x297_CZ.indd 1 AP_MCR_dvojstrana.indd 33

08.07.16 09:37 25. 9. 2016 16:21:08

ICP-MS

ANALÝZA OBSAHU NĚKTERÝCH PRVKŮ V PRODUKTECH FARMACEUTICKÉHO PRŮMYSLU MAREČEK R. Pragolab s.r.o., Praha, [email protected] Stanovení obsahu anorganických nečistot v produktech farmaceutického průmyslu je předmětem zájmu především z důvodu toxicity některých kontaminantů, ale také proto, že přítomnost některých prvků může mít vliv na stabilitu a trvanlivost. Původní směrnice zahrnující testování organických a anorganických nečistot ve farmaceutickém průmyslu (od suroviny až po hotové produkty) byla zavedana v roce 1905. Kapitola <231> USP (United States Pharmacopeia) obsahuje kolorimetrické testy pro srážecí reakce deseti sulfidotvorných prvků a vizuální porovnání barvy podle standardu 10 ppm olova. Vzhledem k omezením kapitoly 231 se USP chystá zavádět dvě nové kapitoly 232 a 233. Kapitola 232 obsahuje limity pro 15 prvků v produktech farmaceutického průmyslu (tab. 1). Kapitola 233 definuje, jak by měly být tyto analýzy prováděny. USP několikrát odložilo zavedení obou kapitol. S jejich odložením i pozměnilo například limitní hodnoty pro jednotlivé prvky. Tab. 1 – Cílové hodnoty jednotlivých prvků obsažené v kapitole 232 Prvek

PDE 2013

PDE 2016

Cílová hodnota J 2016

Cd

25

5

0,5

Pb

25

5

0,5

An. As

1,5

15

1,5

An. Hg

15

30

3

Ir

100

100

10

Os

100

100

10

Pd

100

100

10

Pt

100

100

10

Rh

100

100

10

Ru

100

100

10

Cr

NA

11000

1100

Mo

100

3000

300

Ni

500

200

50

V

100

100

20

Cu

1000

300

300

V případě této práce bylo k přípravě vzorku využito mikrovlnného rozkladu. Výhodou mikrovlnného rozkladu, oproti pouhému rozpouštění, je zadržení těkavých prvků (např. rtuť), které by jinak mohly ztraceny. Pro demonstrování výsledků byla zvolena tato léčiva: • L1: fytoterapeutikum, • L2: cévní léčivo, • L3: anxiolytikum.

Po dokončení mikrovlnného rozkladu a zchlazení rozloženýchvzorků byly tyto převedeny do roztoku kys. dusičné a chlorovodíkové s přídavkem 200 µg/l zlata. Dále bylo při měření použito interních standardů v podobě Ga, In, Tl přidávaných on-line v průběhu měření. Analýza byla prováděna v souladu s kapitolou <233>. Kalibrace vzorku byla složena ze tří bodů: blank, 0,5 J a 2 J (viz tab. 1). Hodnota J byla vypočtena vydělením denní dávky PDE maximální denní dávkou. Pro tři léčiva použitá v této studii byla maximální denní dávka stanovena na 10 g. Příklady kalibračních grafů jsou uvedeny na obrázku 1. Detekční limity přístroje v jednotkách ppt byly dosaženy pro všechny prvky obsažené v kapitole <232> USP – vypočteno jako trojnásobek standardní odchylky blanku. Tabulka 3 shrnuje základní výkonnostní hodnoty pro uváděnou metodu. Obr. 1 – Příklady kalibrací pro „velkou čtyřku“ těžkých kovů

Obr. 2 – Thermo Scientific ICP-MS iCAP RQ

Pro převedení léčiv do roztoku bylo použito zařízení pro mikrovlnný rozklad. Mikrovlnný rozklad se ukazuje jako nejuniverzálnější rozkladná metoda pro různé matrice. Vzorek o hmotnosti 0,5g byl navážen do 15 ml kádinky a následně byla přidána kyselina dusičná (L1 a L2), resp. směs kyselin dusičné a sírové (L3). Aby byl dodržen požadavek opakovatelnosti uvedený v kapitole <233> bylo provedeno 6 nezávislých příprav od každého vzorku. Mikrovlnný rozklad byl prováděn za vyššího tlaku a nižší teploty, aby se zabránilo ztrátám u těkavějších prvků (tab. 2). Tab. 2 – Podmínky mikrovlnného rozkladu Krok

Čas [min]

Teplota [°C]

Výkon [W]

1

15

200

1500

2

10

200

1500

34

Pragolab_Mareček_ICP.indd 34

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:22:52

ICP-MS

Tab. 3 – Detekční limity, BEC a detekční limity metody pro prvky definované v kap. 232 USP Prvek

LOD [ng/g]

BEC [ng/g]

MDL [ug/g]

J [ug/g]

V

0,0035

0,0629

0,014

10 1100

Cr

0,007

0,042

0,008

Ni

0,0012

0,0163

0,100

20

Cu

0,0049

0,0910

0,186

300

As

0,0009

0,0087

0,0005

1,5

Mo

0,0026

0,0013

0,027

300

Ru

0,0003

0,00005

0,025

10

Rh

0,0001

0,00005

0,026

10

Pd

0,0036

0,0351

0,044

10

Cd

0,00001

0,00009

0,006

0,5

Os

0,0007

0,0003

0,043

10

Ir

0,0005

0,0045

0,023

10

Pt

0,0001

0,0002

0,024

10

Hg

0,0099

0,0290

0,018

3

Pb

0,0009

0,0035

0,009

0,5

Na závěr je třeba dodat, že aby byla metoda validovatelná ve vztahu k USP, musí splnit několik testů. Mezi jinými např. požadovanou přesnost, která je vyjádřena tím, že hodnota recovery (hodnota kontrolních vzorků) bude v rozmezí 70–150%. Výsledky tohoto testu pro jednotlivá

léčiva, ke kterým byla přidána koncentrace daného prvku odpovídající hodnotě 0,5 J, jsou uvedeny v grafu na obrázku 3. Obr. 3 – Recovery test

Analýza produktů farmaceutického průmyslu pomocí ICP-MS spektrometru (viz obr. 2) je velmi dobře popsaná. Zjištěné detekční limity pro jednotlivé prvky jsou přibližně padesátkrát nižší, než požadované hodnoty. Díky těmto zjištěním lze o ICP-MS technice uvažovat i z hlediska budoucího rozvoje laboratoře a stále se zvyšujících požadavků na měřitelné koncentrace. Software ovládající ICP-MS spektrometr poskytuje veškerou podporu nutnou pro náročné požadavky 21CRF Part 11. Mimo jiné umožňuje i vkládání průběžných kontrolních vzorků, vyhodnocování naměřených dat a tvorbu reportů v kontrolovaném prostředí. TECHNICKÉ NOVINKY

PLNĚ INTEGROVANÉ, DIGITALIZOVANÉ VÝZKUMNÉ PROSTŘEDÍ – LAB 4.0 V loňském roce se při své premiéře na veletrhu LABVOLUTION v Hannoveru ukázala jako mimořádně oblíbená expozice „smartLAB – inteligentní laboratoř budoucnosti“. V letošním roce proto bude na veletrhu zahájen projekt SmartLAB Innovation Network. Síť je financovaná německým Spolkovým ministerstvem pro hospodářství a energetiku (BMWi) jako součást hlavního inovačního programu pro malé a střední podniky (ZIM), síť se věnuje vývoji a standardizaci inovativních laboratorních technologií. Obr. – „smartLAB“ na veletrhu LABVOLUTION 2015

Mnoho partnerských firem z oblasti vědy a průmyslu se zapojilo do smartLAB na veletrhu LABVOLUTION a jsou zakládajícími členy SmartLAB Innovation Network. Zvláštní prezentace smartLAB bude opět součástí veletrhů LABVOLUTION a BIOTECHNICA,

které se uskuteční v příštím roce od 16. do 18. května 2017. Vizionářský prototyp laboratoře je pro speciální expozici smartLAB navržen tak, aby ukázal, jak se laboratoř změní ve věku digitalizace a průmyslové revoluce 4.0. „Pozitivní výsledky nám umožnily spojit své síly s téměř všemi našimi stávajícími partnery a s řadou nových partnerů s cílem iniciovat inovační síť pro laboratoře budoucnosti,“ řekl Dr. Sascha Beutel, pracovník Ústavu technické chemie Leibnizovi univerzity v Hannoveru a mluvčí iniciativy smartLAB. „Nyní můžeme rychle a snadno použít výsledky pro definované projekty individuálního charakteru, což znamená, že řada nových inovací bude představena na LABVOLUTION 2017.“ Cílem nově založené sítě je rozvoj a standardizace inovativních laboratorních technologií a aplikací a řešení založených na těchto technologiích. To povede k zjednodušení pracovních postupů a zlepšení kvality a současně zvýšení efektivity a zlepšení spolehlivosti procesu. Důraz bude kladen na modularizaci a integraci funkcí a komponentů pro adaptivní laboratorní prostředí, které lze flexibilně a individuálně přizpůsobit specifickým požadavkům. K dalším důležitým rysům bude patřit digitalizace a propojení všech fází hodnotového řetězce zapojených do laboratoře, takže všechny relevantní informace budou poskytnuty v reálném čase a procesy budou řízeny a monitorovány. Klíčovou roli bude hrát zahrnutí robotických systémů, které umožňují přímou a optimalizovanou interakci mezi lidmi a stroji a automatizaci procesu. »»www.smartlab-netzwerk.de, smartlab-netzwerk.com

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Pragolab_Mareček_ICP.indd 35

CHLADIČ HTS-PS1 – NÍZKÁ CENA A VYSOKÝ CHLADICÍ VÝKON Chladič HTS-PS1 od Huber Kältemaschinenbau je levné a kompaktní řešení pro laboratorní chlazení. Obr. – Chladič HTS-PS1

Typické aplikace zahrnují odvedení reakčního tepla nebo regulaci teploty v bioreaktorech. Chladič vzduch-voda neobsahuje aktivní chladicí jednotku. Namísto toho používá cirkulační cyklus chladicí vody ve formě výměníku tepla. Protože chladič nemá žádný kompresor, přístroj nevyžaduje žádnou údržbu, je velmi tichý a má také velmi snadnou instalaci. Zařízení nabízí chladicí výkon až 0,8 kW v závislosti na teplotním rozdílu mezi prostředím a teplotou vratné vody. Oběhové čerpadlo má kapacitu až 8 l/min a výstupní tlak 0,2 baru. HTS-PS1 lze provozovat v teplotním rozmezí od 5 do 80 °C. »»www.huber-online.com

35

25. 9. 2016 16:22:53

LABORATORNÍ PŘÍSTROJE

NOVÝ ZETASIZER MALVERN POSKYTUJE RYCHLOU A VYSOCE CITLIVOU CHARAKTERIZACI PROTEINŮ Nový Zetasizer Nano ZSP firmy Malvern navazuje na široce rozšířený a oblíbený Zetasizer ZS. Pracuje opět na principu dynamického rozptylu světla a jeho schopnosti směrem k charakterizaci proteinových molekul jsou zároveň významně posíleny. Je to především schopnost rychlého a spolehlivého měření elektroforetické mobility proteinů a následné kalkulace tak zásadního parametru, jakým je hodnota náboje na daném proteinu. Měření proteinové mobility (resp. zeta potenciálu) pomocí dynamického rozptylu světla je rychlejší a spolehlivější než konvenční metody, jako jsou kapilární elektroforéza a iso-elektrické fokusování. Navíc Zetasizer ZPS vyžaduje pouze 20 mikrolitrů vzorku a je schopen snímat koncentrace až do 1 mg/ml. Obr. – Zetasizer Nano ZSP

Klíčem k těmto schopnostem je docílení vysoké citlivosti systému a schopnosti zabránit nežádoucím agregacím a samozřejmě výkonný software, který je schopen okamžitě prezentovat data v použitelném formátu. Zetasizer Nano ZSP má takovou citlivost snímání signálu, že může měřit i slabě rozptylující se vzorky, jako jsou proteiny. Proces snímání mobility proteinů tak, aby maximalizoval kvalitu naměřených dat, je postaven na třech specifických konstrukčních momentech. Především kombinací měření velikosti a zeta potenciálu se zabrání agregaci, která se vytváří během měření. Tato, v případě že nastane, je indikována. Dále, měření mobility je prováděno v podskupinách tak, aby byla umožněna delší časová perioda chlazení a nedošlo k zahřívání, které je příčinou aglomerace. A za třetí, automatická optimalizace nastavení parametrů měření minimalizuje denaturaci a agregace během snímání mobility. Do softwaru nového Zetasizeru Nano ZSP byla doplněna sada proteinových kalkulátorů. Je to především DLS Debye Plot, který umožnuje výpočet DLS interakčního parametru užitečného zejména při proteinové formulaci biologických terapeutických preparátů. Dále je zde možnost spočítat náboj proteinu z pro-

teinové mobility tzv. F(ka) z Henryho rovnice, mezičásticovou vzdálenost a termodynamický průměr (viriální poloměr). Navíc ke všem těmto schopnostem a funkcím nová verze software, která je standardní výbavou nového Zetasizeru Nano ZSP, umožňuje úplně novou měřicí funkci, a to tzv. Mikroreologii. Tato optická technika postavená na dynamickém rozptylu světla DLS umožnuje reologickou charakterizaci slabě strukturovaných a při tom vysoce citlivých materiálů na namáhání, a to použitím mikrolitrových objemů vzorku. Je tak možné měřit viskozitu polymerních a proteinových roztoků a zaznamenat začátek aglomerace. Skupina Zetasizerů je tak rozšířena o systém, který je schopen charakterizovat velikost, MW a zetapotenciál, a navazuje tak na již vyráběné modely, jako je Zetasizer APS pro automatické měření velikosti proteinů ve vícejamkových destičkách a na Zetasizer μV, který je určen pro měření velikosti a MW proteinů, jak v kyvetě tak i v chromatografickém módu (např. v kombinaci s GPC/SEC systémem). Ing. Jiří HRDLIČKA, ANAMET s.r.o., [email protected]

NANOPARTICLE TRACKING ANALYZÁTORY MALVERN Pro analýzu nanočástic v rozmezí velkosti 20–2000 nm nabízí firma Malvern unikátní zařízení NS 300, které pracuje na bázi Nanoparticle Tracking Analysis (NTA). Česky můžeme tento název popsat jako „Analýza Trajektorie Nanočástic“. Nanočástice v laserovém paprsku rozptylují světlo a jsou viditelné jako body v mikroskopu. Pohyb a intenzita rozptýleného světla je snímána citlivou kamerou a tyto parametry jsou vyhodnocovány pomocí originálního software, který analyzuje trajektorie jednotlivých nanočástic v roztoku a na základě jejich Brownova pohybu vypočítá difuzní koeficient a hydrodynamický poloměr. Měření jednotlivých individuálních nanočástic umožňuje analýzu velmi komplexních vzorků s vysokou polydispersitou (např. některé typy liposomálních preparátů, směsi nanočástic z různých materiálů, nanočástice s tendencí agregovat atd.). Takové vzorky jsou obtížně analyzovatelné jinými metodami jako například technikou DLS (dynamický rozptyl světla). Další předností metody je možnost rychle změřit absolutní počet nanočástic v roztoku

36

Anamet_ZPS-NS.indd 36

(např. viry a virům podobné částice VLP, liposomy, Q-dot) Tento zásadní údaj pro toxikologické, imunologické, virologické a farmakologické studie lze získat jen obtížně jinými metodami. Přístroj NS 300 nabízí ještě další unikátní možnost selektivní analýzy a to využití fluorescence. Obtížně analyzovatelné vzorky jako například viry a virům podobné částice zpravidla obsahují kontaminanty v podobě buněčného debritu, který není možné ve všech případech snadno odstranit. Viry a VLP lze snadno označit například fluorescenčně značenými protilátkami a analyzovat pouze částice, které vykazují fluorescenční signál. Aplikace NTA analýzy na přístroji NS 300 zahrnují zejména tyto oblasti: • Viry, virům podobné částice, vakcíny, olejová adjuvans (zejména SOP pro kontrolu kvality ve farmaceutickém průmyslu). • Exosomy a extracelulární vesikuly (výzkumné laboratoře zaměřené na medicínský výzkum). • Biokompatibilní nanočástice pro cílení léčiv (liposomy, biopolymerní nanočástice, syntetické polymerní nanočástice) – (akademický

výzkum, farmaceutický a biotechnologický průmysl – výzkum a SOP pro kontrolu kvality). • Stanovení agregace proteinů a stability nanočásticových systémů (akademický výzkum, farmaceutický a chemický průmysl). • Nanotoxikologie a ekonanotoxikologie (charakterizace nanočástic – polutanty, nanopesticity, nanofungicidy adt., – jejich stabilita a distribuce v organismech a ekosystémech) – akademický a universitní výzkum. • Charakterizace nanomateriálů dle norem a regulací EU (specializované akreditované laboratoře). • Genová Terapie a Nanomedicína – charakterizace genových vektorů (akademický biomedicínský výzkum, farmaceutický výzkum a průmysl). NS 300 v kombinaci s přístrojem ZetaNanosizer tvoří ideální komplementární dvojici kombinující technologie NTA a DLS pro analýzu velmi komplexních vzorků v rozsahu velikosti částic 0,3–6 000 nm. ANAMET s.r.o., www.anamet.cz

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:23:36

ANALYTICKÉ PŘÍSTROJE

CLAM-2000: AUTOMATICKÝ SYSTÉM PŘÍPRAVY BIOLOGICKÝCH VZORKŮ PRO ANALÝZU LC-MS/MS Již několik let lze v klinických laboratořích pozorovat postupný přechod k využití LC-MS/MS aplikací namísto klasických imunologických testů. Tento přesun k LC-MS/MS technikám rovnoměrně roste zejména pro několik typů analýz – imunosupresiva, vitamín D nebo analýza steroidů. Posun v těchto oblastech je dán zvyšujícími se požadavky na citlivost detekce a umožněním vysoké selektivity a možnosti současného stanovení analytů v biologické matrici bez rizika nespecifických reakcí, jak je tomu v případě imunologických testů. LC-MS/MS analýza se v klinických laboratořích ukázala jako velmi mocný nástroj, přičemž cena za analýzu se tím výrazně snížila. Jako rizikové místo analytického postupu s možnostmi zanesení významých chyb stále zůstávají kroky zdlouhavé manuální přípravy vzorku, např. deproteinace, ředění a další. V loňském roce byl firmou Shimadzu na trh uveden CLAM-2000 (Clinical Laboratory Automated Sample Preparation Module) – přístroj pro automatickou předúpravu biologických vzorků pro LC-MS/MS analýzy, jako je krev, sérum, krevní plazma nebo moč. Tento přístroj představuje kompletní integraci LCMS a přípravy vzorku od jeho původní formy až po vzorek vhodný k LC-MS/MS analýze. Byl vyvinut na základě letitých zkušeností firmy Shimadzu s klinickými analyzátory. Přístroj je po vložení vzorku v jeho původním stavu, tj. např. zkumavky s krví, schopen zajistit načtení čárového kódu, nadávkování vzorku, nadávkování reagentů a vnitřího standardu, míchání, filtraci, inkubaci a přesun do autosampleru k analýze LC-MS/MS. Kompletní automatizace celého procesu bez jakéhokoli dalšího zásahu obsluhy má nemalý vliv nejen na eliminaci chyb a tím zvýšení kvality získaných dat, ale také na významnou úsporu celkového času analýzy vzorku. Jako příklad využití v klinické praxi může být stanovení steroidních hormonů v séru – kortisol, aldosteron, 11-deoxykortisol, kortikosteron, 17-OHP, androstendion, DHEA, DHEAS, progesteron a testosteron.

NOVÝ SOFTWARE PRO POZOROVÁNÍ BUNĚK Ve spolupráci s kolegy z ETH v Zürichu vědci z Helmholtzova centra v Mnichově a Technické univerzity v Mnichově vyvinuli software, který umožňuje pozorování buněk až po dobu několika týdnů a současně umožňuje měření molekulárních vlastností. Některé otázky v moderní buněčné biologii mohou být zodpovězeny výslovně pouze při sledování osudu jednotlivých buněk. Například výzkumníci se zajímají o to, jak se kmenové buňky vyvíjejí a mění na jiné typy buněk. Vzhledem k tomu, že v některých případech

Obr. – LC-MS systém Shimadzu CLAM-2000

Vzorek séra ve zkumavce bez jakékoli úpravy je vložen do jednotky CLAM-2000. Jednotka je naprogramována k provedení precipitace proteinů acetonitrilem a následně k filtraci a sběru vzorku, který je následně automaticky transportován do autosampleru k LC-MS/MS analýze. Takto ošetřené vzorky jsou po nástřiku zachyceny na trapovací kolonce MAYI-ODS a poté separovány na koloně CoreShell Biphenyl při 40 °C v UHPLC systému Nexera X2 s binárním gradientem při průtoku 0,3 ml/min a detekovány hmotnostním detektorem s trojitým kvadrupolem Shimadzu LCMS-8060. Hodnocení metodiky bylo provedno porovnáním s kalibrátorem a kontrolním sérem s přídavkem steroidů z komerčního kitu v rozsahu kortizol (1,51–320 ng/ml), aldosteron (0,03–1,14 ng/ml), 11-deoxykortizol (0,08–18 ng/ml), kortikosteron (0,29–62 ng/ ml), 17-OHP (0,12–26 ng/ml), androstendion (0,08–18 ng/ml), DHEA (0,31–65 ng/ml), DHEAS (12,9–2 750 ng/ml), progesteron (0,12–26,5 ng/ml) a testosteron (0,03–7,2 ng/ml). Pro každý analyzovaný steroid byla zjištěna lineární regresní závislost v daném

tyto procesy trvají několik dní, nepostačují k dokončení analýzy standardní metody, které často měří pouze jeden časový bod procesu. Ale zaznamenávání a analýza takzvaných časosběrných mikroskopických filmů není triviální. Na jedné straně je nutné brát dostatečný počet snímků, aby nedošlo ke ztrátě návaznosti buněk, zatímco na druhé straně to má za následek obrovské množství dat, v některých případech s milióny obrazů. Záměrem proto bylo vyvinout software pro zpracování velkých objemů dat využitelných pro vědu. Profesor Schroeder, jeden z autorů, který provádí výzkum v Helmholtzově centru a zabývá se po nějakou dobu dynamikou kmenových buněk, tak dobře ví, co by nový software

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Shimadzu_CLAM.indd 37

rozsahu R>0,997. Opakovatelnost (N=3) v sedmi koncentračních úrovních včetně LLOQ každého z analytů byla vynikající (CV<10%). Čas nutný k přípravě vzorku je automatizací zredukován z cca jedné hodiny na 6 minut, proces navíc může být prováděn paralelně s právě probíhající LC-MS/MS analýzou, čímž se celková doba ještě zkrátí. CLAM-2000 je prvním přístrojem na světě, který je schopen převést všechny kroky přípravy vzorku pro LC-MS/MS analýzu bez jakéhokoli dalšího zásahu obsluhy. Jedinou operací obsluhy je umístění zkumavek s krví nebo jinou biologickou tekutinou, reagencií, vnitřních standardů a speciálních vialek pro operace se vzorkem. Je taktéž vybaven řadou vynikajích funkcí, které dramaticky urchlují proces přípravy vzorku s důrazem na větší bezpečnost pro klinický výzkum. Celý proces automatizace pak zákonitě nabízí mnohem vyšší reprodukovatelnost měření. Lukáš KOREŇ, Shimadzu GmbH, organizační složka, [email protected]

měl být schopen dělat. Software obsahuje dva samostatné balíky: ruční nástroj pro sledování buněk a poloautomatický nástroj kvantifikace pro analýzu jednotlivých buněk v časosběrném mikroskopickém filmu. Oba dva společně umožňují měření vlastností, jako je délka buněčného cyklu, expresní dynamika určitých proteinů a korelace těchto vlastností mezi sesterskými buňkami. Software je volně k dispozici. Originální publikace: Oliver Hilsenbeck et al., Software tools for single-cell tracking and quantification of cellular and molecular properties, Nature Biotechnology, 2016 »»www.bsse.ethz.ch

37

25. 9. 2016 16:24:15

Přehled dodávaných laboratorních přístrojů a služeb www.trigonplus.cz CENTRIFUGY

mikrocentrifugy a malé centrifugy multifunkční centrifugy vysokootáčkové centrifugy velkokapacitní centrifugy ultracentrifugy

biohazard boxy laminární boxy biohazardy tř. III a izolátory boxy pro laboratorní zvířata bezodtahové digestoře

DEKONTAMINAČNÍ SYSTÉMY H2O2

MIKRODESTIČKOVÁ INSTRUMENTACE

spektrofotometry, fotometry fluorometry, luminometry dávkovače, promývačky třepací termostaty pro mikrodestičky automatické pipetovací stanice magnetické purifikátory KingFisher®

GEL-IMAGING a ANALÝZA

gelová dokumentace a analýza chemiluminiscence, fluorescence software pro 1D i 2D analýzu transiluminátory elektroforézy, zdroje pro elfo

KONCENTRÁTORY VZORKŮ

vakuové centrifugační koncentrátory stolní lyofilizátory velkoobjemové lyofilizátory vakuové sušárny

MYČKY

laboratorní myčky velkokapacitní myčky myčky pro chovné boxy

PŘÍPRAVA ČISTÉ VODY

reverzní osmóza deionizační systémy kompaktní laboratorní systémy poloprovozní systémy

AUTOKLÁVY

BIOHAZARDY, IZOLÁTORY LAMINÁRNÍ BOXY

VHP generátory pro dekontaminaci zařízení VHP generátory pro dekontaminaci prostor aerosolové generátory pro dekontaminaci zařízení aerosolové generátory pro dekontaminaci prostor

INKUBÁTORY, TERMOSTATY CO2, CO2/O2 inkubátory termostaty do +80 °C, +300 °C chlazené termostaty anaerobní boxy mikroaerofilní boxy horkovzdušné sterilizátory klimatické a růstové boxy systémy pro monitoring teploty

MRAZICÍ A CHLADICÍ BOXY, KRYO BOXY mrazicí boxy do -86 °C až –180 °C řízené zamrazování LN2 –180 °C mrazicí boxy –5 °C až –40 °C chladicí boxy 0 °C až +15 °C výrobníky ledu

CHOV LABORATORNÍCH ZVÍŘAT

IVC individuálně ventilované boxy chovné nádoby, příslušenství ochranné a přestýlací boxy komplexní projekty

PIPETY LABORATORNÍ PLASTIK

stolní laboratorní autoklávy střední laboratorní autoklávy čidla pro validace autoklávů

pipety Finnpipette a ClipTip kompletní sortiment špiček dávkovače a pipetovací nástavce spotřební plastik Nalgene, Nunc a Matrix plastik pro environmentální výzkum

Dodáním přístroje naše péče nekončí ... autorizovaný servis

poradenství / projektová řešení

validace - IQ/OQ/PQ

metrologické a preventivní služby

akreditovaná kalibrační laboratoř TRIGON PLUS

akreditovaná zkušební laboratoř TRIGON PLUS

kalibrace měřících řetězců a indikačních teploměrů

divize laboratorní techniky

divize laboratorní techniky

Trigon_Biotechnologie 5_2016.indd 38

Arctiko . Bioquell . CLST . Erlab . EuroBioConcept Evermed . HMC Europe . Labogene Lancer . Baker Ruskinn . Synbiosis . Syngene

měření zařízení s řízenou čistotou vzduchu TRIGON PLUS spol. s r.o. Čestlice 93, 251 01 Říčany u Prahy tel.: 272 680 190 / [email protected] www.trigonplus.cz

25. 9. 2016 16:26:49

www.pragolab.cz | [email protected]

ODHALTE VŠECHNY PÍKY Corona Veo

Speciální plyny Linde Gas.

HPLC detektor

kompatibilní se všemi HPLC systémy

+

Mnoho detailů, jedno řešení.

Acclaim Trinity

Unikátní kolony

HiQ® speciální plyny, armatury a služby

3 retenční mechanismy

→ Vysoce čisté plyny, vzácné plyny

→ Standardní směsi plynů, kalibrační plyny → Vybrané plynné chemikálie

→ Armatury a centrální rozvodné systémy REDLINE®

→ Standardní tlakové lahve, přenosné lahve ECOCYL® → Poradenství a komplexní systém služeb

Cl-

→ Široká distribuční síť v ČR i SR

Propranolol Verapamil Ketoprofen

Corona Veo

Na přesnosti záleží → Vybrané analýzy dle ČSN EN ISO/IEC 17025

→ Vybrané referenční materiály dle ISO Guide 34 → Systém jakosti ISO 9001

UV 220 nm

UV 254 nm Linde Gas a.s. U Technoplynu 1324, 198 00 Praha 9 www.linde-gas.cz Zákaznické centrum: 800 121 121 e-mail: [email protected]

MS, TIC, ESI+ 0

Linde Gas k.s. Tuhovská 3, 831 06 Bratislava www.linde-gas.sk Infolinka: 0800 154 633 e-mail: [email protected]

Linde-Pragolab_Acclaim.indd 39

1 min 1,5

2

39

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016) 88x268 mm inz Chemagazin_2016.indd 1

0,5

23.8.2016 11:36:48

25. 9. 2016 16:27:37

CHROMATOGRAFIE

ACCLAIM TRINITY – TŘI RETENČNÍ MECHANISMY NA JEDNÉ KOLONĚ Thermo Scientific™ Acclaim™ Trinity™ jsou po koloně Hypercarb™ další kolony se zcela unikátními vlastnostmi. Jsou navrženy speciálně pro společné stanovení kyselých, bazických a neutrálních látek, jelikož poskytují současně vlastnosti reverzní fáze (nebo HILIC), anexu a katexu. V chromatografii se často setkáváme s analytickou výzvou, kdy je vyžadováno současné stanovení kationtů, aniontů a dalších látek v jednom vzorku. Typickým řešením je často použití oddělených analytických technik a zařízení pro každou skupinu analytů. Multimodální kolony Trinity ve spojení s CAD detektorem Thermo Scientific™ Dionex™ Corona™ umožní separaci kyselých, bazických a neutrálních látek pomocí jediné HPLC kolony a jednoho detektoru. Trinity P1 pro společné separace léčivých látek (API) a jejich protiiontů, Trinity P2 pro stanovení farmaceutických protiiontů; kationtů, aniontů a cukrů v nápojích nebo např. pufrů a Trinity Q pro stanovení herbicidů diquat a paraquat.

• retence iontů a ionizovatelných analytů bez použití iontově párových činidel, • detekce: Corona CAD, ELSD, UV, MS. U kolony Acclaim Trinity P2 je vnitřní povrch pórů silikagelových částic modifikován kovalentně vázanou hydrofilní vrstvou, která současně plní i funkci katexu (WCX), zatímco vnější povrch částic je potažen nabitými naObr. 2 – Společná separace API a protiiontu

Obr. 1 – Struktura částic Acclaim Trinity P1

Column: Acclaim Trinity P1, 3 µm; Dimenions: 3.0 x 50 mm; Mobile Phase: 60/40 CH3CN/20 nM (total) NH4OAc, pH 5.2; Temp.: 30 °C; Flow Rate: 0.6 mL/min; Inj. Vol.: 2.0 µL; Detection: Corona ultra (Gain = 100 pA, Filter = med, Neb Temp. = 30 °C; Sample: Penicillin G, Potasium Salt (0,2 mg/mL in mobile phase); Peaks: 1. K+, 2. Penicillin G

Acclaim Trinity P1 je unikátní silikagelová kolona navržená pro farmaceutické aplikace, jako jsou např. společné separace API a jejich protiiontů. Díky technologii NSH (Nanopolymer Silica Hybrid), kdy v pórech částic z vysoce čistého silikagelu je vázaná vrstva, která poskytuje retenční vlastnosti reverzní fáze a anexu, zatímco vnější povrch částic je potažen nabitými nanopolymerními částicemi a plní funkci katexu. Díky tomu tato kolona poskytuje vícenásobný retenční mechanismus – reverzní fázi, AEX a CEX na jedné koloně. Technologie NSH zajistí prostorové oddělení katexu a anexu a umožní běh obou retenčních mechanismů a jejich nezávislou kontrolu. A tak i maximální flexibilitu při vývoji metody. Selektivita je jednoduše optimalizována úpravou koncentrace pufru v mobilní fázi, pH a podílem organické složky v MF. Trinity P1 je jediná kolona, která jednoduše a spolehlivě separuje léčivé látky a jejich protiionty během jedné analýzy. Její hlavní výhody jsou: • sloučené vlastnosti reverzní fáze, anexu katexu, • nastavitelná selektivita, • současné stanovení kyselých, bazických a neutrálních látek,

40

Pragolab_Eliášová-Acclaim.indd 40

Obr. 4 – Společná separace farmaceutických protiiontů

Column: Acclaim Trinity P2, 3 µm; Dimenions: 3.0 x 100 mm; Mobile Phase: A – Water, B – 100 mM Ammonium formate pH 3.65; Gradient: –10.0, 0.0, 2.0, 22.0, 30.0 – %A 90, 90, 90, 0, 0 – %B 10, 10, 10, 100, 100; Temp.: 30 °C; Flow Rate: 0.6 mL/min; Inj. Vol.: 1.0 µL; Detection: Corona Veo – evaporator 55 °C, data rate 5 Hz, filter 2 sec, power function 1.50; Samples: 0.02–0.10 mg/mL each in D.I. water; Peaks: 1. Phosphate, 2. Sodium, 3. Potassium, 4. Chloride, 5. Malate, 6. Bromide, 7. Nitrate, 8. Citrate, 9. Fumarate, 10. Sulfate, 11. Magnesium, 12. Calcium Obr. 5 – Ukázka analýzy nápojů

Obr. 3 – Společná separace farmaceutických protiiontů

Column: Acclaim Trinity P1, 3 µm; Dimenions: 3.0 x 100 mm; Mobile Phase: 60/40 v/v CH3CN/20 nM (total) NH4OAc, pH 5; Temp.: 30 °C; Flow Rate: 0.5 mL/min; Inj. Vol.: 2.0 µL; Detection: Corona ultra (Gain = 100 pA, Filter = med, Neb Temp. = 30 °C; Peaks: 1. Choline, 2. Tromethamine, 3. Sodium, 4. Potassium, 5. Meglumine, 6. Mesylate, 7. Nitrate, 8. Chloride, 9. Bromide, 10. Iodide

Column: Acclaim Trinity P2, 3 µm; Dimenions: 3.0 x 50 mm; LC System: Thermo Scientific Dionex UltiMate 3000 RS; Mobile Phase: A – Water, B – 100 mM Ammonium formate pH 3.65; Gradient: –8.0, 0.0, 1.0, 11.0, 20.0 – %A 90, 90, 90, 0, 0 – %B 10, 10, 10, 100, 100; Temp.: 30 °C; Flow Rate: 0.6 mL/min; Inj. Vol.: 2.0 µL; Detection: Corona Veo – evaporator 55 °C, data rate 5 Hz, filter 2 sec, power function 1.50; Samples: A – Sports drink (Orange flavour), B – Sports drink, zero calorie (Fruit punch flavour); Sample prep.: Decolorized with Dionex On Guard-II P cartidge; Peaks: 1. Sugars, 2. Ascorbic acid, 3. Phosphate, 4. Sodium, 5. Potassium, 6. Chloride, 7. Citrate, 8. Acesulfame, 9. Unknown, 10. Magnesium, 11. Calcium

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:28:17

CHROMATOGRAFIE

nopolymerními částicemi a má funkci anexu (SAX). Takto je zajištěno prostorové oddělení těchto dvou mechanismů – anexu a katexu. Trinity P2 je ideální pro separace kationtů a aniontů při použití podmínek iontově výměnné chromatografie a kromě toho z ní její hydrofilní povrch dělá dobrou HILIC kolonu, vhodnou pro retenci polárních látek jako např. cukrů v HILIC podmínkách. Takovouto separaci nelze uskutečnit na žádné jiné chromatografické koloně. Acclaim Trinity P2 je další unikátní silikagelová kolona přímo určená pro separace farmaceutických protiiontů pomocí HPLC. Je určená chromatografistům, kteří potřebují jednoduchou, robustní a rychlou metodu. Tato kolona je řešením pro analýzy protiiontů za použití jedné kolony, jedné metody a standardní HPLC instrumentace. • Sloučené vlastnosti HILIC, AEX a CEX, • požadovaná selektivita pro screening farmaceutických protiiontů, • retence iontů a ionizovatelných analytů bez použití iontově párových činidel, • detekce: Corona CAD, MS.

Obr. 6 – Stanovení herbicidů diquat a paraquat

speciálně pro separace herbicidů diquat a paraquat. Trinity Q1 mohou separovat tyto analyty rychle a jednoduše. Stejně jako Trinity P1, díky technologii NSH poskytuje tato kolona vícenásobný retenční mechanismus – reverzní fázi, AEX a CEX na jedné koloně. Technologie NSH zajistí prostorové oddělení katexu a anexu a umožní běh obou retenčních mechanismů a jejich nezávislou kontrolu. A tak i maximální flexibilitu při vývoji metody. Selektivita je jednoduše optimalizována úpravou složení mobilní fáze a pH.

Column: Acclaim Trinity Q1, 3 µm; Dimenions: 2.1 x 50 mm; Mobile Phase: A – 25% Ammonium Acetate (100 mM, pH 5.0), B – 75% Acetonitrile; Flow Rate: 0.5 mL/min; Inj. Vol.: 10.0 µL; Temp.: 30 °C, Detection: UV at 290 nm; Sample: Dq and Pq (10 ppm each in D.I. water)

• Excelentní rozlišení analytů diquat a paraquat, • výborný tvar píků, • rychlá analýza, • LC/MS kompatibilita, • bez nutnosti použití iontově párových činidel. Ivana ELIÁŠOVÁ, Pragolab s.r.o., [email protected], www.pragolab.cz

Acclaim Trinity Q1 doplňují řadu unikátních silikagelových kolon Trinity. Jsou navrženy

ZVÝŠENÁ CITLIVOST OTEVÍRÁ NOVÉ MOŽNOSTI GC-MS/MS Nový trojitý kvadrupól GCMS-TQ8050 vytvořený na základě neustále pokračujícího vývoje technologie Smart umožňuje nyní nebývalé aplikace s úrovněmi sub-fentogramových IDL (Instrument Detection Limit).

Zvýšená citlivost Nový detektor s vyšším násobícím efektem ještě umocňuje zisky dané novou iontovou optikou OFF-AXIS, poskytující ještě lepší potlačení šumu a vysokou průchodnost iontů. Použité nové technologie umožňují spolehlivě detekovat ultrastopová množství až na úroveň fentogramů – aktuálně nejvyšší citlivost dosahovaná v trojitými kvadruopóly celosvětovém porovnání (údaj vztažen ke stavu v srpnu 2016).

Odolné robustní provedení Hardware

Obr. 2 – Shimadzu GCMS-TQ8050

Iontový zdroj odolný vůči kontaminaci a nový detektor (elektronásobič) s více než pětinásobně delší životností zaručují dlouhodový bezúdržbový provoz.

Zvýšený výkon – Superior Performance Nová turbomolekulární pumpa s ještě vyšším čerpacím výkonem zajišťuje vynikající úroveň a stabilitu vakuování hmotnostního analyzátoru. Výsledkem jsou vyšší stabilita a citlivost detekce v oblasti ultrastopových analýz.

Spolehlivý provoz Technologie Smart MRM optimalizuje citli-

Obr. 1 – Nová OFF-AXIS iontová optika

vost, pomáhá přesně vyvinout optimální metody utrastopových analýz a zaručuje vysokou citlivost MRM měření. Software LabSolutions Insight zajišťuje zlepšenou spolehlivost zpracování dat při simultánních ultrastopových multikomponentních analýzách. Jan MAREK, Shimadzu GmbH organizační složka, [email protected]

NOVÝ ZPŮSOB EXTRAKCE ZLATA Z VYŘAZENÝCH TELEFONŮ Obrovské množství zlata by mohlo být zachráněno ze starých mobilních telefonů pomocí jednoduchého chemického způsobu. Současné metody pro extrakci zlata ze starých přístrojů jsou neúčinné a mohou být nebezpečné pro zdraví, protože často používají toxické chemikálie, jako je např. kyanid. Vědci

z University v Edinburgu vyvinuli jednoduchou metodu extrakce, která nepoužívá toxické chemikálie a získává zlato efektivněji než současné metody. Tento objev by mohl pomoci zachránit část z odhadovaných 300 tun zlata používaných v elektronice každý rok, říkají vědci. Desky s plošnými spoji jsou umístěny do lázně se středně silnou kyselinou, která rozpouští všechny jejich kovové části. Potom se přidá olejovitá kapalina obsahující chemickou sloučeninu vyvinutou výzkumným týmem,

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Pragolab_Eliášová-Acclaim.indd 41

která extrahuje selektivně zlato z komplexní směsi jiných kovů. Nový způsob by mohl pomoci rozvoji metod pro získávání zlata a jiných drahých kovů z odpadní elektroniky v masovém měřítku. Originální publikace: Doidge, E. D., Carson, I., Tasker, P. A., Ellis, R. J., Morrison, C. A. and Love, J. B.; A Simple Primary Amide for the Selective Recovery of Gold from Secondary Resources; Angew. Chem. Int. Ed.; 2016 »»www.chemeurope.com

41

25. 9. 2016 16:28:18

MIKROBIOLOGIE

MILLIFLEX® QUANTUM PRO ZVÝŠENÍ EFEKTIVITY A ZKRÁCENÍ PROCESU MIKROBIÁLNÍ DETEKCE Mikrobiologické rozbory se provádějí v celé řadě výrobních odvětví. Mikrobiologické laboratoře, specializované na tuto činnost, najdeme v závodech farmaceutického, potravinářského a nápojového průmyslu, v některých oblastech technického průmyslu, vodárenství, ale rovněž i v organizacích, které poskytují služby na poli mikrobiologických rozborů. Těmito organizacemi jsou hygienické stanice a soukromé laboratoře. Všechny tyto laboratoře využívají k analýzám mikrobiologických vzorků většinou tradiční metody, které jsou založené na kultivaci příslušné kultury. Tyto tradiční metody mají samozřejmě celou řadu výhod (dlouhá tradice spojená s návazností výsledků, vysoká citlivost, referenční metody podle ISO, lékopisné metody atd.), na druhé straně mají i jednu velkou nevýhodu, a tou je doba, nutná pro získání výsledku. Tradiční metody totiž vyžadují pro získání výsledku řádově hodiny až dny, v některých „extrémních“ případech až týdny. Se zvyšujícím se tlakem na výrobu kvalitních a bezpečných produktů se rovněž zvyšuje i potřeba rychlých, jednoduchých metod detekce mikroorganismů, kterých je možné použít jako alternativu k tradičním kultivačním metodám. Pro účinné monitorování kvality produktu je kritické testovat mikrobiální kontaminaci během celého výrobního procesu. Jak již bylo uvedeno výše, tradiční mikrobiologické kultivační metody jsou pomalé a vyžadují až několik dní pro získání výsledku. Pro udržení kroku se současnými rostoucími nároky na výrobu je potřeba tuto dobu pro pořízení výsledku redukovat. Tím, že uděláte tento krok, budete schopni dříve zjistit kontaminaci, zabránit zastavení výrobních linek, uvolnit rychleji produkt do tržní sítě a následně snížit náklady na skladování. Možnost získat výsledky mikrobiologických testů dříve než je obvyklé vám zároveň umožní získat lepší kontrolu a pochopení výrobního procesu. Hledáte spolehlivou metodu mikrobiální detekce, která vás nenechá čekat na výsledky, které potřebujete? Merck nabízí řešení v systému Milliflex® Quantum. Jedná se o rychlou technologii, založenou na fluorescenci, určenou pro rychlou kvantitativní detekci mikroorganismů v širokém spektru filtrovatelných matric. Tento jednoduchý systém využívá pro záchyt a následnou detekci (s detekčním limitem až 1 KTJ v daném objemu vzorku) životaschopných a kultivovatelných mikroorganismů metodu membránové filtrace. Výsledky testů jsou srovnatelné s vašimi současnými výsledky mikrobiologických rozborů, což usnadňuje validaci tohoto rychlého systému a jeho implementaci ve vaší laboratoři. Nedestruktivnost metody rovněž umožňuje provést identifikaci mikroorganismů, detekovaných během odečtu fluorescence. K následné identifikaci je možné

42

MM_MFX.indd 42

Obr. – Reader Milliflex® Quantum se spotřebním materiálem

využít vašich stávajících identifikačních metod (biochemických, morfologických, analýzy nukleových kyselin, …). Jak bylo zmíněno výše, je možné tuto metodu využít se širokým spektrem filtrovatelných matric. Konkrétně se jedná o následující aplikace: • kontrola surovin (média, pufry, farmaceutické přísady a voda), • mezioperační vzorky (biozátěž před sterilizací, vzorky z CIP/SIP, vzorky z buněčných kultur a fermentací, média pro fermentace, vzorky meziproduktů), • finální produkty, • vzorky z prostředí. Systém Milliflex® Quantum je založený na dvou osvědčených technologiích – membránové filtraci a fluorescenčním barvení. Spolehlivé a přesné výsledky, monitorující mikrobiální kvalitu kapalných vzorků, vám přináší jedinečné filtrační nálevky Milliflex® v kombinaci s vakuovou pumpou Milliflex® PLUS. Jedinečnost filtračních nálevek Milliflex® spočívá v tom, že během celého procesu filtrace nedochází k žádné manipulaci s membránou, čímž se velmi omezují rizika získání falešně pozitivních, případně falešně negativních výsledků. Design nálevek zároveň zajišťuje dokonalé vymytí všech substancí, které by mohly inhibovat mikrobiální růst. Po filtraci a inkubaci je na membránu aplikováno činidlo, s nímž se vzorek inkubuje 30 minut při teplotě 32,5 °C ± 2,5 °C. Během této inkubace dojde k obarvení všech zachycených životaschopných a kultivovatelných mikroorganismů fluorescenčním markerem. Vykazují-li buňky aktivní metabolismus, dochází totiž k enzymatickému štěpení nefluorescenčního substrátu. Jakmile dojde k rozštěpení substrátu buněčným metabolismem, uvolní substrát do cytoplazmy mikroorganismu volný fluorochrom. Díky své hydrofilní povaze zůstává tento fluorochrom v buňce.

Tab. – Inkubační podmínky a doba, potřebná pro detekci systémem Milliflex® Quantum Mikroorganismy Escherichia coli

ATCC 8739

Pseudomonas aeruginosa

ATCC 9027

Bacillus subtilis

ATCC 6633

Staphylococcus aureus

ATCC 6538

Candida albicans

ATCC 10231

Aspergillus brasiliensis

ATCC 16404

Caulobacter sp. Micrococcus sp. Ralstonia sp.

Podmínky

Doba [hod] 8

TSA 32,5 ± 2,5 °C

12 8 12

SDA

24

22,5 ± 2,5°C

30 30

Kmeny z prostředí

R2A 32,5 ± 2,5°C

18 24

Signál je tudíž přirozeně zesilován akumulací fluorochromu uvnitř buněk a může být snadno detekován, pokud vystavíme fluorescenční barvivo vhodné vlnové délce. Tento krok se děje v readeru Milliflex® Quantum, v němž je možné provést vizuální odečet počtu kolonií. Odečet kolonií je rovněž možné provést pomocí kamery a softwaru. Nedestruktivní systém Milliflex® Quantum nedodává pouze rychlé výsledky testů, nýbrž umožňuje pokračování růstu mikroorganismů, které pak mohou být identifikovány pomocí standardních identifikačních technologií. Většina rychlých systémů je ve své podstatě destruktivní a v případě nálezu kontaminace nabízí pouze omezené možnosti, týkající se vyšetření a identifikace mikroorganismů. To může způsobit vážné potíže během vyšetřování

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:29:04

MIKROBIOLOGIE

a zahrnutí do odpovídajících analýz příčin a plánů nápravných/preventivních opatření. Systém Milliflex ® Quantum se skládá z readeru, kamery a fluorescenční reagencie (detekční část), používané v kombinaci s vakuovou pumpou Milliflex® PLUS, filtračními jednotkami Milliflex® a kazetami s agarovými médii (část membránové filtrace a kultivace). Univerzální kit Milliflex® Quantum, obsahující nálevky s membránou a fluorescenční reagencii, se používá pro detekci mikroorganismů ve všech filtrovatelných matricích. Nedestruktivní metoda, skládající se z 3 jednoduchých kroků (příprava vzorku, fluorescenční barvení a odečet mikrokolonií), poskytuje konzistentní

a spolehlivé výsledky mikrobiologických rozborů při současném zkrácení celkové doby, nutné k získání výsledků. Toto zkrácení představuje přibližně 2/3 celkové doby, potřebné při použití tradičních kultivačních metod (viz tab.) Validační proces alternativních metod bývá časově dosti náročný – tento fakt je častým problémem mnoha laboratoří při přechodu z tradiční kultivační technologie na rychlou metodu. Primárně je to kvůli tomu, že je potřeba porovnat výsledky obou metod, což je souhrnný proces. Rovněž složitost hardwaru může zvyšovat potíže s validačním procesem.

Systém Milliflex® Quantum překonává tyto problémy tím, že nabízí řešení, které je založené na minimálních změnách ve srovnání s tradiční kultivační metodou a jednoduchém hardwaru. Příprava vzorku a inkubační podmínky zůstávají stejné jako u tradiční metody. Výsledky jsou založené na standardní membránové filtraci a následné kultivaci a jsou tudíž srovnatelné s vašimi současnými výsledky. Pro jednodušší implementaci systému rovněž nabízíme IQ/OQ validační protokoly a servis s tím spojený. Jiří DONÁT, Merck spol. s r.o., [email protected]

LABORATORNÍ TECHNIKA

NEINVAZIVNÍ METODA MĚŘENÍ OPTICKÉ HUSTOTY V ORBITÁLNÍCH TŘEPAČKÁCH V současnosti probíhá měření optické hustoty formou manuálního odběru vzorku s následnou analýzou, tedy v tzv. off-line režimu. Tato metoda má několik značných nevýhod.

Obr. 1 – Aquila Biolabs CGQ (Foto: © FotoStudio Rheinland)

• Ubírá čas pracovníka laboratoře. • Nelze odebrat a analyzovat vzorky ze všech baněk najednou. • Vyžaduje příliš času na to, jakou hustotu dat poskytuje.

provádění screeningů, ověřování limitních hodnot, analýze růstové kinetiky, optimalizaci kultivací (pracovní objem, otáčky,...) nebo on-line monitoringu termofilních organismů. CGQ lze využít pro kultivace různých kmenů E. coli, S. cerevisiae a dále B. subtilis, P. aeruginosa a S. acidocaldarius, při použití běžných médií jak např. LB, TB, YPD Brock nebo M9. Měřený rozsah je OD600 od 0,2 do 50.

Celý systém se skládá ze čtyř částí. Předně to je základní modul, do kterého se připojují • Zvyšuje riziko kontaminace. jednotlivé plotny pro baňky a který zajišťuje • paralelní – monitoruje více baněk najednou. Z výše uvedených důvodů stojí laboratoře komunikaci s počítačem. Tento se umísťuje před nepříjemným rozhodováním. Buď kultiCGQ funguje na principu optického měřevace nebudou monitorovat vůbec, nebo budou ní, čímž nepřijde vlastně do styku s médiem spolu s baňkami do inkubované třepačky, používat pro získání dat metody, které nejsou a nemůže jej nikterak ovlivnit. Vedlejším nebo v případě třepačky bez inkubace může optimální. V obou případech se tak musí potý- benefitem je tak absolutní nezávislost na být umístěn vedle přístroje. Dále je to cgQuant kat s nedostatkem úspěšného měření biomasy, typu orbitální třepačky nebo jejím výrobci. Software, který analyzuje data ze základního omezeným pochopením procesu a nízkou Současně není limitován velikostí použitých modulu a přehledně je ukládá do grafu. Slouží mírou reprodukovatelnosti. Příkladem mohou baněk, ani materiálem, ze kterého jsou baňky také samozřejmě k exportu dat. Pro každou být kultivace přes noc nebo přes víkend, kdy vyrobeny. měřenou pozici je určena plotna s optickým jsou k dispozici hodnoty OD pouze v počátku Měření OD, které systém nabízí, nachází senzorem. Plotny je možné montovat buď a na konci procesu, ale samotný průběh je své opodstatnění zejména v oblastech protei- přímo do kovových klemů nebo použít adaptér pak neznámý. nových expresí, vývoji a optimalizaci médií, pro přilepení na adhezivní pásku, jako např. Cell Growth Quantifier (dále Sticky Stuff™. A protože jde jen CGQ) německé start-up Obr. 2 – E. coli kultury na LB médiu (25 mL v 250 mL lahvích, 200 o optické měření, součástí je společnosti Aquila Biolabs jed- ot./m., hliníková krytka, 37 °C, čas měření 20 sec.) také plastová krytka pro různé noduše eliminuje všechna výše velikosti baněk erlenmeyer, která uvedená omezení a přetváří je zajistí utemnění celé baňky. ve výhody. Je totiž: CGQ je tak možné použít jak • neinvazivní – neovlivňuje v nových, tak ve stávajících třekultivace v inkubovaných pačkách, pro objemy baněk od třepačkách, 250 do 2 000 ml, v plastových • automatický – nespotřebovái skleněných baňkách včetně těch vá lidský čas, se zarážkami (baffles). • v reálném čase – abnormality se projevují okamžitě, Karel SCHMIEDBERGER ml., BIOTRADE, s.r.o., • detailní – ukládá data po 20 vteřinách, [email protected] • Narušuje kultivaci (odběr vzorků).

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

MM_MFX.indd 43

43

25. 9. 2016 16:29:05

ČISTÁ VODA PRO VAŠI LABORATOŘ

NÁVRH, VÝROBA A SERVIS ZAŘÍZENÍ PRO ÚPRAVU VODY Systémy čištění vody pro laboratorní účely, které zahrnují mechanickou filtraci, adsorpci, odstranění železa, změkčování, membránové technologie (reverzní osmózu, mikrofiltraci, nanofiltraci, ultrafiltraci), použití 185 nm a 254 nm UV záření a deionizaci.

www.merci.cz MERCI, s.r.o., Hviezdoslavova 55b, 627 00 Brno

44

Merci-Pragolab-Chromspec-Uni-E-Specion.indd 44

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:29:48

Křemenné mikrováhy QCM-D pro sledování interakcí molekul a povrchových vrstev q-sense PRO pro rutinní měření q-sense Initiator pro primární výzkum

Zastupuje: CHROMSPEC spol. s r.o. 252 10 Mníšek p. Brdy Lhotecká 594 tel.: 318 599 083 [email protected] fax: 318 591 529 www.chromspec.cz

634 00 Brno Plachty 2 tel.: 547 246 683 fax: 547 246 685

NOVÝ Rastrovací elektronový mikroskop HITACHI FlexSEM 1000 Uni-Export_88x130_Zari_2016.indd 1

01.09.16 23:59

Tak kompaktní LV-SEM, že se vejde i na stůl, při rozlišení a parametrech velkého SEM s mikroanalýzou EDS • Kompaktní FlexSEM 1000 (šířka jen 45 cm) dociluje rozlišení 4 nm • Zvětšení 6x až 300 000x (formát Polaroid) • Uživatelský interface je vhodný i pro úplné začátečníky • Funkce navigace (SEM-MAP) pomáhá k rychlé lokalizaci oblasti zájmu a poskytuje přesně korelované obrazy optické a SEM na jedno kliknutí • Doba k dosažení velmi dobrého obrazu o třetinu kratší než u konvenčních výrobků (rychlost a automatické zaostření a nastavení jasu) • Nízkovakuový režim 6–100 Pa • Stolek pro vzorky s tříosou motorizací : x 0–40 mm / y 0–40 mm / z 5–15 mm / R 360°/ T –15 °C až +90°C • Option: EDS mikroanalýza (SDD s velkou plochou 30 mm²) Oxford AZTec ONE

Hlavní jednotka a napájecí zdroj jsou oddělitelné

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Merci-Pragolab-Chromspec-Uni-E-Specion.indd 45

T: +420 244 402 091 [email protected] – www.specion.biz

45

25. 9. 2016 16:29:50

LABORATORNÍ TECHNIKA

LYOCON – OPTIMALIZACE ZMRAZENÍ PRODUKTU VE VIALKÁCH Zmrazení velkého množství vialek s produktem v lyofilizátoru probíhá jako stochastický proces v poměrně dlouhém časovém intervalu např. 1 hodina. Krystalizace produktu tak probíhá za nestejné teploty, což vede k rozdílné krystalické struktuře obsahu vialek, která pak zapříčiňuje odlišné chování při sublimaci rozpouštědla (sušení). Společnost Martin Christ vyvinula technologii LyoCoN, která zajistí kontrolovanou nukleaci produktu ve vialkách. Postup je následující. Po uvedení lyofilizátoru do provozu se páry rozpouštědla namrazují v komoře kondenzoru. Současně teplota kapalného produktu klesá k bodu tuhnutí (obr. 1). Dalším krokem je nastavení mírného vakua (10 mbar) v lyofilizátoru (obr. 2). Tlak v externí tlakové nádobě (recipient) je na úrovni atmosférického tlaku. Po otevření ventilu mezi externí tlakovou nádobou Obr. 1 – Akumulace ledu v kondenzátoru p = atmos.

a kondenzorem lyofilizátoru dochází k ustavení tlakové rovnováhy (obr. 3). Vzduch/plyn z tlakové nádoby je injektován do vymrazovací komory za vzniku podchlazené mlhy. Ta téměř okamžitě zaplní produkční komoru lyofilizátoru s vialkami a umožní vznik homogenní krystalické struktury produktu ve vialkách. Po rovnoměrném zamrazení produktu ve vialkách je možné běžným postupem pokračovat v požadovaném lyofilizačním procesu. Martin Christ LyoCoN – fakta:

tory + dovybavení je jednoduše možné. • Významné omezení kontaminace produktu/ účinné látky. • Jedno stisknutí tlačítka iniciuje homogenní krystalizaci produktu ve všech vialkách v lyofilizátoru. Více informací na www.pragolab.cz nebo přímo na web adrese www.martinchrist.de/en/ freeze-drying/lyocon.html, kde najdete i videa. Případně si oskenujte QR kódy níže.

• Vznik podchlazené mlhy s vlhkostí mimo produkt, nejsou potřebná externí média. Soulad s GMP. • Vše na základě jednoduchých, základních principů – vakuum je dostupné kdykoliv. Zjednodušení konstrukce lyofilizátoru (ne přetlaková konstrukce). • Ideální pro poloprovozní (pilotní) lyofilizáObr. 2 – Vytvoření mírného vakua v lyofilizátoru

Obr. 3 – Vzduch/plyn z tlakové nádoby je injektován do vymrazovací komory za vzniku podchlazené mlhy p ≈ 60 mbar

p ≈ 10 mbar

p ≈ 60 mbar p = atmos.

p = atmos.

Jiří DALECKÝ, Pragolab s.r.ro., [email protected]

ÚSPĚCH MEZINÁRODNÍHO PROJEKTU LOVE FOOD, NA KTERÉM SE PODÍLEL TÝM PROF. BÍLKOVÉ Z UNIVERZITY PARDUBICE Díky akademickým pracovníkům slaví Univerzita Pardubice úspěchy i na mezinárodním vědeckém poli. Tentokrát za ním stojí tým profesorky Zuzany Bílkové z Katedry biologických a biochemických věd Fakulty chemicko-technologické. Jako jediný tým z Česka se spolu s dalšími partnery podílel na realizaci projektu Love Food. A hrdí na ně mohou být nejen Češi, ale všichni Evropané. Komise pro evropský výzkum a inovaci vyhodnotila projekt Love Food jako jeden z nejúspěšnějších projektů řešených v rámci 7. rámcového programu, jenž měl zásadní vliv

46

Pragolab_Dalecký_Vialky.indd 46

na rozvoj oboru a ekonomiky států Evropské unie vůbec. Projekt umožnil synergickou spolupráci specialistů z různých vědeckých oborů s cílem obohatit znalosti a současný stav řešené problematiky o nové v praxi realizovatelné podněty. Projekt LoveFood v sobě zkombinoval inovativní výsledky v oblasti bio-nanotechnologie s moderní metodou detekce bakteriální DNA techniky. Zaměřil se na vývoj mikroanalyzátoru, který pomůže v potravinách velmi rychle prokázat přítomnost patogenních bakterií např. rodu Salmonella nebo Bacillus.

Tým profesorky Bílkové pracoval s magnetickými částicemi a mlékem Do středu výzkumného zájmu se dostala surovina určená pro výrobu mléčných výrobků, a to samotné mléko. Za vývojem nosiče na bázi magnetických mikročástic sloužících právě pro specifickou izolaci patogenních mikroorganismů nacházejících se v mléku stála právě profesorka Zuzana Bílková z katedry biologických a biochemických věd a její tým. Součástí výzkumné skupiny byly i další pracovnice – Mgr. Jana Srbová (nyní již

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:31:02

LABORATORNÍ TECHNIKA

s titulem Ph.D.), Mgr. Pavla Krulišová, Ing. Iveta Brožková, Ing. Petra Moťková, Ph.D. Jejich společným cílem bylo magnetické mikročástice potáhnout specifickými protilátkami proti patogenním bakteriím a poté je integrovat do mikroprůtokového analyzátoru. Partnery projektu Love Food byli i další specialisté z oboru fyzikální chemie, elektrochemie, molekulární biologie a mikrobiologie. V Pardubicích vyvinuté a povrchově upravené magnetické mikročástice byly integrovány do speciálního mikrofluidního zařízení, které vyvinul Institut Curie v Paříži, další partner projektu. Nejdříve byly testovány uměle připravené směsi patogenních i nepatogenních mikroorganismů, poté i reálné vzorky mléka lišící se obsahem tuku. Sledovala se účinnost i selektivita záchytu patogenů v reálných vzorcích. Dílčí testy byly prováděny na katedře biologických a biochemických věd a následně byly validovány spolu s mikrobiology Pasteurova institutu v Paříži. Na obou zmíněných institutech absolvovaly studentky doktorského studia Mgr. Srbová a Mgr. Krulišová krátké studijní pobyty.

Metoda je rychlá, nahradí několikadenní kultivační testy Nosiče na bázi magnetických částic umožní izolovat patogenní bakteriální buňky z velkého objemu vyšetřovaného materiálu (desítky mililitrů) a současně je zakoncentrovat do minimálního objemu vzorku (desítky mikrolitrů).

Obr. – Projekt Love Food

Zachycené bakteriální buňky jsou poté lyzovány, uvolněná bakteriální DNA je pomnožena a přenesena na elektroakustický senzor, který na její přítomnost upozorní změnou SAW signálu. Princip imunomagnetické izolace patogenů spojené s dalšími kroky realizovanými uvnitř mikroanalyzátoru, tj. buněčná lyze, pomnožení bakteriální DNA a její elektroakustická detekce, by tak měl zpracovatelům mléka umožnit rychle – řádově v hodinách – a specificky prokázat přítomnost patogenů v mléku a nahradit tak tradiční kultivační průkaz patogenních bakterií trvající 2–3 dny. Tento systém výrazně zkrátí dobu kontroly kvality vstupní suroviny pro výrobu mléčných výrobků a zvýší tak bezpečnost jejich výroby i spotřeby.

Pomůže i v jiných oblastech

v mléku snadno, rychle, přesně a bez potřeby kompletně vybavené laboratoře. Producentům mléka stačí vzorek o objemu 25 ml, na němž se provede imunomagnetická izolace případných patogenů. Izolované bakterie v objemu 100–150 µl se poté vloží do mikroanalyzátoru o velikosti kreditní karty, kde proběhne úprava vzorku spojená s přímou detekcí, a uživatel tak ve velmi krátké době získává požadovaný výsledek. Metodu mohou navíc používat i sami zpracovatelé mléka a výrobci mléčných výrobků. Mohou tak snadno kontrolovat bezpečnost výchozích surovin i svých výrobků, a to přímo v místě výroby. Tato metoda je přitom významnou inovací v oblasti mikrobiologické analýzy. Mohla by sloužit k detekci patogenů i v jiných potravinách, které mohou být kontaminovány a mohou tak mít negativní vliv na lidské zdraví. Nová metoda má potenciál být využita v dalších relevantních oblastech, jako jsou např. klinická diagnostika a analýza životního prostředí. Více informací o úspěšném projektu LoveFood, na jehož úspěchu má podíl i tým vědců z Univerzity Pardubice, zjistíte na webových stránkách: https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/news/project-food-safety-gets-recognition-eu-council. Zdroj: e-Zpravodaj Univerzity Pardubice (http://zpravodaj.upce.cz).

Novinka této metody spočívá ve schopnosti analyzovat patogeny vyskytující se běžně

Mgr. Zuzana PAULUSOVÁ, Univerzity Pardubice, www.upce.cz

MICRA systém na přípravu vody pro základní laboratorní aplikace

45% SLEVA

za akční cenu 32.438,- Kč* Ušetříte 26.540,- Kč Více informací na telefonu 607 672 782 nebo pošlete email na [email protected] www.memsep.cz www.elgalabwater.com CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016) 2016_Micra_verze red.indd 1

Pragolab_Dalecký_Vialky.indd 47

Nabídka je platná do 16.12.2016 *cena je včetně spotřebního materiálu, bez DPH a instalace.

47

19.09.2016 15:38:57

25. 9. 2016 16:31:02

VĚDA&VÝZKUM

WILEY AWARD ZA ROK 2016 PUTUJE DO ČESKÉ REPUBLIKY Praha, 19.9.2016 – Profesorka Jana Hajšlová z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze získala prestižní ocenění Harvey W. Wiley Award za rok 2016. Cenu slavnostně převzala 19. září v americkém Dallasu v rámci 130. výročního setkání členů asociace AOAC International, která sdružuje vědce zabývající se analytickými metodami. Profesorka Hajšlová na konferenci zároveň přednesla příspěvek na téma současných technických postupů a nových výzev při zkoumání kvality, bezpečnosti a falšování potravin. Harvey W. Wiley Award je nejprestižnější cenou, kterou AOAC International uděluje již od roku 1956. Je určena vědcům nebo vědkyním, které mimořádným způsobem přispěly k vývoji oficiálních analytických metod. Je pojmenována po Dr. Wileym, jenž se významným způsobem podílel na vzniku legislativy regulující kvalitu potravin. Shimadzu_CeskaReklama:Layout 1 31.08.15 14:44 Seite 1

Profesorka Jana Hajšlová působí na VŠCHT Praha jako vedoucí Ústavu analýzy potravin a výživy a vede akreditovanou Metrologickou a zkušební laboratoř na VŠCHT Praha. Ve své výzkumné i pedagogické práci se specializuje na kvalitu, autenticitu a chemickou bezpečnost potravin / přírodních produktů a implementaci moderních instrumentálních technik pro jejich kontrolu či bioprospekci. Je členkou řady mezinárodních výborů, například poradního orgánu EU pro Evropský výzkum HORIZON 2020. Účastní se mnoha mezinárodních výzkumných projektů a pod jejím vedením byla navázána úzká spolupráce se světově uznávanými institucemi (OSN, WHO, EFSA, EU JRC a další). Je autorkou více než 260 odborných článků a publikací. V roce 2005 získala Cenu rektora VŠCHT Praha za mimořádné výsledky ve výzkumu a vývoji, v roce 2006 Cenu ministra školství za mimořádné výsledky dosažené při zavádění nových progresivních multireziduálních metod nezbytných pro rychlou a efektivní kontrolu hygienických limitů kontaminantů v potravinách. V roce 2015 převzala z rukou ministryně školství Cenu Františka Běhounka za propagaci a

popularizaci české vědy a šíření dobrého jména České republiky v Evropském výzkumném prostoru (ERA). »»www.vscht.cz

PŘENOSNÝ BIOREAKTOR VYROBÍ PROTEINY NA ZAKÁZKU Inženýři Massachusetts Institute of Technology (MIT) vyvinuli nové přenosné zařízení, které dovede vyrábět biomedicínsky významné proteiny v terénních podmínkách. Pokud se tento bioreaktor osvědčí, tak by jistě potěšil zdravotníky, kteří pracují mimo zázemí pokročilé lékařské péče. S bioreaktorem by se mohli dostat k vakcínám a další látkám, které obvykle produkují velké biofarmaceutické provozy, ať budou na bojišti, v sanitce, v nějaké vzdálené pustině nebo třeba na Marsu. Obr. – Přenosný mikrobioreaktor

Srdcem nového bioreaktoru je kultura kvasinky Pichia pastoris, která je populárním modelovým organismem v biotechnologickém výzkumu. V MIT si tuto kvasinku upravili tak, že když je vystavena chemickému signálu, tak vyrobí jeden ze dvou terapeutických proteinů. Pokud se geneticky vylepšená kvasinka setká s estrogen ß-estradiolem, tak spustí produkci rekombinantního lidského růstového hormonu (rHGH). A v přítomnosti metanolu naopak zahájí výrobu interferonu, proteinu, který hraje důležitou úlohu v regulaci imunitního systému. Kvasinky jsou umístěny v mikrobioreaktoru, vybaveném mikrokapalinovým čipem, který hlídá hustotu kvasinek, hladinu kyslíku, teplotu a kyselost jejich prostředí. Komunikaci s okolním prostředím kvasinkám zajišťuje propustná membrána, skrz kterou se dovnitř dostává kyslík a ven zase oxid uhličitý. Badatelé z MIT svůj bioreaktor ještě dále vylepšují. Rádi by vytvořili systém, který bude schopný zároveň vyrobit více různých látek využívaných společně v kombinované léčbě.

MĚNÍ VŠECHNO Nové Shimadzu LCMS-8060 přinaší změnu ve Vaší práci, tak abyste mohli pracovat lépe a rychleji. LCMS trojitý kvadrupól kombinuje všechny Ultra Fast technologie a posouvá hranice LC-MS/MS kvantifikace pro aplikace, které vyžadují nejvyšší citlivost a stabilitu.

Další úroveň prohlížení dat Nový software LabSolutions Insight – maximální produktivita, flexibilita a jednoduchost použití

Nejlepší citlivost v celosvětovém měřítku Založená na nové technologii UF-Qarray přinášející nové limity citlivosti MRM a zlepšující citlivost ve full-scan režimu Bezkonkurenční rychlost Vzhledem ke sběru dat se skenovací rychlostí 30 000 u/sec a přepínáním polarity za 5 ms Vynikající odolnost Dosažení špičkové odezvy pro plochu píku s RSD 3,5 %*, což dokazuje vysokou robustnost přístroje

48

Servis-věda.indd 48

www.shimadzu.cz *2 400 vzorků na úrovni femtogramů alprazolamu, spikováno do extraktů lidské plazmy precipitovanými proteiny, měřeno po dobu 6 dnů (přes 400 změřených vzorků každý den)

»»http://news.mit.edu/2016/portable-device-produces-biopharmaceuticals-on-demand-0729

JAK ZKROTIT HYDROGENÁZY PRO BIOTECHNOLOGICKÉ APLIKACE? V produkci čisté energie nám nezřídka pomáhají enzymy. Jejich fungování ale nebývá vždy ideální, takže se snažíme jejich aktivitu pochopit a případně nějakým trikem vylepšit. Týká se to i hydrogenáz, mikrobiálních enzy-

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:32:44

VĚDA&VÝZKUM

mů, které dovedou velmi užitečnou věc – katalyzují oxidaci molekulárního vodíku. Takové enzymy se nám velmi hodí v biotechnologických aplikacích při produkci čisté energie. Energie z vodíku je v současnosti jedním z favoritů ve výzkumu nových technologií pro energetiku. Problém je v tom, že většinu hydrogenáz deaktivuje molekulární kyslík, který vyřadí z činnosti jejich aktivní místa s ionty kovů, kde probíhá vlastní katalyzovaná reakce. V bioreaktoru, kde je běžná kyslíková atmosféra, tudíž hydrogenázy nefungují. Proto je velmi důležité tento proces důkladně zmapovat a pochopit. Obr. – Vizualizace aktivního místa (barevně zvýrazněného), který je degradován molekulami kyslíku v jádru Fe-Fe hydrogenase s SOMO orbitalů znázorněných zeleně a růžově

funkce. Například nano jíly vytvářejí velkoplošné tenké filmy, řádově v nanometrech, které působí jako ochranná bariéra. Hlavní novinkou je použití biopolymerů pocházejících z biomasy, které jsou biologicky odbouratelné a materiál má antimikrobiální vlastnosti, a je tedy vhodný pro použití ve zdravotnictví.

»»www.eurekalert.org/pub_releases/2016-09/ ef-nst090116.php

ZÁMĚNA SUROVIN PŘI VÝROBĚ PLASTŮ ZA ORGANICKÝ ODPAD Španělští vědci a inženýři vyvíjejí plastové obaly šetrné k životnímu prostředí. V laboratoři Aitiip Centro Tecnológico ve španělské Zaragoze jsou biopolymery získané ze zemědělských odpadů smíchány s nanoaditivy a roztaveny při teplotě 200 °C. To je základní recept na nově vyvinuté bioplasty v rámci evropského výzkumného projektu. Kombinace složek činí nový materiál dostatečně odolný a poskytuje plastu speciální

V tomto případě použité nanomateriály zajišťují zvýšení mechanické pevnosti materiálu a také zlepšují bariérové vlastnosti materiálu, tj. ochranu před pronikáním kyslíku do obalu. Tento materiál může být zpracován klasickými vytlačovacími lisy.

Vstřikování je ideální technologie pro výrobu obalů pro kosmetiku. Vstřikovací lis průmyslových rozměrů vstřikuje tekutý plast do ocelové formy pod tlakem až 85 tun a polymer tuhne během 30 vteřin. Inovace obalů nikdy nekončí. Vědci se snaží, aby obal byl chytřejší integrací senzorů a komunikačních zařízení. Do obalu se zabuduje senzor, který obsahuje vysokofrekvenční značku, která je uprostřed fólie a je citlivá na kyslík. Pokud obsah kyslíku v obalu stoupne nad prahovou úroveň dvou procent, dojde ve struktuře plastu ke změnám, které se projeví změnou barvy obalu. Biologicky odbouratelný obal, který bude bezpečně uchovávat svůj obsah a bude varovat kupujícího v případě zkaženého obsahu, je obalem budoucnosti. »»www.dibbiopack.eu

KANADŠTÍ VĚDCI OBJEVILI ZPŮSOB, JAK VYROBIT PALIVO Z PLYNNÉHO OXIDU UHLIČITÉHO Lidstvo napumpuje do atmosféry každým rokem asi 30 miliard tun oxidu uhličitého, který funguje jako skleníkový plyn. Co kdybychom ale dokázali plynný oxid uhličitý přeměnit na palivo? Právě o tohle se snaží tým badatelů kanadské Univerzity v Torontu. Využívají k tomu surovinu, která je naprosto běžná a dostupná – křemík. Jde o sedmý nejpočetnější prvek ve vesmíru a druhý nejpočetnější, pokud jde o zemskou kůru. Myšlenka použít oxid uhličitý k výrobě energie není nová. Bylo by to skvělé – zbavili bychom se skleníkového plynu a získali energii. Problém je v tom, že molekuly oxidu uhličitého jsou hodně chemicky stabilní, takže je těžké je přeměnit na něco jiného. Podle šéfa výzkumu a vedoucího výzkumné skupiny Solar Fuels Research Cluster Geoffreyho Ozina taková přeměna vyžaduje vysoce aktivní a zároveň selektivní katalyzátor. Ozinův tým zjistil, že jejich požadavky splňují nanostrukturované

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Servis-věda.indd 49

Obr. – Schéma přeměny CO2 na CO

Průmyslové využití bioplastů bylo zatím omezeno. Biologicky rozložitelné obaly nebyly dostatečně odolné při ochraně potravin, kosmetiky nebo farmaceutických výrobků. Špatná plasticita těchto materiálů způsobuje problémy při zpracování na stávajících výrobních linkách. Nový bioplast tyto problémy řeší.

Výzkumníci přišli s materiálem, který může být zpracován průmyslově velmi podobným způsobem jako stávající nerozložitelné plasty. Jejich úkolem je překlenout mezeru mezi vědou a průmyslovými aplikacemi a zjednodušit přenos inovací mezi podniky a vědeckými pracovišti.

Pustil se do toho mezinárodní britsko-francouzský tým, který pečlivě analyzoval každý krok těchto reakcí. Badatelé využili a inovativním způsobem zkombinovali experimenty, počítačové simulace molekul i teoretické výpočty. Výsledkem jejich snažení je důkladně popsaný soubor chemických reakcí, které probíhají v hydrogenázách, tedy velkých biologických makromolekulách. Podle badatelů ještě budeme muset vyřešit řadu problémů, které přináší využití hydrogenáz v průmyslových aplikacích. Jejich studie, kterou publikoval časopis Nature Chemistry, ale již dnes otevírá nové směry, jimiž se lze ve výzkumu vydat. Díky nim možná časem budeme vyrábět nemalou část energie s pomocí enzymů pocházejících z živých organismů.

hydridy. Jde o nanokrystaly z křemíku, které mají průměr kolem 3,5 nanometrů. Mohou získávat energii ze slunečního záření blízce infračervených, viditelných a ultrafialových vlnových délek, a účinně selektivně přeměňují plynný oxid uhličitý na plynný oxid uhelnatý.

Využití nanostrukturovaných hydridů, jejichž katalýzu pohání sluneční záření, představuje unikátní a komerčně zajímavý koncept zpracování oxidu uhličitého. Výzkumná skupina Solar Fuels Research Cluster teď pracuje na tom, aby zvýšila aktivitu a zlepšila možnosti výroby takových katalyzátorů. Jejich cílem je postavit demonstrační výrobní jednotku. Pokud uspějí a výrobní jednotka bude fungovat dle očekávání, tak pak přijde na řadu testovací solární rafinerie paliva. »»www.utoronto.ca/news/u-t-scientists-emissions-fuel

POKROKY V EPOXIDOVÝCH PRYSKYŘICÍCH A TUŽIDLECH NA BIOBÁZI Přehledný článek od výzkumníků z Ústavu chemického inženýrství Rowanovy University (Glassboro, New Jersey, USA) zahrnuje nedávný vývoj epoxidových pryskyřic a epoxidových tužidel na biologické bázi. Kombinace povědomí o škodlivých průmyslových procesech a o problematice životního prostředí způsobila velký nárůst výzkumných a vědeckých prací v oblasti vývoje nových materiálů z obnovitelných zdrojů. Epoxidové pryskyřice jsou běžné nízkomolekulární polymery používané v různých průmyslových odvětvích, jako jsou lepidla, povlaky, izolace a kompozity. Transformace epoxidových pryskyřic do zesítěné struktury s požadovanými tepelnými a mechanickými vlastnostmi probíhá pomocí vytvrzovacích činidel, především na bázi polyaminů. Tento článek zahrnuje nedávný vývoj v oblasti pryskyřic a tvrdidel na biologické bázi. Byla věnována pozornost pryskyřicím a tužidlům, které byly syntetizovány z upravených rostlinných olejů, cukrů, polyfenolů, terpenů, přírodních pryskyřic, přírodního kaučuku a ligninu a byly přezkoumány jejich tepelné a mechanické vlastnosti. Studie je publikována v: J. Appl. Polym. Sci. 2016, 133, 44103. »»Zdroj: www.european-coatings.com

49

25. 9. 2016 16:32:45

VĚDA&VÝZKUM

CHYTRÁ OCHRANA EPOXIDOVÝCH NÁTĚRŮ Brazilští vědci studovali samoléčebný účinek transparentních epoxidových nátěrů dopovaných polystyrenovými mikrokapslemi obsahujícími silanol a cerité ionty jako inhibitory koroze. Polystyrenové mikrokapsle plněné octylsilanolem a ceritými ionty byly syntetizovány metodou odpařování rozpouštědla z dvojité emulze. Získané mikrokapsle byly dispergovány do epoxidového transparentního povlaku a aplikovány na uhlíkovou ocel. Na povlaku bylo provedeno mechanické poškození (řez), aby bylo možno vyhodnotit samoléčebný účinek. Účinek samozacelení poskytované tímto systémem byl studován elektrochemickou impedanční spektroskopií (EIS), technikou skenovací vibrační elektrody (SVET) a zrychlenými korozními zkouškami v solné komoře. Povlaky byly formulovány s obsahem 30 % hmotnosti polystyrenových mikrokapslí. Vzorky s umělým poškozením vykazovaly v důsledku uvolnění inhibitorů lepší výsledky než vzorky s povlakem bez mikrokapslí, a to i po 120 hodinách ponoření do 0,05 M roztoku chloridu sodného. Výsledky SVET jsou v dobré shodě s výsledky EIS, potvrzují inhibici koroze v řezu provedeném u natřených vzorků epoxidovým nátěrem s aplikovanými mikrokapslemi. Urychlené korozní zkoušky v solné komoře po 144 hodinách ukázaly méně korozních produktů a takřka žádné osmotické puchýřky u povlaku formulovaného s inhibitorem obsahujícím mikrokapsle. Studie je publikována v: Surface and Coatings Technology, Volume 303, Part B, 15 October 2016, Pages 310–318 »»Zdroj: www.european-coatings.com

PŘESNÝ TEST NA VÝBUŠINY V REÁLNÉM ČASE Rychlý, přesný a snadno použitelný test na detekci výbušin, toxických chemikálií a dalších látek s malou molekulou poskytuje bezpečnostním složkám nástroj v boji proti terorismu. Detekční systém byl vyvinut v rámci výzkumu financovaného z prostředků EU a prošel úspěšnými polními pokusy a je připraven pro široké nasazení. Test vyvinutý v rámci projektu SALIANT je velmi jednoduchý, podobný těhotenskému testu, je zvládnutelný lidmi bez odborné průpravy a poskytuje výsledky ve zlomku času než běžnými technikami. Většina stávajících systémů pro stopovou detekci výbušnin je založena na jedné ze dvou různých, ale vzájemně se doplňujících technologiích: na elektronických přístrojích, které detekují chemickou podstatu látky, jedná se o relativně pomalý postup vyžadující nemobilní zařízení; nebo na tamponech potažených protilátkami, které určují, kolik látky je přítomno. SALIANT systém, který používá podobné testy na bázi protilátek, tento proces obrátil, přičemž každý test ukazuje pozitivní výsledek jako barevné čárky na měrce: čím tmavší je linie, tím vyšší je koncentrace cílové substance. Tento vysoce inovativní přístup překonává

50

Servis-věda.indd 50

omezení minulých biologických detekčních systémů pro látky s nízkou molekulovou hmotností. To činí výsledky testu snadno čitelné a urychluje jejich interpretaci, což je zvláště důležité pro bezpečnost personálu pracujícího v terénu. Testy jsou schopny detekovat přítomnost látek v koncentracích tak nízkých, jako je několik dílů na miliardu, a generovat výsledky v sekundách nebo minutách, což umožňuje shromažďování důležitých důkazů v reálném čase. Tyto testy mohou být buď odečítány vizuálně, nebo pomocí kapesního zařízení vyvinutého finským výrobcem diagnostických přístrojů Reagna Oy, které vykazuje přítomnost cílových látek na digitálním panelu a ukládá výsledky, které mají být předávány v elektronické podobě.

doxní katalýzou. Tyto reakce se provádějí v přítomnosti N-tosyl-S-difluormethyl-S-fenylsulfoximinu použitého jako zdroj -CF2H skupiny a fac-[Ir(PPY)3] (PPY = 2-pyridylfenyl) jako fotokatalyzátoru při ozařování viditelným světlem vlnové délky 425 nm (modrá LED lampa). Fotokatalytickými reakcemi olefinů nesoucích různé funkční skupiny s nukleofily obsahujícími kyslík, jako jsou voda, alkoholy a karboxylové kyseliny, se získají ß-CF2H substituované alkoholy, ethery a estery. Organické molekuly obsahující -CF2H mohou vykazovat léčivé aktivity lepší než stávající léky. Obr. – Fotokatalytická oxyfluoromethylace olefinů

Test původně navržený ke kontrole přítomnosti výbušin po výbuchu je schopen odhalit konkrétní sloučeniny, jako jsou vysoce výbušné látky PETN, RDX, HMX a TNT. Test může být kombinován pro stanovení několika látek z jednoho vzorku. Projektový tým provedl velmi úspěšné pokusy na Žilinské univerzitě na Slovensku ve spolupráci s místním hasičským záchranným sborem, jakož i laboratorní testy s forenzními ústavy v Nizozemsku a Irsku. Předpokládá se, že po nehodě se dostaví pracovníci první pomoci s detekčními tyčinkami připravenými k okamžitému použití. Ty mohou pak být použity pro rychlé určení, zda se jednalo o výbuch nebo nikoliv. Další vývoj selektivních protilátek rozšíří spektrum aplikací zahrnujících stanovení výbušných látek před výbuchem, umožňující stěry, které mohou být použity pro preventivní bezpečnost, jako je testování budov a vozidel během policejního vyšetřování. Velkou výhodou je, že dodávka těchto levných detekčních tyčinek s dlouhou životností je možná v mnoha centrech po celé Evropě, což umožňuje rychlé nasazení. Kromě aplikace v bezpečnostních složkách má test vyvinutý v rámci projektu SALIANT také celou řadu dalších aplikací, jako jsou zkoušky těsnosti potrubí v chemickém a ropném průmyslu, kontrola kvality vody, zjišťování nelegálních drog a testování léčiv. »»www.saliant.eu

FOTOKATALYTICKÁ DIFLUOROMETHYLACE OLEFINŮ Organofluorové sloučeniny jsou důležité ve farmacii, agrochemii a funkčních materiálech, protože obsahují fluorové atomy v organické molekule a tím významně ovlivňují jejich medicinální a fyzikální vlastnosti. Zejména difluormethylová skupina (-CF2H) je strukturně zajímavá, a to zejména v lékařské chemii, protože může působit jako lipofilní donor vodíku a působí jako bioisoester alkoholů a thiolů. Na přímé a katalytické začlenění -CF2H skupiny do organické molekuly existuje několik metod. Takashi Koike, Munetaka Akita a jejich kolegové z Laboratoře chemie a přírodních věd tokijského Ústavu inovativního výzkumu, vyvinuli nový a jednoduchý způsob pro přímé začlenění skupiny -CF2H do organické struktury za pomoci viditelného světla fotore-

Reference: Yusuke Arai, Ren Tomita, Gaku Ando, Takashi Koike and Munetaka Akita, Oxydifluoromethylation of Alkenes by Photoredox Catalysis: Simple Synthesis of CF2H-Containing Alcohols, Chemistry A European Journal 22, 1262 (2016), DOI: 10.1002/ chem.201504838 (open access) »»www.titech.ac.jp

JAK SNÍŽIT EKOLOGICKOU ZÁTĚŽ VÝROBY BÍLÝCH LEDEK? Nahrazování klasických žárovek LEDkami přináší nemalé úspory energie. Jenomže výroba bílých LEDek není bez rizika pro životní prostřední a také není úplně laciná. Tým tchajwanských vědců se proto rozhodl snížit ekologickou zátěž, kterou způsobuje výroba bílých LEDek a také snížit jejich cenu. Vyvinuli bílé LEDky z hybridních porézních sloučenin MOF (Metal Organic Framework), které se skládají z kovových iontů propojených organickými molekulami. V roce 2027 by podle amerického ministerstva energetiky měli jen ve Spojených státech díky zavádění LEDek s nízkou spotřebou a dlouhou výdrží uspořit úctyhodných 348 terawatthodin energie. To odpovídá ročnímu výkonu 44 elektráren. Háček je v tom, že bílé LEDky se v současné době vyrábějí z kovů vzácných zemin. Těžba surovin pro jejich výrobu je tudíž nákladná a také zatěžuje životní prostředí. Získání těchto prvků z jejich rud obvykle vyžaduje loužení v silné kyselině. Výroba bílých LEDek také zahrnuje řadu součástek a výrobních kroků, které celý proces komplikují. Tchajwanský tým teď vyvinul výrobní postup, který je méně agresivní vůči životnímu prostředí a zároveň se ekonomicky více vyplácí. Jejich postup zahrnuje populární grafen a hybridní porézní sloučeninu (MOF), která je založena na stronciu. Podstatné je to, že takto vyrobené LEDky nepotřebují žádné prvky

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:32:45

VĚDA&VÝZKUM

vzácných zemin. Hybridní porézní sloučeniny představují velmi slibné materiály z kovových iontů a organických molekul. A jak takové LEDky svítí? Podle prvních testů je spektrum záření LEDek, založených na hybridních porézních sloučeninách, blízké přírodnímu osvětlení Sluncem.

vá osvětlení. V dnešní době hraje významnou roli spíše při výrobě polovodičů, kde se používá v laserech. Neon je sice pátým nejběžnějším prvkem v atmosféře naší planety, ale jeho cena postupně roste. S tím se zvyšuje poptávka po technologiích, s nimiž by bylo možné neon uspokojivě získávat z atmosféry.

»»www.eurekalert.org/pub_releases/2016-08/ acs-ltc082616.php

Neon je doopravdy velmi neochotný chemicky reagovat a zároveň jen slabě rozptyluje rentgenové paprsky. Proto je velmi obtížné pozorovat neon polapený v krystalické struktuře. Badatelé to nakonec dokázali v zařízení Advanced Photon Source (APS) s použitím rentgenové práškové difrakce za nízkých teplot. Tímto způsobem pozorovali neon polapený v hybridních porézních sloučeninách MOF (Metal Organic Framework). Bylo to poprvé v historii, kdy někdo pozoroval skutečnou interakci mezi atomy neonu a přechodného kovu, v tomto případě v hybridní porézní sloučenině NiMOF-74, která obsahuje nikl.

JAK PŘINUTIT PEVNOU LÁTKU, ABY FUNGOVALA JAKO KAPALINA? Vědci Univerzity Centrální Floridy objevili způsob, jak přimět pevný materiál, aby se choval jako kapalina, aniž by se přitom doopravdy změnil na kapalinu. Zní to možná zvláštně, ale takové materiály by se mohly skvěle uplatnit v elektronice, optice a počítačovém průmyslu. Jak to v podobných případech bývá, za objevem stála náhoda. Když student chemie Demetrius Vazquez-Molina pracoval s kovalentní organickou sloučeninou COF-5 (Covalent Organic Framework), což je nehořlavý nanomateriál připomínající porézní houbu, a vytvořil z něj pelety o velikosti nehtu na malíčku, tak při rentgenové krystalografii náhodou zjistil, že dotyčný materiál má zvláštní krystalickou strukturu. Jeho profesor chemie Fernando Uribe-Romo mu doporučil, ať zkusí pelety otočit a udělá rentgenovou analýzu znovu. Zvláštní výsledky ale nezmizely. Ukázalo se, že krystalická struktura materiálu umožňuje, aby se v něm volně pohybovaly ionty lithia. Podobně jako by se pohybovaly v kapalině. Nakonec se z toho stal převratný objev. Podobné materiály by totiž mohly vyřešit problémy, které doposud máme s kapalinami v elektronice a v energetických technologiích. Typickým příkladem mohou být lithium-iontové baterie. Jsou dnes široce rozšířené a používají se v ohromném množství různých zařízení. Jenže lithium-iontové baterie jsou zároveň relativně velké a objemné, protože musí obsahovat kapalinu, v níž by se pohybovaly ionty lithia. A kapalina v bateriích bývá problematická, někdy dokonce může při nešťastné souhře okolností způsobit explozi. Pokud by ale takové baterie namísto hořlavé kapaliny obsahovaly netoxický a nehořlavý pevný materiál, tak by to mohlo změnit celý elektronický průmysl.

Obr. – Neon polapený v hybridních porézních sloučeninách MOF

Výzkumné centrum Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC) spojilo své síly s americkými Národními laboratořemi Argonne a společně uvěznili vzácný plyn neon v porézní organické sloučenině. Neon je proslulý tím, že náleží mezi nejméně reaktivní prvky vůbec. Do povědomí veřejnosti vstoupil neon hlavně v meziválečné a poválečné době, kdy se v centrech měst USA rozšířila neono-

Badatelé už něco podobného dokázali se vzácnými plyny, jejichž atomy jsou poměrně těžké a tudíž snadněji detekovatelné – jako je xenon nebo krypton. Neon byl pro ně mnohem tvrdším oříškem, protože je nejen inertní, ale také lehký, což celou záležitost dále komplikuje. Přesto bylo nakonec jejich snažení korunováno úspěchem.

Novou technologii nazvali CO2 Memzyme. Jde o kombinaci speciální nanomembrány založené na oxidu křemíku – která stabilizuje vrstvu vody desetkrát tenčí nežli mýdlová bublina – a enzymu karboanhydrázy, který úžasným tempem přeměňuje oxid uhličitý a vodu na bikarbonát (HCO3–) a proton (H). V USA i jinde po světě představují uhelné elektrárny významný zdroj oxidu uhličitého. V roce 2015 vytvořilo 600 amerických uhelných elektráren více než čtvrtinu celkových emisí tohoto plynu. Pokud se k tomu připočtou emise elektráren na zemní plyn, tak to v USA představuje již 40 % emisí CO². V dnešní době už sice existují technologie, s nimiž je možné tyto emise zachycovat, bývají ale nákladné, spotřebují citelnou část vyrobené energie a vyžadují velké provozy s vysokotlakým zařízením.

Badatelé si už technologii CO2 Memzyme stihli letos patentovat. Podle odhadů založených na laboratorních experimentech by instalace technologie CO2 Memzyme na jediné uhelné elektrárně omezila tolik emisí CO2, že by se tomu vyrovnalo pěstování 63 milionů stromů po dobu deseti let. https://share.sandia.gov/news/resources/ news_releases/co2_bubbles/

»»www.ccdc.cam.ac.uk/News/ List/2016-08-10-scientists-capture-neon-inTBA inz Chemagazin 118x85 9-16.qxp_Sestava 1 16.09.16 14:49 Stránka 2 -an-organic-environment/

RYCHLE. JEDNODUŠE. ONLINE.

PLASTOVÉ SUDY ■ Vyrobeny z HDPE ■ Včetně bezpečného víka s kovovou sponou ■ Hygienicky nezávadné

SNADNÁ PŘEPRAVA A MANIPULACE S KAPALNÝMI A SYPKÝMI PRODUKTY

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Servis-věda.indd 51

Vědci amerických Národních laboratoří Sandia a Univerzity v Novém Mexiku vyvinuli nový účinný způsob odlučování skleníkového plynu oxidu uhličitého z emisí uhelných a plynových elektráren. Dělají to pomocí membrány, co připomíná bubliny bublifuku.

Americké ministerstvo energetiky vyhlásilo, že technologie druhé generace musejí zvládnout zachytit 90 % emisí oxidu uhličitého tak, aby výsledné náklady nepřekročily 40 dolarů na tunu. Nová technologie CO2 Memzyme je první, která by mohla deklarované cíle ministerstva energetiky USA naplnit.

»»http://today.ucf.edu/ucf-team-tricks-solid-acting-liquid/

VĚDCI POPRVÉ ÚSPĚŠNĚ POLAPILI NEON V ORGANICKÉM PROSTŘEDÍ

POMŮŽE NÁM S ODLUČOVÁNÍM CO2 BUBLIFUK?

■ ■ ■

w w w. t b a p l a s t . c z 51

25. 9. 2016 16:32:46

E KO LO G I E & B E Z P E Č N O S T

PRÍRODA. OCHRANA.MY. Manipulace se sudy Čerpadla Produkty s Ex ochranou Absorpce úkapů

Získejte bezplatně více informací | 800 383 313 | www.denios.cz

www.malvern.com Systém gelové permeační chromatografie (GPC)/velikostně vylučovací chromatografie (SEC) pro měření absolutní molekulové hmotnosti, velikosti molekul, vnitřní viskozity, větvení a dalších parametrů s integrovaným multi-detektorovým modulem a softwarem OMNISEC pro charakterizaci syntetických a přírodních polymerů a proteinů • Rozptyl světla pro molekulovou hmotnost • Viskozimetr pro velikost a strukturu

• Index lomu pro koncentraci • UV/Vis PDA pro chemické složení

POLYMERY – Měření absolutní molekulové hmotnosti pro výzkum – Šetření změn ve funkčních vlastnostech výrobků – Odhalení molekulové hmotnosti pro strukturu vztahů – Posouzení reakčních změn na vlastnostech polymerů PROTEINY – Kvantifikace agregace proteinů – Monitorování úspěšnosti konjugačních reakcí – Determinace čistoty a oligomerního stavu – Sledování konformačních změn

52

Denios-Specion_Malvern-Chromspec_Specord-Conformta-Intertec.indd 52

T: +420 244 402 091 [email protected] – www.specion.biz

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:33:37

SPECORD PLUS

Conformat, specialista v oblasti čistých prostor

nová řada spektrofotometrů z Jeny

Zdroj důvěry už 30 let

Nově zastoupení společnosti Sampling Systems, světového výrobce vzorkovacích pomůcek pro jednorázové či opakované použití Řešení spotřebního materiálu a vybavení pro čisté prostory na míru ve spolupráci s technickými experty v oboru

Zastupuje: CHROMSPEC spol. s r.o. 252 10 Mníšek p. Brdy Lhotecká 594 tel.: 318 599 083 [email protected] fax: 318 591 529 www.chromspec.cz

634 00 Brno Plachty 2 tel.: 547 246 683 fax: 547 246 685

Obchodní zastoupení v ČR a SR: Net´Tech Europe s.r.o., Brno tel. +420 731 572 163 www.conformat.com /[email protected]

designed

IKA magic PLANT

to work perfectly

LABORATÓRNY POLO-PREVÁDZKOVÝ REACTOR

Vhodný pre široký rozsah použitia, zvlášť vhodný pre farmaceutický, potravinársky alebo kozmetický priemysel.  dokáže spracovať aj vysoko viskózne

materiály

 dokáže spracovať veľmi malé množstvá  lepší prenos tepla z chladiaceho alebo

vyhrievacieho média do produktu

 nastaviteľná intenzita miešacieho alebo

dispergačného efektu

 použiteľný v online, dávkovom alebo

poloprevádzkovom výrobnom procese

ntertec.sk, www.laboratornepristroje.sk www.laboratornepristroje.sk INTERTEC® s.r.o., CSA 6, 974 01 Banská Bystrica, Tel.: +421 905 441 876, e-mail: [email protected],

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Denios-Specion_Malvern-Chromspec_Specord-Conformta-Intertec.indd 53

53

25. 9. 2016 16:33:38

EKONOMIKA A MANAGEMENT

EKONOMIKA A ŘÍZENÍ PODNIKŮ V CHEMICKÉM PRŮMYSLU (29)

– APLIKACE PI – VYUŽITÍ KONCEPTU ŠTÍHLÉHO PRACOVIŠTĚ A STANDARDIZACE STRACHOTOVÁ D.1, RANČÁK J.1, ŠPAČEK M.2 1 Vysoká škola chemické-technologická v Praze 2 Vysoká škola ekonomická. Praha

Zvyšování produktivity (výkonnosti) je cílem každého podniku bez ohledu na předmět jeho podnikatelské činnosti [14,15]. V průmyslových oblastech, kde dominují mechanické operace, se již od 90. let minulého století rozšiřují metody Průmyslového inženýrství (PI) [10]. Jejich implementací mohou podniky dosáhnout efektivnějšího využívání svých zdrojů bez nutnosti vynakládání investičních (kapitálových) výdajů, a tím mohou dosáhnout redukce nákladů. Podle [7] jsou metody PI základem konceptu tzv. „štíhlého podniku“, ve kterém se tyto metody uplatňují v rámci čtyř pilířů (štíhlá výroba, štíhlá logistika, štíhlá administrativa a štíhlý vývoj). Zásadní otázka je, která metrika charakterizuje „štíhlost“ podniku [16]. Nakolik je zvýšená produktivita, či jiný ukazatel, skutečně důsledkem té které metody PI je nutné posoudit individuálně podle použité metody i podle podnikové činnosti, kde byla metoda implementována. Pokud jde o podniky chemického průmyslu, je nutné konstatovat, že metody PI nejsou všeobecně využívány. Určitou výjimku představuje plastikářský průmysl [13]. Při zavádění nástrojů PI se v první řadě využívají již zmíněné základní metody, které se obvykle zaměřují na úzkou skupinu problémů produkčního systému. V případě popisované aplikace v plastikářské výrobě se jedná o využití konceptu štíhlého pracoviště a standardizace. Konkrétně půjde o určení prostorového uspořádání linky (lay-outu) ve vztahu k materiálovému toku a požadavku zákazníka, který určuje tzv. takt linky. V aplikaci bude využita standardizace pracovních postupů na základě měření práce a standardizaci umístění přípravků, nástrojů a materiálů na lince.

1 Metodika Pro optimalizaci pracoviště s cílem formování štíhlého výrobního procesu je nezbytné analyzovat stávající proces. Po té, ve fázi návrhu nového uspořádání, je třeba usilovat o dosažení charakteristik štíhlého pracoviště. Mezi základní charakteristiky štíhlého pracoviště patří dle [2] především optimální materiálový tok, flexibilita pracoviště se stanoveným optimálním pracovním postupem, nulové plýtvání, ergonomie, standardizace, efektivita strojů, atd.

Cyklus operátora (Cycle Time, či CT) je čas, který trvá každému operátorovi linky provést svou výrobní operaci. Pro zjištění těchto časů se využívá metod časových a pohybových studií, při návrhu nových pracovišť pak zejména hrubých pohybových studií a systému předem určených časů [20]. Cyklus operátora se používá k určení počtu operátorů nutných k obsluze výrobního procesu, výpočet uvádí následující vzorec (vztah 2): Počet operátorů = (celková pracnost)/TT [2] Celková pracnost ve vztahu 2 je součtem všech časů jednotlivých operací CT. Pomocí tohoto vzorce se lze orientovat při návrhu linky, pokud nevychází celé číslo, zaokrouhlí se počet pracovníků obvykle nahoru, lze však učinit předpoklad, že po zaškolení pracovníků se jejich CT zlepší (klesne) a bude se rovnat TT. Obecně platí, že optimálně se CT = TT. Při balancování operací mezi operátory na pracovišti se sleduje vytížení operátorů, úroveň vybalancování linky určí diagram cyklů (Cycle Times chart, tzv. Yamazumi diagram). Jedná se o sloupcový graf, znázorňující jednotlivé délky CT rozvržené na operátory v rámci výrobní buňky [19]. Např. v jedné ze sledovaných buněk na lince pracovalo pět operátorů (viz obr. 1): Obr. 1 – Yamazumi diagram

Metodický postup lze shrnout do těchto kroků: • Vybalancování linky, určení taktu a počtu operátorů. • Zpracování koncepce prostorového uspořádání pracoviště (lay-outu). • Měření spotřeby času jednotlivých operací s využitím metod přímého měření, u vybraných operací bude proveden benchmarking prostřednictvím metody Basic MOST . • Identifikace metriky a následné vyjádření produktivity práce.

2 Analyzované pracoviště 2.1 Balancování operací a takt linky Takt výrobní linky (Takt-Time, či TT) u štíhlého pracoviště zpravidla určuje zákazník. Je to časový interval, ve kterém zákazník odebírá hotové výrobky. Z tohoto intervalu se pak přímo určí, v jakém taktu by se měly pohybovat vyráběné výrobky v rámci celého procesu tak, aby byly pokryty požadavky zákazníka a zároveň nedocházelo ke zbytečné nadprodukci [5]. V případě analyzované linky se při stanovení taktu vycházelo z požadavků zákazníka v období podzimu 2015 a z dlouhodobě platné pracovní doby operátorů linky.

Tento vizualizační nástroj umožňuje přehledně plánovat rozdělení činností mezi operátory. V ideálním případě je možné rozdělit jednotlivé činnosti (tedy jejich CT) tak, aby byl každý operátor stejně vytížen. V tomto grafu lze znázornit jak cyklické tak nepravidelné činnosti a plánovat tak rozvržení činností na celou směnu operátorů. Případně se využívá také v procesní analýze, kde umožňuje vizualizaci operací přidávajících a nepřidávajících hodnotu.

Vztah pro výpočet TT:

Balanční index BI je dalším ukazatelem, který lze využít při balancování operací [12]. Jedná se o jednoduchý vzorec (vztah 3), s jehož pomocí se určí, na kolik procent je využit takt:

TT = (celková pracovní doba)/(celkový požadavek výroby) [1]

BI = ((celková pracnost)/((počet operátorů . TT))) .100

54

Chemanagement29.indd 54

[3]

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:34:38

EKONOMIKA A MANAGEMENT

2.2 Layout-návrh koncepce pracoviště Návrh uspořádání štíhlého pracoviště vychází ze znalosti materiálových toků a přehledu aktivit v rámci výrobní buňky (montážní diagram). Doplňujícími informacemi jsou potom počet operátorů a takt zákazníka, případně i koncept informačního toku. Na základě těchto znalostí lze přistoupit k uspořádání jednotlivých pracovních stanic do výrobní buňky. Výrobní stanice je zde chápána jako pracoviště nebo pracoviště s výrobním strojem, které je obsluhováno operátorem. Literatura [8] popisuje čtyři základní tvary uspořádání pracovních stanic (přímé, ve tvaru písmene L nebo U a tzv. Spine tvar). Každé uspořádání je specifické a výsledkem může být libovolná kombinace všech čtyř forem. Přímé uspořádání je jednoduché pro plánování, řízení, logistiku i manipulaci. Umožňuje přístup z obou stran a na vstupu a výstupu nehrozí hromadění materiálu. Uspořádání ve tvaru L umožňuje například odklonění složitých či nebezpečných prací a pro uspořádání ve Spine tvaru je typické, že umožňuje oddělení speciálního zařízení a vyhovuje uspořádání ve výrobách s vysokou variabilitou. Pro štíhlé pracoviště se preferuje uspořádání ve tvaru U [8], neboť nabízí tyto výhody:

výrobě, plýtvání a další nedostatky. Zjištění spotřeb času jednotlivých operací neslouží pouze jako informace při plánování a řízení výroby, ale také jako měřítko výkonnosti operátorů (je podkladem při nastavování systémů odměn a postihů, při nedodržení nebo překročení normy) [9]. Samotnému měření předchází důsledná příprava, která zahrnuje výběr měřeného procesu či operátora, seznámení se s procesem a výběrem měřených dějů. Zde se dá například rozhodovat o detailnosti měření, rozdělit probíhající procesy na přidávající a nepřidávající hodnotu apod. Dále je nutné určit počet náměrů, tak aby výsledky nebyly zkreslené. Pro získání vhodného počtu náměrů (n) uvádí [2] následující vztah 4:

[4]

• nekřižují se činnosti operátorů a zásobování materiálem, které je ze zadní části linky,

Ve vztahu 4 představuje symbol z hodnotu požadované spolehlivosti, s směrodatnou odchylku, k přípustnou chybu (v %) a x̅ aritmetický průměr [1]. Takto se vypočte počet pozorování tak, aby nebyla překročena krajní chyba na hladině požadované spolehlivosti. Poté se pokračuje v postupu a po seznámení pracovníků na měřeném pracovišti se zamýšleným měřením se získají náměry. Komunikace a domluva s pracovníky měřeného procesu je zásadní, protože přítomnost měřící osoby, či videokamery může mít vliv na výkon měřených.

• začátek a konec linky jsou u hlavní komunikace,

2.3.2 Pohybové studie – metody nepřímého měření

• krátké vzdálenosti mezi operacemi (vzdálenost mezi první a poslední je minimalizovaná), • nejsou žádné překážky v komunikaci mezi operátory, • umožňuje přidělení více operací jednomu pracovníkovi a tím lepší balancování linky. Při návrhu uspořádání je rozhodujícím omezením tvar a rozměr místa, které je k dispozici. Vydatně v této oblasti mohou pomoci počítačové 2D a 3D modely pracoviště, které lze konstruovat se všemi prvky v měřítku 1:1. Výsledných variant uspořádání může být více, pro výběr toho nejvhodnějšího pak může posloužit vícekriteriální srovnání. V tomto srovnání se stanoví kritéria (např. náklady, prostor, flexibilita apod.) a jejich váhy [2]. 2.3 Zjištění spotřeby času Metody měření spotřeby času při práci lze považovat za nejstarší metody PI. Před vlastním měřením spotřeby času je však nutné eliminovat na pracovišti veškerá plýtvání, což předpokládá toto plýtvání rozeznat. K tomu účelu můžeme využít jak časové či pohybové studie, ale třeba i management toku hodnot VSM (Value Stream Management, příp. Value Stream Mapping) nebo také procesní analýzu a další nástroje, které mají obecnější využití [3,17]. V analyzované plastikářské výrobě byly použity především časové studie, ale pro srovnání byla u jedné operace použita i studie pohybová. 2.3.1 Časové studie – metody přímého měření Obecným cílem měření práce je stanovení normy spotřeby času. Časové studie patří mezi nejrozšířenější a nejpoužívanější metody měření práce. Jedná se o metody přímého měření práce za pomoci stopek, vizuálních záznamů, záznamem do připravených formulářů nebo specializovaných softwarových nástrojů. Data jsou následně zpracována a analyzována, a proto se obvykle převádějí do elektronické podoby. Tyto metody jsou značně náročné jak časově, tak investičně. Pokud podniky nemají vlastní oddělení, které se těmto měřením věnuje, mohou využít služby specializovaných poradenských společností. Literatura [9,11,18] obecně rozlišuje několik skupin metod přímého měření spotřeby času: • Snímky operace: kam patří snímek průběhu práce či chronometráž (plynulá, výběrová či obkročná) anebo také filmový snímek. • Snímky pracovního dne, které mohou být soustředěny na jednotlivce nebo pracovní četu, může se jednak o snímek hromadný, případně také vlastní. • Snímky dvoustranného pozorování, případně může být kontinuální měření za určitých podmínek nahrazeno momentkovým pozorováním. Přímé měření se využívá nejen ke stanovení norem spotřeby času, ale také umožňuje pozorovateli zachytit důvody prostojů, komplikace při CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Chemanagement29.indd 55

Nepřímé měření spotřeby času nebo také systémy předem určených časů (Predetermined Time Systems – PTS) představují rozbor úkonů probíhajících v rámci procesu na základní pohyby. Těmto zaznamenaným pohybům je pak přiřazen, podle jejich náročnosti, index odpovídající předem stanovené spotřebě času. Obecným principem je tedy předpoklad, že většinu spotřeby času tvoří pohyby a přidružené úkony operátorů, a že lze jednotlivé elementární úkony popsat a definovat jejich časovou náročnost. K hlavním výhodám těchto systémů patří: • Odstranění subjektivity při stanovování stupně výkonu (systémy předem určených časů pracují se stupněm výkonu 100%). • Možné použití i pro stanovení budoucích projektovaných operací. • Možné použití pro racionalizaci pracovního postupu, organizaci a uspořádání pracoviště. • Zajištění stejné úrovně a vysoké přesnosti norem času. V praxi se využívá řada systémů PTS, například: The Work – Factor System, MODAPTS, MTM, UMS, SDS, UAS, MOST [2]. Jedním z nejznámějších je systém MTM (Methods Time Measurement). Jedná se o systém, ze kterého vycházejí i další používané systémy (MTM-SD, MTM2, UAS, USD), a který nachází použití v hromadné a velkosériové výrobě. Pro tento systém je nutný vyčerpávající popis vykonávaných pohybů (typ, náročnost, váha objektů, vzdálenosti apod.). Právě složitost a časová náročnost celé analýzy a snahy o zrychlení systému vedly k vývoji dalších systémů, které by se uplatnily i v malosériových výrobách. Jedním z takovýchto systémů je i skupina metodik MOST (Maynard Operation Sequence Technique). Jedná se o systém předem definovaných časových hodnot, který umožňuje aplikaci v širokém pásmu odvětví v průmyslu. MOST vychází z principu, že jakákoliv fyzická práce je v podstatě vydávání energie za účelem splnění určitého úkolu, tedy že práce je přemísťováním hmoty [11]. Při tvorbě modelů k určování spotřeby času podle tohoto autora se nepoužívají standardní časové jednotky, ale takzvané TMU (Time Measurement Units), tabulka pro přepočet, jak ji uvádí [11]: Tab. 1 – Přepočet TMU 1TMU

0,00001 hod

1 hod

1TMU

0,0006 min

1 min

1 667 TMU

1TMU

0,036 s

1s

27,78 TMU

100 000 TMU

Základem systému MOST nejsou jednotlivé pohyby jako v systémech MTM, ale základní úkony vykonávané během manipulace s předměty. Tyto úkony jsou popsány jako jednotlivé aktivity seřazené do sekvencí. Jinými slovy při přemístění předmětu se použije standardní pořadí Pokračování na další straně

55

25. 9. 2016 16:34:38

EKONOMIKA A MANAGEMENT

aktivit. Výsledkem je, že se základní pohyby popisují v modelech MOST pomocí univerzálních sekvencí, namísto sdružení detailních popisů jednotlivých separátních pohybů [11]. Právě tato identifikace klíčových aktivit a tvorba jejich sekvencí umožňuje významné zrychlení a zjednodušení systému. Skupina systémů MOST se pak dále dělí a specializuje na jednotlivé druhy operací, podle délky cyklů operací [11]: • Mini MOST – opakující se operace, s krátkým cyklem (2–10 s), pro četnost operací vyšší než 1 500x za týden, max. přesnost je 1 TMU (0,036 s).

ce, telekomunikační sítě apod.) stav hospodářství a ekonomiky, atd. Vedle těchto faktorů existuje ještě celá řada dalších vlivů, fyzikálních a psychologických. V rámci hodnocení úspěšnosti balancování operací mezi jednotlivými pracovišti na analyzované lince byl pro měření produktivity linky použit specifický vztah: [8]

produktivita=(počet produktů)/(počet operátorů ve směně)

3 Výsledky a diskuze

2.4 Zjištění spotřeby času na analyzované lince

Před uvedením výsledků je potřeba formulovat výchozí stav. Analyzovaná linka umožňuje produkovat celkem 17 výrobků (některé v modifikacích). Všech 17 produktů pak tvoří set. Materiálový vstup představují plastové tvarové díly, kůže, měkčicí pěna a lepidlo. Výrobní postup je kombinací mechanických, ale i chemicko-technologických operací (vysekávání tvarů, horké lepení plastových dílů, nástřik lepidla a lepení, kašírování kůží). Jednotlivé operace jsou sdruženy do výrobních buněk podle toho, jaké položky výrobního sortimentu jsou plánovány do výroby.

Pro získání informací o spotřebách časů jednotlivých operací byla v období po zaběhnutí linky použita metoda vlastního snímku pracovního dne, respektive vlastního snímku jednotlivých operací. Sledování probíhalo průběžně, během vybraných směn během prosince 2015 až dubna 2016. Cílem bylo získání hrubých informací o trvání procesů po zaškolení pracovníků.

Výchozí požadavek zákazníka byl 12 setů/den. Zároveň se však předpokládá, že optimalizací linky bude možné dosáhnout hodnoty 14 setů/den. Časová disponibilita výrobce je dána 2 směnným provozem a využitelným časem 420 min/směnu. Ze vztahu 1 je tedy zřejmé, že takt výrobní linky (TT) musí být 70 minut a v případě zvýšení zákaznického požadavku 60 minut.

Pro získání přesnějších hodnot na konkrétních stanicích byla zvolena metoda opakovaného snímku části pracovního dne. Tato metoda zahrnovala nahrávání činností na filmový záznam. Následně byly filmové záznamy vyhodnocovány, přičemž důležitá byla jak celková spotřeba časů operace, tak vyhodnocení případného plýtvání a prodlev ve výrobě.

3.1. Balancování operací a takt linky

• Basic MOST – nejčastěji používaný, všeobecně uplatnitelný u operací s trváním 10 s až 10 min. Vhodný pro četnost operací 150–1 500x za týden. Max. přesnost je 10 TMU (0,36 s). • Maxi MOST – neopakující se operace s dlouhým cyklem (desítky minut až hodiny). Pro četnost operací nižší než 150x týdně. • Admin MOST – administrativní operace, obdoba Basic MOST.

Z důvodu možnosti srovnání věrohodnosti časových snímků byla na vybrané operaci provedena také pohybová studie. Základem pro pohybovou studii byly filmové snímky. Jejich pohybová analýza proběhla prostřednictvím systému Basic MOST, který byl zvolen vzhledem k délce operace (cca 10–13 s). 2.5 Vyjádření produktivity Jako metrika k hodnocení dosažených výsledků byl zvolen ukazatel produktivity práce. Hodnocení produktivity je nedílnou součástí optimalizace výrobních systémů. Produktivita jako taková se dá definovat jako: „Množství výrobků, vyrobených za jednotku lidské práce.“ [6]. Produktivitou se jednoduše rozumí míra, která vyjadřuje, jak dobře jsou využity zdroje při vytváření produktů [10]. Jejím nejobecnějším vyjádřením je poměr mezi výstupem z procesu a vstupem potřebných zdrojů do procesu, přičemž výstupy se vyjadřují v jednotkách, jako např. litry, gramy, kusy, případně jsou vyjádřeny v peněžních jednotkách (např. v přidané hodnotě). To se obvykle děje u výstupů, které nelze individuálně definovat a peněžní vyjádření potom představuje ceny produkce. Vstupy představují náklady vstupující do procesu, ať už v naturálním nebo peněžním vyjádření. Jistým zobecněním produktivity může být vztah 7 [6]:

Pro určení celkové pracnosti bylo potřeba provést měření spotřeby času všech používaných operací pro všechny součásti setu s požadovanou přesností podle vztahu 4. Tato měření probíhala v době zavádění linky do výroby. Na základě těchto měření byl zpracován návrh na reorganizaci pracoviště (nový lay-out) na lince i s ohledem na potřebný počet operátorů. Proto byly jednotlivé operace mezi výrobními buňkami nově rozděleny a to s cílem synchronizovat operační časy v rámci výrobních buněk s taktem linky. Podle vztahu 2 byl určen optimální počet operátorů, rozdělení činností v rámci jedné směny uvádí tabulka 2. Je patrné, že dochází k úspoře 4 operátorů (na výrobní buňce 2 a 8). Z Yamazumi diagramu celé linky (obr. 2) je zřejmé, že po reorganizaci přesahuje požadovaný takt stále 1. výrobní buňka. Vzhledem k měření prováděným při zahajování výroby se však předpokládá, že po zapracování operátora dojde ke sladění i na této výrobní buňce. A ze stejného důvodu byly ponechány časové rezervy u výrobních buněk, kde se do budoucna naopak předpokládají jisté komplikace a jsou považovány za úzké místo. Obr. 2 – Yamazumi diagram uspořádání linky

P = (přidaná hodnota)/(pracovníci,odpracované hodiny apod.) [7] Produktivita ve výrobním procesu je ovlivňována širokým spektrem vlivů externích i interních. Dle [10] mezi tyto vlivy patří pracovní postupy a metody, kvalita strojního zařízení, využívání kapitálu, úroveň schopností pracovní síly, systém hodnocení a odměňování, úroveň metod průmyslového inženýrství, stav infrastruktury (silniTab. 2 – Takt linky a počet operátorů Výrobní buňka

1

2

3

4

5

Pracnost [s]

4600

12600

4060

9100

9100

Takt [s]

4200

4200

4200

4200

4200

6

7

8

9

4000

7720

11920

6300

4200

4200

4200

4200

PO – výpočet

1,1

3,0

1,0

2,2

2,2

1,0

1,8

2,8

1,5

PO – původní

1

5

1

3

3

1

2

6

2

PO – návrh

1

4

1

3

3

1

2

3

2

na operátora [s]

4600

3150

4060

3033

3033

4000

3860

3973

3150

56

Chemanagement29.indd 56

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:34:39

EKONOMIKA A MANAGEMENT

Tab. 3 – Srovnání hodnot spotřeby času u vybraného produktu Operace

xˉp [min]

xˉn [min]

Δ [%]

sx(p) [min]

sx(p) [min]

Δ [min]

max [min]

min [min]

me [min]

1

45

30

33

24

5

–19

40

22

28

2

54

36

34

24

3

–21

41

32

36

3

47

38

19

19

19

–9

53

27

37

3.2. Standardizace práce Nový lay-out, tedy nové rozdělení činností mezi operátory a snížení jejich počtu, jsou základními předpoklady pro zvýšení produktivity. Nicméně z důvodu standardizace práce i pracoviště, materiálů a přípravků bylo nutné na lince provést nová měření a to po dostatečném zapracování všech operátorů. Měření byla provedena pro všechny operace a také všechny části setu (tedy výrobky). Bylo zajímavé sledovat výsledky měření. V tabulce 3 je uveden příklad srovnání naměřených hodnot prostřednictvím průměru x̅ a směrodatné odchylky sx. Indexace rozlišuje měření v původním lay-outu (index p) a po změně (index n). Oba stavy jsou srovnány absolutní (Δ), případně relativní (Δ (%)), odchylkou. Zároveň jsou uvedeny dosažené minimální a maximální hodnoty měření v novém lay-outu (min, max) a medián (me). Zjištěné hodnoty statistických charakteristik umožnily další analýzu. U operací a výrobků, kde došlo k významnému zlepšení, se předpokládalo dostatečné zapracování operátorů. U výrobků a jejich operací, kde střední hodnoty a míry variability nevykazovaly dostatečné zlepšení, probíhala další analýza. Jednotlivé činnosti v rámci operace byly zkoumány detailněji, obvykle v rozlišení na činnosti přidávající a nepřidávající hodnotu. Výsledkem pak bylo zpřesnění standardů práce, pracoviště, materiálů i nástrojů a to dokonce s přihlédnutím ke specifikům ranní i odpolední směny. Mezi odstraněná plýtvání patřilo např.: • správné umístění vypínačů světel, • vyhovující umístění rádia s možností vhodného ovládání, • zřízení přípravků pro zavěšení pásků měkčicí pěny, které umožňují transport mezi pracovišti a eliminují zbytečné pohyby pracovníků, • odstranění znečištění stojanů s polotovary, způsobené nevhodným cyklem čištění regálů, které způsobovalo častou imobilitu těchto stojanů, atd. atd. Pro vybrané operace bylo provedeno ještě srovnávací měření prostřednictvím pohybové studie, konkrétně metody basic MOST. Obvykle došlo k velmi dobré shodě výsledků pohybové studie s časovými snímky (např. u operace s časovým x̅ 11,75 min bylo přiřazeno 18 250 TMU, tj. 666,19 s, tj. 11,1 min). Pro výrobce to znamená, že při stanovování norem spotřeby času může velice přesně vycházet jak z časových, tak pohybových studií s tím, že v případě nového balancování linky lze využít i stávající filmové snímky některých operací pořízených po přestavbě linky a zapracování operátorů. 3.3. Dosažená produktivita

Tab. 4 – Změny ukazatele produktivity Výkon [počet setů/ směnu]

Počet operátorů na lince

Produktivita [set/prac., směnu]

1

6

24

0,25

2

6

20

0,3

+20

0,35

+16,7 (oproti stavu 2)

3

7

20

Δ [%

+40 (oproti stavu 1)

Literatura [1] BALATKA S., KUTNOHORSKÁ., O. Inženýrská statistika pro ekonomy, Praha: Vysoká škola Chemicko-Technologická v Praze, 2014. [2] DLABAČ J., Štíhlá výroba – používané metody a nástroje, Academy of Productivity and Innovations [online], [cit. 11.7.2016], API Česká Republika, Dostupné z: http://www.e-api.cz/25786n-stihla-vyroba-pouzivane-metody-a-nastroje. [3] HINES P., RICH N., BRUNT D., TAYLOR D., BUTTERWORTH, C., & SULLIVAN, J., Value stream management, The Int. Journal of Logistics Management, 1998, 9, 25–42. [4] HYRŠLOVÁ J., ŠPAČEK M., SOUČEK I., Ekonomika a řízení podniků v chemickém průmyslu (15), Manažersky efektivní řízení materiálových toků jako nástroj prosperity a tvorby konkurenční výhody, Chemagazín 5, 2013. [5] IMAI M., & HEYMANS B., Gemba kaizen. A Commonsense apporach to a continuous improvemenat strategy, Berrett-Koehler Communications, San Francisco, CA, 1999. [6] KLEČKA J., Produktivita a její měření, Ekonomika a management. 2008, 2, 16–29. [7] KOŠTURIAK J., & FROLÍK Z., Štíhlý a inovativní podnik, Praha: Alfa Publishing, 2006. [8] Lean enterprise institute. Principles of Lean [online]. [cit. 6.4.2016]. Dostupné z http://www.lean.org/WhatsLean/Principles.cfm. [9] LHOTSKÝ O., Organizace a normování práce v podniku, Praha: ASPI, 2005. [10] MAŠÍN I., & VYTLAČIL M., Cesty k vyšší produktivitě, Liberec: Institut průmyslového inženýrství, 1996.

Z tabulky 2 je patrné, že optimalizace linky přinesla úsporu 4 operátorů v jedné směně (z původního počtu 24 by po reorganizaci mělo stačit ke stejnému výkonu linky 20 operátorů). A to s tím, že při balancování linky se počítalo ještě s určitou rezervou pro možné zvýšení výkonu ze stávajících 6 setů (výrobků) za směnu na 7 setů (v závislosti na možném zvýšení požadavku zákazníka). Po detailnější analýze všech operací a odstranění všech druhů plýtvání je reálné s tímto výkonem počítat.

[11] MAYNARD H., & ZANDIN K. B., Maynard's industrial engineering handbook, McGraw-Hill Professional, 2005.

Pokud se na dosažené a plánované hodnoty podíváme prostřednictvím ukazatele produktivity práce (vztah 8), můžeme kvantifikovat, k jakým dojde změnám. Při výpočtu se vychází z předpokladu, že během každé směny se vyrobí celistvý set (tedy 17 dílů), nicméně praxe v době výpočtů ještě taková nebyla. K jejímu dosažení bude nutná ještě reorganizace informačního systému na lince. Při výpočtu produktivity byl upřednostněn medián nad průměrem. Medián dává totiž oproti průměru hodnotnější informaci o schopnostech operátora opakovaně vykonat činnost za podobnou dobu. Změny ukazatele produktivity demonstruje tabulka 4.

[14] SOUČEK I., ŠPAČEK M., RANČÁK J., Ekonomika a řízení podniků v chemickém průmyslu (27), Hodnotově řízený management v chemickém průmyslu – část 2: Oblasti tvorby hodnoty, Chemagazín 2, 2016.

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Chemanagement29.indd 57

[12] NARUSAWA T., & SHOOK J., Kaizen Express–fundamental for your lean journey, Cambridge: The Lean Enterprise Institute, 2011. [13] RANČÁK, J., STRACHOTOVÁ, D., SOUČEK, I. Ekonomika a řízení podniků v chemickém průmyslu (28) Průmyslové inženýrství – východiska, metody, nástroje a postupy, Chemagazín, 4, 2016, 35–39.

[15] ŠPAČEK M., SOUČEK I., RANČÁK, J., Ekonomika a řízení podniků v chemickém průmyslu (26), Hodnotově řízený management v chemickém průmyslu – část 1: měření tvorby hodnoty, Chemagazín 1, 2016. Dokončení na další straně

57

25. 9. 2016 16:34:39

EKONOMIKA A MANAGEMENT

[16] ŠPAČEK M., HYRŠLOVÁ J., SOUČEK I., Ekonomika a řízení podniků v chemickém průmyslu (22), Moderní nástroje řízení výkonnosti v podnicích chemického průmyslu, Chemagazín 6, 2014. [17] TAPPING D., LUYSTER T., & SHULZER T., Value Stream Management: Eight Steps to Planning, Mapping and Sustaining Lean Improvements, Journal for Healthcare Quality, 2003, 25, 47. [18] VIŠŇANSKÝ M. J. K., J., KYSEĽ M., Analýza, meranie a normovanie práce, Žilina: IPA Slovakia, 2010. [19] What is Yamazumi Chart? [online]. LeanManufacturing, Pdf.com: LeanLab, [cit. 12.4.2016]. Dostupné z http://leanmanufacturingpdf.com/yamazumi-chart/. [20] ZLOCHOVÁ M., Optimalizace výrobních buněk. Úspěch: produktivita a inovace v souvislostech, [online], [cit. 9.4.2016]. API – Akademie produktivity a inovací, s.r.o., Dostupné z: http:// www.e-api.cz/25780n-optimalizace-vyrobnich-bunek.

Abstract

INDUSTRIAL ENGINEERING APPLICATION - USE OF CONCEPT OF LEAN WORKPLACE AND STANDARDIZATION Summary: Productivity increase is the target of each company regardless of scope and content of entrepreneur activity. The methods of Industrial Engineering are widely applied in sectors were mechanical operations are dominating. Their implementation contributes into more effective resources utilization without necessity of capital investments reducing operational cost. Industrial Engineering methods are base for “lean company” concept when applying “lean manufacturing”, “lean logistics”, “lean administration”, “lean development”. The basic question is what metrics is characterizing “ leanness of the company. The assessment of appropriate method and its appropriate impact needs to be applied individually. It is observed that Industrial Engineering methods are not widely applied in Chemical Industry. Certain exception is Plastic Processing Industry where some of analyzed methods are applicable and are utilized (usually for narrow concretely defined area). The article describes application of “lean workplace” (“gemba”) and “lean standardization” optimizing production line lay-out in connection to material flow and customer requests. Key words: lean manufacturing, lean workplace, standardization, productivity, operator cycle

SKLADOVÁNÍ A MANIPULACE

STRAKONICKÁ FIRMA DENIOS SE PŘESTĚHOVALA DO NOVÉHO Společnost DENIOS si ke svému 18. výročí založení pobočky v ČR nadělila nový moderní výrobní závod, který nabízí k užití skladovací a výrobní plochu téměř 7 000 m2. Na první pohled je jeho dominantou moderní třípodlažní administrativní budova, na kterou navazují výrobní a skladovací haly. Nové prostory a modernější technologie použité v novém areálu umožní zefektivnění výrobního procesu a přinesou vyšší ochranu zdraví zaměstnanců. Zastaralé postupy a stroje byly nahrazeny novými, jako např. původní mechanickou metodu zpracování plechů v podobě hydraulických nůžek vystřídala laserová technologie. Zastaralou mokrou lakovnu nahradila moderní lakovací linka včetně lakovacího boxu na velké výrobky, jako jsou například skladovací kontejnery. Pro menší výrobky, jako jsou např. záchytné vany, byla vybudována nová prášková lakovací linka, která nabídne i mnohem vyšší užitnou hodnotu v ní lakovaných výrobků. Další velkou investicí byl nákup nového, počítačem řízeného ohraňovacího lisu.

a prodejem zařízení pro skladování a manipulaci s nebezpečnými látkami, bezpečnost práce a vybavení provozních budov. Kromě dodávek samostatných výrobků nabízí DENIOS také komplexní řešení skladování nebezpečných látek, včetně základního legislativního poradenství. Výrobní závod ve Strakonicích se zaměřuje především na výrobu záchytných van, skladovacích kontejnerů a skladovacích kontejnerů s požární odolností pro hořlavé kapaliny. Velká část produkce je vyvážena do mateřské společnosti v Německu, odkud je dále distribuována do 15 poboček po celém světě. Výrobky od DENIOSu splňují požadavky zákazníků z mnoha oblastí průmyslu a služeb a jsou konstruovány v souladu s aktuální legislativou, což je doloženo příslušnými certifikáty platnými pro celou Evropu.

Do kompletní nabídky DENIOSu také patří protipožární skříně, podlahové plošiny, regály, bezpečnostní sprchy, sorbenty, manipulační technika, čerpadla a další výrobky. Nový závod poskytne větší prostor pro stávající, ale i nové zaměstnance. Uplatnění zde postupně nalezne až 30 nových zaměstnanců. Vítáni jsou lakýrníci, skladníci, svářeči, zámečníci, manipulanti, ale i obchodníci a další profese. Oficiální slavnostní otevření nového závodu se uskutečnilo dne 19.8.2016 za účasti vedení města a zástupců mateřské společnosti DENIOS v Německu. Novou provozovnu společnosti DENIOS naleznete ve Strakonicích, v ulici Na Jelence, č.p. 1330. www.denios.cz

Obr. – Nový výrobní areál fy DENIOS ve Strakonicích

Stavba nového výrobního závodu firmy DENIOS byla zahájena v září 2015 položením základního kamene v areálu strakonické průmyslové zóny Na Jelence. Během května letošního roku byla výstavba dokončena a zkušební výrobní provoz byl spuštěn v průběhu měsíce června 2016. Společnost DENIOS s.r.o. ve Strakonicích byla založena v roce 1998 jako dceřiná společnost německé firmy DENIOS AG se sídlem v Bad Oeynhausenu, která letos oslavila své 30. narozeniny. DENIOS se zabývá výrobou

58

Chemanagement29.indd 58

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:34:40

AKTUÁLNĚ Z PRŮMYSLU

SYNTHESIA INVESTOVALA MILIARDU DO ZLEPŠENÍ KVALITY OVZDUŠÍ Společnost Synthesia úspěšně dokončila první fázi ekologizace své podnikové energetiky s celkovými náklady téměř jedné miliardy korun. Modernizací provozu dosáhne teplárna výrazného snížení emisních hodnot, a to zejména u oxidů dusíku a síry. Největší investice v novodobé historii Synthesie byla připravována od roku 2011, kdy bylo vybráno technologické řešení a zpracován harmonogram postupné realizace rekonstrukce podnikové teplárny. Cílem projektu bylo prodloužení životnosti podnikové teplárny, která zajišťuje energiemi celý průmyslový areál SemtinZone, o minimálně dalších 25 let, a to při plnění přísnějších ekologických limitů. Realizovaná rekonstrukce a modernizace současně vytvořila vhodné podmínky pro rozšíření palivové základny o ekologičtější paliva – zemní plyn a biomasu. Na realizaci první fáze projektu nazvané „Ekologizace energetického zdroje s využitím fluidního spalování a OZE“ byl uzavřen kontrakt s vítězem výběrového řízení, sdružením firem KRÁLOVOPOLSKÁ RIA, a.s. a IMOS group s.r.o. Vlastní realizace zahrnovala instalaci plynového kotle s novou plynovou přípojkou, fluidního kotle s linkou odsíření, skladovacího a dopravního systém biomasy a dále rekonstrukci obou komínů teplárny. „Instalace uvedené moderní technologie umožňuje splnit přísnější emisní limity, a tím i prodloužit provoz naší teplárny. Od investice očekáváme snížení emisních hodnot, a to o 57 % u oxidů síry, o 43 % u tuhých látek a o 40 % u oxidů dusíku. Velmi významná je také skutečnost, že plnění stanovených závazných emisních limitů se bude značnou měrou podílet na celkovém zlepšení kvality ovzduší v pardubickém regionu“, dodává Ing. Josef Liška, generální ředitel společnosti Synthesia, a.s. Rekonstrukce a modernizace technologických celků teplárny také významně zvýší bezpečnost a spolehlivost dodávek energií, a tím i podmínky pro podnikání všech stávajících i budoucích spoluuživatelů průmyslového areálu SemtinZone. Obr. – Zrekonstruovaná teplárna společnosti Synthesia

První fáze projektu byla úspěšně dokončena a je připravena k finální kolaudaci. Souběžně se již pracuje na druhé fázi projektu, která dokončí výměnu v budoucnu potřebných kotlů teplárny a zajistí plnění ekologických podmínek i po skončení přechodného období snižování emisí. Celý program bude završen rekonstrukcí turbín, předběžně plánovanou na období kolem roku 2020. www.synthesia.eu

BOREALIS ZPRACOVÁVÁ STUDII PROVEDITELNOSTI PRO NOVÝ VELKOKAPACITNÍ ZÁVOD NA DEHYDROGENACI PROPANU V BELGII Borealis, přední poskytovatel inovativních řešení v oblasti polyolefinů, základních chemikálií a hnojiv, zadal zpracování studie proveditelnosti nového závodu na dehydrogenaci propanu se světovými parametry, který by měl být umístěn v areálu stávajícího výrobního závodu v Kallo v Belgii. Obr. – Výrobní závod fy Borealis v belgickém Kallo

Studie proveditelnosti bude provedena v průběhu příštích devíti měsíců. Konečné rozhodnutí o této investici by mělo být přijato ve třetím čtvrtletí roku 2018, přičemž plánované spuštění výroby je plánováno na druhou polovinu roku 2021. Nový závod by měl mít roční výrobní kapacitu 740 kilotun, čímž by se stal jedním z největších a nejúčinnějších zařízení na světě. Umístění do stávajícího výrobního prostoru Borealisu v Kallo bylo vybráno díky své vynikající logistické poloze a zkušenostem se stávající výrobou propylenu. Borealis vybrala pro novou výrobní jednotku technologii Honeywell NVO Oleflex ™, která je široce využívána jako spolehlivé a udržitelné řešení. »»www.borealisgroup.com

NOVÁ TECHNOLOGIE VÝROBY KYSELINY DUSIČNÉ SPUŠTĚNA KBR, Inc. a její stoprocentně vlastněná dceřiná společnost Weatherly Inc. oznámila uvedení do provozu nové technologie kyseliny dusičné. Tato technologie umožňuje ekonomicky životaschopnou výrobu kyseliny dusičné ve velkém měřítku (nad 1000 tun za den), jako součást velkých výrobních komplexů pro výrobu hnojiv. Nová technologie Weatherly produkuje kyselinu dusičnou s provozními náklady, které jsou o 4–5 dolarů na tunu nižší než konkurenční technologie se stejnou kapacitou. To je možné díky efektivnějšímu využití odpadního tepla, který převádí teplo zbytkového plynu na energii, která se používá k energetickému zajištění výrobní technologie.

Ceresana, firma zabývající se průzkumem trhu, analyzovala světový trh s oxidem titaničitým již podruhé. Od výchozího materiálu ilmenitu, leukoxenu a rutilu k rafinovanému meziproduktu – titanové strusce a syntetickému rutilu až ke konečným výrobkům. Všechny tyto produkty obsahují různé množství oxidu titaničitého – v závislosti na typu produktu a zemi původu. Ilmenit byl zdaleka nejdůležitější surovinou pro výrobu oxidu titaničitého v roce 2015, ve výši více než 11,2 mil tun. Ilmenit má měnící se obsah oxidu titaničitého, mezi 38 až 60 %. Obsah v přírodním a syntetickém rutilu je mezi 93 až 96 %, a titanová struska má obsah mezi 81 až 95 %. V roce 2015 téměř 8,7 milionu tun čistého oxidu titaničitého bylo vyrobeno z těchto surovin. Více než dvě třetiny z tohoto množství bylo zpracováno na pigmenty. Pro jiné konečné produkty, jako jsou technicky čistý titan, elektrické vodiče a chemické meziprodukty, bylo použito cca 11 % z tohoto množství. Asi 28 % bylo užito pro zpracování na syntetický rutil a titanovou strusku. Surovina pro výrobu oxidu titaničitého se nachází ve velmi málo zemích, například Jižní Africe, Sieře Leone a Saúdské Arábii. Největší poptávka po oxidu titaničitém je od zpracovatelů v Asii a Tichomoří, Severní Americe a v západní Evropě. Nejdůležitějším odvětvím, které zpracuje více než 56 % TiO2, je průmysl nátěrových hmot. Dalšími aplikačními oblastmi jsou průmysl plastů, papíru a celulózy, potraviny a kosmetika. »»www.ceresana.com/en/market-studies/chemicals/titanium-dioxide/

CENA UDRŽITELNÉHO ROZVOJE SCHP ČR A HODNOCENÍ VÝSLEDKŮ RESPONSIBLE CARE 2015 Posuzování 17 žádostí o obhajobu práva užívat logo Responsible Care i žádostí o udělení Ceny udržitelného Svazu chemického průmyslu ČR (SCHP) vyvrcholilo. Hodnotitelé všechny organizace navštívili a provedli ověření výsledků samohodnocení. Celý proces vyvrcholil v Praze veřejnými obhajobami, které se uskutečnily dne 31. 8. 2016. Hodnoticí skupina doporučila představenstvu SCHP schválit udělení certifikátů Responsible Care všem 17 společnostem, které k obhajobám přistoupily, i jedenácté Ceny udržitelného rozvoje SCHP ČR Masarykově střední škole chemické Praha.

Kromě nižších výrobních nákladů jsou o více než 10 % nižší také investiční náklady než u konkurenčních návrhů. Této výhody je dosaženo kompaktní konstrukcí a díky osvědčenému vertikálnímu reaktoru, což vyžaduje méně oceli a potrubí než tradiční zařízení.

Ocenění, o jejichž udělení rozhoduje představenstvo SCHP ČR, byly slavnostně předány na tradičním Večeru s českou chemií, který se uskutečnila dne 22. 9. v Národní technickém muzeu v Praze, jehož součástí byla mimo jiné i 16. konference cyklu Odpovědné podnikání v chemii, která se uskutečnila o den později na Ministerstvu průmyslu a obchodu. Tyto a další události byly součástí Dnů chemie, které se uskutečnily ve dnech 21. až 23. září 2016.

»»www.kbr.com

»»www.schp.cz

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Servis-monitor.indd 59

CERESANA ANALYZUJE SVĚTOVÝ TRH OXIDU TITANIČITÉHO

59

25. 9. 2016 16:35:27

AKTUÁLNĚ Z PRŮMYSLU

AKTUALIZOVANÝ PRŮVODCE KDO JE KDO V BIOEKONOMICE Německý nova-Institut GmbH je jako soukromá a nezávislá instituce aktivní v oblasti výzkumu a poradenství. Od roku 2011 nova-Institut zveřejňuje Mezinárodní adresář bio podniků (iBIB), který poskytuje snadný a přímý přístup k poskytovatelům, produktům, službám a odborníkům z globální bioekonomiky. Oživení přináší tomuto průvodci nový atraktivní design, další kritéria hledání a zejména jednoduché nahrávání profilů firem neomezeně dlouho zdarma. Trh materiálů na bázi bio dosáhl v posledních letech mezinárodně významné postavení a i nadále se neustále rozšiřuje. Přibývá více globálních aktivních aktérů, rozšiřují se portfolia jejich produktů, služeb a palet s materiály na bázi bio, jako jsou bioplasty, biokompozitní materiály nebo dokonce bioorganické povrchově aktivní látky, suroviny, meziprodukty a zelená aditiva. IBIB se ukázal v praxi jako účinný nástroj, chcete-li získat přímý přístup k podrobným informacím o poskytovateli biologických materiálů a najít kontaktní osobu. Poskytuje rychlou orientaci na výsledek vyhledávání, stejně jako přehled všech profilů společností potenciálních zákazníků a klientů díky detailnímu adresáři s více než 100 vyhledávacími kritérii online databáze. V posledních pěti letech bylo staženo více než 100 000 profilů firem. Dnes zahrnuje iBIB 75 předních společností v globálním biologickém průmyslu, jako je například: Beologic NV (BE), BIO (Spojené státy), BIOTEC (FR / DE), CLIB2021 (DE), Corbion (NL), Croda GmbH (DE), DuPont (Spojené státy), Evonik Industries (DE), FKuR Kunststoff GmbH (DE), GFBiochmicals (NL), Isowood GmbH (DE), Kaneka Corporation (JP), Metabolix Inc. (USA), NatureWorks LLC (USA), Novamont S.P.A.. (IT), Peter Greven GmbH & CO. KG (DE), Polyvlies (DE), Reverdia (NL), Roquette (FR), Solvay (BE), Sonae Industria Woodforce (PT), Tecnaro (DE), UPM (FI). Očekávají se vysoké frekvence přístupu k databázi a oživení neustálého přírůstku profilů společností. Výkonná ředitelka nova-Institutu Michaela Carus doporučuje „bezkonkurenční“ nabídku: „Být součástí jedinečného a zavedeného mezinárodního adresáře pro bio podniky (iBIB), kdy jste vidět pro tisíce zákazníků v biosvětě – a zdarma!“. »»www.bio-based.eu/iBIB

REVOLUČNÍ PRODUKTY SPOLCHEMIE PRO STAVEBNÍ CHEMII V KNIHOVNĚ MATÉRIO Vzorky špičkových a unikátních výrobků pro stavební chemii pocházející z vlastního vývoje a výroby Spolku pro chemickou a hutní výrobu (SPOLCHEMIE) si mohou nyní zájemci prohlédnout a prostudovat v mezinárodní knihovně materiálu matériO v Praze, Paříži i v Bruselu. Databáze a vzorkovna matériO Prague obsahuje tisíce specifických a inovativních

60

Servis-monitor.indd 60

materiálů a technologií, které ke své práci využívají architekti, designéři, stavitelé, ale i studenti. Mají díky tomu přehled o nejnovějších trendech i výrobcích využívaných ve stavebnictví, nábytkářství, ale i celé řadě dalších oborů. SPOLCHEMIE do databáze zařadila podlahovinu Epostyl® Granit z litého epoxidu s plnivem – tento materiál je vysoce dekorativní licí epoxidová podlahovina s designem mramoru dostupná v různých barvách. Druhým produktem je kamenný koberec CHS-EPODUR® STONE, což je epoxidová nízko viskózní pryskyřice k přípravě oblázkových povrchů, které jsou vhodné jako finální úprava povrchu v exteriéru i interiéru a k renovaci nebo konečné povrchové úpravě okolí domů, bazénů a jiných pochůzných ploch, kde je důležitý estetický vzhled. Obr. – Vzorník produktů společnosti SPOLCHEMIE

ních podniků. To vše vyžaduje školený personál a jiné zdroje v ECHA, členských státech a v průmyslu. Rovněž bude nutný další vládní výzkum usnadňující inovace, partnerství veřejného a soukromého sektoru, podrobnější pokyny a technická podpora. Tyto investice je třeba doplnit posílením příslušných orgánů a spolupráci se zainteresovanými stranami o substituci a rozvoj sítě odborníků, které mohou podporovat průmysl a úřady. Zpráva vychází také ze zkušeností Toxikologického institutu při Univerzitě v Lowellu při snižování používání pesticidů a z cíleného průzkumu mezi členskými státy, zástupci průmyslu a konzultanty. Jedním z aspektů, kde se Evropa může poučit z USA, je to, že tlak na náhradu nebezpečných chemických látek pochází v USA více od dodavatelských řetězců, kde hraje klíčovou roli maloobchod. V Evropě se předpisy jeví jako důležitější. Zlepšená spolupráce jednotlivých odvětví a dodavatelských řetězců by mohla urychlit náhradu nebezpečných látek v Evropě ještě předtím, než budou přijata regulační opatření. »»echa.europa.eu

„Naše špičkové epoxidové podlahoviny jsou na českém trhu již tradičním produktem: setkáte se s nimi v mnoha průmyslových i komerčních objektech a v poslední době také v privátní výstavbě, především v podobě kamínkových koberců. Jsme schopni nabídnout řešení jak z konvenční pryskyřice, tak také systém ze „zelené“ pryskyřice, vyrobené z biologických materiálů vzniklých jako odpad při výrobě bionafty. Naše „zelená“ CHS-EPOXY® G je jako první epoxidová pryskyřice certifikována v environmentálním systému EPD.“ připomněl konkurenční výhodu produktů SPOLCHEMIE manažer pro rozvoj Tomáš Loubal. »»www.spolchemie.cz

REACH JE DOMINANTNÍ HNACÍ SILOU PRO NÁHRADU NEBEZPEČNÝCH LÁTEK Předpisy jsou hnací silou v průmyslu při náhradě nebezpečných chemikálií. Je to výsledek studie zpracované Joelem Ticknerem a Molly Jacobsovou z Centra pro udržitelnou produkci Univerzity v Lowellu (Massachusetts, USA). Studie, kterou zadala Evropská chemická agentura (ECHA) uvádí, že největší překážky jsou personální omezení a omezení jiných zdrojů se zaměřením na substituci produktů, nevědomosti o bezpečnějších alternativách a omezení informací v dodavatelských řetězcích. Nařízení REACH a další politika Evropské unie spolu s tržní silou vytvořily silnou hnací sílu na to, aby se zabránilo používání velmi nebezpečných látek v EU. Pro urychlení identifikace velmi nebezpečné látky a její náhradu bezpečnější alternativou doporučuje zpráva zlepšit analýzy bezpečnějších alternativ a vzdělávání v oblasti substituce, stejně jako stimulovat spolupráci v rámci dodavatelských řetězců ve prospěch zejména malých a střed-

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:35:28

VELETRHY A KONFERENCE

MEZINÁRODNÍ KONFERENCE PERMEA & MELPRO 2016 BYLA JEDNOZNAČNÝM ÚSPĚCHEM Konference PERMEA je průřezovou konferencí o membránových technologiích pořádanou v zemích Visegradské čtyřky. V letošním roce se uskutečnila v Praze v hotelu Pyramida a jejím organizátorem byla Česká membránová platforma ve spolupráci s agenturou AMCA. Paralelně s konferencí PERMEA 2016 proběhl i třetí ročník konference MELPRO – membránové a elektromembránové procesy. Ukázalo se, že to byla šťastná volba, díky které se sešli na jednom místě odborníci ze všech oblastí membránových technologií. Konference se zúčastnilo více než 250 účastníků – vědců, výzkumníků a podnikatelů ze 33 zemí celého světa, kteří se v průběhu konference dělili o své poznatky a zkušenosti. Celkem bylo představeno 243 příspěvků, 94 přednášek a 149 posterových prezentací. Na konferenci vystoupili špičkoví odborníci oboru membránových technologií z celého světa. Byla to zejména zásluha předsednictva

3.–7.10.2016 Výstaviště Brno

MSV 2016 / PLASTEX 2016 a doprovodný program Hlavním tématem letošního Mezinárodního strojírenského veletrhu je průmyslová automatizace, prezentace měřicí, řídicí, automatizační a regulační techniky zahrnující všechny obory veletrhu. Obor elektronika, automatizace a měřicí technika je po obráběcí technice a materiálech a komponentech ve strojírenství třetím nejobsazenějším specializovaným celkem MSV. Rovněž i doprovodný Mezinárodní veletrh plastů, pryže a kompozitů PLASTEX očekává velký počet vystavovatelů, kteří jsou vedle tradiční haly G1 umísťováni také do sousední haly G2. Po delší době se představí společnosti RADKA a PARAMO. Nováčků je přihlášeno již třicet, vedle domácích to budou rovněž noví vystavovatelé z Rakouska, Německa, Dánska, Maďarska, Itálie, Portugalska, Polska a Slovenska. Z bohatého doprovodného programu veletrhu vybíráme: • Seminář pro zkušební a kalibrační laboratoře k revizi normy ISO/IEC 17025, středa 5.10., 9,30–15,00 hod., Kongresové centrum, sál A – ISO/IEC 17025 – zásadní změny v revidované verzi normy; ISO/IEC 17025 – využití metod analýzy rizik v laboratoři; požadavky na zkoušení způsobilosti v laboratořích; ISO/IEC 17025 – procesní řízení ve zkušební laboratoři; ISO/IEC 17025 – přístup ČIA k přeposouzení zkušebních a kalibračních laboratoří. • Změny v normách EN ISO 388 a EN ISO 374, středa 5.10., 13–14 hod., Pavilon P, sál P2 – Představení změn, které nově platí u norem na mechanická rizika (EN ISO

60

Veletrhy-konference.indd 60

Obr. – Konference PERMEA 2016 v pražském hotelu PYRAMIDA

konference v čele s profesorem Enricem Driolim z Itálie, generálním ředitelem skupiny MEGA Ing. Lubošem Novákem, CSc. a profesorem Ing. Petrem Mikuláškem, CSc. z Univerzity Pardubice. Kromě odborného programu byl připraven i kvalitní společenský program – úvodní gala-

388) a chemická rizika (EN ISO 374). Tyto změny vstoupily v platnost od 1.7.2016, resp. 1.9.2016. I: www.msv.cz 17.–19.10.2016 Hotel Continental, Brno

CECE 2016; 13. ročník mezinárodní konference o bioanalýze Konference CECE je od roku 2004 každoročně pořádaná pracovníky Ústavu analytické chemie Akademie věd ČR, v. v. i. Z původně jednodenního přednáškového odpoledne věnovaného oblasti kapilárních elektromigračních metod za účasti několika mezinárodních odborníků, se stala pravidelná třídenní konference věnovaná moderním bioanalytickým metodám za účasti předních světových odborníků. Účastníci se tak mohou seznámit s nejnovějšími trendy a vývojem v oblasti bioanalýzy. Jeden den konference je věnován přednáškám mladých vědeckých pracovníků (studenti, doktorandi, postdoktorandi) a každý den probíhá také klasická posterová sekce, kde mohou presentovat své výsledky všichni vědečtí pracovníci. Velmi oblíbený je konferenční galavečer s tradiční moravskou cimbálovou muzikou. Pořádá: Ústav analytické chemie AV ČR, v. v. i. I: www.ce-ce.org 18.–20.10.2016 Kijev, EXPO Plaza

International Exhibition LAB ComplEX Největší ukrajinská výstava o analytice, vybavení a technice pro laboratoře, biotechnologiích a Hi-Tech představí nejmodernější vybavení, přístroje, nábytek a služby a především rozsáhlé portfolio dodavatelů z Ukrajiny i zahraničí. Cílem výstavy je poskytnout přehled o možnostech výzkumu, výměna

večeře s lidovou muzikou a ochutnávkou vín. Velké pozornosti se těšila i prohlídka Prahy zakončená projížďkou parníkem po Vltavě. Na závěr konference využila řada účastníků možnosti exkurze do Membránového inovačního centra ve Stráži pod Ralskem, nebo do muzea společnosti Škoda Auto v Mladé Boleslavi. Nejbližší připravované akce České membránové platformy jsou konference MEMPUR 2017 – membránové procesy pro udržitelný rozvoj, která se bude konat 29.5. – 1.6.2017 v Pardubicích a mezinárodní konference MELPRO 2018, která se opět zaměří na elektromembránové procesy a proběhne ve dnech 13.–16.5.2018 v Praze. Příští konference PERMEA se bude konat v roce 2019 a její organizace se ujalo Maďarsko. Ing. Jan BARTOŇ, CSc., Česká membránová platforma, z.s., [email protected]

zkušeností a seznámení s předními odborníky z oboru. Vystavovatelé jsou přední výrobci a dodavatelé laboratorních přístrojů a techniky z Ukrajiny a zahraničí. Návštěvníci pocházejí ze širokého spektra laboratoří kontroly kvality, státních a výzkumných organizací a zdravotnických klinických laboratoří a průmyslu. Během výstavy bude organizována řada tematicky zaměřených konferencí seminářů a prezentací, např.: • Days of food industry and agricultural sector • Days of pharmaceutical industry • Days of veterinary medicine • Days of laboratory medicine

Chemm

F K

Vstup je volný po předchozí registraci. I: www.labcomplex.com 7.–8.11.2016 hotel Jezerka, Seč u Chrudimi

IX. Konference pigmenty a pojiva

Odborná událost zaměřená na aplikovaný výzkum a vývoj v oblasti pigmentů, pojiv a specialit pro povrchové úpravy a výrobu nátěrových hmot. Seznam přednášek (potvrzených k 21.9.2016): • Hrdina R.: Nové povrchově aktivní látky a sekvestranty založené na asparagové kyselině s antikorozními vlastnostmi. • Machotová J.: GPC-MALS vs. A4F-MALS: stanovení molekulové hmotnosti samosíťujících akrylátových pojiv na bázi emulzních kopolymerů. • Bandžuch J.: Hansenovy parametry rozpustnosti. • Mindoš L.: Znehodnocení povrchové úpravy práškovou barvou na galvanicky zinkované oceli vlivem nanovodíkování oceli.

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

25. 9. 2016 16:36:06

“ j a o N n T

M S F

V

VELETRHY A KONFERENCE

• Baudys M., Krýsa J.: Metody stanovení fotokatalytické účinnosti různých typů povrchů. • Brůna P.: Sikativa pro nátěrové hmoty. • Čáp V.: Předpisy pro výrobce NH. • Cornick M.: Současné klíčové výzvy výrobců 2K polyurethanových nátěrů na kov (a jejich možná řešení pomocí moderních polyisokyanátových technologií). • Mudroňová K.: Molekulární spektroskopie pro analýzu pigmentů. • Pikal P., Mikulík P.: Návrh na harmonizovanou klasifikaci TiO2 ve světle reálných rizik. • Izák J.: Budoucnost organických pigmentů ze sortimentu Synthesie a.s. s ohledem na legislativu EU. • Kumm R., Zouhar D.: IČ reflektivní komplexní anorganické pigmenty Tomatec • Košťál M.: Povrchové úpravy vozidel • Žouželka R.: Environmentální možnosti využití FN nátěrů při snižování množství imisních látek v ovzduší. • Resch P.: Vliv technologie mletí na vlastnosti pigmentů. • Novák I.: Antibakteriálne modifikácie polyolefínov účinkom nízkoteplotnej plazmy. • Florián Š.: Štúdium vlastností špeciálnych adhezív. • Kohl M.: Vliv tvaru zinkových částic na mechanické a korozní vlastnosti organických povlaků obsahujících vodivý polymer.

• Nechvílová K.: Antikorozní vlastnosti křemičitowolframové a fosfowolframové heteropolykyseliny v nátěrových filmech. • Hájková T.: Antikorozní pigmenty na bázi perovskitů s povrchovou úpravou vodivými polymery. Seznam poster prezentací (k 21.9.2016): • Antošová B.: Ochranné povlaky na bázi alkalických silikátů. • Machotová J.: Samosíťující latexy obsahující retardér hoření. Aktuální seznam přednášek a program konference je dostupný na web stránkách. Hlavním sponzorem konference je společnost Synthesia a.s., partnerem jsou společnosti Nicolet CZ s.r.o. a RADKA s.r.o. Očekávají se prezentace dalších téměř dvou desítek firem. Konferenci organizuje CHEMAGAZÍN ve spolupráci s Ústavem chemie a technologie makromolekulárních látek Fakulty chemicko-technologické Univerzity Pardubice. Pořádá: CHEMAGAZÍN s.r.o. ve spolupráci s ÚChML, FCHT, Univerzity Pardubice I: www.pigmentyapojiva.cz 29.–30.11.2016 Berlín

álních informací o bioplastických materiálech a jejich konverzi, pokroky v oblasti normalizace a označování surovin na bázi bio, řešení konců životních cyklů bioplastů a jejich perspektivní značky. I: www.european-bioplastics.org 10.–11.5.2017 Maternushaus, Köln (D)

The 10 th International Conference on Bio-based Materials Cílem konference je představit mezinárodní hlavní hráče z oboru bio-surovin, polymerů a biotechnologického průmyslu a příležitost prezentovat a diskutovat o jejich nejnovějším vývoji a strategii. I: www.bio-based-conference.com 29.5–1.6.2017 Pardubice

MEMPUR 2017 Tradiční konference o nejnovějším českém membránovém výzkumu a jeho aplikacích. Pořádá: Česká membránová platforma E: [email protected] I: www.czempo.cz 26.–28.9.2017 NEC Birmingham

The 11 European Bioplastics Conference

Interplas UK 2017

Letošním hlavním tématem této konference je významný pokrok v „přehodnocení plastů“ ve smyslu udržitelné a efektivní produkce. Agenda dále zahrnuje široké spektrum aktu-

I: www.interplasuk.com

th

Interplas je největší britskou plastikářskou výstavou zahrnující výrobu, technologie a služby v oboru.

Chemmagazin_2016.qxp_Layout 1 06.02.16 15:20 Seite 1

FILTECH 2016 Koelnmesse · 11.-13. říjen 2016

FILTECH 11.-13. říjen 2016 Cologne – Germany The Filtration Event

www.Filtech.de

“FILTECH je pro nás zásadní akce, kde se na jednom místě setkáváme s našimi zákazníky a získáváme nejnovější informace o vývoji v oblasti filtrace. Navíc na žádné jiné akci jsme nezískali tolik nových zákazníků, jako na výstavě FILTECH. Těšíme se na setkání v Kolíně nad Rýnem!” Michal Vaníček Sales Manager EMEA, Elmarco s.r.o. FILTECH 2016: Hall 11.1 Stand D24

Čistá řešení pro chemický průmysl

CHEMAGAZÍN • Číslo 5 • Ročník XXVI (2016)

Volné vstupenky pro čtenáře časopisu CHEMAGAZÍN: filtech.de/ticket.jsp Veletrhy-konference.indd 61

61

Kód: Chemagazin 25. 9. 2016 16:36:06

IX. Konference PIGMENTY A POJIVA Pigmenty – Pojiva – Speciální materiály 7.–8. listopad 2016 Kongres hotel JEZERKA***, Seč u Chrudimi Konference zaměřená na aplikovaný výzkum z oblasti pigmentů, pojiv a specialit pro povrchové úpravy materiálů pomocí organických povlaků a nátěrových hmot. Je platformou k setkání zástupců výrobních firem, výzkumu a vývoje, univerzitní sféry a obchodních společností.

Hlavní sponzor

Uzávěrka zařazení přednášek do programu konference je 31.7.2016. TÉMATA KONFERENCE PIGMENTY – VÝROBA, VLASTNOSTI A APLIKACE • Pigmenty – bílé a barevné (organické / anorganické) • Antikorozní pigmenty • Aplikace pigmentů – stavebnictví, nátěrové hmoty, plasty a kaučuky

Partneři

POJIVA – VLASTNOSTI A APLIKACE • Anorganická pojiva – křemičitá, hlinito-křemičitá a fosforečná pojiva pro keramiku, stavebnictví, vysokoteplotní nátěry, slévárenské směsi, speciální pojiva pro stavebnictví • Organická pojiva – pro nátěrové hmoty a stavebnictví • Aditiva – přísady a příměsi pro stavební chemii, nátěrové hmoty a plasty • Aplikace pojiv – stavebnictví, nátěrové hmoty, slévárenství, výroba plastů SPECIÁLNÍ MATERIÁLY / LEGISLATIVA • Kovové nanomateriály (NM) – Fe, Ag, Au atd. • Uhlíkové NM – nanotrubičky, fullereny, saze, nanodiamanty • Organické NM – nanovlákna, dendrimery, polystyren • Oxidy kovů – TiO2, SiO2, Al2O3, ZnO, ZrO2 • Anorganické NM – anorganická vlákna, jíly, zeolity, silikáty • Aplikace nanomateriálů • Smart coatings • Legislativa a ochrana životního prostředí

Organizátoři

Organizuje CHEMAGAZÍN ve spolupráci s Ústavem chemie a technologie makromolekulárních látek, Fakulty chemicko-technologické, Univerzity Pardubice Kontakt – vědecký výbor: Dr.Ing. Petr ANTOŠ, Ph.D., CHEMAGAZÍN s.r.o., [email protected], T: 725 500 826 Prof. Ing. Andréa KALENDOVÁ, Ph.D., Univerzita Pardubice, FCHT, ÚCHTML, T: 728 994 274, [email protected] Kontakt – organizátor: Tomáš Rotrekl, CHEMAGAZÍN s.r.o., T: 603 211 803, [email protected]

www.pigmentyapojiva.cz Leták2016_v6.indd 1

25. 9. 2016 14:47:05

10. mezinárodní veletrh obráběcích a tvářecích strojů

58. mezinárodní strojírenský veletrh

MSV 2016

IMT 2016

Čína – partnerská země MSV 2016

MSV 2016

Zaregistrujte se před svou návštěvou veletrhu, ušetříte čas i peníze! www.bvv.cz/msv

3.–7. 10. 2016 Brno – Výstaviště