色谱仪的第三次浪潮

在 2015 年全球分析检测仪器盛会 Pittcon 2015 上，岛津制作所的 Nexera UC荣获了——Pittcon Editors' Awards。
这款基于超临界流体技术的分析设备，具备改写行业分析标准的潜力，我们记录了它背后的研发历程。

令人惊叹的分析速度

“这就是 SFC 吗？真厉害！”
2014 年春天，负责这款计划次年上市的超临界流体色谱仪（SFC）应用软件开发的负责人，目不转睛地盯着屏幕。
“真是难以置信”
该产品在制药领域反响尤为强烈。传统色谱难以分离的光学异构体※1，SFC 可实现完美分离。1960 年代，因药物中光学异构体引发的致畸药害曾成为重大社会问题，其中一种结构具有强毒性。如今，有毒组分必须被精准分离去除。由于LC 分离耗时极长，行业一直期待更高效的技术方案。而大量含光学异构体的药物原料，也必须依靠 SFC 才能有效分离。

※1…光学异构体：组分相同、立体结构呈左右手镜像对称的物质。理化性质高度相近，常规方法极难分离。野依良治教授因开发高选择性合成单一异构体的实用方法，荣获 2001 年诺贝尔化学奖。

一次意外的合作邀约

岩田庸助
分析测试事业部生命科学事业综合管理部LC BU装置开发小组 副组长

2011 年春天，LC BU 装置开发小组副组长岩田庸助接待了到访岛津总部的大阪大学马场健史副教授，并收到一份意外的合作提议，一时有些不知所措。
“我有一项非常独特的技术，希望和贵司合作，共同开发一套 SFC 分析系统。”
马场副教授是 SFC研究的第一人，他提出的核心技术，是将超临界流体色谱（SFC） 与超临界流体萃取（SFE） 相结合。SFE 是利用超临界流体※2直接从固体样品中萃取目标组分的技术。传统分析中，样品上机前的前处理流程复杂、耗时久、难以自动化，而 SFE 可大幅简化前处理，且与同用超临界流体的 SFC 天然适配。宫崎县综合农业试验中心的安藤孝部长，已将该技术用于食品残留农药与功能性成分分析，但当时全球尚未出现将 SFE + SFC + 质谱仪（MS） 串联的在线一体化分析系统。如果能实现在线化，可避免样品在设备间转移时接触空气，防止氧化导致组分改变，从根本上解决传统前处理的痛点。这正是马场副教授长期追求的理想系统。同时，神户大学医学部吉田优副教授致力于微量血液疾病标志物研究，也迫切需要这套系统加速科研进程。

※2…超临界流体：超过物质固有临界温度与压力点后，气液无法共存的特殊流体状态，兼具气体低粘度、高扩散性与液体高溶解能力

“先封堵再释放” 的创新阀门

舟田康裕
分析测试事业部生命科学事业综合管理部LC BU装置开发小组 副组长

马场副教授的合作邀约，为岛津打开了进入 SFC 领域的重要契机。
岛津全力投入研发，但过程并非一帆风顺，最大难题是压力控制阀。SFC 中，超临界流体分离腔的微小压力波动都会直接影响分离效果。控制阀的稳定运行是分析精度的核心，然而，阀门出口因减压会导致溶解在超临界流体中的样品组分结晶析出，堵塞出口，引发压力不稳。这是 SFC 长期存在的行业痛点。“实验时间和排障时间几乎一样长。”学生时代就研究超临界流体的舟田康裕，回忆起当时的研发困境如是说。
传统针阀不仅体积大、易造成压力波动，结构上还极易因组分析出堵塞。团队急需一款小体积、全新结构的专用阀，岩田曾咨询海外多家阀门厂商，均表示无法制造。
“既然如此，我们就自己研发！”
岩田向岛津基础技术研究所提出阀门委托开发，任务交给了当时入职仅三年的后藤洋臣。
要保证数据准确、设备稳定，必须研发不易堵塞、体积小、压力控制平稳的专用阀。后藤团队绘制了大量设计方案。
“我们评估了多种方案，认为球阀可行性最高。该结构曾用于 LC 逆止阀，开发周期应该可控。”

后藤洋臣
基础技术研究所新事业开发室新事业开发小组

在多次研讨后，后藤向岩田提出这一思路。
岩田的回应出乎意料：
“这个方案不错，但我们之前讨论的那款方案呢？即便耗时更长，我也希望你们挑战一下。”
“之前讨论的那款”，指的是隔膜阀。它采用 “夹持管路、先封堵再释放” 的极简结构，无论加压与否，都不会产生多余容积。这一灵感来自后藤在医院陪护女儿时，看到的输液管流量调节器，先堵住再释放——这种极简结构，正是 SFC 所需的理想阀门。虽然研发风险高，但一旦成功，将实现颠覆性突破。
2012 年 1 月，研发接近完成时，团队带着两款阀门前往大阪大学测试。结果显示：球阀已显著降低压力波动，而隔膜阀表现更为出色，压力波动降至传统产品的 1/10。
“没想到仅用一年就做出这么优秀的产品！” 马场副教授难掩喜悦。
核心阀门研发成功后，项目获得更强力支持。SFC开发项目被纳入日本科学技术振兴机构（JST）“尖端测量分析技术与仪器开发计划”，研发进度大幅加快。2013 年，首台样机完成。历经含 SFE 在内的一体化系统开发后，2014 年，接近量产状态的样机顺利问世，在后续试运行中，设备展现出压倒性性能，令所有研发人员惊叹不已。

让分析更简单的全新系统

富田真巳
分析测试事业部生命科学事业综合管理部 LC BU长

2015 年 1 月 27 日，JST、大阪大学、神户大学、宫崎县相关机构与岛津制作所联合发布 Nexera UC—— 一套融合 SFE 与 SFC 技术的超临界流体在线分析系统。传统 LC 分析残留农药，前处理需 15 个步骤，而采用快速溶解萃取的 SFE 系统，仅需 4 步即可完成。
“大量客户都被繁琐的前处理困扰，这套方案备受期待。许多从未使用过岛津 LC 产品的用户也主动咨询。我们能推出竞品不具备的创新产品，真正为用户业务带来改变，这是最让我们欣慰的事。”（富田部长）
这项技术，有望从根本上改变行业对分析检测的传统认知。

Nexera UC—— 依托超临界流体技术，重新定义分析标准

注：本文所登载被采访者所属部门、职务均为采访当时信息