New applications and evaluation of the potential of microscale thermophoresis technique on-line connected with capillary electrophoresis (CE-MST)

CE-MST to nowatorska technika pomiarowa, która opiera się na sprzężeniu dwóch metod analitycznych: elektroforezy kapilarnej (CE) oraz mikroskalowej termoforezy (MST). W niniejszej pracy wykorzystano aparat MST, komercyjny instrument CE oraz sprzężony aparat MST z przenośnym aparatem do CE do poszukiwania nowych zastosowań oraz nowych układów modelowych do rozwijania techniki CE-MST. Po raz pierwszy w historii przeprowadzono eksperyment monitorowania przebiegu reakcji zachodzącej w cienkich kapilarach za pomocą aparatu MST. Wykazano, że z powodzeniem można wykonywać takie analizy, zarówno w układach klasycznych (reakcja zachodzi w probówce), jak również w układach zminiaturyzowanych, w których reakcja przebiega w kapilarze MST lub CE. Do dalszego rozwijania techniki CE-MST można wykorzystać układy bazujące na powinowactwie ligand – białko (np. oddziaływania surowiczej albuminy wołowej (BSA) z ibuprofenem, warafryną lub 3-hydoksykumaryną) lub kompleksy cyklodekstryn z wybranymi kwasami organicznymi. Sprzężony układ CE-MST ma wysoki potencjał do wykorzystania w przyszłości w szerszej skali, ponieważ pomiary z użyciem tej techniki były zgodne z pewnymi zasadami Zielonej oraz Białej Chemii Analitycznej. Poza dobrą wydajnością analityczną, przeprowadzone eksperymenty cechowały się ekonomicznością (mała zużywalność energii elektrycznej oraz niższe koszty aparatury), dzięki zastąpieniu klasycznego aparatu CE, jego małym i przenośnym odpowiednikiem oraz zminimalizowanym zużyciem próbki dzięki zastosowaniu kapilar CE. Jednak należy dodać, że technika ta wymaga dalszego rozwijania i optymalizacji procedur przeprowadzonych eksperymentów, ze względu na szerokie przedziały ufności w wynikach z analizy powinowactwa białko – ligand.

CE-MST is an innovative measurement technique that combines two analytical methods: capillary electrophoresis (CE) and microscale thermophoresis (MST). In this thesis, the MST instrument, commercial CE system and coupled MST instrument with portable CE system was used to search for new applications and new model systems to develop CE-MST technique. For the first time in history, an experiment was conducted to monitor the progress of the reaction taking place in thin capillaries using the MST instrument. It was shown that such analyses can be successfully performed in both classical systems (where the reaction takes place in a test tube) and miniaturized systems, where the reaction takes place in the MST or CE capillary. To further develop the CE-MST technique, systems based on ligand-protein affinity (e.g. the interaction of bovine serum albumin (BSA) with ibuprofen, warfarin, or 3-hydroxycoumarin) or cyclodextrin complexes with selected organic acids can be used. The coupled CE-MST system has high potential for future use on a larger scale, as measurements using this technique were consistent with the principles of Green and White Analytical Chemistry. In addition to good analytical performance, it was characterized by cost-effectiveness (low electricity consumption and lower equipment costs) by replacing the classical CE apparatus with its small and portable counterpart and minimizing sample consumption by using the MST or CE capillary. However, it should be noted that this technique requires further development and optimization of the procedures for the performed experiments, as the obtained results of the protein-ligand affinity are characterized by wide confidence intervals.