Hydrodynamic Chirality: A novel method for chiral separation and analysis

流体动力学手性:一种手性分离和分析的新方法

基本信息

  • 批准号:
    8445275
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 56.56万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-01-01 至 2014-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): In this SBIR Fast Track we focus on a novel chiral chemistry process technology that enables baseline separation, identification of absolute stereochemistry and purity analysis, all in one instrument and within minutes. The technology offers significant cost and time savings in chiral chemistry processing through inexpensive components and predictive software. Briefly, when placed in a capillary and exposed to a Rotating Electric Field (REF), left and right-handed chiral molecules rotate with the field and act as nanoscale propellers with respect to their solvent. Due to their opposite handedness, they propel along the axis of field rotation in opposite directions, enabling both isolation and analysis, including absolute configuration determination. Current techniques for chiral analysis and isolation such as high pressure liquid chromatography, x-ray crystallography and vibrational circular dichromism are frequently time consuming, expensive, low fidelity and are generally hindrances to the widespread study of chiral chemistry. This proposed new technique, relying on hydrodynamic chirality and principles of physics, promises to enable the creation of an easy-to-use, order of magnitude less expensive, benchtop instrument for chiral analysis and isolation. With more researchers, companies and universities able to afford chiral analysis and isolation, the pace of chiral drug study, discovery and commercialization is bound to increase. The FDA, due to the generally proven benefits of single enanatiomer compounds, mandates that most new drugs be enantiospecific, increasing the need for new chiral separation and analysis techniques. In Phase I, the Specific Aims are to 1) Design and build a robust and reliable REF separation chamber operating at up to 300MHz and 100V p-p; 2) Demonstrate quantitatively, 99% pure enantiomeric separation and high fidelity absolute configuration determination of at least two chiral molecules in both polar and nonpolar solvents; and 3) Investigate design parameter tradeoffs including voltage and frequency dependence and throughput up to gram per day scale. We will use rotating electric fields, microfluidics and chiral detection to achieve chiral analysis and isolation. Once the technique is proven in Phase I, for Phase II the Specific Aims 1) Design & build a board- level-integrated separation assembly; 2) Design a disposable separation chamber with cost of goods less than $10 at analytical scale; 3) Develop and integrate predictive software with high fidelity and ease-of-use for non-experts; 4) Demonstrate broad applicability for at least 100 chiral molecules in polar and nonpolar solvents; and 5) Demonstrate baseline separation at milligram scale. In addition to Phase I methods, we will use ab initio, molecular mechanics and molecular dynamics simulations to determine propulsion direction and velocity.
描述(由申请人提供):在此SBIR快速轨道中,我们专注于一种新型的手性化学过程技术,该过程能够在一个仪器和几分钟之内实现基线分离,绝对立体化学和纯度分析的识别和纯度分析。该技术通过廉价的组件和预测软件可在手性化学处理中节省大量成本和时间。简而言之,当放置在毛细管中并暴露于旋转电场(REF)时,左右手性手性分子与该场旋转,并在其溶剂方面充当纳米级螺旋桨。由于其相反的手,它们沿相反方向沿场旋转轴推动,从而实现了隔离和分析,包括绝对构型的确定。当前用于手性分析和隔离的技术,例如高压液相色谱,X射线晶体学和振动圆形二分法,通常很耗时,昂贵,富裕性低,并且通常是对手掌化学的广泛研究的障碍。这项提出的新技术依赖于流体动力学和物理学原理,有望创建一种易于使用的,便宜的数量级,便宜的台式工具,用于手性分析和隔离。随着更多的研究人员,公司和大学能够负担性分析和隔离,手性药物研究,发现和商业化的速度必将增加。 FDA由于单个ENANATIOMER化合物的普遍良好益处,因此要求大多数新药是对晶体特异性药物的,因此增加了对新手性分离和分析技术的需求。 在第一阶段,具体目的是1)设计并建立一个可靠的可靠的参考分离室,最高为300MHz和100V p-p; 2)定量证明,在极性和非极性溶剂中,至少两个手性分子的确定了99%的纯对映体分离和高保真度绝对构型的测定; 3)研究设计参数权衡,包括电压和频率依赖性以及每日尺度的吞吐量最高。我们将使用旋转电场,微流体和手性检测来实现手性分析和分离。一旦在第一阶段证明了该技术后,对于第二阶段,具体目的1)设计和建立董事会级别集成的分离组件; 2)设计一个一次性分离室,商品成本低于分析规模10美元; 3)开发和整合具有高忠诚度和易用性的预测软件; 4)在极性和非极性溶剂中表现出至少100个手性分子的广泛适用性; 5)显示以毫克尺度的基线分离。除了第一阶段方法外,我们还将使用Ab的从头算,分子力学和分子动力学模拟来确定推进方向和速度。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A molecular propeller effect for chiral separation and analysis.
  • DOI:
    10.1038/ncomms8868
  • 发表时间:
    2015-07-28
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Clemens JB;Kibar O;Chachisvilis M
  • 通讯作者:
    Chachisvilis M
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