연구 및 산업 분야에서 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 작업에 기존의 입자 분리 컬럼을 사용하는 경우 최대 1,400 bar의 고압을 필요로 합니다. 하지만 하나의 연속적인 조각으로 만들고 비교적 낮은 배압으로 높은 수준의 빠른 분리 성능을 제공하는 Supelco^® 포트폴리오의 특수 Chromolith^® 컬럼을 사용하는 경우 이러한 고압은 필요하지 않습니다. 이들 컬럼은 독일 다름슈타트에서 독점적으로 제조됩니다.

꿀의 잔류 살충제, 오렌지 주스의 인공 착색제의 처리 또는 약물의 순도 관리 등 크로마토그래피 분리법은 여러 연구 및 산업 분야에 필수적입니다. 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)는 가장 자주 사용되는 분석법입니다.

무엇이 HPLC를 특별하게 만드나요? 분리 물질 내 극미세입자가 높은 분리 성능을 보장합니다. 고정상으로 알려진 분리 물질이 미세할수록 분리 성능이 더 우수합니다. 미세한 물질이란 입자 사이의 공간이 더 작다는 것을 의미하기 때문에 이 부분이 정확히 극복해야 할 부분이며, 이로 인해 분석 대상 물질 분리를 위한 “이동상”에서 발생되는 압력이 증가하게 됩니다.

{Hcompany} 생명 공학 사업부문의 Supelco^® 포트폴리오의 해당 부문 담당 PM인 Petra Lewits은 “300 bar 이상의 압력은 매우 작은 입자를 사용한 신속한 고성능 분리에서 쉽게 발생됩니다”라고 설명합니다. “최대 1,400 bar까지 가능하지만, 한계에 도달하는 시점에 지속적이고 매우 높은 압력이 전체 시스템에 부담을 주기 때문입니다. 작은 입자의 컬럼은 비교적 빨리 막힙니다. 이는 컬럼의 수명과 분석 비용에 상당히 부정적인 영향을 미칩니다”라고 Lewits은 말합니다.

그렇지만 이러한 한계를 극복할 수 있는 해결책이 있습니다. 더 미세한 고정상 컬럼을 사용하는 대신 하나의 연속적인 조각으로 만들어진 분리 컬럼인 모노리스를 사용할 수 있습니다. 1990년대에 최초 모델이 출시되었을 때 분리 성능은 여전히 매우 낮았지만, 일본인 연구원인 Kazuki Nakanishi가 실리카겔로 모노리스를 제조하는 데 성공하면서 상황이 바뀌었습니다. 그러나 제품을 출시하기에는 화학적 전문지식이 충분하지 않아 업계의 지원이 필요했습니다. 당시 Merck의 R&D 분야에서 새로운 크로마토그래피 물질을 연구하고 있던 Karin Cabrera가 그러한 상황을 알게 되었으며, 화학분야 박사학위를 가지고 있던 Cabrera는 제품의 큰 잠재력을 인지하고 교토대의 동료들에게 연락을 취했습니다.

실리카겔 형성 이면의 화학 작용은 그리 큰 비밀이 아니었습니다. 하나의 연속된 조각으로부터 분리 컬럼을 제조하는 요건은 해당 공정을 기존의 공정과 차별화합니다. 모노리스는 특별히 준비된 겔화 튜브에서 형성되어 원하는 원통 모양을 생성합니다. 다른 겔화 튜브는 모든 크기의 HPLC 컬럼에 사용됩니다.
거대 기공의 크기는 폴리에틸렌 옥사이드를 사용하여 결정합니다. 약 100배 작은 초나노 기공은 실리카겔 표면에 형성되며, 물질 혼합물을 분리하는 데 사용됩니다.

그러나 가장 먼저 극복해야 할 중요한 문제가 있습니다. HPLC에서 사용하는 모노리스의 경우 압력과 용매가 모두 존재하는 환경에서 충분히 안정적이어야 합니다. 머크사는 이를 위해 고성능 플라스틱으로 모노리스를 코팅하는 특수 공정을 개발했습니다. Karin Cabrera의 후임자인 Benjamin Peters는 다음과 같이 설명하고 있습니다. “코팅은 가장 어려운 단계이며 Chromolith^® 컬럼 제조의 핵심입니다. 지금까지 자사의 경쟁사 중 어느 누구도 실리카겔 모노리스 주변에 동등한 수준의 코팅에 성공하지 못했습니다.” 20년이 지난 지금에도 이 특수 공정은 Supelco^® 분석 제품 포트폴리오에서만 제공되는 고유한 기술입니다.