综述：液相色谱柱技术的最新进展：制造、连接及并行使用

《Journal of Chromatography A》：Recent Advancements in Liquid Chromatography Column Technologies: Manufacturing, Connecting and Parallel Using

高效液相色谱柱技术近年取得显著进展，聚焦柱制造、连接与并行应用三方面。短柱技术结合亚2μm填料和超高压系统实现秒级分离，而多柱并行策略则通过同步操作多个色谱柱提升复杂样品处理效率，两者共同推动单细胞蛋白质组学和药物筛选等高通量分析需求。

　　

林璐|曹汉臣|胡业明|于洪洲|张波

厦门大学化学与化学工程学院化学系及教育部光谱化学分析与仪器重点实验室，感染性疾病疫苗国家重点实验室，翔安生物医学实验室，中国厦门361005

摘要

组学科学和药物研究的快速发展推动了高通量液相色谱（HTLC）的迅速进步。在实现HTLC的各种技术中，色谱柱技术起着关键作用——它不仅直接提高了分析通量，还确保了HTLC系统的分辨率。本文总结了近期液相色谱柱技术在HTLC领域的关键进展，重点关注三个方面：柱子的制造、连接以及并行使用。色谱柱的制造、连接和并行使用的集成与发展，为单细胞蛋白质组学、药物发现和大规模筛选分析等高分析通量需求领域提供了基础支持。

引言

组学科学和药物研发的快速发展对更高的分析通量提出了要求。例如，在单细胞蛋白质组学中，需要测量数千个单个细胞以精确解析细胞间的异质性。为此，需要在短时间内以高分辨率水平分析大量生物样本[[1], [2], [3], [4]]。在药物开发中，组合化学技术能够快速生成结构多样的化合物库。然而，对这些化合物库进行药理活性分子的筛选仍然是药物发现过程中的主要瓶颈[[5], [6], [7], [8], [9], [10]]。作为高性能液相分离工具，液相色谱（LC）因其能够以高分辨率和高效率的方式实现高通量分析而成为首选方法。

在过去几十年中，液相分离技术取得了重大进展，包括先进的仪器[[11], [12], [13]]、具有改进动力学性能的分离材料[[14,15]]，以及提供多种选择性的新型固定相[[16], [17], [18], [19], [20], [21]]。这些方面的进展已在众多综述中得到详细记录[[22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [36]]。本文重点介绍了2020年至2025年间色谱柱技术的最新进展及其在支持高通量液相色谱分析中的作用。

高通量液相色谱（HTLC）通常通过两种策略实现：使用单个短柱快速分离或使用多个柱子进行并行分离[[37], [38], [39], [40]]。短柱法通过减少单次分析所需时间来提高通量。近年来，填充有亚2微米颗粒的短柱与超高压液相色谱系统相结合，使得分离时间缩短至几分钟甚至几秒[[41,42]]。相比之下，多柱法通过同时操作多个柱子（如捕获柱和分析柱）来提高单位时间的分析通量。这种方法常用于天然产物和生物样本等复杂混合物的分离，尽管其分离时间仍需数十分钟甚至更长[[43], [44], [45], [46]]。

过去五年中，HTLC色谱柱技术的进步主要集中在毛细管柱格式上。这是由于纳米流式液相色谱在分离微量样品方面的显著优势，它提供了一种环保且经济高效的分析方法，同时不牺牲效率和分辨率[[13,47]]。这些特点使得毛细管柱非常适合各种高通量分析场景。本文重点讨论了高通量色谱柱的制造、低分散度柱连接以及并行多柱操作。这三个方面分别对应于高通量分离、快速分离和并行分离。这些技术的集成有望推动HTLC的发展，从而支持组学科学和药物研发的进步。

制造

在高通量分析中，色谱柱的快速降解要求生产出具有高通量和高重复性的色谱柱，以确保结果的可靠性[[48]]。目前最成熟且广泛采用的柱子制造方法是高压浆料填充技术[[49], [50], [51], [52]]。该方法首先将填充材料分散在适当的溶剂中形成稳定的浆料，有时会借助超声波辅助。

连接

制造完成后，色谱柱需要连接到高压泵系统和检测器以进行HPLC分析。需要注意的是，连接质量直接影响分离性能。不良的连接会导致额外的柱内死体积和涡流，从而引起色谱峰宽化，最终降低效率[[66], [67], [68], [69]]。理想的连接应该是无泄漏且死体积为零的，但这往往难以实现。

并行使用

短柱能够实现快速分离，但并非所有样品都适合在如此短的时间内完成分离。在这种情况下，并行分离是一种更有效的策略，可以在保证每个柱子都有合理分离时间的同时实现总体高通量分析[[75]]。并行分离通过同时操作多个柱子来提高通量，在药物发现等领域有广泛应用[[76], [77], [78], [79]]。

结论与展望

总结来说，我们讨论了几项支持高通量液相色谱柱系统构建的关键技术，包括柱子的制造、连接和并行使用。这些技术的进步不断推动着液相色谱的通量极限。需要注意的是，没有一种单一技术能够满足所有高通量分析的需求。各项技术可以以多种组合方式应用，分析人员需要根据实际需求选择合适的仪器、柱子和组合方式。

作者贡献声明

林璐：撰写——初稿。 曹汉臣：撰写——初稿。 胡业明：撰写——审阅与编辑。 于洪洲：撰写——审阅与编辑。 张波：撰写——审阅与编辑；撰写——初稿；监督；资金申请。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们感谢以下机构的财政支持： 国家重点研发计划（2023YFF0713900）、 国家自然科学基金（22574134, 21475110）、 感染性疾病疫苗国家重点实验室科学研究基金，翔安生物医学实验室（2025XAKJ0203002）、 NFFTBS（J1310024）和 PCSIRT（IRT_17R66）。