高浓度生物制剂定量有三个常见的难点:光程缩放精度、浊度校正方式、弱信号检测能力。用 0.02–160 mg/mL IgG 梯度在 4 台 Lunatic 系列仪器(2 台 Lunatic + 2 台已停产的 Little Lunatic)和 4 台 NanoDrop 上对比。两者的差别集中在高浓度端的仪器间一致性:162 mg/mL 时,仪器间 CV 分别是 2.69% 和 20.31%。
UV/Vis 测浓度的速度很快,但对高浓度样品,准确度和精密度经常出问题。问题集中在三个地方:
光程缩放
高浓度样品的吸光度太高,需要把光程从标准 10 mm 缩短。缩短后的光程是否精确、是否可复现,直接决定了结果的可信度。
背景校正
高浓度蛋白容易聚集,产生明显的浊度。传统仪器在 340 nm 或 405 nm 做单点背景扣除,假设散射在所有波长上一样大。但实际上散射随波长变化(瑞利散射),单点扣除会引入系统误差。
弱信号检测
浓度越高,样品吸收的光越多,留给检测器的残余光越少。光学系统和信号处理算法必须能在极低信号下仍然给出准确读数。
Lunatic 的动态范围覆盖 0.03–275 OD。两种耗材分别对应不同浓度区间:Regular strip(0.5 mm 光程,最高 40 OD)和 High strip(0.1 + 0.7 mm 双光程,最高 275 OD)。光程是注塑成型的固定值,不依赖机械运动部件。高浓度样品在 0.1 mm 光程上读数,吸光度按光程比例降低,检测器收到的残余光就不至于弱到读不准。下文对比中,4 台 Lunatic 系列仪器在各浓度点的仪器间 CV 都不超过 3.7%。
浊度校正方面,Lunatic 在整个 UV/Vis 光谱上拟合一条波长依赖的散射曲线(瑞利散射模型),逐波长做背景校正。对纯样品,这种校正和单点扣除结果差不多。对有浊度的高浓度样品,两者差别明显:瑞利散射校正能更准确地把浊度贡献从蛋白吸收中剥离出来。
Lunatic(A)板式读取器,5 分钟 96 个样品,支持手动或机器人上样。Little Lunatic(B,已停产)芯片格式,用 Lunatic Chip 时约 2 分钟 16 个样品。
Lunatic 的浊度校正:在整个 UV/Vis 光谱上拟合波长依赖的散射曲线(灰色线),而不是在 340 nm 一个点上做背景扣除。软件界面同时显示 A280 浓度、E1%、Background、A280 值和 A260/A280 比值。
实验设计
单抗以重量法配制 IgG 梯度稀释系列(标称 0.02–160 mg/mL,下表最高浓度点为 162.2 mg/mL),溶剂为 5 mM NaSuccinate + 60 mM Trehalose,pH 5.0。
仪器:2 台 Lunatic + 2 台 Little Lunatic(合计 4 台),3 台 NanoDrop 2000 + 1 台 NanoDrop One(合计 4 台)。
所有仪器先用重铬酸钾(K₂Cr₂O₇)水溶液做校验:350 nm 处 OD = 0.657 ± 0.011,全部通过。
Lunatic 每组 8 次重复,Little Lunatic 每组 5 次重复。
4 台 NanoDrop(A)和 4 台 Lunatic 系列仪器(B)对 IgG 梯度稀释系列的测量结果。每个点为单次测量值。
单台仪器内部的重复性,NanoDrop 和 Lunatic 其实差不多。0.1 mg/mL 样品上,NanoDrop 的 SD 在 0.003–0.011 mg/mL,Lunatic 在 0.005–0.009 mg/mL。
差距出在仪器之间。下表是各浓度点的仪器间 CV:
IgG (mg/mL) / Lunatic CV / NanoDrop CV
(A)各仪器的平均浓度叠加图,NanoDrop(灰色)和 Lunatic(绿色),蓝色线为目标浓度。(B)各浓度点的仪器间 %CV。
% bias(偏差百分比)
Lunatic
−2.4% 到 7%,全浓度范围内紧贴目标值
NanoDrop
−20.4% 到 33.5%,高浓度端偏差急剧放大
162 mg/mL 的样品,在多台 Lunatic 上的仪器间 CV 是 2.69%;同一个样品在多台 NanoDrop 上是 20.31%。NanoDrop 单台重复性不差,但换一台机器结果可能就变了。实验室有多台仪器、或需要和合作方比对数据时,这种仪器间差异会让结果无法直接比较。
NanoDrop 在单台仪器上的重复性和 Lunatic 相当,仪器间变异则明显更大,特别是在高浓度端(100+ mg/mL)CV 在 20% 上下,偏差最高到 33.5%。
Lunatic 在表中 0.1–162.2 mg/mL 各浓度点的仪器间 CV 都不超过 3.7%,偏差不超过 7%。所以在这一浓度范围内,同一个样品在本实验的 4 台 Lunatic 系列仪器上给出的结果可以直接比较,不必按仪器分别换算。