Development of stable, selective, and efficient artificial liquid membranes for electromembrane extraction (EME)

Før påvisning og mengdebestemmelse av kjemiske forbindelser i prøver som blod, urin, avløpsvann, og mat- og drikkevarer, er det vanlig å utføre ekstraksjon. Ekstraksjon har til hensikt å isolere de forbindelsene man er interessert i (målsubstanser) fra de andre stoffene i prøven, og overføre målsubstansene til en egen væskeløsning. Denne væskeløsningen er kompatibel med måleinstrumentet man benytter, og man kan bestemme mengden av målsubstanser uten påvirkning fra andre stoffer i prøven. Dette prosjektet har omhandlet elektromembranekstraksjon (EME), som er et nytt prinsipp for ekstraksjon, og fokus har vært på utvikling av dette prinsippet i forbindelse med ekstraksjon av legemidler i humane blodprøver. Identifikasjon og konsentrasjonsmåling av legemidler i blodprøver utføres i stort omfang innen medisinsk behandling og forskning, i forbindelse med utvikling av nye legemidler i legemiddelindustrien, og i forbindelse med forgiftninger, kriminalsaker og doping. EME er et nytt og spennende alternativ til eksisterende teknikker, og er utviklet i vårt forskningsmiljø. I EME ekstraheres legemidlene som skal måles over en kunstig væskemembran og inn i et mikro-liter volumen av væskeløsning ved hjelp av et pålagt elektrisk felt. De fleste legemidler er basiske eller sure forbindelser og vil under gitte pH-betingelser foreligge på ladet form, og vil dermed vandre i et elektrisk felt. EME kan således karakteriseres som elektroforese over en kunstig væskemembran. I dette prosjektet har vi utviklet væskemembraner for fettløselige, vannløselige, basiske og sure legemidler. De nye væskemembranene er kompatible med humane blodprøver og gir effektiv ekstraksjon av legemidler. Arbeidet har involvert testing av et stort utvalg av organiske løsningsmidler som væskemembran, og testing av en rekke tilsetningsstoffer til disse. Erfaringene har vist at den kjemiske sammensetningen av væskemembranen er svært viktig, og at legemidler med ulike syre/base egenskaper og ulik vannløselighet krever væskemembraner med ulike kjemiske egenskaper. Væskemembranene utviklet i dette prosjekt kan benyttes i forbindelse med fremtidige anvendelser av EME. I tillegg har vi utviklet teori og modeller for hvordan væskemembranene fungerer på molekylært nivå, og hvordan legemiddelmolekyler på ladet form beveger seg inn og ut av kunstige væskemembraner under påvirkning av et elektrisk felt. Denne kunnskapen er viktig for å gi EME god vitenskapelig forankring. Det er også utviklet ulike væskemembraner for EME av små peptider fra blodprøver. Resultatene fra prosjektet har blitt offentliggjort i 20 artikler publisert i internasjonale tidsskrift med fagfellevurdering. EME er et separasjonsprinsipp som potensielt kan få stor anvendelighet. Dette prosjektet har økt interessen for EME internasjonalt, og det er svært viktig i forhold til implementeringen av teknikken. Prosjektet har ført frem til PhD-graden for én person, og i tillegg har to personer arbeidet som postdoktor og fått viktig forskningserfaring i prosjektet. EME er under kommersialisering av et norsk firma, og resultatene fra prosjektet er svært viktige i den forbindelse

-

This project will focus on the development of totally new, stable, selective, and efficient artificial liquid membranes (MEMBRANE) for use in electromembrane extraction (EME). EME is a general extraction or separation technique invented by the applicants from University of Oslo in 2006 and has a broad application potential. Up to date, EME has been applied within analytical and bioanalytical chemistry for isolation and clean-up of ionic substances from complex samples, prior to chromatographic, electropho retic, or mass spectrometric analysis. EME is based on electrokinetic transport across a very thin artificial liquid membrane (MEMBRANE) sustained in a porous polymeric material, with an electrical potential difference across the MEMBRANE as the driving f orce. Considering the electrokinetic transport, the project will also focus on the fundamental understanding of how the chemical properties of the MEMBRANE affect the extraction process. Both the development of totally new, stable, selective, and efficien t artificial liquid membranes, and the fundamental understanding of how the chemical properties of the MEMBRANE affect the extraction process, are crucial for the future development of EME as an extraction technique for use in analytical chemistry, medica l diagnostics, medical research, pharmaceutical research, biochemical research, and related application areas. Also, both types of information are important for the commercial development of EME, which is in progress in cooperation with the Norwegian comp any G&T Septech AS. The project will consist of both fundamental research and applied research.