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Particules superficiellement poreuses en chromatographie liquide

Les particules superficiellement poreuses (PSP), plus connues sous leur dénomination anglaise « superficially porous particles, SPP » (ou encore core-shell, fused-core, partially porous particles, pelicular ou solid-core) ont été imaginées par Horvàth en 1967  et largement développées ensuite par Kirkland  (qui leur a donné le nom de fused-core) en particulier pour l’analyse des molécules de grande taille telles que les peptides et les protéines. En effet, de par les faibles coefficients de diffusion de ces macromolécules, les performances chromatographiques (en termes cinétiques) des supports poreux conventionnels ne sont pas acceptables, induisant des pics très larges limitant ainsi la sensibilité de l’analyse ainsi que le pouvoir résolutif. Les premiers développements de ces particules superficiellement poreuses ont été effectués avec des particules présentant des diamètres externes de quelques dizaines de micromètres. Le corps des particules était alors constitué d’une phase non poreuse enrobée d’une très fine couche de support poreux (moins de 1 μm d’épaisseur) de même nature que les supports chromatographiques traditionnels. Plus tard, ces particules superficiellement poreuses ont été commercialisées avec un diamètre externe de 5 μm afin d’en améliorer les performances cinétiques et toujours dans le but d’analyser des protéines ou autres molécules de grande taille.

Dans le domaine pharmaceutique, mais également dans d’autres domaines tels que l’environnement, la toxicologie ou l’agro-alimentaire, il est aujourd’hui nécessaire de développer des méthodes d’analyse de plus en plus performantes en termes de vitesse et de pouvoir séparatif. De plus, la nature des composés devant être analysés est très diverse allant de petites molécules (100 à 1 000 Da) à des macromolécules de grande taille (protéines, anticorps monoclonaux de l’ordre de 150 kDa) et les matrices pouvant être très complexes. Différents supports chromatographiques ont ainsi été développés au XXI ^e siècle afin de pouvoir répondre à ces demandes. Des phases stationnaires monolithiques à base de silice ou de polymères ont été développées dans les années 1990  . Ces supports ont rapidement connu un large succès, principalement pour les séparations rapides des petites molécules d’intérêt pharmaceutique avec les monolithes à base de silice et pour les biomolécules avec les monolithes polymériques. Toutefois, ces phases stationnaires présentent des inconvénients en termes de performances chromatographiques, de stabilité au pH, à la pression et à la température ainsi qu’en termes de disponibilité (type de greffon et dimensions des colonnes). Il ne fait cependant aucun doute que ces phases monolithiques présentent un grand intérêt pour l’analyse des petites et grosses molécules, mais des développements sont encore nécessaires afin de pallier les désavantages susmentionnés.

En 2004, la commercialisation de petites particules poreuses (sub-2 μm) et d’appareils chromatographiques performants en termes de pression (1 000 bar) et de volumes extra-colonnes a permis de réduire les dimensions des colonnes chromatographiques et donc les temps d’analyse. Cette technologie commercialisée par Waters sous le nom d’UPLC (Ultra Performance Liquid Chromatography  ) a rapidement connu un très grand succès pour l’analyse des petites molécules en chromatographie en mode phase inversée. Dès 2005, de nombreux fabricants ont alors également mis sur le marché des appareils chromatographiques permettant de travailler à haute pression (600 à 1 500 bar) et limitant les volumes extra-colonnes. De plus, des colonnes de différentes dimensions et des supports de natures diverses ont permis à cette technique de connaître un très grand succès non seulement pour l’analyse rapide, mais également pour des séparations nécessitant des hautes résolutions. Elle est maintenant connue sous l’acronyme UHPLC (Ultra High Performance Liquid Chromatography ).

C’est dans ce contexte que les particules superficiellement poreuses de petites tailles $\left(\mathrm{sub}\text{-}3\mathrm{\mu m}\right)$ sont apparues sur le marché en 2006. Avec la commercialisation de ces nouvelles phases stationnaires possédant un diamètre externe de 2,6 à 2,7 μm, l’emploi de ces supports a connu un nouveau développement et un large succès aussi bien pour l’analyse des macromolécules que pour des substances de tailles plus conventionnelles . Ces supports commercialisés à l’origine par Advanced Materials Technologies avec des chaînes alkyles conventionnelles (C18 ou C8), contrairement aux premières PSP qui contenaient des groupes échangeurs d’ions, ont permis de séparer des petites molécules en polarité des phases inversées avec des performances proches de celles obtenues en UHPLC avec des particules sub-2 μm, mais avec des pressions deux à trois fois plus faibles, de par la taille de ces supports. Ainsi, et comme pour l’UHPLC, cette technologie a rapidement connu un large succès et actuellement de nombreux supports sont disponibles avec des greffons variés, des tailles de particules et de porosité diverses et des dimensions de colonnes permettant de séparer soit rapidement, soit avec une haute résolution tous les types de molécules.