晶研谈 | MicroED五大场景案例解析，助你不再“单晶”竭虑
上期晶研谈跟大家分享了2018年度十大科学突破之一MicroED的技术简介和应用场景，收到了很多业界同行的咨询和技术探讨。本期晶研谈将分场景为大家带来晶泰科技近4年在MicroED技术开发和应用方面的案例分享，用实例说明，在药物研发过程中，MicroED技术到底能解决什么具体问题，从而帮助研发人员不再“单晶”竭虑。
应用场景I: 晶体结构解析
● 案例：瑞德西韦多晶型结构研究
同一药物会因不同的工艺获得不同的晶型，而寻找一个稳定的可开发晶型在药物研发中非常重要，准确快速筛选出稳定晶型能够帮助药物早日上市，因此确定药物不同晶型的晶体结构是药物研发过程中的关键一环。
那么药物的晶体结构应如何快速获取呢？
传统方法：瑞德西韦在疫情初期只有粉末样品，而传统方法通过单晶XRD解析获取晶体结构，其难点在于: 需要大尺寸、高质量的单晶，且不容易在短时间内获得理想结果。
晶泰方法：晶泰科技使用MicroED技术与晶型预测（CSP）相结合，对瑞德西韦晶型结构进行研究，优势在于: 无需单晶培养，仅通过瑞德西韦粉末样品即快速地获取其两种不同晶型的晶体结构：
应用场景II：盐与共晶区分
● 案例：盐酸育亨宾成盐位点确定
在药物固体形态研究中，常常需要确定API分子与配体分子之间的相互作用，例如在盐型/共晶筛选时，研发人员需要确定获得的样品究竟是盐还是共晶。如果样品是盐，还需要进一步确定具体的成盐位点。而直接观测到氢原子位点则可以帮助研发人员解决这些问题。
可我们该如何判断氢原子位点呢？
传统方法：传统的固态表征手段的弊端在于难以确定API与配体分子是否发生质子转移以及具体的转移位点，同时由于氢原子对于X射线的散射能力非常微弱，较难通过单晶XRD解析直接观测到氢原子所在。
晶泰方法：由于氢原子对电子有较强的散射能力，因此相比于传统方法，MicroED技术的优势则是更易于定位氢原子，从而判断API分子与配体之间是否形成盐或者共晶，如果成盐还可确定API分子的成盐位点，方便快捷。
通过MicroED解析即可确定下图中所指氮原子被质子化，从而确定盐酸育亨宾的成盐位点。
图2 盐酸育亨宾成盐位点确定
应用场景III：混合物组分结构测定
● 案例：沙利度胺多晶型混合物组分结构测定
在药物研发过程中，准确确定混合物样品的不同组分晶体结构，对加速研发十分重要。而选择不同的方法获取混合物组分结构所需要的时间、物料以及其他成本则有较大区别。
传统方法：需要事先对混合物进行分离、提纯、结晶，获得每一个组分的高质量单晶进行单晶XRD测试，其劣势在于需要较多量的样品进行分离提纯实验，分离实验和单晶培养均会消耗大量的时间。
晶泰方法：晶泰科技通过MicroED技术对沙利度胺混晶样品的单个颗粒单独收集数据，再通过晶胞参数的区别对不同组分的颗粒进行区分，从而直接测定混合物中不同组分的晶体结构。因此MicroED技术通过免去繁琐的分离、提纯、结晶的过程，可以有效缩减整个项目的时间周期，加速药物研发。
图3 MicroED技术测定混合物组分结构
通过收集样品中不同颗粒的数据，晶泰科技研发人员发现沙利度胺粉末样品中含有两种不同的晶型，并在较短时间内获取了两种晶型的晶体结构：
图4 沙利度胺混晶组分结构确定
应用场景IV：同分异构体结构确定
● 案例：某API分子中氮原子的真实构型确定
有机物小分子很容易存在同分异构现象。在药物专利申请中，准确的药物分子结构至关重要。
传统方法：NMR等传统表征方法只能帮助研发人员间接的推测样品分子在液相下的结构，其结果无法直接说明样品分子在固相下的真实结构。
晶泰方法：MicroED技术可以直接解析出晶体中原子在三维空间中的真实排列，准确探知原子之间的键连情况，可以直接判断样品分子的准确结构。下图即为晶泰科技研发人员通过MicroED技术判断出某API分子中氮原子的真实构型。
图6 MicroED技术确定化合物真实构型
应用场景V：手性样品绝对构型判定
● 案例：某手性样品绝对构型解析
准确判断手性药物分子的绝对构型是药物研发过程中的关键步骤。很多项目需要通过晶体结构解析来研究其所合成的药物分子的准确构型。
传统方法：通过单晶XRD解析样品晶体的绝对结构来获知其中API分子的绝对构型，这样的难点在于需要培养大尺寸高质量的样品单晶，而这对于很多药物分子是非常困难的。
晶泰方法：晶泰科技利用MicroED技术，其优点是可以直接基于粉末样品进行晶体结构解析，很好地解决了单晶XRD解析中必须培养大尺寸单晶的难题。通过结合动力学精修，不需要更改现有MicroED实验流程，不需要任何额外的实验步骤，也对样品数据没有任何额外需求，只需要额外的3-5天计算所需时间即可获取手性样品的绝对构型。
结语
通过对MicroED的五大应用场景逐条解析，相信大家对MicroED技术的实际应用有了更深一层次的了解。晶泰科技拥有优秀的专家团队和行业顶尖的设备，其开发的高度自动化的MicroED晶体结构解析平台, 无需单晶培养，仅需要少量（mg）粉末样品，最快可在1天内完成高精度的晶体结构测定，至今已成功完成100多个小分子药物的晶体结构解析。如有业务咨询，欢迎联系我们。
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