Une entrevue avec Daniel Armstrong de l'Université du Texas à Arlington sur l'évolution de la science de la séparation et ses développements récents et futurs qui contribuent à faire progresser de nombreuses applications.
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Pourquoi pensez-vous qu'il est important de partager votre expérience et vos connaissances avec la prochaine génération de scientifiques?
Je pense que c'est important parce que c'est la seule façon de faire progresser l'humanité. Nous devons enseigner à la prochaine génération. J'ai passé plus de 40 ans à apprendre et à inventer une variété de choses, et je ne veux pas que mes étudiants, associés et autres scientifiques passent les 40 prochaines années de leur vie à réapprendre ou à refaire les mêmes choses.
Ce serait mieux si je pouvais leur enseigner ou relayer ce que j'ai fait dans un an ou moins et ensuite ils pourraient passer leur temps à faire avancer les choses à un niveau beaucoup plus élevé. C'est ainsi que nous progressons tous.
Comment les techniques que vous avez utilisées en science de la séparation ont-elles évolué pendant votre temps de recherche?
Ils ont énormément évolué, tant sur le plan matériel que logiciel. Quand j'ai commencé la HPLC, c'était une nouvelle technique; tout était analogique. Il y avait un enregistreur à bande et, finalement, des microprocesseurs sont apparus. Quand ils ont été ajoutés, cela a été perçu comme une merveilleuse avancée, puis les ordinateurs ont finalement avancé au point de contrôler tout sauf la préparation des échantillons.
Ce fut une bénédiction mitigée, car si les ordinateurs peuvent vous faire économiser du temps et des efforts, ils créent également une certaine ignorance. J'essaie d'enseigner à mes élèves que les ordinateurs doivent être utilisés mais non crus.
De plus, à mon époque, nous avons vu du matériel pour la chromatographie en phase liquide supercritique et des colonnes remplies devenir disponibles, mûrir et devenir utiles, ainsi que des séparations 2D, 2DGC et 2DLC ont vu le jour.
Il existe de nombreuses techniques comme celle-ci, dont la plus importante est la spectrométrie de masse LC. Personne ne peut nier l'importance des spécifications de masse LC, et il n'y avait pas de spécifications de masse LC lorsque j'ai commencé. Maintenant, nous et beaucoup d'autres l'utilisons tout le temps.
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Vous êtes connu par beaucoup comme le «père» des séparations pseudophases. Pourquoi est-ce?
En 1952, quand j'avais deux ans, Martin et Synge ont remporté le prix Nobel pour l'invention de la chromatographie de partition, et ce fut une séparation en deux phases, une séparation entre une phase stationnaire et une phase mobile.
Nous avons commencé à utiliser des pseudo-phases dans lesquelles une troisième phase est utilisée. Nous avons décrit ce processus avec le modèle pseudo-phase, ou le modèle triphasé. Nous avons trois phases au lieu de deux et nous avons dérivé l'arrière-plan mathématique derrière cela. Le modèle triphasé utilisant une pseudo-phase est ensuite devenu très largement utilisé dans plusieurs techniques.
Il a été utilisé pour expliquer les principes fondamentaux de la chromatographie liquide et de la chromatographie en phase gazeuse, et il a également été utilisé pour obtenir des constantes de liaison de petites molécules aux protéines, micelles, cyclodextrines et toutes sortes d'autres molécules. Cela a été extrêmement utile. Nous avons étendu les travaux de Martin et Synge de deux phases à trois phases en utilisant une pseudo-phase. C'est pourquoi il est parfois appelé modèle triphasé ou pseudo-phase.
Votre laboratoire a récemment mis au point le moyen le plus efficace de caractériser les propriétés des solvants des liquides ioniques à température ambiante (RTIL). Quel impact ce développement a-t-il eu?
Nous avons utilisé un modèle de paramètres de solvatation pour décrire les liquides ioniques parce que les gens avaient du mal à décrire ou à mesurer leur polarité. Ils semblaient tous avoir la même polarité quelle que soit leur structure. Nous avons conçu ce modèle de paramètre de solvatation en 2002, il n'était donc pas trop récent, et ce modèle était basé sur un autre de nos articles de 1999.
Son impact et le nombre élevé de citations de cet article ont à voir avec le fait qu'il affecte et est utile dans de nombreuses branches de la chimie et de l'ingénierie. Bien sûr, il est également largement utilisé en chimie analytique. Les phases stationnaires à base de liquide ionique ont été la première nouvelle classe de phases stationnaires de chromatographie en phase gazeuse en plus de quatre décennies. Ils sont plus polaires et offrent des stabilités thermiques et chimiques plus élevées.
Les liquides ioniques sont utilisés dans les extractions et la synthèse organique, et ils sont utilisés comme solvants pour la synthèse à haute température et la synthèse industrielle ordinaire.
En ingénierie, les liquides ioniques sont largement utilisés comme lubrifiants. Ils ont un réel avenir en tant que lubrifiants pour des applications dans l'espace, car ils ont des pressions de vapeur si faibles, et l'espace est un vide. Vous ne voulez pas que vos lubrifiants se vaporisent et laissent des engrenages / raccords non lubrifiés, etc. Puisqu'ils sont très utiles dans de nombreux domaines scientifiques et technologiques, cela explique probablement pourquoi notre travail a eu un si grand impact.
Vous avez également créé une approche de séparation par électrophorèse capillaire à haute efficacité pour les micro-organismes. Pourquoi avez-vous développé cette technique et quelle a été la réaction des microbiologistes?
C'était un peu un coup de chance que nous fassions cela. À l'origine, je n'avais aucun intérêt à travailler avec des micro-organismes. Nous faisions une électrophorèse capillaire, séparant les énantiomères et certaines macromolécules, et je me demandais si vous pouviez faire de même avec les micro-organismes alors qu'ils étaient encore en vie. Donc, j'ai demandé à un étudiant de l'essayer, et cela semblait fonctionner dans certaines conditions.
Non seulement vous pouvez les amener à l'électrophorèse, mais vous pouvez parfois séparer différents micro-organismes. Ensuite, nous avons découvert que vous pouviez déterminer s'ils étaient vivants ou morts au sein de la même séparation, ce qui était utile. Ensuite, nous l'avons étendu car vous pouviez détecter un seul microbe.
Par conséquent, si vous testiez une solution et ne trouviez pas de microbes, elle serait stérile. Nous avons eu un test de stérilité, un test de stérilité que vous pourriez faire en une ou deux minutes, contrairement à la façon dont ils le font aujourd'hui, qui cultive une culture et doit attendre des heures ou des jours pour déterminer si quelque chose est stérile. Cela a eu un impact sur de nombreux domaines différents.
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Lorsque vous travaillez sur une nouvelle technique, l'objectif est-il toujours de la commercialiser afin que d'autres scientifiques puissent l'utiliser?
En fait, c'est rarement notre objectif et ce n'est pas ce qui s'est produit dans ces cas. Habituellement, nous essayons de développer ou d'inventer une technique, une meilleure technique, pour résoudre un problème particulier. Cela pourrait être une méthode analytique différente, une méthode analytique plus sensible ou une méthode plus rapide pour résoudre un problème avec peu de solutions viables.
Ensuite, nous étudions également la théorie et les mécanismes de toute nouvelle approche afin de mieux la comprendre. Lorsque vous faites cela, il devient parfois évident qu'il peut y avoir des aspects commerciaux à votre travail.
Une chose que nous essayons de ne pas négliger est que s'il y a un aspect pratique à un projet de recherche, nous ferons un document sur cet aspect pratique, et un petit pourcentage du temps il deviendra commercialisable parce que quelqu'un le voit et pense qu'il devrait être un produit. Occasionnellement, une entreprise va nous approcher et nous demander de concéder une licence sur certains aspects de notre travail et parfois nous le faisons. Parfois, cela fonctionne et d'autres fois non.
Dans votre exposé à Pittcon 2020, vous discuterez de l'importance de la théorie et du mécanisme. Pourquoi considérez-vous ces deux facteurs comme une partie essentielle de votre travail?
Concernant les méthodes que nous inventons, développons ou améliorons, si vous voulez les améliorer au maximum et les développer au plus haut niveau, alors vous devez comprendre la théorie et le mécanisme derrière ce que vous faites. Si vous ne le faites pas, il s'agit simplement d'essais et d'erreurs aléatoires. La théorie et le mécanisme peuvent vous diriger vers la meilleure voie pour améliorer ou comprendre une technique et ainsi vous faire gagner du temps.
De plus, j'aime comprendre comment les choses fonctionnent. Nous passons beaucoup de notre temps à faire de la théorie et des mécanismes, puis à rédiger le document pratique. Souvent, la communauté scientifique générale saute sur l'aspect pratique. Ils ne se soucient pas tant de la théorie et du mécanisme. Ils veulent juste savoir si cela résoudra leur problème.
Je comprends ça; ils ont des problèmes à résoudre. Si vous avez quelque chose qui résoudra leur problème, ils n'ont pas nécessairement besoin de comprendre la théorie et le mécanisme. Cependant, le développement de la théorie et du mécanisme a souvent contribué à arriver à la solution de leur problème.
Quel avenir pour vos recherches et le monde des sciences de la séparation?
Je suis sûr qu'il continuera d'évoluer aussi vite que par le passé. Beaucoup de choses vont arriver. Nous étudions un certain nombre de nouvelles techniques qui sont très excitantes. L'une est appelée spectroscopie de résonance rotationnelle moléculaire, qui sera un détecteur pour la chromatographie en phase gazeuse et peut-être pour la chromatographie en phase liquide.
Il s'agit d'un détecteur qui, selon nous, aura de meilleures capacités d'élucidation sélective et structurelle que les spécifications de masse haute résolution actuelles et la RMN combinées. Nous pensons que ce sera énorme. Dans d'autres domaines, nous utiliserons certaines de nos découvertes antérieures dans la recherche biomédicale.
Nous nous concentrons sur les acides aminés D dans le cancer et la maladie d'Alzheimer. Nous venons de publier quelques articles passionnants dans ces domaines et nous espérons les étendre le plus rapidement possible. C'est bien quand vous inventez la technique et ensuite vous utilisez cette technique pour résoudre ou faire la lumière sur des problèmes biomédicaux.
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Pourquoi avez-vous choisi de partager votre travail à Pittcon 2020?
Je suis à Pittcon 2020 car le prix LCGC est présenté ici. J'ai amené environ 10 membres de mon groupe de recherche à Pittcon et je le fais périodiquement depuis 30 à 40 ans. J'amène mon groupe de recherche ici parce que tout le monde devrait le voir et y participer au moins une fois au cours de sa carrière étudiante.
Deuxièmement, pour qu'ils (les étudiants) viennent ici, ce qui est un régal, ils doivent présenter un document sous forme d'affiche ou de conférence. Pour présenter une affiche ou une conférence, ils doivent avoir fait suffisamment de recherches pour mettre cela en place. C'est une sorte de récompense pour le travail acharné en laboratoire et la recherche. Ils peuvent venir à Pittcon, je m'assure qu'ils arrivent ici, ils peuvent faire leur présentation, ils peuvent se mélanger et rencontrer tout le monde – c'est bon pour eux et pour leur carrière.
Pittcon est le plus grand symposium analytique aux États-Unis. C'est très large, mais vous rencontrez tout le monde ici. C'est un bon endroit pour interagir avec d'autres scientifiques, des connaissances passées et de vieux étudiants. Ils rencontrent les nouveaux étudiants que vous amenez, etc. C'est un grand lieu de rassemblement pour les sciences analytiques.
À propos de Daniel Armstrong
Daniel W. Armstrong possède plus de 700 publications, dont 34 chapitres de livre, un livre («Utilisation des médias commandés dans les séparations chimiques») et 35 brevets. Il a été nommé par le Scientific Citation Index comme l’un des scientifiques les plus cités au monde, et il a donné environ 580 conférences invitées / keynote / plénières et colloques dans le monde entier. Son travail a été cité près de 45 000 fois et son indice de Hirsch est d'environ 107 (G.S.).
Daniel Armstrong est considéré comme le «père» des séparations à base de micelle et de cyclodextrine, il a élucidé le premier mécanisme de reconnaissance chirale par les cyclodextrines, il a été le premier à développer des antibiotiques macrocycliques comme sélecteurs chiraux, et il est l'une des principales autorités mondiales sur la théorie , mécanisme et utilisation des interactions moléculaires énantiosélectives. Plus de 30 colonnes LC et GC différentes qui
ont été initialement développés dans ses laboratoires ont été commercialisés et / ou copiés dans le monde entier. Son travail et ses colonnes étaient en partie responsables de la révolution de la chromatographie et de l'électrophorèse dans les séparations chirales au cours des deux dernières décennies et demie. Actuellement, les colonnes, les sélecteurs chiraux et les techniques qu'il a développées dominent le monde des séparations énantiomériques analytiques.
Il a développé le moyen le plus efficace pour caractériser les propriétés solvantes des liquides ioniques à température ambiante (RTIL). Cela s'est avéré être un moyen essentiel et efficace d'expliquer l'effet des RTIL sur les réactions organiques et dans diverses méthodologies analytiques. L'agrégation de tensioactifs pour former des micelles normales dans les RTIL a été démontrée. Les premières matrices MALDI-MS et les phases stationnaires GC à haute stabilité à base de RTIL ont été développées dans ses laboratoires et ont été récemment commercialisées par Supelco / Sigma / Aldrich. La nouvelle technique de spectrométrie de masse améliorée de PIESI (Paired Ion Electrospray Ionization) a été développée dans son laboratoire et est l'une des méthodes les plus sensibles pour l'analyse et la spéciation des anions ultra-traces.Il a développé la première approche de séparation CE à haute efficacité pour les micro-organismes bactériennes, virus, champignons, etc.). Cela étendra le domaine de la science de la séparation au courant dominant de la biologie et de la science des colloïdes.
Il a fondé ou cofondé deux sociétés distinctes axées sur la production de nouveaux médias de séparation et leur utilisation pour des analyses difficiles.
