《Microchemical Journal》：Optimizing HPLC analysis of veterinary anticoccidials: A comparative sustainability and performance assessment study of AI-assisted design and traditional in-lab methods
编辑推荐：
•人工智能辅助方法与实验室设计的HPLC方法的比较。•实验室设计的HPLC方法显著减少了溶剂使用量和分析时间。•经过优化的实验室方法已通过验证，并成功应用于药物制剂的分析中。•利用最先进的评估工具对实验室方法的环保性进行了评价，结果令人满意。引言如今，食品工业中最重要且发展最快的
• 人工智能辅助方法与实验室设计的HPLC方法的比较。
• 实验室设计的HPLC方法显著减少了溶剂使用量和分析时间。
• 经过优化的实验室方法已通过验证，并成功应用于药物制剂的分析中。
• 利用最先进的评估工具对实验室方法的环保性进行了评价，结果令人满意。
引言 如今，食品工业中最重要且发展最快的领域之一就是家禽养殖，它被视为全球粮食安全的关键部分，能够满足人们对鸡肉、鸡蛋及其他副产品等不同产品的需求[1]。鸡是最常见的家禽品种，作为一种价格合理、能改善人类营养水平的动物蛋白来源而备受重视[2]。然而，家禽养殖业却受到疾病、管理不善以及天敌的制约。在威胁全球家禽养殖业的诸多疾病中，球虫病尤为突出，它会导致家禽死亡率上升，每年给家禽产业带来数十亿美元的损失[3]。引起球虫病的病原体是胞内原生动物寄生虫。在鸡体内，有六种特定宿主的病原体会感染肠道，从而导致体重下降、面色苍白、食欲不振、严重腹泻、高发病率以及较高的死亡率[4]、[5]。该疾病可以通过使用抗球虫药物、疫苗以及严格的养殖管理措施来控制。不过，耐药菌株的出现降低了现有治疗方法的效果，因此有必要改进现有的防控策略[6]、[7]。针对不同严重程度的球虫感染，已有多种治疗方案，包括使用抗球虫药物、磺胺类药物、疫苗以及维生素。盐酸安普利乌姆（AMP），如图1a所示，其化学名为1-[(4-氨基-2-丙基嘧啶-5-基)甲基]-2-甲基吡啶inium盐酸盐，是一种获批的兽用药物[8]。它属于硫胺素类似物，通过阻断硫胺素的运输来抑制球虫体内的碳水化合物合成，进而扰乱细胞代谢[9]。尽管其疗效较为一般，但由于耐药性较低，因此成为首选药物。它被广泛用作家禽和牛的预防性球虫抑制剂，通常与磺胺类药物联合使用[10]。磺胺喹恶啉钠（SQX），如图1b所示，其化学名为(N-4-氨基-N-喹唑啉-2-基)苯磺酰胺钠，是一种磺胺类抗菌剂，能够抑制对叶酸合成至关重要的二氢蝶酸合成酶[11]、[12]。乙氧巴特（ETHO），如图1c所示，其化学名为4-乙酰氨基-2-乙氧基苯甲酸甲酯，也是一种用于家禽的球虫抑制剂[13]。它通过竞争性抑制寄生虫对对氨基苯甲酸的吸收，从而阻碍叶酸的合成。该药物通常与安普利乌姆或磺胺喹恶啉联合使用[14]、[15]。根据相关研究，三种药物联合使用可产生协同作用，干扰寄生虫的叶酸代谢，而叶酸是其生长和繁殖所必需的。通过抑制四氢叶酸的形成，这种组合方案能够阻止寄生虫的增殖，提高治疗效果，扩大对不同球虫种类的杀灭效果，同时也有助于降低耐药性的产生[8]、[16]。
现有文献表明，已有多种分析方法被用于检测这些药物，无论是单独存在还是以混合形式存在[17]、[18]、[19]，或是与其他药物一起存在的情况[20]。需要指出的是，目前仅有两种分析方法可用于同时检测这三种活性成分，分别是光谱法和高性能液相色谱法[9]、[21]。
自20世纪50年代以来，人工智能技术取得了飞速发展，2022年11月随着现代人工智能工具的出现，这一领域又迎来了新的突破。在将人工智能集成到软件系统中方面，也不断取得重大进展[22]。例如，人工智能越来越多地被用于加速HPLC方法的开发[23]，但它能否达到经过实验优化的方法的准确度仍不确定。虽然已有微软Copilot、OpenAI的ChatGPT（5.2版本）、谷歌Gemini以及Perplexity AI等多种人工智能平台被用于支持方法开发工作[24]，但本研究选择使用YesChat HPLC方法开发工具[25]。选择该工具是因为它专为HPLC应用而设计，不同于上述那些通用型人工智能模型。YesChat HPLC方法开发工具专门用于为HPLC分析提供色谱分析建议和方法优化方案。本研究介绍了一种经过精心设计和优化的HPLC方法，可用于同时检测AMP、SQX和ETHO，同时还将其与免费版的YesChat HPLC方法开发工具（网址为
https://www.yeschat.ai/gpts-2OToEodXIn-HPLC-Method-Developer ）生成的方法进行对比。比较的重点在于分析性能、准确度以及环保性，旨在评估人工智能生成方法与人工设计方法的实际应用价值。
由于研究中大量使用有毒化学物质，会产生有害废物并造成环境污染，因此绿色化学已成为全球重要的发展趋势。由此，人们越来越注重用更安全、更可持续的替代品来取代有害试剂和工艺[26]。这些理念目前已被应用于电化学、光谱法、荧光光谱法以及色谱法等多个分析领域[27]、[28]、[29]、[30]、[31]、[32]。在本研究中，我们使用了绿色分析程序指数（GAPI）、分析绿色度指标（AGREE）、白色度（RGB12）以及蓝色适用性等级指数（BAGI）等工具来评估所提出方法的环保程度，同时还将这些方法与以往报道的方法进行了对比分析。
众所周知，HPLC是一种灵敏度极高的技术，被广泛应用于各个行业，用于分离、鉴定和定量分析各种化合物，从而保障产品的质量和安全[33]、[34]。基于此，本研究旨在开发一种简单且环保的色谱方法，用于分离所研究的三元混合物。尽管此前已有少数方法可用于分析这种混合物，但我们的方法在多个方面都优于现有方法。例如，以往报道的色谱方法（高效液相色谱法和薄层色谱密度法）[21]需要大量乙腈和氯仿作为有机溶剂，而这些溶剂具有毒性且对环境危害较大，此外，这些方法也没有进行过任何环保性评估。而那些报道的光谱分析法[9]则侧重于信号处理而非色谱分离。相比之下，我们的研究致力于用更环保的溶剂替代有害溶剂，同时保持良好的色谱分析效果。此外，我们还尝试引入人工智能这一强大工具，以加快色谱方法的开发速度，从而减少传统实验方法所需的时间和精力。人工智能生成的建议可作为方法开发的初步框架，随后再通过实验进行验证和优化。最后，我们对比了完全由人工设计的实验室方法与人工智能生成方法在分析性能及环保性方面的差异。
章节摘要 仪器及色谱条件 HPLC分析是在美国米尔福德的Agilent? 1260分离模块上进行的，该模块包括四元泵、脱气装置、自动进样器、柱温控制器以及二极管阵列检测器（DAD）。数据采集和处理工作则是通过Agilent? ChemStation软件完成的。色谱分离则是在西班牙巴塞罗那的GL Sciences公司生产的Agilent? Zorbax SB-C18 色谱柱上实现的，该色谱柱的尺寸为150.0×4.6毫米，柱粒径为5.0微米。流动相的pH值经过精确调控
结果与讨论 本研究开发了一种灵敏度高且环保的反相高效液相色谱方法，可用于同时检测AMP、SQX和ETHO。这三种药物能够在5分钟内被高效分离，且分离出的峰形对称、分辨率高。为了在较短的分析时间内实现高分辨率的分离，并获得峰形清晰对称的结果，有必要研究各种影响灵敏度、选择性和分离效果的色谱因素
结论 所提出的实验室HPLC方法是一种高效、经济且环保的选择，可用于定量检测纯形式以及粉末形式的AMP、SQX和ETHO。研究结果表明，人工智能平台主要起到了辅助作用，用于生成初步假设，而要获得准确且精确的最终分析方法，仍需依靠专家的经验判断以及实验室内的验证工作。因此，该人工智能平台可作为方法开发的起点
作者贡献说明 梅·H·阿卜德·埃尔-法塔赫： 负责原文撰写——初稿撰写、方法验证、方法学设计、数据整理工作。霍达·M·马祖克： 负责原文撰写——审阅与编辑、研究指导、方法学设计、概念构思工作。莱拉·E·阿卜德·法塔赫： 负责方法验证、研究指导、概念构思工作。纳达·S·艾什： 负责原文撰写——审阅与编辑、研究指导、数据整理、概念构思工作。
利益冲突声明 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
梅·H·阿卜德·埃尔-法塔赫|霍达·M·马祖克|莱拉·E·阿卜德·法塔赫|纳达·S·艾什
