JP2000515802A - 模擬移動床分離プロセスのための非粒状収着剤の使用 - Google Patents
模擬移動床分離プロセスのための非粒状収着剤の使用Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、分取分離方法のための、特に模擬移動床(SMB)原理により操作される分離方法のための非粒状収着剤の使用に関する。特に、本発明は、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内のメソポアを含んでなり、マクロポアの直径の中央値が0.1μmより大きくメソポアの直径の中央値が2〜100nmである多孔質造形体を含んでなる一体構造収着剤の使用に関する。本発明は、また、模擬移動床(SMB)原理により実施される分離方法のための、架橋基を介してポリアミドのアミノ基に結合している分離エフェクターを含む変性ポリアミドを含んでなる収着剤の使用に関する。
Description
【発明の詳細な説明】
模擬移動床分離プロセスのための非粒状収着剤の使用
本発明は、模擬移動床分離プロセスのための非粒状収着剤、特に分離エフェク
ターを含む非粒状収着剤の使用に関する。
物質の分取分離において、高流量の達成、短い溶離時間および穏やかな操作圧
力の維持が、分離の経済性のために重要な因子である。物質の分取分離において
、向流プロセスが重要になった。工業において固定相を実際に移動させるのは非
常に困難であるので、固定相の移動がシミュレートされる。この目的のために、
塔床の全体を、サイクル的に連続して接続された個々の塔に分割する。このよう
なシステムは4つのクロマトグラフ領域を有するので、塔の合計数は、典型的に
4である。一定時間後、ラインのスイッチを切替えて、対向方向の塔床の移動を
シミュレートする。模擬移動床(simulated moving bed)クロマトグラフィー(
SMBクロマトグラフィー)の連続的プロセスのために、粒状収着剤が分離材料
として一般的に用いられる。ここで用いられる塔充填剤は、粒状担体の場合に操
作圧力が非常に高いので、最適流量を提供しない。粒状収着剤床の機械的安定性
もあまり良くない。さらに、SMBクロマトグラフィーは、できるだけ同じ性質
を有する一連(典型的に24まで)のクロマトグラフィー塔の準備を必要とする。
粒状収着剤床の場合、これは、塔の充填、および充填塔の選択に大きな労力を払
った場合にしか達成することができない。
本発明の目的は、特にSMB法のための、穏やかな操作圧力において高流量で
あるクロマトグラフィー的分取分離プロセスを提供することにある。これにより
、単位時間当たりのより高い処理能力が達成可能になる。
非粒状収着剤、特に一体構造収着剤または変性膜系収着剤を高流量で分離プロ
セスに用いることができ、それにより低い操作圧力で単位時間により高い処理能
力を達成し得ること発見された。
本発明は、少なくとも二つの物質を分取するクロマトグラフィー分離プロセス
であって、特に、用いる固定相が、非粒状収着剤、特に一体構造収着剤または変
性膜系収着剤であるSMB法によるプロセスを提供する。
図1は、模擬移動床クロマトグラフィー(SMBクロマトグラフィー)のベー
スを形成する向流クロマトグラフィー法を模式的に示す。
図2は、トルエン、2−ニトロアセトアニリドおよび3−ニトロアセトアニリ
ドの試験混合物を、移動相の異なる流量(図2a:40ml/分;図2b:130ml/
分;図2c:200ml/分)において、分取分離することを示す。実験の詳細は実
施例1に記載する。
図3は、C18−RPによりフタル酸ジメチル/フタル酸ジブチルを分離するこ
とを示す。実験の詳細は実施例2に記載する。
図4は、架橋基を介してポリアミドのアミノ基に結合しているSO3 -基を分離
エフェクターとして含む多孔質変性ポリアミドの分離媒体を利用するSMB法に
よるキモトリプシノーゲンAとリゾチームの分離の溶離ダイアグラムを示す。実
験の詳細は実施例3に記載する。
一般的粒状収着剤は、フィルター要素により閉鎖され収着剤床を形成する管内
に導入される、ばらばらの収着剤粒子からなる。粒状収着剤は、粒子寸法が約1
μm〜1mm、特に5μm〜500μmである、球状または不規則形状粒状からなる
。ここで、分離段階の達成し得る長さは、粒径に依存し、粒径が小さくなると小
さくなる、すなわち、達成し得るクロマトグラフィー分離が改良される。しかし
ながら、圧力低下は、同じ線流において粒径が小さくなると増大し、そのため小
さな粒子の場合、線流は実際の操作圧力により制限される。さらに、粒状収着剤
は、分離性能が線流に著しく依存する(急勾配のH/u曲線)。全体として、分離
性能および粒状収着剤の経済性に関するパラメーターが強力な相互依存性を有し
、それにより、特に分取用途においてプロセスの最適化が困難になる。その使用
において、収着剤充填塔における圧力低下と、分離段階の達成し得る長さと、分
離性能の線流への依存性(H/u曲線)との間に常に妥協を設けなくてはならな
い一般的粒状収着剤と対照的に、非粒状収着剤の場合には、これらのパラメータ
ーが著しく弱く結びついていることがわかった。
驚くべきことに、非粒状の、特に一体構造の収着剤を用いる場合、H/u曲線
が平坦であることがわかった。さらに、少しの圧力低下をもたらす非粒状収着剤
の場合、低分離段階長が見られる。その結果、分取クロマトグラフィー分離プロ
セス、特にSMB法を用いるものは、粒状収着剤を用いる場合よりも非
粒状収着剤を用いる場合に大きく最適化することができ、これらのプロセスの経
済性が大きく改良され得る。
本発明の目的のために用いられる「非粒状収着剤」という用語は、収着剤床が
個々のばらばらの粒子からなる既知の前記粒状収着剤との相違を表している。一
体構造の収着剤と分離エフェクターにより変性された膜との両方が、非粒状収着
剤という用語に含まれる。
一体構造収着剤は原則的に文献から知られており、それらは特に、WO 94/19 6
87およびWO 95/03 256に開示されているような多孔質賦形セラミック体を含む。
一体構造収着剤という用語は、広義において、EP0 407 560において、およびF.
SvecおよびJ.M.Frechet(1992年)Anal.Chem.第64巻,820〜822頁およびS.
Hjertenら(1989年)J.Chromatogr.第473巻,273〜275頁により記載されてい
るように、ポリマー製の賦形体も含む。互いにつながっているマクロポアとマク
ロポアの壁内のメソポアを有してなりマクロポアの直径の中央値が0.1μmより
大きくメソポアの直径の中央値が2〜100nmである多孔質造形体からなる一体構
造収着剤が特に参考にされる。そのような一体構造収着剤およびその製造方法が
、例えば、WO 95/03 256に開示されている。
このように一体構造収着剤は粒状収着剤に用いられる材料からなる。多くの場
合(例えばSiO2)、これらの収着剤を、クロマトグラフィー分離に容易に用いるこ
とができる。しかしながら、分離特性を向上させるために、ベース担体がより頻
繁に変性され、これは、分離エフェクターの名で要約され分析体の分離に必須で
あるさらなる基の導入を含む。
分離エフェクターにより変性された吸着活性膜がWO 91/03 506およびWO 96/22
316に開示され、PCT/EP97/02 768にも開示されている。WO 96/22 316およびPCT
/EP97/02 768に開示の変性ポリアミド膜が特に好ましい。これらの膜を製造する
方法が、これらの文献に示されている。そのような膜は、通常、クロマトグラフ
ィー塔のような容易に取り扱うことのできる装置において用いられる。DE 196 0
3 523.6(AKZO-Nobel)に記載の装置を用いることが特に好ましい。
分離エフェクターおよびそれらをベース担体中に導入する方法は、原則的に当
業者に知られている。
SiO2または類似の酸化体ベース担体中に分離エフェクターを導入することので
きる反応の例は下記のものである:
a)下記式Iで示されるシラン誘導体による変性:
SiXnR1 (3-n)R2 I
式中、
Xは、メトキシ、エトキシまたはハロゲンあるいはアミノ誘導体、
R1は、C1−C5−アルキル、
nは、1、2または3、
および
R2は、下記意味の一つを有する:
a1)不飽和または飽和アルキルまたはアリール、例えば、n−オクタデシル
、n−オクチル、ベンジルまたはシアノプロピル;
a2)アニオン性または酸性基、例えば、カルボキシブロピル;
a3)カチオン性または塩基性基、例えば、アミノプロピル、ジエチルアミノ
プロピルまたはトリエチルアンモニウムプロピル;
a4)親水性基、例えば、(2,3−ジヒドロキシプロピル)オキシプロピル;
a5)結合することのできる活性化基、例えば、(2,3−エポキシプロピル)
オキシプロピル:
b)ポリブタジエン、シロキサン、スチレン/ジビニルベンゼン系ポリマーの
ようなポリマーの、(メタ)アクリル酸誘導体の、または他のビニル化合物の、お
よびペプチド、プロテイン、ポリサッカリドおよびポリサッカリド誘導体の、ベ
ース担体上での吸着または化学結合:
c)a)で述べた誘導体を介するb)で述べたポリマーの化学結合;これらは
、EP-B-0 337 144に記載のようなジオール変性シリカゲル上のポリ(メタ)アク
リル酸誘導体のグラフトポリマーを含む:
d)アミノ酸誘導体、ペプチドまたはプロテインのようなキラル相の、または
シクロデキストリン、ポリサッカリドもしくはポリサッカリド誘導体の、吸着ま
たは化学結合。
さらなる一般的変性可能性および変性方法は当業者に知られており、Unger,K
.K.(編)Porous Silica,Elsevier Scientific Publishing Company(1979年
)
またはUnger,K.K.,Packings and Stationary Phases in Chromatographic Te
chniques,Marcel Dekker(1990年)のような良く知られているハンドブックに
記載されている。
種々の分離エフェクターおよび分離エフェクターを収着剤中に導入する方法が
以下の公報に述べられている:
a)DE 38 11 042は、特に、イオン交換体を調製するのに適しているモノマー
を開示しており、これらは、例えば、アクリル酸、N−(スルホエチル)アクリ
ルアミド、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、N,N−ジメ
チルアミノエチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアミノエチルアクリルアミ
ドおよびトリメチルアンモニウムメチルアクリルアミドを含む。
この文献に記載の他のモノマーは、親和性配位子を結合させる、または逆相ク
ロマトグラフィーに適しており、これらは、例えば、アクリル酸、アクリルアミ
ド、アリルアミンおよびアクリロニトリルを含む。
b)DE 43 10 964は、オキシラン環、アザラクトン環、またはアザラクトン環
に転化することのできる基を含むモノマーを開示している。そのようなモノマー
を含むポリマーは、特に、親和性配位子の結合に特に良く適している。親和性配
位子が、DE 43 10 964に例として開示されている。
さらに、そのようなポリマー中のエポキシド基は、さらに、有利な方法で反応
して、イオン交換体、親チオ性(thiophilic)収着剤または、金属キレートもし
くは疎水性クロマトグラフィー用の収着剤を提供することができる。ここで、例
えば、燐酸、ジエチルアミン、トリメチルアミン、亜硫酸または、イミノ二酢酸
のような錯化剤がオキシラン環上に付加される。
親チオ性収着剤のおよび金属キレートクロマトグラフィー用収着剤の調製が、
DE 43 10 964に開示されている。
DE 43 33 674およびDE 43 33 821は、イオン交換体を調製することのできる反
応を開示している。
DE 43 23 913は、疎水性相互作用クロマトグラフィーのための収着剤を記載し
ている。
エナンチオマー分離のための多数のキラル分離物質が従来技術から知られてい
る。これらは、もっぱら粒状分離材料である。既知のキラル分離材料は、キ
ラル化合物そのもの(例えば、三酢酸セルロース)からなるか、キラル分離エフ
ェクターが担体に適用されるまたは担体に化学的に結合している。固定相と相互
作用するキラル分離エフェクターを溶離剤に添加することもできる(動的被覆)。
多くのキラル分離エフェクターが知られており、既知のキラル分離エフェクタ
ーの最も重要な群は以下のものである:
a)アミノ酸およびその誘導体、例えば、L−フェニルアラニンまたはD−フ
ェニルアラニン、アミノ酸またはアシル化アミノ酸のエステルまたはアミド、ま
たはオリゴペプチド;
b)主鎖において無対称(asymmetric)または不均斉(dissymmetric)である天然
および合成ポリマー;これらは、プロテイン(例えば、酸α1−グリコプロテイン
、ウシ血清アルブミン、セルラーゼ;J.Chrom.第264巻,63〜68頁(1983年)、J
.Chrom.第269巻,71〜80頁(1983年)、WO 91/12 221を参照されたい)、セルロ
ースおよびセルロース誘導体、および他のポリサッカリドおよびその誘導体(例
えば、三安息香酸セルロース、セルローストリベンジルエーテル、トリスフェニ
ルカルバミン酸セルロース、トリス−3−クロロ安息香酸セルロース、トリス(
3,5−ジメチルフェニルカルバミン酸)アミロース、トリス(3,5−ジメチ
ルカルバミン酸)セルロース、トリス(3,5−ジメチルフェニルカルバミン酸
)セルロース;EP 0 147 804、EP 0 155 637、EP 0 718 625を参照されたい);
c)シクロデキストリンおよびその誘導体(例えば、J.High Resol.Chrom.
& Chromat.Comm.第3巻,147〜148頁(1984年);EP 0 407 412;EP 0 445 604
);
d)側鎖に非対照中心を有するポリマー(例えば、EP 0 249 078;EP 0 282 770
;EP 0 448 823)。
種々の収着剤の調製およびその用途の詳細を前記公報に見ることができ;これ
らの公報の関連する開示事項を本出願に参考として取り入れる。
クロマトグラフィー塔のように本質的に取り扱うことのできる材料の分離のた
めの装置内に、前記非粒状収着剤をおくことができる。
図1は、模擬移動床クロマトグラフィー(SMBクロマトグラフィー)のベー
スを形成する向流クロマトグラフィーの方法を模式的に示している。図において
、
(1)は収着剤の流れである。SMB法において、収着剤の物理的に達成困難な
流れが、サイクルを形成するように配置された複数の塔を接続する多方向弁のサ
イクル的スイッチング動作によりシミュレートされる。
分離実験が、下記の4領域モデルにより操作されるSMBプラントにおいて行
われる。本発明によれば、他のモデル、例えば3領域モデルにより操作されるS
MBプラントを用いることもできる。適当なプロセスの変更は、文献から当業者
に知られる。
向流原理は、SMB法を、2成分混合物(例えば、ラセミ体の二つのエナンチ
オマー)の分離に理想的に好適なものにする。しかしながら、SMB法は他のク
ロマトグラフィー分離用としても知られている。すなわち、J.Chromatogr.第7
19巻,267〜274頁(1996年)は、モノクローナル抗体の精製へのSMB法の適用
を記載している。SMBプロセスは、多成分混合物の分離にも用いることができ
る。そのような分離は、例えば、Biosci.Biotech.Biochem.第56巻,801〜802
頁(1992年)に記載されている。当業者は、最適化により他の分離のプロセスパ
ラメーターを決めることができる。
SMB法による分離が、二つの成分の分離の例として以下に記載されている:
図1に例として模式的に示されるSMBプロセスの操作の連続モードにより、
溶離剤(3)および、分離すべき2成分混合物の溶液(フィード;(4))を系に
供給することができ、二つの分離された成分(ラフィネート(6)とエクストラ
クト(5))を同様に連続的に系から取り出すことのできる、安定状態が達成され
る。記載した流れは、4つのポンプ(図示せず)により供給され取り出される。
溶離剤(2)の主な流れは、さらなるポンプ(循環ポンプ;図示せず)を用いて
循環される。この利用により、少量の新しい溶離剤しか系に供給しなくてよい(
フィード+溶離剤(新しい)=ラフィネート+エクストラクト)ので、単位生成
物当りの溶媒消費量は、バッチクロマトグラフィーの場合よりSMBプロセスに
おいてかなり低い。SMB法においては、固定相の塔床が、供給および出口地点
に対して定められる4つの領域(分離すべき二つの成分の各々についての吸着領
域と脱着領域)に分割される:
領域I 溶離剤ラインとエクストラクトラインとの間
領域II エクストラクトラインとフィードラインとの間
領域III フィードラインとラフィネートラインとの間
領域IV ラフィネートラインと溶離剤ラインとの間
2成分混合物を分離する場合、より弱く保持された成分が移動相と共に移動し
、より強く保持された成分が固定相と共に移動する条件を見つける、すなわち領
域I〜IVにおける流量を見つけることが可能である。次に、分離された成分を
、純粋な状態で、それぞれエクストラクトの流れおよびラフィネートの流れと共
に取り出すことができる。
工業において、固定相(1)の実際の移動を達成するのは非常に困難である。
この理由から、固定相のこの移動をシミュレートする。これは、塔床全体を、連
続するようにサイクル的に接続されている個々の塔に分割することにより達成さ
れる。系が前述のように4つのクロマトグラフィー領域を有するので、塔の合計
数は数4の倍数である。個々の塔の間に、4つの供給および出口ラインにつなが
る4つの二方向弁が配される。これらの弁のために、塔間の任意の地点が任意の
機能を果たすことができる(溶離剤またはフィードの取り入れまたはラフィネー
トまたはエクストラクトの排出)。所定の時間の所定の地点において、4つの供
給および出口ラインの地点が、4つのクロマトグラフィー領域を定める。所定時
間後、4つのラインの地点が、溶離剤の流れの方向の一つの塔単位によりスイッ
チオンされるが、これは、対向方向の塔床の移動に相当する。所定の時間間隔に
おける供給地点のさらなるスイッチング動作により、供給および出口ラインが再
び最初の位置に戻るまで各塔が連続的に4つの全ての領域を通って移動し、この
ようにして1つのサイクルが終了する。
プロセスが多くのサイクルを経た後、安定状態が達成され、これにより、系に
おける流量および弁のスイッチング動作のための好適なサイクル時間を適切に選
択して、純粋な状態の分離生成物をエクストラクトおよびラフィネート流として
取り出すことが可能となる。
これらの好ましい収着剤を用いるときに、分離特性が悪影響を受けることなく
流量を広範囲に変化させることができることがわかった。この特性の開発により
、分離効率を低下させることなく、流量を溶離挙動に合わせることが可能になる
。このようにして、分離に必要な時間を大きく減らすことができ、それにより特
に分取分離のための大きな利点が得られる。高流量における小さな圧
力低下もSMB法の適用に関係する。何故なら、この方法において多くの塔が連
続するように接続されるからである。
直径が25mmで、ばらばらの粒子が充填された塔を通過する通常の流量は40ml/
分である。実施例1が具体的に示すように、非粒状担体は、非常に高い操作流量
を可能にする。これは、分離作業を非常に経済性良く達成させ得る。
Guiochon,Shirazi,Katti著,Fundamentals of Preparative and Nonlinear
Chromatography,Academic Press,Boston,1994年,83頁以降に記載のように成
分の濃度を上昇(例えば、各成分を100、300、600μl)させて注入しECP法(特
徴点による溶離(Elution by characteristic points))により評価すると、決定
すべき成分の吸着等温が可能となる。
例えば(実施例2参照)、以下の変性ラングミュア等温が、成分A(フタル酸
ジメチル)および成分B(フタル酸ジブチル)について見つかった。 決定された等温から、適当なSMB系のための分離条件を、例えばシミュレー
ションソフトウエアHELPを用いて、R.M.Nicoud,F.Charton,J.Chromatogr.第70
2巻(1995年),97頁以降に記載の方法により決めることができる。
さらなる詳細を示さなくとも、当業者は前述の記載を最も広い範囲で利用し得
ることが推定される。したがって好ましい態様は説明的なものであり、いかよう
左開示をも限定するものではないと見なされる。
前記および下記のすべての出願、特許および公報、ならびに対応ずる出願:19
96年7月19日付出願のDE 196 29 208.5および1997年6月20日付出願のDE 197 26
151.5の開示をすべて本出願に参考文献として取り入れる。
実施例
以下の実施例により本発明を説明するが本発明の概念を限定するものではない
。
実施例1:種々の流量におけるトルエン、2−ニトロアセトアニリドおよび3
−ニトロアセトアニリドの分離
トルエン、2−ニトロアセトアニリドおよび3−ニトロアセトアニリドを含む
サンブルを、移動相の異なる流量で分離する:条件:
収着剤: 一体構造収着剤(SiO2;93x25mm)
移動相: n−ヘプタン/ジオキサン(90/10;体積/体積)
サンプル体積:40μl
検出: UV 254nm
流量: 40、130、200ml/分
結果を図2a〜2cに要約する。直径が25mmでばらばらの粒子が充填された塔
を通過する一般的流量は40ml/分である。非粒状担体は、非常に高い操作流量を
可能にし、それにより分離作業の経済性が非常に向上する。
実施例2:フタル酸ジメチルとフタル酸ジブチルとのSMB分離のためのプロ
セスパラメーターの決定
種々の量のフタル酸ジメチルとフタル酸ジブチルを適用し分離する:条件:
収着剤: 一体構造収着剤(C18-RP−変性SiO2;93x25mm)
移動相: メタノール/水(80/20;体積/体積)
サンプル体積:50、100、300、600μl
検出: UV 300nm
流量: 40ml/分
成分A(フタル酸ジメチル)および成分B(フタル酸ジブチル)について、以
下の変性ラングミュア等温が、見つかった。
決定された等温から、適当なSMB分離のための分離条件を、シミュレーショ
ンソフトウエアHELPを用いて、R.M.Nicoud,F.Charton,J.Chromatogr.第7
02巻(1995年),97頁に記載の方法により決めた。
実施例3:キモトリプシノーゲンAとリゾチームとの分離
製)を、通常の塔の代わりにSMBユニット(NOVASEP製)に装着する。キモト
リプシノーゲンAとリゾチームと(それぞれ10g/l)をO.3M NaClおよび20mM燐
酸ナトリウム緩衝液(pH7.0)中に含む溶液100μlを、適用し定組成溶離する。
プロセスパラメーターは、吸着パラメーターの決定後に、ユニットの制御系の一
部であるプログラム「HELP」により決める。溶離線図を図4に示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),JP,US
(72)発明者 ヴィーラント、ゲールハルト
ドイツ連邦共和国 デー―64625 ベンス
ハイム イム バンゲルト 19
(72)発明者 カブレラ、カリン
ドイツ連邦共和国 デー―63303 ドライ
アイヒ ミュールヴェーク 14
(72)発明者 デルプ,アクセル
ドイツ連邦共和国 デー―64407 フレン
キッシェ クルムバッハ バーンフォーシ
ュトラーセ 29
(72)発明者 ルブタ,ディーター
ドイツ連邦共和国 デー―64625 ベンス
ハイム イム バンゲルト 21 ツェー
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.模擬移動床法により少なくとも二つの物質を分離する方法であって、非粒 状収着剤を用いて分離を行うことを特徴とする方法。 2.非粒状収着剤が、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内の メソポアを有してなり、マクロポアの直径の中央値が0.1μmより大きくメソポ アの直径の中央値が2〜100nmである多孔質造形体を含んでなる一体構造収着剤 である請求項1に記載の方法。 3.非粒状収着剤が、架橋基を介してポリアミドのアミノ基に結合している分 離エフェクターを含む変性ポリアミドを含んでなる収着剤である請求項1に記載 の方法。 4.模擬移動床法を用いる分離プロセスのための非粒状収着剤の使用。 5.非粒状収着剤が、互いにつながっているマクロポアとマクロポアの壁内の メソポアを有してなりマクロポアの直径の中央値が0.1μmより大きくメソポア の直径の中央値が2〜100nmである多孔質造形体を含んでなる一体構造収着剤で ある請求項4に記載の使用。 6.非粒状収着剤が、架橋基を介してポリアミドのアミノ基に結合している分 離エフェクターを含む変性ポリアミドを含んでなる収着剤である請求項4に記載 の使用。
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| DE19726151.5 | 1997-06-20 | ||
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-
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- 1997-07-08 AT AT97931797T patent/ATE235946T1/de not_active IP Right Cessation
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