微流过滤系统和集成微流体元件技术方案

优选用于提高流体样品中所含组分的浓度的微流体过滤系统(100)，其具有流体线路(1)。流体线路(1)包含下述元件：能在流体经过时将该流体样品分离成渗余流和渗透流的切向流过滤元件(7)、用于引起并驱动经过流体线路(1)的流体流的泵送元件(3)、和至少一个用于获得关于该线路内的流体样品的性质的信息的元件。该线路进一步包含连接流体线路(1)的元件的多个导管(24)，经其传导流体样品的流体流。线路(1)具有最多5毫升的最低工作体积，这是留在线路(1)的元件和导管(24)中的、使得该流体可以在线路(1)中再循环而不会将空气泵过线路(1)的最低流体体积。线路(1)的集成微流体元件(20)含有线路(1)的元件组的至少两个元件的功能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】优选用于提高流体样品中所含组分的浓度的微流体过滤系统（100)，其具有流体线路（1)。流体线路（1)包含下述元件：能在流体经过时将该流体样品分离成渗余流和渗透流的切向流过滤元件（7)、用于引起并驱动经过流体线路（1)的流体流的泵送元件（3)、和至少一个用于获得关于该线路内的流体样品的性质的信息的元件。该线路进一步包含连接流体线路（1)的元件的多个导管(24)，经其传导流体样品的流体流。线路（1)具有最多5毫升的最低工作体积，这是留在线路（1)的元件和导管（24)中的、使得该流体可以在线路(1)中再循环而不会将空气泵过线路（1)的最低流体体积。线路（1)的集成微流体元件（20)含有线路（1)的元件组的至少两个元件的功能。【专利说明】微流过滤系统和集成微流体元件 本专利技术涉及优选用于提高小体积流体样品中所含组分的浓度的微流过滤系统。该 系统包含微切向流过滤元件，该微切向流过滤元件具有能在流体样品经过时将该流体样品 分离成渗余流和渗透流的半透膜。该流体线路进一步包含泵送元件、至少一个用于获得关 于该线路内的流体样品的性质的信息的元件（例如用于获得关于样品粘度的信息或测定 跨膜压力的两个或更多个压力传感器，或用于获得关于流体样品的组分浓度的信息的光学 比色皿）、将这些元件连接到该线路上的多个导管和任选地流量调节器。 为提纯或浓缩流体样品中所含的组分而使用半透膜过滤流体样品的流过滤系统 是现有技术状况中公知的。这些系统在提纯的情况下用于除去微粒或分子污染物，或用于 提高例如用于实验室分析的流体中的组分浓度。这样的系统也可用于通过渗滤交换含有有 用分子或微粒的溶剂。这样的过滤系统的膜可以与流体样品的流向垂直布置，以使该膜覆 盖流道的整个直径，这被表征为垂直流过滤或死端过滤，或该膜表面可以与液体样品流基 本平行布置，这被称作切向流过滤系统（TFF-系统）。 切向流过滤系统的优点在于，由于基本平行于膜表面的样品流向，发生自动清扫 和清洁，以致借助此类系统通常可实现与相应的垂直流过滤系统相比更高的通量和更高的 吞吐量。此外，大量样品连续流经膜表面，以致在此类系统中不容易发生堵塞、结垢或浓差 极化。考虑到这些和其它优点，切向流过滤系统（TFF-系统）常用于生物技术和药物制造 工艺。 在流体经过具有半透膜的切向流过滤元件的过程中，小于膜孔径的溶液组分作为 渗透流流过该膜，而较大组分留在渗余流中。渗余流在流动线路中再循环，并以连续方式再 泵过该膜。这样的TFF-系统用于在从该系统中取出渗透流时显著降低样品溶液的体积。因 此，当以浓缩模式驱动该系统时，样品溶液变浓。 在另一些用途中，必须进行溶液中的两种或更多种组分（例如缓冲剂）的分离。因 此，将通常但不是必须不含要分离的组分的交换缓冲液（渗滤液）添加到该系统中，以使一 种组分作为渗透流取出并被另一组分（即被交换缓冲液）交换，以致最后，例如，一种缓冲 剂被另一缓冲剂交换。渗滤模式和浓缩模式可以使用特殊控制策略在同一系统中进行。 文献WO 2006/026253A2描述了用于将实验室规模TFF-系统的结果转移至工业生 产规模系统的切向流过滤（TFF)法开发装置。自动收集与"规模扩大"至工业规模过程相 关的信息和数据。因此，提供能将储器的〇. 5升至5升批量浓缩成大约20毫升或小于20 毫升的最低体积的全自动TFF-系统。因此，该系统的最低再循环体积（也称作最低工作体 积）为大约20毫升（或更低）。为实现这样的最低再循环体积，使用专用罐存储流体。 用于容纳该储器的罐具有位于储器下游端的混合区。该罐的入口和出口位于该混 合区中，以便能使浓缩物的所得体积为大约20毫升。尽管该储器的入口和出口位于该罐底 部，但由于该罐的相对较大规模（最大体积为0. 5升至2升或5升），最低再循环体积的最 低值限于大约20毫升或更低一点。最低再循环体积为大约20毫，升并可用这种系统降至 大约15毫升或10毫升，但不能降至更低的值。因此，所提出的该系统无法用于或优化至在 浓缩过程结束时达到小于10毫升的浓缩溶液最终体积。 切向流过滤系统常用在可用于生物技术、化学、治疗或诊断用途的物质的制造法 中，以提高这些所需物质的浓度。由于这些制造法中使用的原材料和溶液通常昂贵和稀少， 在工业规模过程之前，仅使用少量和小体积的溶液和样品设置实验室规模过滤过程。如果 该组分是对大规模装置中存在的剪切力和其它力造成的破坏敏感的蛋白质等，这尤其重 要。例如，必须在溶液中浓缩的生物技术生产的蛋白质极其昂贵，另一方面，对工业规模工 艺装置中出现的力造成的破坏极其敏感。因此，在工业规模装置中在溶液中浓缩此类蛋白 质的风险高。此外，这些蛋白质通常无法以更大量提供。 因此，在工业过程开发中强烈需要能将溶液的组分优选浓缩大于10倍并使用最 多20毫升的起始体积的流过滤装置。 本专利技术的一个目的是提供优化的TFF-系统，其能处理最多20毫升、优选最多10 毫升的溶液起始体积，并能浓缩该溶液的组分。浓缩过程结束时的浓缩溶液的所得体积应 优选为最多2毫升，特别优选最多1毫升，特别优选最多100微升。该过滤法应快速经济、 可重复并精确。 用具有根据权利要求1的特征的用于提高流体样品中所含组分的浓度的微流体 流过滤系统解决了该问题。也用根据权利要求11的集成微流体元件解决该目的。 用于提高流体样品中所含的组分的浓度的本专利技术的微流过滤系统具有回路形式 的流体线路，流体样品或溶液在其中再循环。该流体线路包含切向流过滤元件（TFF-元 件）、适用于提高并驱动流体样品经过该流体线路和经过该切向流过滤元件的流体流的泵 送元件、至少两个用于获得关于该线路内的流体样品的性质的信息的元件、和将这些元件 连向该流体线路的多个导管，经所述导管传导流体样品的流体流。任选地，该流体线路还包 含用于调节该线路中的压力和/或流量的调节器元件。 该流体线路具有最低工作体积，这也被称作最低再循环体积。这一体积是流体线 路中必须保留的、使得该流体可以在线路中再循环而不会将空气泵过该线路的流体的量。 换言之，该流体线路的元件和连接这些元件的导管必须被流体填充，以便可设立该线路中 的连续流体流。最低工作体积取决于该线路中使用的元件。例如，如果将流体输送管安装 在该线路中，这些管也对最低工作体积具有不可忽略的贡献。本专利技术的微流体过滤系统的 线路的最低工作体积为最多5毫升。该线路的最低工作体积优选更小，例如优选最多2毫 升，更优选最多1毫升，特别优选最多100微升。 根据本专利技术，该流体线路还含有集成微流体元件，其中集成了该线路的元件组的 至少两个元件的功能。因此，该集成微流体元件是该线路中的执行该线路的至少两个上述 元件的功能的元件或组件。因此，代替被取代的两个独立元件，在该线路中安置仅一个集成 微流体元件。该集成微流体元件优选安置在该流体线路的渗余液线路而非渗透液线路中。 尤其在浓缩模式中，该微流体元件的这种布置是有利的，因为在仅一个元件中提供该线路 的两个元件的功能并降低或减小该系统的工作体积。 该集成微流体元件界定出具有一定体积的体积元件（volume element)。因此，可 以将独立的体积分配给该集成微流体元件。该元件的体积不大于该流体线路的最低工作体 本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有流体线路(1)的微流体流过滤系统，流体线路(1)包含下述元件：‑切向流过滤元件(7)，其具有进料入口(12)、渗余液出口(13)、渗透液出口(14)和膜(15)，膜(15)能在流体样品经进料入口(12)进入切向流过滤元件(7)时将所述流体样品分离成渗余流和渗透流，‑泵送元件，用于引起并驱动流体样品的流过流体线路(1)和切向流过滤元件(7)的流体流，‑至少两个用于获得关于流体线路(1)内的流体样品的性质的信息的元件；和‑将这些元件与流体线路(1)相连的多个导管(24)，经其传导流体样品的流体流；其中‑流体线路(1)的最低工作体积是指留在所述元件和导管(24)中的、使得流体能够在流体线路(1)中再循环而不会将空气泵过流体线路(1)的最低流体体积，‑流体线路(1)的最低工作体积为最多5毫升，‑线路(1)的元件组的至少两个元件的功能被集成在一个集成微流体元件(20)中，‑所述一个集成微流体元件(20)界定出具有下述体积的体积元件：该体积最多为流体线路(1)的最低工作体积的1/4。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·欧兰思，N·洛斯莱本，S·卢茨，A·格罗斯曼，
申请(专利权)人：弗·哈夫曼拉罗切有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH