从液体混合物中分离靶分子的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种模拟移动床装置和方法，使用模拟移动床系统从液体混合物中连续地分离靶分子。该模拟移动床系统包括多个串联流体连通的滤芯组件。每个滤芯组件包括与多孔基底层相邻的大量的固定相颗粒。每个滤芯组件还包括流体再循环管路，与滤芯的出口和入口流体连通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉引用根据U.S.C.§119(e)，本申请要求2004年10月1日提交的美国临时申请No.60/615,500的优先权。
技术介绍
本专利技术涉及使用包括多个滤芯组件的模拟移动床从液体混合物中分离靶分子的方法和装置。靶分子，例如生物大分子是活细胞的组成成分或产物，它们包括例如蛋白质、碳水化合物、脂类和核酸。这些物质的检测和定量以及分离和纯化长久以来就是研究人员的目标。检测和定量在诊断上是重要的，例如可以作为各种不同生理状态例如疾病的指标。生物大分子的分离和纯化对于治疗目的来说是重要的，例如给具有特定的生物大分子缺陷的病人使用、或用作某些药物的生物相容的载体、以及用于生物医学研究。生物大分子例如酶，是一类特殊的能够催化化学反应的蛋白，在工业上也非常有用；酶已经被分离、纯化，然后用于生产甜味剂、抗生素以及各种有机化合物例如乙醇、乙酸、赖氨酸、天冬氨酸，以及生物学上有用的产品例如抗体和甾类化合物。在体内的天然状态下，这些生物大分子的结构和相应的生物学活性一般在相当窄的pH和离子强度范围内才能维持。因此，任何分离和纯化操作必须考虑到这些因素，以便获得的处理过的生物大分子具有效力。层析是一种可以用于生物产物混合物上的分离和纯化操作。它是一种基于溶质在流动相和固定相之间交换的技术，其中流动相可以是气体或者液体。溶液混合物中不同溶质的分离是由于每种溶质与固定相具有不同的结合相互作用而产生的；当受到流动相的解离或置换效应影响时，具有较强的结合相互作用的溶质一般比结合相互作用较弱的溶质具有更长的保留时间，并且通过这种方式可以实现进行分离和纯化。大多数现有的捕获或纯化层析是通过常规的柱技术来进行的。这些技术在下游纯化中有严重的瓶颈问题，因为使用该技术的通量较低。减轻这些问题的尝试包括增加层析柱的直径，但是这样又反过来产生了新的挑战，即有效地可重复地装柱的难题。较大的柱直径也增加了沟流现象发生的可能性。此外，在常规的层析柱中，当检测到所需产物的渗漏(breakthrough)高于特定水平时，吸附工序被关闭。这导致吸附介质的动态或有效容量明显低于总的或静态容量。这种效率的降低具有严重的经济后果，因为某些层析树脂价格高昂。专利技术简述总的来说，本专利技术涉及使用模拟移动床系统从液体混合物中连续地分离靶分子的模拟移动床装置和方法。该模拟移动床系统包括多个串联流体连通的滤芯组件。每个滤芯组件含有包括与多孔基底层相邻的一定体积的固定相颗粒。每个滤芯组件还包括与滤芯的出口和入口流体连通的再循环管路。在一个实施方案中，从溶液混合物中连续分离靶分子的方法包括提供含有多个滤芯组件的模拟移动床装置，将含有靶分子的溶液混合物流过多个滤芯组件，将靶分子与上述体积的固定相颗粒结合以形成靶分子固定相颗粒产物，将含有靶分子固定相颗粒产物的装满的滤芯组件从溶液混合物流中取出，将靶分子从装满的滤芯组件中的靶分子固定相颗粒产物中分离出来，形成分离的靶分子产物和再生的滤芯，以及将再生的滤芯组件添加到溶液混合物流中。每个滤芯组件含有与多孔基底层相邻的一定体积的固定相颗粒、滤芯组件入口、滤芯组件出口和连接滤芯组件出口和滤芯组件入口的滤芯组件再循环管路。多个滤芯组件串联流体连通。溶液混合物流的再循环部分从滤芯组件出口再循环到滤芯组件入口，溶液混合物流的保留部分流入随后的滤芯组件的入口。在另一个实施方案中，从溶液混合物中连续分离靶分子的模拟移动床装置含有捕获区和回收区。捕获区含有多个串联连接的滤芯组件，包括第一个装满的滤芯组件和最后的再生滤芯组件。第一个装满的滤芯组件与溶液混合物进料源相连，最后的再生滤芯组件与除去靶分子的溶液混合物容器相连。每个滤芯组件含有能够与靶分子结合的一定体积的固定相颗粒，所述固定相颗粒与多孔基底层相邻，此外还有滤芯组件入口、滤芯组件出口和连接滤芯组件出口和滤芯组件入口的滤芯组件再循环管路。滤芯组件出口也与下游的下一个滤芯组件的滤芯组件入口相连。回收区是装满的滤芯组件中的靶分子与大量固定相颗粒分离开来，形成再生的滤芯组件的区域。回收区包含至少一个滤芯组件。上面的本专利技术的简述不是为了描述本专利技术的每个公开的实施方案或每种实施方法。下面的图、详细描述和实施例对这些实施方案进行了更具体的举例说明。附图简述下面的关于本专利技术的各种实施方案的详细描述以及附图，将对本专利技术有更完全的了解，其中附图说明图1模拟移动床的示意图；图2是复合过滤介质的横截面示意图；图3是说明性的复合过滤介质的透视图；图4是说明性的圆柱折叠过滤元件的透视图；图5是圆柱滤芯的透视图；图6是实施例1中描述的模拟移动床的示意图；以及图7是实施例2、3、4和5中描述的模拟移动床的示意图。本专利技术可以采取各种修饰和可选择的形式，其特性已经通过图中的例子被显示，并将进行详细的描述。但是，应该理解的是，本专利技术并不限于具体描述的实施方案。相反，本专利技术将涵盖处于本专利技术的精神和范围内的所有修改、等效和可选择的替换方案。专利技术详述除非在本说明书的权利要求或其它地方给出了不同的定义，下面定义的术语将使用这些定义。术语“过滤层”或“多孔基底层”是指片状的编织的或非编织的多孔性物质，可以含有一个或多个单独的层，它们可以合并在一起以提供一个单个片，平均的孔径可以在1微米到50微米之间。术语“复合的过滤介质”是指在其上游表面上含有一层固定相颗粒的过滤层；介质可以在滤芯压力至多0.25兆帕斯卡(MPa)的情况下维持至少0.01cm/min的通量率。术语“滤器元件”或“过滤元件”或“过滤元件”是指被构建用于流体通过的复合的过滤介质。术语“滤芯”是指形状优选为圆柱形的死端过滤装置。术语“滤芯外罩”是指滤芯的支持结构。术语“分离过滤部件”是指含有死端滤芯的外罩，该滤芯在位于固定相颗粒的上游表面上含有复合的过滤介质。术语“死端滤器”或“死端过滤装置”是指其中100％的流体通过滤器的过滤元件。术语“通量率”是指液流通过过滤元件的速度，等于流速除以过滤层的表面积。通过这样的描述，液流的流动可以被定性，并不依赖于过滤层的大小。通量率也对通过滤器的压降有作用，即增加通量率一般来说意味着系统压力的增加。在商业化滤芯应用中，可能需要提供尺寸最小而能处理最大量液流的滤器。因此，希望通过增加流速来增加通量率。术语“固定相颗粒”是指能够与溶液混合物中所需的靶分子形成结合关系的不溶性颗粒。具体的结合关系可以包括吸附、离子交换、疏水和亲和相互作用。术语“靶分子”是指本文描述的模拟移动床装置被设计用来从液体料流或溶液混合进料流中分离的一种或多种化学物质。靶分子包括例如药物物质，生物大分子例如由细菌、酵母、哺乳动物、植物或昆虫细胞表达的蛋白和抗体(单克隆或多克隆的)、DNA、和RNA，矿物，以及人造的化学物质例如合成的小有机分子、肽和多肽、寡糖和糖修饰的蛋白。在某些实施方案中，靶分子可以是一种或多种杂质或废物，包括蛋白；无机物质例如金属、金属离子或离子例如碳酸盐、硫酸盐、氧化物、磷酸盐、碳酸氢盐、以及其它在工业、生活和生进料流中常见的离子；小有机分子例如包括但不限于染料、杀虫剂、肥料、添加剂和稳定剂；加工副产物和污染物；DNA、RNA、磷脂、病毒或其它来自生物过程的细胞碎片。在另一个实施方案中，精炼的配体例如来自上游亲和分离步骤的蛋白A、也可以是靶分子。本文档来自技高网...

【技术保护点】
从溶液混合物中连续分离靶分子的方法，包含下列步骤：　　　　提供含有多个滤芯组件的模拟移动床装置，每个滤芯组件包括与多孔基底层相邻的一定体积的固定相颗粒，每个滤芯组件具有滤芯组件入口、滤芯组件出口和连接滤芯组件出口和滤芯组件入口的滤芯组件再循环管路，该多个滤芯组件为串联流体连通；　　　　将含有靶分子的溶液混合物连续流动通过多个滤芯组件，其中溶液混合物流的再循环部分从滤芯组件出口再循环到滤芯组件入口，并且溶液混合物流的剩余部分进入随后的滤芯组件入口；　　　　将靶分子与上述体积的固定相颗粒结合以形成靶分子：固定相颗粒产物；　　　　将含有靶分子：固定相颗粒产物的装满的滤芯组件从溶液混合物流中取出；　　　　从装满的滤芯组件中将靶分子与靶分子：固定相颗粒产物分离，形成分离的靶分子产物和再生的滤芯；以及　　　　将再生的滤芯组件添加到溶液混合物流中。

【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：安德鲁W拉宾斯，凯利J吉本斯，中村雅之，凯南塞沙德里，小罗伯特T菲茨西蒙斯，拉里J卡森，斯蒂芬M拉森，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]