微流過(guò)濾系統(tǒng)和流過(guò)濾方法
【專利摘要】微流過(guò)濾系統(tǒng)，包含流體線路（3)和在線路(3)外的適合容納流體的第一儲(chǔ)器（1)。流體線路（3)包含切向流過(guò)濾模塊（10)，切向流過(guò)濾模塊（10)能在流體樣品經(jīng)進(jìn)料入口（18)進(jìn)入切向流過(guò)濾模塊（10)時(shí)將該流體樣品分離成滲余流和滲透流。流體線路（3)進(jìn)一步包含集成在流體線路（3)中的第二儲(chǔ)器（2)、用于引起并驅(qū)動(dòng)流體流的泵（5)、任選地至少一個(gè)用于采集和檢測(cè)關(guān)于流體樣品的數(shù)據(jù)的壓力傳感器（6、7或8)、任選地用于調(diào)節(jié)流體線路（3)中的流量的壓力調(diào)節(jié)器(9)、和與第二儲(chǔ)器（2)、TFF模塊(10)、泵(5)、壓力傳感器（6、7或8)(如果存在）和壓力調(diào)節(jié)器(9)(如果存在）一起形成流體線路（3)的多個(gè)導(dǎo)管（22)。在線路（3)外的第一流體儲(chǔ)器（1)的體積顯著大于第二儲(chǔ)器（2)的體積。在流體線路（3)外的第一流體儲(chǔ)器（1)經(jīng)連接導(dǎo)管（31)與線路(3)相連，以使得流體單向流入線路（3)直至第一流體儲(chǔ)器（1)排空，從而建立從第一流體儲(chǔ)器（1)到線路（3)的連續(xù)流體流。
【專利說(shuō)明】微流過(guò)濾系統(tǒng)和流過(guò)濾方法
[0001]本發(fā)明涉及微流過(guò)濾系統(tǒng)和流過(guò)濾方法，它們用于提高流體樣品中所含的組分的濃度和/或含有化合物的流體的交換。所述系統(tǒng)包含具有微切向流過(guò)濾模塊的線路，該模塊具有半透膜，該半透膜能在流體樣品經(jīng)過(guò)時(shí)將該流體樣品分離成含有流體中的所述化合物的滲余流和含有無(wú)所述化合物的流體的滲透流。該流體線路進(jìn)一步包含集成到流體線路中的儲(chǔ)器、泵和將這些元件連向所述線路的多個(gè)導(dǎo)管。所述系統(tǒng)優(yōu)選在流體線路內(nèi)進(jìn)一步包含至少一個(gè)壓力傳感器和流壓力調(diào)節(jié)器。
[0002]為提純、濃縮或滲濾而使用半透膜過(guò)濾流體樣品的流體流過(guò)濾系統(tǒng)是現(xiàn)有技術(shù)狀況中公知的。這些系統(tǒng)用于提高例如用于實(shí)驗(yàn)室分析的流體中的組分濃度，或在提純的情況下用于除去微?；蚍肿游廴疚铩＿@樣的系統(tǒng)也可用于通過(guò)滲濾交換含有有用分子或微粒的溶劑。這樣的過(guò)濾系統(tǒng)的半透膜可以與流道內(nèi)的流向垂直布置以使該膜覆蓋流道的整個(gè)直徑，這被表征為垂直流過(guò)濾或死端過(guò)濾，或該膜表面可以與液體樣品的流向基本平行布置，這被稱作切向流過(guò)濾系統(tǒng)(TFF-系統(tǒng))或交叉流過(guò)濾系統(tǒng)。
[0003]切向流過(guò)濾系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，由于基本平行于膜表面的流體樣品流向，發(fā)生自動(dòng)清掃和清潔以致借助此類系統(tǒng)通?？蓪?shí)現(xiàn)與相應(yīng)的垂直流過(guò)濾系統(tǒng)相比更高的通量和更高的吞吐量。此外，大量樣品連續(xù)流經(jīng)膜表面以致在此類系統(tǒng)中不容易堵塞和結(jié)垢?？紤]到這些和其它優(yōu)點(diǎn)，切向流過(guò)濾系統(tǒng)常用于工業(yè)和/或生物技術(shù)工藝。
[0004]在流體經(jīng)過(guò)具有半透膜的切向流過(guò)濾模塊的過(guò)程中，小于膜孔徑的溶液組分作為滲透流流過(guò)該膜，而較大組分留在滲余流中。滲余流在流動(dòng)線路中再循環(huán)并以連續(xù)方式再泵過(guò)該膜。這樣的TFF-系統(tǒng)用于在從該系統(tǒng)中取出滲透流時(shí)顯著降低樣品溶液的體積。因此，當(dāng)以濃縮模式驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)時(shí)，樣品溶液變濃。
[0005]在另一些用途中，必須進(jìn)行溶液中的兩種或更多種組分(例如緩沖劑)的分離。因此，將通常但不是必須不含要分離的組分的交換緩沖液(滲濾液)添加到該系統(tǒng)中，以使一種組分作為滲透流取出并被另一組分(即被交換緩沖液)交換，以致最后例如一種緩沖劑被另一緩沖劑交換。滲濾模式和濃縮模式可以使用特殊控制策略合并在系統(tǒng)中。
[0006]文獻(xiàn)WO 96/34679描述了考慮實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的通量變化和組分通過(guò)行為而優(yōu)化膜基過(guò)濾系統(tǒng)的性能的方法。這樣的系統(tǒng)能用最低過(guò)濾面積在最短時(shí)間內(nèi)從含有兩種或更多種組分的樣品溶液中最大程度地回收所需組分到滲余液中。因此，可以建立優(yōu)化的滲濾法。
[0007]切向流過(guò)濾系統(tǒng)常用于制造可用于生物技術(shù)、化學(xué)和治療或診斷用途的物質(zhì)。在這樣的工業(yè)規(guī)模制造法中，該過(guò)濾法常用于提高活性成分的濃度。在切向流過(guò)濾系統(tǒng)中，將含有要濃縮的組分(例如蛋白質(zhì)、粒子、聚集體、離子、細(xì)菌、病毒、核酸、糖類等)的溶液置于集成到流體線路中的儲(chǔ)器中。該儲(chǔ)器與線路其余部分的體積相比具有大體積。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的過(guò)濾系統(tǒng)中，該儲(chǔ)器為大約0.1至5升。在工業(yè)規(guī)模系統(tǒng)中，該儲(chǔ)器的體積更大。
[0008]具有集成在線路中的大儲(chǔ)器的此類系統(tǒng)的濃度曲線具有指數(shù)形式。該濃度曲線顯示隨工藝時(shí)間經(jīng)過(guò)的濃度，并在該過(guò)程開始時(shí)在相對(duì)于總流體體積作為滲透流僅取出少量流體時(shí)相當(dāng)平坦。取出的流體越多且線路和儲(chǔ)器中的流體減少得越多，該濃度曲線指數(shù)提高得越多。換言之，就起始體積而言該流體系統(tǒng)中的相對(duì)較小體積導(dǎo)致濃度曲線的大的提高。濃度曲線的這一行為是有利的，因?yàn)槿芤褐械臐舛仍趯挼墓に嚂r(shí)間范圍內(nèi)相對(duì)較小。因此，在此期間，該過(guò)程中的堵塞或結(jié)垢危險(xiǎn)降低。
[0009]與線路其余部分的體積相比儲(chǔ)器的大體積的缺點(diǎn)在于該線路的最低工作體積提高。由于該儲(chǔ)器的大的內(nèi)表面，不可忽略的流體體積留在儲(chǔ)器內(nèi)，即使其幾乎排空。這一事實(shí)的原因是流體與儲(chǔ)器表面之間的粘合力。這導(dǎo)致最大濃縮系數(shù)降低，因?yàn)檎麄€(gè)線路的最低工作體積提高。此外，大儲(chǔ)器中的大流體-空氣界面可能促成流體中的組分與空氣之間的不想要的反應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和工業(yè)規(guī)模的系統(tǒng)中都出現(xiàn)這一問(wèn)題。最低工作體積有時(shí)被稱作最低再循環(huán)體積。
[0010]工業(yè)規(guī)模過(guò)濾法的開發(fā)通常非常耗時(shí)和消耗成本并需要深入了解工藝參數(shù)。必須認(rèn)證許多重要的參數(shù)，例如膜特性、流路構(gòu)造、動(dòng)力影響和其它工藝步驟。
[0011]WO 2006/26253A2公開了具有集成到線路中的儲(chǔ)器的流體線路。所述線路屬于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模系統(tǒng)以獲取可用于系統(tǒng)的更大規(guī)模開發(fā)認(rèn)證和確認(rèn)的數(shù)據(jù)。為了降低最低工作體積或最低再循環(huán)體積，使用專用罐容納溶液。該罐在底部具有入口和出口。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是流體溶液中所含的組分的不均勻分布。因此，建議該罐包含具有用于混合流體的磁攪拌器的混合區(qū)，由此制造更均勻的樣品，可從其中獲取有用的數(shù)據(jù)。具有攪拌器的這種專用罐相當(dāng)昂貴并提高整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。此外，磁攪拌器在流體組分上誘發(fā)剪切應(yīng)力。
[0012]因此，在藥物和生物技術(shù)工業(yè)中，仍然強(qiáng)烈需要甚至在小流體樣品體積、優(yōu)選小于100毫升的流體體積下也能以大的濃縮系數(shù)濃縮溶液的組分的切向流過(guò)濾裝置。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供能提供這樣大的濃縮系數(shù)的優(yōu)化TFF-系統(tǒng)，其中儲(chǔ)器的流體體積與該系統(tǒng)的最低工作體積相比足夠大。此外，應(yīng)在過(guò)濾過(guò)程中的長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)避免TFF模塊中的堵塞和結(jié)垢。
[0013]通過(guò)具有根據(jù)權(quán)利要求1的特征的流體樣品微流過(guò)濾系統(tǒng)解決該問(wèn)題。也通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求12的流過(guò)濾方法解決該目的。
[0014]用于提高流體中所含的組分的濃度的本發(fā)明的微切向流過(guò)濾系統(tǒng)包含流體線路和第一流體儲(chǔ)器。第一流體儲(chǔ)器是在該線路外的外部?jī)?chǔ)器，但具有與該線路的單向流體連接。第一流體儲(chǔ)器是分立元件，例如罐。其也可以由容器、器皿、筒或某種桶形成。第一流體儲(chǔ)器經(jīng)連接導(dǎo)管(其優(yōu)選是毛細(xì)通道或管等)與所述線路連接。優(yōu)選地，從第一流體儲(chǔ)器到該線路僅存在一個(gè)流體連接。以下述方式設(shè)計(jì)并布置該連接導(dǎo)管:它防止流體從該線路流回第一流體儲(chǔ)器。因此，一方面，建立流體從第一流體儲(chǔ)器到該線路的單向流。另一方面，裝在第一流體儲(chǔ)器中的流體的濃度在整個(gè)過(guò)濾過(guò)程中是恒定的并保持恒定，而在該過(guò)濾過(guò)程中線路中的流體濃度發(fā)生變化。
[0015]顯然，本發(fā)明的流過(guò)濾系統(tǒng)可用于濃縮法，例如提高流體樣品中所含的組分的濃度，和/或也可用于提純用途。對(duì)于所有這些用途，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法表現(xiàn)出它們的特定優(yōu)點(diǎn)。
[0016]在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)流體被理解為是液體，優(yōu)選緩沖液或包含可用于治療或診斷用途的組分(例如蛋白質(zhì))的流體樣品。也可以使用體液(例如全血)作為流體。
[0017]本發(fā)明的流體線路包含切向流過(guò)濾模塊、集成在流體線路中的第二流體儲(chǔ)器、用于引起并驅(qū)動(dòng)經(jīng)過(guò)流體線路的流體流的泵、優(yōu)選地至少一個(gè)壓力傳感器以及優(yōu)選地壓力調(diào)節(jié)器。該線路進(jìn)一步包含將所有元件連在一起的多個(gè)導(dǎo)管。
[0018]第二儲(chǔ)器包括在該線路中，并優(yōu)選設(shè)計(jì)為分立流體元件，例如容器、罐等?；蛘撸部梢杂稍摼€路的另一結(jié)構(gòu)元件提供第二儲(chǔ)器的功能以使這一結(jié)構(gòu)元件實(shí)現(xiàn)附加功能。例如，這種元件可以是具有延長(zhǎng)段和擴(kuò)大的內(nèi)腔的軟管，或具有擴(kuò)大的內(nèi)徑和內(nèi)腔的管以便可以在該元件或該元件的各個(gè)修改部分中存儲(chǔ)預(yù)定體積。因此，例如管形式的這種結(jié)構(gòu)元件發(fā)揮其原始輸送功能和儲(chǔ)器的附加貯存功能(或存儲(chǔ)功能)。
[0019]該切向流過(guò)濾模塊(TFF模塊)具有進(jìn)料入口、滲余液出口、滲透液出口和半透膜，該半透膜能在流體樣品經(jīng)進(jìn)料入口進(jìn)入切向流過(guò)濾模塊時(shí)將該流體樣品分離成滲余流和滲透流。該TFF模塊是膜孔徑相當(dāng)于大約I至100kD (千道爾頓)的截留分子量的微流過(guò)濾模塊。在一個(gè)任選實(shí)施方案中，該TFF模塊的膜具有大約2微米至0.05微米、優(yōu)選最多0.1微米的孔徑。這也是近似膜截留范圍。該膜還能實(shí)施超濾以致膜孔徑可以為小于0.1微米至大約的IkD的截留范圍。
[0020]第二流體儲(chǔ)器具有儲(chǔ)器入口和儲(chǔ)器出口，二者都與線路相連，以使線路中的流體可流經(jīng)該儲(chǔ)器。任選地或此外，該儲(chǔ)器可具有通往位于該流體線路外的第一流體儲(chǔ)器的入口。線路的泵驅(qū)動(dòng)流經(jīng)該流體線路(包括切向流過(guò)濾模塊)以及流經(jīng)該線路中第二儲(chǔ)器的流體樣品的流體流。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，至少兩個(gè)壓力傳感器用于采集和檢測(cè)關(guān)于流體樣品的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通常是用于計(jì)算壓力差值的壓力值，可由該壓力差值測(cè)定該線路中所含的流體的粘度。任選地，壓力調(diào)節(jié)器用于基于這些測(cè)定的結(jié)果調(diào)節(jié)線路中的流體樣品的壓力。
[0021]這些元件(TFF模塊、第二儲(chǔ)器、泵、任選地壓力傳感器和/或壓力調(diào)節(jié)器)與多個(gè)導(dǎo)管一起形成流體流經(jīng)過(guò)的線路。第一流體儲(chǔ)器和包括第二儲(chǔ)器的流體線路的布置具有下述優(yōu)點(diǎn):在濃縮模式中可以嚴(yán)格限制第一流體儲(chǔ)器的流體體積和第二儲(chǔ)器的流體體積(包括線路的體積)，并嚴(yán)格限制其中所含的流體。第一流體儲(chǔ)器中的流體濃度和該線路中的流體濃度僅在過(guò)濾過(guò)程開始時(shí)相同。在濃縮過(guò)程的剩余期間，由于該線路中的濃度隨工藝時(shí)間改變的事實(shí)，第一流體儲(chǔ)器中的流體濃度不同于該線路中的流體濃度。第一流體儲(chǔ)器中的流體濃度通常是已知的或預(yù)定的。
[0022]此外，第一流體儲(chǔ)器中的流體濃度恒定并且不變，尤其是濃度不提高。在所述線路中，濃度在過(guò)程中變化。只要第一流體儲(chǔ)器沒(méi)有完全排空，就準(zhǔn)確限定了該線路中的濃度和體積。
[0023]必須沒(méi)有從該線路、尤其是第二儲(chǔ)器到第一流體儲(chǔ)器的流體流動(dòng)或擴(kuò)散。這通過(guò)連接導(dǎo)管確保。因此，該連接導(dǎo)管優(yōu)選具有防止該流體內(nèi)所含的分子在過(guò)濾過(guò)程中從第二儲(chǔ)器有效擴(kuò)散到第一流體儲(chǔ)器中的長(zhǎng)度和/或小于該線路的直徑和/或小于第二儲(chǔ)器的直徑的直徑。另外或或者，可以在第一流體儲(chǔ)器與該線路之間的連接導(dǎo)管中設(shè)立閥或背壓閥。也可以控制該線路中的壓力以使該線路中的壓力小于第一流體儲(chǔ)器和/或連接導(dǎo)管中的壓力。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，將該連接導(dǎo)管設(shè)計(jì)為細(xì)長(zhǎng)管以可靠地防止從該線路進(jìn)入第一流體儲(chǔ)器的流體流。
[0024]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該連接導(dǎo)管具有最多I毫米、優(yōu)選最多0.75毫米、特別優(yōu)選最多0.5毫米的直徑。這種導(dǎo)管在防止流體回流和/或流體內(nèi)所含的分子從該線路擴(kuò)散到第一流體儲(chǔ)器中方面是有利的。另外或或者，該連接導(dǎo)管具有至少10毫米、優(yōu)選至少50毫米、特別優(yōu)選至少100毫米的長(zhǎng)度。該連接導(dǎo)管的長(zhǎng)度還優(yōu)選為至少200毫米、300毫米或更大。
[0025]在外部第一儲(chǔ)器與該線路之間使用連接導(dǎo)管的優(yōu)點(diǎn)在于作為分立元件并優(yōu)選設(shè)計(jì)為容器的第一流體儲(chǔ)器可拆除或可與該線路分離。因此，第一流體儲(chǔ)器可以與該線路分離。這在更換儲(chǔ)器及其內(nèi)容物、填充或可能再填充第一流體儲(chǔ)器、尤其是在儲(chǔ)器清潔方面是有利的。
[0026]基于本發(fā)明的理念開發(fā)出本發(fā)明的系統(tǒng)，S卩如果使用集成在流體線路中的大的內(nèi)部?jī)?chǔ)器，該線路的最低再循環(huán)體積提高。另一方面，在流的過(guò)濾系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)間經(jīng)過(guò)濃縮的濃度曲線表現(xiàn)出指數(shù)性行為，這由于降低TFF模塊的膜的堵塞和結(jié)垢效應(yīng)而有利。為避免該線路的最低再循環(huán)體積提高，可以取出該線路的內(nèi)部?jī)?chǔ)器并換成位于外部的儲(chǔ)器。已認(rèn)識(shí)到這不是適當(dāng)?shù)倪x擇，盡管外部?jī)?chǔ)器對(duì)該線路的最低工作體積沒(méi)有影響。如果儲(chǔ)器位于外部，該流過(guò)濾模塊中的濃度行為是不利的。濃度曲線表現(xiàn)出線性行為，以致從過(guò)濾過(guò)程一開始就帶來(lái)模塊中的相對(duì)較高的濃度提高。因此，該系統(tǒng)表現(xiàn)出較高的堵塞和結(jié)垢危險(xiǎn)，以降低滲透液流速。此外，流體樣品的粘度提高，這要求提高系統(tǒng)壓力并使在整個(gè)濃縮過(guò)程中實(shí)現(xiàn)恒定的跨膜壓力變復(fù)雜。
[0027]已認(rèn)識(shí)到用集成在線路中的小的內(nèi)部?jī)?chǔ)器和未集成在該線路中但與該線路流體連接(以使流體從第一流體儲(chǔ)器單向流入該線路)的顯著更大的外部?jī)?chǔ)器解決了這一問(wèn)題。通過(guò)連接導(dǎo)管，例如管、軟管或流體通道，設(shè)計(jì)第一流體儲(chǔ)器與該線路之間的流體連接。因此，從第一流體儲(chǔ)器流入該線路并流經(jīng)該線路的流體不會(huì)往回流或往回流入第一流體儲(chǔ)器。因此，在外部第一儲(chǔ)器與該線路之間優(yōu)選僅存在一個(gè)單向連接。
[0028]從第一流體儲(chǔ)器向該線路建立連續(xù)流體流直至第一流體儲(chǔ)器基本排空。因此，只要第一流體儲(chǔ)器中留有流體(其可以排空)，該線路中所含的流體的體積在TFF模塊運(yùn)行過(guò)程中保持恒定。
[0029]外部第一儲(chǔ)器是待加工的流體樣品的主儲(chǔ)器(在濃縮模式中)。在具有這兩個(gè)儲(chǔ)器的這種組合的系統(tǒng)中，流體的濃度表現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)狀況的過(guò)濾系統(tǒng)的這兩種版本的行為的組合對(duì)應(yīng)的行為。
[0030]本發(fā)明的組合系統(tǒng)表現(xiàn)出線性濃度曲線直至外部?jī)?chǔ)器排空，并且只要流體從第一流體儲(chǔ)器流入該線路，就為線性。如果外部?jī)?chǔ)器是空的，就會(huì)開始濃度的指數(shù)性提高。因此，可以使用第二儲(chǔ)器延遲濃度曲線的指數(shù)階段。由于第二儲(chǔ)器顯著小于第一外部?jī)?chǔ)器，其對(duì)最低再循環(huán)體積或最低工作體積的影響非常小或可忽略不計(jì)。另外也可以降低由大的流體-空氣界面引起的效應(yīng)。外部第一儲(chǔ)器不影響該線路的再循環(huán)體積，因此它可以任意地大，只要符合需要即可。
[0031]可以按外部?jī)?chǔ)器與內(nèi)部?jī)?chǔ)器的比率，例如外部?jī)?chǔ)器的體積與包括內(nèi)部(第二)儲(chǔ)器的線路的體積的比率，測(cè)定和調(diào)節(jié)濃度曲線在線性階段過(guò)程中的斜率。
[0032]要認(rèn)識(shí)到，濃度曲線的線性階段與指數(shù)階段之間的過(guò)渡點(diǎn)取決于兩個(gè)儲(chǔ)器的體積。因此，第一流體儲(chǔ)器的體積優(yōu)選是線路(包括第二儲(chǔ)器)的體積的至少2倍大。更優(yōu)選地，第一流體儲(chǔ)器的體積是線路體積的至少5倍大，更優(yōu)選至少10倍大，或特別優(yōu)選是線路體積的至少15倍大。第一流體儲(chǔ)器的體積還優(yōu)選是線路體積的至少50倍在。在另一些實(shí)施方案中，第一流體儲(chǔ)器的體積優(yōu)選是線路體積的至少100倍在，特別優(yōu)選至少1000倍大。因此，在該系統(tǒng)中可以處理大的流體批量而不用提高該線路的體積，并因此不用提高該系統(tǒng)的最低工作體積。該系統(tǒng)的最低工作體積的提高對(duì)用該系統(tǒng)可達(dá)到的最大濃縮速率造成限制。
[0033]盡管要處理的流體體積不限于上限，但TFF-系統(tǒng)通常用于最多150毫升、優(yōu)選最多100毫升的流體和液體批量。該系統(tǒng)優(yōu)選適用于進(jìn)行最多20毫升、也優(yōu)選最多10毫升的液體批量的提純或濃縮。也可以濃縮最多2毫升或I毫升的更小流體體積。因此，該濃縮工藝的起始體積優(yōu)選為150毫升至I毫升。第一和第二儲(chǔ)器具有各自的體積。第一流體儲(chǔ)器的體積通常在起始流體體積的范圍內(nèi)。
[0034]本發(fā)明的系統(tǒng)可用于濃縮流體樣品中所含的組分，例如蛋白質(zhì)或分子等。如果該系統(tǒng)用于這種濃縮模式，第一流體儲(chǔ)器和第二儲(chǔ)器都含有相同的流體樣品。此外任選地可追加外部?jī)?chǔ)器以便可以交換溶液中的一種或多種組分。
[0035]在該TFF-系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中,第二儲(chǔ)器的體積為最多2毫升,優(yōu)選最多I毫升。具有這種尺寸的第二儲(chǔ)器的系統(tǒng)通常用于實(shí)驗(yàn)室。可以處理少量溶液并限制第二儲(chǔ)器對(duì)最低工作體積或最低再循環(huán)體積的影響。在具體實(shí)施方案中，第二儲(chǔ)器優(yōu)選為最多
0.7毫升，特別優(yōu)選最多0.5毫升。這一體積的第二儲(chǔ)器的優(yōu)點(diǎn)在于進(jìn)一步限制對(duì)最低工作體積的影響并可以提純100毫升或更小、優(yōu)選最多20毫升的流體批量，以致可達(dá)到至少
10、優(yōu)選至少40的最大濃縮率。最大濃縮率優(yōu)選為至少100，特別優(yōu)選至少1000。
[0036]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，流體線路包含用于采集與流體樣品中所含的組分的濃度有關(guān)的數(shù)據(jù)的光學(xué)測(cè)量裝置。這種光學(xué)測(cè)量裝置可以是與合適的光源、單色儀或?yàn)V光設(shè)備和用于測(cè)量經(jīng)過(guò)該樣品后剩余的光的檢測(cè)單元結(jié)合的比色皿或類似物。借助集成到流體線路中的此類光學(xué)測(cè)量裝置，可以在該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中連續(xù)檢測(cè)流體樣品中所含的組分的實(shí)際濃度。因此，容易實(shí)現(xiàn)流體樣品中所含的組分的濃度或濃度變化的在線測(cè)定和監(jiān)測(cè)。
[0037]也用具有權(quán)利要求12的特征的流過(guò)濾方法解決本發(fā)明的目的。優(yōu)選用于提高流體樣品中所含的組分的濃度或用于提純的該方法使用作為微流過(guò)濾系統(tǒng)的流體線路的一部分的切向流過(guò)濾模塊。該系統(tǒng)還包含第一儲(chǔ)器，其以下述方式經(jīng)連接導(dǎo)管與所述線路相連:流體從第一流體儲(chǔ)器單向流入該線路。該連接導(dǎo)管防止流體從該線路流回第一流體儲(chǔ)器。因此，第一流體儲(chǔ)器中的流體的濃度恒定，特別是在整個(gè)過(guò)濾過(guò)程中。
[0038]在提供如上所述的微流過(guò)濾系統(tǒng)后，向第一流體儲(chǔ)器中裝入流體樣品。然后由于該線路的泵開始工作，樣品填充包括第二儲(chǔ)器在內(nèi)的整個(gè)線路。優(yōu)選在該線路的其余部分或整個(gè)線路被流體填充之前直接或間接(經(jīng)由該線路)填充第二儲(chǔ)器。如果該線路在填充過(guò)程開始時(shí)不含任何流體，泵優(yōu)選生成負(fù)壓以使流體被吸入該線路和/或吸入第二儲(chǔ)器。也可以利用其它已知的力或手段填充該線路。
[0039]優(yōu)選地，該線路還包含在空線路填充過(guò)程中讓空氣或氣體逸出的排氣口。因此，避免該系統(tǒng)中的氣泡以實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾和/或無(wú)假象(artefacts)的加工。
[0040]在下一步驟中，驅(qū)動(dòng)流體樣品經(jīng)過(guò)該線路并經(jīng)過(guò)TFF模塊。由此，將一定量的流體作為滲透流從該線路中(連續(xù))取出。該線路中的流體樣品中的組分濃度由此不斷提高。在提純的情況下，滲余流中的組分濃度提高，而滲透流是純化的流體溶液。
[0041]在下一步驟中，優(yōu)選建立從第一流體儲(chǔ)器到第二儲(chǔ)器的連續(xù)流體流直至第一流體儲(chǔ)器幾乎排空。因此，只要第一流體儲(chǔ)器中含有足以建立連續(xù)流體流的流體，在過(guò)濾模塊中排出的流體量被相同量的來(lái)自第一流體儲(chǔ)器的流體取代。在該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，來(lái)自與該線路相連的第一流體儲(chǔ)器的追加流體補(bǔ)償該滲透流。調(diào)節(jié)器(例如壓力調(diào)節(jié)器或閥)優(yōu)選控制該線路內(nèi)的流體流和/或壓力。特別優(yōu)選通過(guò)控制和/或調(diào)節(jié)該線路的泵來(lái)控制流體流。
[0042]只要第一流體儲(chǔ)器中含有流體，組分的濃度曲線(濃度相對(duì)于加工時(shí)間)就表現(xiàn)出線性行為。第一流體儲(chǔ)器的體積對(duì)該線路的最低工作體積沒(méi)有影響。濃度曲線在線性階段中的斜率取決于流體線路的體積和經(jīng)過(guò)該過(guò)濾模塊的流體通量，例如其取決于滲透流的通量。此外，實(shí)際濃度也取決于流體樣品中所含的組分的起始濃度。
[0043]優(yōu)選地，通過(guò)選擇第一和第二儲(chǔ)器的合適尺寸以及流體線路的體積和滲透液流速將濃度曲線在線性階段中的斜率調(diào)節(jié)至低值，以使該濃度在過(guò)濾過(guò)程開始時(shí)僅以小斜率提高。如上所述進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0044]當(dāng)?shù)谝涣黧w儲(chǔ)器排空時(shí)，從第一流體儲(chǔ)器到該線路的流停止。然后，該過(guò)濾系統(tǒng)表現(xiàn)出與具有內(nèi)部?jī)?chǔ)器的現(xiàn)有技術(shù)狀況中的已知過(guò)濾系統(tǒng)相同的行為。僅有的區(qū)別在于，第二儲(chǔ)器與整個(gè)系統(tǒng)的起始體積相比足夠小。在該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中從這一點(diǎn)開始，濃度的時(shí)間依賴性進(jìn)程表現(xiàn)出指數(shù)性行為，其中在該運(yùn)行的這一指數(shù)階段過(guò)程中濃縮率指數(shù)提高。因此，在該過(guò)程結(jié)束時(shí)濃度大大提高。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)和本發(fā)明的方法都在最長(zhǎng)運(yùn)行期間避免過(guò)濾模塊的膜的堵塞和結(jié)垢。
[0045]在該方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，監(jiān)測(cè)流體樣品中的組分的濃度。優(yōu)選地，系統(tǒng)的運(yùn)行可以由于預(yù)定的終止值(例如濃度提高、最終濃度或最終體積)或在規(guī)定時(shí)間后而停止。如果濃度提高達(dá)到指定的濃縮率或如果達(dá)到指定的目標(biāo)樣品濃度，線路中的流體流也可以停止。然后停止該線路的泵。優(yōu)選地，也可以在該線路中所含的流體樣品的量達(dá)到該線路的最低工作體積時(shí)停止流體流。
[0046]最低工作體積或最低再循環(huán)體積是指在不會(huì)將空氣泵入導(dǎo)管或線路的情況下該線路可被驅(qū)動(dòng)的最低體積。因此，最低工作體積是指除壓力調(diào)節(jié)器或閥(如果存在)、所述至少一個(gè)壓力傳感器(如果存在)、泵和切向流過(guò)濾模塊中可含的流體體積+第二儲(chǔ)器的導(dǎo)管中必須存在的流體量和任選地光學(xué)測(cè)量裝置和/或粘度測(cè)量裝置的體積外，該線路中連接這些元件的所有導(dǎo)管的體積。就第二儲(chǔ)器必須含有合適體積的流體以便在流體量降低時(shí)不將第二儲(chǔ)器中所含的空氣泵入連接導(dǎo)管而言，將集成在流體線路中的第二儲(chǔ)器的體積計(jì)入考慮。第二儲(chǔ)器內(nèi)要包含的這種最低流體體積是確定該線路的總最低工作體積要考慮的第二儲(chǔ)器的分體積。
[0047]本發(fā)明的方法優(yōu)選能使溶液中的組分的濃度提高到至少2倍，更優(yōu)選至少10倍，還更優(yōu)選至少50倍。濃度的最大提高倍數(shù)取決于相對(duì)于線路最低工作體積的第一流體儲(chǔ)器中溶液的起始體積。任選地，濃度提高倍數(shù)優(yōu)選為至少100，特別優(yōu)選至少1000。具有流體體積為150毫升的第一儲(chǔ)器和100微升的最低工作體積的系統(tǒng)表現(xiàn)出1500的濃度最大提高倍數(shù)。在這種系統(tǒng)中，該線路中第二儲(chǔ)器的體積為大約I毫升至0.5毫升。
[0048]在該方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，濃度曲線在濃縮過(guò)程的基本線性階段中的斜率優(yōu)選為最多0.5，更優(yōu)選最多0.2，更優(yōu)選最多0.1，更優(yōu)選最多0.05，更優(yōu)選最多0.02。濃度曲線是指濃度相對(duì)于運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系，其類似于相對(duì)于滲透流或過(guò)濾模塊的通量的濃度。濃度曲線的斜率類似于隨時(shí)間經(jīng)過(guò)的濃度變化。因此，該濃度曲線在線性階段中的斜率特別優(yōu)選為最多0.01，更優(yōu)選最多0.005，更優(yōu)選最多0.002，更優(yōu)選最多0.001，更優(yōu)選最多
0.0005，更優(yōu)選最多0.0002，特別優(yōu)選最多0.0001，更特別優(yōu)選最多0.00001。濃度曲線的斜率單位是暈克/暈升/秒。
[0049]優(yōu)選地，該方法含有以調(diào)節(jié)該線路中的預(yù)定壓力或預(yù)定流量的方式控制從第一流體儲(chǔ)器到該線路的流的步驟。也可以以使該線路中含有預(yù)定量的樣品流體的方式控制來(lái)自第一流體儲(chǔ)器的流。
[0050]第一流體儲(chǔ)器的流體優(yōu)選直接流入該線路的第二儲(chǔ)器，優(yōu)選經(jīng)由直通連接導(dǎo)管流入。
[0051]在流體從第一流體儲(chǔ)器流入該線路的過(guò)程中，通過(guò)由流體線路與第一流體儲(chǔ)器之間的壓力差產(chǎn)生的壓力控制該流動(dòng)。任選地，將各自量的流體從第一流體儲(chǔ)器吸出到該線路中。優(yōu)選以使第二儲(chǔ)器和/或該線路中所含的流體體積基本恒定(只要第一流體儲(chǔ)器被填充)的方式控制來(lái)自第一流體儲(chǔ)器的流體流。
[0052]在本發(fā)明的系統(tǒng)和方法的開發(fā)過(guò)程中認(rèn)識(shí)到，就濃度曲線而言，可以調(diào)節(jié)該系統(tǒng)從線性行為過(guò)渡到指數(shù)性行為的區(qū)域。因此，優(yōu)選以調(diào)節(jié)該線路中的流體體積與第一流體儲(chǔ)器中的起始流體體積的比率的方式進(jìn)行第一流體儲(chǔ)器中所含的起始體積的選擇和調(diào)節(jié)。以使?jié)舛惹€的線性行為與濃度曲線的指數(shù)性行為之間的過(guò)渡區(qū)域在預(yù)定區(qū)域中的方式預(yù)定這一比率。優(yōu)選在運(yùn)行的結(jié)束階段，優(yōu)選在溶液體積量降至起始體積的至少50%、優(yōu)選降至起始體積的至少10%、優(yōu)選降至起始體積的至少5%、還優(yōu)選降至起始體積的至少2%時(shí)發(fā)生從線性行為到指數(shù)性行為的過(guò)渡。任選地，在發(fā)生從線性行為到指數(shù)性行為的過(guò)渡時(shí)，溶液體積量降至起始體積的至少0.5%。
[0053]下面基于附圖中所示的具體實(shí)施方案更詳細(xì)例示本發(fā)明。其中所示的技術(shù)特征可以獨(dú)立或結(jié)合使用以產(chǎn)生本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。所述實(shí)施方案不代表對(duì)本發(fā)明的任何限制，由權(quán)利要求書規(guī)定本發(fā)明的一般性。
[0054]在附圖中:
[0055]圖la、b各自顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的切向流過(guò)濾系統(tǒng)的示意圖以及此類系統(tǒng)的理論濃度曲線的示意圖；
[0056]圖2顯示本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖；
[0057]圖3顯示本發(fā)明的切向流過(guò)濾系統(tǒng)的濃度曲線的示意圖；
[0058]圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的先進(jìn)的微切向流過(guò)濾系統(tǒng)，其用于大約10至15毫升起始體積的小流體批量。
[0059]在附圖描述中，使用提高流體中所含組分的濃度的實(shí)例例示本發(fā)明。其也可至少用于提純用途。這種實(shí)例不限制本發(fā)明的范圍。
[0060]圖1a顯示具有線路的過(guò)濾系統(tǒng)的主要示意圖，僅顯示該線路的泵P和過(guò)濾模塊F和儲(chǔ)器R。儲(chǔ)器R集成在該線路中。濃度曲線原則上顯示濃度與時(shí)間的關(guān)系。清楚顯示，該濃度曲線具有指數(shù)性行為。在30分鐘時(shí)間后，濃度從lmg/ml的起始濃度提高到1.14mg/ml的量。在200分鐘后，濃度達(dá)到5mg/ml的值。在248分鐘時(shí)，濃度達(dá)到大約125mg/ml的量。因此，一開始的濃度提高相對(duì)平坦。由此，降低了膜的堵塞和結(jié)垢危險(xiǎn)。如上提到，這種線路的缺點(diǎn)是在該線路的最低工作體積中必須考慮儲(chǔ)器R的體積，這使最低工作體積提高，并且如果必須避免過(guò)濾過(guò)程中儲(chǔ)器中形成濃度梯度，需要在儲(chǔ)器中加入混合器。因此，限制了最大可能的濃縮倍數(shù)。
[0061]圖1b顯示具有集成了泵P和過(guò)濾模塊F的線路的過(guò)濾系統(tǒng)。儲(chǔ)器R位于該線路外并流體連向該線路。流體從儲(chǔ)器R單向流入該線路。在這種構(gòu)造中，在最低工作體積中不必考慮儲(chǔ)器R的體積。因此，最低工作體積非常低。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于濃度隨時(shí)間線性升高。在30分鐘時(shí)，濃度從lmg/ml的起始濃度提高至19mg/ml的實(shí)際濃度。在200分鐘時(shí)，濃度值為121mg/ml。因此，與運(yùn)行開始時(shí)相比發(fā)生相對(duì)較大的濃度提高。這導(dǎo)致該系統(tǒng)中在過(guò)濾早期已存在高的堵塞和結(jié)垢危險(xiǎn)。
[0062]圖2顯示本發(fā)明的過(guò)濾系統(tǒng)的主要示意圖。在這種系統(tǒng)中，使用兩個(gè)儲(chǔ)器。一個(gè)小儲(chǔ)器R2集成在該線路中，其中還集成了泵P和過(guò)濾模塊F。大儲(chǔ)器Rl在該線路外并流體連通地與線路相連。在這一實(shí)施例中，儲(chǔ)器Rl具有15毫升的體積，且儲(chǔ)器R2具有I毫升的體積。流體線路的最低再循環(huán)體積合計(jì)為100微升。
[0063]圖3顯示了如圖2中所示的本發(fā)明的系統(tǒng)中的濃度與時(shí)間的關(guān)系的理論行為。該濃度曲線表現(xiàn)出線性提高直至232分鐘，此后表現(xiàn)出指數(shù)提高。據(jù)顯示，該濃度相對(duì)于時(shí)間的線性提高的斜率足夠低于具有外部?jī)?chǔ)器的現(xiàn)有技術(shù)狀況的系統(tǒng)中的濃度提高。該濃度提高的線性階段的斜率取決于相對(duì)于滲透液通量的流體線路體積。因此，可以預(yù)定該斜率。在這一實(shí)例中，在30分鐘時(shí)，濃度從lmg/ml的起始濃度提高至2.6mg/ml的實(shí)際濃度。在232分鐘的時(shí)間后，開始指數(shù)提高，以致在248分鐘時(shí)濃度具有125mg/ml的值。明顯的是，在該過(guò)程開始階段的低提高降低了過(guò)濾膜的堵塞和結(jié)垢危險(xiǎn)。有利的指數(shù)性行為的起點(diǎn)可變并在此后開始。因此，濃度在這一過(guò)渡點(diǎn)之后極快提高。本發(fā)明的過(guò)濾系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于由于集成在該線路中的儲(chǔ)器R2的小體積，最低工作體積相當(dāng)?shù)汀Ｒ虼?，可達(dá)到的最大濃縮率明顯更高。
[0064]圖4顯示本發(fā)明的流過(guò)濾系統(tǒng)100的優(yōu)選實(shí)施方案。該系統(tǒng)包含位于線路3外的第一儲(chǔ)器I。線路3包含第二儲(chǔ)器2、泵模塊5、三個(gè)壓力傳感器6、7、8、壓力調(diào)節(jié)器9和微切向流過(guò)濾模塊10。
[0065]此處所示的系統(tǒng)100是實(shí)驗(yàn)室規(guī)模系統(tǒng)，其中儲(chǔ)器I具有10至15毫升的體積。第一流體儲(chǔ)器I的體積優(yōu)選具有15毫升的體積以致在儲(chǔ)器I中容易容納10毫升體積的流體。第一流體儲(chǔ)器I (儲(chǔ)器I)是分立元件或組件，例如罐或容器。其布置在線路3外。第一流體儲(chǔ)器I經(jīng)連接導(dǎo)管31與線路3相連。連接導(dǎo)管31是儲(chǔ)器I與線路3之間的唯一流體連接。其防止流體從線路3流回儲(chǔ)器I。如圖4中所示，作為一個(gè)實(shí)例，儲(chǔ)器I經(jīng)直通導(dǎo)管4(其具有管或優(yōu)選管道形式)直接與儲(chǔ)器2連接。
[0066]第二儲(chǔ)器2 (儲(chǔ)器2)具有可位于儲(chǔ)器2的上部區(qū)域、位于側(cè)壁之一或優(yōu)選位于儲(chǔ)器2的底部的儲(chǔ)器入口 11，和優(yōu)選位于儲(chǔ)器2的底部或底部附近的儲(chǔ)器出口 12。儲(chǔ)器入口11和儲(chǔ)器出口 12與線路3的導(dǎo)管14相連。第二儲(chǔ)器入口 13與直通導(dǎo)管4相連，以使儲(chǔ)器I中所含的流體可直接流入儲(chǔ)器2。
[0067]直通導(dǎo)管4中的閥17能夠控制從第一儲(chǔ)器I到第二儲(chǔ)器2的流體流。利用閥17能夠控制從第一流體儲(chǔ)器I到線路3的流?？梢允褂靡粋€(gè)或多個(gè)壓力傳感器6、7和8測(cè)量流體線路中的預(yù)定壓力。
[0068]安裝在儲(chǔ)器2底部附近的液位傳感器15測(cè)量?jī)?chǔ)器2中所含的液體量，以便可控制儲(chǔ)器2中的流體位。儲(chǔ)器2優(yōu)選是封閉儲(chǔ)器，以使儲(chǔ)器2的頂部被蓋子密封。
[0069]儲(chǔ)器2 (其可具有罐形式)優(yōu)選包含能從儲(chǔ)器2內(nèi)部除去氣體(例如空氣)的排氣口 16。排氣口 16在儲(chǔ)器I排空時(shí)以及儲(chǔ)器2由于連續(xù)滲透流(經(jīng)該滲透流從線路3中取出流體)開始排空時(shí)的加工階段允許空氣進(jìn)入儲(chǔ)器2。此外，在儲(chǔ)器I排空后，如果閥17打開，則氣體可以從儲(chǔ)器I流向儲(chǔ)器2。
[0070]微TFF模塊10包含進(jìn)料入口 18、滲余液出口 19、滲透液出口 20和半透膜21，半透膜21能在流體樣品經(jīng)進(jìn)料入口 18進(jìn)入TFF模塊10時(shí)將線路3的流體樣品分離成滲余流和滲透流。在該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，流體的連續(xù)流被驅(qū)動(dòng)流過(guò)該線路和導(dǎo)管14，其中導(dǎo)管14連接線路3的元件并與集成的元件一起形成線路3。導(dǎo)管14優(yōu)選是軟管或硬質(zhì)管道或是微結(jié)構(gòu)化模塊的組成部分。
[0071 ] 在TFF模塊10中，優(yōu)選使用膜21，對(duì)其而言，分離時(shí)間取決于樣品體積和經(jīng)過(guò)該膜的通量。在給定實(shí)例中，該膜允許0.06ml/min的通量。經(jīng)滲透液出口 20取出滲透流以將取出的流體收集在收集室23中。使用天平24容易測(cè)量收集的流體量。
[0072]泵模塊5包含兩個(gè)注射器25和閥26。利用電子泵轉(zhuǎn)向裝置和可交替工作的兩個(gè)注射器25能使流體樣品連續(xù)流經(jīng)線路3。流體在回路中循環(huán)，以使TFF模塊10的滲余流再循環(huán)至第二儲(chǔ)器2并再至TFF模塊10。也可以利用閥26控制經(jīng)過(guò)線路3的流。
[0073]壓力傳感器6和7用于測(cè)量壓力差。它們優(yōu)選位于泵模塊5與TFF模塊10之間。傳感器位于未顯示的毛細(xì)管或通道中，其具有與線路3的導(dǎo)管14的橫截面積不同的指定橫截面積。兩個(gè)壓力傳感器6、7的壓力值之差用于通過(guò)適用Hagen-Poiseuille公式測(cè)定流體樣品的粘度。
[0074]第三壓力傳感器8在流動(dòng)方向中位于過(guò)濾模塊10后。壓力傳感器7和8的測(cè)量值的比較能夠測(cè)定經(jīng)過(guò)該過(guò)濾模塊的壓降。壓力傳感器6、7和8的信息可用于通過(guò)控制和調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器9 (其優(yōu)選也是閥)來(lái)控制和監(jiān)測(cè)線路3內(nèi)的壓力，尤其是施加在膜21上的跨膜壓力。
[0075]具有兩個(gè)口的出口閥27能從該線路中取出流體和封閉該線路，以使流體不泵過(guò)線路2而是泵過(guò)出口閥27的出口 28。因此，可以將具有高組分濃度的所需溶液收集在連向出口 28的產(chǎn)物室29中。在所示實(shí)施方案中，出口閥27包含兩個(gè)閥，它們一起工作以提供出口閥27的三通閥功能。
[0076]優(yōu)選地，線路3還包含用于測(cè)定流體中所含組分的濃度的光學(xué)測(cè)量裝置。該光學(xué)測(cè)量裝置優(yōu)選包含能夠在線檢測(cè)該溶液中的組分濃度的比色皿30。因此，可以監(jiān)測(cè)組分的實(shí)際濃度。監(jiān)測(cè)結(jié)果可用作停止標(biāo)準(zhǔn)，用以一旦達(dá)到預(yù)定濃縮率就停止線路3中的流體流和停止過(guò)濾過(guò)程。比色皿30也可用作用于測(cè)量粘度的壓力傳感器6、7質(zhì)檢的透明毛細(xì)管。因此，比色皿具有可經(jīng)其長(zhǎng)度檢測(cè)壓降的流體通道或毛細(xì)管的功能。
[0077]圖4中所示的流體系統(tǒng)具有15毫升的系統(tǒng)100中所含流體的起始體積。儲(chǔ)器I中含有13.9毫升起始體積。儲(chǔ)器2含有I毫升體積，線路3的其余組件含有100微升。起始濃度為lmg/ml。因此，第一流體儲(chǔ)器I的體積是儲(chǔ)器2的體積至少10倍大，接近15倍。在另一些實(shí)施方案中，第二儲(chǔ)器2具有最多0.7毫升、優(yōu)選最多0.5毫升的體積。因此，儲(chǔ)器I的體積是儲(chǔ)器2的體積20倍以上。
[0078]由于與第一流體儲(chǔ)器I相比第二儲(chǔ)器2的相對(duì)較小體積，線路3的最低工作體積降低。其優(yōu)選為最多I毫升，更優(yōu)選最多700微升，也更優(yōu)選最多500微升。最多200微升的最低工作體積是特別優(yōu)選的，最多100微升的最低工作體積也是優(yōu)選的。由于用本發(fā)明的系統(tǒng)100可實(shí)現(xiàn)的這些最低工作體積，可達(dá)到優(yōu)選至少2、更優(yōu)選至少10、更優(yōu)選至少20、更優(yōu)選50、更優(yōu)選至少100、特別優(yōu)選至少150的濃度最大提高倍數(shù)。圖4中所示的系統(tǒng)能達(dá)到至少100的濃度提高倍數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.微流過(guò)濾系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)(100)包含流體線路(3)和在線路(3)外的適合容納流體的第一儲(chǔ)器(I)， 流體線路(3)包含: -切向流過(guò)濾模塊(10) (TFF模塊)，其具有進(jìn)料入口(18)、滲余液出口(19)、滲透液出口(20)和半透膜(21)，半透膜(21)能在流體樣品經(jīng)進(jìn)料入口進(jìn)入切向流過(guò)濾模塊(10)時(shí)將所述流體樣品分離成滲余流和滲透流， -集成到流體線路(3)中的第二儲(chǔ)器(2)，其具有儲(chǔ)器入口(11)和儲(chǔ)器出口(12)，二者都與線路(3)相連， -泵(5)，用于引起和驅(qū)動(dòng)流經(jīng)流體線路(3)和切向流過(guò)濾模塊(10)的流體樣品的流體流， -與第二儲(chǔ)器(2)、TFF模塊(10)和泵(5) —起形成流體線路的多個(gè)導(dǎo)管(14)，經(jīng)其傳導(dǎo)流體樣品的流體流； 其中 -外部第一儲(chǔ)器(I)的體積顯著大于第二儲(chǔ)器(2)的體積； -在線路(3)外的第一流體儲(chǔ)器(I)以下述方式經(jīng)連接導(dǎo)管(31)與線路(3)相連:流體從第一流體儲(chǔ)器(I)單向流出到線路(3)中，其中連接導(dǎo)管(31)防止流體從線路(3)流回第一流體儲(chǔ)器(I)，且其中第一流體儲(chǔ)器(I)中的流體的濃度恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的微流過(guò)濾系統(tǒng)，其特征在于第一流體儲(chǔ)器(I)的體積是線路(3)的體積的至少2倍，優(yōu)選至少10倍，更優(yōu)選至少50倍，特別優(yōu)選至少100倍，還特別優(yōu)選至少1000倍。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的微流過(guò)濾系統(tǒng)，其特征在于第二儲(chǔ)器(2)是分立流體元件，或由流體線路(3)的另一結(jié)構(gòu)元件提供第二儲(chǔ)器(2)的功能。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的微流過(guò)濾系統(tǒng)，其特征在于第一流體儲(chǔ)器(I)和第二儲(chǔ)器(2)含有相同的流體樣品。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的微流過(guò)濾系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包含至少一個(gè)壓力傳感器出、7、8)，優(yōu)選至少兩個(gè)壓力傳感器出、7、8)，且優(yōu)選地至少一個(gè)壓力傳感器(6、7、8)用于采集關(guān)于跨膜壓力和/或所述流體樣品的物理性質(zhì)、優(yōu)選粘度的信息。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的微流過(guò)濾系統(tǒng)，其特征在于線路(3)包含光學(xué)測(cè)量裝置(30)，光學(xué)測(cè)量裝置(30)用于采集關(guān)于流體樣品中所含的組分的濃度的信息。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的微流過(guò)濾系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包含用于調(diào)節(jié)跨膜壓力和所述流體線路中的壓力的壓力調(diào)節(jié)裝置(9)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的微流過(guò)濾系統(tǒng)，其特征在于第一流體儲(chǔ)器(I)和第二儲(chǔ)器(2)以下述方式流體連接:第一流體儲(chǔ)器(I)的流體樣品直接流入第二儲(chǔ)器(2)，優(yōu)選經(jīng)由直通連接導(dǎo)管(4)流入。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的微流過(guò)濾系統(tǒng)，其特征在于第一流體儲(chǔ)器(I)是分立元件，優(yōu)選罐或容器，且第一流體儲(chǔ)器(I)優(yōu)選可從線路(3)和/或從第二儲(chǔ)器(2)上拆除。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的微流過(guò)濾系統(tǒng)，其特征在于連接導(dǎo)管(31)是毛細(xì)管或毛細(xì)通道或管和/或連接導(dǎo)管(31)具有至少10毫米、優(yōu)選至少50毫米、更優(yōu)選至少100毫米、特別優(yōu)選至少200毫米的長(zhǎng)度。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的微流過(guò)濾系統(tǒng)，其特征在于連接導(dǎo)管(31)具有最多I毫米、優(yōu)選最多0.75毫米、特別優(yōu)選最多0.5毫米的直徑。
12.使用切向流過(guò)濾模塊(10)提高流體樣品中所含的組分的濃度的流過(guò)濾方法，所述方法包括下述步驟: -提供微流過(guò)濾系統(tǒng)(100)、優(yōu)選根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的微流過(guò)濾系統(tǒng)(100)，其包含第一儲(chǔ)器(I)和流體線路(3)，其中第一流體儲(chǔ)器(I)以下述方式經(jīng)連接導(dǎo)管(31)與線路(3)相連:流體從第一流體儲(chǔ)器(I)單向流入所述線路，其中連接導(dǎo)管(31)防止流體從線路⑶流回第一流體儲(chǔ)器⑴且其中第一流體儲(chǔ)器⑴中的流體的濃度恒定，所述線路包含: -微切向流體過(guò)濾模塊(10)，其具有進(jìn)料入口(18)、滲余液出口(19)和滲透液出口(20)、和能將所述流體樣品分離成滲余流和滲透流的膜(21)， -集成到流體線路(3)中的第二儲(chǔ)器(2)，其具有儲(chǔ)器入口(11)和儲(chǔ)器出口(12)，二者都與線路(3)相連， -泵(5)，用于引起和驅(qū)動(dòng)流體樣品流經(jīng)流體線路(3)的流體流， -與第二儲(chǔ)器(2)、TFF模塊(10)和泵(5) —起形成流體線路(3)的多個(gè)導(dǎo)管(14)，經(jīng)其傳導(dǎo)流體樣品的流體流；其中第一流體儲(chǔ)器(I)的體積顯著大于第二儲(chǔ)器(2)的體積， -至少向第一流體儲(chǔ)器(I)中裝入流體樣品， -驅(qū)動(dòng)流體樣品經(jīng)過(guò)線路(3)并經(jīng)過(guò)TFF模塊(10)，由此提高線路(3)中的流體樣品中的組分濃度并取出一定量的流體到滲透流中， -建立從第一流體儲(chǔ)器(I)經(jīng)連接導(dǎo)管(31)到線路(3)的流體流，其優(yōu)選是連續(xù)流，以在所述系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中補(bǔ)償作為滲透流從線路(3)中取出的流體量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的流過(guò)濾方法，其特征在于監(jiān)測(cè)流體樣品中的組分的濃度和/或流體樣品的物理性質(zhì)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求12至13任一項(xiàng)的流過(guò)濾方法，其特征在于流體樣品中所含的組分的濃度提高為至少2倍，優(yōu)選至少10倍，更優(yōu)選至少50倍，特別優(yōu)選至少100倍，更特別優(yōu)選至少1000倍。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求12至14任一項(xiàng)的流過(guò)濾方法，其特征在于所述流體樣品從第一流體儲(chǔ)器(I)流出到線路(3)的第二儲(chǔ)器(2)中。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求12至15任一項(xiàng)的流過(guò)濾方法，其特征在于下列步驟: 以調(diào)節(jié)線路(3)中的預(yù)定壓力或預(yù)定流量的方式控制線路(3)中的流。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求12至16任一項(xiàng)的流過(guò)濾方法，其特征在于通過(guò)壓力、優(yōu)選通過(guò)負(fù)壓、優(yōu)選由泵生成的壓力控制從第一流體儲(chǔ)器(I)到線路(3)的流體流，或特征在于從第一流體儲(chǔ)器(I)吸出各自量的流體或在第一流體儲(chǔ)器(I)中施加壓力，和/或特征在于控制所述流以使線路(3)中含有預(yù)定量的樣品流體、或使線路(3)完全被流體裝滿以使線路(3)不含空氣。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求12至17任一項(xiàng)的流過(guò)濾方法，其特征在于通過(guò)壓力調(diào)節(jié)裝置控制所述系統(tǒng)中的壓力和/或跨膜壓力。
【文檔編號(hào)】B01D61/20GK104220149SQ201380017309
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月29日
【發(fā)明者】N·歐蘭思, N·洛斯萊本, S·盧茨, A·格羅斯曼 申請(qǐng)人:弗·哈夫曼-拉羅切有限公司