CN101052449A - 从液体混合物中分离靶分子的方法和装置 - Google Patents

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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
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Abstract

本发明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。

Description

从液体混合物中分离靶分子的方法和装置
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。
发明背景
本发明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。
发明简述
总的来说，本发明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。
上面的本发明的简述不是为了描述本发明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
下面的关于本发明的各种实施方案的详细描述以及附图，将对本发明有更完全的了解，其中：
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。
本发明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，本发明并不限于具体描述的实施方案。相反，本发明将涵盖处于本发明的精神和范围内的所有修改、等效和可选择的替换方案。
发明详述
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。在其它的实施方案中，本文描述的模拟移动床装置可以用来从废水或饮用水流中，通过例如吸附或酶促反应除去各种化学或生物物质。
术语“不溶的”是指在23℃下，100份水中溶解的固体不超过1份。
术语“滤芯分压”是指在分离系统中跨过滤芯元件的入口或上游与出口或下游压力之间的差。
术语“床高度”被定义为固定相颗粒的体积除以多孔基底的表面积。
由边界点界定的数字范围的书面陈述包括了包含在该范围内的所有数字(例如1到5包含了1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。
本说明书和随附的权利要求中使用的单数形式均包含了所指对象的复数，除非在内容中明确地表明不是这样。因此，例如称组合物中含有“化合物”，包含了两种或多种化合物的混合物。本说明书和随附的权利要求中使用的术语“或”，一般来说其使用的含义包括“和/或”，除非在内容中明确地表明不是这样。除非特别指明，在本说明书和权利要求中使用的所有数字表示的成分的量、性质的度量等，应该被理解为在所有情况下都被术语“大约”所修饰。因此，除非指明了不是这样，在上述的说明书和随附的权利要求中所提到的数字参数都是大约值，它们可以随着本领域的专业人员利用本发明的教导获得的被寻找的所需性质而变化。最低限度，每个数字参数应该至少根据所报道的有效数字的位数并使用常规的约数技术进行解释，这并不是试图限制与权利要求范围等价的学说的应用。尽管陈述了本发明的宽广的范围的数字范围和参数是大约值，在具体的实施例中陈述的数字值还是被报道得尽可能准确。但是，任何数字值内在地包含了由它们对应的试验测量中发现的标准偏差所必然引起的某些误差。
模拟移动床层析是相对较新的技术，其中一系列装好的柱子被转换位置或旋转(物理地或使用阀门)，以通过用含有所需产物或靶分子的溶液进料的系统。当装好的柱子饱和时，系统被转换位置，将饱和的柱子移动到回收区，柱子在那里被清洗、洗脱、平衡，并且任选再生。然后将平衡的柱子在线放置在柱子系列的末端。使用常规的柱层析，用户面临两个限制，较低的通量以及由于担心动态渗漏而引起对层析树脂的不良使用。
在某些实施方案中，本文描述的模拟移动床(SMB)系统适合于从澄清的发酵液流中分离抗体、免疫活性化合物或其它蛋白等。其被设计用作分离(例如减小体积)和纯化步骤。发酵液在澄清化后可以通入SMB系统。这意味着通过分离工艺例如离心、死端微滤或切线流微滤等已经将至少大部分细胞、支持物和细胞碎片除去。
图1是模拟移动床10的示意图。模拟移动床10包括捕获区20和回收区30。捕获区20包括多个滤芯组件，包括例如第一个滤芯组件21、最后的滤芯组件22以及任选的中间滤芯组件23。在某些实施方案中，多个滤芯组件每个都是“死端”过滤装置。
这些滤芯通过例如经前馈管路26和27串联连接流体连通(串联流体连通)。每个滤芯组件含有一定体积的固定相颗粒，它们能够与靶分子结合。滤芯组件将在下面进行更详细的描述。在操作中，第一个滤芯组件21可以被称为“装满的”滤芯组件，是指含有在固定相上捕获的最高水平靶分子的滤芯组件。第一个滤芯组件21与进料源24相连。
回收区30含有至少一个滤芯组件34，它最初被称为饱和的或“装满的”滤芯组件，已经被物理地或通过阀门移出捕获区20。回收区30将滤芯组件34再生，形成再生的滤芯组件。术语“再生的滤芯组件”是指已经被清洗、洗脱、或者清洁并重新平衡的滤芯组件。清洗步骤将溶液混合物从装满的滤芯组件中移除。洗脱步骤从固定相中移除靶分子，如果需要的话可以将其进一步加工。清洁步骤从滤芯组件中除去杂质或痕量污染物。重新平衡可以包括缓冲液交换，以允许再生的滤芯组件被重新引入捕获区。在某些实施方案中，根据需要，至少一部分来自回收区30的液体可以被导入进料源流24。
再生的滤芯组件可以物理地或使用分流器和阀门移回到捕获区20。再生的滤芯组件可以被放置作为最后的滤芯组件22。因此，滤芯组件(固定相)可以被逆向转换到溶液混合物流。
捕获区20可以在连续流体通路中含有0、1、2、3、4、5、6、7或8个或更多的中间滤芯组件23。回收区30可以含有0、1、2、3、4个或更多的滤芯组件。如果，例如滤芯被用于除去污染物，并且滤芯是可抛型的，那么回收区含有0个组件。第一个或“装满的”滤芯组件21含有流体入口31、流体出口41，与流体入口31和流体出口41流体连通的的再循环管路51，以及与流体入口31、流体出口41和进料源24流体连通的泵61。泵61可以提供足够的流体流过滤芯组件21。前馈管路(feed forward line)26允许至少一部分流体流向串联的下一个滤芯组件(图1中的23)。
最后的或“再生的”滤芯组件22包括流体入口32、流体出口42，与流体入口32和流体出口42流体连通的再循环管路52，以及与流体入口32、流体出口42和串联的前一个滤芯组件的前馈管路27流体连通的泵62。泵62可以提供足够的流体流过滤芯组件22。显示的流体出口42与除去了靶分子的溶液混合物液流管路25相连。该除去了靶分子的溶液混合物液流管路25可与除去了靶分子的溶液混合物容器流体连通(未显示)。
任选的中间滤芯组件23包括流体入口33、流体出口43，与流体入口33和流体出口43流体连通的再循环管路53，以及与流体入口33、流体出口43和串联的前一个滤芯组件的前馈管路26流体连通的泵63。泵63可以提供足够的流体流过滤芯组件23。
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连续流过多个滤芯组件，将靶分子与一定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。每个滤芯组件包括与多孔基底(即过滤)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，溶液混合物流的剩余部分流向随后的滤芯组件入口，例如串联的下一个滤芯组件入口。
在一个示例性的实施方案中，取出和添加步骤同时发生。在另一个示例性的实施方案中，取出步骤、流动步骤和添加步骤同时发生。在另一个示例性的实施方案中，分离步骤和结合步骤同时发生。在另一个示例性的实施方案中，取出步骤、分离步骤、流动步骤、结合步骤和添加步骤同时发生。
尽管图中显示一个泵与一个滤芯组件相连，但是应该理解每个滤芯组件可以连接一个以上的泵。此外，还应该明白每个泵可以与一个以上的滤芯组件相连。在某些实施方案中可以不使用泵。
捕获区中的每个滤芯组件有溶液混合物流过，其比速率用滤芯组件中每升固定相颗粒每分钟流过的溶液混合物的升数来表示。该流速可以是任何有用的值。在某些实施方案中，该流速是每升固定相颗粒至少3升/分钟，或每升固定相颗粒至少5升/分钟，或每升固定相颗粒至少7升/分钟，或每升固定相颗粒3到20升/分钟，或每升固定相颗粒5到20升/分钟，或每升固定相颗粒7到20升/分钟。
捕获区中的每个滤芯组件可以将一部分流出滤芯组件的溶液混合物再循环回到同一个滤芯组件的入口，并允许剩余的溶液混合物流部分进入随后的滤芯组件中进行进一步分离。该再循环部分可以被表示成通过滤芯组件的全部液流的再循环百分数。该再循环百分数可以是任何有用的量，例如25％或以上、50％或以上、60％或以上、70％或以上、75％或以上、80％或以上、85％或以上、90％或以上、或95％或以上，或50％到95％，或75％到95％，或80％到95％。
捕获区的每个滤芯组件有溶液混合物压降或分压跨过滤芯入口和滤芯出口。在某些实施方案中，该压降是172kPa(25psi)或以下、138kPa(20psi)或以下、103kPa(15psi)或以下、69kPa(10psi)或以下、或34kPa(5psi)或以下。在一个示例性的实施方案中，滤芯组件的流速为每升固定相颗粒(平均直径5到30微米)至少7升/分钟，压降为103kPa(15psi)或以下。在另一个示例性的实施方案中，滤芯组件的流速为每升固定相颗粒(平均直径5到30微米)至少5升/分钟，压降为69kPa(10psi)或以下。在另一个示例性的实施方案中，滤芯组件的流速为每升固定相颗粒(平均直径5到30微米)至少3升/分钟，压降为34kPa(5psi)或以下。
本文描述的滤芯组件在至少几个方面与常规的层析填充柱不同。与填充了介质的管在低流速下操作不同，滤芯组件依赖于相对薄的支持在多孔膜上的介质层(床高)，可以在高流速下操作。这允许了较低的压降、较好的外部质量转移、以及比能够在传统的层析填充柱中使用的介质颗粒更小的介质颗粒的使用。
在许多实施方案中，滤芯组件的固定相颗粒床高(固定相颗粒的体积除以多孔基底表面积)根据需要可以少于1厘米、或在0.02到0.20厘米之间、或从0.02到0.14厘米、或从0.04到0.10厘米、或从0.05到0.08厘米。在示例性实施方案中，多孔基底表面积在100,000到200,000平方厘米的范围内。
在一个示例性的实施方案中，滤芯高度为1米，装有15升蛋白A珠子，珠子平均直径从5到30微米，床高0.04到0.10厘米，支持在多孔基底上。
图2是复合过滤介质110的横截面简图，含有示例性的非编织网作为表面过滤层111，它可以是一层或多层独立的层，在其上游表面上有不溶性的固定相颗粒112。过滤层110可以包括上游的预过滤层113、可以包括多层下游孔径逐渐变小的过滤层的过滤层114、以及下游的覆盖层115。
图3是复合过滤介质120上具有凸起形状的未折叠部分122的透视图，用于产生滤芯组件的示例性实施方案。使用凸起可以增加表面积，并更完全地限定表面过滤元件。为了说明的清晰，不溶性的固定相颗粒被省略了。
图4是一个纵向延伸的圆柱形折叠过滤元件130的说明性实施方案的透视图。显示了复合的过滤(多孔基底)元件130的径向的折叠132，为了清楚起见，固定相颗粒112被省略了。在某些实施方案中，复合过滤元件130包含10个或以上、20个或以上、30个或以上、40个或以上、或50个或以上的折叠132。
图5是一个透视图，显示了圆柱形滤芯140中的复合过滤元件130(未显示)的内层和外层辅助支持膜的一个实施方案。外部支持结构141、例如具有多个孔洞的纱网或筛网、可以在由内向外的流体流动状态中提供附加的支持，以降低过滤元件破裂的可能性。同样地，由纱网或筛网或多孔外壳或类似结构构成的内部支持结构142可以提供支持，以防止过滤元件130(未显示)在由外向内的流体流动状态中的高压力下塌陷。在这两种情况下，可以在滤芯的出口端143加上辅助的支持结构以提供整体部件。一个有用的滤芯组件的例子描述在美国专利5,468,847中。
参照图2，固定相颗粒112通过下列相互作用中的一种或组合与溶液混合物中所需的靶分子结合或强烈缔合：吸附、离子交换、疏水相互作用、孔径排阻和/或亲和结合。
吸附性固定相颗粒的部分实例包括：羟基磷灰石(可以从BioRadLaboratories，Richmond，CA获得)，氧化铝(可以从EM separations，Gibbstown，NJ获得)，硅胶(可以从EM Separations获得)，二氧化硅(可以从Celite获得)，氧化锆(公开在美国专利5,015,373中)，沸石、蒙脱土(montmorillonite clay)、二氧化钛、氢氧化锌、以及聚合物涂敷的氧化锆。
离子交换固定相颗粒的部分实例是可以从例如Amersham、TosoHaas、EM Separations、J T Baker和Ciphergen市售获得的。适合的离子交换树脂包括：琼脂糖、葡聚糖、聚丙烯酸、聚亚胺、乙烯基聚合物、丙烯酰胺聚合物、多糖、纤维素聚合物、以及其它聚合物例如用二乙烯苯修饰的聚苯乙烯、丙烯酸酯/乙二醇共聚物，在阴离子交换的情况下被分别修饰含有二氨基乙基季铵基团，在阳离子交换的情况下被修饰含有羧甲基，磺基或磺丙基基团。其它离子交换树脂的支持物包括纯净的和用无机物例如氧化锆稳定的二氧化硅。混合功能的吸附剂包括例如两极性的离子交换吸附剂(与环氧化物活化的琼脂糖偶联的对氨基苯磺酸)。聚乙烯亚胺可以被用来纯化核酸和沉淀核蛋白。疏水相互作用颗粒可以含有短的脂肪链(C4-C10)和苯基基团，而含有较长的脂肪链(C8-C18)的反向吸附剂可用于较小的蛋白。反向层析支持物包括那些基于与有机硅烷、二氧化钛、聚(苯乙烯-二乙烯苯)、氧化铝等偶联的二氧化硅的支持物。
孔径排阻颗粒的部分实例包括：多孔玻璃、二元醇修饰的基于二氧化硅的支持物、随后用金属氧化物例如氧化锆修饰的二元醇键合的二氧化硅、含有交联的琼脂糖和葡聚糖或两者的基于聚合物的颗粒、与亚甲基双丙烯酰胺交联的烯丙基葡聚糖、被合成为触角型聚合物的聚合物(来自Merck的Fractogel)、纤维素、聚羟基甲基丙烯酸酯、交联的多糖和共聚的丙烯酸酯。
亲和层析颗粒可以从Amersham、Millipore、Tosoh、EM Separations、Ciphergen和Applied Biosystems等公司商购。基本支持物可以包括琼脂糖、纤维素和乙烯基聚合物。某些颗粒也可以在核心中含有无机支持物例如二氧化硅(来自Millipore的ProSep)和不锈钢(来自Amersham的Streamline)或合成物(例如来自BioSepra的陶瓷和丙烯酸系衍生物)。基本支持物可以被能够用于固定配体的基团修饰，或提供给它们这些基团。这些基团包括吖内酯、CNBr、环氧化物、酰肼、NHS、tresyl、亲硫的基团和羟基磷灰石。配体(具有特异性生物大分子亲和性)可以从范围很大的实例中选择，包括：精氨酸和苯甲脒(丝氨酸蛋白酶)、钙调蛋白(ATP酶、蛋白激酶、磷酸二酯酶和神经递质)、明胶(纤维结合蛋白)、谷胱甘肽(转移酶、谷胱甘肽依赖性蛋白和融合蛋白)、肝素(生长因子、凝集蛋白、类固醇受体、限制性内切酶、脂蛋白和脂酶)、蛋白A和G(IgG及亚类)、蛋白A模拟合成配体(IgG、IgM和其它免疫球蛋白)、L-赖氨酸(血纤蛋白溶酶原、血纤蛋白溶酶原激活剂和核糖体RNA)、伴刀豆球蛋白A和外源凝集素(糖蛋白、膜蛋白、糖脂和多糖)、DNA(DNA聚合酶、RNA聚合酶、T4多核苷酸激酶和核酸外切酶)、以及基于AMP、ADP、NADH和NADPH的层析(酶例如NADH-和NADPH-依赖性脱氢酶、还原酶、激酶、磷酸酶和转移酶)。
其它的亲和方法包括没有生物特异性相互作用的方法，例如固定化的金属例如Fe、Co、Ni、Cu、Al和Zn，它们形成了IMAC(固定化金属亲和层析)的基础，其中纯化是通过形成配位键来进行的。其它的亲和基质使用亲硫的配体例如连接巯基乙醇的乙烯砜、吡啶基二硫化物键等，它们对γ-球蛋白和单克隆抗体具有亲和性。
亲和基质也可用于分离细胞(细胞亲和层析或CAC)。用于CAC的基质包括琼脂糖、纤维素、葡聚糖、聚丙烯酰胺、玻璃、聚苯乙烯、trisacryl(被修饰以具有活性基团例如-OH、-OCN、-CH-CH2O、-NH2，从而偶联特定的蛋白例如亲和素、IgG、抗IgG、抗IgE等，以捕获特定的细胞类型例如淋巴细胞、干细胞、神经元细胞、肥大细胞、嗜碱性细胞、红细胞等)。其它的变化包括使用触角方法将配体与枝接的聚合物链(例如来自Merck的Fractogel，它是聚缩水甘油基甲基丙烯酸嫁接的凝胶)连接；配体可以来自上面描述的任何一种，可以直接地(用于亲硫的吸附/IMAC)或间接地(用于通过氨基中间体的染料配体亲和层析或通过吖内酯中间体的固定化蛋白)偶联。
也可以使用用于超滤或浓缩的颗粒例如Sephadex G-25(可以从Pharmacia商购)、聚乙二醇或羧甲基纤维素。这些材料可以淤浆的形式装入滤芯组件中，淤浆形式可由所接受的颗粒形成，也可能需要预先在某些溶剂或缓冲液中溶涨，或者可能需要预处理。
可用于本发明的固定相颗粒的大小可以具有平均直径1到200微米，或3到50微米、或5到40微米、或5到30微米、或5到15微米。示例性的固定相颗粒包括例如可以从Millipore公司(Billerica，MA)商购的ProSep-ATMUltra树脂以及可以从GE Healthcare(Chalfont St.Giles，UK)商购的MabSelectTM树脂。在某些实施方案中，每个滤芯组件包括5到25升固定相颗粒，或10到20升固定相颗粒。
本发明不应该被认为限制于本文描述的具体实施例，而应该被理解为覆盖了随附的权利要求中明确指出的本发明的所有方面。对于本技术领域的专业人员来说，鉴于本发明说明书的记载也可以对本发明进行多种修改、也可以采用等效的方法以及大量的结构。
实施例
实施例1到3是基于数学模型的结果。它们图解了系统是如何运行的。尽管我们的某些来自模型的假设和参数是基于实验数据，实施例从整体来说是基于来自模型的预测。
下面的实施例公开了通过蛋白A亲和分离纯化单克隆抗体的系统。在每个实施例中描述的滤芯组件由过滤芯例如可以从3M(St.Paul，MN)商购制造的水平折叠的滤器743B、滤芯外壳以及一定体积的用于分离的固体材料(固定相颗粒产品)构成。在实施例1到3中用于分离的固体材料是15升ProSep-A UltraTM树脂。如图6和7中所示，对应于每个滤芯组件有泵、入口液流和出口液流。出口液流被分成两股液流，一股液流再循环回到该滤芯组件的泵的上游，另一股液流成为下一个滤芯组件的进料液流(除了最后的滤芯组件之外)。每个滤芯组件和连接管道的液体体积被估计是50升。四个滤芯组件被串联连接用于实施例1中的捕获步骤(图6)。六个滤芯组件被串联连接用于实施例2和3中的捕获步骤(图7)。进料液流从第一个滤芯组件的入口进入。经过再循环分流后，从最后的滤芯组件的出口流出的是不含有靶分子的液流或废液流。
当最后的滤芯组件的废液流达到特定水平、例如进料流靶分子浓度的1％或2％时，滤芯组件可以被转换位置。如果需要的话，转换位置的时间的确定由数学模拟、在线传感器或在线测试来完成。
在转换位置的时候，滤芯组件在系统中改变位置或旋转(或者物理地或者通过阀门)。在捕获步骤中最上游的滤芯组件从捕获串联中移出，然后被送到回收区。同时，已经完成回收循环的再生的滤芯组件被添加到串联的最下游位置，捕获串联中的剩余组件向上游变换一个位置。假设在刚转换位置之后，添加的再生滤芯组件不含有靶分子，并且废液流中靶分子的浓度回到零。
使用了一个数学模型用于下面的实施例1到3的动力学和模拟研究。所用的控制方程(随时间变化的浓度的变化)是：
q/t＝K(C-C*)
其中q是树脂中的抗体浓度(mg/mL)，t是时间(min)，K是动力学速度常数(min-1)，C是溶液混合物中抗体的浓度(mg/mL)，C*是将与q平衡的溶液混合物中的抗体浓度。兰格缪尔等温线(Langmuirisotherm)描述了平衡时C和q之间的关系，具有下面的形式：
q＝(Qmax·C)/(Kd+C)
其中Qmax是树脂中的最大抗体浓度(mg/mL)，Kd是兰格缪尔平衡常数的倒数(mg/mL)。
使用ProSep-A UltraTM树脂进行了模型参数的估算。动力学速度常数K从分批吸收动力学进行估算，其中单克隆抗体溶液被再循环通过一个滤芯组件，随时间取出等份试样。分批吸附动力学使用了161mLProSep A Ultra进行测量，使用了3.4L浓度为0.7mg/mL的单克隆抗体溶液。获得的q(IgG吸附)对时间的图被用于拟合速度常数K。吸附平衡等温线被假定是兰格缪尔类型的。兰格缪尔常数Kd和Qmax取使用700埃多孔玻璃的文献中的数据(假定将与ProSep-A UltraTM树脂等效)(McCue，J.Chrom.A，989(2003)139-153)。
实施例1
该模拟移动床装置200的实施例在捕获区包括4个串联的滤芯组件201、202、203和204，在回收区包括一个滤芯组件250(参见图6)。
当系统200首次启动时，固定相颗粒不含任何IgG抗体。在每个组件的液相中的抗体浓度也是零。滤芯组件开始时充满缓冲液。进料210以具有浓度为1mg/mL的抗体的12L/min的流速引入，。当废液流220中抗体的浓度达到进料中浓度的1％、或0.01mg/mL时，将滤芯组件变换位置。废液流220以12L/min的流速被取出。因此，每个进料液流211、212、213的流速都是12L/min。
在每个入口221、222、223、224进入每个滤芯组件201、202、203、204的流速是150L/min。再循环通过再循环管道216、217、218、219的流速是138L/min。因此，溶液混合物的92％通过每个滤芯组件201、202、203、204被再循环。跨过每个滤芯组件201、202、203、204的入口和出口的压降将小于69kPa(10psi.)。
当靶分子的浓度达到0.01mg/mL(进料中靶分子浓度的1％)时，模拟移动床被改变位置。改变位置的时间由数学模型确定。第一次改变位置的时间比随后的改变位置的时间长。尽管每个滤芯组件中液体相中的抗体浓度C和固定相颗粒中抗体的浓度q随时间变化，改变位置的时间仍可以达到稳定的值。这被称为假稳态。第一次改变位置的时间是122分钟。随后的改变位置的时间是84分钟。
假设在给定的时间，每个滤芯组件中的C(每mL溶液混合物中IgG的mg数)与该滤芯组件的出口处的浓度相同。表1显示了在假稳态下就在改变位置之前，每个滤芯组件中的浓度C和q(每mL固定相颗粒中IgG的mg数)。
表1
  滤芯组件   C(mg IgG/mL)   q(mg IgG/mL固定相颗粒)
  201   0.66   63
  202   0.17   22
  203   0.04   5.4
  204   0.01   1.1
实施例2
该模拟移动床装置300的实施例在捕获区含有6个串联的滤芯组件301、302、303、304、305和306，在回收区含有一个滤芯组件350(参见图7)。
当系统300首次启动时，固定相颗粒不含任何IgG抗体。在每个组件的液相中的抗体浓度也是零。滤芯组件开始时充满缓冲液。进料310中含有浓度为1mg/mL的抗体，以34L/min的流速引入。当废液流(320)中抗体的浓度达到进料中浓度的2％、或0.02mg/mL时，将滤芯组件转换位置。废液流320以34L/min的流速被取出。因此，每个进料液流311、312、313、314、315的流速都是34L/min。
在每个入口321、322、323、324、325、326进入每个滤芯组件301、302、303、304、305、306的流速是150L/min。再循环通过再循环管道331、332、333、334、335、336的流速是116L/min。因此，溶液混合物的77％再循环通过每个滤芯组件301、302、303、304、305、306。跨过每个滤芯组件301、302、303、304、305、306的入口和出口的压降将小于69kPa(10psi.)。
当靶分子的浓度达到0.02mg/mL(进料中靶分子浓度的2％)时，模拟移动床被转换位置。转换位置的时间由数学模型确定。第一次转换位置的时间比随后的转换位置的时间长。尽管每个滤芯组件中液体相中的抗体浓度C和固定相颗粒中抗体的浓度q随时间变化，转换位置的时间仍可以达到稳定的值。这被称为假稳态。第一次转换位置的时间是61分钟。随后的转换位置的时间是29分钟。
假设在给定的时间，每个滤芯组件中的C(每mL溶液混合物中IgG的mg)与该滤芯组件的出口处的浓度相同。表2显示了在假稳态下就在转换位置之前，每个滤芯组件中的浓度C和q(每mL固定相颗粒中IgG的mg)。
表2
  滤芯组件   C(mg IgG/mL)   q(mg IgG/mL固定相颗粒)
  301   0.78   63
  302   0.39   37
  303   0.19   18
  304   0.09   7.9
  305   0.04   3.3
  306   0.02   1.1
实施例3
该模拟移动床装置300的实施例在捕获区包括6个串联的滤芯组件301、302、303、304、305和306，在回收区包括一个滤芯组件350(参见图7)。
当系统300首次启动时，固定相不含任何IgG抗体。在每个组件的液相中的抗体浓度也是零。滤芯组件开始时充满缓冲液。进料310中含有浓度为2mg/mL的抗体，以30L/min的流速引入。当废液流320中抗体的浓度达到进料中浓度的1％、或0.02mg/mL时，将滤芯组件转换位置。废液流320以30L/min的流速被取出。因此，每个进料液流311、312、313、314、315的流速都是30L/min。
在每个入口321、322、323、324、325、326进入每个滤芯组件301、302、303、304、305、306的流速是150L/min。再循环通过再循环管道331、332、333、334、335、336的流速是120L/min。因此，溶液混合物的80％再循环通过每个滤芯组件301、302、303、304、305、306。跨过每个滤芯组件301、302、303、304、305、306的入口和出口的压降将小于69kPa(10psi.)。
当靶分子的浓度达到0.02mg/mL(进料中靶分子浓度的1％)时，模拟移动床被转换位置。转换位置的时间由数学模型确定。第一次转换位置的时间比随后的转换位置的时间长。尽管每个滤芯组件中液体相中的抗体浓度C和固定相颗粒中抗体的浓度q随时间变化，转换位置的时间仍可以达到稳定的值。这被称为假稳态。第一次转换位置的时间是30分钟。随后的转换位置的时间是16分钟。
假设在给定的时间，每个滤芯组件中的C(每mL溶液混合物中IgG的mg数)与该滤芯组件的出口处的浓度相同。表3显示了在假稳态下就在改变位置之前，每个滤芯组件中的浓度C和q(每mL固定相颗粒中IgG的mg数)。
表3
  滤芯组件   C(mg IgG/mL)   q(mg IgG/mL固定相颗粒)
  301   1.25   63
  302   0.55   31
  303   0.24   14
  304   0.11   5.5
  305   0.05   2.1
  306   0.02   0.6
实施例4
本实施例在捕获区包括6个串联的组件，在回收区包括1个组件(参见图7)。该系统被用来通过蛋白A亲和分离从进料溶液中除去IgG。组件由过滤膜片(filter capsule)(Pall公司制造，部件号12121)和用于分离的固体材料组成。每个组件含有13mL蛋白ABiosupportMedium(按照US 5,907,016实施例4制备)，平均颗粒直径为28微米，床高0.04cm。对应于每个滤芯组件有泵、入口液流和出口液流。出口液流被分成两股液流，一股液流再循环回到该滤芯组件的泵的上游，另一股液流成为下一个滤芯组件的进料液流。滤芯组件和连接管道的液体体积被估计为112升。六个滤芯组件被串联连接用于捕获步骤。进料液流从第一个滤芯组件的入口进入。经过再循环分流后，从第六个滤芯组件的出口流出的是废液流或废水流。整个过程包括捕获、清洗、洗脱、任选清洁和重新平衡。对于分批分离来说，在最后的洗脱后清洁组件，否则，组件被重新平衡并放回到捕获区中。在转换位置的时候，滤芯组件在系统中通过改变指导加工液流的流动的阀门来转换位置或旋转。在捕获步骤中最上游的滤芯组件从序列中移出，然后用10mM PBS(磷酸钠在140mM NaCl中，pH 7.2)清洗，然后用洗脱缓冲液(0.5M乙酸，pH 2.45)洗脱，然后用PBS重新平衡。这三个清洗、洗脱和重新平衡步骤在回收区中进行。同时，再生的滤芯组件被插入到串联的最下游位置，捕获串联中剩下的组件向上游移动一个位置。
当系统首次启动时，固定相不含任何IgG抗体。在每个组件的液相中的抗体浓度也是零。滤芯组件开始时充满10mM PBS缓冲液。进料溶液(含有溶于PBS缓冲液的EQUITECH-BIO公司(Kerrville，TX)的多克隆人IgG)的抗体浓度为1.0mg/mL，以大约20mL/min的流速引入，通过每个组件的总流速是980mL/min。滤芯被变换位置两次。每个循环转换位置之间的时间是30分钟。在最后一次循环的结尾，串联中的所有滤芯用PBS清洗，用0.5M乙酸(pH 2.45)洗脱，再用PBS清洗，然后用胍缓冲液(2M盐酸胍，10mM TRIS(三羟甲基氨基甲烷，pH 7.5)再生。浓度从使用紫外可见光分光光度计在280nm处测量的吸收值计算。
第1个循环的滤芯位置：
入口-A-B-C-D-E-F-出口
离线(G)
第1个循环
  体积(mL)   浓度(mg/mL)   IgG(mg)
 流出物   577   0   0
 组件A清洗1   443   0.209   93
 组件A清洗2   499   0.037   18
 组件A洗脱液   457   0.688   314
 组件A洗脱后清洗   507   0.061   31
  进料体积   783   mL
  循环时间   30   min
  平均流速   26   mL/min
  进料浓度   1.05   mg/mL
  总处理量   822   mg
  总洗脱量   314   mg
  样品   210   mL
组件A在第2个循环过程中进行清洗、洗脱和重新平衡。
第2个循环的组件位置：
入口-B-C-D-E-F-G-出口
离线(A)，在回收区中
第2个循环
  体积(mL)   浓度(mg/mL)   IgG(mg)
 流出物   475   0.011   5
 组件B清洗1   485   0.215   104
 组件B洗脱液   479   0.637   305
 组件B洗脱后清洗   490   0.209   102
  进料体积   510   mL
  循环时间   30   min
  平均流速   17   mL/min
  进料浓度   1.05   mg/mL
  总处理量   535   mg
  总洗脱量   305   mg
  样品   25   mL
组件B在第2个循环结束后第3个循环过程中进行清洗、洗脱和重新平衡。
第3个循环的组件位置：
入口-C-D-E-F-G-A-出口
离线(B)，在回收区中
第3个循环
  体积(mL)   浓度(mg/mL)   IgG(mg)
  流出物   410   0.010   4
  所有组件清洗1   3260   0.014   47
  洗脱
  组件C洗脱   475   0.537   255
  组件D洗脱   465   0.320   149
  组件E洗脱   485   0.153   74
  组件F洗脱   486   0.095   46
  组件G洗脱   492   0.054   27
  组件A洗脱   485   0.037   18
  所有组件洗脱后清洗   1851
  进料体积   445   mL
  循环时间   30   min
  平均流速   14.8   mL/min
  进料浓度   1.05   mg/mL
  总处理量   467   mg
  总洗脱量   569   mg
  样品   45   mL
组件C、D、E、F、G和A在第3个循环结束后被一起清洗、分别洗脱，所有滤芯一起用含有2M胍的TRIS缓冲液再生。
在第1个循环中每3分钟从每个滤芯取样，在第2和第3个循环中每3分钟从串联的最后一个滤芯取样。
组件          时间(分钟)      IgG浓度(mg/mL)
A                3                0.071
A                6                0.121
A                9                0.193
A                12               0.260
A                15               0.341
A                18               0.411
A                21               0.467
A                24               0.527
A                27               0.605
A                30               0.646
B                3                0.015
B                6                0.015
B                9                0.023
B                12               0.040
B                12               0.037
B                15               0.063
B                18               0.086
B                21               0.104
B                24               0.146
B                27               0.198
B                30               0.239
C                3                0.008
C                6                0.008
C                9                0.009
C                12               0.010
C                15               0.013
C                18               0.016
C            21              0.015
C            24              0.026
C            27              0.038
C            30              0.036
D            3               0.006
D            6               0.007
D            9               0.008
D            12              0.008
D            15              0.009
D            18              0.009
D            21              0.002
D            24              0.008
D            27              0.011
D            30              0.012
E            3               0.006
E            6               0.006
E            9               0.007
E            12              0.009
E            15              0.009
E            18              0.008
E            21              0.001
E            24              0.006
E            27              0.007
E            30              0.008
F            3               0.004
F            6               0.005
F            9               0.004
F            12             0.006
F            15             0.007
F            18             0.007
F            21             0.002
F            24             0.006
F            27             0.006
F            30             0.007
G            33             0.007
G            36             0.010
G            39             0.010
G            42             0.010
G            45             0.010
G            48             0.010
G            51             0.010
G            54             0.010
G            57             0.014
G            60             0.009
A            63             0.018
A            66             0.009
A            69             0.009
A            72             0.011
A            75             0.020
A            78             0.014
A            81             0.015
A            84             0.014
A            84             0.014
A            87             0.015
A            90             0.020
实施例5
除了靶进料流速为40mL/min和通过每个组件的总流速为890mL/min之外，本实施例与实施例4相同。
第1个循环
  体积(mL)   浓度(mg/mL)   IgG(mg)
 流出物   1248   0.011   13
 组件A清洗1   460   0.247   114
 组件A洗脱液   530   0.661   351
 组件A洗脱后清洗   503   0.172   87
  进料体积   1458   mL
  循环时间   30   min
  平均流速   48.6   mL/min
  进料浓度   1.0   mg/mL
  总处理量   1458   mg
  总洗脱量   351   mg
  样品   210   mL
第2个循环
  体积(mL)   浓度(mg/mL)   IgG(mg)
 流出物   1011   0.030   30
 组件B清洗1   522   0.246   128
 组件B洗脱液   541   0.671   363
 组件B洗脱后清洗   528   0.211   111
  进料体积   1047   mL
  循环时间   30   min
  平均流速   35   mL/min
  进料浓度   1.0   mg/mL
  总处理量   1047   mg
  总洗脱量   363   mg
  样品   35   mL
第3个循环
  体积(mL)   浓度(mg/mL)  IgG(mg)
  流出物   957   0.041   39
  所有组件清洗1部分1   1907   0.170   324
  所有组件清洗1部分2   616   0.053   33
  组件C洗脱   461   0.761   351
  组件D洗脱   490   0.616   302
  组件E洗脱   507   0.494   250
  组件F洗脱   499   0.447   223
  组件G洗脱   504   0.327   165
  组件A洗脱   512   0.261   134
  所有组件洗脱后清洗   1981   0.177   350
  进料体积   992   mL
  循环时间   30   min
  平均流速   33   mL/min
  进料浓度   1.0   mg/mL
  总处理量   992   mg
  总洗脱量   1425   mg
  样品   35   mL
如前所述，在第1个循环中每3分钟从每个滤芯取样，在第2和第3个循环中每3分钟从串联的最后一个滤芯取样。
组件         时间(分钟)     IgG浓度(mg/mL)
A                3             0.1567
A                6             0.2976
A                9             0.4145
A                12            0.5246
A                15            0.6033
A                18            0.6797
A                21            0.7647
A                24            0.7951
A                27            0.8291
A                30            0.8642
B                3             0.0322
B                6             0.0729
B                9             0.1354
B                12            0.1931
B                15            0.2578
B                18            0.3640
B                21            0.4484
B                24            0.4957
B                27            0.5575
B                30            0.6224
C                3             0.0080
C                6             0.0147
C                9             0.0311
C                12            0.0495
C                15            0.0693
C                18            0.1093
C                21            0.1459
C            24            0.1798
C            27            0.2358
C            30            0.3068
D            3             0.0088
D            6             0.0093
D            9             0.0161
D            12            0.0210
D            15            0.0298
D            18            0.0491
D            21            0.0619
D            24            0.0577
D            27            0.0819
D            30            0.1140
E            3             0.0087
E            6             0.0090
E            9             0.0120
E            12            0.0163
E            15            0.0164
E            18            0.0349
E            21            0.0431
E            24            0.0300
E            27            0.0399
E            30            0.0515
F            3             0.0069
F            6             0.0081
F            9             0.0105
F            12            0.0131
F            15            0.0134
F            18            0.0293
F            21            0.0211
F            24            0.0235
F            27            0.0324
F            30            0.0393
G            33            0.0089
G            36            0.0173
G            39            0.0267
G            43            0.0258
G            45            0.0274
G            48            0.0351
G            51            0.0323
G            54            0.0331
G            57            0.0345
G            60            0.0369
A            63            0.0167
A            66            0.0257
A            69            0.0287
A            72            0.0334
A            75            0.0431
A            78            0.0408
A            81            0.0407
A            84            0.0465
A            87            0.0500
A            90            0.0572
 权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.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上游侧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、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、与滤芯组件入口、滤芯组件出口、滤芯组件再循环管路流体连通的滤芯组件泵以及上游滤芯组件出口，该多个滤芯组件为串联流体连通；
用滤芯组件泵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；
中断溶液混合物流动通过含有靶分子：固定相颗粒产物的装满的滤芯组件；
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
将溶液混合物流输送通过再生的滤芯组件。
2.权利要求1的方法，其中所述体积的固定相颗粒的床高低于1厘米。
3.权利要求1的方法，其中所述体积的固定相颗粒的平均直径在5到30微米的范围内。
4.权利要求1的方法，其中再循环部分占溶液混合物流的75％或以上。
5.权利要求1的方法，其中的靶分子包括生物大分子。
6.权利要求1的方法，其中的靶分子包括蛋白。
7.权利要求1的方法，其中的中断步骤和输送步骤同时发生在不同的滤芯组件。
8.权利要求1的方法，其中的中断步骤、流动步骤和输送步骤同时发生在不同的滤芯组件。
9.权利要求1的方法，其中的分离步骤和结合步骤同时发生在不同的滤芯组件。
10.权利要求1的方法，其中的中断步骤、分离步骤、流动步骤、结合步骤和输送步骤同时发生在不同的滤芯组件。
11.权利要求3的方法，其中溶液混合物以每升各滤芯组件中的固定相颗粒至少5升/分钟的速度流过每个滤芯，并且每个滤芯从滤芯组件入口到滤芯组件出口的压降为69kPa(10psi)或以下。
12.权利要求3的方法，其中溶液混合物以每升各滤芯组件中的固定相颗粒至少7升/分钟的速度流过每个滤芯，并且每个滤芯从滤芯组件入口到滤芯组件出口的压降为103kPa(15psi)或以下。
13.从溶液混合物中连续分离靶分子的模拟移动床装置，包括：
含有多个串联连接的滤芯组件的捕获区，包括第一个装满的滤芯组件和最后的再生的滤芯组件，该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，每个滤芯组件含有一定体积的能够与靶分子结合的固定相颗粒，所述固定相颗粒与多孔基底层相邻，每个滤芯有滤芯组件入口、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，该滤芯组件出口与随后的下游滤芯组件的滤芯组件入口相连，以及每个滤芯组件包括入口阀、出口阀和与滤芯组件入口和滤芯组件再循环管路流体连通的溶液混合物泵；以及
将装满的滤芯组件中的靶分子与上述体积的固定相颗粒体分离开来，形成再生的滤芯组件的回收区，该回收区包含至少一个滤芯组件，并且至少一个滤芯组件包括进口阀和出口阀。
14.权利要求13的模拟移动床装置，其中的多个滤芯组件还包括一个或多个中间滤芯组件，该中间滤芯组件在第一个装满的滤芯组件和最后的再生滤芯组件之间串联连接。
15.权利要求13的模拟移动床装置，其中的固定相颗粒的平均粒径在5到30微米之间。
16.权利要求13的模拟移动床装置，其中所述体积的固定相颗粒的床高低于1厘米。
17.权利要求13的模拟移动床装置，其中多个滤芯组件中的每个包括5到25升体积的能够结合靶分子的固定相颗粒。

Claims (20)

1.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。
2.权利要求1的方法，其中的提供步骤包括提供含有多个滤芯组件的模拟移动床装置，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，并且该体积的固定相颗粒的床高低于1厘米。
3.权利要求1的方法，其中的提供步骤包括提供含有多个滤芯组件的模拟移动床装置，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，并且该体积的固定相颗粒的平均直径在5到30微米的范围内。
4.权利要求1的方法，其中的流动步骤包括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，并且再循环部分占溶液混合物流的75％或以上。
5.权利要求1的方法，其中的流动步骤包括使含有靶分子的溶液混合物流动，其中的靶分子包括生物大分子。
6.权利要求1的方法，其中的流动步骤包括使含有靶分子的溶液混合物流动，其中的靶分子包括蛋白。
7.权利要求1的方法，其中的取出步骤和添加步骤同时发生。
8.权利要求1的方法，其中的取出步骤、流动步骤和添加步骤同时发生。
9.权利要求1的方法，其中的分离步骤和结合步骤同时发生。
10.权利要求1的方法，其中的取出步骤、分离步骤、流动步骤、结合步骤和添加步骤同时发生。
11.权利要求1的方法，其中的取出步骤包括将每毫升固定相颗粒含有第一个靶分子浓度的装满的滤芯组件取出，并且其中的添加步骤包括添加每毫升固定相颗粒含有第二个靶分子浓度的再生的滤芯组件，以及每毫升固定相颗粒的第一个靶分子浓度高于每毫升固定相颗粒的第二个靶分子浓度。
12.权利要求3的方法，其中的流动步骤包括含有靶分子的溶液混合物连续流过多个滤芯组件，其中溶液混合物以每升各滤芯组件中的固定相颗粒至少5升/分钟的速度流过每个滤芯，并且每个滤芯从滤芯组件入口到滤芯组件出口的压降为69kPa(10psi)或以下。
13.权利要求3的方法，其中的流动步骤包括含有靶分子的溶液混合物连续流过多个滤芯组件，其中溶液混合物以每升各滤芯组件中的固定相颗粒至少7升/分钟的速度流过每个滤芯，并且每个滤芯从滤芯组件入口到滤芯组件出口的压降为103kPa(15psi)或以下。
14.从溶液混合物中连续分离靶分子的模拟移动床装置，包括：
含有多个串联连接的滤芯组件的捕获区，包括第一个装满的滤芯组件和最后的再生滤芯组件，该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，每个滤芯组件含有一定体积的能够与靶分子结合的固定相颗粒，所述固定相颗粒与多孔基底层相邻，每个滤芯有滤芯组件入口、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，该滤芯组件出口与随后的下游滤芯组件的滤芯组件入口相连；以及
将装满的滤芯组件中的靶分子与上述体积的固定相颗粒体分离开来以形成再生的滤芯组件的回收区，该回收区包含至少一个滤芯组件。
15.权利要求14的模拟移动床，其中的捕获区还包括与滤芯组件入口和滤芯组件再循环管路流体连通的溶液混合物泵。
16.权利要求14的模拟移动床，其中的多个滤芯组件还包括一个或多个中间滤芯组件，该中间滤芯组件在第一个装满的滤芯组件和最后的再生滤芯组件之间串联连接。
17.权利要求14的模拟移动床，其中的捕获区还包括与多个滤芯组件中的每个流体连通的至少一个溶液混合物泵。
18.权利要求14的模拟移动床，其中的固定相颗粒的平均粒径在5到30微米之间。
19.权利要求14的模拟移动床，其中所述体积的固定相颗粒的床高低于1厘米。
20.权利要求14的模拟移动床，其中多个滤芯组件中的每个包括5到25升体积的能够结合靶分子的固定相颗粒。
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