CN101277746B - 一种用于从液体混合物中分离目标分子的单程方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种通过使用模拟移动床体系(10)，从液体混合物中连续分离目标分子的单程模拟移动床装置和方法。所述模拟移动床体系包括以串联流体连通的多个滤筒模块(21、22、23)。每一个滤筒模块包括一定量的邻近多孔基底层的固定相颗粒。固定相颗粒所述的量具有小于1厘米的层厚。

Description

一种用于从液体混合物中分离目标分子的单程方法和装置
背景技术
本发明涉及通过使用包括多个滤筒模块的模拟移动床将目标分子从液体混合物中分离的方法和装置。
目标分子诸如例如生物大分子是活细胞的组分和产物，并包括例如蛋白质、碳水化合物、类脂和核酸。这些物质的检测和量化以及分离和纯化长期以来都是调查者的目标。从诊断上来讲，检测和量化是重要的，例如，作为各种生理状况诸如疾病的指示。生物大分子的分离和纯化对于治疗目的来讲是重要的，例如当将其给缺乏某种生物大分子的患者服用时，或者当用作一些药剂的生物相容性载体和用于生物医学研究中时。生物大分子诸如酶(其是一类能催化化学反应的蛋白质)是工业上有用的，酶已被分离、纯化，并且随后被用于甜味剂、抗生素，和多种有机化合物，诸如乙醇、乙酸、赖氨酸、天冬氨酸和生物有用的产品，诸如抗体和类固醇的生产。
在活的有机体内的天然状态下，这些生物大分子的结构和相应的生物活性一般来讲保持在相当窄的pH和离子强度范围内。因此，任何分离和纯化操作必须考虑这些因素以得到具有能量的处理后生物大分子。
色谱法是一种可以在生物产物混合物上进行的分离和纯化操作。该技术基于在移动相(可以是气体或液体)和固定相之间溶质的交换。该溶液混合物中各种溶质实现分离，是由于改变了每种溶质与固定相的结合交互作用；当受到移动相的离解和置换作用时，与交互作用不太强的溶质相比，较强的结合交互作用一般导致较长的保持时间，从而可以实现分离和纯化。
当前的捕获或纯化色谱法是通过传统的柱色谱技术实现的。这些技术在下游纯化中具有严重的瓶颈问题，因为使用这种技术的通过量比较低。对于缓解这些问题的尝试包括增加色谱柱的直径，但这继而会由于装柱有效性和再生性困难而面临挑战。较大的色谱柱直径还会增加难以解决的涡流发生率。同样，在传统的色谱柱中，当检测到所需要产物的漏过量高于某一水平时，所述吸收操作会被停止。这会引起吸附介质的动态吸附或有效吸附容量将显著小于总吸附或静态吸附容量。鉴于一些色谱树脂成本较高，那么这种有效性的缩减会导致严重的经济后果。
发明内容
一般来讲，本发明涉及一种通过使用模拟移动床系统从液体混合物中连续分离目标分子的模拟移动床装置和方法。该模拟移动床装置包括串联流体连通中的多个滤筒模块。每个滤筒模块包括一定量的邻近多孔基底层的固定相颗粒。这些固定相颗粒具有小于1厘米的层厚。
在一个实施例中，从溶液混合物中连续分离目标分子的单程方法包括：提供包括多个滤筒模块的模拟移动床装置；使包含目标分子的溶液混合物连续流过多个滤筒模块；将目标分子结合至一定量的固定相颗粒以形成目标分子：固定相颗粒产物；移去加载的滤筒模块，该模块包含目标分子：得自溶液混合物流的固定相颗粒产物；分离目标分子，该目标分子得自目标分子：在加载的滤筒中的固定相颗粒产物，以形成分离的目标分子产物和再生的滤筒；以及将该再生的滤筒模块加至溶液混合物流。每一个滤筒模块包括一定量的邻近多孔基底层的固定相颗粒、滤筒模块入口和滤筒模块出口。这些固定相颗粒具有小于1厘米的层厚。这些滤筒模块以串联流体连接。
在另一个实施例中，用于从溶液混合物中连续分离目标分子的单程模拟移动床装置，其包括一个捕获区和一个回收区。该捕获区包括多个串联连接的滤筒模块，包括第一个加载的滤筒模块和最后再生的滤筒模块。第一个加载的滤筒模块被连接至溶液混合物进料源，最后再生的滤筒模块被连接至目标分子耗尽的溶液混合物容器。每一个滤筒模块包括一定量的邻近多孔基底层的能够与目标分子连接的固定相颗粒、滤筒模块入口和滤筒模块出口。这些固定相颗粒具有小于1厘米的层厚。滤筒模块出口还被连接至后续的下游滤筒模块的滤筒模块入口。该回收区是在把加载的滤筒模块中的目标分子从一定量的固定相颗粒分离出来以形成再生滤筒模块的区域。该回收区包括至少一个滤筒模块。
本发明的以上概述并不旨在描述本发明每个公开的实施例或每个具体实施。随后的附图、具体描述和实例更具体地实例说明了这些实施例。
附图说明
通过结合附图在下文中对本发明的各种实施例的具体描述，可以更加充分地理解本发明，其中，
图1是单程模拟移动床的示意性示例图表；
图2是复合过滤介质的示意性剖视图；
图3是示例性的过滤介质的透视图；
图4是示例性的圆柱形折叠过滤元件的透视图；和
图5是圆柱形滤筒的透视图。
本发明有各种更改及替代形式，其细节通过附图中的例子已示出并且将会作详细说明。应当理解，本发明不局限于所述的具体实施例。相反，本发明的目的在于覆盖属于本发明的精神和范围内的所有修改、等同物及替代形式。
具体实施方式
对于以下给出的术语定义，其目的在于以这些定义为准，除非在权利要求中或在本说明书中另外给出了不同的定义。
术语“过滤层”或“多孔基底层”是指片状机织物或非织造材料，可包含一个或多个独立的层，这些层可被合并以提供一个单一层，平均孔径可大于1微米并且最多50微米。
术语“复合过滤介质”是指包含一层位于其上游面的固定相颗粒的过滤层；该介质可在最多0.25兆帕(MPa)的滤筒压力下维持至少0.01cm/min的流速。
术语“过滤元件”是指成形用作流体通道的复合过滤介质。
术语“滤筒”是指死端过滤装置，其形状优选为圆柱形。
术语“滤筒壳体”是指用于滤筒的支撑结构。
术语“分离过滤组件”是指包含死端滤筒的壳体，该滤筒包括复合过滤介质，加载的固定相颗粒位于其上游面之上。
术语“死端过滤器”或“死端过滤装置”是指过滤元件，其中100％的所述流体流经该过滤器。
术语“流速”是指液体流过过滤元件的速度并且等于除以过滤层表面积的流量。依此所述，液体流的流动可以被表征并且不依赖于过滤层的尺寸。流速也会促成经过过滤器的压降，即流速增加一般来讲意味着系统压力的增加。在商业滤筒应用中，理想的是提供最小尺寸的过滤器，该过滤器会处理最大量的液流。因此，流速最好可以通过增加流量而增加。
术语“固定相颗粒”是指不溶性颗粒，该颗粒可与溶液混合物中所关注的目标分子形成结合缔合作用。具体的结合缔合作用可包括：吸附、离子交换、疏水、以及亲和力交互作用。
术语“目标分子”是指一种或多种化学物质，为此，本文所述模拟移动床装置被设计成可从液体进料流或溶液混合物进料流中分离出这样的物质。目标分子可包括：例如，药物类；生物大分子，诸如蛋白质和抗体(单克隆或多克隆)、由细菌、酵母、哺乳动物、植物或昆虫细胞表达的DNA和RNA；矿物质；和人造化学物质，诸如例如合成小有机分子、肽和多肽，低聚糖、和糖改性的蛋白质。在一些实施例中，该目标分子可以是一种或多种杂质或废物，包括蛋白质；无机物，诸如金属、金属离子或离子，诸如碳酸根离子、硫酸根离子、氧化物、磷酸根离子、碳酸氢根离子、和其它在工业、住宅和生物进料流中常见的离子；小的有机分子，诸如包含但不限于染料、杀虫剂、肥料、添加剂和稳定剂的那些；处理副产品和污染物质；DNA、RNA、磷脂、病毒、或其它来自生命过程的细胞碎片。在另一个实施例中，被滤去的配体，诸如例如来自上游亲合性分离过程的蛋白质A也可以是目标分子。在其它实施例中，例如，通过吸附或酶促反应，可将本文所述的模仿移动床装置用于移除垃圾或饮用水中的各种化学或生物物质。
术语“不溶解的”是指在23摄氏度下在100份溶剂中可溶解不超过1份固体。
术语“滤筒差压”是指在分离体系中，经过滤筒单元的压力在入口或上游和出口或下游之间的差值。
术语“层厚”被定义为固定相颗粒的体积除以多孔基底表面积。
由端点表述的数值范围包括包含在该范围内的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。
如本说明书以及附加的权利要求中所使用，“一种”和“所述”是指一类物质，不分单复数，除非内容有另外清楚的表述。因此，例如，包含“化合物”的组合物这一表达方式包括两种或多种化合物的混合物。如本说明书以及附加的权利要求中所使用，术语“或”一般以包括“和/或”的意思使用，除非内容有另外清楚的表述。
应当了解，除非另外指明，所有用于本说明书和权利要求中表示成分数量、特性量度等的数字，在一切情况下均可被术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，上述说明书和附加权利要求中所述的数值参数是近似值，根据使用本发明教导内容的本领域技术人员旨在达到的所需特性，该数值参数可以变化。至少，没有将等同原则的应用限制于权利要求保护的范围的意思，最起码应该根据所报告的有效数字的数并运用惯常的舍入技术来解释每一个数值参数。虽然，阐述本发明广义范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体实施例中所列出的数值则尽可能被精确地报告。然而，任何数值必然包括一定的误差，这些误差必定是由于各自测试测量中所存在的标准偏差而引起的。
模拟移动床色谱法是相对较新的技术，其中，一系列被填充的柱子被转位或旋转(物理地或使用阀)通过系统，给料具有需要产物或目标分子的溶液。当该被填充的柱子饱和时，该体系被转位，将该饱和的柱子移至回收区，其在该区域被洗涤、洗脱、可选地清洁，并被重新平衡。被平衡的柱子随后被在线置于柱系列的末端。如果用传统的柱色谱，使用者要面临两个约束、低通过量和由于动力学漏过问题引起的色谱树脂的不良应用。
在一些实施例中，本文所述的模拟移动床(SNB)体系适于分离抗体、免疫反应性化合物、或其它得自澄清发酵液流的蛋白，此处仅举几例。其旨在用作分离(例如，减容)和纯化步骤。发酵液被过滤后，可通过该SMB体系。这意味着细胞、载体和细胞碎片至少大部分已通过分离方法诸如离心、死端微量过滤或切向流动式微量过滤被移除。
图1是单程模拟移动床10的示意性示例图表。该模拟移动床10包括捕获区20和回收区30。该捕获区20包括多个滤筒模块，其包括例如第一个滤筒模块21、最后一个滤筒模块22和可任选的中间的滤筒模块23。在一些实施例中，这些滤筒模块每一个都是“死端”过滤装置。模拟移动床10是个“单程”体系，其中所述溶液混合物流过每个滤筒模块仅一次，并且溶液混合物不再循环。因此，物质流过每个滤筒模块的量基本上与体系入口流量和体系出口流量相同。
这些滤筒通过例如前馈线26和27以串联连接和以流体连接(串联流体连接)。每个滤筒模块包含一定量的能够与目标分子结合的固定相颗粒。该滤筒模块在下文有更详细的描述。在操作中，第一个滤筒模块21可被称作“加载的”滤筒模块并且是指包含高含量的在固相上捕获的目标分子的滤筒模块。第一个滤筒模块21被连接到进料源24。
回收区30包括至少一个滤筒模块34，该模块最初被称为饱和或“加载的”滤筒模块，该模块已被物理地或通过阀从捕获区20移出。回收区30使所述滤筒模块34再生以形成再生的滤筒模块。所述术语“再生滤筒模块”是指已被洗涤、洗脱、可选地清洁和重新平衡的滤筒模块。洗涤步骤将所述溶液混合物从被吸附的滤筒模块中移除。如果需要，洗脱步骤将目标分子从固定相移除以进一步加工。洗涤步骤将杂质或痕量的污染物从滤筒模块中移除。重新平衡可涉及缓冲液更换以允许将再生滤筒模块重新引入捕获区。在一些实施例中，如果需要，得自回收区30的液体至少一部分被引入进料源流24。
再生滤筒模块可物理地或用歧管和阀被移回捕获区20。再生滤筒模块可被当作最后一个滤筒模块22放置。因此，滤筒模块(固相)可被与溶液混合物流动方向相反地转位。
捕获区20可包括以串联流体连接的0、1、2、3、4、5、6、7或8个或更多的中间滤筒模块23。回收区30可包括0、1、2、3、4个或更多个滤筒模块。如果，例如筒被用于移除污染物并且该筒是一次性的，那么所述回收区包括0个模块。
第一个或“加载的”滤筒模块21包括流体入口31和流体出口41。可选的泵61与流体入口31和进料源24流体连接。泵61可提供足够的流体流通过滤筒模块21。流体出口41允许流体流向前流至下一个串联的滤筒模块(23，如在图1中)。在许多实施例中，液体混合物进料流速与或基本上与经过第一个滤筒模块21的液体混合物流速相同。
最后一个或“再生”滤筒模块22包括流体入口32和流体出口42。可选的泵62与流体入口32和来自前一个串联滤筒模块的流体出口43流体连接。泵62可提供足够的流体流通过滤筒模块22。液体出口42显示与目标分子耗尽的溶液混合物流线25流体连接。该目标分子耗尽的溶液混合物流线25可与目标分子耗尽的溶液混合物容器(未示出)流体连接。在许多实施例中，被耗尽的液体混合物进料流速与或基本上与经过最后一个滤筒模块22的液体混合物流速相同。
可选的中间滤筒模块23包括流体入口33和流体出口43。可选的泵63与流体入口33和来自前一个串联滤筒模块的流体出口41流体连接。泵63可提供足够的流体流通过滤筒模块23。在许多实施例中，液体混合物进料流速与或基本上与经过中间的滤筒模块23的液体混合物流速相同。
在一个实施例中，从溶液混合物中连续分离目标分子的单程方法包括：提供包括多个滤筒模块的模拟移动床装置；使包含目标分子的溶液混合物连续流过多个滤筒模块；将目标分子结合至一定量的固定相颗粒以形成目标分子：固定相颗粒产物；移去加载的滤筒模块，该模块包含目标分子：得自溶液混合物流的固定相颗粒产物；分离目标分子，该目标分子得自目标分子：得自加载的滤筒的固定相颗粒产物，以形成分离的目标分子产物以及再生的滤筒；并且将该再生的滤筒模块加至溶液混合物流。每一个滤筒模块包括一定量的邻近多孔基底(即过滤)层的固定相颗粒、滤筒模块入口和滤筒模块出口。在许多实施例中，这些固定相颗粒具有小于1厘米的层厚。在其它实施例中，层厚在0.02至0.20厘米或0.02至0.14厘米的范围内。这些滤筒模块以串联流体连接。
在一个示例性实施例中，移除步骤和添加步骤同时进行。在另一个示例性实施例中，移除步骤、流动步骤和添加步骤同时进行。在另一个示例性实施例中，分离步骤和结合步骤同时进行。在另一个示例性实施例中，移除步骤、分离步骤、流动步骤、结合步骤和添加步骤同时进行。
当一个泵显示与一个滤筒模块相连时，应当理解一个以上的泵可与每个滤筒模块相连。此外，还应当理解，一个以上的滤筒模块可与每个泵相连。在一些实施例中，可以不使用泵。
在捕获区中的每个滤筒模块具有溶液混合物，该混合物以具体的速度流过它，该速度被定义为每升在滤筒模块中的固定相颗粒的溶液混合物每分钟流过的升数。这一流速可以是任何可用的值。在一些实施例中，这一流速为每升固定相颗粒每分钟小于3升，在其它实施例中，该流速为每升固定相颗粒每分钟至少3升，或每升固定相颗粒每分钟至少5升，或每升固定相颗粒每分钟至少7升，或每升每分钟3至20升，或每升每分钟5至20升，或每升每分钟7至20升。
在捕获区的每个滤筒模块具有通过滤筒入口和滤筒出口的溶液混合物压降或压差。在一些实施例中，该压差为172kPa(25psi)或更小、138kPa(20psi)或更小、103kPa(15psi)或更小、69kPa(10psi)或更小、34kPa(5psi)或更小。在一个示例性实施例中，该滤筒模块具有每升固定相颗粒(平均直径为5至30微米)每分钟至少7升的流速，压降103kPa(15psi)或更小。在另一个示例性实施例中，该滤筒模块具有每升固定相颗粒(平均直径为5至30微米)每分钟至少5升的流速，压降69kPa(10psi)或更小。在另一个示例性实施例中，该滤筒模块具有每升固定相颗粒(平均直径为5至30微米)每分钟至少3升的流速，压降34kPa(5psi)或更小。
本文所述的滤筒模块在至少几个方面不同于传统的色谱法。滤筒模块依赖于载于多孔模上的以高流速运行的相对较薄的介质层，这优于用以低流速运行的介质填充的管子。这允许较低的压降，较好的外部质量转移，以及较传统色谱填充柱所用的较小介质颗粒的使用。
在许多实施例中，如果需要，滤筒模块具有的固定相颗粒层厚(固定相颗粒的体积除以多孔基底表面积)为小于1厘米，或在0.02至0.20厘米，或在0.02至0.14厘米，或在0.04至0.10厘米，或在0.05至0.08厘米的范围内。在示例性实施例中，多孔基底表面积在100,000至200,000平方厘米的范围内。
在一个示例性实施例中，滤筒高一米，具有15升载于多孔基底上的蛋白A珠，具有5至30微米的平均直径和0.04至0.10厘米的层厚。
图2是复合过滤介质110的示意性剖视图，该介质包括作为表面过滤层111的示例性非织造纤维网，该过滤网可以是一个或多个独立的层，在其上游面上可放置不溶解的固定相颗粒112。过滤层110可包括上游的预过滤层113、可包括多个过滤层的具有很精细下游孔隙的过滤层114和下游覆盖层115。
图3是122在复合过滤介质120之上压印形图案非褶皱部分的透视图，是滤筒模块的示例性实施例。进行压花是为了提高表面积，并更完全地限定表面过滤元件。为了清楚起见，不溶性固定相颗粒从该示例图中省略。
图4是纵向伸展的呈圆柱形褶皱的过滤元件130实施例的示例性的透视图。复合过滤(多孔基底)元件130的放射状褶皱132被显示，并且为了清楚起见，省略了固定相颗粒112。在一些实施例中，复合过滤元件130包括10个或更多个、20个或更多个、30个或更多个、40个或更多个或50个或更多个褶皱132。
图5是一个透视图，该图示出内部或外部补充支撑构件的一个实施例，其用于在圆柱形滤筒140内的复合过滤元件130(未示出)。外部支撑构件141，诸如具有多个洞的稀松布或筛网，可在外向型流体流模式中提供额外的支撑，以降低裂开过滤元件的可能性。类似地，由稀松布或筛网，或多孔壳体或类似结构组成的内部支撑构件142可在内向型流体流情形下对过滤元件130(未示出)提供支撑，以保护它不在高压下坍塌。在以上两种情况下，可将补充支撑构件连接到滤筒的尾端件143以提供整体单元。可用的滤筒模块的一个实施例在美国专利5,468,847中有所描述。
参见图2，固定相颗粒112通过以下交互作用中的一种或组合的方式与溶液混合物中所关注的目标分子结合或者紧密缔合：吸附、离子交换、疏水缔合、体积排阻和/或亲和力结合。
部分列单的吸附固定相颗粒包括：羟基磷灰石(可得自BioRadLaboratories，Richmond，CA)、氧化铝(可得自EM Separations，Gibbstown，NJ)、硅胶(可得自EM Separations)、硅石(可得自Celite)、氧化锆(公开于U.S.5,015,373)、沸石、蒙脱石粘土、二氧化钛、氢氧化锌和聚合物涂敷的氧化锆。
部分列单的离子交换固定相颗粒可从例如Amersham，Toso Haas，EM Separations，J T Baker和Ciphergen商购获得。适宜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、纤维质聚合物和其它聚合物，诸如二乙烯基苯改性的聚苯乙烯、丙烯酸酯/乙烯乙二醇共聚物，其分别被改性以在阴离子交换时包含二氨乙基、季铵组群以及用于阳离子交换时包含羧甲基、磺基和磺丙基组群。用于离子交换树脂的其它支撑物包括二氧化硅，其为纯净的并且可与无机物诸如氧化锆稳定存在。混合的官能吸附剂包括，例如双极性离子交换吸附剂(连接到环氧活化的琼脂糖上的对氨基苯磺酸)。聚乙烯亚胺可用于纯化核酸和沉淀核蛋白。疏水交互作用颗粒可以包含短脂肪族链(C4-C10)和苯基组群，而包含较长脂肪族链(C8-C18)的反向吸附剂可用于较小的蛋白。反向相色谱支撑件包括基于与有机硅烷、二氧化钛、聚(苯乙烯-二乙烯基苯)、氧化铝等结合的二氧化硅等的那些。
部分列单的体积排阻颗粒包括：多孔玻璃、由二醇改性的二氧化硅基支撑物、二醇键合的二氧化硅，其随后由以下物质改性：金属氧化物，诸如氧化锆、包含交联琼脂糖和葡聚糖的聚合物基颗粒、或以上两种；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(得自Merck的Fractogel)的聚合物、纤维素、多羟基甲基丙烯酸酯、交联的多糖和共聚合的丙烯酸酯。
除了别的以外，亲和色谱颗粒可从Amersham、Millipore、Tosoh、EM Separations、Ciphergen和Applied Biosystems中商购获得。这些基础支撑物可包括琼脂糖、纤维素和乙烯基聚合物。一些颗粒还可在芯中包含无机支撑物，诸如二氧化硅(得自Millipore的ProSep)和不锈钢(得自Amersham的Streamline)、或复合材料(诸如得自BioSepra的ceramic和acrylic)。该基础支撑物可被改性或被提供可用于固定配体的组群。这些组群包括吖内酯、CNBr、环氧基、酰肼、NHS、三氟代乙烷磺酰基、嗜硫基团和羟基磷灰石。这些配体(具有专一的生物大分子亲和力)可选自广泛的列表，包括：精氨酸和苄脒(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(纤粘蛋白)；谷胱甘肽(转移酶、谷胱甘肽依赖性蛋白和融合蛋白)；肝磷脂(生长因子、凝结蛋白、类固醇受体、限制性核酸内切酶、脂蛋白和脂肪酶)；蛋白质A和G(IgG和亚类)；蛋白质A模拟合成配体(IgG、IgM和其它免疫球蛋白)；L-赖氨酸(血纤维蛋白溶酶原、血纤维蛋白溶酶原活化剂和核糖体RNA)；伴刀豆球蛋白A和凝集素(糖蛋白类、膜蛋白和多糖)；DNA(DNA聚合酶、RNA聚合酶、T-4多核苷酸激酶和核酸外切酶)；和AMP、ADP、NADH和NADPH基色谱(酶，诸如NADH-和NADPH-依赖性脱氢酶、还原酶、激酶、磷酸酶和转移酶)。
其它亲和力方法包括没有生物专一交互作用的那些，诸如固定金属，诸如Fe、Co、Ni、Cu、Al和Zn，其构成IMAC(固定金属亲和色谱法)的主要成分，其中所述纯化是通过配位键的形成。其它亲和力基体使用嗜硫配体，诸如乙烯基砜连接的巯基乙醇、吡啶基二硫键等，其对γ球蛋白和单克隆抗体具有亲和力。
亲和力基体还可用于细胞(细胞亲和色谱法或CAC)的分离。用于CAC的基体包括琼脂酶、纤维素、葡聚糖、聚丙烯酰胺、玻璃、聚苯乙烯、三丙烯酰基(被改性以使具有活性组群，诸如-OH、-OCN、-CH-CH2O、-NH2，以结合具体的蛋白质，诸如抗生物素蛋白、IgG、抗IgG、抗IgE等，以捕获具体的细胞类型，诸如淋巴球细胞、干细胞、神经元细胞、肥大细胞、嗜碱细胞、红细胞等)。其它变型包括触角法的使用以将配体结合至接枝的聚合物链(诸如得自Merck的Fractogel，其是聚甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝凝胶)；该配体可以是任何上述的那些，并且可以被直接(用于嗜硫吸附/IMAC)或者间接(用于通过氨基中间体的染料配体亲和色谱或经过吖内酯的固定蛋白)结合。
用于超滤和浓缩的颗粒诸如Sephadex G-25(可从Pharmacia商购获得)、聚乙二醇或羧甲基纤维素也可使用。这些物质可以浆液形式被被吸附进滤筒模块，其可由所获得的颗粒组成，或可能需要在一些溶剂中或缓冲液中膨胀，或者可能必须被预处理。
可用于本发明的固定相颗粒的尺寸可以是1至200微米，或3至50微米，或5至40微米，或5至30微米，或5至15微米的平均直径。示例性固定相颗粒包括，例如ProSep-ATM Ultra树脂、可从Millipore Inc.，(Billerica，MA)商购获得，以及MabSelectTM树脂，可从GE Healthcare(Chalfont St.Giles，UK)商购获得。在一些实施例中，每个滤筒模块包括5至25升的固定相颗粒或者10至20升的固定相颗粒。
本发明不应被认为仅限于本文所述的具体实例。相反，应被理解为覆盖所附权利要求书中所明确提出的本发明的各个方面。在本发明所属领域的技术人员对本说明书进行阅读后，适用于本发明的各种修改、等效方法以及各种结构对于他们将变得显而易见。
实例
这个实例包括在捕获区串联的四个模块和在回收区的三个模块。本体系被用于通过蛋白质A亲和分离，将IgG从进料液中移除，该进料液包含得自EQUITECH-BIO公司的多克隆人IgG；在PBS缓冲液(10mM磷酸钠，0.9％NaCl，pH 7.4)中的Kerrville，TX。模块由Pall(Part Number 12121)生产的过滤囊和13mL蛋白A BiosupportMedium(依照实例4的US 5,907,016制备)的固定相构成，该固定相具有28微米的平均粒径。层厚为0.04cm。对应于每个模块，有入口流和出口流。出口流是用于下一个模块的进料流。模块和管道系统的液体体积估计为112mL。四个模块以串联连接以用于捕获区。进料流是第一个模块的入口。从第四个模块的出口流是废物、或流出物、流注。全部的过程包括捕获、洗涤、洗脱、可选择性清洁和重新平衡。在该批最后洗脱后，使用清洁步骤，否则该模块会被重新平衡并被放回捕获行列。在转位时间，模块通过改变阀在体系中转位和旋转，该阀可指引工艺物料流的流动。在捕获区最上游的模块被从系列中取出，并用洗涤缓冲剂(10mM磷酸钠，0.9％NaCl，pH 7.4)洗涤，然后用洗脱缓冲液(0.5M乙酸，pH2.45)洗脱，然后用平衡缓冲液(100mM磷酸钠，150mM NaCl，pH7.2)重新平衡。洗涤、洗脱和重新平衡这三个步骤在回收区进行。同时，将已再生的模块在该体系的最下游位置插入，并将捕获区中剩余的模块向上游移一个位置。
当该体系开始时，固定相不包含任何IgG抗体。在每个模块的液相中，抗体浓度也为零。模块起初被充满洗涤缓冲剂。进料溶液以约40mL/min的流速和0.96mg/mL的抗体浓度被引入。将该体系转位三次。对于循环1到4，循环时间分别为15分钟、9分钟和11分钟。在最后一个循环的末尾，系列中的所有滤筒都用洗涤缓冲液洗涤，用洗脱缓冲液(0.5M乙酸，pH2.45)洗脱，用平衡缓冲液(100mM磷酸钠，150mM NaCl，pH7.2)再次洗涤，然后用胍缓冲液(2M胍HCl，10mM TRIS(三(羟甲基)氨基乙烷)，pH7.5)进行清洁。样本等分试样每隔一段时间被从流出物中取出，并且由此降低流出流的体积。可在280nm下由UV-VIS分光光度计吸光度计算浓度。
用于循环1的滤筒情况
入口-A-B-C-D-出口
离线(E，F，G)
                    循环1
体积(mL)   IgG的浓度(mg/mL) IgG(mg)
  流出物   581   0.02   12
  模块A洗涤1   595   0.174   104
  模块A洗脱   1026   0.161   165
  进料体积   611   mL
  循环持续时间   15   min
  平均流速   41   mL/min
  进料浓度   0.96   mL/min
  总任务量   586   mg
  总洗脱量   165   mg
  样本   30   mL
用于循环2的滤筒情况
入口-B-C-D-E-出口
离线(F，G，A)
                循环2
体积(mL)   IgG的浓度(mg/mL) IgG(mg)
  流出物   340   0.035   12
  模块B洗涤1   549   NA   NA
  模块B洗脱   481   0.336   162
  进料体积   355   ml
  循环持续时间   9   min
  平均流速   39   mL/min
  进料浓度   0.96   Mg/mL
  总任务量   340   mg
  总洗脱量   162   mg
  样本   15   mL
用于循环3的滤筒情况
入口-C-D-E-F-出口
离线(G，A，B)
                    循环3
体积(mL)   IgG的浓度(mg/mL) IgG(mg)
  流出物   234   0.041   10
  模块C洗涤1   526   0.085   45
  模块C洗脱   489   0.384   188
  进料体积   249   mL
  循环持续时间   9.3   min
  平均流速   27   mL/min
  进料浓度   0.96   Mg/mL
  总任务量   238   mg
  总洗脱量   188   mg
  样本   15   mL
用于循环4的滤筒情况
入口-D-E-F-G-出口
离线(A，B，C)
                    循环4
体积(mL)   IgG的浓度(mg/mL) IgG(mg)
  流出物   385   0.043   16
  联合洗涤1   3885   0.051   196
  模块D洗脱   499   0.338   168
  模块E洗脱   485   0.322   156
  模块F洗脱   497   0.216   108
  模块G洗脱   483   0.173   83
  联合洗涤2   2018   NA
  胍洗涤   1773   0.000   0
  进料体积   400   mL
  循环持续时间   11   min
  平均流速   36   mL/min
  进料浓度   0.96   Mg/mL
  总任务量   383   mg
  总洗脱量   516   mg
  样本   15   mL
样本每分钟从系列中的最后一个滤筒提取
流出物样本浓度
耗时(min)    循环    IgG(mg/mL)
1            1       0.022
2            1       0.010
4            1       0.047
5            1       0.073
7            1       0.006
8            1       0.006
9            1       0.006
10           1       0.009
11           1       0.014
12           1       0.020
13           1       0.028
14           1       0.038
15           1       0.053
16           2       0.025
17           2       0.012
18           2       0.014
19           2       0.022
20           2       0.028
21           2       0.035
22           2       0.045
23           2       0.052
24           2       0.061
25           3       0.023
26           3       0.014
27           3       0.015
28           3       0.020
29           3       0.030
30           3       0.037
31           3       0.043
32           3       0.044
33           3       0.051
34           4       0.010
35           4       0.011
36           4       0.016
37           4       0.030
38           4       0.039
39           4       0.040
40           4       0.050
41           4       0.059
42           4       0.069

Claims (10)

1.一种从溶液混合物连续分离目标分子的单程方法，其包括以下步骤：
提供包括多个滤筒模块的模拟移动床装置，每个滤筒模块包含一定量的在多孔基底层的上游侧的固定相颗粒，所述量的固定相颗粒具有小于1厘米的层厚，每个滤筒模块具有滤筒模块入口和滤筒模块出口，所述多个滤筒模块以串联流体连接；
使包含目标分子的溶液混合物连续流过所述的多个滤筒模块；
将所述目标分子结合到所述量的固定相颗粒上以形成目标分子-固定相颗粒产物；
中断通过加载的滤筒模块的所述溶液混合物流，所述滤筒模块包含所述目标分子-固定相颗粒产物；
分离得自所述加载的滤筒的所述目标分子-固定相颗粒产物，以形成分离的目标分子产物和再生滤筒；并且
再次通过所述再生滤筒模块输送所述溶液混合物流，
其中所述滤筒是圆柱形死端过滤装置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述量的固定相颗粒邻近多孔基底层，并且所述量的固定相颗粒具有在0.04至0.10厘米范围内的层厚。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述固定相颗粒具有在5至30微米范围内的平均直径。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标分子包含生物大分子。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标分子包含蛋白质。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述溶液混合物以在每个滤筒模块中每升固定相颗粒至少3升/分钟的速度流过每个滤筒，并且每个滤筒从所述滤筒模块入口至所述滤筒模块出口的压降为34kPa或更少。
7.一种从溶液混合物连续分离目标分子的单程模拟移动床装置，其包括：
包含多个串联连接滤筒模块的捕获区，所述捕获区包括第一个加载的滤筒模块和最后再生的滤筒模块，所述第一个加载的滤筒模块被连接至溶液混合物进料源，所述最后再生的滤筒模块被连接至目标分子耗尽的溶液混合物容器，每一个滤筒模块包含一定量的固定相颗粒，所述固定相颗粒具有小于1厘米的层厚，并且能够与在多孔基底层的上游侧的目标分子结合，每个滤筒具有滤筒模块入口和滤筒模块出口，并且所述滤筒模块出口被连接至后续的下游滤筒模块的滤筒模块入口；以及
回收区，其中，将加载的滤筒模块中的所述目标分子从所述量的固定相颗粒中分离出来，以形成再生滤筒模块，所述回收区包含至少一个滤筒模块；以及
阀装置，所述阀装置允许各第一个滤筒模块从所述捕获区移动至所述回收区和移回至所述捕获区以形成所述各最后滤筒模块，
其中所述滤筒是圆柱形死端过滤装置。
8.根据权利要求7所述的单程模拟移动床装置，其中所述多个滤筒模块在第一个加载的滤筒模块和最后再生的滤筒模块之间还包括一个或多个串联连接的中间滤筒模块。
9.根据权利要求7所述的单程模拟移动床装置，其中所述固定相颗粒具有在5至30微米范围内的平均颗粒尺寸。
10.根据权利要求7所述的单程模拟移动床装置，其中所述多个滤筒模块的每一个都包含5至25升体积的能够与目标分子结合的固定相颗粒。
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