CN103221817A - 用于将层析柱的分配器板固定到背板上的方法和层析柱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在无须例如螺钉或螺栓的可释放的固定装置的情况下将层析柱的分配器板固定到背板上的方法。本发明还涉及利用这种方法的层析柱。该方法采用柱内部产生的负压或真空而将分配器固定到背板上。

Description

用于将层析柱的分配器板固定到背板上的方法和层析柱
技术领域
本发明涉及层析(chromatography)柱和其组成部件。具体而言，本发明涉及在无需螺栓或螺钉的情况下用于将层析柱的分配器板固定到背板上的方法。
发明背景
层析柱可在工业过程中用于净化工艺液体，并将所关心的物质从工艺液体中分离出来；典型的示例包括大规模精制化学品和药品连同生物产品的预备性净化。工业规模的层析柱通常包括空心的轴向垂直的管状外壳或管道，其包括位于上端或下端的液体入口，并且通过该入口将有待分离的缓冲剂和物质分放到定位在管道空腔中的介质床上；以及位于其它端的用于收集物质和缓冲剂的液体收集系统。颗粒层析介质或层析床定位在液体入口和收集系统之间，其中有待分离和净化的缓冲流体和/或物质将穿过颗粒层析介质或层析床过滤。适配器(adapter)组件通常固定在管状外壳的上端，并且底座组件固定在下端，其中底座组件在下端处用螺栓连接到底部凸缘上。这些组件中的每一个通常各包括坚固的背板和分配器，其进一步支承床支承件：床支承件是一层网、过滤器、烧结物、筛子或其它流体-可渗透的介质-保持材料，其允许工艺液体流入和流出层析床空间或空腔，同时保持颗粒介质床。为了提供对床高度和床压缩性的可调整能力和控制，适配器组件通常制成活塞的形式，或使适配器在柱管道内部滑动。在通常通过喷嘴为柱填充了床介质之后，可迫使适配器朝向管道的底部，从而对介质床进行压缩或加压。通常底座组件是一种固定结构，其用螺栓抵靠柱管道的底部凸缘，但在某些情况下，还可采用活动的可滑动的活塞或适配器的形式。
底座组件的背板通常用作用于柱的支承件，其本身支承在腿或某些其它立脚(stand)装置上，其容许用于出口管工作的间隙从底座组件下面伸出。然而，在一些柱中，间隙可不够充分以用于方便的维护。
现有技术的适配器和底座组件是依靠螺栓或螺钉将分配器板螺纹或螺栓连接到背板上而形成的。当分配器由例如塑料的惰性的非金属材料制成时，其在柱的操作期间可由于受到-1巴至+5巴范围的内部压力而变形。为了克服这个问题，利用许多螺钉或螺栓将分配器固定到分配器板上。该过程通常需要将螺旋螺纹切入到背板中，需要一种可能昂贵且难以在适合于GMP环境中使用的如不锈钢、聚丙烯的高质量材料和其它材料中实施的工艺，以及利用合适的带螺纹的螺钉或螺栓将分配器固定到背板上。
为了将分配器固定到背板上需要极大数量的这种螺栓或螺钉(例如在1米直径的柱中，通常将存在20至40个螺钉或螺栓，并且对于2米直径的柱存在大概100至150个螺钉或螺栓)，因为所产生的组件必须能够承受背压缩压力，例如当柱进行填装时。
当开始构建层析柱以进行操作时，通过使用螺钉和/或螺栓将分配器板固定到背板上的这种过程可能是费时的。在构建过程中，当使用了错误长度的螺钉或螺栓或不正确的孔时可发生错误，导致在组成部件之间的薄弱密封。
螺钉或螺栓的腐蚀以及螺纹的腐蚀可随着时间以及柱的重复使用而发生。此外，柱的清洗和/或维护时常需要将分配器板与背板分离。这个过程再次需要时间以仔细地从背板上拧松或旋松分配器。
因此需要一种层析柱，其具有一种简单且成本有效的将分配器板固定到背板上的方法，以克服现有技术中所遭遇的上述问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种通过在其间产生内部真空而将分配器板固定到层析柱的背板上的方法。本文中使用的术语“内部真空”意味着在操作层析柱的过程中所产生的真空或负压，其与依靠利用例如泵的装置施加负压从而施加的真空或负压相比较。因而，例如，可设置层析柱中的组成部件的运动，以产生内部真空。在一个实施例中，可利用适配器组件和底座组件的相对运动以产生内部真空。
从一个方面来说，层析柱包括适配器组件和/或底座组件，并且所述适配器组件和/或所述底座组件的运动在所述分配器板和所述背板之间产生所述内部真空。
从另一方面来说，该方法包括如下步骤：
a) 提供一种层析柱，其包括：
管道，其与适配器组件和底座组件接触，从而在其间限定空腔；
所述空腔经由可关闭的适配器端口和/或可关闭的底座端口而与柱的外部流体连接；
适配器组件和/或底座组件可在所述空腔中移动；所述适配器组件和所述底座组件的至少一个包括背板，其与分配器板接触，从而限定在其间的气穴；
所述气穴经由适配器组件和/或底座组件的分配器板中的可关闭的通道而与空腔流体连接；
b) 关闭底座组件和/或适配器组件中的所述通道；
c) 使适配器组件和/或底座组件朝彼此移动，从而从空腔中除去空气；
d) 关闭适配器组件和/或底座组件中的端口；
e) 打开底座组件和/或适配器组件中的通道；
f) 使适配器组件和/或底座组件远离彼此移动，以从气穴中除去空气；且
g) 关闭适配器组件和/或底座组件中的通道，从而将分配器板固定到背板上。
从一个方面来说，分配器板是适配器分配器板，并且背板是适配器背板。或者，分配器板可为底座分配器板，并且背板是底座分配器板。应该懂得，本发明的方法可涉及一种柱，其中适配器组件和底座组件都包括背板，其与分配器板接触以限定在其间的气穴。
从另一方面来说，分配器板与背板接触的面例如通过肋、杆或其它合适的加强形式进行加强。加强的目的是防止分配器板在其遇到真空或负压时的任何变形。
从一个方面来说，使用了定位装置以将背板和分配器板共同定位在一起。
从又一方面来说，该方法还包括容许空气返回气穴从而将分配器板从背板上释放的步骤。
从又一方面来说，该方法还包括通过在其间产生内部真空而将柱管道固定到底座分配器板上的步骤。
根据本发明的第二方面，提供了一种层析柱，其包括活动的适配器组件和/或底座组件，其设置为用于产生内部真空，用于将背板固定到分配器板上。
从一个方面来说，层析柱包括：
管道，其与适配器组件和底座组件接触，从而在其间限定空腔；
所述空腔通过可关闭的适配器端口和/或可关闭的底座端口而与柱的外部流体连接；
适配器组件和/或底座组件可在所述空腔中移动；
所述适配器组件和所述底座组件的至少一个包括背板，其与分配器板接触，从而限定在其间的气穴；且
各个所述气穴经由适配器组件和/或底座组件的分配器板中的可关闭的通道而与空腔流体连接。
从一个方面来说，分配器板是适配器分配器板，并且背板是适配器背板。备选地，分配器板可为底座分配器板，并且背板是底座分配器板。应该懂得适配器组件和底座组件都可包括背板，其与分配器板接触从而限定在其间的气穴。
从另一方面来说，端口或通道通过手动、电动或气动装置进行控制。
从又一方面来说，分配器板与背板接触的面通过例如肋、杆或其它合适的加强形式进行加强。加强的目的是防止分配器板在其遇到真空或负压时的任何变形。
从一个方面来说，柱包括定位装置，用于将背板和分配器共同定位在一起。
从另一方面来说，柱还设置为用于产生内部真空，从而将底座分配器板固定到柱管道上。
附图描述
从以下结合附图所做的描述中将明晰本发明的特征和优点，其中：
图1显示了本领域中已知的层析柱的正截面图，其中分配器板通过螺钉固定到背板上。
图2是本领域中已知的不同现有技术的层析柱的示意性的正截面图，其中固定装置用于将分配器板固定到背板上。
图3a-e是根据本发明的柱的示意性的截面图，其描绘了在其通过产生内部真空而将底座分配器板固定到底座背板上的其操作的各个阶段。
图3a是根据本发明的柱的局部正视图，其中端口311和321在排出空腔308中的空气之前是打开的。
图3b是图3a的柱的局部正视图，其已经从空腔308中排出了空气。
图3c是图3b的柱的A部分的插图。
图3d是图3a至3c的柱的局部正视图，其中通道315和313是关闭的。
图3e是图3d的柱的A部分的插图。
图4a和4b是根据本发明的柱的示意性的正截面图，其描绘了通过产生内部真空而将底座分配器板固定到底座背板和柱管道上的其操作的各个阶段。
图4a是在施加真空之前且通道415处于打开构型时的柱的局部正视图。
图4b是在已经施加真空之后的图4a的柱的局部正视图。
具体实施方式
图1是本领域中已知的层析柱100的正截面图。柱100由坚固的惰性材料制成，例如不锈钢和其它材料，其适合于在制药工业的典型的良好药品生产规范(GMP)环境中使用。柱100支承在腿102上，其具有可调整的底脚104，从而修改柱的高度和/或水平度。腿102支承柱100，柱100包括柱形的外壳或管道106，其限定了用于接收层析介质的空腔108，从而将在一端处的底座组件110与在另一端处的适配器组件120分离。管道106通常可由不锈钢或其它坚固的惰性材料制成。与适配器组件120相邻的是包括喷嘴132和液体入口136的分散系统130，喷嘴132包括移动相路径134，用于引入有待分离的缓冲剂或其它合适的移动相液体或化学品/材料。在一种操作模式下，适配器组件120可在管道106的空腔108中移动，从而例如填装或压缩存在于空腔108中的层析介质床，其用于执行柱内化学品的层析分离。在附图中，适配器组件120包括适配器凸缘122、一个或多个隔离柱124、通常由不锈钢制成的背板126、由惰性的非金属材料制成的分配器128、以及床支承件129，分配器128可采用板的形式，其具有许多实现(effect)液体均匀分布的通道，床支承件129包括筛子或网或过滤器以及可选的密封环(未显示)。床支承件129可由惰性塑料或例如不锈钢的金属材料制成。分配器128和床支承件129通过可释放的固定装置(未显示)而彼此固定在一起。将分配器128固定到背板126上的典型的可释放的固定装置140包括但不局限于螺钉和螺栓。固定装置通常是螺钉，其通过背板126中的螺纹孔而插入到分配器128中。
固定装置140可被接近，并因而可从分配器128或背板126的外面释放出来，即，所述外面是最远离空腔108的板面。从背板或分配器的外面可获得接近，从而避免操作员不必要地暴露于柱中所悬置的或所支承的负载中。
底座组件110包括通过可释放的固定装置140而彼此固定在一起的背板112和分配器114，以及床支承件116。背板112通常由不锈钢制成，而分配器114可采用板的形式，其具有许多实现液体均匀分布的通道。床支承件116包括筛子或网或过滤器以及可选的密封环(未显示)，并且通过可释放的固定装置(未显示)而连接到分配器114上。床支承件116可由惰性塑料或例如不锈钢的金属材料制成。固定装置140可采用通过围绕构件周边相对应的孔而插入的螺钉或螺栓的形式；固定装置通常是螺钉，其通过背板112中的孔而插入到分配器114的螺纹孔口中。在所示的示例中，从背板112的外面获得接近，从而避免操作员暴露于悬置的负载之下。
应该理解，当空腔108充满层析介质时，柱上的化学品或生物材料的分离可在向下的流动或向上的流动中执行。因而，在向下的流动中，包含有待分离的化学品或生物材料的液体通过喷嘴132引入并以向下的方向移动穿过介质床，从而通过分散系统150的喷嘴152经由出口端口154而被收集在柱底座的收集系统中。在向上流动的模式中，包含有待分离的材料的液体通过底部喷嘴152引入并向上流过介质床，从而通过喷嘴132和入口136而被收集在柱的顶部。
图2是本领域中已知的层析柱200的局部正视图。柱200由坚固的惰性材料制成，例如不锈钢和其它材料，其适合于在制药工业的典型的GMP环境中使用。柱200支撑在立脚202上，其具有可调整的底脚204，从而修改柱的高度和/或水平度。立脚202支撑着柱200，柱200包括柱形的外壳或管道206，其限定用于接收层析介质的空腔208，从而将在一端处的底座组件210与在另一端处的适配器组件220分离。管道206通常可由不锈钢或其它坚固的惰性材料制成。与底座组件210相邻的是包括喷嘴252和液体入口254的分散系统250，喷嘴252包括移动相路径256，其用于引入有待分离的缓冲剂或其它合适的移动相液体或化学品/材料。在一种操作模式下，适配器组件220可在管道206的空腔208中移动，从而例如吸取介质，使柱准备好，或者装填或压缩层析介质床，其用于执行柱中化学品的层析分离。
在图2中，适配器组件220包括适配器凸缘222、一个或多个隔离柱224、一个或多个连杆260、顶板264、通常由不锈钢制成的背板226、驱动系统262、由惰性的非金属材料制成的分配器228、以及床支承件229，分配器228可采用板的形式，其具有许多实现液体均匀分布的通道，床支承件229包括筛子或网或过滤器以及可选的密封环(未显示)。床支承件229可由惰性塑料或例如不锈钢的金属材料制成。分配器228和床支承件229通过可释放的固定装置(未显示)而彼此固定在一起。将分配器228固定到背板226上的典型的可释放的固定装置240包括但不局限于螺钉和螺栓。固定装置通常是螺钉，其通过背板226中的螺纹孔而插入到分配器228中。
固定装置240可被接触到，并因而可从分配器228或背板226的外面释放出来，即，所述外面是最远离空腔208的板面。接近可从背板或分配器的外面获得。
底座组件210包括通过可释放的固定装置240而彼此固定在一起的背板212和分配器214，以及床支承件216。背板212通常由不锈钢制成，而分配器214可采用板的形式，其具有装置液体的均匀分布的许多通道。床支承件216包括筛子或网或过滤器以及可选的密封环(未显示)，并且通过可释放的固定装置(未显示)而连接到分配器214上。床支承件216可由惰性塑料或例如不锈钢的金属材料制成。固定装置240可采用通过围绕构件周边相对应的孔而插入的螺钉或螺栓的形式；固定装置通常是螺钉，其通过背板212中的孔而插入到分配器214的螺纹孔口中。
应该懂得，当空腔208充满层析介质时，柱上的化学材料或生物材料的分离可在向下的流动或向上的流动中执行。因而，在向上流动时，包含有待分离的化学材料或生物材料的液体通过分散系统250经由入口256和喷嘴252引入并沿向上的方向移动穿过介质床，从而通过分散系统230经由出口端口234而从柱的顶部收集到收集系统中。在向下流动模式中，包含有待分离的材料的液体通过分散系统230经由出口端口234引入并向下流过介质床，从而在通过分散系统250经由喷嘴252和端口254收集在柱的底部处。
图3a-e是根据本发明的柱的示意性的截面图，其描绘了其操作的各个阶段。该图详细描绘了通过在构件之间产生内部真空从而将底座组件310的分配器板314固定到背板312上的方法，但是应该懂得，相同的原理可适用于将适配器组件320的分配器板328固定到背板326上。还应该懂得，根据本发明的柱可由适配器和底座组件的组合组成，其中一个或这两个组件依靠内部产生的真空而将分配器板固定到背板上。
图3a的柱300包括底座组件310和适配器组件320，其与管道306接触以限定空腔308，其填充了空气，用于包含层析介质(未显示)。底座组件310包括背板312，其与分配器板314接触；板312和314的接触表面设置为当其接触时可形成空腔或气穴313。分配器板314可通过例如肋314'进行加强，从而防止当其受应力时发生变形。此外，底座组件310具有可关闭的端口311，其与空腔308以及柱的外部流体连接。在端口311和321打开的条件下，通道315和325被关闭，并通过使适配器组件320和底座组件310朝彼此移动，通常通过使适配器组件320朝底座组件310移动从而从空腔308除去空气。
在从空腔308中除去空气之后，关闭端口311和321，并打开底座组件通道315和适配器组件通道325中的一个或两个。在图3b中给出的示例中，通道315和325处于打开的构型。
图3c是放大的插图，其给出了柱300的截面A的细节。虽然插图显示了促动器317如何控制通道315的打开和关闭，但是应该懂得，其它装置也可用于控制该过程，而且本发明的其它实施例也是可行的(例如电动/手动/气动促动的阀门或控制通道打开和关闭的任何其它阀门)。促动器317可在底座背板312中自由移动，气穴313和通道315在这里显示为底座分配器板314和底座床支承件316中的钻孔(bore hole)。一系列不同尺寸的垫圈或O形环318提供了在这些组成部件之间的气密密封(例如，在背板312和分配器板314之间，在床支承件316和分配器314之间)。在该图中，促动器317处于打开位置，使得在气穴313和空腔308之间存在流体连接。当在空腔313内没有真空时，促动器317将处于该打开或搁置位置。然后通常通过在管道306中升起适配器组件320从而将适配器组件320和底座组件310拉开，以便经由打开的通道315而从气穴313中抽取空气。因为在分配器板314的任一侧没有压差，所以板314将不会扭转或以任何方式变形。
图3d和图3e描绘了在将分配器板314固定到背板312上的过程中的最后步骤。通道315被关闭，并且然后打开端口311和/或321，以便给予空腔308中的大气压力和气穴313中的负压，因而建立了跨分配器板314的压差(图3d)，其将分配器板314固定到背板312上。
图3e是放大的插图，其给出了柱300的截面A的细节，其中组成部件与上面图3c所述的那些是相同的。在图3e中，已经拉动促动器317，以形成垫圈/O形环315的密封，并有效地关闭了底座通道315，以免空气的流入或流出。
柱现在可进行准备，并填充层析介质。
为了使底座背板312与分配器板314分离，适配器317从其借助垫圈/O形环318的密封位置收缩，从而打开通道315并释放气穴313内的真空。一旦真空已得到释放，那么背板312和分配器板314就不再固定在一起。
图4a和图4b是根据本发明的柱的示意性的截面图，其已经被修改，以便依靠内部产生的真空而将底座分配器板固定到背板和柱管道上。
图4a显示了柱的一部分，其与上述图3c中所示基本相同，除了在底座背板412和分配器414之间的气穴413已经延长为413'，从而与柱管道406中的气穴或中空部407流体连接，而且垫圈418'提供了在柱管道406的底座和分配器板414之间的气密密封。在所示的布局中，在适配器组件420已从空腔408中除去空气之后(如上面关于图3a所述)，促动器415不与垫圈/O形环418密封接触，使得柱空腔408与气穴413及经由气穴413'与中空部407流体连接。
如上所述，当在空腔413内没有真空时，促动器417将处于该打开或搁置的位置。然后通常通过在管道406中升起适配器组件420从而将适配器组件420和底座组件拉开，以便经由打开的通道415而从气穴413、413'和中空部407中抽取空气。
在图4b中显示了将分配器板414固定到背板412和柱管道406上的过程中的最后步骤。当适配器417移动至利用垫圈/O形环418形成密封时，通道415被关闭。端口311和/或321被打开(见图3d)，从而给予空腔408中的大气压力以及穴413、413'和中空部407中的负压。这建立了跨分配器板414的压差，其将分配器板414固定到背板412上，并且位于分配器板414和柱管道406之间。分配器板414通过例如肋414'进行增强或加强，从而防止当板遇到压差时发生变形。
为了从背板412和柱管道406上分离出分配器板414，使适配器417移动以打开通道415，并释放穴413、413'和中空部407中的真空。
虽然已根据各个方面和优选实施例描述了本发明，但是应该懂得，本发明的范围不应认为仅仅局限于此，而且申请人意图其所有变型和等效物也落在所附权利要求的范围内。

Claims (17)

1. 一种通过在其间产生内部真空而将层析柱(300)的分配器板(328,314)固定到背板(326,312)上的方法。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述层析柱(300)包括适配器组件(320)和/或底座组件(310)，并且所述适配器组件(320)和/或所述底座组件(310)的运动在所述分配器板(328,314)和所述背板(326,312)之间产生所述内部真空。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
a) 提供一种层析柱(300)，其包括：
管道(306)，其与适配器组件(320)和底座组件(310)接触，以在其间限定空腔(308)；
所述空腔(308)经由可关闭的适配器端口(321)和/或可关闭的底座端口(311)而与所述柱(300)的外部流体连接；
所述适配器组件(320)和/或所述底座组件(310)可在所述空腔(308)中移动；
所述适配器组件(320)和所述底座组件(310)的至少一个包括背板(326,312)，所述背板与分配器板(328,314)接触，从而限定在其间的气穴(313,323)；
所述气穴(313,323)经由所述适配器组件(320)和/或所述底座组件(310)的分配器板(328,314)中的可关闭的通道(315,325)而与所述空腔(308)流体连接；
b) 关闭所述适配器组件(320)和/或所述底座组件(310)中的所述通道(315,325)；
c) 使所述适配器组件(320)和/或所述底座组件(310)朝彼此移动，从而从所述空腔(308)除去空气；
d) 关闭所述适配器组件(320)和/或所述底座组件(310)中的端口(321,311)；
e) 打开所述适配器组件(320)和/或所述底座组件(310)中的通道(315,325)；
f) 使所述适配器组件(320)和/或所述底座组件(310)远离彼此移动，从而从所述气穴(313,323)除去空气；且
g) 关闭所述适配器组件(320)和/或所述底座组件(310)中的通道(315,325)，以将所述分配器板固定到所述背板上。
4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述分配器板是适配器分配器板，并且所述背板是适配器背板。
5. 根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述分配器板是底座分配器板，并且所述背板是底座分配器板。
6. 根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述分配器板与所述背板接触的面是经过加强的。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述分配器板通过肋(314')进行加强。
8. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括利用定位装置，以将所述背板和所述分配器板共同定位在一起。
9. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括容许空气返回所述气穴，以将所述分配器板从所述背板上释放的步骤。
10. 根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括通过在其间产生内部真空而将所述柱管道固定到所述底座分配器板上的步骤。
11. 一种层析柱(300)，包括可移动的适配器组件(320)和/或底座组件(310)，所述适配器组件和/或底座组件设置为产生内部真空，以将背板固定到分配器板上。
12. 根据权利要求11所述的层析柱，其特征在于，包括：
管道(300)，其与适配器组件(320)和底座组件(310)接触，以在其间限定空腔(308)；
所述空腔(308)经由可关闭的适配器端口(321)和/或可关闭的底座端口(311)而与所述柱(300)的外部流体连接；
所述适配器组件(320)和/或所述底座组件(310)可在所述空腔(308)中移动；
所述适配器组件(320)和所述底座组件(310)的至少一个包括背板(312,326)，所述背板与分配器板(328,314)接触，从而限定在其间的气穴(313,323)；且
各个所述气穴(313,323)经由所述适配器组件(320)和/或所述底座组件(310)的分配器板(328,314)中的可关闭的通道(315,325)而与所述空腔(308)流体连接。
13. 根据权利要求12所述的柱，其特征在于，所述端口或所述通道通过手动、电动或气动装置进行控制。
14. 根据权利要求12或13所述的柱，其特征在于，所述分配器板与所述背板接触的面是经过加强的。
15. 根据权利要求14所述的柱，其特征在于，所述分配器板与所述背板接触的面通过肋(314')进行加强。
16. 根据权利要求11至15中的任一项所述的柱，其特征在于，还包括定位装置，从而将所述背板和所述分配器共同定位在一起。
17. 根据权利要求11至16中的任一项所述的柱，其特征在于，还设置为用于产生内部真空，从而将所述底座分配器板固定到所述柱管道上。
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