CN107003289B - 用于使溶液混合的系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于使溶液和缓冲溶液混合的系统。在该系统中，存在能够使一种或多种溶液流过的切换阀、用于泵吸该一种或多种溶液通过切换阀的低压泵、以及能够接收通过低压泵的该一种或多种溶液且使该一种或多种溶液与缓冲溶液混合的T形接头。存在高压泵，其用于收集混合溶液。

Description

用于使溶液混合的系统
技术领域
本文公开的主题涉及多种溶液的混合。更具体而言，本主题涉及一种针对色谱分析应用中的联机条件而用于多种溶液的混合的系统。
背景技术
色谱分析是用于分离化学和生物物质的良好建立的且有价值的技术，且广泛用于研究和工业，从而在化合物制备、提纯和分析中得到了许多应用。存在许多不同形式的色谱分析，液体色谱分析在用于蛋白质、缩氨酸和核酸的制备、提纯和分析的制药和生物工业中特别重要。
典型的液体色谱分析设备具有竖立的壳体，通常为颗粒性质且由多孔介质组成的填料床在壳体中靠在可穿透的固定层上。液体流动相通过入口(例如，在柱的顶部处)进入，通常通过多孔的穿孔过滤器、网孔或玻璃料，移动通过填料床，且经由出口除去，通常通过第二过滤器、网孔或玻璃料。
在许多情况下，重要的是获得精确已知的成分和/或其他特性(诸如，pH、离子强度、粘性、密度等)的液体。此外，并非不常见的是，液体的成分不仅应当在各个时刻精确已知和控制，而且应当以精确且受控的方式随时间变化。此液体通常通过使两种或更多种液体与彼此调混或混合来获得，通常使用混合系统，通常是现场混合系统，其可提供等度混合模式和梯度混合模式(台阶梯度(step gradient)和线性梯度)两者。在液体色谱分析的领域中，液体成分最重要的一种应用是在使用具有特定pH和还有可选的离子强度的缓冲液时，洗脱液的pH和离子强度是控制色谱分析中的蛋白质分离的选择性的两个最重要参数，诸如，在离子交换树脂上。另一个此类应用是过滤。
当前系统包括使用多个高压泵将不同溶液/缓冲溶液(诸如酸、碱和盐)连同水输送至调混器，以用于形成需要被输送至色谱分析柱的混合溶液。然而，混合溶液的特性(诸如pH水平和传导性)不可在供应至色谱分析柱之前确定。当多种溶液需要在变化的量和浓度下供应时，使用切换阀或四元阀。切换阀能够在不同溶液之间切换，且将溶液输送至混合单元。高压泵大体上用于将溶液/缓冲溶液从其容器泵吸通过切换阀。供应至色谱分析柱的混合溶液的特性对于以有效方式执行蛋白质分离很重要。在当前系统中，确定混合溶液的特性很难且不准确。当前系统中的切换阀提供了不准确的混合，且在低百分比下不准确。这是因为用于确定这些特性的传感器不能够承受由高压泵泵吸的溶液的压力水平。传感器大体上仅可适应高达7bar(即，0.7 MPa)的压力。因此，混合溶液可能不具有期望的特性，或可具有变化的特性(诸如，pH水平和传导性)。更多高压泵的使用也增加了色谱分析系统的成本。
因此，存在对用于色谱分析的溶液联机混合的改进系统的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使多种溶液混合的改进方式，这克服了现有技术的一个或多个缺点。这通过如独立权要求中限定的具有简单且方便设计的从多种溶液和缓冲溶液来色谱分析的溶液联机混合系统达到。
公开的系统的一个优点针对多种溶液和缓冲溶液的混合。该系统包括能够使至少一种溶液流过的切换阀、用于泵吸该一种或多种溶液通过切换阀的低压泵、以及能够接收通过低压泵的该一种或多种溶液且使该一种或多种溶液与缓冲溶液混合的T形接头。存在高压泵，其用于收集混合溶液。当使用低压泵时，在传感器处经历的缓冲溶液的压力较小，因此它们可正常操作来确定特性。此外，低压泵使该系统较不昂贵。
在实施例中，公开了一种用于溶液和缓冲溶液的混合的系统。在该系统中，存在能够使一种或多种溶液流过的切换阀、用于泵吸该一种或多种溶液通过切换阀的低压泵、以及能够接收通过低压泵的该一种或多种溶液且使该一种或多种溶液与缓冲溶液混合的T形接头。存在高压泵，其用于收集混合溶液。
在另一个实施例中，公开了一种色谱分析系统。色谱分析系统包括：能够使至少一种溶液流过的切换阀；用于泵吸该一种或多种溶液通过切换阀的低压泵。T形接头能够接收通过低压泵的该一种或多种溶液，且使该一种或多种溶液与缓冲溶液混合。高压泵收集混合溶液且将其输送至色谱分析柱。
参照以下详细描述和附图将获得本发明及其其他特征和优点的更完整的理解。
附图说明
图1是根据实施例的用于制备缓冲溶液的系统的示意图；
图2A是根据示例性实施例的用于制备缓冲溶液的系统的示意图；
图2B是根据另一个示例性实施例的用于制备缓冲溶液的系统的示意图；且
图3是根据示例性实施例的具有用于在其内混合多种溶液的实施例的系统的色谱分析系统的示意图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参照了形成其一部分的附图，且在附图中通过说明示出了可实践的特定实施例。足够详细地描述了这些实施例，以允许本领域技术人员实践实施例，且将理解的是，可使用其他实施例，且可进行逻辑、机械和其他变化，而不脱离实施例的范围。因此，以下详细描述并不看作是限制本发明的范围。
如下文详细论述的那样，公开了一种用于溶液和缓冲溶液的混合的系统的实施例。在该系统中，存在能够使一种或多种溶液流过的切换阀、用于泵吸该一种或多种溶液通过切换阀的低压泵、以及能够接收通过低压泵的该一种或多种溶液且使该一种或多种溶液与缓冲溶液混合的T形接头。存在高压泵，其用于收集混合溶液。
图1示出了根据实施例的用于使多种溶液混合的系统100。系统100包括用于使溶液与缓冲溶液混合的T形接头102。缓冲溶液可例如是水。然而，可注意的是，可使用不同类型的缓冲溶液。溶液可例如但不限于是酸、盐、碱或用于喷射的水(WFI)。溶液从容器104供应。
容器104中的溶液由于连接到切换阀106上的低压泵108形成的泵吸压力而流过切换阀106。在实施例中，切换阀106可为四元阀，其可在多种溶液之间切换，例如，切换阀106切换以允许溶液和缓冲溶液基于要求可互换地供应。切换阀106能够较快打开和关闭，使得不同溶液之间的切换是可能的。由低压泵108泵吸的溶液供应至T形接头110。T形接头110还从容器112接收缓冲溶液。T形接头110直接地连接到容器112上，因此缓冲溶液自由流到混合单元110中。在实施例中，高压泵114可构造成将缓冲溶液从容器112泵吸到T形接头110中。以其他方式，由高压泵114产生的吸入压力可允许缓冲溶液从容器112流到T形接头110中。以其他方式，由低压泵108和高压泵114产生的压力之间的差异产生吸入压力以允许缓冲溶液从容器112流到T形接头110中。由高压泵114形成的压力可基于需要制备的混合溶液的要求来改变。在T形接头110中，溶液和缓冲溶液混合或调混以形成混合溶液。混合溶液可为缓冲液，其例如在色谱分析应用中为了提纯蛋白质混合物而出于各种目的被需要。然而，可构想的是，缓冲液也可用于任何其他目的。在实施例中，T形接头110可为磁搅拌器，其可使溶液与缓冲溶液混合。然而，可构想的是，T形接头110可具有本领域中已知的用于执行溶液的混合的任何其他结构和运行构造或布置。
例如，容器112可储存水，且容器104可储存酸。低压泵108在低压下泵吸以将酸供应到T形接头110中。切换阀106打开以允许酸流到T形接头110中。存在于容器112中的水直接地流到T形接头110中。在另一种情形下，切换阀106还可切换其连接件以允许水流到T形接头110中。这里，低压泵108可形成压力来将水泵吸到T形接头110中。在实施例中，T形接头可为混合单元。混合单元可将酸与水混合。
由高压泵114泵吸的混合溶液经分析来确定其特性，诸如但不限于pH、传导性等。在实施例中，传感器116和传感器118可存在于混合单元110和高压泵114之间。传感器116可为pH传感器，以确定混合溶液的pH水平，且传感器118可为传导性传感器，以用于确定与混合溶液相关联的传导性。在与混合溶液相关联的期望的pH水平和传导性水平的任何变化的情况下，通过低压泵108的溶液的流率以及从容器112到T形接头110的缓冲溶液的流率也改变。缓冲溶液的流率可通过改变由高压泵114形成的压力来控制。此外，存在于容器104中的溶液经过切换阀106的流率可通过改变由低压泵108形成的压力来改变。当传感器116和118定位在低压泵108附近的低压侧处时，这些传感器的操作或运行不由任何高压影响，且因此监测混合溶液的特性可准确地执行。即使仅两个传感器(即，传感器116和传感器118)在这里论述且在图1中展示，但可存在更多传感器，其布置成确定或监测与混合溶液相关联的各种其他参数。
图2A示出了根据另一个实施例的用于混合多种溶液的系统200。系统200包括多种溶液，例如，储存在四个容器(诸如，容器202、容器204、容器206和容器208)中的四种溶液。在实施例中，容器202、容器204、容器206和容器208容纳酸、碱、盐和水。容器202、204、206和208通过切换阀212连接到低压泵210上。低压泵210产生低压，其允许溶液从容器中的一者泵吸，且允许溶液经过切换阀212。切换阀212可在容器之间切换来将各种溶液供应到T形接头214中。通过切换阀212的各种溶液的流率可基于要求而改变。流率可基于切换阀212打开的量来改变。在另一种情形下，由低压泵210形成的压力改变来改变溶液的流率，从而输送的溶液的量改变。
T形接头214中接收到的溶液一起调混，以形成由高压泵214泵吸的混合溶液。当溶液和缓冲溶液在较接近低压泵210的低压侧处的T形接头214中混合时，它们可良好混合且确定特性更方便。高压泵216可产生高于低压泵210的压力。混合溶液经分析来确定其特性，诸如但不限于pH、传导性等。在实施例中，传感器218和传感器220可存在于T形接头214和高压泵216之间。传感器218可为pH传感器，以确定混合溶液的pH水平，且传感器220可为传导性传感器，以用于确定与混合溶液相关联的传导性。在与混合溶液相关联的期望的pH水平和传导性水平的任何变化的情况下，通过低压泵210的溶液的流率以及从容器208到T形接头214的缓冲溶液的流率也改变。通过容器208和T形接头214之间的直接连接件的缓冲溶液的流率可通过改变由高压泵216形成的压力来控制。此外，存在于任何容器202、204和206中的一种或多种溶液经过切换阀212的流率可通过改变由低压泵210形成的压力来改变。当传感器218和220定位在低压泵210附近的低压侧处时，这些传感器的操作或运行不由任何高压影响，且因此监测混合溶液的特性可准确地执行。即使仅两个传感器(即，传感器218和传感器220)在这里论述且在图2中展示，但可存在更多传感器，其布置成确定或监测与混合溶液相关联的各种其他参数。
此外，图2B示出了根据另一个示例性实施例的用于混合多种溶液的系统200。在该实施例中，容器202、容器204、容器206和容器208容纳酸、碱、盐和水。容器202、204和206通过切换阀212连接到低压泵210上。容器208直接地连接到T形接头214上。在实施例中，止回阀(图2B中未示出)可提供成连接T形接头102和容器208。止回阀还避免可发生在容器208中的溶液和缓冲溶液之间的任何混合。在另一个实施例中，可存在布置在T形接头102和容器208之间的连接件之间的阀和泵的组合，以用于供应缓冲溶液。例如，可存在两个泵，以将缓冲溶液泵吸到T形接头102中。这里，一个泵可不具有系统100的完整流率范围，但可具有系统100的完整压力范围。此外，其他泵可具有系统100的完整流率范围，但不具有完整压力范围。低压泵210产生低压，其允许溶液从容器中的一者泵吸，且允许溶液经过切换阀212。切换阀212可在容器202、204和206之间切换来将各种溶液供应到T形接头214中。各种溶液经过切换阀212的流率可基于要求改变。流率可基于切换阀212打开的量来改变。T形接头214可从容器208接收溶液。在另一种情形下，由低压泵210形成的压力改变来改变溶液的流率，从而输送的溶液的量改变。T形接头214中接收到的溶液一起调混，以形成由高压泵214泵吸的混合溶液。
考虑到图2A中的设置的示例，高压泵216和低压泵210可分别具有100ml/min和20ml/min的流率能力。如果混合溶液具有2%的酸、4%的碱、4%的盐溶液和90%的缓冲溶液(例如，水)，则然后用于打开切换阀212的循环时间可为5秒。可允许缓冲溶液流过容器208和T形接头214之间的直接连接件，且流率这里可为80ml/min。然后，所需流率的80%通过直接连接件。切换阀212可打开和关闭与容器202、204、206和208中的每一个的连接，以分别在它们中输送溶液，即，酸、碱和盐溶液和缓冲溶液。切换阀212可允许碱在20ml/min下流过1秒时段，其后盐在20ml/min下流过1秒时段，且酸在20ml/min下流过0.5秒时段，且缓冲溶液在20ml/min下流过2.5秒时段。因此，由于低压泵以及容器208和T形接头214之间的直接连接件的存在，故较低浓度的酸、碱和盐可输送至混合单元来形成混合溶液。混合溶液可用于色谱分析系统中的联机调节。联机调节过程连同色谱分析应用中的提纯来针对缓冲溶液的配方执行。
切换阀212、低压泵210、传感器218和220以及高压泵216的操作和运行由控制系统222控制。传感器218和220可将从T形接头214接收到的混合溶液的特性相关联的反馈提供至控制系统222。因此，控制系统222控制切换阀212、低压泵210和高压泵216的运行，以改变其流率以及用于产生混合溶液而形成的压力。混合溶液(诸如用于色谱分析中的缓冲溶液)的特性需要具有用于任何蛋白质的提纯的期望的缓冲能力，否则可导致较少产量。缓冲能力可与多种因素相关联，诸如，对应于pH值的pKa值。
如前文描述的混合溶液可用于色谱分析应用。混合溶液可为允许经过色谱分析柱的缓冲溶液。图3示出了根据示例性实施例的具有用于在其内混合多种溶液的实施例的系统200的色谱分析系统300。由高压泵216接收到的混合溶液可输送到色谱分析柱224中。在色谱分析柱224中，混合溶液可便于不同物质(例如，蛋白质)的提纯和分离。基于蛋白质的特性和任何提纯或分离要求，不同种类的混合溶液可形成且供应至色谱分析柱。因此，切换阀212、低压泵210、传感器218和220以及高压泵216可体现在色谱分析系统300中，以用于供应各种浓度的混合溶液来用于提纯和分离不同蛋白质。色谱分析系统300可能能够适应多个容器，诸如，容器202、204、206和208。
从前文将了解的是，公开了用于溶液的混合的以上系统。在该系统中，由于低压泵用于收集通过切换阀的溶液且将其输送至混合单元，故放置在低压泵和高压泵之间的传感器可确定缓冲溶液的特性。当低压泵用于从容器泵吸溶液时，切换阀可适应在低流率下供应溶液。溶液的混合在较接近低压泵的低压侧处的混合单元中发生。传感器存在于低压泵附近，所以它们不由高压影响，且因此混合溶液的特性可方便且准确地确定。此外，由于容纳缓冲溶液的容器和混合单元之间的直接连接件，故所需缓冲溶液的大部分可通过该连接件供应，且因此切换阀循环时间中的更多时间将可用于将通过切换阀和低压泵输送的其他溶液。当缓冲溶液占通过该直接连接件形成和供应的混合溶液的较大百分比时，低压泵可用于将其他溶液泵吸到混合单元中。由于低压泵的存在，故可适应通过切换阀的溶液的任何期望的流率。此外，低压泵允许溶液的混合在低压环境下发生。
此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使任何本领域技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何计算系统或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意在使这些其他示例处于权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于使溶液混合的系统，所述系统包括：
切换阀，其能够使至少一种溶液流过；
低压泵，其用于泵吸所述至少一种溶液通过所述切换阀；
T形接头，其放置在所述低压泵和高压泵之间，所述T形接头能够接收通过所述低压泵的所述至少一种溶液，且使所述至少一种溶液与缓冲溶液混合；以及
高压泵，其用于收集混合溶液；
其中，所述T形接头通过至少一个直接连接件而连接到容纳所述缓冲溶液的容器上；以及
其中，所述系统还包括至少一个传感器，其放置在所述低压泵和所述高压泵之间并且定位在所述低压泵附近的低压侧处而不受任何高压影响。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述切换阀能够允许所述缓冲溶液从所述容器流出，所述低压泵允许泵吸所述缓冲溶液通过所述切换阀。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一种溶液包括酸、碱和盐溶液中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括控制系统，其构造成：控制用于供应所述至少一种溶液的所述低压泵的操作，且控制能够使所述至少一种溶液流过的所述切换阀的运行。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制系统构造成控制由至少一个低压泵供应的所述至少一种溶液的流率，所述至少一种溶液的流率确定所述混合溶液的浓度。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个传感器构造成测量在所述高压泵处接收到的所述混合溶液的特性。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述至少一个传感器中的传感器构造成测量与所述混合溶液相关联的传导性。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述至少一个传感器中的传感器构造成测量与所述缓冲溶液相关联的pH水平。
9.一种色谱分析系统，包括：
切换阀，其能够使至少一种溶液流过；
低压泵，其用于泵吸所述至少一种溶液通过所述切换阀；
T形接头，其放置在所述低压泵和高压泵之间，所述T形接头能够接收通过所述低压泵的所述至少一种溶液，且使所述至少一种溶液与缓冲溶液混合；以及
高压泵，其用于收集混合溶液且将其输送至色谱分析柱；
其中，所述T形接头通过至少一个直接连接件而连接到容纳所述缓冲溶液的容器上；以及
其中，所述系统还包括至少一个传感器，其放置在所述低压泵和所述高压泵之间并且定位在所述低压泵附近的低压侧处而不受任何高压影响。
10.根据权利要求9所述的色谱分析系统，其特征在于，所述至少一种溶液包括酸、碱和盐溶液中的至少一者。
11.根据权利要求9所述的色谱分析系统，其特征在于，所述色谱分析系统还包括控制系统，其构造成：控制用于供应所述至少一种溶液的所述低压泵的操作，且控制能够使所述至少一种溶液流过的所述切换阀的运行。
12.根据权利要求11所述的色谱分析系统，其特征在于，控制由至少一个低压泵供应的所述至少一种溶液的流率，所述至少一种溶液的流率确定所述混合溶液的浓度。
13.根据权利要求9所述的色谱分析系统，其特征在于，所述至少一个传感器构造成测量在所述高压泵处接收到的所述混合溶液的特性。
14.根据权利要求13所述的色谱分析系统，其特征在于，所述至少一个传感器中的传感器构造成测量与所述混合溶液相关联的传导性。
15.根据权利要求13所述的色谱分析系统，其特征在于，所述至少一个传感器中的传感器构造成测量与所述混合溶液相关联的pH水平。
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