CN108745022A - 一种基于AKTA avant的缓冲液配制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于AKTA avant的缓冲液配制系统，包括AKTA avant层析设备一台，静态混匀管一个，单片机一个，AKTA I/O box模块一个，缓冲液储存瓶至少一个，液位开关至少一个；AKTA avant层析设备包括四元阀、A泵、B泵、A泵进口八通阀、B泵进口八通阀、样品泵进口八通阀、出口十二通阀、注射阀和混合池。本发明的缓冲液配制系统是基于实验室规模的蛋白层析纯化系统AKTA avant层析设备进行改进，可由本领域实验人员可以在实验室规模下实现，解决了实验室规模的连续流层析工艺中缓冲液体积过大、空间要求大的问题，解决了现有实验室设备只能支持固定的三种母液组分和水，在不同组分之间的比例相差很大时、混合效果不够充分，且不能实现自动控制的缺陷。

Description

一种基于AKTA avant的缓冲液配制系统
技术领域
本发明涉及生物制药领域的仪器设备，特别是涉及一种用于生物蛋白类药物分离纯化的蛋白层析纯化系统的自动化缓冲液配制系统。
背景技术
缓冲液由酸、碱、盐和水中的两种或多种组成，是分离纯化过程中最基本的介质。
直接称量试剂配制缓冲液的方式工作量大，并且占用的储存容器体积大，尤其是在是生产规模，或者实验室规模的连续流层析工艺中，缓冲液体积增大，对厂房空间提出了更高的要求。
通过预先配置高浓度母液、在使用前进行稀释的方式，可以有效减少缓冲液的储存体积和配制时的工作量，但这种方式受制于溶解度，对于一些高盐浓度的缓冲液，效果有限。此外，这种方式并不能减少缓冲液的种类。
GE公司近年推出了一种新型的、用于生产规模的缓冲液配制的设备——IC，它是基于酸、碱、盐、水四种组分按比例混合，并通过在线pH和电导率电极进行反馈调节，可以自动配制满足pH和电导率要求的缓冲溶液。但该设备目前主要适用于生产规模，没有实验室规模的设备，而且价格较高。
AKTA avant是GE公司的一款实验室规模的蛋白层析纯化系统，主要用于柱层析分离操作。和IC的理论相似，AKTA avant具有四元阀——Q阀，能进行简单的缓冲液的在线配制，但该设备的自动配液功能仅为简单的在线混合，只能支持固定的三种母液组分和水，在不同组分之间的比例相差很大时、混合效果不够充分，且不能实现自动控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于现有的实验室规模的蛋白层析纯化系统的缓冲液配制系统，能支持三种及三种以上的母液成分，能改善组分浓度差异大时的混匀度，并能通过外部信号控制多种不同缓冲液的配制，满足实验室的日常使用。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种基于AKTA avant的缓冲液配制系统，包括：AKTA avant层析设备一台，静态混匀管一个，单片机一个，AKTA I/O box模块一个，缓冲液储存瓶至少一个，液位开关至少一个；
所述缓冲液配制系统具有酸性母液储存瓶至少一个、碱性母液储存瓶至少一个、添加剂母液储存瓶至少一个、纯水储存瓶至少一个；所述酸性母液储存瓶、碱性母液储存瓶、添加剂母液储存瓶、纯水储存瓶和缓冲液储存瓶均通过管路连接AKTA avant层析设备；
所述液位开关与所述单片机连接，所述液位开关用于检测缓冲液储存瓶中的液体是否低于限值，并将液位信号反馈给所述单片机；
所述单片机与所述I/O box模块连接，所述单片机接收所述液位开关的液位信号，并判定需要配制的缓冲液序号，将该序号传输至I/O box模块；
所述AKTA avant层析设备与所述I/O box模块连接，所述AKTA avant层析设备接收并处理I/O box模块的信号，执行相应的缓冲液配制程序，从所述酸性母液储存瓶、碱性母液储存瓶、添加剂母液储存瓶和纯水储存瓶中按预设的比例提取溶液、混合、并传送至对应的缓冲液储存瓶。
具体的，所述AKTA avant层析设备包括四元阀(Q阀)、A泵(PumpA)、B泵(PumpB)、A泵进口八通阀、B泵进口八通阀、样品泵进口八通阀、出口十二通阀、注射阀和混合池；
所述四元阀通过管道分别连接样品泵进口八通阀、酸性母液储存瓶、添加剂母液储存瓶和纯水储存瓶；所述样品泵进口八通阀通过管道连接至少一个第一碱性母液储存瓶；所述四元阀还通过管道分别连接A泵进口八通阀、B泵进口八通阀；所述A泵进口八通阀通过管道分别连接A泵至少一个第二碱性母液储存瓶；所述B泵进口八通阀通过管道分别连接B泵和纯水储存瓶；所述A泵和B泵分别通过管道连接混合池；所述混合池通过管道连接注射阀，所述注射阀通过管道连接静态混匀管，所述静态混匀管通过管道连接检测器，所述检测器通过管道连接出口十二通阀；所述出口十二通阀通过管道连接至少一个缓冲液储存瓶，每个缓冲液储存瓶均配有液位开关。
具体的，与所述样品泵进口八通阀通过管道连接的第一碱性母液储存瓶的数量为2个。
具体的，与所述A泵进口八通阀通过管道连接的第二碱性母液储存瓶的数量为1个。
具体的，与所述出口十二通阀通过管道连接的缓冲液储存瓶的数量为11个。优选的，所述出口十二通阀的数量为3个，3个出口十二通阀通过管道连接31个缓冲液储存瓶。
具体的，所述四元阀与酸性母液储存瓶的连接管道中还安装有一额外进口八通阀；所述四元阀与添加剂母液储存瓶的连接管道中还安装有一额外进口八通阀。
具体的，所述液位开关为一种高低电平输出液位传感器，当检测到溶液时输出高电平，未检测到溶液时输出低电平，用于判定缓冲液储存瓶中的液位是否低于指定限值。
具体的，静态混匀管用于进一步混匀不同组分的母液。
具体的，所述单片机以二进制数字方式将信号发送给I/O box模块，具有4位数字信号输入口的I/O box模块能接收最多达16种不同的液位开关状态。
具体的，所述I/O box模块的数量为2个，能采用8位数字信号输入，接收最多达256种不同的液位开关状态。
本发明的缓冲液配制系统是基于实验室规模的蛋白层析纯化系统AKTA avant层析设备进行改进，它能自动地、持续地根据多个外部缓冲液储存容器的液位情况来配制相应的缓冲液，并且能配制下游工艺中用到的所有缓冲液(通常包含5种不同的组分和水)。
本发明的缓冲液配制系统可由本领域实验人员可以在实验室规模下实现，解决了实验室规模的连续流层析工艺中缓冲液体积过大、空间要求大的问题，解决了现有实验室设备只能支持固定的三种母液组分和水，在不同组分之间的比例相差很大时、混合效果不够充分，且不能实现自动控制的缺陷。
本发明的缓冲液配制系统在AKTA avant自带的混匀器后端加入了一个静态混匀管能够确保不同母液成分的充分混匀，尤其是在高流速下、或者是不同组分比例相差较大的情况下；本发明采用了单片机转换液位开关的数字信号，使原本仅有4位数字信号输入口的I/O box模块可以接收最多达16种不同的液位开关状态，扩展了可配制的缓冲液数量；该I/O box模块最多可扩展至两个、即8位数字信号输入，相应地、可以接收最多达256种不同的液位开关状态；本发明中的出口十二通阀最多可以扩展至3个，相应地、最多可以支持31种不同缓冲液的配制。
本发明的缓冲液配制系统将I/O box模块扩展至两个时能够进行多达三十一种缓冲液的全自动配制，实时、自动地记录过程中的pH、电导等数据，实现了全自动配制过程，满足实际工艺需求，具有更普遍的适用性。
附图说明
图1为本发明的缓冲液配制系统的主要部件的连接示意图。
图2为本发明的缓冲液配制系统中AKTA avant层析设备的一种管道连接示意图(方案一)。
图3为本发明的缓冲液配制系统中AKTA avant层析设备的一种管道连接示意图(方案二)。
图4为本发明的缓冲液配制系统采用Unicorn方法中监控I/O box信号的一示例图。
图5为通过本发明的缓冲液配制系统自动配制七种缓冲液的结果图谱示例。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于AKTA avant的缓冲液配制系统，包括：AKTA avant层析设备一台，静态混匀管一个，单片机一个，AKTA I/O box模块一个，缓冲液储存瓶至少一个，液位开关至少一个。其中，该缓冲液配制系统具有酸性母液储存瓶至少一个、碱性母液储存瓶至少一个、添加剂母液储存瓶至少一个、纯水储存瓶至少一个。该酸性母液储存瓶、碱性母液储存瓶、添加剂母液储存瓶、纯水储存瓶和缓冲液储存瓶均通过管路连接AKTA avant层析设备。液位开关与单片机电性连接，液位开关是用于检测缓冲液储存瓶中的液体是否低于限值，并将液位信号反馈给所述单片机。单片机与I/O box模块电性连接，单片机接收液位开关的液位信号，并判定需要配制的缓冲液序号，将该序号传输至I/O box模块。AKTA avant层析设备与I/O box模块电性连接，AKTA avant层析设备接收并处理I/O box模块的信号，执行相应的缓冲液配制程序，从所述酸性母液储存瓶、碱性母液储存瓶、添加剂母液储存瓶和纯水储存瓶中按预设的比例提取溶液、混合、并传送至对应的缓冲液储存瓶。如图1所示，为本发明的缓冲液配制系统的主要部件的连接示意图，其中，缓冲液储存瓶和液位开关最多可达15组，图中仅画出一组以作示意。
本发明的缓冲液配制系统是基于实验室规模的蛋白层析纯化系统AKTA avant层析设备进行改进，可由本领域实验人员可以在实验室规模下实现，解决了实验室规模的连续流层析工艺中缓冲液体积过大、空间要求大的问题，解决了现有实验室设备只能支持固定的三种母液组分和水，在不同组分之间的比例相差很大时、混合效果不够充分，且不能实现自动控制的缺陷。
在一种具体的方案中(方案一)，AKTA avant层析设备包括四元阀(Q阀)、A泵(PumpA)、B泵(PumpB)、A泵进口八通阀、B泵进口八通阀、样品泵进口八通阀、出口十二通阀、注射阀和混合池。四元阀的Q1、Q2、Q3、Q4口分别通过管道分别连接样品泵进口八通阀出口Out、酸性母液储存瓶、添加剂母液储存瓶和纯水储存瓶。纯水储存瓶还连接B泵进口八通阀的B1口。样品泵进口八通阀通过管道连接至少一个第一碱性母液储存瓶。四元阀还通过管道分别连接A泵进口八通阀、B泵进口八通阀。A泵进口八通阀的A1口通过管道分别连接A泵至少一个第二碱性母液储存瓶。B泵进口八通阀通过管道分别连接B泵和纯水储存瓶。A泵和B泵分别通过管道连接混合池，混合池通过管道连接注射阀，注射阀的Col口通过管道连接静态混匀管的进口，静态混匀管的出口通过管道连接检测器的进口，检测器通过管道连接出口十二通阀。出口十二通阀的通过管道连接至少一个缓冲液储存瓶，每个缓冲液储存瓶均配有液位开关。
如图2所示，在方案一中，与样品泵进口八通阀通过管道连接的第一碱性母液储存瓶的数量为2个，与A泵进口八通阀通过管道连接的第二碱性母液储存瓶的数量为1个，出口十二通阀的Out1至Out10，以及Frac共11个出口分别置于11个用点的缓冲液储存瓶中(若用点少于11个则相应出口悬空)。
在另一种方案中(方案二)，是在方案一的技术上进一步改进，如图3所示，在四元阀(Q阀)与酸性母液储存瓶的连接管道中还安装有一额外进口八通阀1，该额外进口八通阀1可连接多个酸性母液储存瓶，不同酸性母液可以分别连接额外进口八通阀1的不同入口；在四元阀(Q阀)与添加剂母液储存瓶的连接管道中还安装有一额外进口八通阀2，该额外进口八通阀2可连接多个添加剂母液储存瓶，不同添加剂母液分别连接额外进口八通阀2的不同入口。
在常规抗体纯化工艺中，通常用到的缓冲液包含三种以上碱性组分(例如Tris，NaAc，NaOH等)、一种酸性组分(例如HAc)、一种添加剂(例如NaCl)，和水。
本发明中，样品泵进口八通阀用于连接需要参与缓冲液配制的碱性组分母液(例如Tris，NaAc等)，该流路进入四元阀后可以与其它三种母液混合，从而配制所需的缓冲液，该步骤通过在控制软件Unicorn中设置四元阀梯度实现。
本发明中，A泵进口八通阀的其它阀位和B泵进口八通阀的其它阀位，用于连接需要进行二元混合的缓冲液母液(例如NaOH和水)，该步骤通过在控制软件Unicorn中设置A、B泵梯度实现。
本发明中，注射阀的W1口用于排放冲洗四元阀Q1口之前流路的废液，在进行该步冲洗时，需要将四元阀中Q1的梯度设置成100％，并将注射阀的阀位设置为“System PumpWaste”(其余时间注射阀的阀位均设置为Manual Load)。
对于方案二，注射阀的W1口还可以用于排放冲洗四元阀Q2和Q3口之前流路的废液，相应的，需将四元阀中Q2或Q3的梯度设置成100％，并将注射阀的阀位设置为“SystemPump Waste”(其余时间注射阀的阀位均设置为Manual Load)。
本发明中，出口十二通阀的W口用于排放混合达到稳态前的系统中的废液，在进行该部操作时，需将出口十二通阀的阀位设置为“Waste”。
本发明中的十一个用点的液位传感器将液位通过数字信号传输到单片机，为11位的二进制数据，在单片机中通过程序判定当前需要配置的用点，并将该用点的序号以4位二进制数据的方式，分别传输4个数字信号至I/O box模块的Digital in 1、Digital in 2、Digital in 3、Digital in 4端口，其中Digital in 1代表最低位，Digital in 4代表最高位。例如，5号用点液位低于传感器位置，则单片机分别发送1、0、1、0至Digital in 1、Digital in 2、Digital in 3、Digital in 4端口。
本发明通过AKTA avant自带的Unicorn软件处理I/O box模块接收到的数字信号，通过嵌套4层Watch指令依次判定4个Digital in端口的值，并与预设值相比较，从而配制相应的缓冲液。
图4是一个配制1号缓冲液的Unicorn方法示例，1号缓冲液对应的二进制数为0001，即Digital in 1为1，其余均为0。
图5是一例通过本发明配制7种不同缓冲液的结果图谱(记录了缓冲液的pH、电导和体积)。通过Unicorn软件中Loop命令和Scouting功能的使用，可以实现持续、循环的液位监控和缓冲液配制。
综上所述，上述各实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种基于AKTA avant的缓冲液配制系统，包括：AKTA avant层析设备一台，静态混匀管一个，单片机一个，AKTA I/O box模块一个，缓冲液储存瓶至少一个，液位开关至少一个；
所述缓冲液配制系统具有酸性母液储存瓶至少一个、碱性母液储存瓶至少一个、添加剂母液储存瓶至少一个、纯水储存瓶至少一个；所述酸性母液储存瓶、碱性母液储存瓶、添加剂母液储存瓶、纯水储存瓶和缓冲液储存瓶均通过管路连接AKTA avant层析设备；
所述液位开关与所述单片机连接，所述液位开关用于检测缓冲液储存瓶中的液体是否低于限值，并将液位信号反馈给所述单片机；
所述单片机与所述I/O box模块连接，所述单片机接收所述液位开关的液位信号，并判定需要配制的缓冲液序号，将该序号传输至I/O box模块；
所述AKTA avant层析设备与所述I/O box模块连接，所述AKTA avant层析设备接收并处理I/O box模块的信号，执行相应的缓冲液配制程序，从所述酸性母液储存瓶、碱性母液储存瓶、添加剂母液储存瓶和纯水储存瓶中按预设的比例提取溶液、混合、并传送至对应的缓冲液储存瓶。
2.如权利要求1所述的缓冲液配制系统，其特征在于，所述AKTA avant层析设备包括四元阀、A泵、B泵、A泵进口八通阀、B泵进口八通阀、样品泵进口八通阀、出口十二通阀、注射阀和混合池；
所述四元阀通过管道分别连接样品泵进口八通阀、酸性母液储存瓶、添加剂母液储存瓶和纯水储存瓶；所述样品泵进口八通阀通过管道连接至少一个第一碱性母液储存瓶；所述四元阀还通过管道分别连接A泵进口八通阀、B泵进口八通阀；所述A泵进口八通阀通过管道分别连接A泵至少一个第二碱性母液储存瓶；所述B泵进口八通阀通过管道分别连接B泵和纯水储存瓶；所述A泵和B泵分别通过管道连接混合池；所述混合池通过管道连接注射阀，所述注射阀通过管道连接静态混匀管，所述静态混匀管通过管道连接检测器，所述检测器通过管道连接出口十二通阀；所述出口十二通阀通过管道连接至少一个缓冲液储存瓶，每个缓冲液储存瓶均配有液位开关。
3.如权利要求2所述的缓冲液配制系统，其特征在于，与所述样品泵进口八通阀通过管道连接的第一碱性母液储存瓶的数量为2个。
4.如权利要求2所述的缓冲液配制系统，其特征在于，与所述A泵进口八通阀通过管道连接的第二碱性母液储存瓶的数量为1个。
5.如权利要求2所述的缓冲液配制系统，其特征在于，与所述出口十二通阀通过管道连接的缓冲液储存瓶的数量为11个。
6.如权利要求5所述的缓冲液配制系统，其特征在于，所述出口十二通阀的数量为3个，3个出口十二通阀通过管道连接31个缓冲液储存瓶。
7.如权利要求2所述的缓冲液配制系统，其特征在于，所述四元阀与酸性母液储存瓶的连接管道中还安装有一额外进口八通阀；所述四元阀与添加剂母液储存瓶的连接管道中还安装有一额外进口八通阀。
8.如权利要求2所述的缓冲液配制系统，其特征在于，所述液位开关为一种高低电平输出液位传感器，当检测到溶液时输出高电平，未检测到溶液时输出低电平，用于判定缓冲液储存瓶中的液位是否低于指定限值。
9.如权利要求2所述的缓冲液配制系统，其特征在于，静态混匀管用于进一步混匀不同组分的母液。
10.如权利要求2所述的缓冲液配制系统，其特征在于，所述单片机以二进制数字方式将信号发送给I/O box模块，具有4位数字信号输入口的I/O box模块能接收最多达16种不同的液位开关状态。
11.如权利要求10所述的缓冲液配制系统，其特征在于，所述I/O box的数量为2个，能采用8位数字信号输入，接收最多达256种不同的液位开关状态。
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