CN110553894A - 一种样品纯化浓缩装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种样品纯化浓缩装置，包括：端盖、料槽管、滤膜支座、滤膜、离心管；所述滤膜支座内侧有料液流道，流道出口直通底部，所述料槽管具有样品容置腔，料槽管侧外开有与样品容置腔相连通的出液口，所述滤膜固定在料槽管的外侧且覆盖出液口，滤膜支座贴紧滤膜后竖直或倾斜固定在料槽管上，随后同料槽管一起套入离心管中，再通过端盖盖紧，样品容置腔、滤膜、料液流道以及离心管依次相连通构成纯化浓缩通道。该装置在驱动力或者离心力的作用下对样品进行分离、清洗、纯化、过滤、脱盐及浓缩过程；在此操作过程中，不需要使用其他介质，且在操作过程中不需使用其他移液装置，无任何样品损失，能对极少量样品进行分离、纯化及浓缩等。

Description

一种样品纯化浓缩装置

技术领域

本发明涉及一种样品纯化浓缩装置，主要用在分离、纯化、浓缩、脱盐等生物制品领域。

背景技术

离心过滤装置主要用来对生物制品样品进行分离、清洗、浓缩、脱盐及纯化等，例如用于尿液、诊断试剂、单抗、血浆、脊椎液、病毒等，其处理量小，浓缩倍数高，对样品进行分离，过滤纯化过程中的速度和残留物样品的回收，对科学研究具有极其重要的科研价值。但目前市售的过滤离心管，纯化浓缩后浓缩纯度低，且具有较大样品损失，难以满足临床及实验室的高要求，尤其对于小体积、多批量的样品处理，往往难以实现。

当蛋白质、质粒、病毒、DNA等样品体积变得很小的时候，装置内的滞留体积造成的不期望的样品的潜在损失已经变得非常重要。

然而，目前市售的常规超滤离心管存在着各种缺陷，滤膜与料液之间存在一定的倾角，离心过滤时属于死端过滤，极易形成浓差极化，被截留的物质在膜表面堆积，造成浓缩难以进行，同时容易导致过滤时间长、蛋白回收率低，且产品往往容易损坏，同时市面上在售的产品，分多次工艺制作，滤膜先固定在支撑板上，然后再跟套管相连，在生产过程中容易导致膜破损，产品合格率低，价格高昂；因此提高过滤速度，简化生产工艺流程，提高产品合格率以降低生产成本是迫切需要的。

专利公告号为CN206924902U公开了一种纯化浓缩装置，该装置的滤膜固定在滤板内侧后，共同竖直或倾斜固定在滤膜支座侧壁或水平固定在滤膜支座底部；把滤膜固定在滤膜支座上，再把它们焊接在料槽管上，膜容易破，成品率低；料槽管的料液透过膜后，进入支撑板的料槽，出口是在料槽的背面，且是针眼小孔，加工难度很大。

目前市售的纯化浓缩装置，膜与料液接存在一定倾角，在外驱动力作用下，大于膜孔径的分子不能透过膜孔，在膜孔容易富集，堵塞膜孔，从而导致浓缩速度慢，直至完全堵死膜孔，导致分离浓缩失败。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种样品纯化浓缩装置，可对样品原液进行高倍浓缩，且无样品损失。

本发明的目的拟通过以下技术方案来实现的：一种样品纯化浓缩装置，包括：端盖、料槽管、滤膜支座、滤膜、离心管，其特征在于，所述滤膜支座内侧有料液流道，流道出口直通底部，所述料槽管具有样品容置腔，料槽管两侧开有与样品容置腔相连通的开口，所述滤膜先固定在料槽管的外侧开口，而后滤膜支座贴紧滤膜后竖直或倾斜固定在料槽管上，随后同料槽管一起套入离心管中，再通过端盖盖紧，样品容置腔、滤膜、料液流道以及离心管依次相连通构成纯化浓缩分离通道，将需要浓缩的样品加入料槽管中，在外驱动力作用下，小于膜孔径的料液透过膜后进入滤膜支座流道后，再从滤膜支座的底部进入离心管，从而对样品进行浓缩分离。

进一步的，所述端盖为连体圆弧形直压端盖或螺纹端盖。

进一步的，所述滤膜支座的排液线槽和与排液线槽相连通的流道出口为规则几何形状。

进一步的，所述规则几何形状选自圆形、半圆、椭圆、弧线、扇形、线型。

进一步的，所述滤膜支座的排液线槽和与排液线槽相连通的流道出口为不规则几何形状。

进一步的，所述滤膜选自平板纳滤膜、超滤膜、微滤膜，滤膜材质选自聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯、二醋酸纤维素、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、再生纤维素、聚酰胺中的其中一种或者为两种及以上混合物，滤膜孔径选自1k、3k、5k、10k、30k、50k、100k、300kd、500kd、0.1um、0.22um、0.45um、0.65um、1.2um、3um、5um、10um、20um。

进一步的，所述的料槽管为从入口沿径向逐渐减少的梯形状结构。

进一步的，所述排液线槽所在平面跟滤膜的倾斜角为0到12度，该倾斜角接近竖直，过滤时不容易堵。

进一步的，滤膜支座、料槽管和离心管在焊接滤膜前，先将其用超疏水及疏水处理。

进一步的，超疏水及疏水处理的材料选自疏水疏油剂、纳米疏水改性材料。

本发明的有益效果是：

目前市售的同类产品，都采用把膜焊接在滤膜支座上，再将其固定在料槽管上，此方法往往容易导致破膜，成品率低，且在焊接时为四面周围焊接，造成膜片死面积大，透过膜孔的料液进入流道后，再经背面的小孔流出后进入离心管，导致了滤膜和滤膜支座有体积残留；

而本发明由于膜片与滤膜支座无直接固定焊接，其仅仅物理紧贴滤膜，以防滤膜在驱动力的作用下而破裂，滤膜固定在料槽管两侧，采用竖直设计，滤膜与料槽管接近平行，其最大的优点是在离心作用时，料液浓缩分离时的浓缩液流动方向，跟滤膜是平行的，类似于错流过滤，这就不容易导致膜孔堵塞，而从本质上区别于目前市面上的同类产品采用的死端过滤方式；其次，滤膜支座采用直线型或者不规则几何形状的流道出口，且直接连通底部，以前都是点或者线流出过滤液，现在是料液透过膜后，直接滤出流速远快于背面开孔的流速装置。所以本发明的设计，采用了目前截然不同的设计原理，改变了浓缩装置的过滤机理。同时大大降低了产品的加工难度，提高产品合格率，同时对于样品接触的部件，做了防粘附处理，既不污染样品，同时取得了样品的极高回收率，确保后期分析结果准确。

在同等外观尺寸下，增大了膜过滤面积，本发明装置在离心力的作用下，采用竖直的膜片设计，极大的降低了在过滤过程中浓差极化的概率，增加了过滤速度且分离过程中，膜孔不易堵塞，分离后的产品纯度和回收效率极高，同时可以将浓缩物进行多级分离，使用方便，经过疏水疏油处理后装置，样品几乎无残留，不造成二次污染；

根据实际使用时的不同需要，本发明的重点是滤膜直接固定在料槽管上，再将滤膜支座贴紧膜面，流道设计在滤膜支座上，滤液经过滤膜后，直接经过滤膜支座的流道后进入离心管，其不仅起支撑膜的作用，同时也具有流道作用，同时又不与膜直接固定，大大增加了过滤面积，极大简化了产品技术难度，且可获得极高的回收率；用该装置进行分离、清洗、纯化、过滤、交换及浓缩过程，在此操作过程中，不需要使用其他介质，且在操作过程中不需使用其他移液装置，无任何样品损失，能对极少量样品进行分离、纯化及浓缩等。

本发明还可以在组装前，可根据需要，先将各组件用疏水疏油剂进行处理，处理方式可以是用市售疏水疏油剂在温度150-170度下处理3-5min，后再进行上述组装，处理后组装后的离心浓缩装置为强疏水疏油，浓缩液和分离液都不会粘附在过滤装置中，这对于浓缩后数十倍后的样品，极少的粘附都可能对分析结果造成严重影响，经过此处理后，对特别珍贵的样品尤其重要，以确保分析结果准确无误。

本发明的产品在离心机的离心力作用下，可以将浓缩物进行多级分离，使用方便，且分离过程中，膜孔不易堵塞，分离后的产品纯度极高。

根据实际使用时的不同需要，本装置还可以采用其他常用的安装结构形式，尤其对于本发明的重点是各组件单独设计，然后进行组装，极大简化了产品技术难度，无论是圆形、半圆、弧线、扇形弧线、线型等任何规则与不规则的几何形状，都属于本发明的范围，总之以基本相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

附图说明

图1为螺纹端盖对应的纯化浓缩装置的爆炸结构图；

图2为纯化浓缩装置对应的装配图；

图3为螺纹端盖对应的纯化浓缩装置一个角度的内部结构图；

图4为螺纹端盖对应的纯化浓缩装置另一个角度的内部结构图；

图5为螺纹端盖配套使用的滤膜支座内侧面料液流道结构排布形式图；

图中，端盖1、料槽管2、滤膜支座3、滤膜4、离心管5、料液流道6、流道出口7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1-5所述，本发明提供一种样品纯化浓缩装置，端盖1、料槽管2、滤膜支座3、滤膜4、离心管5；所述滤膜支座3内侧有料液流道6，流道出口7直通底部，所述料槽管2具有样品容置腔，料槽管1侧外开有与样品容置腔相连通的出液口，所述滤膜4先固定在料槽管1的外侧且覆盖出液口，而后将滤膜支座3贴紧滤膜4后竖直或倾斜固定在料槽管2上，随后同料槽管2一起套入离心管5中，再通过端盖1盖紧，样品容置腔、滤膜4、料液流道以及离心管5依次相连通构成纯化浓缩通道。

在本申请实施例中，所述端盖1为连体圆弧形直压端盖或螺纹端盖。所述的料槽管为从入口沿径向逐渐减少的梯形状结构。

所述排液线槽6所在平面跟滤膜4的倾斜角为0到12度，滤膜跟过滤液的倾角小，不容易污染膜，生产难度降低了，极大的降低了在过滤过程中浓差极化的概率，增加了过滤速度且分离过程中，膜孔不易堵塞，分离后的产品纯度和回收效率极高，同时可以将浓缩物进行多级分离，使用方便，经过疏水疏油处理后装置，样品几乎无残留，不造成二次污染。

滤膜直接焊接在料槽管上，简单操作，滤膜支座只是起支撑作用。根据实际使用时的不同需要，本发明的重点是滤膜直接固定在料槽管上，再将滤膜支座贴紧膜面，流道设计在滤膜支座上，大大增加了过滤面积，极大简化了产品技术难度，且可获得极高的回收率；用该装置进行分离、清洗、纯化、过滤、交换及浓缩过程，在此操作过程中，不需要使用其他介质，且在操作过程中不需使用其他移液装置，无任何样品损失，能对极少量样品进行分离、纯化及浓缩等。所以，“滤膜固定在滤板内侧后，共同竖直或倾斜固定在滤膜支座侧壁或水平固定在滤膜支座底部”还是“所述滤膜4固定在料槽管1的外侧且覆盖出液口，滤膜支座3贴紧滤膜4后竖直或倾斜固定在料槽管2上”，两则存在本质差别，小小的改动，过滤机理和产品加工难度大为不同，带来了意想不到的技术效果。

在本申请实施例中，所述滤膜支座3上具有排液线槽6和与排液线槽6相连通的流道出口7，排液线槽6可以是但不局限于圆形、半圆、椭圆、弧线、扇形、线型等任何规则与不规则的几何形状。流道出口7直通底部，呈直线状。

在本申请实施例中，所述滤膜4选自平板纳滤膜、超滤膜、微滤膜，滤膜4材质选自聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯、二醋酸纤维素、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、再生纤维素、聚酰胺中的其中一种或者为两种及以上混合物，滤膜4孔径选自1k、3k、5k、10k、30k、50k、100k、300kd、500kd、0.1um、0.22um、0.45um、0.65um、1.2um、3um、5um、10um、20um。

除端盖1是有色非透明材质制作，其他部件由透明材料制成，料槽管2和离心管5上都标有刻度；料槽管2、滤膜支座3和离心管5可以先将其用超疏水及疏水处理，其处理材料可以是但不局限于疏水疏油剂，纳米疏水改性材料；处理方式可以是用市售疏水疏油剂在温度150-170度下处理3-5min，后再进行上述组装，处理后组装后的离心浓缩装置为强疏水疏油，浓缩液和分离液都不会粘附在过滤装置中，对特别珍贵的样品尤其重要。

往料槽管2中加入待15ml浓缩分离的样品，再将其套入离心管5中，旋紧端盖1，连成整体的过滤离心管，在离心机的离心力作用下，料液从出液口经过滤膜4分离后，通过背面的滤膜支座3的排液线槽6再经流道出口7流出，进入到离心管5中收集，浓缩物存留在料槽管2中，离心机离心速度4000g，转子摆斗式，25⁰固定角。

该装置在驱动力或者离心力的作用下对样品进行分离、清洗、纯化、过滤、脱盐及浓缩过程；在此操作过程中，不需要使用其他介质，且在操作过程中不需使用其他移液装置，无任何样品损失，能对极少量样品进行分离、纯化及浓缩等。

表1显示了成品实际测试的试验的结果，结果证实了该装置成功过滤目标样品，并将样品浓缩到位于样品保持装置的底部的死体积，可使用移液管或反向取出浓缩样品，渗过膜的滤液保留在离心管底部，不同的膜孔径大小具有不同的流速，例如100kd相比30kd装置具有更快的流速；将样品溶液浓缩至已知浓度体积或死体积的能力向用户传递了重要的价值，使用该装置，客户能够以不需要他们连续地监视浓缩工艺的可靠方式浓缩他们的样品，基本上，他们可将离心机设定离心速度和时间，即可如期望地的浓缩分离，当使用不具有此功能装置时，用户不能如预期的控制浓缩倍数，有可能使样品完全透过滤膜而导致试验失败，不便于样品的有用性和后续分析而导致试验失败

表1是本发明的纯化浓缩装置的测试数据，采用规格为15ml的超滤离心管，该装置使用具有五种典型分子量的膜(3kd,10kd,30kd,50kd,100kd)；试验数据证实了本发明的装置达到和超过了目前市售同类产品的性能水平，在大多数情况下，蛋白质的回收大于95％，这些数据显示了关于使用试验性能的样品的性能试验的结果，试验是在所关注的本发明分离浓缩装置在结构设计优化并做疏水处理后的装置上进行的，试验包括：1)完整性测试；2)死体积；3)样品的回收率的总体积。

表1

本发明装置的完整性测试是在2bar的压力下，测试该装置有无漏气现象，这种限制是通过随机抽检评估n＝100个装置的结果而确定的；

表1显示了当这些装置离心15min时，所测量的平均死体积的结果，结果显示了其中五种隔膜-装置结构能够在15min内获得死体积，如预计的那样，只有一组未到死体积，其余四组均在此离心时间内，均达到了浓缩倍数要求，这表明孔径越小，浓缩到相同的倍数所需时间越长，这与预期试验结果是一致的，小孔径的膜需要更多时间来过滤相同的死体积。

表2 15ml离心超滤装置用于氯化钠的去除和蛋白质溶液的回收对比试验

表2显示，本发明装置整体数据全面优于市售几家国外公司的同类产品，同时也优于CN206924902U专利的产品数据，这主要是因为本发明进行了结构设计优化，膜直接固定于料槽管，且为竖直设计，降低了膜在离心分离时产生的浓差极化的发生，减少蛋白在其表面的聚集，同时经过疏水处理后，溶液不容易在其表面附着，极大地降低了蛋白吸附的概率，从而极好的提高蛋白的回收率，也确保高的脱盐率。

实施例2

采用与实施例1相同的试验步骤，差别在于采用本发明更小号的装置，初始体积变更为5ml。

表3 5ml离心超滤装置用于氯化钠的去除和蛋白质溶液的回收对比试验

表3显示，对比发现，本发明的装置不随规格体积的变化而致于蛋白回收率和脱盐率的改变，其同样具有优于市售同类产品的性能，也优于早期申请的专利CN206924902U的性能，同时，脱盐率不依赖样品的浓度和体积，用超滤的方法来脱盐并不改变缓冲液的组成，重复稀释再过滤，这个过程我们将它称为等体积超滤，反复多次地进行类似操作，可以显著地使溶液盐分降到最低；如果我们想将样品用不同打分缓冲液溶解，则我们可以使用等体积超滤达到目的；样品浓缩后，然后加入目的缓冲液，再进行反复得稀释和浓缩。

脊髓液等进行浓缩分离，尤其对特定蛋白的分离纯化。该装置在蛋白领域进行浓缩、纯化、分离尤其有效，该装置可将蛋白质从混合产物中进行分离纯化，如细胞或组织样品片断、血清蛋白、胶原蛋白等；该过程可使用较小的珠粒，珠粒可结合特定蛋白，从珠粒中提取和收集抽提物来用于下游的分析、化验研究等。

本发明装置在离心力的作用下，回收效率高，可以将浓缩物进行多次分离，使用方便，且分离过程中，膜孔不易堵塞，分离后的产品纯度极高。根据实际使用时的不同需要，本发明装置还可以采用其他常用的安装结构形式，尤其对于本发明的重点是流道出口由点改成线形，极大简化了产品技术难度，无论是圆形、半圆、弧线、扇形、线型等任何规则与不规则的几何形状，都属于本发明的范围，总之以基本相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种样品纯化浓缩装置，包括：端盖、料槽管、滤膜支座、滤膜、离心管，其特征在于，所述滤膜支座内侧有料液流道，流道出口直通底部，所述料槽管具有样品容置腔，料槽管两侧开有与样品容置腔相连通的开口，所述滤膜先固定在料槽管的外侧开口，而后滤膜支座贴紧滤膜后竖直或倾斜固定在料槽管上，随后同料槽管一起套入离心管中，再通过端盖盖紧，样品容置腔、滤膜、料液流道以及离心管依次相连通构成纯化浓缩分离通道，将需要浓缩的样品加入料槽管中，在外驱动力作用下，小于膜孔径的料液透过膜后进入滤膜支座流道后，再从滤膜支座的底部进入离心管，从而对样品进行浓缩分离。

2.根据权利要求1所述的一种样品纯化浓缩装置，其特征在于，所述端盖为连体圆弧形直压端盖或螺纹端盖。

3.根据权利要求1所述的一种样品纯化浓缩装置，其特征在于，所述滤膜支座的排液线槽和与排液线槽相连通的流道出口为规则几何形状。

4.根据权利要求3所述的一种样品纯化浓缩装置，其特征在于，所述规则几何形状选自圆形、半圆、椭圆、弧线、扇形、线型。

5.根据权利要求1所述的一种样品纯化浓缩装置，其特征在于，所述滤膜支座的排液线槽和与排液线槽相连通的流道出口为不规则几何形状。

6.根据权利要求1所述的一种样品纯化浓缩装置，其特征在于，所述滤膜选自平板纳滤膜、超滤膜、微滤膜，滤膜材质选自聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯、二醋酸纤维素、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、再生纤维素、聚酰胺中的其中一种或者为两种及以上混合物，滤膜孔径选自1k、3k、5k、10k、30k、50k、100k、300kd、500kd、0.1um、0.22um、0.45um、0.65um、1.2um、3um、5um、10um、20um。

7.根据权利要求1所述的一种样品纯化浓缩装置，其特征在于，所述的料槽管为从入口沿径向逐渐减少的梯形状结构。

8.根据权利要求1所述的一种样品纯化浓缩装置，其特征在于，所述排液线槽所在平面跟滤膜的倾斜角为0到12度。

9.根据权利要求1的一种样品纯化浓缩装置，其特征在于，滤膜支座、料槽管和离心管在焊接滤膜前，先将其用超疏水及疏水处理。

10.根据权利要求1的一种样品纯化浓缩装置，其特征在于，超疏水及疏水处理的材料选自疏水疏油剂、纳米疏水改性材料。