CN111094972A

CN111094972A - 色谱设备

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Publication number: CN111094972A
Application number: CN201880061359.6A
Authority: CN
Inventors: N.斯塔夫斯特罗姆; L.O.N.罗森格伦; K.E.艾瑞克森; T.Y.阿格伦; Y.L.哈雷兰; T.弗朗索瓦; A.琼森; J.程; A.安德尔松
Original assignee: GE Healthcare Bio Sciences AB
Current assignee: Cytiva Sweden AB
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2020-05-01
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: WO2019057936A3; GB201715403D0; US20230349867A1; US11740210B2; CN111094972B; EP3685156A2; JP7330173B2; US20200264140A1; CN118033021A; JP2020534542A; WO2019057936A2

Abstract

所公开的是一种色谱系统（100），所述色谱系统（100）包括：多个模块（1‑25），所述多个模块（1‑25）包括至少一个泵以及能连接到多个色谱柱的柱阀单元（8）；以及控制器（600），所述控制器可操作以控制所述或每个泵和柱阀，以通过所述单元中的选择性阀开口来执行不同色谱过程，所述色谱过程包括只采用一个柱的色谱以及采用两个或更多个柱的色谱。所述系统包括壳体（110），其中多个模块（1‑25）在壳体的一个一般垂直面的孔中可互换地能安装到所述壳体（110）中，所述模块适于在所述一个面处的基本上通过管道的选择性流体互连，使得在使用中，模块和管道占用一般垂直延伸容积，以便使系统的占用面积为最小。

Description

色谱设备

技术领域

本发明涉及液体色谱设备，特别地但非排他地涉及允许用于不同色谱规程的便利重新配置以及便利自动化使用的多用途性质的实验室或‘台式’大小仪器。本发明扩展到用于操作这类仪器的方法。

背景技术

液体色谱是用于分离分子的混合物(例如分离液体样本中的蛋白质)的众所周知的规程。蛋白质通常可悬浮在流体中，并且经过色谱分离介质连同缓冲溶液一起被驱动。混合物的各种样本分子以不同速度经过色谱介质行进，从而使它们分离。这个分离可通过分馏步骤来完成，其中可例如通过色谱设备的出口阀将移动相导向到不同容器。

在一些应用中，例如在生物制药领域中，遗传工程和细胞培养技术中的最近进步将表达水平推动到高于以往，从而对下游净化、特别是分馏步骤增加相当大的负担。虽然新色谱介质组成的引入显著改进基于常规固定床色谱的过程的效率，但是通过以连续的方式进行操作能够取得附加增益。后者在采用连续生物反应器(例如操作在灌注模式中的那些生物反应器)时是特别有吸引力的。

在连续色谱中，两个或更多个相同柱按照某种布置来连接，该布置允许柱根据方法要求串行和/或并行操作。因此，全部柱能够大体上同时运行，但是在不同阶段运行。该规程可重复进行，使得每个柱在过程中被装载/填充、洗脱和再生若干次。与‘常规’色谱(其中单色谱循环基于若干连续步骤，例如装载、洗涤、洗脱和再生)相比，在基于多个相同柱的连续色谱中，全部这些步骤同时进行，但在不同柱上进行。连续色谱操作引起色谱介质组成的更好利用、减少的处理时间和降低的缓冲流体要求，其全部有益于过程经济。连续色谱有时表示为模拟移动床(SMB)色谱。

如先前所述，每个柱可在过程中被装载/填充、洗脱、清洁和再生若干次。用于可靠连续色谱过程的要素是所使用柱的质量，以及更特别地是每个柱中的介质的类似性或者甚至密度。如果柱不是相同的，则理论计算将不是正确的，并且将变得难以设计有效和健壮的连续色谱过程。但是，采用色谱介质组成对柱的装载/填充是很复杂的，以便得到可重复结果。甚至板的数量或者其它填充特性中的小差异也能够对最终结果具有巨大影响。

关于常规解决方案的问题在于，执行连续色谱是麻烦、复杂和费时的操作。通常，该过程必须被中断，以执行流体耦合/管的重新连接，执行柱的填充或者装载预先填充的柱，执行清洁操作，等等。

因此，存在对一种用于执行连续色谱的改进色谱设备的需要。

此外，即使色谱设备(所述色谱设备执行上述类型的连续色谱)为已知(例如由GEHealthcare以ÄKTApilot的商品名称所销售的那些色谱设备)，并且这些已知仪器正常运行，从而提供能够根据需要对不同功能性来重新探测的多功能仪器，但是这些仪器缺乏某种功能性，使得仅存在其中能够采用它们的某些规程，以及那个多功能性的扩展将是有商业吸引力的，但是对于仪器大小、保持多功能性、实际方面(例如内部和外部清洁的简易性)和成本的竞争性限制不易实现。

发明内容

本发明的实施例解决上述问题。由此，本发明的目的是要提供一种具有下列中的一个或多个的色谱仪器：增加的功能性，例如能够操作在常规批量色谱以及连续色谱中；跨更大范围的应用是可使用的；没有充分增加的总体大小或制造成本；以及操作简单。

良好制造规范(GMP)陈述用于生物处理规程的如下指南，所述指南如果被遵从则要求清洁标准。有利地，标准对所提出设备更易于实现，例如其中仪器中的流体通路至少在一个配置中具有不带实质停滞部分的连续流路，由此提供彻底清洁而无需中断流体导管。所提出仪器的实施例提供适于GMP和非GMP工作的卫生小规模色谱仪器。该仪器的功能上宽流量和压力范围使它适合于技术批量的生产和扩大规模研究以及GMP级材料的小规模生产。泵的高精度和流量范围实现准确梯度形成，从而覆盖大范围的色谱柱大小以及更加可重复结果。

在实施例中，模块化构造为不同用途提供增加的功能性。交互控制软件允许实时进行变更以及快速识别非预计偏差。小台式大小释放实验室空间。该仪器允许原位柱填充，即，用来在连接到仪器的同时压缩所述柱中或者每个柱(在使用两个或更多个柱的情况下)中的色谱介质而不必然后在执行色谱规程之前断开任何流体导管的能力。

按照本发明的方面，提供有一种如本文所要求保护的色谱仪器，其具有独立设备权利要求中所述的特征以及从属设备权利要求中所述的其它优选特征。

按照本发明的另一方面，提供有一种如本文所要求保护的用于操作色谱仪器的方法，其具有独立方法权利要求中所述的特征以及从属方法权利要求中所述的其它优选特征。

本发明扩展到本文所述的任何特征。在实施例示出和/或描述本文中组合的特征的情况下，只包括所述组合特征其中之一或者子集的权利要求明确被认为落入本文所公开发明的范围之内。

根据以下详细描述，本发明的更多优点和有益效果对于本领域的技术人员将是容易明白的。

附图说明

现在将参照附图更详细描述本发明，其中：

图1示出新色谱设备的示图；

图2示出图1中所示的设备的示意表示；以及

图3、图4和图5示出先前附图中所示的设备的配置。

具体实施方式

图1示出按照本发明的方面的色谱设备100。该设备包括但不限于如下所列出的个别模块1至25，其至少一些可从设备100的壳体110的有孔前面板120拆卸，并且在其上安装成一个一般垂直平面，使得模块之间所要求的液体连接能够仅在前面120处进行。实际上，可拆卸模块具有不多于两个标准大小，它们根据需要能够在面板120上重新定位，以适合不同规程。每个模块具有串行总线通信连接和功率连接，使得其物理位置对例如位于壳体110中或者远程定位的控制器是无关紧要的。由此，模块能够被看作是模块化的，并且由此是可重新定位和/或可互换的。

图1中所示的色谱设备具有下列模块化模块：

1 控制面板

2 pH监测器

3 出口阀1-3，端口1能够用于废料

4 出口阀4-6

5 传导性监测器

6 出口阀7-9

7 前置柱传导性监测器

8 柱阀，所述柱阀包括前置和后置柱压力传感器

9 用于泵冲洗溶液的瓶

10 入口阀A1-A3

11 入口阀A4-A6

12 入口阀B1-B3

13 入口阀B4-B6

14 固定橡胶脚垫

15 可调整脚垫

16 系统泵A

17 系统泵B

18 限流器，所述限流器包括系统压力监测器

19 混合器模块

20 混合器阀

21 空气阱阀，所述空气阱阀包括空气传感器

22 空气阱

23 通/断按钮

24 用于在线过滤器(示出典型过滤器胶囊)的保持器

25 UV监测器。

能够如上所述的那样省略或重新定位模块。将会显而易见的是，一些模块能够采用其它模块来取代，或者由所省略的模块所留下的空间能够填充有盲板(参见例如图4的26)。在必要时能够使用相同编号模块的多于一个模块。

设备的流体操纵模块(即，除了模块1、15和23之外的上面所列出的全部模块)与外部模块(例如样本输入储存器、缓冲流体储存器、(一个或多个)色谱柱和馏分收集设备，图1中均未示出)之间的流体互连经由在本例中采取柔性塑料管道的形式的流体导管进行，所述流体导管能够易于例如使用如2017年6月28日提交的通过引用结合到本文中的相关申请GB1710279所公开的耦合按照任何预期配置与流体操纵模块的对应端口耦合和分离。

图2示出色谱设备的在本例中连接到色谱柱200和300的主模块化模块之间的一种可能液体互连配置，但是该设备允许模块和附加部件(例如多个柱)与液体储存器之间的任何可工作互连。可重新配置液体互连通过短链虚线80来表示。

处于设备100的核心处的是柱阀8，该柱阀8在本例中具有如我们在与本申请同日提交的且具有标题“VALVE UNIT FOR A CHROMATOGRAPHY APPARATUS”，并且通过引用结合到本文中的共同未决专利申请所公开的构造。阀单元8提供流的多个切换，以用于允许在一个或两个柱200/300中在任一个方向(图中的上或下)上的流动。用户能够选择向上流动或向下流动，或者选择绕过一个或两个柱。能够将流导向到废料或者流路中的下一个组件。柱还能够串联连接。柱阀包括前置柱和后置柱压力传感器。另外，阀具有端口150，该端口150能够用来改变作为柱200和300的组成部分的液压缸210和310的容积，例如以提供柱的内容的压缩(又称作柱填充)。那个填充规程能够被自动化。通过这种系统，已经发现大约25与250 mm之间的柱直径是按照这种方式可填充的。柱能够被预先填充，但是借助于阀单元8中的压力传感器来冲洗和重新合并，所述压力传感器按照已知协议(例如，如WO2007045491所述，通过引用将其公开结合到本文中)并且在柱内测量产生于压力的背压。

其余系统100包括：

入口阀组A和B、10、11、12和13，其适于提供可选择液体，所述可选择液体包括包含液体缓冲溶液的样本和清洁流体；

入口阀为两个系统泵进行供应，所述两个系统泵在这里各自具有一对活塞及关联单向阀，各自以流的高容积和分辨率来提供每分钟0-600 ml之间的可变流率(1200ml/minmax)，从而使准确流率被保持。这种精度对大范围的柱直径实现结果的良好可重复性；

在泵送液体被转向到柱阀单元8之前，泵对串行的限流器18、混合器阀20和混合器模块19进行供应，该限流器18包括系统压力监测器。

任何所夹带的（entrain）空气能够经由空气阱阀21和空气阱通风口22逸出，该通风口还具有从柱200和300逸出的空气。空气阱可按照2017年4月5日提交的未决申请GB1713993来构成，通过引用将未决申请GB1713993的公开结合到本文中。

一旦液体到达柱阀单元，它们就能够按照具有标题‘VALVE UNIT FOR ACHROMATOGRAPHY APPARATUS’的所述共同未决申请中所述的布置来按路线发送（route），并且由此能够执行色谱的许多模式，从简单批量工作(其中只使用一个柱来执行直接色谱分离过程)到更密切模仿更大规模商业规程的规程(其中能够采用两个或更多个柱，一个准备就绪以供使用，而另一个用于分离)。所使用的阀端口编号与所述共同未决申请中使用的阀端口编号相同，并且在这里具有相同布置。

来自(一个或多个)色谱柱的输出经过端口120来分发给：传导性监测器5、UV光吸收监测器25和pH监测器2，并且因此与来自三个监测器的信号相关地被导向到适当存储容器中，并且由此在适当容器501中收集分离馏分。能够在废料容器500中收集柱洗液。

图2中的长链虚线表示系统总线500，该系统总线500携带来往于上述模块、来往于控制器600的信号和功率。将领会，控制和监测信号可按照已知协议无线地传送，从而消除对通信总线的需要。色谱系统100还包括显示屏幕30。控制器上运行的软件将在屏幕30上显示多个图标，并且允许对屏幕上的图标的用户操纵，以便拖放图标，以形成表示用户定义色谱控制方法的一系列图标，以易于使用。

图3、图4和图5示出与用于各种配置的管道相连接的系统，其中图1所引用的模块的仅一些在这些附图中仍然在位，以及由去除的模块所留下的孔采用盲板26来掩盖，所述盲板26在孔之上被拧到位，以防止到壳体110中的意外液体进入。

在图3中，系统100’具有适于调节环境的模块的配置，其中系统是工厂中定制的。系统被交付、安装、校准和性能测试，并且适于GMP环境中的工作。图4示出一个系统，其中一些模块被去除，以及图5示出与图1类似的系统100’’’，其中更多模块在适当位置处，并且示出典型管状互连80。

在使用中，模块易于被去除或者添加到系统，以及安装经过能够识别每个模块的软件中的一次点击激活来最终完成。软件能够提供综合且可定制操作控制以及预先维护。除了上述模块之外，输入-输出通信模块还能够用来与模拟和/或数字外部传感器或其它设备(例如自动馏分收集装置)进行接口。宽流率和压力范围实现范围25至250 mm内径柱中的多于40倍缩放。这个宽范围使设备适合桥接到GMP环境中的过渡。

使用上述系统的色谱柱的填充(和重新填充)是通过由控制面板1所启动的控制器600完全可控的。控制器600能够驱动显示屏幕30(图2)，以帮助填充过程和进度的可视化。控制软件包括可访问柱填充记录。因此，柱填充记录能够从软件来定义、创建和更新，以用于可溯性和质量保证目的。另外，记录能够用来监测柱性能，并且提供使用、分离性能和填充间隔的统计。

显示屏幕能够提供过程可视化，这快速给予操作员关于系统的功能、经过操作步骤的进度和告警的概览，从而在每个步骤处仅提供预期信息量。活动流路始终在过程可视化中显示，以使用户差错为最小。能够通过选择可视化屏幕上的适当过程，例如选择或拖曳屏幕上的图标，进行实时变更。为特定段(例如柱阀8)提供控制、图形界面。

采用预先编程步骤，但是这些步骤能够作为用户定义步骤来修改和保存以供增加的定制性。

以上所述和所图示的系统被设计用于卫生环境。例如，系统机箱110是平坦或弯曲的，除了面的边缘处之外没有接头、间隙或显著凹陷，这使它易于擦净并且降低灰尘和液体捕集的机会。pH监测器2具有在线校准，以及柱阀8提供过程中柱填充，因此能够采用闭合流路通过操作，意味着遍及一个或多个色谱柱填充/再生阶段以及遍及分离操作无需进行流体通路中的中断。

本发明不是要被看作由上述实施例限制，而是如对于本领域的技术人员容易明白的那样能够在所附权利要求书的范围之内改变。

Claims

1.一种色谱系统(100)，包括：多个模块，所述多个模块包括至少一个泵以及能连接到多个色谱柱的柱阀单元；以及控制器，所述控制器可操作以控制所述或每个泵和所述柱阀，以通过所述单元中的选择性阀开口来执行不同色谱过程，所述色谱过程包括只采用一个柱的色谱以及采用两个或更多个柱的色谱。

2.如权利要求1所述的色谱系统(100)，其中所述选择性阀开口在使用中在所述多个色谱柱的一个或多个色谱柱中允许流动方向的反向。

3.如权利要求1或2所述的色谱系统(100)，还包括：控制器，所述控制器可操作以按照软件来控制所述模块；以及显示屏幕，所述软件适合在所述屏幕上显示多个图标，并且允许所述屏幕上的所述图标的用户操纵，以便拖放所述图标，以形成表示用户定义色谱控制方法的一系列图标。

4.如权利要求3所述的色谱系统，其中所述用户定义方法包括采用所述两个或更多个色谱柱的连续色谱过程。

5.如前述权利要求中的任一项所述的色谱系统，其中所述控制器还可操作以执行柱填充、柱填充测试以及所述系统的至少一部分的清洁的一个或多个。

6.如前述权利要求中的任一项所述的色谱系统，还包括多个色谱柱，每个柱包括：可变更容积室，所述可变更容积室用于容纳色谱分离介质；以及适配器，所述适配器能移动以增加或减少每个所述容积，以及其中所述阀单元与每个所述适配器进行流体通信，并且有选择地可操作以通过流体压力变化单独或共同移动每个所述适配器，以便因此改变每个所述容积，以及在使用中引起每个所述柱容积内的介质的压缩或者解除压缩。

7.一种色谱系统(100)，包括：系统壳体(110)；以及多个模块(1-25)，所述多个模块(1-25)可互换地能安装在所述系统壳体的一个一般垂直面的孔中，所述模块适于基本上通过管道的选择性流体互连，所述模块的至少一个包括阀单元，所述系统还包括控制器，所述控制器可操作以控制所述至少一个阀单元，以形成所述管道中的清洁流体路线。

8.一种色谱系统(100)，包括：系统壳体(110)；以及

多个模块(1-25)，所述多个模块(1-25)可互换地能安装在所述系统壳体的一个一般垂直面的孔中，所述模块适于在所述一个面处的基本上通过管道的选择性流体互连，使得在使用中，所述模块和管道占用一般垂直延伸容积，以便使所述系统的占用面积为最小。

9.如权利要求8所述的系统，其中除了所述一个面之外，所述系统壳体具有平坦或弯曲面，而除了在所述面的边缘处之外没有接头。

10.如权利要求8或9所述的系统，其中所述模块包括下列一个或多个：pH监测器；出口阀；传导性监测器；柱阀；入口阀；系统液体泵；限流器；混合器空气阱；以及UV监测器。

11.如权利要求10所述的系统，其中所述系统包括两个液体泵，所述泵中的一个泵是单独有选择可操作的，或者两个泵是共同有选择可操作的，由此提供适于色谱过程的多于一个模式的流体流的范围。

12.一种色谱系统(100)，包括：多个模块；控制器，所述控制器可操作以按照软件来控制所述模块；以及显示屏幕，所述软件适合在所述屏幕上显示多个图标，并且允许所述屏幕上的所述图标的用户操纵，以便拖放所述图标，以形成表示用户定义色谱控制方法的一系列图标。

13.如权利要求12所述的色谱系统，其中所述用户定义方法包括采用两个或更多个色谱柱的连续色谱过程。

14.如权利要求13所述的色谱系统，其中所述连续色谱过程包括至少一个泵和柱阀单元的控制，所述柱阀单元通过所述软件来开关，以便在所采用的所述柱的每个柱中在两个方向上从所述泵提供流体流。