CN204469277U - 一种外加电极的膜色谱组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种外加电极的膜色谱组件，包括设置有进口和出口的膜壳；设置在所述膜壳内部的正电极和负电极；所述正电极和负电极之间设置多孔支撑层；及设置在所述多孔支撑层上表面的多孔分离膜。本实用新型提供的膜色谱组件包括正电极和负电极，它们作为外加电极，在膜色谱过程中，引入电场，根据待分离物料中组分的带电性质的不同，在多孔分离膜分离及静电吸附等筛分的基础上，进行电荷筛分，待分离物料中的组分按电荷和分子量大小的区别，先后流出，得到分离。与现有技术中的膜色谱组件相比，本申请提供的膜色谱组件提高了色谱过程的分离精度，还大幅度降低分离时间，快速高效地分离出待分离物料溶液中的组分。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物分子的分离领域，尤其涉及一种用来分离生物分子的外加电极的膜色谱组件。
背景技术
随着生物技术产业的发展，如何实现包括蛋白质、多肽、酶、核酸、抗体等在内的生物产品的有效分离和纯化成为该领域研究开发的热点。膜色谱(Membrane Chromatography)技术是在高效液相色谱和膜分离技术的基础上，对分离单元的材料和结构进行改进的色谱分离方法。它结合了高效液相色谱选择性高、分离速度快和膜分离技术样品容量大、操作压力低的优点，已经发展成为色谱分离的一个重要分支，在生物产品分离纯化中得到了广泛应用。
常规的膜色谱技术主要是利用生物分子与基质膜表面固载的特异性基团之间的强烈的生物特异性作用而实现分离的。膜色谱组件中的基质膜仅作为一种分离基团的多孔载体用于提高分离过程的分离效率，分离膜本身的孔径筛分作用，静电吸附作用等独特的分离性能并没有体现出来。同时，膜色谱技术由于特异性基团的昂贵价格和单一选择性，使膜色谱过程的投资费用增加，分离普遍适用性降低，而且没有摆脱传统色谱过程的反洗过程，需要相对繁琐的洗脱过程，进而大大限制了膜色谱技术的应用。另外，由于配基的特异选择吸附性，膜色谱技术往往适用于两种组分的分离或者单一组分从复杂体系的提纯，对于多组分体系的分离和纯化，所需要的操作步骤或者体系将会更加复杂。因此，现有技术中的膜色谱组件分离物料的性能较差。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种外加电极的膜色谱组件，本实用新型提供的膜色谱组件能够实现待分离物料的快速高效分离。
本实用新型提供了一种外加电极的膜色谱组件，包括设置有进口和出口的膜壳；
设置在所述膜壳内部的正电极和负电极；
所述正电极和负电极之间设置有多孔支撑层；
及设置在所述多孔支撑层表面的多孔分离膜。
优选地，所述正电极和负电极的形状分别选自板状、网状或丝状。
优选地，所述正电极和负电极的材质分别选自不锈钢、钛或铂。
优选地，所述多孔分离膜的层数为3层～50层。
优选地，所述多孔分离膜的材质选自纤维素、聚碳酸酯、聚醚砜、聚砜、聚酰胺、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚哌嗪。
优选地，所述多孔分离膜的形状为圆形、矩形、三角形或菱形。
优选地，所述正电极和负电极平行设置，且与电源相连。
优选地，所述多孔支撑层为多孔有机玻璃板或聚乙烯格网。
优选地，所述膜壳的材质为不导电材料。
优选地，所述膜壳的形状为圆形、矩形、三角形或菱形。
本实用新型提供了一种外加电极的膜色谱组件，包括设置有进口和出口的膜壳；设置在所述膜壳内部的正电极和负电极；所述正电极和负电极之间设置多孔支撑层；及设置在所述多孔支撑层表面的多孔分离膜。本实用新型提供的膜色谱组件包括正电极和负电极，它们作为外加电极，在膜色谱过程中，引入电场，根据待分离物料溶液中组分的带电性质的不同，在多孔分离膜分离及静电吸附等筛分的基础上，进行电荷筛分，待分离物料中的组分按电荷和分子量大小的区别，先后流出，得到分离。与现有技术中的膜色谱组件相比，本申请提供的膜色谱组件提高了色谱过程的分离精度，还大幅度降低分离时间，快速高效地分离出待分离物料中的组分。实验结果表明：该膜组件中设置有10层多孔分离膜，电场强度调节为30V/cm时，溶菌酶的流出时间为3.7分钟，牛血清蛋白的流出时间为8.6分钟；纯度均达到98％以上。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种外加电极的膜色谱组件。
具体实施方式
本实用新型提供了一种外加电极的膜色谱组件，包括膜壳；
设置在所述膜壳内部的正电极和负电极；
所述正电极和负电极之间设置有多孔支撑层；
及设置在所述多孔支撑层表面的多孔分离膜。
本实用新型提供了一种外加电极的膜色谱组件，包括设置有进口和出口的膜壳；设置在所述膜壳内部的正电极和负电极；所述正电极和负电极之间设置多孔支撑层；及设置在所述多孔支撑层上表面的多孔分离膜。本实用新型提供的膜色谱组件包括正电极和负电极，它们作为外加电极，在膜色谱过程中，引入电场，根据待分离物料中组分的带电性质的不同，在多孔分离膜分离及静电吸附等筛分的基础上，进行电荷筛分，待分离物料中的组分按电荷和分子量大小的区别，先后流出，得到分离。与现有技术中的膜色谱组件相比，本申请提供的膜色谱组件提高了色谱过程的分离精度，还大幅度降低分离时间，快速高效地分离出待分离物料溶液中的组分。
另外，本实用新型提供的膜色谱组件还能够实现分子量或者水力学半径接近的分子的分离，同时可以提高分离效率，减小操作所需驱动压力；能够实现多组分的分离，降低分离过程的成本。
参见图1，图1为本实用新型实施例提供的外加电极的膜色谱组件示意图；其中，1为正电极，2为负电极，3为多孔分离膜，4为多孔支撑层，5为膜壳，6为料液出口，7为料液进口。
本实用新型提供的外加电极的膜色谱组件包括设置有进口和出口的膜壳5，所述膜壳5的材质优选为不导电材料；所述不导电材料优选为玻璃钢、聚碳酸酯、聚丙烯和聚甲醛中的一种或多种。在本申请的某个实施例中，所述膜壳5的材质为聚甲醛；在本申请的某个实施例中，所述膜壳的材质为聚碳酸酯。在本申请中，以料液进口方向垂直的截面为所述膜壳的截面，所述膜壳5的截面的形状优选为圆形、矩形、三角形或菱形，更优选为圆形。在本申请的具体实施例中，所述膜壳的截面的形状为圆形时，膜壳的直径为10cm。本实用新型提供的膜色谱组件包括料液进口7和料液出口6；所述料液进口7设置在所述膜壳5的底部；所述料液出口6设置在所述膜壳5的顶部。
本实用新型提供的外加电极的膜色谱组件包括设置在所述膜壳5内部的正电极1和负电极2。在本申请中，所述正电极1和负电极2的形状分别选自板状、网状或丝状。本申请优选采用形状和大小相同的正电极和负电极。在本申请中，所述正电极1和负电极2的材质分别优选不锈钢、钛或铂；更优选为钛或铂；在本申请的某些实施例中，所述正电极的材质为镀钌的钛钢板；在本申请的某些实施例中，所述负电极的材质为钛钢板。本申请对正电极和负电极设置在所述膜壳的内部的方式没有特殊的限制，可以可拆卸的连接在所述膜壳内部；也可以不可拆卸的连接在所述膜壳内部。在本申请的具体实施例中，所述正电极和负电极可以卡接在所述膜壳内部；所述正电极和负电极也可以螺纹连接在所述膜壳内部。在本申请的具体实施例中，所述镀钌的钛钢板作为正电极，圆柱形的镀钌的钛钢板的直径为9cm，厚度为2mm；圆柱形的钛钢板作为负电极，钛钢板的直径为9cm，厚度为2mm。
在本申请中，所述正电极1和负电极2接通外部电源，正电极1连接电源正极，负电极2连接电源负极，在膜色谱过程中，接通电源后，正电极1和负电极2之间形成电场。由于待分离物料，如生物分子，在极性溶液中(通常为水溶液)中带有电荷，因此，在膜色谱过程中，引入电场，可以根据生物分子带电性质的不同，在孔径及静电吸附等筛分的基础上，进行电荷筛分；带不同电荷的分子可以分别在电场中起到加速和减速的作用，从而拉开从膜色谱流出的时间，带同种电荷的分子，也可以依据分子大小，电荷电量的差异先后流出。本实用新型提供的膜色谱组件中的正电极1可以设置于料液出口方向，也可以设置于料液进口方向；所述负电极2可以设置于料液出口方向，也可以设置于所述料液进口方向。本申请根据待分离物料的带电情况，料液从正电极方向流出或从负电极方向流出。
本实用新型提供的外加电极的膜色谱组件包括所述正电极和负电极之间设置的多孔支撑层4。在本申请中，所述多孔支撑层4为多孔有机玻璃板或聚乙烯格网。在本申请中，所述多孔支撑层可以设置多层，优选以平行方式设置。在本申请中，所述多孔支撑层4可以用来支撑多孔分离膜；也对待分离的流体进行重新分布。本申请对支撑层设置在所述膜壳的内部的方式没有特殊的限制，可以可拆卸的连接在所述膜壳内部；也可以不可拆卸的连接在所述膜壳内部。在本申请的具体实施例中，所述支撑层可以法兰式连接在所述膜壳的内部；所述支撑层也可以卡接在所述膜壳的内部。
本实用新型提供的外加电极的膜色谱组件包括设置在所述多孔支撑层表面的多孔分离膜3。在本申请中，所述多孔分离膜3的材质优选为纤维素、聚碳酸酯、聚醚砜、聚砜、聚酰胺、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚哌嗪，更优选为聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚哌嗪，最优选为聚醚砜、聚砜或聚偏氟乙烯。在本申请中，所述多孔分离膜3的形状优选为圆形、矩形、三角形或菱形，更优选为圆形。在本申请的实施例中，所述多孔分离膜的层数可以为3层～50层，也可以为10层～30层。在本申请的实施例中，所述多孔分离膜的孔径可以为0.1nm～500nm，也可以为10nm～450nm。在本申请中，所述多孔分离膜以多层平行叠加的方式构成膜堆，在多孔分离膜之间以多孔支撑层分隔，将膜堆放置在对应形状的膜壳中。本申请对所述多孔分离膜设置在膜壳内部的方式没有特殊的限制，如可以粘结在所述膜壳的内部。以料液进口方向为基准，所述多孔支撑层与料液进口方向相对的一面为多孔支撑层上表面，本申请提供的膜色谱组件中的多孔分离膜可以设置在所述多孔支撑层的上表面，也可以设置在所述多孔支撑层的下表面。在本申请的具体实施例中，将多孔分离膜设置在所述多孔支撑层的下表面。
本申请对多孔分离膜的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的多孔分离膜即可。在本申请的具体实施例中，所述多孔分离膜为聚砜超滤膜，其购买于丹麦Alfa Laval公司；所述多孔分离膜为聚醚砜微滤膜，其购买于安得膜分离技术工程有限公司；所述多孔分离膜为聚偏氟乙烯超滤膜，其购买于安得膜分离技术工程有限公司。
具体地，在本申请的实施例中，膜分离的具体过程为：
将待分离物料从料液进口7进入到膜壳5中，正电极1和负电极2分别接通电源，产生电场，待分离物料中的组分通过多孔支撑层4和多孔分离膜3，透过多孔分离膜的渗透液由膜壳上方的料液出口6不断排出，进入样品检测器中，进行成分分析。
本实用新型提供了一种外加电极的膜色谱组件，包括设置有进口和出口的膜壳；设置在所述膜壳内部的正电极和负电极；所述正电极和负电极之间设置多孔支撑层；及设置在所述多孔支撑层表面的多孔分离膜。本实用新型提供的膜色谱组件包括正电极和负电极，它们作为外加电极，在膜色谱过程中，引入电场，根据待分离物料溶液中组分的带电性质的不同，在多孔分离膜分离及静电吸附等筛分的基础上，进行电荷筛分，待分离物料中的组分按电荷和分子量大小的区别，先后流出，得到分离。与现有技术中的膜色谱组件相比，本申请提供的膜色谱组件提高了色谱过程的分离精度，还大幅度降低分离时间，快速高效地分离出待分离物料溶液中的组分。
为了进一步说明本实用新型，下面结合实施例对本实用新型提供的一种外加电极的膜色谱组件进行详细地描述，但不能将它们理解为对本实用新型保护范围的限定。
实施例1
在膜色谱组件中，膜壳为圆形，直径10厘米，膜壳的材料为聚甲醛，电极为圆形板，下端为正电极，直径为9cm，厚度为2mm，正电极的材料为镀钌的钛钢板，负电极为钛钢板，直径为9cm，厚度为2mm，在膜壳的内部安装有聚醚砜材质的多孔分离膜10片，多孔分离膜之间设置的多孔支撑层为多孔的有机玻璃板。
实施例2
在膜色谱组件中，膜壳为圆形，直径10厘米，膜壳的材料为聚碳酸酯，电极为圆形板，下端为正电极，直径为9cm，厚度为2mm，正电极的材料为镀钌的钛钢板，负电极为钛钢板，直径为9cm，厚度为2mm，在膜壳的内部安装有聚偏氟乙烯材质的多孔分离膜50片，多孔分离膜之间设置的多孔支撑层为聚乙烯格网。
实施例3
使用实施例1所示的膜色谱组件。
在膜色谱组件中安装有多孔分离膜10片，多孔分离膜选用截留分子量(MWCO)为100kD的PS聚砜超滤膜，其购买于丹麦Alfa Laval公司。
将1mL浓度分别0.5g/L的牛血清蛋白(BSA)和溶菌酶混合溶液通过进样系统由料液进口输送至上述膜组件中，缓冲液的摩尔浓度为20mM，pH值为7.4的磷酸缓冲液，缓冲液的速度为0.5mL/min，将电极连接到外接直流电源上，正电极连接电源正极，负电极连接电源负极，电场强度调节为30V/cm，透过膜的渗透液由膜色谱上方的料液出口不断排出，进入样品检测器中，进行成分分析。
从分析结果看，溶菌酶和牛血清蛋白的混合溶液经过膜色谱后，先后以不同的流出时间从膜色谱出料端流出，其中溶菌酶的流出时间为3.7分钟，牛血清蛋白的流出时间为8.6分钟，经纯度分析，两个产品的纯度均可达到98％以上。
实施例4
使用图1所示的膜色谱组件。
在膜色谱组件中安装有多孔分离膜30片，多孔分离膜选用孔径为0.1μm的聚醚砜微滤膜，其购买于安得膜分离技术工程有限公司。
将1mL浓度分别0.1g/L的牛血清蛋白、溶菌酶、免疫球蛋白G的混合溶液通过进样系统由料液进口输送至上述膜组件中，缓冲液的摩尔浓度为20mM，pH值为7.4的磷酸缓冲液，缓冲液的速度为0.5mL/min，将电极连接到外接直流电源上，正电极连接电源正极，负电极连接电源负极，电场强度调节为30V/cm，透过膜的渗透液由膜色谱上方的料液出口不断排出，进入样品检测器中，进行成分分析。
从分析结果看，蛋白质的混合溶液经过膜色谱后，先后以不同的流出时间从膜色谱出料端流出，其中溶菌酶的流出时间为6.8分钟，牛血清蛋白的流出时间为10.6分钟，免疫球蛋白G的流出时间为15.3分钟，经纯度分析，三个产品的纯度均可达到98％以上。
实施例5
在膜色谱组件中安装有多孔分离膜30片，多孔分离膜选用孔径为0.1μm的聚醚砜微滤膜，其购买于安得膜分离技术工程有限公司。
将1mL浓度分别0.1g/L的牛血清蛋白、溶菌酶、免疫球蛋白G的混合溶液通过进样系统由料液进口输送至上述膜组件中，缓冲液的摩尔浓度为20mM，pH值为4的磷酸缓冲液，缓冲液的速度为0.5mL/min，将电极连接到外接直流电源上，正电极连接电源正极，负电极连接电源负极，电场强度调节为30V/cm，透过膜的渗透液由膜色谱上方的料液出口不断排出，进入样品检测器中，进行成分分析。
从分析结果看，蛋白质的混合溶液经过膜色谱后，先后以不同的流出时间从膜色谱出料端流出，其中溶菌酶的流出时间为3.8分钟，免疫球蛋白G的流出时间为8.4分钟，牛血清蛋白的流出时间为11.8分钟，经纯度分析，三个产品的纯度均可达到98％以上。
实施例6
使用实施例2所示的膜色谱组件装置。
在膜色谱组件中安装有分离膜50片，滤膜选用截留分子量(MWCO)为50kD的聚偏氟乙烯超滤膜，其购买于安得膜分离技术工程有限公司。
将1mL浓度分别1g/L的纤维素酶溶液通过进样系统由料液进口输送至上述膜组件中，缓冲液的摩尔浓度为10mM，pH值为7.4的磷酸缓冲液，缓冲液的速度为0.2mL/min，将电极连接到外接直流电源上，正电极连接电源正极，负电极连接电源负极，电场强度调节为20V/cm，透过膜的渗透液由膜色谱上方的料液出口不断排出，进入样品检测器中，进行成分分析。
纤维素酶为混合酶，其主要组分见表1，表1为纤维素酶的主要成分和流出时间。其四种组分的分子量差别很小，等电点也比较接近，常规的膜分离和色谱方法均无法有效分开。而在此膜色谱组件的条件下，经过多层多孔分离膜的非特异性吸附和解吸，以及电场的拆分，四种组分先后从膜色谱组件的料液出口流出，得到有效的分离，流出时间见表1。
表1 纤维素酶的主要成分和流出时间
由以上实施例可知，本实用新型提供了一种外加电极的膜色谱组件，包括设置有进口和出口的膜壳；设置在所述膜壳内部的正电极和负电极；所述正电极和负电极之间设置多孔支撑层；及设置在所述多孔支撑层表面的多孔分离膜。本实用新型提供的膜色谱组件包括正电极和负电极，它们作为外加电极，在膜色谱过程中，引入电场，根据待分离物料溶液中组分的带电性质的不同，在多孔分离膜分离及静电吸附等筛分的基础上，进行电荷筛分，待分离物料中的组分按电荷和分子量大小的区别，先后流出，得到分离。与现有技术中的膜色谱组件相比，本申请提供的膜色谱组件提高了色谱过程的分离精度，还大幅度降低分离时间，快速高效地分离出待分离物料溶液中的组分。实验结果表明：该膜组件中设置有10层多孔分离膜，电场强度调节为30V/cm时，溶菌酶的流出时间为3.7分钟，牛血清蛋白的流出时间为8.6分钟；纯度均达到98％以上。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种外加电极的膜色谱组件，包括设置有进口和出口的膜壳；
设置在所述膜壳内部的正电极和负电极；
所述正电极和负电极之间设置有多孔支撑层；
及设置在所述多孔支撑层表面的多孔分离膜。
2.根据权利要求1所述的膜色谱组件，其特征在于，所述正电极和负电极的形状分别选自板状、网状或丝状。
3.根据权利要求1所述的膜色谱组件，其特征在于，所述正电极和负电极的材质分别选自不锈钢、钛或铂。
4.根据权利要求1所述的膜色谱组件，其特征在于，所述多孔分离膜的层数为3层～50层。
5.根据权利要求1所述的膜色谱组件，其特征在于，所述多孔分离膜的材质选自纤维素、聚碳酸酯、聚醚砜、聚砜、聚酰胺、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚哌嗪。
6.根据权利要求1所述的膜色谱组件，其特征在于，所述多孔分离膜的形状为圆形、矩形、三角形或菱形。
7.根据权利要求1所述的膜色谱组件，其特征在于，所述正电极和负电极平行设置，且与电源相连。
8.根据权利要求1所述的膜色谱组件，其特征在于，所述多孔支撑层为多孔有机玻璃板或聚乙烯格网。
9.根据权利要求1所述的膜色谱组件，其特征在于，所述膜壳的材质为不导电材料。
10.根据权利要求1所述的膜色谱组件，其特征在于，所述膜壳的截面的形状为圆形、矩形、三角形或菱形。
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| CN201520111273.3U CN204469277U (zh) | 2015-02-15 | 2015-02-15 | 一种外加电极的膜色谱组件 |
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