CN206262156U - 多柱色谱设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种多柱色谱设备，其包括多个柱，多柱色谱设备还包括：壳体，其包括安装在其侧表面上的至少一个柱支架，至少一个柱支架构造为固定至少一个柱；多个入口管，多个入口管的一端连接至固定在壳体的侧表面上的入口端口；多个出口管，多个出口管的一端连接至固定在壳体的侧表面上的出口端口；至少一个阀组，多个入口管的另一端和多个出口管的另一端通过阀组连接到柱的端部。本公开的多柱色谱设备可应用到分子的纯化并且尤其是生物分子的纯化，使得能够获得比现有成果好得多的并且在工业规模上的成果和得率。

Description

多柱色谱设备

技术领域

本实用新型涉及色谱设备，特别涉及多柱色谱设备。

背景技术

色谱技术是一种用来分离混合物的技术。该混合物溶解于称为流动相的液体中，其携带该混合物通过固定有称为固定相的另一材料的结构。混合物中的多种组分以不同速度行进以致分离。

目前存在如下几种色谱法，即纸色谱、气相色谱和液色谱。色谱柱用在气相色谱和液色谱中。柱一般由玻璃或金属制成，其中填充了柱状的吸附剂。柱色谱可用来分离多数有机化合物，特别是天然产品。

然而，现有技术中的柱色谱难以实现工业规模。

实用新型内容

为解决上述问题，申请人开发了一种多柱色谱设备，其应用到分子的纯化并且尤其是生物分子(即，蛋白质、抗生素、氨基酸、多核苷酸和多肽以及其他一种生物分子和其他多种生物分子，甚至单克隆抗体)的纯化，这使得能够获得比现有成果好得多的并且在工业规模上的成果和得率。

本实用新型的实施例提供了一种多柱色谱设备，其包括多个柱，所述多柱色谱设备还包括：壳体，其包括安装在其侧表面上的至少一个柱支架，所述至少一个柱支架构造为固定至少一个柱；多个入口管，所述多个入口管的一端连接至固定在所述壳体的侧表面上的入口端口；多个出口管，所述多个出口管的一端连接至固定在所述壳体的侧表面上的出口端口；至少一个阀组，所述多个入口管的另一端和所述多个出口管的另一端通过所述阀组连接到所述柱的端部。

作为优选，所述入口管、出口管和阀组均位于所述壳体之内。

作为优选，所述至少一个阀组包括：至少一个入口阀组，所述多个入口管的另一端通过所述入口阀组连接到所述柱的一端；至少一个出口阀组，所述多个出口管的另一端通过所述出口阀组连接到所述柱的另一端。

作为优选，还包括至少一个旁通阀，其将所述入口阀组连接至所述出口阀组并构造为对至少一个柱进行旁通。

作为优选，每个所述入口管设置有构造为控制流速的泵。

作为优选，还包括设置在所述柱与所述至少一个阀组之间的至少一个流量计、至少一个压力传感器、至少一个UV传感器、至少一个pH传感器和/或至少一个电导率传感器。

作为优选，所述壳体设计为置于工作台上。

作为优选，所述壳体内设置有嵌入式工控机。

作为优选，所述壳体内设置有用于监测和控制所述壳体的温度的一个以上风扇。

作为优选，所述入口管和/或出口管通过挠性管连接至所述入口端口和/或出口端口。

作为优选，所述壳体包括由模制塑料和/或不锈钢制成的至少一个门和/或至少一个面板。

作为优选，所述至少一个柱支架位于所述壳体的前侧表面。

作为优选，所述多柱色谱设备中的至少一个过流部件是塑料制成的。

本实用新型的多柱色谱设备能够以不同的处理方式运行：批处理、并行批处理、连续色谱(如SMCC顺序多柱色谱)、带有连续过程的混合、以及双柱色谱(DCC)。

注入到液相中的目的产物取决于所选择的色谱分离技术(选自但不限于正相或反相色谱、离子交换、亲和性、尺寸排阻、疏水相互作用等)而产生一个或多个与固定相的各种类型的相互作用。

本实用新型的多柱色谱设备能够用作实验室台式设备，允许能够以工业规模来扩展过程的开发，并且设备的现有可重复使用的流径能够用一次性使用的材料容易地开发。

附图说明

提供对本实用新型进一步理解的附图并入并构成说明书的一部分，图示本实用新型的实施例，并与说明书一起用来解释本实用新型的原理。

其中：

图1为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的示意图，其中柱由柱支架固定；

图2为图1中的多柱色谱设备去掉柱后的示意图；

图3为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的过流部件的连接示意图；

图4为根据本实用新型另一实施例的多柱色谱设备的过流部件的连接示意图；

图5为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的批处理模式示意图；

图6为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的并行批处理模式示意图；

图7为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的SMCC模式示意图；

图8为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的连续处理模式示意图；

图9为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的DCC模式示意图。

具体实施方式

将参照附图全面地对本实用新型的多种示例性实施例进行说明，其中示出了一些示例性实施例。然而，本实用新型可以以多种不同的形式实现，而不应当理解为限于所给出的示例性实施例。相反，所描述的方案旨在包含落入本实用新型范围和创新理念内的所有这样的可选方案、修改方案和变型方案。

下面将参照附图对本实用新型的示例性实施例进行详细说明。

图1为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的示意图，其中柱由柱支架固定；图2为图1中的多柱色谱设备去掉柱后的示意图。

本实用新型的设备处理用于不同缓冲液的分离管线，缓冲液用于如入口管和出口管的过程的各步骤。溶液被传递经过色谱介质的固定床，其包含有至少三个区域，并且液体的流通被布置在相邻区域之间以及在最后一个区域和第一区域之间。若干序列的每一个均至少包括吸附阶段、冲洗阶段、或解吸附阶段，每个接下来的序列在引入点和撤回点周期性置换之前以近似相同的增量由在区域中的前部的下游置换执行。

该设备具有也被称为分布管线的入口管和也被称为采集管线的出口管。分布管线和采集管线允许分离填料、洗脱缓冲液、清洗缓冲液、平衡缓冲液、废物和纯化产品。

如图1-2所示，本实用新型的多柱色谱设备(在本说明书中有时称为“设备”)具有多个柱1(如图1所示的6个柱)和壳体2。壳体2包括安装在其侧表面上(图中示为其前侧表面，但本实用新型不限于此)的至少一个柱支架3(图1中示为6个柱支架)，柱支架3构造为固定柱1。例如，填充柱可由磁性柱支架3保持，柱1的柱连接件可适合于1/4"的28UNF配件。

柱1可以以向上和/或向下流向进行使用。所有柱1可以串联或并联，并且在串联模式下最后一个过程连接到第一个过程。

柱1可设置为最高至24、18、12或6个，并且柱1的长度/直径比最高至20、10或5。在本实用新型的实施例中，柱几何结构可以是ID10L50(内径10mm–长50mm)到最高至ID16L200(内径16mm–长200mm)。该设备能够适应市场上的具有在下面描述的几何结构的所有柱。

在本实用新型的一个实施例中，系统须处理的柱1的数量最高至6。在这种情况下，该设备能够执行1个柱上的序列(如在批处理模式中)以及在若干个柱上的序列(最高至6)。

壳体2可以安装有最高至24、18、12或6个柱支架3。壳体2的安装有柱支架3的侧面的形状可以是不平坦的，该不平坦的形状包括但不限于波浪形状。

在本实用新型的实施例中，壳体2可以设计为置于工作台上。为此，壳体2的尺寸(长×宽×高)可配置为但不限于最高至3000mm×3000mm×3000mm，优选最高至1500mm×1000mm×1000mm，更优选最高至1000mm×700mm×700mm，进一步优选最高至900mm×630mm×690mm。并且，设备整体的总重量可以最高至200kg，优选最高至150kg，更优选最高至120kg。

具体而言，壳体2的长度可配置为最高至3000mm，优选最高至1000mm，更优选最高至900mm；壳体2的宽度可配置为最高至3000mm，优选最高至1000mm，更优选最高至630mm；并且壳体2的高度可配置为最高至3000mm，优选最高至1000mm，更优选最高至690mm。

在本实用新型的实施例中，壳体2可以包括顶板，顶板例如可以是不锈钢的以便放置瓶，该瓶包括但不限于缓冲瓶。壳体2可进一步包括底板，该底板可以具有孔以避免壳体2内的液体积聚，并且该底板可以由不锈钢制成但不限于此。

在本实用新型的实施例中，壳体2内可以设置有用于监测和控制壳体2的温度的一个以上风扇。

在本实用新型的实施例中，壳体2的至少一侧能够打开以至少用于维护操作。相应地，由于壳体2的完全打开的设计，所有元件是易接近的，例如但不限于：从左门能够接近电气箱，从右门能够接近风扇和所有发射器(下文将进行描述)，从后门能够接近工控机(Microbox)，而从前门能够接近所有过程组件，诸如但不限于阀和泵(下文将进行描述)。

设备进一步包括多个入口管4、多个出口管6和至少一个阀组8(见图3-4)，这些部件均可位于壳体2内部。壳体2可以具有箱形，并包括由模制塑料和/或不锈钢制成的至少一个门和/或至少一个面板。

多种不同材料可以用于多柱色谱设备中各部件的制造，诸如但不限于不锈钢、陶瓷、聚四氟乙烯(PTFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、全氟化橡胶(FFKM)、聚丙烯(Polypropylene)、聚醚醚酮(PEEK)。

在本实用新型一个实施例中，多柱色谱设备中的至少一个过流部件是塑料制成的，过流部件至少包括入口管4、出口管6和阀组8。多个入口管4的一端可以连接至固定在壳体2的侧表面上的入口端口(未示出)，多个出口管6的一端可以连接至固定在壳体2的侧表面上(图示为右侧表面，但本实用新型不限于此)的出口端口7，并且阀组8将多个入口管4的另一端和多个出口管6的另一端连接到柱1的端部。

入口管4和/或出口管6通过挠性管连接至入口端口和/或出口端口7。挠性管的直径可以是3/4”外径、1/2”外径、1/4”外径、1/8”外径和/或1/16”外径。例如，设备的入口端口适合于1/8"内径(ID)的挠性管，且设备的出口端口适合于1/4"28UNF配件。

在本实用新型的实施例中，壳体2的侧表面可以固定有最高至32、24、16或8个入口端口和最高至24、18、12或6个出口端口。入口端口可以垂直地定位在壳体2的侧表面上，并且出口端口7也可以垂直地定位在壳体2的侧表面上。

在本实用新型的实施例中，多柱色谱设备可包括至少两个阀组(见图3中的标记81和82)，包括至少一个入口阀组81和至少一个出口阀组82，多个入口管4的另一端通过入口阀组81连接到柱1的一端，多个出口管6的另一端通过出口阀组82连接到柱1的另一端。阀组的具体结构将在下文参照图4进行描述。

应理解的是，虽然实施例中只给出了两个阀组的情况，但阀组的数目在本实用新型中并不受限制。例如，本实用新型实施例的多柱色谱设备可以包括最多至4、3、2或1个入口阀组81和/或可以包括最多至4、3、2或1个出口阀组82。当包括多个入口阀组时，入口管4的同一端可以分别连接到每个入口阀组，并且当包括多个出口阀组时，出口管6的同一端可以分别连接到每个出口阀组。

图3为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的过流部件的连接示意图；图4为根据本实用新型另一实施例的多柱色谱设备的过流部件的连接示意图。

如图3所示，每个柱1的两端分别经由入口阀组81和出口阀组82而连接至入口管4和出口管6。每个柱1的下端经由出口阀组82中的阀(见图4)连接至下一个相邻柱1的上端，并且最后一个柱1(图中最右侧的柱)的下端通过出口阀组82中的阀(见图4)连接到第一个柱(图中最左侧的柱)的上端。

如图4所示，入口阀组81可以包括多个入口阀，入口阀的一端连接到多个柱1的上端且另一端连接到多个入口管4；出口阀组82可以包括多个出口阀，出口阀的一端连接到多个柱1的下端且另一端连接到多个出口管6。在本实用新型的多柱色谱设备的实施例中，入口阀组81可以包括最高至192、144、96或48个入口阀，出口阀组82可以包括最高至144、108、72或36个出口阀。

在本实用新型的设备的实施例中，设备内设置有至少一个旁通阀9，其将入口阀组81连接至出口阀组82并构造为对至少一个柱1进行旁通。只要能连接或构造为对柱1进行旁通，则旁通阀9的数目不受限制。

作为备选，设备内可设置至少一个旁通阀组，其将入口阀组81连接至出口阀组82并构造为对至少一个柱1进行旁通。旁通阀组的实施例图示在图4中，该旁通阀组包括四个旁通阀9，其中两个旁通阀串联连接在入口阀组81和出口阀组82之间，一个旁通阀连接在入口阀组81和柱1的上端之间，还有一个旁通阀连接在出口阀组82和柱1的下端之间。旁通阀组的数目可以最高至4、3、2或1个。

本实用新型的设备中任一上述阀可以是膜式阀，也就是，本实用新型实施例中的多柱色谱设备可以使用至少一个膜式阀，并优选使用多个膜式阀。

在本实用新型的设备的实施例中，每个入口管4可以设置有泵，例如活塞泵，其构造为控制流速。泵可操纵流速从1.0mL/min到30mL/min，确保将液流控制在最高至6巴压力。

泵可以选择性地具有速度控制器，以控制流过入口管4的液体的流速。

每个入口管可配备有其自身的泵以保持分离。设备中可设置最高至32、24、16或8个泵。

本实用新型实施例的设备可进一步包括设置在柱与至少一个阀组之间的至少一个流量计11、至少一个压力传感器12、至少一个UV传感器13、至少一个pH传感器14和/或至少一个电导率传感器15。例如，图3示出了一个压力传感器12设置在第一柱和入口阀组81之间，且图3进一步示出了设置在第一柱和出口阀组82之间的一个UV传感器13、一个pH传感器14和一个电导率传感器15。

本实用新型实施例中的流量计11可以为质量流量计。流量计11能够以与泵相同的精度来控制液流，并且流量计可以与泵的材料具有相同的耐化学性。本实用新型实施例的设备可以设置有最高至3、2或1个流量计。

本实用新型实施例的设备可以包括最高至24、18、12或6个压力传感器12。

本实用新型实施例的设备可以包括最高至8、6、4或2个UV传感器13。

本实用新型实施例的设备可以包括最高至8、6、4或2个pH传感器14。

本实用新型实施例的设备可以包括最高至8、6、4或2个电导率传感器15。

作为备选，本实用新型实施例的设备可以进一步包括多个压力传感器12、多个UV传感器13、多个pH传感器14和/或多个电导率传感器15。例如，图4示出了设置在第一柱和输出阀组82之间的第一组UV传感器13、pH传感器14和电导率传感器15，以及设置在出口管6上的第二组UV传感器13、pH传感器14和电导率传感器15，两组传感器分别生成UV、pH和电导率内部曲线和UV、pH和电导率外部曲线。

本实用新型实施例的设备中的压力传感器12、UV传感器13、pH传感器14或电导率传感器15可具有信号发射器(未图示)，用于将检测到的数据发送到外部以在循环期间监测柱1的状态并便于实时在线监测。其中，例如，pH和电导率的测量可以通过连接到一个发射器的两个探头来完成。

本实用新型实施例设备的色谱可以是低压色谱，其中操作压力最高可以至10巴，优选最高至8巴，更优选地最高至6巴。

在本实用新型的设备的示例性实施例中，过程参数的范围可以入以下所描述：

-操作压力最高至6巴

-pH从0到14

-电导率从0到最高至200.0mS/cm

-UV从190到最高至900nm

本实用新型实施例的设备的操作方式可以是手动的，包括手动地操作壳体2中的各个阀的开关等。

作为备选，本实用新型实施例的设备中过流部件的特定构造使得自动纯化分子(尤其是生物分子)成为可能，具体可使用自动入口阀组作为入口阀组81，使用自动出口阀组作为出口阀组82，使用自动旁通阀作为旁通阀9，使用信号发射器来传送信号，并使用设置在壳体2中的嵌入式工控机或设置在设备外部的计算机来进行这些自动阀的自动控制。

当使用计算机来自动控制时，本实用新型的多柱色谱设备可通过KVM多主机切换器连接到显示屏、鼠标以及键盘以便由操作者进行控制。操作者在洗脱步骤的开始和结束时指定组分，然后计算机根据步骤长度创建在原始组分和最终组分之间的线性梯度。线性梯度的持续时间取决于循环配置区域的持续时间自动执行。

此外，还可以通过将多个本实用新型的多柱色谱设备进行串联和/或并联连接来构建多柱色谱系统。

本实用新型设备的多种分离处理方式

基于上述结构，本实用新型的多柱色谱设备能够以多种不同方式进行分离处理，包括批处理、并行批处理、连续色谱(如SMCC顺序多柱色谱)、带有连续过程的混合、以及双柱色谱(DCC)，如图5-9所示。下面对此进行详细说明。

图5为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的批处理模式示意图。

如图5所示，对于批处理模式，本实用新型实施例的设备通过适当地设置设备中各个阀的开关状态而仅使用1个柱。操作者可进行处理以及清洗的步骤，以及如在传统批处理系统上那样研究介质寿命。

图6为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的并行批处理模式示意图。

如图6所示，对于并行批处理模式，本实用新型实施例的设备通过适当地设置设备中各个阀的开关状态而使用并联的2个柱到最高至6个柱。操作者可以并行地在每个柱中进行同样的处理以及清洗的步骤。

图7为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的SMCC模式示意图。

如图7所示，对于SMCC模式，操作者可通过适当地设置设备中各个阀的开关状态而使用串联的2个柱到最高至6个柱。并且操作者可以以不同的目标为靶标：增加生产率、或节约介质和缓冲液、或进行折衷。

图8为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的连续处理模式示意图。

如图8所示，对于连续模式，操作者能够在根据本实用新型实施例的同一设备上处理结合&洗提(bind&elute)色谱步骤和流通步骤(例如，离子交换，接下来是用于单克隆抗体处理的修正(polishing))。本实用新型实施例的设备不整合具有链接在同一设备上的2个结合&洗提步骤的可能性，但是如上文所述，这可以通过将2个本实用新型实施例的设备串联来实现。

图9为根据本实用新型实施例的多柱色谱设备的DCC模式示意图。

如图9所示，对于DCC模式，本实用新型实施例的设备能够用2个柱代替一个柱来运行，目的是在凝胶过滤模式下处理二元混合物。

在本实用新型实施例中，设备的生产率范围最高可达1kg/天，优选最高至0.5kg/天，更优选最高至0.25kg/天，甚至更优选最高至0.01kg/天。

虽然已参照附图对本实用新型的上述实施例和优点进行了说明，但对于本领域技术人员而言，多种替代、修改和变型方案在权利要求的界限内是显而易见的。因此，应当理解的是，除非特别指明，否则上述实施例不限于以上描述的任何细节，而是在随附的权利要求书限定的范围内作宽泛的理解。

Claims (13)

1.一种多柱色谱设备，其包括多个柱，其特征在于，所述多柱色谱设备还包括：

壳体，其包括安装在其侧表面上的至少一个柱支架，所述至少一个柱支架构造为固定至少一个柱；

多个入口管，所述多个入口管的一端连接至固定在所述壳体的侧表面上的入口端口；

多个出口管，所述多个出口管的一端连接至固定在所述壳体的侧表面上的出口端口；

至少一个阀组，所述多个入口管的另一端和所述多个出口管的另一端通过所述阀组连接到所述柱的端部。

2.如权利要求1所述的多柱色谱设备，其特征在于，所述入口管、出口管和阀组均位于所述壳体之内。

3.如权利要求1所述的多柱色谱设备，其特征在于，所述至少一个阀组包括：

至少一个入口阀组，所述多个入口管的另一端通过所述入口阀组连接到所述柱的一端；

至少一个出口阀组，所述多个出口管的另一端通过所述出口阀组连接到所述柱的另一端。

4.如权利要求3所述的多柱色谱设备，其特征在于，还包括至少一个旁通阀，其将所述入口阀组连接至所述出口阀组并构造为对至少一个柱进行旁通。

5.如权利要求1所述的多柱色谱设备，其特征在于，每个所述入口管设置有构造为控制流速的泵。

6.如权利要求1所述的多柱色谱设备，其特征在于，还包括设置在所述柱与所述至少一个阀组之间的至少一个流量计、至少一个压力传感器、至少一个UV传感器、至少一个pH传感器和/或至少一个电导率传感器。

7.如权利要求1至6中任一项所述的多柱色谱设备，其特征在于，所述壳体设计为置于工作台上。

8.如权利要求1至6中任一项所述的多柱色谱设备，其特征在于，所述壳体内设置有嵌入式工控机。

9.如权利要求1至6中任一项所述的多柱色谱设备，其特征在于，所述壳体内设置有用于监测和控制所述壳体的温度的一个以上风扇。

10.如权利要求1至6中任一项所述的多柱色谱设备，其特征在于，所述入口管和/或出口管通过挠性管连接至所述入口端口和/或出口端口。

11.如权利要求1至6中任一项所述的多柱色谱设备，其特征在于，所述壳体包括由模制塑料和/或不锈钢制成的至少一个门和/或至少一个面板。

12.如权利要求1至6中任一项所述的多柱色谱设备，其特征在于，所述至少一个柱支架位于所述壳体的前侧表面。

13.如权利要求1至6中任一项所述的多柱色谱设备，其特征在于，所述多柱色谱设备中的至少一个过流部件是塑料制成的。