CN209301846U - 一种加压型快速透析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种加压型快速透析装置，包括柱管、管状透析膜、盖板、加料泵、溶剂泵、压力传感器、温度传感器和加热装置，利用加料泵输送样品并使管状透析膜内样品维持一定压力，在压力作用下可以加快透析的速度；同时利用溶剂泵输送纯溶剂到柱管中，以使得透析膜两侧维持较高的浓度差，加快透析速度。本装置可用于蛋白质、多糖和其他生物分子的浓缩、脱盐、澄清、透析、缓冲液置换等，具有速度快，可以连续加料操作等优点。

Description

一种加压型快速透析装置

技术领域

本实用新型属于生物医药领域样品处理技术领域，具体涉及一种加压型快速透析装置。

背景技术

透析和超滤是目前各实验室除小分子量杂质和盐类物质以及样品浓缩常选的方式，但是无论是市场上的透析袋还是超滤离心管或是超滤离心杯，都存在一定的优缺点，不能满足所有样品的需求。普通常压透析袋透析时，小于截留分子量（MWCO）的分子在透析膜两边溶液浓度差产生的扩散压作用下渗过透析膜，其速度与浓度梯度、膜面积及温度成正比。但随着透析的进行，液体两边的浓度差逐渐减小，动力降低，透析效率逐渐降低，欲快速透析可采用直径较小的透析袋以增加膜面积、升温、更换袋外透析液或用磁力搅拌器，以提高透析速度，但透析效率仍相对较低，费时长，且不能有效的除去所有盐类和小分子化合物。市面上目前也存在超滤离心管，利用离心力，将大分子截留，小分子物质和盐类可以被除去，但是目前市场上这类产品，离心管体积一般在10mL以内，虽可以有效地除去小分子化合物，但是一次可以处理的样品量相对较少，效率较低，尤其对于大批量样品不适用。市面上的超滤离心杯，纯粹的靠气体加压，原理主要是按照化合物分子量和分子结构截留，在压力作用下，按照分子量选择膜的规格时，由于仅是纯粹依靠压力的作用，会导致样品损失。因为，等分子量的线性分子和团状结构的分子，对于团状的化合物，相对能高效的截留，而线性分子可能会穿过膜，损失率较高。因此，虽然离心杯相对处理样品量较大，但是对于糖类、肽类等线性分子，不太适用。上述产品还有共同的诟病就是，在透析或是超滤的过程中不能增加样品，导致透析效率较低，费时较长。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种加压型快速透析装置，来解决上述问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种加压型快速透析装置，包括加料装置、溶剂装置、透析装置、废液瓶和收集样品瓶，

所述透析装置包括柱管、管状透析膜和盖板，所述盖板盖设在所述柱管上，所述管状透析膜设置在所述柱管中，所述柱管的中心线与所述管状透析膜的中心线为同一条直线，所述管状透析膜将所述柱管隔成中心区域和外环区域，所述中心区域为样品室，所述外环区域为溶剂层，所述样品室连通所述样品进料口和样品出料口，所述溶剂层连通所述溶剂进液口和溶剂出液口，所述加料装置的出液口通过第一加料管连接所述样品进料口，所述溶剂装置的出液口通过第二加料管连接所述溶剂进液口，所述收集样品瓶的进料口通过第三加料管连接所述样品出料口，所述废液瓶的进液口通过第四加料管连接所述溶剂出液口。

作为本实用新型所述一种加压型快速透析装置的一种优选方案，所述透析装置包括压力传感器、温度传感器和加热装置，所述压力传感器、温度传感器和加热装置设置在所述柱管的底部。

作为本实用新型所述一种加压型快速透析装置的一种优选方案，所述管状透析膜为混合纤维素酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯，聚醚砜或聚丙烯中的任意一种，所述管状透析膜的孔径可截留分子量为200Da-10kDa。

作为本实用新型所述一种加压型快速透析装置的一种优选方案，所述管状透析膜的内侧还设有至少一个内托层，或/和所述管状透析膜的外侧还设有至少一个外托层，所述内托层或/和外托层呈管状结构，所述内托层或/和外托层的中心线与所述管状透析膜的中心线为同一条直线。

作为本实用新型所述一种加压型快速透析装置的一种优选方案，所述内托层和/或外托层的材质为聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯，聚碳酸酯、聚苯乙烯或不锈钢中的任意一种，所述内托层和/或外托层的孔径为0.01 mm-5mm。

作为本实用新型所述一种加压型快速透析装置的一种优选方案，所述柱管与所述管状透析膜的直径比为1.05~3:1。

作为本实用新型所述一种加压型快速透析装置的一种优选方案，所述盖板上设有多个通孔，所述盖板的材质为聚氯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、不锈钢或玻璃中的任意一种。

作为本实用新型所述一种加压型快速透析装置的一种优选方案，所述柱管的形状为中空的圆柱体、圆锥体或长方体。

作为本实用新型所述一种加压型快速透析装置的一种优选方案，所述加料装置包括加料泵，所述溶剂装置包括溶剂泵，所述加料泵和溶剂泵均为中、低压液相色谱输液泵、蠕动泵、隔膜泵或注射泵中的任意一种。

与现有技术相比，本实用新型提出的一种加压型快速透析装置，可用于蛋白质、多糖和其他生物分子的浓缩、脱盐、澄清和透析，以及缓冲液置换等，具有速度快，可以连续加料操作等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，

图1为本实用新型的一种加压型快速透析装置的主要模块简图；

图2a为本实用新型的一种加压型快速透析装置的透析装置的结构示意图；

图2b为本实用新型的一种加压型快速透析装置的透析装置的膜层切面图；

图3为本实用新型的一种加压型快速透析装置的工作示意图。

其中：1为加料泵、2为第五加料管、3为样品瓶、4为第一加料管、5为盖板、6为样品室、7为内托层、8为管状透析膜、9为外托层、10为压力传感器、11为温度传感器、12为加热装置、13为样品出料口、14为溶剂层、15为柱管、16为溶剂泵、17为第六加料管、18为溶剂瓶、19为第二加料管、20为溶剂进液口、21为溶剂出液口、22为第四加料管、23为废液瓶、24为透析装置、25为收集样品瓶。

具体实施方式

本实用新型开发了一种加压型快速透析装置，为快速高效的浓缩分离生物医药领域样品，提供了有效的方法。本装置结构包括一个提供逆流水循环的柱管能不断地更换外层透析液，增加膜两侧的浓度差，提高透析效率，柱管可为圆柱形、圆锥形、方槽型等形状，优选为圆柱形；一个透析装置，包括管状透析膜，可含内、外承托层，使膜更加贴合，也能增加膜的耐压力作用，管状透析膜可以为混合纤维素酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯，聚醚砜，聚丙烯等多种材质，优选为聚醚砜，透析膜孔径可截留分子量200 Da-10k Da范围的分子内，托层用于固定透析膜层和保护透析膜层避免胀裂，外托层和外托层可以为聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯，聚碳酸酯、聚苯乙烯、不锈钢等多种材质，优选为聚四氟乙烯，其孔径为0.01 mm-5mm，柱管与管状透析膜的直径比1.05:1到3:1。出于节省溶剂的目的，优选直径比为1.1:1；一个分散外部施压的带孔的盖板；两套提供外压的蠕动泵系统，加料泵和溶剂泵系统可以为中、低压液相色谱输液泵、蠕动泵、隔膜泵、注射泵等，优选为蠕动泵。将样品放入样品室，合上盖板，整个样品层成密闭式空间。盖板多孔设置，一方面可将泵系统施加的淋洗液冲击压力分散，另一方面提高样品层内部液体流动速率，内置超滤容器盖板起样品分配和保护透析膜被料液冲击的作用，其材质可以为聚氯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、不锈钢、玻璃等多种材质，优选为聚碳酸酯。持续的淋洗液通过盖板孔进入样品层，使样品层内部压强增大，促进样品分子扩散运动，提高透析效率。同时，淋洗液提高样品室内液体流动速度，大力促进了超滤容器内分子运动，能很好地促进小分子向外部溶剂层扩散。溶剂层在加料泵的作用下，溶剂不断循环流动，可迅速带走通过透析膜层的小分子物质，维持内外容器里样品浓度差，提高样品向外扩散速度。在柱管内还设有压力传感器、温度传感器和加热装置，压力感受器和温度感受器可选择不锈钢材质；加热装置可以为加热棒、加热片、加热圈，其材质可以为不锈钢，玻璃，紫铜，优选玻璃材质。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

其次，本实用新型利用结构示意图等进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示一种加压型快速透析装置结构的示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。

实施例1

除去蛋白样品中的盐类，具体实施方式如下：

请参阅图3，样品从样品瓶3中经第五加料管2由加料泵1输送经管路a的第一加料管4进入样品室6，待样品注满，盖紧多孔的盖板5，此时由溶剂泵2提供动力将溶剂瓶18中的溶剂由第六加料管17抽出，经管路b的第二加料管19泵入透析液，进入溶剂层14，溶剂层14充满后，即从溶剂出液口21流出透析液循环流动，待一切就绪设置样品室6的加热装置12的加热温度。加料泵1对样品室6提供动力加压，小分子物质或离子由样品室6流入溶剂层14，溶剂层14的透析液循环流动（溶剂泵16提供动力），带出透析除去的小分子物质，维持膜两侧的浓度差，增加透析效率，并可以在透析过程中由加料泵1加入新的待处理样品，适合大批量样品连续处理浓缩。

在本实施例中，管状透析膜8选择截留分子量200Da的透析膜，用于除去样品中的离子，为了提高比表面积，各个位点的受力均匀，增加膜的耐受力和使用性能，选择圆柱形柱管15；由于加压和样品层两侧液体的流动，为尽可能的满足各类样品的需求，因此，在管状透析膜8两侧选择孔径为0.01mm的具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂、耐高温且摩擦系数极低，易清洁的聚四氟乙烯材质的内托层7和外托层9；溶剂泵16选择密封性好和维护简单，具有良好的自吸能力，可空转，可防止回流的蠕动泵；因为蛋白类样品可能会被外力破坏，所以加料泵1选择低压液相色谱输液泵；由于系统压力较小，所以内托层7和外托层9各一层；为了节省透析液和增加一次处理样品的量，柱管15与管状透析膜8的比例为1.1：1；加热装置12选择酸碱易清洁的玻璃材质；在透析结束后,调节加料泵1压力为零，关闭加热装置12，关闭容剂泵16，通过第四加料管放出透析液至废液瓶23中，将处理完的样品由样品出料口13放出，最后清洗透析装置24以及选择合适的溶剂置换泵系统。

实施例2

以多糖类样品为例，具体实施方式如下：

请参阅图3，样品从样品瓶3中经第五加料管2由加料泵1输送经管路a的第一加料管4进入样品室6，待样品注满，盖紧多孔的盖板5，此时由溶剂泵2提供动力将溶剂瓶18中的溶剂由第六加料管17抽出，经管路b的第二加料管19泵入透析液，进入溶剂层14，溶剂层14充满后，即从溶剂出液口21流出透析液循环流动，待一切就绪设置样品室6的加热装置12的加热温度。加料泵1对样品室6提供动力加压，小分子物质或离子由样品室6流入溶剂层14，溶剂层14的透析液循环流动（溶剂泵16提供动力），带出透析除去的小分子物质，维持膜两侧的浓度差，增加透析效率，并可以在透析过程中由加料泵1加入新的待处理样品，适合大批量样品连续处理浓缩。如图1、2、3，小分子物质或离子由样品室6，流入溶剂层14，溶剂层14的透析液循环流动，带出透析除去的小分子物质，维持膜两侧的浓度差，增加透析效率，并可以在透析过程中在加料泵1的作用下，可以补加待处理样品。

在本实施例中,管状透析膜8选择截留分子量为1000Da的亲水性好的混合纤维素酯透析膜，用于除去大分子量多糖里的五糖以内的糖片段；柱管15选择圆柱形；内托层7和外托层9均选择聚四氟乙烯材质；溶剂泵16选择耐用性强、维护简单且具有良好的自吸能力的蠕动泵；因糖类物质结构稳定性好，所以加料泵1选择自动化好，定量性能好的中高压液相输液泵，提高透析效率；由于系统压力较高，所以内托层7和外托层9各两层，防止膜层胀破；由于糖类是水溶性物质，透析液即溶剂可选择纯化水，既能较好的溶解透析出的糖类物质，又节约成本，也不会向待处理样品引入杂质。

所属领域内的普通技术人员应该能够理解的是，本实用新型的特点或目的之一在于：本实用新型提出的加压型快速透析装置，相较传统的渗透压差透析原理，本结构在样品室内部施加压力，促进小分子向外的扩散运动，能根据不同的样品选择不同的规格的膜，并且可以根据待处理的样品结构，施加不同的压力，更能适用于线性糖类或者肽类物质；同时，持续流动的淋洗液，促进分子布朗运动，提高扩散效率；并提供逆流循环的溶剂层，最大程度地增大管状透析膜内外的渗透压差，从而最大程度提高透析效率，外部有持续逆流循环的溶剂层，不用人为定期更换透析液，节省了人力。本装置为加压透析，增加了压力传感器，一方面反映系统压力，保证系统压力在该装置的耐受范围内，另一方面，恒定的压力也能作为体系的稳定性的监测指标，还可以便于摸索选择不同样品透析最佳透析条件。另外，本装置中的加热装置和温度传感器，也能为在保证体系温度恒定，在样品耐受温度内加热，促进分子扩散，提供透析效率。本装置简单，原理简明，实用效果明显优于传统透析装置。本装置可根据各实验室的需求选择不同透析孔径和合适的材质的透析膜，该装置的适用范围更广，盐类物质可以有效处理，一些小分子量的糖链和多肽也能有效处理。另外，本装置有效结合了传统的渗透透析原理和加压作用，一方面可以通过透析液的循环，增加透析动力，另一方面，适当的加压可以提高透析效率。本装置更突出的特点就是能在透析过程中注入待处理样品，可以大批量样品连续处理，有效浓缩。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种加压型快速透析装置，其特征是，包括：加料装置、溶剂装置、透析装置、废液瓶和收集样品瓶，

所述透析装置包括柱管、管状透析膜和盖板，所述盖板盖设在所述柱管上，所述管状透析膜设置在所述柱管中，所述柱管的中心线与所述管状透析膜的中心线为同一条直线，所述管状透析膜将所述柱管隔成中心区域和外环区域，所述中心区域为样品室，所述外环区域为溶剂层，所述样品室连通所述样品进料口和样品出料口，所述溶剂层连通所述溶剂进液口和溶剂出液口，所述加料装置的出液口通过第一加料管连接所述样品进料口，所述溶剂装置的出液口通过第二加料管连接所述溶剂进液口，所述收集样品瓶的进料口通过第三加料管连接所述样品出料口，所述废液瓶的进液口通过第四加料管连接所述溶剂出液口。

2.如权利要求1所述的加压型快速透析装置，其特征是：所述透析装置包括压力传感器、温度传感器和加热装置，所述压力传感器、温度传感器和加热装置设置在所述柱管的底部。

3.如权利要求1所述的加压型快速透析装置，其特征是：所述管状透析膜为混合纤维素酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯，聚醚砜或聚丙烯中的任意一种，所述管状透析膜的孔径可截留分子量为200Da-10kDa。

4.如权利要求1所述的加压型快速透析装置，其特征是：所述管状透析膜的内侧还设有至少一个内托层，或/和所述管状透析膜的外侧还设有至少一个外托层，所述内托层或/和外托层呈管状结构，所述内托层或/和外托层的中心线与所述管状透析膜的中心线为同一条直线。

5.如权利要求4所述的加压型快速透析装置，其特征是：所述内托层和/或外托层的材质为聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯，聚碳酸酯、聚苯乙烯或不锈钢中的任意一种，所述内托层和/或外托层的孔径为0.01 mm-5mm。

6.如权利要求1所述的加压型快速透析装置，其特征是：所述柱管与所述管状透析膜的直径比为1.05~3:1。

7.如权利要求1所述的加压型快速透析装置，其特征是：所述盖板上设有多个通孔，所述盖板的材质为聚氯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、不锈钢或玻璃中的任意一种。

8.如权利要求1所述的加压型快速透析装置，其特征是：所述柱管的形状为中空的圆柱体、圆锥体或长方体。

9.如权利要求1所述的加压型快速透析装置，其特征是：所述加料装置包括加料泵，所述溶剂装置包括溶剂泵，所述加料泵和溶剂泵均为中、低压液相色谱输液泵、蠕动泵、隔膜泵或注射泵中的任意一种。