DE102004030878B4 - Verfahren zum selektiven Konzentrieren und Sammeln chromatographisch getrennter Stoffe und Sammelvorrichtung für die Flüssig-Chromatographie - Google Patents

Verfahren zum selektiven Konzentrieren und Sammeln chromatographisch getrennter Stoffe und Sammelvorrichtung für die Flüssig-Chromatographie Download PDF

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Abstract

Verfahren zum selektiven Sammeln und zum Konzentrieren säulenchromatographisch getrennter Stoffe, dadurch gekennzeichnet, dass eine Volumenportion der aus einer Chromatographie-Säule austretenden Flüssigkeit durch die Membran eines Hohlfasersegmentes geführt wird und hierbei eine gelöste Substanz im Lumen der Hohlfaser oder in einem die Hohlfaser umgebenden Raum konzentriert wird.

Description

  • Bei zahlreichen präparativen und analytischen Anwendungen der Flüssigchromatographie kann das Sammeln der eluierten Substanzen erforderlich sein. Dies ist bei der Analytik insbesondere dann der Fall, wenn die an den Detektoren erfassten Peaks chemisch nicht identifiziert sind oder mehrere Stoffe enthalten, die mit einem zusätzlichen Trennverfahren analysiert werden müssen. Obwohl für die automatische Aufteilung des Eluatstromes kommerzielle Fraktionssammler zur Verfügung stehen, wird die Folge-Analytik häufig dadurch erschwert, dass der chromotographische Trennprozess mit Verdünnung verbunden ist oder dass die zur Elution verwendeten gelösten Substanzen störend wirken. Hierdurch können Substanzverluste entstehen, die den Einsatz größerer Säulen oder einen höheren Aufwand bei der Probenvorbereitung erforderlich machen.
  • Die in DE 1.9913416 A1 vorgestellte Vorrichtung zum Filtrieren von Flüssigkeiten kann diesen Nachteil auch nicht abstellen, da hier von außen in eine Hohlfaser filtriert und primär auf kleine Druckdifferenzen bei großen Volumenströmen abgestellt wird, welche erfahrungsgemäß in der Chromatographie nicht realisiert werden.
  • Aus diesen grundsätzlichen technischen Problemen ergibt sich als Aufgabe der Erfindung die Bereitstellung einer Vorrichtung, die das Sammeln der eluierten Zielsubstanz mit der Abtrennung des flüssigen Elutionsmittels und dem Aufkonzentrieren verbindet. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung, die in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 5 dargestellt sind, gelöst. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
  • Dem Verfahren liegt der Gedanke zugrunde, die aus. der Säule austretenden Flüssigkeitsportionen, welche die interessierende Substanz enthalten, in ein Hohlfasersegment und nachfolgend durch dessen Membran zu leiten. Durch den Anschluss eines verschlossenen Hohlfasersegmentes an die chromatographische Fließstrecke gelingt es so bei richtiger Wahl der Größenausschlussgrenze der Hohlfasermembran, beim Sammeln der chromatographisch abgetrennten Substanz das Elutionsmittel und gegebenenfalls weitere permeable Stoffe von der interessierenden Substanz zu trennen und letztere zu konzentrieren. Besonders vorteilhaft ist die Vorrichtung für die chromatographische Isolation von Polymeren, weil in diesem Fall ein zusätzlicher Reinigungsprozess, nämlich die Abtrennung etwa noch vorhandener niedermolekularer Begleitstoffe, mit dem Konzentrationsprozess kombiniert werden kann. Entweder wird der Eluatstrom aus einer Säule mit Hilfe eines Mehrkanalschalters portioniert und in einer bestimmten Reihenfolge durch die Membran von mehreren Hohlfasersegmenten geleitet, oder eine definierte Portion des Eluatstromes, der das Zielprodukt enthält, wird durch die Membran eines Hohlfasersegmentes bewegt. Im Allgemeinen wird das Lumen der Hohlfaser zum Sammeln genutzt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kombiniert die hohe Druckbelastbarkeit, die hohe Volumenflussleitfähigkeit und die günstige Oberflächen/Volumen-Relation kommerzieller Hohlfasern für die Umkehr-Osmose, die Nanofiltration, Ultrafiltration oder die Mikrofiltration mit den leistungsfähigen Pumpsystemen und Trennverfahren moderner Chromatographie-Geräte.
  • Es ist vorteilhaft, dass die stark aufkonzentrierte Substanz verlustfrei und bequem aus dem Hohlfaserlumen entnommen und sofort für ein weiteres Trennverfahren in konzentrierter Form eingesetzt werden kann. Wird beispielsweise Elektrophorese oder Elektrofokussierung angeschlossen, können Ionen oder andere störende Substanzen bequem entfernt oder ausgetauscht werden. Hierzu wird das beidseitig verschlossene Hohlfasersegment mit der für die Trennung optimalen Flüssigkeit gewaschen.
  • Die Hohlfasersegmente können entweder in trockener, gasgefüllter Form an die Fließstrecke angeschlossen werden, oder sie sind bereits vor dem Einstrom des Eluates mit Flüssigkeit gefüllt. Bei einem kontinuierlichen Elutionsprozess kann eine Fraktionierung des Eluates mit Hilfe eines Mehrkanalschalter geschehen. Bei diskontinuierlicher Elution ist es vorteilhaft, nur den Teil der eluierten Flüssigkeit, der die Zielsubstanz enthält, durch die Hohlfasermembran zu leiten. Um den Sammel- und Konzentrierungsvorgang zu starten, wird das Eluat in eine Fließstrecke gelenkt, die durch die semipermeable Membran des Hohlfasersegmentes führt. Dies kann durch den Anschluss des bereits verschlossenen Hohlfasersegmsegmentes an die Fließstrecke oder durch Anbringen eines Verschlusses an ein offenes Hohlfasersegment, das sich in der Fließstrecke befindet, erfolgen.
  • Wird der wasserhaltige Eluatstrom in eine bereits an ihrem Ablauf verschlossene hydrophile Hohlfaser geleitet, ist es von Bedeutung, dass eingeschlossenes Gas vollständig verdrängt werden kann. Erfindungsgemäß dient hierzu ein gasdurchlässiger Verschluss, der eine hydrophobe, poröse Membran enthält.
  • In einer erfindungsgemäßen Variante der Vorrichtung werden die Hohlfasersegmente als Sammelgefäße in einen Fraktionssammler integriert. Hierdurch entsteht ein Fraktionssammler, der konzentrierend und selektierend wirkt. Sein Konstruktionsprinzip besteht in der druckfesten, dichten und schaltbaren Verbindung der dem Säulenausgang nachgeschalteten Fließsstrecke mit mehreren Hohfasersegmenten. Es wird beispielsweise durch einen elektronisch gesteuerten Vielkanalschalter realisiert. Ein Vorteil dieses Fraktionssammlers besteht neben der Selektion der unpermeablen Eluatbestandteile und der konzentrierenden Wirkung auch in einem geringen Gewicht und einem geringen Platzbedarf.
  • In einer weiteren Variante der Vorrichtung werden die Hohlfasersegmente mit Chromatographiesäulen für die Ausschlusschromatographie verbunden, um nur eine Eluatfraktion mit einem Zielprodukt, beispielsweise die im Ausschlussvolumen eluierte DNA, in konzentrierter Form zu sammeln. Für derartige und zahlreiche weitere Anwendungen in der Analytik und Probenvorbereitung können bekannte Vorrichtungen zum Parallelbetrieb mehrerer gleichartiger Säulen eingesetzt werden. In diesen Vorrichtungen werden gleichzeitig durch jedes Bett gleiche Portionen einer Flüssigphase mit der gleichen Kraft bewegt. Entsprechende Zentrifugations- und Saugvorrichtungen werden seit langem für den Parallelsäulenbetrieb in chromatographischen Verfahren eingesetzt. Sie eignen sich in der bisher bekannten Form vor allem für hochselektive Trennprozesse, bei denen ein Sorptionsvorgang, ein Waschvorgang und ein Desorptionsvorgang aufeinander folgen. Bei diesen Trennprozessen spielt die Effizienz (Trennstufenhöhe, Trennstufenzahl) keine Rolle und es kommt nicht darauf an, einzelne Eluatportionen abzutrennen.
  • Es ist vorteilhaft, wenn beim Parallelbetrieb mehrer Chromatographiesäulen in jeder Säule nur der Teil des Elutionsmittelflusses durch die Hohlfasermembran geführt wird, der die Zielsubstanz enthält. Erfindungsgemäß wird der Fluss durch jede Säule automatisch auf Grund der Kapillarspannung des Elutionsmittels im feinporigen oberen Abschluss jedes Bettes unterbrochen, nachdem die Probeflüssigkeit oder eine bestimmte Portion des Elutionsmittels vollständig in das Bett eingeströmt ist. Dies ermöglicht es, parallel in zahlreichen Säulen die gleichen Volumenfraktionen durch das Bett zu bewegen, auch wenn die Fließgeschwindigkeit in den einzelnen Säulen variiert. Zum parallelen Sammeln und Aufkonzentrieren der Zielsubstanz wird ein definiertes Elutionsmittelvolumen auf das Bett geschichtet und danach eine ebenso große definierte Portion des Eluatstromes durch die Hohlfasermembran gelenkt. Die dargestellten Verfahren und Vorrichtungen erweitern den Anwendungsbereich der bekannten Vorrichtungen zum Parallelsäulenbetrieb. Sie ermöglichen das parallele selektive und konzentrierende Sammeln chromatographisch getrennter unpermeabler Stoffe aus einer eng begrenzten Volumenfraktion des Eluatstromes. Dies ermöglicht die Nutzung der Vorrichtungen zum Parallelbetrieb zahlreicher Chromatographiesäulen auch zur Durchführung solcher Verfahren wie der Größenausschlusschromatographie oder der Umkehrphasenchromatographie, in denen eine hohe Trennstufenzahl ausgenutzt werden kann.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Anwendungsbeispielen erläutert.
    • 1. Die Erfindung wird zur Bereitstellung eines selektiv und konzentrierend wirkenden Fraktionssammlers eingesetzt. Ein Vielkanalschalter mit 20 Schalterstellungen ist über 20 Kapillaren und ebenso viele Ansatzstücke druckdicht mit Hohlfasersegmenten verbunden. Er wird mit seinem Eingang an den Detektorausgang einer HPLC-Anlage angeschlossen. Es werden beispielsweise Proteine durch hydrophobe Wechselwirkungschromatographie getrennt. Die Hohlfasersegmente wurden aus einer kommerziellen Ultrafiltrationsfaser mit hoher Permeabilität für Salzlösungen und einer Molmassenausschlussgrenze von ca. 10 kDa hergestellt und sind durch einen nadelförmigen Teflonstopfen verschlossen. Jedes Segment wird nach aussen durch ein offenes mit Flüssigkeit gefülltes Rohr aus Acrylglas vor dem Austrocknen geschützt. Unten sind die Rohre mit einem gemeinsamen Abfluss verbunden. Der Abfluss führt in einen Siphon, der verhindert, dass die Flüssigkeit aus den Acrylglasrohren vollständig ausläuft. Der Vielkanalschalter wird manuell oder in geeigneter Weise automatisch, z.B. mit Hilfe eines Schrittmotors betätigt. So ist es möglich, den Eluatfluss zeitgesteuert in festgelegter Reihenfolge oder in Abhängigkeit von der Detektion durch unterschiedliche Hohlfasersegmente zu bewegen. Nach dem Abschluss der Elution werden die Hohlfasersegmente nacheinander von den Anschlusskapillaren getrennt und an ihrem Ansatzstück aus den Acrylglasröhren herausgezogen. Zur Identifizierung der in den Hohlfasersegmenten gesammelten Proteine sollen Verfahren angeschlossen werden, bei denen die hohe Salzkonzentration des Elutionsmittels stört, z.B. Gelelektropherese oder Elektrofokussierung. Daher wird das Hohlfasersegment vor der Entnahme der aufkonzentrierten Proteinfraktion am oberen Ansatzstück durch einen passenden Stopfen verschlossen und mit dem Elektrophorese-Puffer oder mit einer verdünnten Neutralsalzlösung gewaschen. Um die Entnahme der Proteinlösung zu erleichtern, ist das Ansatzstück so beschaffen, dass es auf eine kommerzielle Pipettenspitze aufgesteckt werden kann. Die Entnahme kann so vor sich gehen, dass der Stopfen nach dem Ansetzen der Kolbenhubpipette abgenommen wird, und der Inhalt des Hohlfasersegmentes in ein Röhrchen ausgepresst wird. Alternativ kann die Pipette in der Saugposition angesetzt werden. Nach dem Herausziehen des Stopfens strömt die Proteinlösung in die Pipettenspitze.
    • 2. Die Erfindung wird zur Isolation konzentrierter, reiner DNA aus einem proteinhaltigen Rohextrakt durch Größenausschlusschromatographie eingesetzt. Eine 4 ml fassende, nach unten konisch verengten Säule aus Polypropylen endet unten in einem kapillaren Ausgang, der von einer kreisförmigen Filterplatte aus porösem Polypropylen mit einem Durchmesser von 3 mm abgedeckt ist. Auf dieses Filter wird ein 60 mm hohes Bett aus Sporopollenin-Mikrokapseln entsprechend WO 03/078048 geschichtet. Eine 100 mm lange Ultrafiltrationsfaser der Firma Membrana GmbH aus Polyethersulfon mit einem Außendurchmesser 1 mm, einem Lumendurchmesser 0.7 mm und einer nominellen Ausschlussgrenze für Proteine von 70 kDa ist mit Hilfe einer Silikongummi-Dichtung in einen Kunststoff-Adapter eingedichtet. Mit Hilfe des konischen Adapters wird das Hohlfasersegment an die konisch verengte Säule angeschlossen. Das Bett wird oben durch eine 2 mm dicke Schicht aus Glaskugeln mit einem Durchmesser von ca. 5 μm abgeschlossen. Das Bettvolumen beträgt 1,5 ml. Die Mikrokapseln sind für Proteine und andere Polymere bis zu einem Stokesschen Radius von ca. 50 nm hoch permeabel. DNA und andere extrem große Makromoleküle mit einem Stokesschen Radius über 100 nm werden dagegen vollständig ausgeschlossen. Zum Transport der Flüssigphase wird die konische Säule mit dem angeschlossenen Hohlfasersegment in die passende Bohrung eines Silikongummistopfens, der sich auf einer Saugflasche befindet, eingebracht. Wird Wasser oder eine wässrige Lösung mit dem Unterdruck von 0,6 bar durch die Säule gesaugt, kommt der Fluss zum Stehen, nachdem die aufgetragene Flüssigkeit vollständig in das Bett gesaugt wurde, weil die Adhäsion des Wassers und seine Oberflächenspannung in den feinen hydrophilen Poren zwischen den Glaskugeln den Durchtritt von Luft durch diese Schicht verhindert.
  • Zur Reinigen und zum Aufkonzentrieren der DNA aus dem Rohextrakt werden nacheinander folgende Arbeitsschritte durchgeführt. 1. Waschen der Säule mit 2 ml der als Elutionsmittel dienenden wässrigen Lösung (50 mM Ammoniumhydrogencarbonat), 2. Verschließen der Hohlfaser mit einer passenden Nadel aus Teflon, 3. Auftragen und Einsaugen von 0,1 ml eines proteinhaltigen partikelfreien Rohextraktes, 4. Auftragen und Einsaugen von 0,6 ml des Elutionsmittels. Das Verschließen der Hohlfaser führt dazu, dass das Eluat durch die Membran strömen muss. Dabei bleibt die Fließgeschwindigkeit unverändert, weil die hydraulische Leitfähigkeit des chromatographischen Bettes weit unter der hydraulischen Leitfähigkeit der Hohlfaser liegt. Hochmolekulare DNA, die nicht in die Mikrokapseln diffundiert, wird mit einem relativen Elutionsvolumen von 0,3 bis 0,4 eluiert und befindet sich nach dem 4. Arbeitsschritt in dem Hohlfasersegment. Das bisher aufgetragene Volumen reicht jedoch für die Elution der Proteine und der Komponenten des Lysepuffers nicht aus, da diese Stoffe durch den Austausch mit dem Lumen der Mikrokapseln verzögert werden. Die konzentrierte Lösung der gereinigten DNA wird mit Hilfe einer an den Adaptor passenden Kolbenpipette in das Analysengefäß abgepresst. Die hohe Reinheit und der isolierten DNA wird durch das hohe Verhältnis der Extinktionen E250/E280 (> 1,7) belegt. Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat in Verbindung mit der ausschlusschromatographischen Wirkung der Sporopollenin-Mikrokapseln den Vorteil, dass das Zielprodukt, hier bestehend aus extrem großen DNA-Molekülen, in gereinigter und gleichzeitig konzentrierter Form vorliegt. Außerdem ist vorteilhaft, dass die Flüssigkeit, in der die DNA in der Hohlfaser gelöst ist, in Abhängigkeit von der anschließenden analytischen oder präparativen Verwendung (z.B. PCR, Pulsfeldelektrophorese, e.t.c.) bestimmt werden kann. Dies kann entweder durch die Wahl des vor der Probe aufgetragenen Laufmittels oder nachträglich durch Einlegen des beidseitig verschlossenen Hohlfasersegmentes in die gewünschte Lösung geschehen. Enthält der Rohextrakt außer Proteinen z.B. hochmolekulare RNA, kann eine kleine Menge eines RNAse-haltiger Elutionspuffer vor der Probe auf die Säule aufgetragen werden. Hochmolekulare RNA, die ohne diese Maßnahme gemeinsam mit der DNA eluiert würde, kommt auf diese Weise in Kontakt mit dem hydrolytisch wirkenden hochaktiven Enzym, wird gespalten und gemeinsam mit den Proteinen eluiert.
    • 3. Die Erfindung wird in einer Saugvorrichtung zum Parallelbetrieb mehrerer Säulen eingesetzt, um ein abgetrenntes Protein selektiv zu sammeln und zu konzentrieren. Es werden Hohlfasersegmene für die Ultrafiltration mit einer Länge von 10 cm, einem Außendurchmesser von 1 mm und einem Lumendurchmesser von 0,6 mm verwendet. Sie sind in einen Silikongummi-Adapter eingeklebt. Das Molmassen-Cut-off für Proteine beträgt ca. 10 000 Da. Für jedes der Hohlfasersegmente ist für den Verschluss des Ablaufes eine Teflon-Nadel vorgesehen. Jedes Hohlfasersegment wird mit Hilfe des Adapters dicht an den Ausgang einer 5-ml-Einwegspritze angeschlossen, die ein gequollenes 1-ml Bett- aus Superdex 200 HR enthält. Das Bett ist oben mit einer feuchten Zellulose-Mikrofiltrationsmembran abgeschlossen. Letztere bildet eine Gasdurchbruchsbarriere bei Druckdiffeenzen unter 1 bar. Zwölf derartige Chromatographie-Säulen mit angeschlossenen Hohlfasersegmenten werden an eine käufliche Saugvorrichtung zum Parallelbetrieb von Chromatographiesäulen angeschlossen. Der Auslauf der Hohlfasern ist zunächst offen.
  • Die Vorrichtung wird eingesetzt, um den Gehalt verschiedener gepufferter Extrakte an α-Glucose-bindender Lektinen (Kohlenhydrate-bindende Proteine) quantitativ zu ermitteln. Der pH-Wert und die Elektrolytzusammensetzung des Bindungspuffers ermöglichen die Bindung der Lektine an die terminalen, in α-1/6-Bindung vorliegenden Glukosemoleküle des Dextrans, das in den Superdex-Partikeln in vernetzter Form vorliegt. Zunächst werden 3 ml des Puffers, danach 3 ml jeden Extraktes durch die Säulen bewegt. Jedes Bett wird anschließend mit 3 ml des Bindungspuffers gewaschen und so von den nicht bindenden Proteinen befreit. Nun wird jede Säule aus der Dichtung herausgenommen, der Hohlfaserausgang wird verschlossen, und die Säulen werden wieder in die Saugvorrichtung eingepasst. Anschließend werden durch jedes Bett 3 ml eines zur Desorption des Lektins geeigneten maltosehaltigen Puffers und zuletzt 3 ml entionisierten Wassers gewaschen.
  • Befanden sich Lektinmoleküle mit der gesuchten Spezifität in dem Extrakt, wurden diese nun in gereinigter und konzentrierter Form in der an diese Säule angeschlossenen Ultrafiltrationsfaser vor. Nachdem der Adapter von der Spritze genommen wurde, kann der Inhalt des Faserlumens mit geringem Luftdruck in ein Probenröhrchen entleert werden. Die Saugvorrichtung für den Parallelbetrieb mehrerer Säulen kann in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Sammelvorrichtung und dem erfindungsgemäßen feinporigen Abschluss des chromatographischen Bettes für die parallele Durchführung verschiedenster chromatographischen Prozesse eingesetzt werden. In allen Fällen erleichtert die Ventilwirkung der feinporigen Membran oder der feinporigen Schicht das parallele Handling der Säulen, da in allen Säulen der Flüssigkeitsstrom nach dem vollständigen Einsaugen der auf diese Membran oder Schicht aufgetragenen Flüssigkeitsportion beendet wird.
  • Im dargestellten Beispiel wird der Eluatstrom vor der Elution des Lektins axial durch die Hohlfaser geleitet. Erst bei der spezifischen Elution des Lektins mit Hilfe des Zuckerliganden wird das Hohlfasersegment unten verschlossen, wodurch das eluierte Lektin konzentriert und vom Überschuss des Elutionsmittels befreit wird.
    • 4. Die Saugvorrichtung zum Parallelbetrieb wird für die chromatographischen Reinigung von DNA durch Ausschlusschromatographie eingesetzt. Dabei kommen Säulen zum Einsatz, die bereits unter 1. beschreiben wurden. An die Säulen wird vor dem Auftragen des proteinhaltigen Rohextraktes ein am Ende verschlossenes Hohlfasersegment mit Hilfe des Adapters angeschlossen. Damit beim Einströmen des Eluates die Luft aus dem Hohlfasersegment entweichen kann, besitzt das Hohlfasersegment an seinem unteren Ende einen gasdurchlässigen, für wässrige Lösungen undurchlässiger Verschluss. Der Verschluss besteht aus einer 10-μl-Pipettenspitze aus Polypropylen mit kapillarem Ausgang, in den das einseitig verschlossene Segment einer feinporigen Hohlfaser aus Polypropylen (Typ Accurel PP 50/280, Firma Membrana GmbH, Wuppertal) mit einem Außendurchmesser von 0,280 mm eingeklebt wurde. Die konische verjüngte Pipettenspitze endet nun in dem verschlossenen Polypropylen-Membranschlauch. Sie wird als Stopfen in das Hohlfasersegment eingeführt und bildet einen gasdurchlässigen Verschluss für die Flüssigkeitsbewegung. Nach der Elution der DNA wird das Hohlfasersegment von den Säulen abgenommen und die konzentrierte und gereinigte DNA-Lösung mit Hilfe einer an den gasdurchlässigen Verschluss passenden Kolbenpipette verlustarm in ein Gefäß oder eine weitere Trennvorrichtung abgepresst.
    • 5. Die Erfindung wird in einer Zentrifugationsvorrichtung zum Parallelbetrieb mehrerer Säulen eingesetzt. Am Swing-out-Rotor einer programmierbaren Zentrifuge befinden sich in den Metallbechern des Rotors zylindrische Kunststoff-Einsätze mit einem Außendurchmesser von 100 mm. Jeder Einsatz besteht aus zwei zylindrischen Teilen, die genau in den Metallbecher passen und in diesem aufeianander gestellt werden können. Das Unterteil hat die Form eines Bechers. Es ist 50 cm hoch, besitzt eine 8 mm starke Wand und einen 5 mm starken Boden. Das obere Teil ist auf einer kreisrunden 30 mm starken Platte 1 aufgebaut. In dieser Platte befinden sich radiärsymmetrisch angeordnete 20 mm tiefe Bohrungen, welche als Halterung für die Säulen dienen. Als Säulen dienen Einwegspritzen mit konischem exzentrischem Ausgang. Jede Bohrung besitzt zwei exzentrische Abflusskanäle, in welche der Ausgang der Säulen eingesteckt werden kann. Außerdem besitzt das Oberteil drei 40 mm lange Füße, die 10 mm von seinem äußeren Rand befestigt sind und einen zentral gelegenen Griff, mit dem es im auf das Unterteil gesetzt werden und wieder herausgenommen werden kann. Sowohl das Unterteil als auch das Oberteil des Kunststoffeinsatzes besitzen am Rand eine 1 mm tiefe und 1 mm starke axiale Kerbe, die dem Druckausgleich beim Einsetzen in den Metallbecher oder beim Herausnehmen aus dem Metallbecher dient. Einer der Abflusskanäle führt über einen Schraubadapter in das 30 mm langes unten verschlossenes Segment einer Ultrafiltrationsfaser Der Außendurchmesser der Ultrafiltrationsfaser beträgt 2 mm, der Innendurchmesser 1 mm. Die Säulen können in zwei Positionen in die Halterung eingesetzt werden. In einer Position ist der Ausgang der Säule mit dem offenen Abfluss, in der anderen mit dem unten verschlossenen Hohlfasersegment verbunden. Jede Säule enthält unten ein chromatographisches aus einem feinkörnigen, druckfesten Trennmaterial für die Reinigung von Proteinen oder Polymeren durch Ionenaustausch-Chromatographie. Das Bett ist oben durch eine hydrophile Mikrofiltermembran abgeschlossen. Das über dem Bett liegende Säulenvolumen dient der Aufnahme der Flüssigkeit, die durch das Bett bewegt werden soll. Die feinporige hydrophile Membran verhindert das Eindringen von Luft in das Bett. Um das Trockenlaufen der Säulen zu vermeiden, wird darauf geachtet, dass die Zentrifugalbeschleunigung einen kritischen Wert nicht überschreitet. Bei einer Gasdurchbruchsspannung der Membran von 1 bar darf beispielsweise auf Grund der 70 mm langen Strecke zwischen der Bettoberkante und dem Ende der Hohlfaser bei einer Elutionsmitteldichte von 1,1 die Zentrifugalbeschleunigung den Wert von 900 xg nicht überschreiten.
  • Mit Hilfe dieser Vorrichtung ist es möglich, die für das Abtrennen und Aufkonzentrieren eines Proteins erforderlichen Elutionsschritte parallel in zahlreichen Säulen vorzunehmen. Zum Waschen der chromatographischen Betten, zu ihrer Sättigung mit dem gewünschten Laufmittel, zum Auftragen der Probeflüssigkeit und Elution von Substanzen, die vor der Zielsubstanz das Bett verlassen, wird das Eluat am Hohlfasersegment vorbeigeführt. Anschließend werden die Säulen in die Position gesteckt, in welcher das Eluat durch die Hohlfasermembran strömt. Nach dem anschließenden Zentrifugationsschritt wird das Oberteil aus dem Metallbecher herausgenommen und die Hohlfasersegmente werden abgenommen, um das gereinigte und konzentrierte Protein zu entnehmen. Falls das Elutionsmittel vollständig entfernt oder ausgetauscht werden soll, können die Hohlfasersegmente beidseitig verschlossen werden, um das Elutionsmittel durch Dialyse zu entfernen. Es kann auch vorteilhaft sein, die mit dem Zielprodukt beladenen Hohlfasersegmente zu lyophilisieren oder in Ethanol zu fixieren.

Claims (19)

  1. Verfahren zum selektiven Sammeln und zum Konzentrieren säulenchromatographisch getrennter Stoffe, dadurch gekennzeichnet, dass eine Volumenportion der aus einer Chromatographie-Säule austretenden Flüssigkeit durch die Membran eines Hohlfasersegmentes geführt wird und hierbei eine gelöste Substanz im Lumen der Hohlfaser oder in einem die Hohlfaser umgebenden Raum konzentriert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander mehrere definierte Volumenportionen der aus der Säule austretenden Flüssigkeit mit Hilfe eines Vielkanalschalters durch die Membranen unterschiedlicher Hohlfasersegmente geleitet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus feinen hydrophilen Partikeln bestehendes chromatographisches Bett oder ein durch eine feinporige Trennschicht abgeschlossenes Bett und ein adhärierendes Elutionsmittel verwendet wird und auf das Bett oder die Trennschicht die flüssige Probe und die Elutionsflüssigkeit portionsweise aufgegeben werden, wobei die hierfür eingesetzte Druckdifferenz unter dem Gaseintrittsdruck des Bettes oder der Trennschicht liegt, jede aufgegebene Volumenportion vollständig in das Bett eindringt und die durch die Hohlfasermembran geleitete Volumenportion durch eine oder mehrere der aufgegebenen Volumenportionen bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein zuvor durchströmtes Hohlfasersegment an seinem Ausgang verschlossen wird, um das flüssige Elutionsmittel durch die Membran eines Hohlfasersegmentes zu leiten.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein bereits an seinem Ausgang verschlossenes Hohlfasersegment mit dem Säulenausgang verbunden wird, um das flüssige Elutionsmittel durch die Membran des Hohlfasersegmentes zu leiten.
  6. Vorrichtung zum selektiven Sammeln und Konzentrieren eluierter Substanzen bei der Säulenchromatographie, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein einseitig verschlossenes oder einseitig verschließbares Hohlfasersegment mit semipermeabler Membran umfasst.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am offenen Ende des Hohlfasersegmentes ein Anschlussstück zur Herstellung einer dichten und lösbaren Steck- oder Schraubverbindung zu einer Säule, einem Schlauch, einer Kapillare oder dergleichen befestigt ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlfasersegment eine für Wasser durchlässige Membran besitzt und an seinem verschlossenen oder verschließbaren Ende durch eine gasdurchlässige, für Wasser und wässrige Lösungen undurchlässige poröse Trennschicht abgeschlossen wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gasdurchlässige hydrophobe poröse Trennschicht die Form einer Kapillarwand besitzt und konzentrisch im Lumen des Hohlfasersegmentes angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussstück oder der gasdurchlässige Verschluss einen Adapter zum Einleiten von Gas in das Lumen des Hohlfasersegmentes besitzt.
  11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in eine Apparatur zum Parallelbetrieb mehrerer Chromatographiesäulen und mehrere Hohlfasersegmente integriert ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Halterung für die Säulen mit zwei Abflusskanälen umfasst und einer dieser Abflusskanäle in einer bestimmten Position der Säule mit einem einseitig verschlossenen Hohlfasersegment verbunden ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bett jeder Chromatographie-Säule durch eine feinporige flüssigkeitsgesättigte Schicht abgeschlossen wird, die das Eindringen von Gas in das Bett bei der für den Strom des Elutionsmittels erforderlichen Druckdifferenz verhindert, und in die Säule über dem Bett ein Raum zum Auftragen der Probe oder des Laufmittels vorgesehen ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder zahlreiche Hohlfasersegmente an einen Mehrkanal-Verteilungsschalter angeschlossen sind und letzterer in jeder Stellung jeweils ein Hohlfasersegment mit der chromatographischen Fließstrecke verbindet.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrkanal-Verteilungsschalter durch ein Zeitprogramm oder Detektorsignale automatisch schaltbar ist.
  16. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hohlfasersegment sich in einem Fließkanal befindet.
  17. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15 zum Sammeln und Konzentrieren chromatographisch getrennter Proben im Mikro- und Halbmikromaßstab.
  18. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15 zur Probenvorbereitung in der Analytik.
  19. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einer Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 15 zur Reinigung von DNA aus Rohextrakten.
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