DE102005034327B3 - Device, useful for affinity separation, comprises non-magnetic separator container with space, fluid inlet and outlet, separation matrix for magnetizable particle in the space, magnetic field on the matrix and a rolling tool for pouring - Google Patents

Device, useful for affinity separation, comprises non-magnetic separator container with space, fluid inlet and outlet, separation matrix for magnetizable particle in the space, magnetic field on the matrix and a rolling tool for pouring Download PDF

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Abstract

Device, for affinity separation by means of magnetic particles, comprises a non-magnetic separator container (1) with a space (9), at least one fluid inlet and outlet, a separation matrix for magnetizable particle in the space, a magnetic field (3) on the matrix and a tool for rolling the pouring, where the matrix comprises a pouring (2) from homogeneous magnetizable molded articles and the tool comprises a tilting- and/or a slewable device for the space.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Affinitätsseparation mittels magnetischer Mikrosorbentien insbesondere in biologischen Suspensionen gemäß des ersten Patentanpruchs.The The invention relates to a device for affinity separation by means of magnetic Microsorbents, in particular in biological suspensions according to the first Patentanpruchs.

Derartige Vorrichtungen dienen der selektiven Separation von suspendierten oder gelösten Substanzen, z.B. Proteine aus einer Lösung. Dabei werden in die Suspension zusätzlich magnetische Mikropartikel (Mikrosorbentien) eingemischt, die eine selektive Affinität zu einer oder mehreren der vorgenannten Substanzen aufweisen und diese an sich binden. Nach der Anbindung werden die Mikrosorbentien mit den selektiv gebundenen Substanzen in einem Magnetfeld abgeschieden. Abschließend erfolgen Wasch- und Elutionsschritte, die die gebundene Substanz in gereinigter und oftmals auf konzentrierter Form freisetzen.such Devices are used for the selective separation of suspended or dissolved substances, e.g. Proteins from a solution. In addition, magnetic microparticles are added to the suspension (Microsorbents) which has a selective affinity to a or more of the aforementioned substances and these on bind. After the connection, the microsorbents with the selectively bound substances deposited in a magnetic field. Finally Washing and elution steps take place which bind the bound substance in purified and often in concentrated form release.

Stand der Technik der Bioproduktaufarbeitung ist in der Regel eine Adsorptionschromatographie in einer Chromatogaphiesäule. Dies setzt jedoch eine vollständige Entfernung aller suspendierter Feststoffanteile aus der Suspension voraus, so dass der Chromatographie Fällungs-, Zentrifugations- und oftmals auch Mikrofiltrationsstufen voraus gehen. Obwohl sich hierdurch in der Regel partikelfreie Lösungen gewinnen lassen, führt diese vielstufige Vorgehensweise zu langen Prozesszeiten sowie zu einer Reduzierung der Produktausbeute.was standing The technique of bioproduct processing is usually an adsorption chromatography in a chromatographic column. However, this sets a complete Removal of all suspended solids from the suspension advance, allowing the chromatography precipitation, centrifugation and often also precede microfiltration stages. Although this causes usually particle-free solutions win, leads this multi-step approach to long process times as well a reduction of the product yield.

Eine Reduzierung der Anzahl der Aufarbeitungsschritte bietet nun das Potential den hohen Anteil der Aufarbeitungskosten an den Gesamtkosten eines Bioprozesses zu senken. Die Senkung des Anteils der Aufarbeitungskosten könnte dabei durch geringere Investitionskosten sowie durch eine Erhöhung der Produktausbeute bewirkt werden.A Reduction of the number of processing steps now offers this Potential the high proportion of refurbishment costs to the total cost of a To reduce bioprocessing. The reduction of the share of refurbishment costs could thereby by lower investment costs as well as by an increase of the Product yield can be effected.

Eine Möglichkeit zur Reduzierung der Anzahl der Aufarbeitungsschritte bietet die direkte und selektive Abtrennung von Bioprodukten aus Zellsuspensionen, Zellkulturen und Zellaufschlüs sen, z.B. mit Hilfe spezieller Affinitätsmatrices, immobilisierter Antikörper oder Rezeptoren. Die hierfür im Labor- bzw. industriellem Maßstab untersuchten Verfahren wie "Fluid-bed"-Adsorption, EBA (expanded bed adsorption) und "Aqueous Two Phase"-Extraktion konnten bisher keine breite Akzeptanz finden, so dass von Seiten der Bioindustrie ein starker Bedarf nach einem robusten Verfahren für eine direkte, primäre Bioproduktaufreinigung besteht.A possibility to reduce the number of processing steps offers the direct and selective separation of bioproducts from cell suspensions, Cell cultures and cell digestions, e.g. using special affinity matrices, immobilized antibody or receptors. The one for this on a laboratory or industrial scale investigated methods such as "fluid-bed" adsorption, EBA (expanded bed adsorption) and "Aqueous Two Phase "extraction could not find broad acceptance so far, so that from sides The bio-industry has a strong need for a robust process for one direct, primary Bioproduct purification exists.

Ein interessanter Ansatz zur direkten, primären Bioproduktaufreinigung ist der Einsatz magnetischer Mikrosorbentien in Kombination mit geeigneter Magnettechnologie. Im Bereich der Bioanalytik und der medizinischen Diagnostik werden dabei magnetische Mikropartikeln (Mikrosorbentien, Magnetbeads) bereits seit längerem erfolgreich für die Isolierung von z.B. Nukleinsäuren bzw. Proteinen angewandt [1, 2, 3]. Dabei werden in einem ersten Schritt magnetische Partikel (Beads) in einen Behälter (z.B. Rührgefäß) mit der die Substanzen enthaltenden Suspension in Kontakt gebracht. Anschließend werden die beladenen magnetischen Partikel durch Anlegen eines Magnetfeldes an eine Wandungsfläche im Behälter gezogen und festgehalten. In einem folgenden Schritt wird die Restsuspension bei anliegendem Magnetfeld, d.h. ohne die festgehaltenen Partikel aus dem Gefäß entfernt und durch eine Spülflüssigkeit ersetzt. Nach Deaktivierung des Magnetfeldes erfolgt eine Suspendierung der Partikel in die Spüllösung, das Ausschleusen der verbrauchten Spüllösung sowie anschließend die Desorption bzw. Elution der Biosubstanz durch Resuspension der Partikel in einem Elutionspuffer. Abschließend wird der Elutionspuffer zusammen mit der Biosubstanz ausgeschleust, während die Magnetbeads erneut bei eingelegtem Magnetfeld zurückgehalten werden.One Interesting approach to direct, primary bioproduct purification is the use of magnetic micro sorbents in combination with suitable magnetic technology. In the field of bioanalytics and the Medical diagnostics become magnetic microparticles (Microsorbents, Magnetbeads) have long been successful for the isolation of e.g. nucleic acids or proteins applied [1, 2, 3]. It will be in a first Step magnetic particles (beads) into a container (e.g., mixing vessel) with the brought the substance containing suspension in contact. Then be the loaded magnetic particles by applying a magnetic field to a wall surface in container pulled and held. In a next step, the rest of the suspension with applied magnetic field, i. without the trapped particles removed from the vessel and by a rinsing liquid replaced. After deactivation of the magnetic field, a suspension takes place the particle into the rinse solution, the Removal of spent rinse solution as well subsequently the desorption or elution of the biosubstance by resuspension of Particles in an elution buffer. Finally, the elution buffer discharged together with the biosubstance, while the magnetic beads again withheld magnetic field become.

Während die spezifische Bindung gelöster Stoffe, insbesondere Biomoleküle, an Magnetbeads sowie die Reagenzien für die anschließenden Spül- und Elutionsschritte grundsätzlich auf den technischen Maßstab übertragbar sind, lässt sich eine Abtrennung magnetischer Mikropartikel mit Durchmessern von ca. 1 μm im Pilot- oder technischen Maßstab sicherlich nicht über das einfache Anbringen eines Permanentmagnets an die Außenwand eines Rührgefäßes bewerkstelligen. Während sich aufgrund der geringen Partikelgröße auch magnetische Trommelseparatoren für solche Abtrennungen nicht eignen, ist die Anwendbarkeit sogenannter Hochgradienten-Magnetseparatoren zur industriellen Abtrennung magnetischer Mikropartikel aus der Erzaufbereitung und der Umwelttechnologie bekannt [4, 5].While the specific binding of solutes, especially biomolecules, on Magnetbeads and the reagents for the subsequent rinsing and elution steps in principle transferable to the technical scale are, lets a separation of magnetic microparticles with diameters of approx. 1 μm on a pilot or technical scale certainly not over the simple attachment of a permanent magnet to the outer wall a stirrer accomplish. While due to the small particle size and magnetic drum separators for such Separations are not suitable, is the applicability of so-called high gradient magnetic separators for the industrial separation of magnetic microparticles from the Mineral processing and environmental technology [4, 5].

Die prinzipielle Eignung von Hochgradienten-Magnetseparatoren für die Abtrennung magnetischer Mikropartikel auch im Rahmen einer Bioproduktaufbereitung wurde bereits mehrfach demonstriert [3, 6]. Neben dem eigentlichen Hochgradienten-Magnetseparations-System (HGMS-System) fällt dabei insbesondere die Realisierung eines Kreislaufes mit Leitungen und Ventilen auf, in dem die Magnetbead-Suspension umgepumpt werden kann. Die notwendigen Spül- und Elutionsschritte können nämlich nur in einem suspendierten und nicht agglomerierten oder gebundenen Zustand der Partikel effizient ablaufen. Folglich müssen die Partikel im Rahmen des Gesamtverfahrens vielfach nach der Abtrennung im Magnetseparator aus diesem mittels einer Wasch- oder Elutionslösung wieder ausgespült und effektiv deagglomeriert werden. Anschließend wird die Suspension wieder durch den Magnetseparator gepumpt und hierdurch von den Partikeln befreit. Bei dem dargestellten Aufbau erfolgen die Wasch- und Elutionsschritte innerhalb eines Kreislaufs. Dabei zeigte sich aber, dass eine unzureichende Rückspülung der Partikel aus dem Separator ein schwerwiegendes Problem des Verfahrens darstellt. Während die Rückspülung im Falle reiner Partikelmodelllösung noch mit Effizienzen von über 90 % möglich ist, führt die Anwesenheit realer Biosuspensionen oftmals zu Rückspüleffizienzen unterhalb ca. 70 %. Grund hierfür ist eine durch die biologischen Substanzen verstärkte Adhäsionsneigung der Partikel an der Abscheidematrix sowie der Partikel untereinander (Agglomerate). Als Abhilfe wurden verschiedene Möglichkeiten der Verbesserung wie z.B. Ultraschall oder mechanische Erschütterungen erprobt, die jedoch nur teilweise Abhilfe brachten. Zudem verbleibt auch nach der Ablösung der Partikel aus der Separatormatrix oftmals das Problem einer Agglomeration der μm-Partikel.The general suitability of high-gradient magnetic separators for the separation of magnetic microparticles, also in the context of bioproduct processing, has already been demonstrated several times [3, 6]. In addition to the actual high-gradient magnetic separation system (HGMS system) in particular the realization of a circuit with lines and valves falls on, in which the magnetic bead suspension can be pumped. Namely, the necessary rinsing and elution steps can be carried out efficiently only in a suspended and non-agglomerated or bound state of the particles. Consequently, in the course of the overall process, the particles often have to be rinsed out again after separation in the magnetic separator and effectively deagglomerated by means of a washing or eluting solution. Subsequently, the suspension is again through the Magnetsepa Pumped pumped and thereby freed from the particles. In the illustrated construction, the washing and elution steps occur within a cycle. However, it was found that insufficient backwashing of the particles from the separator is a serious problem of the process. While backwashing in the case of pure particle model solution is still possible with efficiencies of over 90%, the presence of real biosuspensions often leads to backwashing efficiencies below about 70%. The reason for this is a tendency of the particles to adhere to the deposition matrix and the particles to one another (agglomerates) due to the biological substances. As a remedy, various ways of improving such as ultrasound or mechanical shocks were tested, but only partially remedied. In addition, the problem of agglomeration of the micron particles often remains even after the separation of the particles from the separator matrix.

Als Abscheidematrix wird gewöhnlich ein Drahtnetzgewebe eingesetzt.When Deposition matrix becomes ordinary a wire mesh used.

Ferner wird in [8] und [9] eine Abscheidematrix mit einer Kugelpackung aus sehr kleinen, beschichteten Kugeln zur Abtrennung magnetisch markierter Zellen bzw. Biomoleküle vorgeschlagen.Further in [8] and [9] a deposition matrix with a spherical packing is created made of very small, coated spheres for separation magnetic labeled cells or biomolecules proposed.

Eine Maßnahme zur Verbesserung der Partikelrückspülung aus einer Kugelschüttung als Abscheidematrix wird in der [7] beschrieben. Es handelt sich um einen Karussell-Magnetseparator, dessen ringförmige Abscheidematrix durch eine Kugelschüttung gebildet wird. Zur Reinigung der Matrix wird kontinuierlich ein geringer Teil der Kugeln über eine Auslassöffnung abgezogen, extern gewaschen und über ein Förderband wieder zurück in das Matrixgehäuse gebracht.A measure to improve the particle backwashing a ball bed as a deposition matrix is described in [7]. It is about around a carousel magnetic separator whose annular deposition matrix by a ballast is formed. To clean the matrix is a continuous small part of the balls over an outlet opening stripped, externally washed and over conveyor belt back again brought into the matrix housing.

Diese externe Waschung ist jedoch aufwendig und im Falle der Notwendigkeit einer raschen Rückspülung der gesamten Matrix nicht praktikabel. Zudem gewährleistet die beschriebene Kugelwanderung durch einen Siebboden keine effektive Deagglomerierung der abgespülten Partikelagglomerate. Zweck der in [7] beschriebenen Vorrichtung ist allein die Reinigung der Kugeln und nicht die Deagglomeration von Partikelverbänden.These external washing, however, is expensive and in case of necessity a quick backwash the entire matrix impractical. In addition, the described guarantees Ball migration through a sieve bottom no effective deagglomeration the rinsed off Particle agglomerates. Purpose of the device described in [7] it's just cleaning the balls and not the deagglomeration of particle dressings.

In den vorgenannten Abscheidematrices erfolgt das Ablösen der abgeschiedenen Partikel von den Abscheideelementen (Kugeln) mittels einer Durchströmung bzw. eines Absprühens der Kugelpackung Ausgehend davon liegt die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die die Handhabung magnetischer Mikrosorbentien für Trennungen im präperativen und technischen Maßstab einfacher und effizienter realisiert, und zwar im be sonderen Maße auch speziell für eine Verwendung für Suspensionen mit biologischen Substanzen mit grundsätzlich verstärkter Adhäsionsneigung.In the abovementioned Abscheidematrices the detachment of the separated particles from the separation elements (balls) by means of a flow or a spray the ball packing Based on this, the object of the invention to propose a device that can handle magnetic Microsorbents for Separations in the preperative and technical scale easier and implemented more efficiently, and to a lesser extent also especially for a use for Suspensions with biological substances with basically increased adhesion tendency.

Die Vorrichtung sollte dabei sowohl die Abtrennung als auch insbesondere die effektive Resuspendierung der magnetischen Mikropartikeln ermöglichen, und zwar ohne aufwendige Kreislaufführungen und Ventilschaltungen.The Device should be both the separation and in particular enable the effective resuspension of the magnetic microparticles, and without complex circuits and valve circuits.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung wieder.The Task is performed by a device with the characteristics of the first Patent claim solved. The under claims give advantageous embodiments the device again.

Die Vorrichtung umfasst einen unmagnetischen Separatorbehälter mit einem Separationsraum mit mindestens einen Fluideinlass und mindestens einen Fluidauslass, einer Abscheidungsmatrix für magnetisierbare Partikel im Separationsraum, umfassend einer Schüttung aus gleichartigen magnetisierbaren Formkörpern sowie ein auf die Abscheidungsmatrix wirkendes magnetisches Feld. Der Separationsraum ist vorzugsweise länglich geformt, weist zwei Enden auf, wobei er an seinem beiden Enden vorzugsweise jeweils durch eine unmagnetische fluiddurchlässige Wand als Fluideinlass bzw. Fluidauslass begrenzt ist. Das Magnetfeld ist durch geeignete Mittel wie z.B. eine Prozesssteuerung oder einen Schalter aktivier- und deaktivierbar, beispielsweise durch eine Entfernung von Dauermagneten oder durch Abschaltung von Elektromagneten.The Device comprises a non-magnetic separator with a separation space having at least one fluid inlet and at least one Fluid outlet, a deposition matrix for magnetizable particles in the separation space, comprising a bed of similar magnetizable moldings and a magnetic field acting on the deposition matrix. The separation space is preferably oblong, has two Ends on, preferably at both ends by a non-magnetic fluid-permeable wall as a fluid inlet or fluid outlet is limited. The magnetic field is suitable Agents such as e.g. activate a process control or a switch and deactivatable, for example by removal of permanent magnets or by switching off electromagnets.

In die durch den Separationsraum durchzuleitende und selektiv abzureinigende Suspension sind die vorgenannten magnetischen Partikel als Mikrosorbentien einsuspendiert. Vorzugsweise weisen diese Partikel eine für bestimmte herauszufilternde Substanzen hohe Affinität auf, sodass sich diese bevorzugt, d.h. selektiv an den Partikel anheften oder anbinden. Dies kann beispielsweise auch durch eine bestimmte Konfektionierung der Mikrosorbentien erfolgen, wie z.B. über eine Funktionalisierung der Oberfläche (z.B. Aktivierung).In the through the separation space durchzuseitende and selectively cleaned off Suspension are the aforementioned magnetic particles as micro sorbents then suspended. Preferably, these particles have one for certain substances to be filtered out have high affinity, so that they are preferred, i.e. selectively attach or attach to the particle. This can for example, by a specific assembly of microsorbents take place, e.g. above functionalization of the surface (e.g., activation).

Die fluiddurchlässigen Wände sind durchlässig für alle möglichen zu behandelnden Fluide, d.h. Flüssigkeiten, Suspensionen, Aerosole aber auch Partikelströme wie Stäube ohne flüssige Phasen, jedoch nicht durchlässig für die Formkörper, die als Schüttung die Abscheidungsmatrix bilden. Vorzugsweise weisen die Wände Durchbrüche (Löcher, Spalten etc.) auf, deren Querschnitte so bemessen sind, dass sie von den Formkörpern in jeder Projketionsrichtung nicht durchdringbar sind. Vorzugsweise weisen sie eine Weite auf, die den jeweils kleinsten Querschnittsabmessungen deutlich unterschreitet.The fluid pervious Walls are permeable for all potential fluids to be treated, i. Liquids, Suspensions, aerosols but also particle streams such as dusts without liquid phases, but not permeable for the Moldings, the as a batch form the deposition matrix. Preferably, the walls have openings (holes, gaps etc.), whose cross-sections are dimensioned so that they from the moldings are not permeable in any Projketionsrichtung. Preferably they have a width, which is the smallest cross-sectional dimensions clearly below.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung umfasst Mittel zum Umwälzen der Schüttung im Separationsbehalter. Die Umwälzung bewirkt ein Aneinanderreiben der Formkörper untereinander und an der Separationsraumwandung und damit eine besonders effiziente Möglichkeit der Abtrennung der magnetisierbaren Partikel von den Formkörperoberflächen sowie der Deagglomerierung der abgelösten Partikelverbände. Die Abtrennung ist dann besonders wirksam, wenn die Formkörper jeweils eine vollständig nach außen gerichtete Formkörperoberfläche aufweisen, die für die jeweils anderen Formkörper bei einer Umwälzung als Reibeflächen zugänglich sind. Die Formkörper weisen daher bevorzugt auch keine Poren, Durchbrüche, Löcher, tiefere Mulden, Oberflächenrauhigkeiten oder sonstige Vertiefungen oder Hinterschnitte auf.An essential feature of the invention um includes means for circulating the bed in the separation tank. The circulation causes rubbing of the moldings with each other and on the Separationsraumwandung and thus a particularly efficient way of separating the magnetizable particles from the mold body surfaces and the deagglomeration of the detached particle dressings. The separation is particularly effective when the moldings each have a completely outwardly directed molding surface, which are accessible to the other moldings in a circulation as Reibeflächen. The shaped bodies therefore preferably also have no pores, openings, holes, deeper depressions, surface roughness or other depressions or undercuts.

Vorzugsweise nimmt die Schüttung, umfassend die Formkörper und die Zwischenräume zwischen den Formkörpern, für eine bessere Umwälzbarkeit nicht das gesamte Separationsraumvolumen ein, sondern maximal 95 %, bevorzugt zwischen 20 und 70 %, weiter bevorzugt zwischen 25 und 50 %.Preferably takes the fill, comprising the shaped bodies and the spaces between between the moldings, for one better recyclability not the entire Separationsraumvolumen, but a maximum of 95 %, preferably between 20 and 70%, more preferably between 25 and 50%.

Die Vorrichtung eignet sich daher im besonderem Maße für eine Verwendung zur Affinitätsseparation von biologischen Substanzen mittels magnetischer Mikrosorbentien in realen Biosuspensionen. Allein durch die mechanische und damit besonders effiziente Ab reinigung der aneinander reibenden Formkörper erhöht sich nämlich die Rückspüleffizienzen von unterhalb ca. 70 % (vgl. Stand der Technik in Verbindung mit biologischen Substanzen) auf über 95 %, und zwar trotz der vorgenannten verstärkten Adhäsionsneigung von Partiklen in Anwesenheit von biologischen Substanzen.The Device is therefore particularly suitable for use for affinity separation of biological substances by means of magnetic micro sorbents in real biosuspensions. Alone through the mechanical and thus particularly efficient cleaning of the abrading moldings increases namely the backwash efficiencies below about 70% (cf state of the art in connection with biological substances) to more than 95 %, despite the aforementioned increased adhesion tendency of particulate matter in the presence of biological substances.

Die Schüttung muss für ein Fluid (insbes. für die Suspension und die Spülflüssigkeit) gut durchströmbar sein, d.h. die Formkörper dürfen nur einen bestimmten Volumenanteil in der Schüttung einnehmen. Vorzugweise sind die Formkörperflächen nicht eben, sondern weisen eine in Bezug auf den Formkörper nach außen gerichtete Wölbung auf.The fill must for a fluid (esp. For the Suspension and the rinsing liquid) good flow through be, i. the moldings allowed to occupy only a certain volume fraction in the bed. preferably, are the molding surfaces not flat, but have an outwardly directed with respect to the shaped body bulge on.

Vorzugsweise sind die Formkörper insbesondere in Hinblick auf die vorgenannten Umwälzungen Kugeln aus einem magnetisierbaren Material, wobei die Formkörperoberfläche vorzugsweise gehärtet ist oder vorzugsweise eine Verschleißschutzschicht und eine allgemein geringe Benetzbarkeit und geringe Affinität zu der hindurch zu leitenden Suspension, insbesondere der darin enthaltenden Substanzen aufweist.Preferably are the moldings in particular with regard to the aforementioned upheavals Balls of a magnetizable material, wherein the molding surface preferably hardened is or preferably a wear protection layer and a general low wettability and low affinity for the suspension to be passed through, especially the substances contained therein.

Die Verwendung von Kugeln als Formkörper für eine Schüttung, die als Abscheidematrix im Rahmen der Erfindung einsetzbar ist, ist aus den vorgenannten Gründen der Schüttungsdurchströmbarkeit und speziell der Abreinigbarkeit besonders vorteilhaft.The Use of spheres as a shaped body for a bed, the can be used as a deposition matrix in the invention is for the reasons mentioned above the bulk flowability and especially the cleanability particularly advantageous.

Die Vorrichtung weist einen Betriebszustand mit aktivierten Magnetfeld und einen Abreinigungszustand vorzugsweise, aber nicht absolut notwendig, mit deaktivierten Magnetfeld auf.The Device has an operating state with activated magnetic field and a cleaning condition preferably, but not absolutely necessary, with deactivated magnetic field.

Im laufenden Betrieb (Betriebszustand) erfolgt eine Beaufschlagung der Formkörper durch das anliegende magnetische Feld, wobei der Separationsraum mit der Schüttung von dem abzureinigenden Fluid mit den magnetischen Partikeln durchströmt wird. In Folge dessen lagern sich die magnetischen Partikel mit den an diesen gebundenen Substanzen wie z.B. biologische Substanzen oder Moleküle an die Formkörperoberflächen.in the ongoing operation (operating state) is an admission the molded body by the applied magnetic field, wherein the separation space with the bed is traversed by the fluid to be cleaned with the magnetic particles. As a result, the magnetic particles attach themselves to them these bound substances, e.g. biological substances or molecules to the molding surfaces.

Die Abreinigung der Formkörperoberflächen im Abreinigungszustand geschieht in der vorgeschlagenen Vorrichtung durch Ablösung der Partikel in einem Spülfluid innerhalb des geschlossenen Separationsbehälters, d.h. ohne Durchströmung allein aufgrund der Relativgeschwindigkeit zwischen den frei beweglichen Abscheideelementen (Formkörper) und der Lösung infolge einer Umlagerung der Schüttung. Die Formkörper verlassen dabei den Separationsraum nicht. Dabei wird ein Spülfuid in den Separationsraum eingefüllt, wobei gleichzeitig die ursprüngliche Biosuspension verdrängt wird und die Partikel durch das Magnetfeld an den Formkörper festgehalten werden. Anschließend erfolgen eine Schließung der Ventile (Fluideinlass und Fluidauslass) zum Separationsraum sowie eine Deaktivierung des Magnetfeldes. Durch die vorgenannten Mittel eine Umwälzung der Formkörper werden die an den Formkörpern anhaftenden magnetischen Partikel samt der gebundenen Substanzen von den Formkörperoberflächen abgeschert und von dem Spülfluid aufgenommen. Zusätzlich erfolgt das Aufbrechen abgelöster Partikelverbände aufgrund der zahllosen Kugelkollisionen während der Umwälzung, vergleichbar dem Prinzip einer Kugelmühle. Anschließend erfolgt eine Ableitung des Spülfluids, wobei das magnetische Feld im Bereich der Schüttung zuvor wieder zur Partikelrückhaltung aktiviert wurde.The Cleaning of the molding surfaces in Cleaning condition happens in the proposed device by replacement the particle in a flushing fluid within the closed separation vessel, i. without flow alone due to the relative speed between the freely moving Separation elements (shaped bodies) and the solution due to a rearrangement of the bed. The moldings do not leave the separation room. This is a Spülfuid in filled the separation space, where at the same time the original Biosuspension displaced is and the particles held by the magnetic field to the molding become. Subsequently a closure of the Valves (fluid inlet and fluid outlet) to the separation chamber and a deactivation of the magnetic field. By the aforementioned means a revolution the molded body become the on the moldings adhering magnetic particles together with the bound substances sheared off from the mold body surfaces and the rinse fluid added. additionally the breakup occurs detached particles associations due to the countless ball collisions during the circulation, comparable to Principle of a ball mill. Subsequently there is a derivative of the flushing fluid, the magnetic field in the area of the bed previously again for particle retention has been activated.

Dieselbe Vorgehensweise wie für das Spülfluid wird mit einem Elutionsfluid wiederholt, um ein gewünschtes Protein (Zielprotein) von den Partikeln zu desorbieren und damit in geeigneter Form zu gewinnen.the same Procedure as for the rinse fluid is repeated with an elution fluid to give a desired Desorb protein (target protein) from the particles and thus to win in a suitable form.

Die Mittel zur Umwälzung der Schüttung umfassen Einrichtungen, die eine Relativbewegung der Formkörper zueinander und zu den Separationsrauminnenwandungen bewirken.The Means of upheaval the bed include means for relative movement of the moldings to each other and cause the Separationsrauminnenwandungen.

Die einfachste Variante für diese Mittel geht von einem Kipp- und/oder einer Drehvorrichtung für den gesamten Separationsraum aus, wobei optional an den Separationsrauminnenwandungen ange brachte Mischschaufeln eine Umwälzung beschleunigen. Die Umwälzung der Schüttung erfolgt zum maßgeblichen Teil allein durch eine veränderte Ausrichtung der Schüttung zur Richtung der Schwerkraft. Vorraussetzung für eine wirksame Umwälzung ist ein vergleichsweise geringer Volumenanteil der Schüttung im Separationsraumvolumen, vorzugsweise zwischen 10 und 60 %, bevorzugt zwischen 20 oder 25 und 50 %, während der verbleibende leere Volumenanteil im Separationsvolumen als Ausweichraum für die Schüttung dient. Ist dieser zu klein, d.h. der Separationsraum zu über 70 % mit Formkörpern bzw. der Schüttung gefüllt und damit zu voll, behindern sich die Formkörper in ihren Einzelbewegungen zunehmend und damit auch die Umwälzungseffizienz. Ferner reduziert sich dabei auch die Gleitreibungsaktivität der Formkörper gegeneinander und damit auch die Abreinigungseffizienz.The simplest variant for these means is based on a tilting and / or a rotating device for the entire separation space, optionally at the Separationsrauminnenwandungen attached mixing blades accelerate a circulation. The circulation of the bed is made to the relevant part solely by a change in the orientation of the bed to the direction of gravity. A prerequisite for an effective circulation is a comparatively small volume fraction of the bed in the separation chamber volume, preferably between 10 and 60%, preferably between 20 or 25 and 50%, while the remaining empty volume fraction in the separation volume serves as an escape space for the bed. If this is too small, ie the separation space filled to over 70% with moldings or the bed and thus too full, the moldings impede increasingly in their individual movements and thus the Umwälzungseffizienz. In addition, the sliding friction activity of the molded bodies also reduces against each other and thus also the cleaning efficiency.

Alternativ umfassen die vorgenannten Mittel zur Umwälzung der Schüttung mindestens zwei Komponenten im Separationsraum, die eine Relativbewegung zueinander durchführen. Dabei kann mindestens eine dieser Komponenten durch die Separationsraumwandung gebildet werden. Durch diese Maßnahmen erfolgt die Umwälzung aktiv durch die vorgenannte Relativbewegung, wobei durch die Komponenten eine Verschiebung auf die Formkörper der Schüttung übertragen wird und der vorgenannte Einfluss der Schwerkraft allenfalls eine untergeordnete Rolle spielt. Die Bedeutung des vorgenannten schüttungsfreien Ausweichraum für die Formkörper im Separationsraum ist für eine hohe Umwälzungseffizienz nicht mehr so maßgeblich. Folglich kann auch der Volumenanteil der Schüttung im Separationsvolumen zwischen 10 oder 20 % und vorzugsweise 50 %, 60 %, 70 % oder 80 % eingestellt werden. Die Mittel umfassen bevorzugt ein drehbares Rührelement oder eine Förderschnecke im Separationsraum.alternative The abovementioned means for circulating the bed at least comprise two components in the separation space, which move relative to each other carry out. In this case, at least one of these components through the Separationsraumwandung be formed. Through these measures the circulation takes place active by the aforementioned relative movement, whereby by the components a shift to the moldings of the Transferred bed and the aforementioned influence of gravity at most one plays a minor role. The meaning of the aforementioned bulk-free Alternative space for the moldings in Separation room is for a high circulation efficiency not so relevant anymore. Consequently, the volume fraction of the bed in the separation volume between 10 or 20% and preferably 50%, 60%, 70% or 80 % can be set. The means preferably comprise a rotatable Stirring element or a screw conveyor in the separation room.

Die genannten Obergrenzen des Volumenanteils sind bevorzugt dann möglich, wenn die Formkörper Kugeln sind.The mentioned upper limits of the volume fraction are preferably possible if the moldings Balls are.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und den folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigenThe Invention is based on embodiments and the following figures explained. Show it

1 eine prinzipielle Seitenansicht einer manuell bedienbaren ersten Ausführungsform z.B. mit Elektromagneten, 1 a schematic side view of a manually operable first embodiment, for example with electromagnets,

2 eine Aufsicht einer auf Permanentmagneten beruhenden Ausführungsform mit einer schematischen Darstellung einer mechanischen Umwälzvorrichtung sowie 2 a plan view of a permanent magnet based embodiment with a schematic representation of a mechanical circulation device and

3 eine prinzipielle Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform. 3 a schematic perspective view of another embodiment.

1 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zur Affinitätsseparation. Der Separatorbehälter 1 besteht aus einem unmagnetischen Material, wie z.B. Kunststoff, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Separationsraum 9 mit einer Schüttung 2 an beiden Enden durch jeweils einen Deckel 4 hinsichtlich Flüssigkeitsaustritt abgedichtet werden kann. Der Separationsraum 9 ist an seinem oberen und unteren Ende jeweils durch ein unmagnetisches Lochblech 5 (fluiddurchlässige Wand) begrenzt, indem dieses z.B. zwischen dem Deckel 4 und dem Separatorbehälter 1 eingespannt wird. Das Lochblech ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abmaße der Löcher so gewählt werden, dass der Rückhalt von Formkörpern der Schüttung 2 (Abscheidungsmatrix) gewährleistet ist, jedoch Flüssigkeitsdurchtritt stattfinden kann. 1 shows a side view of a first embodiment of the device for affinity separation. The separator tank 1 consists of a non-magnetic material, such as plastic, and is characterized in that the elongated separation space 9 with a bed 2 at both ends by a lid 4 can be sealed with respect to liquid leakage. The separation room 9 is at its upper and lower end respectively by a non-magnetic perforated plate 5 (fluid-permeable wall) limited by this example between the lid 4 and the separator tank 1 is clamped. The perforated plate is characterized in that the dimensions of the holes are chosen so that the retention of moldings of the bed 2 (Deposition matrix) is ensured, however, liquid passage can take place.

Die Schüttung 2 selbst besteht aus einer Vielzahl gleichartiger weichmagnetischen Formkörper, z.B. Kugeln mit einem Durchmesser von 1–5 mm, wobei diese im Ausführungsbeispiel den Separationsraum 9 zu 10–50 % füllen.The bed 2 itself consists of a plurality of similar soft magnetic moldings, for example balls with a diameter of 1-5 mm, which in the embodiment, the separation space 9 to fill 10-50%.

Die Deckel 4 sind mit mindestens je einer Bohrung für den Fluideinlass und Fluidauslass (Zulauf bzw. Ablauf für den Separationsraum) versehen. Konstruktiv sind diese als Anschlussstutzen 6, 7 mit Ventilen 14, 15 auf den Deckeln aufgesetzt, sodass Fluide wie Flüssigkeiten oder Suspensionen in den Separatorbe hälter ein- und ausgeschleust werden können. Zusätzlich enthält der obere Deckel mindestens eine zweite Bohrung mit Auslassstutzen 8, der als Luftauslass zum Druckausgleich im Separator dient und ebenfalls über ein Ventil schließbar ist.The lids 4 are provided with at least one hole each for the fluid inlet and fluid outlet (inlet or outlet for the separation space). These are constructive as connecting pieces 6 . 7 with valves 14 . 15 placed on the lids, so that fluids such as liquids or suspensions in the Separatorbe container can be inserted and removed. In addition, the upper lid includes at least a second bore with outlet 8th , which serves as an air outlet for pressure equalization in the separator and can also be closed by a valve.

Der Separatorbehälter 1 befindet sich während des Betriebszustands in aufrechter Position mit dem mit der Schüttung 2 gefüllten Behälterabschnitt im Bereich eines Magnetfelds 3, z.B. innerhalb einer Spule eines Elektromagneten, eines supraleitenden Magneten oder zwischen den Polen eines Permanentmagnetens.The separator tank 1 is in upright position with the bed during operation 2 filled container portion in the region of a magnetic field 3 , eg within a coil of an electromagnet, a superconducting magnet or between the poles of a permanent magnet.

Zum Betrieb (Betriebszustand) wird zunächst ein Equilibirierungspuffer, z.B. ein Proteinbindepuffer in den Separationsraum 9 eingefüllt. Ist dieser vollständig gefüllt, wird das Luftventil am Auslassstutzen 8 geschlossen, und dem Separator die Biorohsuspension mit den magnetischen Partikeln, die mit dem Zielprodukt über Affinitätsliganden beladen sind, zugeführt, während über das untere Ventil der Equilibirierungspuffer über eine Pumpe ausgeschleust wird. Hierbei ist das Magnetfeld eingeschaltet, sodass die magnetischen Partikel innerhalb der Schüttung zurückgehalten werden. Nachdem die ursprünglich im Separationsraum 9 vorliegende Flüssigkeit durch (z.B. Bioroh-) Suspension verdrängt ist, kann solange noch weitere Biorohsuspension mit magnetischen Partikeln zugeführt werden bis die Partikelaufnahmekapazität der Schüttung nahezu erschöpft ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Separationsprozess gestoppt und anschließend die noch innerhalb des Separationsraums befindliche Biorohsuspension aus dem unteren Ventil 15 ausgeschleust, während über das obere Ventil 14 gleichzeitig Waschpuffer (Spülflüssigkeit) eingeschleust wird.For operation (operating state) is first an equilibration buffer, for example a protein binding buffer in the separation space 9 filled. If this is completely filled, the air valve is at the outlet 8th closed and fed to the separator, the Biorohsuspension with the magnetic particles, which are loaded with the target product on affinity ligands, while discharged via the lower valve of Equilibirierungspuffer via a pump. Here, the magnetic field is turned on, so that the magnetic particles are retained within the bed. After the original in the separation room 9 present fluids is replaced by (eg Bioroh-) suspension, as long as still Biorohsuspension can be supplied with magnetic particles until the particle absorption capacity of the bed is almost exhausted. At this point, the separation process is stopped and then the biorohine suspension still inside the separation chamber from the lower valve 15 discharged while over the upper valve 14 at the same time washing buffer (rinsing liquid) is introduced.

Danach werden der Fluidein- und -auslass über die Ventile 14 und 15 geschlossen und der Separator bei ausgeschaltetem Magnetfeld manuell oder durch eine Vorrichtung aus der Spule oder den Polschuhen 16 (vgl. 2) genommen.Thereafter, the fluid inlet and outlet via the valves 14 and 15 closed and the separator with the magnetic field switched off manually or by a device from the coil or the pole pieces 16 (see. 2 ).

Durch die Mittel 11 zum Umwälzen der Schüttung, wie z.B. durch die Rotation einer gelagerten Welle 10, die über eine unmagnetische Manschette 13 angeflanscht ist (vgl. 2), oder manuell wird die Schüttung umgelagert, indem der Separator mehrfach um 180° um seine Mittelachse durch Drehung 12 in der Vertikalen bewegt wird. Hierbei kommt es zu einer Verlagerung der die Schüttung bildenden Formkörper aufgrund der Schwerkraft und dadurch zu ihrer intensiven Durchmischung. Der gegenseitige Kontakt der Formkörper untereinander sowie mit dem Waschpuffer führt dabei zu einer effektiven Ablösung der abgeschiedenen magnetischen Partikel. Zu dem brechen die Abscheidekörper hierbei eventuelle Mikrosorbentien-Agglomerate auf und dienen gleichzeitig als Rührwerkzeuge um eine vollständige Resuspendierung der Partikel zu gewährleisten. Nach dieser Waschung wird der Separator erneut in die Spule oder zwischen die Polschuhe 16 gebracht und das Magnetfeld zur Rückhaltung der Magnetpartikel eingeschaltet. Durch Ersetzen der verbrauchten Spülflüssigkeit mit frischer Spülflüssigkeit bei gleichzeitigem Ausschleusen der verbrauchten Spülflüssigkeit wird der erste Waschschritt abgeschlossen.By the means 11 for circulating the bed, such as by the rotation of a stored shaft 10 that have a non-magnetic cuff 13 is flanged (cf. 2 ), or manually, the bed is rearranged by the separator several times by 180 ° about its central axis by rotation 12 is moved in the vertical. This results in a shift of the forming the body molding due to gravity and thereby to their intensive mixing. The mutual contact of the moldings with each other and with the washing buffer leads to an effective detachment of the deposited magnetic particles. In addition, the separation bodies break up any microsorbent agglomerates and at the same time serve as agitating tools to ensure complete resuspension of the particles. After this wash, the separator is re-inserted into the coil or between the pole pieces 16 brought and turned on the magnetic field to retain the magnetic particles. By replacing the used rinsing liquid with fresh rinsing liquid while simultaneously discharging the used rinsing liquid, the first washing step is completed.

Die vorgenannte Spülprozedur wird im Rahmen eines Aufreinigungsvorgangs vorzugsweise 1–2 mal wiederholt. Nach den 2–3 Waschungen (Spülvorgängen) wird die im Behälter verbliebene Spülflüssigkeit durch einen Elutionspuffer ersetzt, der das biologische Zielprodukt von den Magnetpartikeln löst. Weitere Elutionsschritte sind optional. Durch die abschließende Ausschleusung des Elutionspuffer liegt das Produkt in aufgereinigt und in praktisch feststofffreier Lösung vor.The the aforementioned rinsing procedure is preferably repeated 1-2 times as part of a purification process. After the 2-3 Washes (rinses) is those in the container remaining rinsing liquid replaced by an elution buffer containing the biological target product releases from the magnetic particles. Further Elution steps are optional. By the final discharge of the elution buffer, the product is purified and useful solids-free solution in front.

Eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung, dargestellt in 3, sieht eine motorisch angetriebene unmagnetische Förderschnecke 17 im Separatorraum vor. Die gegen den Separator abgedichtete Welle 18 der Förderschnecke 17 wird aus einem der Deckel (nicht explizit dargestellt, vgl. aber 1) herausgeführt. Für eine Partikelumlagerung sorgt in diesem Fall die axial orientierte Förderwirkung der Schnecke, so dass der Separator nicht mehr aus dem Magnetfeld herausgehoben werden muss. Zusätzlich sind eventuelle sehr feste Mikrosorbentien-Agglomerate unter Umständen einfacher aufzubrechen als durch eine bloße Positionsänderung/Drehung des Separators.An alternative embodiment of the device shown in FIG 3 , sees a motor-driven non-magnetic auger 17 in the separator room. The sealed against the separator shaft 18 the screw conveyor 17 is from one of the covers (not explicitly shown, but see 1 ) led out. For a particle transfer in this case provides the axially oriented conveying action of the screw so that the separator does not have to be lifted out of the magnetic field. In addition, any very solid microsorbent agglomerates may be easier to break up than by merely changing the position / rotation of the separator.

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11
SeparatorbehälterSeparator
22
Schüttungfill
33
Magnetfeldmagnetic field
44
Deckelcover
55
Lochblechperforated sheet
66
oberer Anschlussstutzenupper spigot
77
unterer Anschlussstutzenlower spigot
88th
Auslassstutzenoutlet
99
Separationsraumseparation chamber
1010
Manipulatormanipulator
1111
Mittelmedium
1212
Drehungrotation
1313
Manschettecuff
1414
obere Ventilupper Valve
1515
untere Ventillower Valve
1616
Polschuhpole
1717
FörderschneckeAuger
1818
Wellewave

Claims (12)

Vorrichtung zur Affinitätsseparation mittels magnetischer Partikel, umfassend a) einen unmagnetischen Separatorbehälter (1) mit einem Separationsraum (9) mit mindestens einen Fluideinlass und mindestens einen Fluidauslass, b) einer Abscheidungsmatrix für magnetisierbare Partikel im Separationsraum, umfassend einer Schüttung (2) aus gleichartigen magnetisierbaren Formkörpern, c) ein Magnetfeld (3) auf die Abscheidungsmatrix wirkend sowie d) Mittel (11) zum Umwälzen der Schüttung, wobei die Mittel eine Kipp- und/oder Schwenkvorrichtung für den Separationsraum umfassen.Magnetic particle affinity separation apparatus comprising a) a non-magnetic separator vessel ( 1 ) with a separation space ( 9 ) with at least one fluid inlet and at least one fluid outlet, b) a deposition matrix for magnetisable particles in the separation space, comprising a bed ( 2 ) of similar magnetizable moldings, c) a magnetic field ( 3 ) acting on the deposition matrix and d) means ( 11 ) for circulating the bed, wherein the means comprise a tilting and / or pivoting device for the separation space. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Formkörper Kugeln sind.Apparatus according to claim 1, wherein the shaped bodies are balls are. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Formkörper aus einem weichmagnetischen Eisenwerkstoff gefertigt sind.Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the shaped body of are made of a soft magnetic iron material. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper auf ihrer Formkörperoberfläche und/oder die Innenwandung des Separationsraums (9) gehärtet sind oder eine Verschleiß mindernde Beschichtung aufweisen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the shaped bodies on their molding surface and / or the inner wall of the separation space ( 9 ) or have a wear-reducing coating. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Partikel eine funktionelle Beschichtung zur Affinitätsseparation aufweisen.Device according to one of the preceding claims, wherein the particles have a functional coating for affinity separation exhibit. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Separationsraum länglich ist und zwei Enden aufweist, wobei der Separationsraum (9) an seinem beiden Enden jeweils durch eine unmagnetische fluiddurchlässige, aber für die Formkörper undurchlässige Wand (5) begrenzt ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the separation space is elongate and has two ends, wherein the separation space ( 9 ) at its two ends in each case by a non-magnetic fluid-permeable, but for the molding impermeable wall ( 5 ) is limited. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Wände durch Lochbleche mit Durchbrüchen gebildet sind, wobei die Durchbrüche in ihren Abmessungen kleiner als die Formkörper sind.Apparatus according to claim 6, wherein the walls pass through Perforated sheets with breakthroughs are formed, with the breakthroughs are smaller in size than the shaped bodies. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Schüttung im Separationsraum ein Volumenanteil zwischen 10 und 60 % einnimmt.Device according to one of the preceding claims, wherein the bed in the separation space occupies a volume fraction of between 10 and 60%. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Mittel mindestens zwei relativ zueinander bewegbare Komponenten im Separationsraum aufweisen.Device according to one of claims 1 to 8, wherein the means at least two relatively movable components in the separation space exhibit. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei mindestens eine Komponente durch die Separationsraumwandung gebildet wird.Apparatus according to claim 9, wherein at least one Component is formed by the Separationsraumwandung. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei mindestens eine Komponente durch ein drehbares Rührelement oder eine Förderschnecke im Separationsraum gebildet wird.Apparatus according to claim 9 or 10, wherein at least a component by a rotatable stirring element or a screw conveyor is formed in the separation space. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Schüttung im Separationsraum ein Volumenanteil zwischen 10 und 95 % einnimmtDevice according to one of claims 9 to 11, wherein the bed in the Separation space occupies a volume fraction of between 10 and 95%
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