DE102021108406A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Abtrennen von in einer Trägerflüssigkeit aufgenommenen Proteinen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Abtrennen von in einer Trägerflüssigkeit aufgenommenen Proteinen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen von in einer Trägerflüssigkeit aufgenommenen Proteinen mit einer der in Gravitationsrichtung angeordneten Unterseite und einer entgegen der Gravitationsrichtung angeordneten Oberseite, wobei die Trägerflüssigkeit mit einem in einem aufrecht angeordneten ersten Teilreaktor befindlichen granularen Adsorptionsmittel für die Proteine mittels eines Umfließen des Adsorptionsmittels durch die Trägerflüssigkeit in Kontakt bringbar ist, sodass das granulare Adsorptionsmittel Proteine aufnimmt und zeitweilig speichert, und das teilweise oder vollständig mit Proteinen gesättigte granulare Adsorptionsmittel mittels einer an der Oberseite und zwischen dem ersten Teilreaktor und dem zweiten Teilreaktor angeordneten ersten Pumpeinrichtung in einen zweiten Teilreaktor überführbar ist, sodass in dem zweiten Teilreaktor ein Abscheiden der Proteine aus dem granularen Adsorptionsmittel in eine Waschflüssigkeit ermöglicht ist, wobei die Trägerflüssigkeit an einem der Unterseite zugewandten Teilbereich des ersten Teilreaktors mittels einer ersten Zuführung in den ersten Teilreaktor einführbar ist, sodass der erste Teilreaktor vom granularen Adsorptionsmittel und der Trägerflüssigkeit im Gleichstrom entgegen der Gravitation von der Unterseite zur Oberseite durchströmbar ist, indem die Trägerflüssigkeit das granularem Adsorptionsmittel teilweise oder vollständig mit sich trägt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen von in einer Trägerflüssigkeit aufgenommenen Proteinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abtrennen von in einer Trägerflüssigkeit aufgenommenen Proteinen mit einer entsprechenden Vorrichtung gemäß Anspruch 9.
  • Bekannte Vorrichtungen sowie auch Verfahren zum Abtrennen von in einer Trägerflüssigkeit aufgenommenen Proteinen weisen häufig den Nachteil auf, dass ein entsprechendes Adsorptionsmittel nicht lange genug und/oder nicht intensiv genug mit einer entsprechenden Trägerflüssigkeit, welche die Proteine enthält, in Kontakt gebracht werden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Abtrennen von in einer Trägerflüssigkeit aufgenommenen Proteinen gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 beschrieben.
  • Dadurch, dass die Trägerflüssigkeit an der Unterseite des ersten Teilreaktors in den ersten Teilreaktor einbringbar oder einführbar ist, wird das granulare Adsorptionsmittel mit der Trägerflüssigkeit im Gleichstrom durch den ersten Teilreaktor geführt. Dabei wird das granulare Adsorptionsmittel von der Trägerflüssigkeit teilweise oder vollständig mit sich getragen. Insgesamt wird damit die Kontaktzeit zwischen granularem Adsorptionsmittel und der Trägerflüssigkeit erhöht und ein entsprechender Kontakt intensiviert, sodass eine größere Menge der Proteine in das Adsorptionsmittel übergeht. Das Adsorptionsmittel wird sodann in einen zweiten Teilreaktor überführt und entsprechend vom Adsorptionsmittel aufgenommene Proteine können dann mittels einer Waschflüssigkeit aus dem Adsorptionsmittel ausgewaschen werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist dabei der erste Teilreaktor und/oder der zweite Teilreaktor ein Wirbelschichtreaktor, wodurch zusätzlich eine Kotaktzeit und eine Kotaktintensität zwischen dem granularen Adsorptionsmittel und der Trägerflüssigkeit erhöht wird.
  • Durch ein Führen der Waschflüssigkeit und des granularen Adsorptionsmittels im Gegenstrom wird im Waschprozess eine Kotaktzeit noch zusätzlich erhöht, da das Adsorptionsmittel entlang der Gravitation durch das entgegen der Gravitation strömende flüssige Medium, nämlich die Waschflüssigkeit, fällt oder rieselt. Dabei wird das granulare Adsorptionsmittel ganz oder teilweise von der Waschflüssigkeit getragen und/oder sogar in einem schwebeartigen Gleichgewicht gehalten, sodass eine möglichst lange Kontaktzeit ermöglicht ist.
  • Insbesondere kann dabei der zweite Teilreaktor getrennte Reaktionsräume für ein Waschen, ein Eludieren und/oder ein Äquilibrieren aufweisen. Entsprechende verengte Übergangsquerschnitte steuern dabei den Übergang des granularen Adsorptionsmittels zwischen den entsprechenden Reaktionsräumen.
  • Sind im entsprechenden zweiten Teilreaktion und/oder im jeweiligen Reaktionsraum ein Prallkörper oder mehrere Prallkörper angeordnet, so kann das granulare Adsorptionsmittel zusätzlich an seiner Bewegung gehindert werden und zudem ist eine Kontaktzeit zwischen granularem Adsorptionsmittel und der Waschflüssigkeit zusätzlich erhöht. Damit wird eine Verweilzeit des Adsorptionsmittels im zweiten Teilreaktor und/oder dem jeweiligen Reaktionsraum durch ein Verlangsamen und/oder Verwirbeln einer Strömung der Waschflüssigkeit erhöht.
  • Ein solcher Prallkörper ist dabei beispielsweise eine Prallfläche, welche insbesondere in einem Winkel von beispielsweise zwischen 25° und 60° schräg zu einer Strömungsrichtung der Waschflüssigkeit angeordnet ist. Ein solcher Prallkörper ist dabei beispielsweise als Prallfläche, insbesondere als Blech, ausgebildet. Ein entsprechender, vorzugsweise kleiner, Durchlass dient dem Durchlass des granularen Adsorptionsmittels.
  • Das Verbringen des granularen Adsorptionsmittels zwischen dem ersten Teilreaktor und dem zweiten Teilreaktor erfolgt dabei jeweils mit einer Pumpeinrichtung, welche insbesondere als peristaltische Pumpeinrichtung für das Adsorptionsmittel ausgebildet ist. Eine solche peristaltische Pumpeinrichtung kann ohne bewegliche Teile innerhalb der Strömung ein entsprechend granulares Adsorptionsmittel verbringen und hält dabei einen Großteil der Trägerflüssigkeit und/oder Waschflüssigkeit zurück.
  • Das granulare Adsorptionsmittel ist dabei beispielsweise aus Granulat-Körnern zwischen 0,2mm und 0,5mm gebildet, weist insbesondere eine Dichte von 1,1 bis 1,2 g/ml und eine starke kationische Liganden auf.
  • In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Abtrennen von in einer Trägerflüssigkeit aufgenommenen Proteinen gemäß Anspruch 9. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist in Anspruch 10 beschrieben.
  • Das Verfahren wird dabei mit einer Vorrichtung gemäß einer oder mehrerer der vorig beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt.
  • Es erfolgt dabei insbesondere ein Einbringen der Trägerflüssigkeit und des Adsorptionsmittels an der Unterseite des ersten Teilreaktors, sodass die Trägerflüssigkeit und das granulare Adsorptionsmittel im Gleichstrom befördert werden können. Dies erfolgt mittels eines Verbringens der Trägerflüssigkeit von der Unterseite des ersten Teilreaktors zur Oberseite des ersten Teilreaktors.
  • Ist das granulare Adsorptionsmittel ganz oder teilweise mit entsprechenden Proteinen gesättigt, so erfolgt ein Überführen des Adsorptionsmittels aus dem Teilreaktor in den zweiten Teilreaktor mittels der ersten Pumpeinrichtung. Damit können die Vorteile der obig beschriebenen Vorrichtung mit diesem Verfahren bestmöglich ausgenutzt werden.
  • Ebenso kann das granulare Adsorptionsmittel nach dem Überführen in den zweiten Teilreaktor mit der Waschflüssigkeit im Gegenstrom geführt werden. Dies erfolgt wie obig beschrieben.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt
    • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Abtrennen von in einer Trägerflüssigkeit aufgenommenen Proteinen in einer Seitenansicht.
  • Eine Vorrichtung 101 weist einen ersten Teilreaktor 103 sowie einen zweiten Teilreaktor 105 auf. Der zweite Teilreaktor 105 ist aus einer Waschkammer 107, einer Eludierkammer 109 sowie einer Äquilibrierkammer 111 gebildet, welche hintereinander angeordnet sind. Die entsprechenden Kammern 107, 109 sowie 111 sind mittels Übergängen 115 miteinander verbunden, wobei jeder Übergang 115 gegenüber der jeweiligen Kammer 107, 109 oder 111 einen verringerten Querschnitt aufweist.
  • Innerhalb der Waschkammer 107, der Eludierkammer 109 sowie der Äquilibrierkammer 111 sind Prallplatten 113 in einem Winkel von etwa 60° zu einer Durchströmungsrichtung angeordnet. Dabei lassen die Prallplaten 113 jeweils kleine Durchlässe 114 zur Wandung der jeweiligen Kammern 107, 109 und 111, durch welche granulares Adsorptionsmittel 119 rieseln kann.
  • Der erste Teilreaktor 103 sowie der zweite Teilreaktor 105 sind an einer Oberseite 181 mit einer peristaltischen Pumpe 121 verbunden. Mittels der peristaltischen Pumpe 121 kann das auf einer Sammelplatte 117 befindliches granulare Adsorptionsmittel 119 von der Oberseite 181 des ersten Teilreaktors 103 zur Oberseite 181 des zweiten Teilreaktors 105 befördert werden.
  • An einer Unterseite 191 ist der zweite Teilreaktor 105 mittels einer peristaltischen Pumpe 123 mit dem ersten Teilreaktor 103 verbunden. Mittels der peristaltischen Pumpe 123 kann dabei entsprechendes granulares Adsorptionsmittel 119 von der Unterseite 191 des zweiten Teilreaktors zur Unterseite 191 des ersten Teilreaktors 103 verbracht werden.
  • Der erste Teilreaktor 103 kann in einer Fließrichtung 151 von einer Trägerflüssigkeit (nicht dargestellt) durchströmt werden. Dazu ist an der Unterseite 191 sowie einer Oberseite 181 des ersten Teilreaktors 103 jeweilig ein Sieb 131 angeordnet. Das Sieb 131 ist dabei jeweils so bemessen, dass das granulare Adsorptionsmittel 119 zurückgehalten wird und nur die Trägerflüssigkeit hindurchtreten kann.
  • Analog dazu ist der zweite Teilreaktor 105 an der Oberseite 181 und an der Unterseite 191 mit einem Sieb 131 versehen, sodass eine durch den zweiten Teilreaktor 105 strömende Waschflüssigkeit entlang einer Fließrichtung 171 hindurchströmen kann, wobei das granulare Adsorptionsmittel 119 in der Vorrichtung 101 verbleibt.
  • Eine entsprechende mit Proteinen versehen Trägerflüssigkeit (nicht dargestellt) fließt entlang der Fließrichtung 151 durch den ersten Teilreaktor 103 von der Unterseite 191 zur Oberseite 181. Dabei wird das granulare Adsorptionsmittel 119 teilweise in Schwebe gehalten und fließt daher relativ gesehen langsamer zur Oberseite 181 und nimmt dabei Proteine aus der Trägerflüssigkeit auf. Das mit Proteinen angereicherte granulare Adsorptionsmittel 119 wird dann an der Oberseite 181 mittels der peristaltischen Pumpe 121 in den zweiten Teilreaktor 105 verbracht. Dabei wird das granulare Adsorptionsmittel 119 über die Prallplatten 113 geleitet und rieselt damit entgegen der Fließrichtung 171 der Waschflüssigkeit langsam durch entsprechende Kammern 107, 109 sowie 111 des zweiten Teilreaktors 105. Das granulare Adsorptionsmittel 119 fließt dabei entlang der Fließrichtung 161.
  • Mittels der Prallplatten 113 wird damit ein Verweilen des granularen Adsorptionsmittels 119 im zweiten Teilreaktor 105 verlängert, sodass entsprechend im granularen Adsorptionsmittel gelöste Proteine von der Waschflüssigkeit aus diesem Adsorptionsmittel ausgewaschen werden.
  • Die mit den Proteinen versehe Waschflüssigkeit wird dann entlang der Fließrichtung 171 aus dem zweiten Teilreaktor geführt und kann weiterverwendet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 101
    Vorrichtung
    103
    erster Teilreaktor
    105
    zweiter Teilreaktor
    107
    Waschkammer
    109
    Eludierkammer
    111
    Äquilibrierkammer
    113
    Prallplatte
    114
    Durchlass
    115
    Übergang
    117
    Sammelplatte
    119
    Adsorptionsmittel
    121
    peristaltische Pumpe
    123
    peristaltische Pumpe
    131
    Sieb
    151
    Fließrichtung
    161
    Fließrichtung
    171
    Fließrichtung
    181
    Oberseite
    191
    Unteseite

Claims (10)

  1. Vorrichtung (101) zum Abtrennen von in einer Trägerflüssigkeit aufgenommenen Proteinen mit einer der in Gravitationsrichtung angeordneten Unterseite (191) und einer entgegen der Gravitationsrichtung angeordneten Oberseite (181), wobei die Trägerflüssigkeit mit einem in einem aufrecht angeordneten ersten Teilreaktor (103) befindlichen granularen Adsorptionsmittel (119) für die Proteine mittels eines Umfließen des Adsorptionsmittels (119) durch die Trägerflüssigkeit in Kontakt bringbar ist, sodass das granulare Adsorptionsmittel (119) Proteine aufnimmt und zeitweilig speichert, und das teilweise oder vollständig mit Proteinen gesättigte granulare Adsorptionsmittel (119) mittels einer an der Oberseite (181) und zwischen dem ersten Teilreaktor (103) und einem zweiten Teilreaktor (105) angeordneten ersten Pumpeinrichtung (121) in den zweiten Teilreaktor (105) überführbar ist, sodass in dem zweiten Teilreaktor (105) ein Abscheiden der Proteine aus dem granularen Adsorptionsmittel (119) in eine Waschflüssigkeit ermöglicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerflüssigkeit an einem der Unterseite (191) zugewandten Teilbereich des ersten Teilreaktors (103) mittels einer ersten Zuführung (131) in den ersten Teilreaktor (103) einführbar ist, sodass der erste Teilreaktor (103) vom granularen Adsorptionsmittel (119) und der Trägerflüssigkeit im Gleichstrom (151, 161) entgegen der Gravitation von der Unterseite (191) zur Oberseite (181) durchströmbar ist, indem die Trägerflüssigkeit das granularem Adsorptionsmittel (119) teilweise oder vollständig mit sich trägt.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilreaktor (103) und/oder der zweite Teilreaktor (105) ein Wirbelschichtreaktor ist oder sind.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Waschflüssigkeit mittels einer zweiten Zuführung (131) an der Unterseite (191) des zweiten Teilreaktors (105) in den zweiten Teilreaktor (105) einführbar ist, sodass der zweite Teilreaktor (105) von dem gesättigten granularen Adsorptionsmittel (119) und der Waschflüssigkeit im Gegenstrom (161, 171) durchströmbar ist, indem die Waschflüssigkeit von der Unterseite (191) zur Oberseite (181) strömt und das granulare Adsorptionsmittel (119) mit der Gravitation von der Oberseite (181) zur Unterseite (191) strömt und insbesondere ein gewaschenes und von den Proteinen ganz oder teilweise befreites granulares Adsorptionsmittel (119) an der Unterseite (191) des zweiten Teilreaktors (105) mittels einer zweiten Pumpeinrichtung (123) in den ersten Teilreaktor (103) überführbar ist, sodass ein wiederholtes Nutzen des granularen Adsorptionsmittels (119) ermöglicht ist.
  4. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilreaktor (105) getrennte Reaktionsräume (107, 109, 111) für ein Waschen (107), ein Eludieren (109) und/oder ein Äquilibrieren (111) aufweist, wobei insbesondere der jeweilige Reaktionsraum (107, 109, 111) mittels einer jeweiligen, gegenüber einem Querschnitt des jeweiligen Reaktionsraums (107, 109, 111) verengten, Übergangsquerschnitt (115) mit dem jeweilig anderen Reaktionsraum (107, 109, 111) oder jeweilig anderen Reaktionsräumen (107, 109, 111) verbunden ist.
  5. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilreaktor (105) und/oder der jeweilige Reaktionsraum (107, 109, 111) einen Prallkörper (113) oder mehrere Prallkörper (113) aufweist, wobei der jeweilige Prallkörper (113) den jeweiligen Querschnitt des zweiten Teilreaktors (105) und/oder des jeweiligen Reaktionsraumes (107, 109, 111) einschränkt, sodass eine Kontakthäufigkeit und/oder eine Verweilzeit des granularen Adsorptionsmittels (119) im zweiten Teilreaktor (105) und/oder dem jeweiligen Reaktionsraumes (107, 109, 111) durch ein Verlangsamen und/oder verwirbeln einer Strömung der Waschflüssigkeit erhöht ist.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Prallkörper (113) eine Prallfläche (113) ist, wobei die jeweilige Prallfläche (113) insbesondere in einem Winkel, beispielsweise in einem Winkel zwischen 25° und 60°, schräg zu einer Strömungsrichtung (171) der Waschflüssigkeit angeordnet ist.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Prallkörper (113) und/oder die jeweilige Prallfläche (113) an einer der Unterseite (191) zugewandten Seite einen Durchlass (114) aufweist, sodass das Adsorptionsmittel (119) von der Oberseite (181) zur Unterseite (191) mittels Gravitation förderbar ist.
  8. Vorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpeinrichtung (121) und/oder die zweite Pumpeinrichtung (123) eine peristaltische Pumpeinrichtung zum Überführen des Adsorptionsmittels (119) vom ersten Teilreaktor (103) in den zweiten Teilreaktor (105) und/oder vom zweiten Teilreaktor (105) in den ersten Teilreaktor (103) aufweist.
  9. Verfahren zum Abtrennen von in einer Trägerflüssigkeit aufgenommenen Proteinen mit einer Vorrichtung (101) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 mit den Schritten: - Einbringen der Trägerflüssigkeit und des granulare Adsorptionsmittels (119) an der Unterseite (191) des ersten Teilreaktors (103) mittels der ersten Zuführung (131), - Verbringen der Trägerflüssigkeit von der Unterseite (191) des ersten Teilreaktors (103) zur Oberseite (181) des ersten Teilreaktors (103), sodass das granulare Adsorptionsmittel (119) im Gleichstrom mit der Trägerflüssigkeit verbracht wird und das granulare Adsorptionsmittel (119) zumindest teilweise in Schwebe gehalten ist, sodass eine Kontaktzeit des granularen Adsorptionsmittels mit der Trägerflüssigkeit erhöht ist, - Überführen des granularen Adsorptionsmittels (119) aus dem ersten Teilreaktor (103) in den zweiten Teilreaktor (105) mittels der ersten Pumpeinrichtung (121), sodass ein Abscheiden der Proteine aus dem granulare Adsorptionsmittel (119) in die Waschflüssigkeit ermöglicht ist, sodass ein Abtrennen der Proteine aus der Trägerflüssigkeit erfolgt.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das granulare Adsorptionsmittel (119) nach dem Überführen in den zweiten Teilreaktor (105) mit der Waschflüssigkeit im Gegenstrom geführt wird, sodass das granulare Adsorptionsmittel (119) mit der Gravitation und die Waschflüssigkeit entgegen der Gravitation strömt.
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