DE1611066B2

DE1611066B2 -

Info

Publication number: DE1611066B2
Application number: DE19671611066
Authority: DE
Inventors: Georg 3550 Marburg Erbach
Original assignee: Behringwerke AG
Current assignee: Siemens Healthcare Diagnostics GmbH Germany
Priority date: 1967-12-05
Filing date: 1967-12-05
Publication date: 1975-01-02
Also published as: DE1611066C3; DE1611066A1

Description

Es sind Geräte bekannt, mit denen Lösungen hochmolekularer Substanzen bis zu einem bestimmten Endvolumen konzentriert werden können. Die Größe des Endvolumens hängt von den verwendeten Substanzkammern ab. Die Substanzkammern können jedoch nicht beliebig schmal gemacht werden, da der Querschnitt der Röhren für den Zu- und Ablauf der zu filtrierenden Lösung nicht beliebig klein ausgelegt werden kann. Man hat sich bei der Konzentrierung großer Volumina auf kleine Volumina dadurch geholfen, daß man in einem großdimensionierten Ultrafilter bis zu einem bestimmten Volumen konzentrierte und darauf die konzentrierte Lösung in ein kleiner dimensioniertes Ultrafilter übergeführt und die Ultrafiltration fortgesetzt hat. Diese Überführung ist umständlich und zeitraubend, und außerdem muß man bei einem kleindimensionierten Ultrafilter auch eine Verkleinerung der Filterfläche und damit eine Vergrößerung der Filtrationszeit in Kauf nehmen.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 792 025 ist ein Gerät zur Ultrafiltration bekannt, das aus "einem Vorratsgefäß und einer Schlauchpumpe sowie abwechselnd nebeneinander angeordneten, untereinander verbundenen Substanzkammern und ebenfalls unter sich sowie mit einem Sammelgefäß für das Filtrat verbundenen Vakuumkammern besteht. Substanzkammern und Vakuumkammern sind durch semipermeable Membranen getrennt. Der Zweck dieses Gerätes ist eine optimale Ausnutzung der Membranen zwischen den Substanzkammern und den Vakuumkammern, was insbesondere dadurch erreicht wird, daß die Flüssigkeit mehrere Male diagonal an den Membranen vorbeigeführt wird. Die geschilderten Schwierigkeiten bei der Behandlung kleiner Endvolumina werden durch dieses Gerät nicht beseitigt.

Es ist ferner aus der deutschen Auslegeschrift 1 134 968 ein Eindicker für Trüben mit verhältnismäßig geringem Feststoffgehalt bekannt, bei dem eine Verringerung des Kanalquerschnittes entsprechend der laufenden Entwässerung und der daher abnehmenden Trübemenge vorgesehen ist. Gekennzeichnet ist dieser Eindicker dadurch, daß er aus einem Filterrahmen besteht, dessen Inneres durch Trennwände so eingerichtet ist, daß die Trübe den Rahmen während des Eindickens schlangenförmig durchlaufen muß. Es ist auch vorgesehen, in den Eindicker Strömungskörper in die Kanäle einzubauen, die eine Verwirbelung in der Nähe der Filterschicht bewerkstelligen. Dieses Gerät dient für Vorgänge, bei denen sich die Flüssigkeitsvolumen rasch verkleinern. Durch die dadurch bedingte Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit und Vermehrung des Feststoffgehalts der hinterbleibenden Trübe ergeben sich beträchtliche Probleme, die gemäß der Patentschrift dadurch gelöst werden, daß die von der Trübe durchströmten Kanäle schlangenförmig angeordnet und in ihrem Querschnitt laufend verringert werden.

Die bei der Ultrafiltration auftretenden Probleme können durch dieses Gerät nicht gelöst werden. Bei , der Ultrafiltration ist der Durchtritt durch die Mem- \ branen, verglichen mit einer herkömmlichen Filtration, so gering, daß sich die Strömungsgeschwindigkeit praktisch nicht ändert. Die zu konzentrierenden Lösungen enthalten keine Feststoffe, sondern Kolloide, die sich nicht absetzen. Aus diesen Gründen entfällt die Notwendigkeit einer Manipulierung des Kanalquerschnitts mit dem Ziel einer Konstanthaltung der Strömungsgeschwindigkeit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kolloide Lösungen wertvoller Stoffe mit maximalem Konzentrationseffekt anzureichern.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Ultrafiltration von Flüssigkeiten mit geringem Kolloidanteil, bestehend aus abwechselnd nebeneinander angeordneten, untereinander durch Zuleitungen verbundenen Substanzkammern und ebenfalls unter sich j verbundenen Filterkammern, wobei Substanz- und I Filterkammern durch semipermeable Membranen voneinander getrennt sind.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt dadurch, j daß in jede Substanzkammer parallel zu den Mem- (| branen eine als Füllkörper ausgebildete Zwischenwand eingebaut ist.

Durch die Verwendung von Verdrängerkörpern in Form von Zwischenwänden wird erreicht, daß die Rohflüssigkeit in einer dünnen Schicht längs der FiI-terfläche geführt wird und mit dieser eine größtmögliche Kontaktfläche bildet.

Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung

sind aus den Zeichnungen ersichtlich. In dieser zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung der einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 und 3 zeigen zwei mögliche Formen und Anordnungen der Zwischenwände. Die Ziffern in den Zeichnungen haben die folgende Bedeutung:

1 Zuführungsleitungen,

2 Abführungsleitungen für die konzentrierte bzw. weiter zu konzentrierende Lösung,

3 Abführungsleitungen für das Ultrafiltrat,
4 Substanzkammern,

5 Filtratkammern,

6 Semipermeable Membranen,

7 Zwischenwand.

Der Unterschied zu den bekannten Geräten besteht darin, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Volumen der Substanzkammern durch eine Zwischenwand reduziert wird. Die Zwischenwände sind in den Substanzkammern so angeordnet, daß Zufluß und Abfluß der zu konzentrierenden Lösung gewährleistet ist, wie dies schematisch in der Abbildung angedeutet ist. Z\veckmäßig bemißt man die Zwischenwand so, daß für die zu konzentrierende Lösung nur ein geringes Volumen vorhanden ist, indem man den Abstand zwischen Membran und Zwischenwand klein wählt. Die Zwischenwand kann massiv oder hohl sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß auch kleine Volumen meist wertvoller biologischer Substanzen eingeengt werden können bzw. daß mit ein und demselben Ultrafiltrationsgerät bis unter das bisher mögliche Volumen konzentriert werden kann und ein Überführen der Lösung von einem Ultrafiltrationsgerät auf ein kleiner dimensioniertes Gerät entfällt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch das Anbringen der erfindungsgemäßen Zwischenwand und die dadurch hervorgerufene Verkleinerung des Querschnitts die Strömungsgeschwindigkeit entlang der Membran- und gleichzeitig die Filtrationsgeschwindigkeit erhöht wird und insbesondere die Rohflüssigkeit in einer dünnen Schicht längs der Filterfläche strömt und so gezwungen ist, mit dieser direkt in Kontakt zu treten.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Zwischenwand stufenförmig ausgebildet, wobei ihr Durchmesser im wesentlichen gleich bleibt (F i g. 2) oder sich gegen die Strömungsrichtung verjüngen kann (F i g. 3). Die Ausführungsform der Fig. 3 ist dann von Vorteil, wenn die zu konzentrierende Lösung auf hohe Konzentrationen eingeengt werden soll; die Ausführungsform der F i g. 2, insbesondere dann, wenn die darin enthaltene Substanz besonders hochmolekular ist, da durch die stufenförmige Ausbildung der Zwischenwand Wirbel erzeugt werden, die verhindern, daß sich die Poren der Membranen verstopfen.
Als Material für die erfindungsgemäße Zwischenwand kommen im Prinzip alle Stoffe in Betracht, die gegenüber der zu ultrafiltrierenden Lösung inert sind. Besonders bewährt haben sich Kunststoffe, z. B. Polymethacrylate. Der Rahmen des Ultrafiltrationsgerätes kann aus dem gleichen oder einem beliebigen anderen geeigneten Material bestehen.

Beispiel

ίο 1000 Liter eines Streptokinase enthaltenden Kulturfiltrates von streptokinase bildenden Streptokokken mit einem Streptokinasegehalt von 30 Einheiten pro γ Stickstoff werden mit einem erfindungsgemäßen Ultrafiltrationsgerät in 46 Stunden auf 15 Liter mit einem Streptokinasegehalt von 2000 Ε/γ Ν eingeengt. Dieselbe Menge eines Streptokinase enthaltenden Kulturfiltrates von streptokinase bildenden Streptokokken mit einem Streptokinasegehalt von 30 Β/γ Ν wird mit einem Gerät des Standes der Technik mit entsprechenden Filterflächen in der gleichen Zeit nur auf 60 Liter mit einem Streptokinasegehalt von 500 Έ/γ N konzentriert. Bei gleicher Filtrationszeit wird mit dem erfindungsgemäßen Gerät das Volumen also auf 15/1000, mit dem Gerät nach dem Stand der Technik dagegen nur auf 60/1000 (bezogen auf das Ausgangsvolumen) reduziert. Die nach dem Stand der Technik erhaltene Suspension (60 Liter) muß dann in ein kleineres Ultrafiltrationsgerät überführt werden und kann dort erst durch weitere Ultrafiltration bis auf 15 Liter eingeengt werden, wozu weitere 20 Stunden gebraucht werden, somit insgesamt 66 Stunden, d. h. l,4mal soviel Zeit.

Die Bestimmung des Streptokinasegehalts in dem gemäß dem Beispiel aufgearbeiteten Filtrat wird in Anlehnung an eine von L. R. Christensen in Journal Clinical Investigations, 28 (1949), 163 ff., publizierten Methode bestimmt. Die auf diese Weise ermittelten »Christensen Einheiten« als Maß für den Gehalt eines Präparats an Streptokinase sind in der Fachwelt allgemein bekannt. Ein Maß für die Reinheit bzw. die Anreicherung stellt die Zahl der Einheiten, bezogen auf die jeweils vorhandene Menge des organisch gebundenen Stickstoffs, dar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Ultrafiltration von Flüssigkeiten mit geringem Kolloidanteil, bestehend aus abwechselnd nebeneinander angeordneten, untereinander durch Zuleitungen verbundenen Substanzkammern und ebenfalls unter sich verbundenen Filtratkammern, wobei Substanz- und Filtratkammern durch semipermeable Membranen voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in jede Substanzkammer parallel zu den Membranen (6) eine als Füllkörper ausgebildete Zwischenwand (7) eingebaut ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwand (7) stufenförmig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der stufenförmigen Zwischenwand (7) im wesentlichen gleichbleibt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenförmige Zwischenwand (7) gegen die Strömungsrichtung verjüngt ausgebildet ist.