DE3804430C2 - Einrichtung zur Trennung molekularer Komponenten aus flüssigen Gemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Trennung molekularer Komponenten aus flüssigen Gemischen.

Bekanntlich finden bei derartigen Trennprozessen Wechselwirkungen zwischen diesen Komponenten und aktiven chemischen Substanzen statt, die an der Struk­ tur von polymeren Membranen fixiert sind. Die Erfin­ dung betrifft insbesondere Trennprozesse für analyti­ sche oder präparative Zwecke. Die Erfindung betrifft ferner chemische Reaktionen mit immobilisierten Enzy­ men.

Die Trennung molekularer in einer Flüssigkeit enthal­ tener Komponenten durch chromatographische Ver­ fahren läuft generell in zwei Phasen ab. Zunächst wird das Substanzgemisch mit dem Trennmedium in Verbin­ dung gebracht, worauf sich die zu trennende Kompo­ nente (nachstehend als Ligat bezeichnet) vorzugsweise mit der aktiven Seite des Mediums verbindet. Das Sub­ stanzgemisch wird danach durch ein Lösungsmittel er­ setzt, das in der Regel eine Pufferlösung für das Ligat ist, worauf das Ligat in das Lösungsmittel zum Abschluß der Trennung freigesetzt wird. Einen Überblick über die allgemein üblichen Verfahren der Liganden-Chromato­ graphie gibt das Werk von Robert Scopes mit dem Titel "Protein Purification Principles and Practice" (veröffent­ licht im Springer-Verlag, New York, 1982, ISBN 0-387-90726-2). Im allgemeinen besteht ein Trennmedi­ um aus einer aktiven Gruppe, nachstehend als Ligand bezeichnet, die chemisch mit einem festen Trägermate­ rial oder einer Matrix verbunden ist. Als Ligand läßt sich jede chemische Substanz verwenden, die mit einer ande­ ren molekularen Komponente spezifisch reagiert.

Bekannte aktive Gruppen oder Liganden sind La­ dungsgruppen (z. B. Diäthylaminoäthyl, Carboxylme­ thyl), Synthetikfarben, Alkyl und Arylverbindungen (wie Phenylboronat, Actyl), Proteine, Lectine, Antikörper, Antigene, Enzyme und usw. Ligate, d. h. Verbindungen, die durch chromatographische Analyse trennbar sind, umfassen eine Vielzahl von biochemischen Stoffen wie Proteine, Enzyme, Peptide, Antikörper, Antigene, Lecti­ ne, DNA, RNA (Desoxyribonucleinsäuren und Ribonu­ cleinsäuren) Antibiotika usw. Die für die chromatogra­ phische Analyse verwendeten Matrizen sind üblicher­ weise Packungen oder Fasern, meist in Säulen oder Ko­ lonnen geschichtet oder weniger häufig in Rührgefäßen, an denen jeweils Mittel für die Zufuhr des zu analysie­ renden Substanzgemisches und zum Austritt der isolier­ ten Komponenten vorgesehen sind.

Vorgeschlagen wurde schon die Verwendung von mi­ kroporösen polymeren Membranen als festes Träger­ material anstelle der bisherigen Matrizen, wobei das Ligand mit dem Membranmaterial verbunden ist und daran verbleibt, wenn das Substanzgemisch die Mem­ bran durchströmt. Allerdings ist noch keine Membran­ vorrichtung bekannt, deren Leistung mit der eines guten chromatographischen Apparates vergleichbar wäre.

Im Gegensatz zur Flüssig-Chromatographie wird bei einer enzymatischen Analyse, d. h. bei einem Prozeß durch Reaktion immobilisierter Enzyme das zu analysie­ rende Substanzgemisch mit dem Reaktionsmedium in Verbindung gebracht, worauf das Substrat in das ge­ wünschte Produkt umgewandelt wird. Klargestellt sei, daß das Reaktionsmedium aus dem Enzym besteht, das an eine feste Matrix fixiert ist. Der Ausdruck "Substrat" betrifft eine Komponente in dem zu analysierenden Substanzgemisch, die durch das Enzym umgewandelt werden muß. Generell lassen sich die Trägermaterialien und die Säulen oder Gefäße, die man für die Flüssig- Chromatographie verwendet auch für die enzymatische Analyse verwenden. Hier sei auf den Band XLIV von "Methods in Enzymology" - ("Immobilized Enzymes"), herausgegeben von K. Mosbach, Academic Press, New York, 1976, verwiesen.

Es ist also, wie bereits erwähnt, grundsätzlich be­ kannt, ein Reaktionsmedium auf eine mikroporöse Membran aufzubringen, doch ist die mit den bestehen­ den Apparaturen erzielbare Leistung unzureichend.

Dementsprechend besteht in der Prozeßchromato­ graphie ein Bedarf an Einrichtungen für Flüssig-Chro­ matographie und Reaktionen mit immobilisierten Enzy­ men. Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung eine Ein­ richtung zu schaffen, die ein hohes Auflösungsvermögen sowie gute Diffusionseigenschaften und eine hohe Durchflußleistung aufweist und ohne Anwendung ho­ hen Druckes auskommt und ohne daß hierbei verfah­ renstechnische Nachteile entstehen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patenanspruches 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann für die Flüs­ sig-Chromatographie ohne großen Aufwand hergestellt werden und kommt der Leistung herkömmlicher Säulen gleich oder übertrifft sie sogar, obwohl der Aufbau ein­ facher und kompakter ist als der herkömmlicher Säulen. Apparate für die Flüssig-Chromatographie werden ge­ nerell nach der Anzahl der theoretischen Böden, hier mit N bezeichnet, eingeteilt. Die Höhe eines theoreti­ schen Bodens ist dann HETP, die Protein-Bindefähig­ keit und der Verdünnungsfaktor werden nachstehend mit DF bezeichnet. Die erfindungsgemäßen Einrichtun­ gen können leicht mit N gleich mindestens 100 gefertigt werden; HETP beträgt weniger als 0,01 cm und DF ist nicht größer als 6. Die Protein-Bindefähigkeit ist ohne weiteres mit den herkömmlichen Säulen nach Masse an Protein pro Volumeneinheit der Einrichtung vergleich­ bar. Die Membraneinrichtungen bekannter Art erfüllen keine der vorgenannten Forderungen, insbesondere be­ sitzen sie eine sehr geringe Protein-Bindefähigkeit.

Die mikroporösen Membranen der erfindungsgemä­ ßen Einrichtung weisen eine Porengröße von 0,05 bis 10 µ auf und werden im allgemeinen durch einen Phasen­ umkehrprozeß hergestellt. Einen Überblick über Mem­ branen und deren Herstellung gibt der Aufsatz "Synthe­ tic Polymeric Membranes" von Kesting (veröffentlicht von McGraw-Hill Book Company, New York, 1971).

Die Membraneinheit enthält vorzugsweise minde­ stens 50 Membranlagen, vorzugsweise jedoch mehr als 100, wobei Ausführungen mit bis zu 10000 Lagen ange­ strebt werden.

Es ist vorteilhaft, die Membraneinheit als einen Stapel flacher aneinanderanliegender Membranen auszubilden oder ein um einen porösen Kern in einer Vielzahl von Lagen aufgewickeltes Membranband anzuordnen, wo­ bei Dichtmittel vorzugsweise in Intervallen von fünf bis zehn Membranen vorgesehen sind.

Bei den hier erwähnten Einrichtungen kann jedes mi­ kroporöse Membranmaterial verwendet werden, sofern dessen innere Struktur Zonen für die Fixierung von ak­ tiven Liganden oder Enzymen aufweist.

Die Porengröße von mikroporösen Membranen liegt zwischen 0,05 bis 10 µ, wobei jedoch Porengrößen zwi­ schen 0,1 bis 10 µ bei der erfindungsgemäßen Einrich­ tung besonders vorteilhaft sind, da hierdurch eine größere (innere) Oberfläche entsteht und hohe Durchflußraten bei sehr niedrigem Druck gegeben sind.

Das Membranmaterial für Einrichtungen zur Flüssig- Chromatographie sollte keine nicht-spezifische Bindefä­ higkeit aufweisen, also wilde Bindung von Substanzen, und sollte auch die Ausbildung kovalenter Bindungen von Liganden an seine Struktur zulassen. Nach den der­ zeitigen Feststellungen können diese beiden Kriterien gleichzeitig bei allen handelsüblichen mikroporösen Membranen nur bei solchen aus regenerierter Cellulose erfüllt werden. Der Ausdruck "regenerierte Cellulose Membranen" gilt für Membranen, die aus Cellulose- Estern, wie Celluloseacetat oder Cellulosenitrat gegos­ sen wurden und die nach dem Phasenumkehrprozeß in Cellulose durch Hydrolyse der Nitrat-/oder Acetat­ gruppen umgewandelt werden. Diese Kriterien sind selbstverständlich nur von den jeweils exponierten Membranflächen zu erfüllen. Beispielsweise dürfte es möglich sein, eine nicht aus Zellulose bestehende Mem­ bran mit einem zelluloseähnlichen Stoff zu überziehen, beispielsweise mit Dextran oder Polyhydroxyalkylalkyl­ acrylat. Auf diese Weise wird ein für die Flüssig-Chro­ matographie geeignetes mikroporöses Membran-Ver­ bundmaterial aus zwei Stoffen geschaffen, die für sich allein eine derartige Membran nicht bilden können.

Bei einer für die Ausbildung kovalenter Bindungen geeigneten mikroporösen Membran sollte die exponier­ te Fläche des Membran-Trägermaterials möglichst ei­ nen Überschuß an Hydrolxylgruppen (OH) aufweisen. Die Liganden können direkt oder indirekt über längere Brückenglieder (spacer) oder ein Kopplungsmolekül durch Reaktion mit den Hydrolxylgruppen gekoppelt werden und mit dem Trägermaterial eine kovalente Bin­ dung eingehen. Liganden oder Spacer, die in der be­ schriebenen Weise an die Matrix gebunden werden, ent­ halten im allgemeinen mindestens eine aus Halogen, Ep­ oxid, Vinylsulfon, CDI (Carbonyldiimidazol) und CNBr ausgewählte Gruppe.

Bei der Immobilisierung von Enzymen spielt die un­ spezifische Bindung keine besondere Rolle. Der unspe­ zifische Bindungsprozeß kann nämlich dort mit Vorteil ausgenutzt werden, wo die chemische Beschaffenheit der Membran-Oberfläche keine direkte Fixierung des Enzymes durch kovalente Bindung zuläßt. Ein Bindema­ terial kann dann in die Membran adsorbiert werden, bildet dabei einen Überzug, so daß die kovalente Bin­ dung zwischen dem Überzug und dem Enzym besteht. Da weder die unspezifische Bindung noch die direkte Fixierung an der Membran durch kovalente Bindung wesentlich sind, kann praktisch jede mikroporöse Mem­ bran verwendet werden. Im US-Patent 45 72 897 (Amotz et al) ist ein präparatives Verfahren für immobi­ lisierte Enzyme beschrieben, bei dem ein inaktiver, stüc­ kiger Füllstoff in der diskontinuierlichen Phase und in der kontinuierlichen Phase ein inertes Dispersions-Bin­ demittel Verwendung finden.

Jedes bekannte Bindematerial kann bei der Einrich­ tung nach der Erfindung verwendet werden. Der Über­ zug aus Bindematerial kann entweder vor oder gleich­ zeitig mit dem Enzym aufgebracht werden. In allen Fäl­ len muß der Bindeüberzug stabilisiert werden, d. h. ein Auslaugen muß durch entsprechende Vernetzung ver­ hindert werden. Das Enzym seinerseits ist gegenüber dem Überzug durch die gleiche Vernetzung immobili­ siert. Geeignete Vernetzungsmittel müssen mindestens zwei funktionelle Gruppen enthalten, die beispielsweise aus Halogen, Epoxyd, Vinylsuphone, wasserlöslichem Carbodiimid und Aldehyde gewählt sind.

Die Erfindung wird nachstehend an einigen spezifi­ schen Ausführungsformen von Einrichtungen für Flüs­ sig-Chromatographie und für die Reaktion immobili­ sierter Enzyme im einzelnen und als Beispiel für die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungs­ form einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 4 zeigt eine weitere Ansicht eines Teils der Ein­ richtung nach Fig. 3,

Fig. 5 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung und

Fig. 6 zeigt eine weitere Ansicht eines Teils der Ein­ richtung nach Fig. 5.

Eine in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 1 mit einer Eintrittsöffnung 2 und einer Austrittsöffnung 3. Inner­ halb des Gehäuses 1 ist eine Vielzahl von Membran­ scheiben 4 übereinandergeschichtet angeordnet. Die Membranscheiben sind über Zwischenlegscheiben 6 in Gruppen unterteilt und die gesamte Anordnung ist über zwei außenliegende Druckringe 5 zusammengepreßt. Der obenliegende Druckring 5 dichtet darüber hinaus die oberste Membran gegen die zugeordnete obere Ge­ häusewand ab, während der untere Druckring 5 die un­ terste Membran gegenüber der unteren Gehäusewand abdichtet. Die Außenfläche jedes Druckringes und jeder Zwischenlegscheibe liegen an der Innenmantelfläche des Gehäuses an. Es hat sich herausgestellt, daß durch diese Anordnung von Druckringen und in Verbindung mit einer Zwischenlegscheibe bzw. mit mehreren Zwi­ schenlegscheiben zur Trennung der Membranen in Gruppen, wie in der Figur gezeigt, eine besonders wirk­ same Abdichtung erreichbar ist und somit der gesamte Flüssigkeitsstrom zwangsläufig die Membranscheiben durchströmt und nicht zwischen Gehäusewand und dem Umfang der Scheiben fließt.

Die Einrichtung nach Fig. 1 zeigt drei Gruppen von Membranscheiben, wobei jeweils nebeneinanderliegen­ de Gruppen durch eine Dichtscheibe getrennt sind. Die Anzahl der Scheiben in einer Gruppe ist variabel, gene­ rell weist jede Gruppe 5 bis 10 Scheiben auf. Selbstver­ ständlich können mehr als drei Gruppen vorhanden sein; so sind Einrichtungen mit bis zu 2000 Scheiben hergestellt worden und Einrichtungen bis zu 10000 Scheiben werden angestrebt. Mit zunehmender Anzahl von Scheiben ändert sich natürlich auch die jeweilige Gehäusegröße.

Im Betrieb strömt die zu analysierende Flüssigkeit über die Eintrittsöffnung 2 ein und strömt der Reihe nach durch jede Scheibe im Stapel von oben nach unten, ehe sie durch die Austrittsöffnung 3 abströmt. Ein radia­ ler Durchfluß wird durch den am Umfang der Scheiben durch die Druckringe 5 und die Dichtscheiben 6 aufge­ brachten Druck unterbunden. Beim Durchströmen der Membranmatrix wird die gewünschte molekulare Kom­ ponente selektiv durch den an der Membran fixierten Liganden markiert. Zur Extraktion der gewünschten Komponente läßt man die Einrichtung von einer Puffer­ lösung durchströmen, in die die Komponente freigesetzt wird.

Handelt es sich bei dem Liganden um ein Enzym, wie bei einer enzymatischen Analyse - immobilized enzy­ me reaction -, findet eine chemische Umwandlung statt, wenn Substratmolekül und Enzym zusammentref­ fen. Das Umwandlungsprodukt bzw. die Umwandlungs­ produkte wird bzw. werden in den Zulaufstrom zurück­ geführt und treten über die Austrittsöffnung 3 aus.

In Fig. 2 ist eine gegenüber Fig. 1 geänderte Einrich­ tung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist ein Gehäuse 6 eine Einlaßöffnung 7 und eine Austritts­ öffnung 8 auf. Innerhalb des Gehäuses 6 ist eine Vielzahl Membranscheiben 9 übereinandergeschichtet. Zwi­ schen den einzelnen Scheiben und zwischen den Außen­ kanten der Scheiben und dem Gehäusemantel angeord­ nete Dichtungen 10 bewirken eine wirksame Abdich­ tung. Zusätzlich können an der Einlaßöffnung und der Austrittsöffnung 8 noch poröse Substrate 9A zur besse­ ren Strömungsverteilung vorgesehen werden. Auch hier kann die Anzahl der Membranscheiben beliebig sein.

Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels ist die gleiche wie die des ersten Ausführungsbeispiels.

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Hier weist ein Gehäuse 1 eine Ein­ tritts- bzw. Austrittsöffnung 12 bzw. 13 auf. Innerhalb des Gehäuses 11 befindet sich eine auf einen porösen Kern 14 aufgewickelte Membran 15, wie die Fig. 4 im einzelnen zeigt, so daß je nach Anzahl der Umwicklun­ gen jede beliebige Anzahl von Lagen herstellbar ist. Eine Sperre 16 aus einem Dichtstoff dient zur Abdich­ tung der Unterkante der Membran und des unteren Endes des porösen Kerns 14. Eine weitere Sperre 16A aus einem Dichtmittel dichtet die obere Kante der Membran ab, ermöglicht aber den Durchtritt von Flüs­ sigkeit zwischen dem porösen Kern 14 und der Aus­ trittsöffnung 13.

Im Einsatz strömt das über die Eintrittsöffnung 12 eingeführte gelöste Stoffgemisch radial durch die Schichten der Membranumwicklung und tritt durch den porösen Kern 14 und danach durch die Austrittsöffnung 13 in Richtung entsprechend den in Fig. 3 angegebenen Pfeilen aus.

Die Wirkung des Ligand oder des fixierten Enzyms auf der mikroporösen Membran ist die gleiche wie für das erste Beispiel beschrieben.

Fig. 5 zeigt eine anspruchsvollere Version der Ein­ richtung nach Fig. 1. Das Gehäuse weist in diesem Aus­ führungsbeispiel zwei Endplatten 26 und einen ringför­ migen Abschluß 27 auf, der über ein Befestigungsmittel 30 angebracht ist. Zwei O-Ringe 31 dichten die drei Gehäuseteile gegeneinander ab. Ferner ist eine Ein­ tritts- und eine Austrittsöffnung 28 bzw. 29 vorgesehen. Innerhalb des Gehäuses sind eine Vielzahl von Mem­ branscheiben 32 übereinanderliegend angeordnet. Die Membranscheiben und die obere und untere Substrat­ schicht 34 sind an ihrem Umfang durch eine Vielzahl von Packungen 33 abgedichtet, die von der oberen po­ rösen Substratschicht 34 den Membranstapel bis zur porösen unteren Substratschicht durchsetzen.

Unmittelbar unterhalb der Eintrittsöffnung 28 ist eine Stahlumlenk- oder Dämpfungsplatte 35, desgleichen an der Austrittsöffnung 29. Diese Dämpfungsplatten haben die Aufgabe, den Flüssigkeitsstrom so zu bremsen, daß er nicht mit hoher Geschwindigkeit auf die Membranen auftrifft und regelmäßig aus der Einrichtung austritt. Selbstverständlich können die Dämpfungsplatten auch einstückig an die Endplatten 26 angeformt sein, wenn sich hierdurch die Herstellung vereinfacht.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt der Endplatten 26 entlang der Linie X-X in Fig. 5. In jeder Endplatte 26 ist ein Netzwerk von Kanälen 36 und 37 vorgesehen, die eine gleichmäßige Verteilung der einströmenden Flüssigkeit über den gesamten Querschnitt der Einrichtung bewir­ ken. An der Austrittsöffnung bildet dasselbe Netzwerk zusammen mit der Austrittsöffnung eine Sammelstelle, die ein Vermischen der Flüssigkeit auf einem Minimum hält.

Es hat sich gezeigt, daß für eine einwandfreie Strö­ mungsverteilung in chromatographischen Säulen fol­ gende Voraussetzungen gleichzeitig gegeben sein müs­ sen:

• 1) Der Gesamthohlraum der Kanäle darf 1% des Säulenvolumens nicht übersteigen, vorzugsweise nicht mehr als 0,5%.
• 2) Die Strömungsbedingungen sollten vorzugswei­ se in allen Kanälen konstant sein, mit einer Rey­ noldszahl von nicht mehr als 1500 unter normalen Betriebsbedingungen. Vorzugsweise sollte die Rey­ noldszahl zwischen 5 und 500 betragen, wobei die Reynoldszahl definiert ist als der hydraulische Durchmesser des Kanals mal lineare Geschwindig­ keit geteilt durch die kinematische Viskosität des Fluids in jeder konsistenten Einheit.
• 3) Der direkte Abstand zwischen zwei benachbar­ ten Kanälen, d. h. die Summe der kürzesten Wege von jedem Punkt zu den beiden nächstliegenden Kanälen sollte nicht mehr als 1/10 des Säulendurch­ messers ausmachen; vorzugsweise weniger als 1/15 dieses Durchmessers.

Die Kanalanordnung in Fig. 9 ist eine aus einer Reihe von Baumstrukturen, die die vorgenannten Anforderun­ gen erfüllen. Eine Kanalanordnung in Baumstruktur enthält mindestens drei Primärkanäle 36, die jeweils in gleichem Abstand voneinander liegen, und Radien bil­ den, deren Anfang entweder am Eingangs- oder Aus­ gangspunkt der Einrichtung liegt, und mit Sekundärk­ anälen 37, die davon unter einem Winkel kleiner 90 abzweigen. Vorzugsweise sollte der Winkel zwischen Primär- und Sekundärkanal die Hälfte des Winkels be­ tragen, den zwei nebeneinanderliegende Primärkanäle einschließen. Bei einem Verteilerdurchmesser von mehr als 15 cm sollte eine Anordnung tertiärer Kanäle zwecks besserer Verteilung aufgenommen werden. Tertiäre Kanäle sind Kanäle kleiner Abmessung, die von den Sekundärkanälen unter einem Winkel kleiner 90° ab­ zweigen und keinen anderen Kanal kreuzen.

Nachstehend werden einige Beispiele für den Einsatz der beschriebenen Einrichtungen gegeben. In den Bei­ spielen wird der Ausdruck "Membran" zur Bezeichnung einer regenerierten Cellulose-Membran mit einer Po­ rengröße von 0,45 µ oder 1,2 µ, sofern nichts anderes angegeben ist, verwendet.

Beispiel 1

Die gemäß Fig. 2 realisierte Einrichtung enthält 2000 Membranscheiben, die durch Inkubation einer regene­ rierten Cellulose-Membran in einer Lösung aus 1% (Gewicht/Volumen) Cibacron blau F3G Reaktivfarb­ stoff in Wasser von pH 10 mit 5% NaCl bei 200 über 12 Stunden präpariert wurden. Die Membran enthielt 15 Mikromol Farbstoff pro Kubikzentimeter Membran. Die inkubierte Membran ist für Flüssig-Chromatogra­ phie geeignet. Der Durchmesser der Scheiben beträgt 25 mm.

Die lichte Weite des Gehäuses beträgt 35 mm. Zwei Scheiben aus gesintertem PTFE mit jeweils einer Po­ rengröße von 40 µ und einer Dicke von 1 mm sowie einem Durchmesser von 25 mm wurden als Verteiler am Einlaß und Auslaß verwendet. Ein Dichtmittel auf Sili­ konbasis wurde als Dichtung verwendet. Eine 100 ml Lösung von 1 mg/ml Human-Serum Albumin (HSA) in 0,1 molarem Phosphatpuffer wurde der Einrichtung mit einer peristaltischen Pumpe und einer Fördermenge von 5 ml/Min. zugeführt. Als gebundene Proteinmenge wurden 70 mg HSA ermittelt. Das gebundene Protein wurde durch Einleiten einer 0,5 molaren KSCN enthal­ tenden Pufferlösung isoliert. Das Trennungsvermögen der erfindungsgemäßen Einrichtung betrug entspre­ chend der bei einer Füllkörpersäule üblichen Methode mindestens 1500 theoretische Platten.

Beispiel 2

Die in Fig. 3 gezeigte Einrichtung wurde mit einer nach dem Beispiel 1 aufbereiteten Membran erstellt. Die 10 cm breite Membran wurde um einen hohlen, porösen Kern von 1 cm äußerem Durchmesser mit ins­ gesamt 40 Wicklungen aufgewickelt. Als Dichtmittel diente ein hitzegehärtetes Polyurethanharz.

Membran und Kern wurden in ein Röhrchen mit ei­ nem Innendurchmesser von 2 cm eingesetzt. Die Ein­ richtung wurde mit HSA wie in Beispiel 1 beschichtet, wobei eine Gesamtmenge von 20 mg HSA gebunden wurde.

Beispiel 3

Eine Einrichtung gemäß Fig. 1 wurde mit 10 Mem­ branscheiben von 47 mm Durchmesser hergestellt. Die Druckringe waren O-Ringe aus Gummi mit einem Au­ ßendurchmesser von 47 mm und einer Dicke von 2 mm. Die Membranscheiben für die Flüssig-Chromatogra­ phie wurden durch regenerierte Cellulosemembranen aufbereitet, die 3 Stunden bei 25°C mit einer Lösung behandelt wurden, welche 1 Mol Chlordiethylaminoet­ hyl und 2 Mol NaOH enthielt. Die Einrichtung wurde mit Protein beschickt, indem 1 ml Kaninchen-Serum in 10-facher Verdünnung durch eine 0,05 molare Phosphatpufferlösung von pH 6,5 durch die Einrichtung hindurchgeleitet wurden. Hiervon wurden 150 mg Albu­ min an der Membran gebunden. Das Protein wurde durch Hindurchleiten der gleichen Pufferlösung mit ei­ nem Zusatz von NaCl extrahiert, wobei die NaCl-Kon­ zentration zunahm. Das gesamte Protein wurde bei ei­ ner Konzentration von 0,2 Mol NaCl eluiert.

Beispiel 4

Das Beispiel 3 wurde mit einer Membran für Flüssig- Chromatographie wiederholt, wozu regenerierte Cellu­ losemembran mit einer Lösung aktiviert wurde, die 10% 1,4-Butandioldiglycidylether in einer 0,1 molaren wäßri­ gen Natriumhydroxidlösung enthielt. Die Membran wurde 20 Stunden bei 20°C mit einem Konjugat aus einer Umsetzung von Cibacron blau F3G mit Diamino­ hexan behandelt. Anstelle von Kaninchenserum wurde Human-Plasma verwandt. An der Membran wurden mg HSA gebunden und das Protein bei 1 M NaCl elu­ iert.

Beispiel 5

Eine Einrichtung nach Fig. 1 wurde nach dem Beispiel 3 gebaut, jedoch mit einem an einer Membran fixierten Enzyn. Die Membran wurde mit einer Lösung mit 1 mg/ml Trypsion in 0,1 molarem Phosphatpuffer von pH 7 drei Stunden bei 25°C aktiviert. Das gebundene En­ zym besaß eine Aktivität von 2% der Aktivität in freiem Zustand. Die zu analysierende Flüssigkeit enthielt 1 m Mol Natriumbenzoyl-L-argininethylester in Tris/HCl- Puffer von pH 8 und wurde durch die Einrichtung mit einer Fördermenge von 1 ml/Min. gepumpt. Das Sub­ strat wurde in Natriumbenzoyl-L-arginin und Ethanol umgewandelt.

Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Einrichtun­ gen ist aus den vorstehend beschriebenen Beispielen eindeutig entnehmbar.

Claims (16)

1. Einrichtung zur Trennung molekularer Kompo­ nenten aus flüssigen Gemischen, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (1), eine mehrlagige innerhalb des Gehäuses vorgesehene mikroporöse Mem­ braneinheit (4, 9, 15, 32), wobei die Kanten jeder Membran der Einheit einer Sperre (10) benachbart sind, durch Mittel, die im wesentlichen den Durch­ fluß zwischen der Membraneinheit und der Sperre verhindern, einen Einlaß (2) zur Zuführung der auf­ zubringenden Flüssigkeit auf eine erste Fläche der Membraneinheit und Austrittsmittel (3) zum Sam­ meln und Abführen der aus einer zweiten Fläche der Membraneinheit austretenden Flüssigkeit, wo­ bei an dem die Membran bildenden Werkstoff ein Ligand oder ein immobilisiertes Enzym fixiert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Membraneinheit (4, 9) mindestens fünfzig Membranlagen umfaßt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membraneinheit aus ei­ nem Stapel aufeinanderliegender flacher Membra­ nen (4) besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sperre durch die Seitenwandun­ gen des Gehäuses (1, 26) gebildet ist, daß die den Durchfluß zwischen den Membrankanten und den Seitenwandungen weitgehend verhindernde Ab­ dichtung aus einem ersten nachgiebigen Dichtungs­ teil (5) zwischen der ersten Gehäusewand und dem Umfang der ersten Membran des Stapels sowie aus einem zweiten elastischen Dichtungsteil (5) zwi­ schen der zweiten Gehäusewand und dem Umfang der letzten Membran im Stapel besteht und daß eine Vielzahl von nachgiebigen flachen Dichtele­ menten (6), die den Stapel in Abständen durchset­ zend am Umfang zwischen zwei benachbarten Membranen vorgesehen sind, wobei die Dichtungs­ teile und die Dichtungselemente jeweils an ihrem Umfang mit der zugeordneten Gehäusewandung korrespondierend ausgebildet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die flachen Dichtungselemente (6) im Stapel jeweils in Abständen von fünf bis zehn Membranen (14) vorgesehen sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gehäusewandung ein Zylinder­ mantel ist, daß die Membranen kreisförmige Schei­ ben sind und daß die Dichtungsteile (5) und die Dichtmittel (6) jeweils ringförmig ausgebildet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanten der Membranen (9) an der Gehäusewandung angrenzend vorgesehen sind, daß die Abdichtung (9A, 10), die einen Durchfluß zwischen Membranen und Gehäusewandung ver­ hindert, eine Dichtmasse ist, die an der Gehäuse­ wandung und im Bereich des Umfangs der Mem­ branen im Stapel aufgebracht ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membraneinheit eine um einen porösen Kern (14) in einer Vielzahl von Wicklungen aufgebrachtes Membranband (15) ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanten der einzelnen Wicklungen des Membranbandes (15) an einer Sperre (16, 16A) anliegen, die aus einer mit den Kanten des Mem­ branbandes verbundenen Dichtmasse besteht, wo­ bei die Dichtmasse gleichzeitig das den Durchfluß zwischen den Membrankanten und der Sperre ver­ hindernde Mittel ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ein­ laßmittel (2, 7, 12, 26) eine Verteilereinrichtung be­ inhaltet, über welche die einströmende Flüssigkeit vor ihrem Auftreffen auf die erste Fläche der Mem­ braneinheit über eine größere Fläche des Gehäuses verteilbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verteilereinrichtung aus ei­ ner oberhalb der ersten Fläche der Membranein­ heit (37) angeordneten porösen Scheibe (34) be­ steht, daß in der Scheibe ein geschlossener, nicht poröser und koaxial zur Eintrittsöffnung liegender Abschnitt (35) vorgesehen ist und eine Verteileran­ ordnung zur Verteilung der einströmenden Flüssig­ keit über die Oberfläche der porösen Scheibe.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Eintrittsöffnung (28) in einer eine Gehäusewandung bildenden Kappe (26) ausgebil­ det ist, wobei die Innenfläche der Kappe an einer porösen Scheibe (35) anliegt, und daß die Verteile­ ranordnung aus in der Innenfläche der Kappe vor­ gesehenen zahlreichen Kanälen (36, 37) besteht.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gesamthohlraum der Kanäle 1% des Volumens der Membraneinheit nicht über­ schreitet.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbedingungen in der Kanalanordnung (36, 37) im wesentlichen kon­ stant sind und die Reynoldszahl unter normalen Betriebsbedingungen 1500 nicht übersteigt.

15. Einrichtung nach den Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (26) kreis­ förmig ist, daß die Eintrittsöffnung (28) im Mittel­ punkt der Kappe liegt, und daß die Kanäle (36, 37) eine dendritische Verästelung bilden, die vom Zen­ trum (35) der Kappe radial nach außen verläuft.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Summe der kürzesten Entfernung von jedem Punkt der Innenfläche der Kappe (26) zu den zwei nächstgelegenen Kanälen (36) 1/10 des Durchmessers der Membraneinheit nicht über­ steigt.