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Die
Erfindung betrifft eine Filtrationseinheit zur selektiven Abtrennung
von Stoffen aus Fluiden durch Filtration an porösen Membranadsorbern.
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Die
Filtrationseinheit ist für
Trennaufgaben mittels poröser
Membranadsorber im Labor, für
Arbeiten zur Maßstabsvergrößerung (scale-up)
und für
die Gewinnung von Stoffen im Produktionsprozeß einsetzbar. Sie ist anwendbar
zur selektiven Abtrennung und Reinigung von Stoffen, die gegenüber Membranadsorbern eine
spezifische Adsorptionsfähigkeit
besitzen wie beispielsweise biospezifische Moleküle, Proteine, Enzyme, ionogene
Stoffe, Metallionen, insbesondere Schwermetallionen. Die Erfindung
ist anwendbar im Bereich der Biotechnologie, der Gentechnik, der
Pharmazie, der Chemie, der Getränke-
und Lebensmittelindustrie sowie des Umweltschutzes.
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Nach
der
WO 92/00805 A1 sind
poröse
Membranadsorber solche Membranen, die an ihrer Oberfläche funktionelle
Gruppen, Liganden oder Reaktanden tragen, die zur Wechselwirkung
mit mindestens einem Stoff einer mit ihm in Kontakt stehenden flüssigen Phase
befähigt
sind. Der Transport der flüssigen
Phase durch die Membran hindurch erfolgt dabei konvektiv.
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Die
Bezeichnung Membranadsorber ist als Oberbegriff für verschiedene
Arten von Membranadsorbern wie Membranionenaustauscher, Ligandenmembranen
und aktivierte Membranen zu verstehen, die ihrerseits wieder je
nach den funktionellen Gruppen, Liganden und Reaktanden in unterschiedliche
Membranadsorber-Typen eingeteilt werden.
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Nach
der
DE 38 04 430 A1 ist
eine Filtrationseinheit zur Trennung molekularer Komponenten aus
flüssigen
Gemischen an Membranadsorbern bekannt. Sie besteht aus einem Gehäuse, aus
einer innerhalb des Gehäuses
befindlichen mehrlagigen mikroporösen Membraneinheit und aus
Mitteln, die den Durchfluß zwischen
der Membraneinheit und einer Sperre verhindern. Die Kanten jeder
Membran der Membraneinheit sind der Sperre (Gehäuse oder Dichtmittel) benachbart.
Die Mittel bestehen aus Druckringen und Dichtscheiben. Bei einer
speziellen Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Kanten der Membranen
an der Gehäusewandung angrenzend
vorgesehen sind, verhindert eine Abdichtung einen Durchfluß zwischen
Membranen und Gehäusewandung.
Die Abdichtung besteht aus einer Dichtmasse, die an der Gehäusewandung
und im Bereich des Umfangs der Membranen im Stapel aufgebracht ist.
Die Filtrationseinheit besitzt einen Einlaß zur Zuführung der aufzubringenden Flüssigkeit
auf eine erste Fläche
der Membraneinheit und Austrittsmittel zum Sammeln und Abführen der
aus einer zweiten Fläche
der Membraneinheit austretenden Flüssigkeit.
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Eine ähnliche
Vorrichtung beschreibt die
WO
91/10492 A1 , bei der sich ein oder mehrere Membranadsorberlagen
zwischen zwei Gehäusehälften einer
Dead-End-Fitrationsvorrichtung
befinden.
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Nachteilig
ist, daß die
Leistungsfähigkeit
der Filtrationseinheit bei einer geringen Anzahl von Membranadsorberlagen
durch eine für
die Praxis zu geringe Adsorptionskapazität oder aber bei einer großen Anzahl von
Membranadsorberlagen durch eine zu geringe Flußrate begrenzt ist. Versucht
man nämlich
die Adsorptionskapazität
der Filtrationseinheit durch Einbringen einer größeren Anzahl an Membranadsorberlagen
zu erhöhen,
so sinkt die Flußrate
exponentiell und gibt auch bei deutlicher Druckerhöhung keine
befriedigenden Ergebnisse.
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In
der
WO 90/05018 A1 wird
eine Affinitätstrennung,
einschließlich
einer Maßstabsvergrößerung von Membran-Affinitätstrennverfahren
und eine Dead-End-Filtrationsvorrichtung,
beschrieben, wobei im Wesentlichen isotrop poröse Membranen benutzt werden,
an die ein zuvor ausgesuchter Ligand kovalent gebunden wird. Neben
Hohlfasermembranen können
auch Flachmembranen für
das Verfahren eingesetzt werden. In der
US 4735718 A und in der
EP 0196392 A2 werden
Crossflow- Filtrationsvorrichtungen
beschrieben, bei denen mehrere Filterzellen vorhanden sind, wobei
aber keine Membranadsorber zum Einsatz kommen. In all diesen Dokumenten
sind die Filtrationsvorrichtungen so ausgestaltet, daß das zu
filtrierende Fluid immer nur eine einzige Membran passiert, bevor
es als Filtrat aus der Filtrationsvorrichtung abgeleitet wird. Bei
der Verwendung von Membranadsorbern in derartigen Filtrationsvorrichtungen
wäre die
schnelle Erschöpfung
der Adsorptionskapazität
und damit ein schneller Durchbruch unerwünschter Substanzen nachteilig.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Filtrationseinheit
zur Abtrennung von Stoffen aus Fluiden an Membranadsorbern zu schaffen,
die sich durch eine große
Leistungsfähigkeit
bei hoher Adsorptionskapazität
und Flußrate
auszeichnet und zum Scale-up geeignet ist.
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Die
Aufgabe wird durch eine Filtrationseinheit gelöst, die aus einer Vielzahl
anströmseitig
parallel angeordneter Filtrationskammern mit Membranadsorberstapeln
besteht, die aus einer variablen Anzahl flächiger Zuschnitte poröser Membranadsorber
gebildet werden und bei der an jedem Membranadsorberstapel zwischen
Flüssigkeitseingang
und Filtratausgang die gleiche Druckdifferenz herrscht. Dadurch,
daß an
jedem Membranadsorberstapel die gleiche Druckdifferenz anliegt,
ist die Flußrate
an Filtrat, die durch den Membranadsorberstapel hindurchtritt, an
jedem Membranadsorberstapel gleich hoch. Die Höhe dieser Flußrate hängt dabei
ab von der absoluten Größe der Druckdifferenz,
die durch den Druck am Fluideingang der Filtrationseinheit und/oder
den Druck am Filtratausgang der Filtrationseinheit eingestellbar
ist, sowie von der Anzahl der flächigen
Zuschnitte poröser
Membranadsorber, die einen Membranadsorberstapel bilden. Die Adsorptionskapazität der Filtrationseinheit
ist einstellbar durch Veränderung
der Anzahl flächige
Zuschnitte poröser
Membranadsorber, die einen Membranadsorberstapel bilden und/oder
durch Veränderung
der Anzahl an Membranadsorberstapeln, mit der eine Filtrationseinheit
aufgebaut werden soll.
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Die
Filtrationseinheit kann sowohl als Dead-End- als auch als Cross-Flow-Filtrationseinheit
betrieben werden.
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Zur
Realisierung der Erfindung werden zwischen den einzelnen Membranadsorberstapeln
Spacer angeordnet, die alternierend für einen Fluidzulauf und einen
Filtratablauf vorgesehen sind. Zur Gewährleistung einer gleichen Druckdifferenz an
jedem Membranadsorberstapel stehen jeweils die Spacer für den Fluidzulauf und
jeweils die Spacer für
den Filtratablauf über
Fluidzulaufkanäle
und Filtratablaufkanäle
miteinander in kommunizierender Verbindung. Der Fluidzulaufkanal
ist mit dem Eingang für
zu filtrierendes Fluid an der Filtrationseinheit, und der Filtratablaufkanal
mit dem Filtratausgang an der Filtrationseinheit verbunden. Es ist
zweckmäßig, wenn
die Spacer für
Fluid vorzugsweise an der der Einströmöffnung für zu filtrierendes Fluid diametral gegenüberliegenden
Seite ebenfalls in kommunizierender Verbindung stehen und einen
Fluidablaufkanal bilden, der mit einem zweiten Ausgang an der Filtrationseinheit
verbunden ist. Der Fluidsablaufkanal dient im Falle des Betriebs
der Filtrationseinheit als Dead-End-Filtrationseinheit lediglich
zur Entlüftung
der Anströmseite der
Membranadsorberstapel und ist nach Entlüftung geschlossen, oder er
dient im Falle des Cross-Flow-Betriebs der Filtrationseinheit als
Retentatablaufkanal und bildet zusammen mit dem Fluidzulaufkanal
den Retentatkreislauf.
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Die
Folge der Bauelemente erster Membranadsorberstapel, Spacer für den Filtratablauf,
zweiter Membranadsorberstapel und Spacer für den Fluidzulauf ist als Filtrationskammer
ausgebildet, deren wiederkehrende Einheiten die Filtrationseinheit
bilden. Die Spacer dienen dabei gleichzeitig als Stütze und
Rückstausicherung
für den
Membranadsorberstapel.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen die Filtrationskammern
aus zwei ringförmig
ausgebildeten Elementen, die durch einen Freiraum bildende Aussparungen
senkrecht zur Ebene der Membranadsorberstapel aufeinanderzubewegt
und ineinandergeschoben werden können,
wobei mittels Ausgleichsbuchsen eine fluiddichte Verbindung innerhalb
der Fluidzulauf- und Filtratablaufkanäle entsteht. Der durch die
Aussparungen erzielte Freiraum und die Ausgleichsbuchsen sind so
bemessen, daß trotz
unterschiedlicher Anzahl an flächigen
Zuschnitten poröser
Membranadsorber innerhalb der Membranadsorberstapel eine fluiddichte
Verbindung besteht. Erfindungsgemäß können innerhalb einer Filtrationskammer
bis zu 50 flächige
Zuschnitte, die einen Membranadsorberstapel bilden, untergebracht
werden. Vorzugsweise werden zwei Membranadsorberstapel mit je 10
bis 25 flächigen
Zuschnitten in einer Filtrationskammer angeordnet. Dabei kann der
Membranadsorberstapel aus einzelnen, aneinandergelegten flächigen Zuschnitten
oder aus einem Paket flächiger
Zuschnitte, die in ihrem Randbereich peripher von einem dauerelestischen
Dichtungsmaterial eingefaßt
sind und eine Filterkassette bilden, bestehen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden
die Filtrationskammern dadurch gebildet, daß Spacer und Membranadsorberstapel
mit einem dauerelastischen Dichtungsmaterial peripher eingefaßt sind.
Eine Vielzahl von in Anströmrichtung
parallel angeordneten Filtrationskammern ist dabei zu einer Filterkassette
verbunden. Fluidzulauf-, Filtratablauf- und Fluidablaufkanäle durchdringen
die Filterkassette senkrecht zur Ebene des Membranstapels und sind
im peripheren vom dauereleastischen Dichtungsmaterial eingefaßten Bereich
untergebracht. Die Filtrationseinheit besteht aus zwei als Endplatten
ausgebildeten Filterhaltern, zwischen denen eine oder mehrere Filterkassetten
dichtend eingepreßt
sind. Jeder Membranadsorberstapel kann eine variable Anzahl flächiger Zuschnitte
poröser
Membranadsorber enthalten, in der Regel zwischen 2 und 50, vorzugsweise
zwischen 10 und 25 Zuschnitte. Form und Größe der Zuschnitte können beliebig
gewählt
werden.
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Entsprechend
der Filtrationsaufgabe können
mehrere Filtrationseinheiten parallel oder in Reihe geschaltet werden.
Sollen unterschiedlich Stoffe abgetrennt werden, die an verschiedenen
Membranadsorber-Typen spezifisch adsorbierbar sind, kann dies beispielsweise
durch in Reihe-Schaltung von mehreren Dead-End-Filtrationseinheiten,
die nacheinander mit dem jeweiligen Membranadsorber-Typ bestückt sind,
geschehen. Erfindungsgemäße Cross-Flow-Filtrationseinheiten
haben sich als partikelgängig
erwiesen, wenn geeignete Spacer für den Fluidzulauf ausgewählt werden.
Beispielsweise kann durch geeignete Spacer, etwa in Form eines Gitterwerks,
die Breite des Überströmkanals
beim Cross-Flow-Betrieb der Filtrationseinheit so festgelegt werden,
daß bei
der Filtration von Partikel enthaltenden Fluiden ein vorzeitiges
Verstopfen (Fouling) der porösen
Membranadsorber verhindert wird.
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Durch
die beschriebenen Bauweisen lassen sich die Filtrationseinheiten
modular aufbauen und in ihrer Adsorptionskapazität bei gleichbleibender Flußleistung
der jeweiligen Filtrationsaufgabe anpaßen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der 1 bis 4 und
der Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 schematisch
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Filtrationseinrichtung,
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2 zwei
Draufsichten auf ein ringförmig
ausgebildetes Filtratablaufelement und ein ringförmig ausgebildetes Fluideinlaufelement
längs der
Schnittebenen A und B der 1,
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3 die
explosionsartige, perspektivische Darstellung der Elemente einer
Filterkassette für
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Filtrationseinrichtung
und
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4 schematisch
eine Ausführungsform
der Filtrationseinheit mit Filterkassetten, die gemäß 3 aufgebaut
sind.
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Eine
in 1 gezeigte erfindungsgemäße Filtrationseinrichtung besteht
aus zwei als Endplatten 1, 2 ausgebildeten Filterhaltern
mit einer dazwischen dichtend angeordneten Vielzahl von wiederkehrenden
Filtrationskammern 3. Jede Filtrationskammer 3 besteht
aus einem ringförmig
ausgebildeten Filtratablaufelement 4 und einem ringförmig ausgebildeten
Fluideinlaufelement 5. Das ringförmige Filtratablaufelement 4 faßt einen ersten
Membranadsorberstapel 6, einen Spacer für Filtratablauf 7 und
einen zweiten Membranadsorberstapel 8 ein, während das
ringförmig
ausgebildeten Fluideinlaufelement 5 einen Spacer für Fluidzulauf 9 einfaßt. Die Membranadsorberstapel
können
von Filterunterstützungen 10 abgedeckt
werden, beispielsweise in Form von Geweben, Vliesen, Lochblechen
oder Steckmetallen, die Schutz vor mechanischer Beschädigung der
Membranen bieten und anströmseitig
gleichzeitig als Vorfilter dienen. Die Spacer 7, 9 können einstückig oder
zweistückig
ausgebildet werden. Die in der 1 dargestellten
Spacer 7, 9 sind zweistückig ausgebildet und werden
durch Abstandshalter 11 stabilisiert. Die einstückigen oder
zweistückigen,
durch Abstandshalter 11 stabilisierten Spacer 7, 9 sind
so ausgebildet, daß sie
einen Filtratsammelspalt 12 zum Sammeln des die letzte Membran
der Membranadsorberstapel verlassenden Filtrats und einen Fluideinlaufspalt 13 zur
Anströmung der
ersten Membranfläche
der Membranadsorberstapel mit zu filtrierendem Fluid bilden. Zweckmäßigerweise werden
die Spacer gleichzeitig so ausgebildet, daß sie als Rückstausicherung dienen. Zur
Verringerung von Totvolumen wird jeder Spalt 12, 13 möglichst
eng vorzugsweise mit einstückigen
Spacer ausgebildet. Vom Filtratsammelspalt 12 und vom Fluideinlaufspalt 13 führen radiale
Verbindungskanäle 14, 14' zu Filtratablaufkanälen 15 und
Fluidzulaufkanälen 16,
die den Ringteil der Filtratablaufelemente 4 und der Fluideinlaufelemente 5 als
Durchbrechungen rechtwinklig durchsetzen. Dabei befindet sich in
jeder Durchbrechung des Fluideinlaufelements 5 eine Ausgleichsbuchse 17, 18,
wobei die Ausgleichsbuchsen im Fluidzulaufkanal mit 17 und
im Filtratablaufkanal mit 18 bezeichnet sind. Dadurch,
daß im
ringförmigen
Umfangsbereich der Filtratablauf- und Fluideinlaufelemente 4, 5 Aussparungen 19, 20 vorgesehen
wurden, lassen sich über
den dadurch entstandenen Freiraum hinweg die Filtratablauf- und
Fluideinlaufelemente 4, 5 aufeinanderzubewegen
und soweit ineinanderschieben, bis mittels vorhandener Dichtelemente 21,
wie beispielsweise O-Ringe, eine radiale Abdichtung der Membranadsorberstapel 6, 8 gegenüber dem
Fluideinlaufspalt 13 erfolgt. Die in den Durchbrechungen
des Ringteils des Fluideinlaufelements 5 vorhandenen Ausgleichsbuchsen 17, 18 sorgen
mit ihren Dichtelementen 21' für die Ausbildung
einer fluiddichten Verbindung innerhalb der Filtratablaufkanäle 15 und
der Fluidzulaufkanäle 16.
Dabei sind die durch die Aussparungen 19, 20 geschaffenen
Freiräume
und die Ausgleichsbuchsen 17, 18 so zu bemessen,
daß eine
unterschiedliche Dicke der Membranadsorberstapel 6, 8,
die durch Variation der Anzahl flächiger Zuschnitte poröser Membranadsorber
verursacht wird, ausgeglichen werden kann. Der Freiraum muß für jeden
Membranadsorberstapel wenigstens das n-Fache der Dicke eines flächigen Zuschnitts
poröser
Membranadsorber betragen, die in einem Stapel maximal untergebracht
werden sollen, wenn n die maximale Anzahl der flächigen Zuschnitte ist. Er beträgt bei einem
Membranadsorberstapel aus maximal 50 flächigen Zuschnitten 10 mm, wenn
davon ausgegangen wird, daß die
Dicke eines flächigen Zuschnitts
0,2 mm beträgt.
Bei dieser Auslegung des Freiraumes und der Ausgleichsbuchsen können in
die Filtrationseinheit gemäß 1 Membranadsorberstapel
mit 2 bis 50 flächigen
Zuschnitten eingebracht werden.
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Über die
Endplatten 1, 2 wird die Filtrationseinheit mechanisch
oder hydraulisch über
Zugatangen (nicht dargestellt) zusammengepreßt.
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Zur
Durchführung
der Filtration von Fluiden an porösen Membranadsorbern mittels
der erfindungsgemäßen Filtrationseinheit
nach 1 im Dead-End-Filtrationsmodus wird das Fluid
durch den Einlaßstutzen 22, die
jeweiligen Fluidzulaufkanäle 16,
die Fluidausgleichsbuchsen 17, die radialen Verbindungskanäle 14,
und die Spacer für
Fluidzulauf 9 über
die Fluideinlaufspalten 13 auf die erste Fläche der
den Spacern für
Fluidzulauf 9 benachbarten Membranadsorberstapeln 6, 8 unter
Druck aufgegeben. Das Fluid passiert konvektiv die einzelnen aneinandergepreßten oder
randseitig peripher abgedichteten flächigen Zuschnitte poröser Membranadsorber,
um die Membranadsorberstapel als Filtrat zu verlassen. Das Filtrat
wird im durch die Spacer für Filtratablauf 7 gebildeten
Filtratsammelspalt 12 gesammelt und über die die radialen Verbindungskanäle 14', Filtratausgleichsbuchsen 18,
den Filtratablaufkanal 15 und den Auslaßstutzen 23 der Filtrationseinheit
entnommen. Zur Erhöhung
der Flußrate
kann am Auslaßstutzen
Unterdruck angelegt werden.
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Die
in den 3 und 4 dargestellten stapelfähigen, modular
zusammenfügbaren
Filterkassetten bestehen aus folgenden die Filtrationskammern 3 bildenden
wiederkehrenden Bauteilen, einem ersten Membranadsorberstapel 6,
einem Spacer für
Filtratablauf 7, einem zweiten Membranadsorberstapel 8,
einem Spacer für
Fluidzulauf 9 und vorzugsweise Dichtungselementen 21,
wie beispielsweise Dichtrahmen, die an ihren Rändern von einem dauerelastischen
Dichtungsmaterial 24 durchdrungen und fluiddicht eingefaßt sind. In
der 3 ist der Übersichtlichkeit
halber nur die Einfassung der Randbereiche der Spacer und der die
Membranadsorberstapel 6, 8 durchdringenden Kanäle für Fluidzulauf 16,
Filtratablauf 15, Entlüftung 25 oder
Retentat 26 dargestellt. Die gesamte Einfassung der Kassette
mit dem dauerelastischen Dichtungsmaterial ist nicht dargestellt.
Jede Filterkassette enthält
eine Vielzahl von anströmseitig
parallel angeordneten Filtrationskammern 3. Die Membranadsorberstapel 6, 8 können aus
bis zu 50 flächigen
Zuschnitten poröser
Membranadsorber bestehen, vorzugsweise aus 10 bis 25. Form und Größe der Zuschnitte
ist beliebig und richtet sich vor allem nach den in der Praxis verwendeten
als Filterhalter dienenden Endplatten 1, 2. Der
erste und letzte Zuschnitt jeder Filterkassette besteht vorzugsweise
aus einem Gitterwerk oder Gewebe 10, das dem Schutz der Membranadsorber
dient.
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Das
dauerelastische Dichtungsmaterial 24 überragt die Ränder der
Zuschnitte in axialer und radialer Richtung. Sie steht im parallelen
Randbereich zur Fläche
des ersten und letzten Zuschnitts geringfügig, vorzugsweise weniger als
100 μm, über der
Fläche
des Zuschnitts. Dieser Überstand
bildet beim Einpressen der Filterkassetten zwischen den beiden Endplatten 1, 2,
zwischen benachbarten Filterkassetten und zwischen einer Filterkassette
und einer Endplatte eine Preßdichtung,
die eine radiale Undichtigkeit der Filtrationseinheit verhindert.
Die Herstellung der Filterkassetten erfolgt nach dem Fachmann geläufigen Verfahren.
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In
der 4 ist eine Ausführungsform der Filtrationseinheit
für Dead-End-Filtrationen
mit Filterkassetten des Aufbaus gemäß 3 dargestellt.
Danach wird mindestens eine Filterkassette zwischen zwei Endplatten 1, 2 eingepreßt. Die
Endplatten verfingen über
Einlaßstutzen
zur Fluidzufuhr 22 und Auslaßstutzen für Filtratablauf 23.
Der erforderliche Anpreßdruck
wird mechanisch oder hydraulisch hervorgerufen. Zur Durchführung der
Filtration wird das zu filtrierende Fluid mit den abzutrennenden
Stoffen mittels Druck über
den Einlaßstutzen 22,
den Fluidzulaufkanal 16, in den Fluideinlaufspalt 13 gedrückt und
passiert konvektiv die benachbarten Membranadsorberstapel 6, 8.
Entsprechend der spezifischen Adsorption werden die einzelnen abzutrennenden
Stoffe in den Membranadsorberstapeln der Filterkassetten festgehalten.
Das Filtrat wird im Filtratsammelspalt 12 gesammelt und über den Filtratablaufkanal 15 zum
Auslaßstutzen 23 geführt und
entnommen. Mit entsprechenden Eluationsmitteln werden die in den
einzelnen Filterkassetten adsorbierten Stoffe selektiv desorbiert
und eluiert und in einem nicht dargestellten Eluatsammler aufgefangen.
Sollen unterschiedliche Stoffe getrennt werden, die an unterschiedlichen
Membranadsorber-Typen adsorbiert werden, kann man entsprechend bestückte Filtrationseinheiten,
die Filterkassetten mit den erforderlichen Membranadsorber-Typen enthalten,
in Reihe schalten und die gewünschten
Stoffe in einem Filtrationslauf adsorbieren und anschließend getrennt
eluieren.
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Beispiel 1
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Eine
Ausgangslösung
wurde folgendermaßen
hergestellt: Aus frischen Hühnereiern
wird das Eiweiß vom
Eigelb getrennt und mit dem vierfachen Volumen eines 10 mMol/l Natriumazetatpuffers
pH 5,9 (Puffer A) versetzt und durchmischt. Nach 16 Stunden bei
4°C wird
die Lösung
geklärt
und der pH-Wert auf 5,9 nachgestellt. Die so hergestellte Ausgangslösung wurde
durch eine Lage eines kreisförmigen
flächigen
Zuschnitts eines porösen
Membranadsorbers mit stark sauren Ionenaustauschergruppe von 293
mm Durchmesser in herkömmlicher
Weise (Versuch 1) und in zwei parallel durchgeführten Versuchen (2, 3) durch
eine erfindungsgemäße Filtrationseinheit
gemäß
1 gepumpt.
Die erfindungsgemäße Filtrationseinheit
wurde im Versuch 2 mit einer Filtrationskammer mit zwei Membranadsorberstapeln
zu je 20 flächigen
Zuschnitten poröser
Membranadsorber und im Versuch 3 mit drei Filtrationskammern mit
6 Membranadsorberstapeln
zu je 10 flächigen Zuschnitten
des porösen
Membranadsorbers gemäß Versuch
1 gepumpt. Es wurde in allen Versuchen solange gepumpt bis im Ablauf
die katalytische Aktivität
des Enzyms Lysozym, bestimmt durch einen gebräuchlichen Standardtest 10%
des Wertes der Ausgangslösung
erreicht hatte. Nach Freispülen
der Membranadsorber durch Hindurchpumpen von Puffer A wurde eine
Lösung
von 0,2 Mol/l Kaliumchlorid in Puffer A hindurchgepumpt. Das eluierte
Protein zeigte keine Lysozymaktivität. Danach wurde eine Lösung von
0,5 Mol/l Kaliumchlorid in Puffer A hindurchgepumpt. Das eluierte
Protein besaß enzymatische
Lysozymaktivität.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1: Adsorptionskapazitäten in Abhängigkeit
von der Membranadsorberfläche
(scale-up)
| Versuch | Anzahl
der Zuschnitte (293 mm ⌀) | Filtrierte
Menge an Ausgangslösung
[l] | Isolierte
Menge an Lysozym [g] |
| 1 | 1 | 1,34 | 4,8 |
| 2 | 40 | 53,6 | 177 |
| 3 | 60 | 80,4 | 276 |
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Beispiel 2
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Durch
eine erfindungsgemäße Filtrationseinheit
gemäß 4,
die eine Filterkassette mit drei Filtrationskammern und 6 Membranadsorberstapeln
zu je 10 flächigen,
kreisförmigen
Zuschnitten poröser
Membranadsorber von 5 cm Durchmesser mit Reaktiv Blue 2 als Ligand
enthält,
wurde ein Proteingemisch aus 1,5 mg Cytochrom C (SIGMA Deisenhofen)
und 1,5 mg Laktat-Dehydrogenase (LDH) aus Rinderherz (SERVA Heidelberg)
in 0,01 M Kaliumphosphat-Puffer vom pH 7 (KPi) gepumpt.
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Beide
Proteine wurden quantitativ adsorbiert, wie die Analyse im ablaufenden
Filtrat ergab.
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Zur
anschließenden
selektiven Eluierung der Proteine wurde KPi und anschließend ein
Gradient von 0 bis 1 M NaCl in KPi durch die Einheit gepumpt und
Fraktionen auf Anwesenheit von Cytochtom C und LDH analysiert. Die
Ergebnisse zeigen, daß eine
scharfe Trennung der beiden Proteine erfolgte.
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Die
Erfindung bietet vor allem den Vorteil, daß durch Auswahl von Membranadsorber-Typen, Variation der
Anzahl an flächigen
Zuschnitten poröser
Membranadsorber innerhalb eines Membranadsorberstapels und Variation
der Anzahl von Filtrationskammern Filtrationseinheiten vor Ort in Übereinstimmungen
mit den Anforderungen der Filtrationaufgabe aufzubauen und die Filtrationseinheiten
im Dead-End- oder
Cross-Flow-Modus einzeln oder mit mehreren Einheiten zu betreiben,
wodurch auch in einem Filtrationslauf mehrere Stoffe, die spezifisch
durch verschiedene Membranadsorber-Typen absorbierbar sind, abgetrennt
werden können.
Die Anwendung der Erfindung führt
zur Einsparung von Investitionen, Arbeitszeit und Energie, vermindert
Materialverluste und schont die zu behandelnden Wertstoffe.