DE69601919T2

DE69601919T2 - Filtrierapparat

Info

Publication number: DE69601919T2
Application number: DE69601919T
Authority: DE
Inventors: Attila Southborough Ma 01772 Herczeg
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1995-01-04
Filing date: 1996-01-03
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2016-01-04
Also published as: US5490927A; WO1996020776A3; WO1996020776A2; DE69601919D1; EP0801590B1; EP0801590A2

Description

Technischer Bereich der Erfindung

Die Erfindung betrifft den Bereich der Filtration und im einzelnen eine verbesserte Filtrationsvorrichtung zum Filtrieren und Konzentrieren einer Lösung.

Hintergrund der Erfindung

Es ist wohlbekannt, daß die Filtration von Fluiden durch die Verwendung von Filtrationsvorrichtungen, welche Submikronfilter zum Filtrieren und Konzentrieren einer makromolekularen Lösung verwenden, bewerkstelligt werden kann. Dieses Verfahren ist bei Zentrifugalfiltrationsvorrichtungen verwendet worden, welche darauf basieren, daß Zentrifugalkräfte Lösungen zu einem Filter hinlenken, welches flüssige Lösungen in Filtrat und Konzentrat trennt.
Mit der herkömmlichen Zentrifugalfiltrationsvorrichtung sind jedoch bestimmte Nachteile verbunden. Typischerweise enthält eine solche Vorrichtung eine den unteren Teil eines Gehäuses bedeckende Filtereinheit, so daß durch die Zentrifugalkraft die flüssige Lösung zu der Filtereinheit hingezogen wird. Ein Nachteil bei diesem Systemtyp liegt darin, daß die Filtrationsoberfläche im Vergleich zu der Menge an flüssiger Lösung in dem Gehäuse relativ klein ist. Daher erfolgt die Filtration bei einer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit. Zweitens enthalten die Filtrationsvorrichtungen ein semipermeables Membranfilter, was zum Verstopfen führt, da die dichteren Moleküle in der flüssigen Lösung auf das Membranfilter gedrängt werden.
Ein anderes Problem bei bestimmten herkömmlichen Filtrationsvorrichtungen ist ihre Neigung, eine Lösung bis zur Trockne zu filtrieren, so daß die gesamte Lösung filtriert wird. Die Vorrichtung läuft weiter, obwohl das gesamte Konzentrat filtriert ist. Im allgemeinen sollte die Filtration bis zur Trockne vermieden werden, da die Gewinnung und biologische Brauchbarkeit des Konzentrats erheblich vermindert werden.
Bestimmte Typen von Filtrationsvorrichtungen, wie etwa die in dem U. S.-Patent Nr. 4,632,761 (Bowers et al) offenbarte Vorrichtung, können eine Filtration bis zur Trockne verhindern und enthalten eine Abstop- oder "dead stop"-Funktion, wodurch die Filtration angehalten wird, während noch Konzentrat in der Vorrichtung verbleibt. Die Vorrichtung von Bowers et al filtriert jedoch beim Schleudern bei einem Winkel von 90º bis zur Trockne, wenn die Vorrichtung in einer Schwingbecherzentrifuge geschleudert wird. Außerdem hängt bei diesem Filtrationsvorrichtungstyp die Menge des nach Erreichen des "dead stop" verbleibenden Konzentrats von dem Drehwinkel der Vorrichtung ab. Die Menge des in der Vorrichtung verbleibenden Konzentrats wird durch Verändern des Winkels, bei welchem die Vorrichtung gedreht wird, variiert. Dies ist bei Winkelrotor-Zentrifugen jedoch unmöglich. Daher filtriert diese Vorrichtung bis zur Trockne, wenn sie in einer Schwingbecherzentrifuge geschleudert wird, und beendet die Filtration nur bei einem Konzentrationsniveau, wenn sie in einer Winkelrotorzentrifuge geschleudert wird.
U. S.-Patent Nr. 5,112,484 (Zuk) beschreibt eine Filtrationsvorrichtung mit einer mehrseitigen Filtereinheit zum Abtrennen von Filtrat von Konzentrat, welche darin so angeordnet ist, daß die semipermeable Membran in einer Richtung ausgerichtet ist, welche im wesentlichen senkrecht zu der auf die zu filtrierende Lösung einwirkenden Zentrifugalkraft ist, wenn die Filtrationsvorrichtung in einer Zentrifuge verwendet wird. Bei dieser Vorrichtung wird jedoch das konzentrierte Material im Lauf des Filtrationsprozesses immer konzentrierter, was eine fortschreitende Verringerung der Filtrationsgeschwindigkeit während des Betriebs zur Folge hat. Desweiteren nimmt der durch die Menge an zu filtrierender Flüssigkeit bewirkte Druck ab, während die Flüssigkeit durch die Membran filtriert wird, wodurch die Filtrationsgeschwindigkeit fortschreitend verringert wird. Während des Betriebs dieser Vorrichtung nimmt der Flächenanteil der der zu filtrierenden Flüssigkeit ausgesetzten Membran ab, während das Fluid durch die Membran filtriert wird, wodurch auch die Filtrationsgeschwindigkeit der Vorrichtung verringert wird. Der auf die Membran wirkende Druck ist zu keinem gegebenen Filtrationszeitpunkt konstant und der entlang der Membran wirkende Druck verändert sich mit der vertikalen Position der Membranoberfläche.
Daher ist die Bereitstellung einer Filtrationsvorrichtung wünschenswert, welche die Filtratonsgeschwindigkeit während des Betriebs verbessert, die Auswirkungen eines abnehmenden Drucks, der eine Folge der zunehmenden Filtrationsdauer ist, minimiert; welche ohne Veränderung der der zu filtrierenden Flüssigkeit ausgesetzten Membranoberfläche arbeitet und/oder welche bei einem gleichmäßigen auf die Membran wirkenden Druck filtriert.
Es ist auch wünschenswert, eine Filtrationsvorrichtung bereitzustellen, welche ohne Filtration bis zur Trockne verwendet werden kann; welche eine verhältnismäßig große Filtrationsmembranoberfläche aufweist, wodurch die Filtration bei einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit ermöglicht wird; welche das Verstopfen der semipermeablen Membran minimiert, wodurch die Filtereffizienz maximiert wird; und/oder welche selbstreinigend und daher wiederverwendbar ist.
Außerdem ist die Bereitstellung einer Filtrationsvorrichtung wünschenswert, welche ermöglicht, daß dichte Moleküle, welche Verschmutzung verursachen können, von der Membranoberfläche durch Zentrifugalkraft abgedrängt werden, während gleichzeitig Filtrat in eine Filtratsammelvorrichtung fließen kann.
U. S.-Patent Nr. 4,522,713 offenbart ein Filtrationsgefäß mit einem äußeren Zentrifugenrohr und einer darin schwimmend ange ordneten und zum Luftraum hin offenen Filtereinheit, wobei das zu filtrierende Medium unter einem Überdruck in Kontakt mit dem Filter steht und wobei von außen einwirkende Beschleunigungen, von der zu filtrierenden Probe aus gesehen, keinen Vektor in der Richtung des Filters aufweisen.
U. S.-Patent Nr. 4,832,851 offenbart eine Filtrationsvorrichtung, welche einen röhrenförmigen Behälter zum Fassen einer zu filtrierenden Probe und ein darin eingesetztes Filtriergefäß umfaßt. Das Filtriergefäß trägt ein Filter über seinem unteren Ende und umfaßt einen Kammerteil zum Aufnehmen des Filtrats. Das Filtrationsgefäß wird unter Kraftanwendung in den röhrenförmigen Behälter eingeführt, was die relative axiale Position dazwischen beschränkt, und die Vorrichtung wird einer Zentrifugation unterworfen.
U. S.-Patent Nr. 4,722,792 offenbart ein Filter für die Verwendung in einem Zentrifugal-Separator, umfassend eine dünne Filterschicht zwischen einer Probenkammer und einer Filtratkammer. Die dünne Filterschicht ist geneigt oder parallel zu einer Achse des Filters angeordnet. Wenn das Filter mit einem Zentrifugal-Separator entweder des Winkelrotor- oder des Schwingrotortyps verwendet wird, wird das Filter so angeordnet, daß es während des Betriebs geneigt oder parallel zu der Richtung der Zentrifugalkraft ist, so daß sich der in der, flüssigen Probe in der Probenkammer enthaltene Rückstand bezüglich der Achse der Rotoren radial nach außen bewegt.
DE 36 08 062 offenbart eine Filtervorrichtung für eine winzige Flüssigkeitsmenge, welche unter einer Zentrifugalkraft oder unter Druck verwendet werden kann, umfassend ein zylindrisches Element und ein Hohlfaserfilter mit einem offenen unteren Ende, welches in dem zylindrischen Element so angeordnet ist, daß ein ringförmiger Räum zum Aufnehmen einer Probenflüssigkeit um das Filter herum gebildet wird, wobei der untere Teil des Hohlfaserfilters mit der inneren Wandung des unteren Teils des zylin drischen Elements flüssigkeitsdicht verbunden ist und wobei das obere Ende des Hohlfaserfilters dicht verschlossen ist.
U. S.-Patent Nr. 4,849,061 offenbart einen Filterartikel aus Kunststoff mit einer Filtermembran, welche wenigstens teilweise aus Cellulosenitrat hergestellt und an den Filterartikel angeschweißt ist.
In der europäischen Patentanmeldung Nr. EP 0,298,513 ist eine Filtrationseinheit offenbart, welche ein Probenaufnahmegefäß, ein Filtratgefäß und ein Filtergehäuse mit einem Filterelement zwischen ihnen umfaßt. Das Filtratgefäß ist durch ein Diaphragma verschlossen, welches durch eine spitze Kanüle an dem Filtergehäuse durchstochen wird und das Durchstichloch nach dem Zurückziehen der Kanüle schließt.
Die vorliegende Erfindung bietet eine Verbesserung wenigstens mancher der Nachteile der herkömmlichen Filtrationsvorrichtungen.
Die zuvor erwähnten Vorteile können durch die Verwendung einer Filtrationsvorrichtung zum Abtrennen von Filtrat und Konzentrat aus einer Lösung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung erhalten werden. Die Filtrationsvorrichtung umfaßt ein Gehäuse mit einer darin ausgebildeten Auslaßöffnung, welches eine Lösung enthalten kann, eine in das Gehäuse einsetzbare Filtereinheit, wobei die Einheit eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite der Auslaßöffnung des Gehäuses zugewandt ist. Die Filtereinheit kann eine flache semipermeable Membran, welche auf der ersten Seite angeordnet ist und Filtrat und Konzentrat trennen kann, wenigstens einen auf der ersten Seite angeordneten Einlaß, wobei die Membran wenigstens einen Einlaß bedeckt, eine Filtratöffnung, welcher auf der ersten Seite angeordnet ist und in Fließverbindung mit wenigstens einem Einlaß steht, wobei die Filtratöffnung so ausgerichtet ist, daß hierdurchfließendes Filtrat in die Auslaßöffnung der Filtrationsvorrichtung fließen kann, und Mittel zum dichten Verbinden der Filtereinheit mit dem Gehäuse, um das Fließen von in dem Gehäuse befindlichem Konzentrat in die Auslaßöffnung zu verhindern, umfassen.
Die Filtereinheit kann einen von der ersten Seite hiervon abstehenden Hals umfassen, wobei der Hals die darin angeordnete Filtratöffnung aufweist und in die Auslaßöffnung des Gehäuses eingeführt werden kann. Die Mittel zum dichten Verbinden können eine Grenzfläche zwischen dem Hals und der Auslaßöffnung umfassen. Das Gehäuse kann eine abnehmbare Abdeckung umfassen.
Die Filtrationsvorrichtung kann ferner eine Vorrichtung zum Sammeln des Konzentrats aufweisen. Die Vorrichtung zum Sammeln des Konzentrats kann einen Konzentratsammelbecher mit einem darin ausgebildeten; abstehenden Element, welches in die Auslaßöffnung des Gehäuses einführbar ist, umfassen. Wenn das abstehende Element in die Auslaßöffnung eingeführt wird, wird die Filtereinheit verschoben, um das Fließen von in dem Gehäuse befindlichen Konzentrat durch die Auslaßöffnung und in den Konzentratbecher zu ermöglichen.
Die Filtrationsvorrichtung kann auch eine Vorrichtung zum Aufnehmen des Konzentratbechers umfassen. Die Vorrichtung zum Aufnehmen des Konzentratsammelbechers kann ein mit einem Gewinde versehenes Element, welches einen Gewindeteil des Konzentratsammelbechers aufnehmen kann, umfassen.
Außerdem kann die Filtrationsvorrichtung eine Vorrichtung zum Sammeln von Filtrat umfassen. Die Vorrichtung zum Sammeln von Filtrat kann einen Filtratsammelbecher umfassen. Außerdem kann die Filtrationsvorrichtung Mittel zum sicheren Befestigen des Filtratsammelbechers an dem Gehäuse umfassen.
Eine Mehrzahl von Filtereinlässen kann um den Umfang eines Teils der ersten Seite der Filtereinheit mit dem davon abstehenden Hals angeordnet sein. Die semipermeable Membran kann auf die erste Seite der Filtereinheit gesiegelt sein. Die erste Seite der Filtereinheit kann wenigstens eine hierauf ausgebildete Nut umfassen, damit Filtrat hierin zu der Filtratöffnung fließen kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlich, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, bei welchen.
Fig. 1 einen Schnitt einer gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruierten Filtrationsvorrichtung darstellt;
Fig. 2 einen Schnitt einer in der Filtrationsvorrichtung von Fig. 1 verwendbaren und ebenfalls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruierten Filtereinheit darstellt;
Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt der in Fig. 2 dargestellten, in der Filtrationsvorrichtung verwendbaren und gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruierten Filtereinheit darstellt;
Fig. 4 eine perspektivische Schnittansicht eines Gehäuses und einer Filtereinheit, welche in der Filtrationsvorrichtung verwendet werden können und Probenkonzentrat enthalten, gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 5 eine alternative Ausführungsform einer anderen Filtrationsvorrichtung darstellt, welche gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und eine Dichtung oder einen O-Ring als Abdichtungsmittel zwischen dem Gehäuse und der Filtereinheit hiervon aufweist.
Fig. 6 stellt eine Ansicht von unten der ersten Seite der in Fig. 2 dargestellten Filtereinheit dar, bei welcher die Mem bran hiervon entfernt wurde und welche gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.

Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen

Die verbesserte Filtrationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann in der Form einer diskontinuierlich arbeitenden Filtrationsvorrichtung wie die in Fig. 1 gezeigte Filtrationsvorrichtung ausgeführt und in einer Zentrifuge verwendbar sein. Die Filtrationsvorrichtung umfaßt ein Gehäuse 1, eine Filtereinheit 3, einen Filtratbecher 5, einen Konzentratbecher 7 und eine Abdeckung 9. Die Struktur und Funktion der Komponenten wird nun im einzelnen beschrieben.
Nun wird auf Fig. 1 Bezug genommen, worin ein vorzugsweise becherförmiges Gehäuse 1 eine zu filtrierende flüssige Lösung aufnehmen kann. Das Gehäuse 1 umfaßt eine abnehmbare Abdeckung 9. Am unteren Teil des Gehäuses 1 befindet sich eine Auslaßöffnung 11 (Fig. 5). Die Auslaßöffnung 11 kann sich durch einen Nippel 13 erstrecken, welcher von dem unteren Teil des Gehäuses 1 absteht.
Der Nippel weist vorzugsweise eine konische Gestalt und einen Durchmesser auf, welcher mit zunehmender Entfernung von dem unteren Teil des Gehäuses 1 abnimmt. Die abnehmbare Abdeckung 9 kann so konstruiert sein, daß Luft hierdurch in das Gehäuse 1 treten kann. Vorzugsweise wird das Gehäuse 1 durch die Verwendung einer abnehmbaren Entlüftungsabdeckung 9 entlüftet.
Die Filtrationsvorrichtung kann auch eine Vorrichtung zum Sammeln von Filtrat umfassen, einschließlich eines Filtratsammlers wie etwa einen Filtratsammelbecher 5. Jedoch können auch andere geeignete Filtratsammler genügen. Der Filtratsammelbecher 5 kann mit dem Gehäuse durch Preßpassen verbunden werden, wobei der Filtratsammelbecher und das Gehäuse dementsprechend bemessen und ausgebildet sind. Es können auch andere Mittel zum Ver binden des Filtratsammelbechers 5 mit dem Gehäuse 1 verwendet werden. Beispielsweise kann der Filtratsammelbecher 5 durch Gewinde mit dem Gehäuse 1 verbunden werden, durch Einrasten mit dem Gehäuse verbunden werden oder daran mittels eines Befestigungsmittels oder dergleichen befestigt werden. Um einen Druckanstieg in dem Filtratsammelbecher 5 zu vermeiden, sollte der Becher entlüftet werden: Die Entlüftung kann durch Vermeiden einer luftdichten Abdichtung zwischen dem Filtratsammelbecher 5 und dem Gehäuse 1 bewirkt werden. Alternativ kann die Seite des Filtratbechers eine oder mehrere Öffnungen zur direkten Entlüftung (nicht gezeigt) aufweisen, damit Luft aus dem Innern des Filtratsammelbechers 5 austreten kann.
Die Filtrationsvorrichtung kann auch eine Vorrichtung zum Sammeln von Konzentrat umfassen, einschließlich eines Konzentratsammlers wie etwa einen Konzentratsammelbecher 7, unten beschrieben, oder dergleichen. Zwar zeigt Fig. 1 sowohl einen Konzentratsammelbecher 7 als auch einen Filtratsammelbecher 5, doch wird der Filtratsammelbecher 5 zuerst mit dem Gehäuse verbunden, ohne daß der Konzentratsammelbecher 7 damit verbunden ist.
Nach der Filtration wird der Konzentratsammelbecher 7 dann mit dem Gehäuse 1 verbunden. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann bei der Verwendung eines Konzentratsammelbechers 7 als Konzentratsammler eine mit einem Gewinde versehene Manschette 15 als ein Mittel zum sicheren Befestigen des Konzentratsammelbechers 7 an dem Gehäuse 1 verwendet werden. Die Gewindemanschette 15 kann von dem unteren Teil des Gehäuses 1 abstehen und enthält ein Gewinde 26, welches mit einem auf dem Konzentratsammelbecher 7 befindlichen Gewinde 27 in Eingriff gebracht werden kann, um den Konzentratsammelbecher 7 an dem Gehäuse 1 sicher zu befestigen. Andere geeignete Mittel zum sicheren Befestigen des Konzentratsammelbechers an dem Gehäuse 1 können ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise können der Konzentratsammelbecher 7 und das Gehäuse 1 so ausgebildet werden, daß der Konzen tratsammelbecher mit dem Gehäuse 1 mittels Einrasten, eines Befestigungsmittels oder mittels Preßpassen etc. verbunden wird.
Die Filtrationsvorrichtung umfaßt auch eine Filtereinheit 3. Die Filtereinheit 3 kann in das Gehäuse 1 eingesetzt werden, um das Fließen von Filtrat in der Filtereinheit und durch die Auslaßöffnung 11 zu ermöglichen. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann die Filtereinheit einen ersten Teil 29 und einen damit verbundenen zweiten Teil 31 umfassen. Alternativ, wie in Fig. 2 gezeigt, kann die Filtereinheit einen einstückig ausgebildeten ersten Teil 29 und zweiten Teil 31 umfassen. Nun wird auf Fig. 2 Bezug genommen, worin die Filtereinheit 3 eine semipermeable Membran 17 umfaßt, welche Filtrat und Konzentrat aus einer Fluidlösung wie etwa Blut, Blutprodukte und/oder andere makromolekulare Produkte abtrennen kann. Semipermeable Membranmaterialien mit der Fähigkeit für diese Art der Filtration sind in der Technik wohlbekannt.
Die semipermeable Membran 17 befindet sich auf einer ersten Seite der Filtereinheit 3 und ist vorzugsweise mit dieser durch Heißsiegeln verbunden. Jedoch kann die semipermeable Membran auch durch Ultraschallschweißen, Kleben oder anhand anderer Mittel mit der ersten Seite, d. h. der Unterseite, der Filtereinheit dicht verbunden werden. Die erste Seite der Filtereinheit 3 ist der Auslaßöffnung 11 des Gehäuses 1 zugewandt, so daß die damit verbundene semipermeable Membran 17 der Auslaßöffnung 11 und dem unteren Teil des Gehäuses zugewandt ist. Die semipermeable Membran sollte so ausgerichtet sein, daß sie gegen die Richtung der auf das Fluid einwirkenden Kraft gewandt ist, wodurch verhindert wird, daß die dichteren Moleküle mit der semipermeablen Membran in Kontakt kommen. Die dichteren Moleküle werden von der Zentrifugalkraft zu dem unteren Teil des Gehäuses 1 gedrängt, wodurch ein Ansammeln von makromolekularen Teilchen auf der Membranoberfläche verhindert wird, während Lösemittelflüssigkeit leicht durch die Membran durchtreten kann.
Desweiteren sollte zum Maximieren der Filtrationsgeschwindigkeit die Oberfläche der semipermeablen Membran maximiert werden. Wie in den Fig. 1, 2 und 4 gezeigt, bedeckt die semipermeable Membran fast die gesamte Oberfläche der ersten Seite der Filtereinheit, welche vorzugsweise eine Größe aufweist, die mit dem Durchmesser des Gehäuses fast identisch ist. Jedoch befindet sich ein relativ kleiner Spalt 45 zwischen der Filtereinheit 3 und der Seite des Gehäuses 1, um zu ermöglichen, daß die zu filtrierende Flüssigkeit hierdurchtreten und mit der semipermeablen Membran in Kontakt treten kann, so daß der auf die Flüssigkeit in dem Gehäuse 1 einwirkende Druck das Durchtreten des Filtrats durch die semipermeable Membran erzwingt. Ein Hals 19 kann von der ersten Seite der Filtereinheit 3 abstehen. Eine auf der ersten Seite der Filtereinheit 3 befindliche Filtratöffnung 21 sollte in Fließverbindung mit wenigstens einem Einlaß 23 angeordnet sein, welcher sich auf der ersten Seite der Filtereinheit 3 befindet und von der semipermeablen Membran 17 bedeckt ist. Der/die Einlaß/Einlässe 23 kann/können einen zu der Filtratöffnung führenden Durchgang bilden, welche sich durch den Hals 19 erstreckt. Flüssiges Filtrat, welches durch die Membran filtriert wurde, kann daher in die Einlässe 23 treten und durch die Filtratöffnung 21, durch den Hals 19 und in die Filtratsammelvorrichtung wie etwa den Filtratsammelbecher 5 (Fig. 1) fließen.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann die Filtereinheit 3 in das Gehäuse 1 eingesetzt werden, wobei die semipermeable Membran 17 (Fig. 2) dem unteren Teil des Gehäuses 1 zugewandt ist. Die Filtratöffnung 21 sollte daher in Fließverbindung mit der Auslaßöffnung 11 angeordnet sein, indem der Hals 19 in den Nippel 13 eingeführt wird. Der Hals 19 sollte im Verhältnis zu dem Nippel 13 so bemessen sein, daß die dazwischenliegende Grenzfläche 14 eine Dichtung bildet, um zu verhindern, daß zwischen ihnen Fluid fließt. Jedoch können auch andere Mittel für das dichte Verbinden der Filtereinheit mit dem Gehäuse zum Verhindern des Austretens von Filtrat zwischen ihnen verwendet werden und die Erfindung ist nicht auf bestimmte Mittel beschränkt.
Wenn die Filtereinheit 3 auf die in Fig. 1 dargestellte Weise in das Gehäuse 1 eingesetzt ist, sollte der Filtratsammler wie etwa der Filtratsammelbecher 5 mit dem Gehäuse verbunden werden. Flüssigkeit wie etwa eine makromolekulare Lösung, welche filtriert und konzentriert werden soll, wird in das Gehäuse 1 gegeben und die Filtrationsvorrichtung in einer Zentrifuge oder in einer Vorrichtung für die Vakuumfiltration angeordnet. Bei der Ausführung der Erfindung fließt das Filtrat durch die Filtereinheit, wie in Fig. 3 dargestellt. Filtrat tritt durch die Membran 17 und in den Einlaß 23 und durch einen Durchlaß 25 und die Filtratöffnung 21 durch den Hals 19. Wenn es durch den Hals 19 getreten ist, wird das Filtrat vorzugsweise in dem Filtratsammelbecher 5 (Fig. 1) oder in einer anderen geeigneten Filtratsammelvorrichtung gesammelt.
Nun wird auf Fig. 4 Bezug genommen, wobei während der Filtration die auf die flüssige Lösung, welche gerade filtriert wird, einwirkenden Kräfte zur Folge haben, daß Flüssigkeit durch den Bereich zwischen dem Gehäuse 1 und der Filtereinheit 3 fließt, welcher vorzugsweise ringförmig ist, um die Filtermembranfläche für die Filtration zu maximieren. Die auf die flüssige Lösung einwirkende Kraft erzwingt das Durchtreten von Filtrat durch die semipermeable Membran, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Filtration wird automatisch angehalten, wenn die Höhe des in dem Gehäuse 1 verbleibenden Konzentrats dieselbe Höhe erreicht wie die Filtermembran indem Gehäuse, wie in Fig. 4 gezeigt. Demgemäß kann die Filtrationsvorrichtung so konstruiert werden, daß die Filtration nicht bis zur Trockne durchgeführt wird. Während der Filtration fließt Filtrat durch den Hals 19 in den Filtratsammelbecher 5 (in Fig. 4 nicht gezeigt), bis die Höhe des Konzentrats in dem Gehäuse 1 die Höhe der semipermeablen Membran erreicht. An diesem Zeitpunkt hört die Filtration auf und der Filtratsammelbecher 5 kann entfernt werden. Der Konzentratsammelbecher 7 (in Fig. 4 nichtgezeigt) kann nun mit der Manschette 15 über die Gewinde verschraubt werden. Der Konzentratsammelbecher 7 umfaßt einen Vorsprung 39 (Fig. 1), welcher mit dem Hals 19 der Filtereinheit in Kontakt kommt, wenn der Konzentratsammelbecher mit der Manschette 15 verschraubt wird, wodurch die Filtereinheit 3 verschoben und die Dichtung zwischen dem Nippel 13 und der Filtereinheit 3 aufgehoben wird. Konzentrat kann dann durch den Nippel 13 und in den Konzentratsammelbecher 7 fließen.
Die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruierte Filtrationsvorrichtung ermöglicht, daß dichte Moleküle, welche Verschmutzung verursachen können, von der Oberfläche der Membran 17 durch Zentrifugalkraft weggedrängt werden, während gleichzeitig Filtrat in eine Filtratsammelvorrichtung fließen kann. Dies wird durch das Ausrichten der Oberfläche der Membran 17 der Filtrationsvorrichtung in einer Richtung entgegen der Zentrifugalkraft bewirkt. Zur Erläuterung wird auf Fig. 1 Bezug genommen, wobei die Zentrifugalkraft in der Richtung von der Abdeckung 9 zu den ersten und beiden Teilen 29 und 31 der Filtereinheit 3 (die zweite Seite der Filtereinheit) wirkt, während die aufstromseitige Oberfläche der Membran 17 in der der Zentrifugalkraft entgegengesetzten Richtung angeordnet ist.
Fig. 5 zeigt eine alternative Vorrichtung zum Abdichten des Bereichs zwischen der Filtereinheit 3 und dem Gehäuse 1 zum Verhindern, daß Konzentrat zwischen ihnen fließt und sich mit Filtrat vermischt. Bei dieser Ausführungsform ist ein O-Ring oder eine Dichtung 41 um die Auslaßöffnung 11 unten an der ersten Seite der Filtereinheit 3 herum angeordnet. Auch kann ein O-Ring um den Nippel 13 herum angeordnet und so bemessen sein, daß er in die Auslaßöffnung 11 hineinpaßt, um eine Abdichtung zu bewirken. Um den Fluß von Filtrat durch die Membran und in den einen oder die mehreren Einlässe 23 zu erleichtern, kann eine Mehrzahl von Kanälen 43 auf der ersten Seite der Filtereinheit 3 angeordnet sein, wie in Fig. 6 dargestellt.
Vorzugsweise kreuzen sich die Kanäle miteinander, wodurch sie zu dem einen oder den mehreren Einlässen 23 führen, so daß sich Filtrat in den Kanälen sammeln und in den einen oder die meh reren Einlässe 23, durch die Filtratöffnung und durch den Hals 19 fließen kann.
Die Merkmale der in dem am 12. Mai 1992 erteilten U. S.-Patent Nr. 5,112,484 beschriebenen Filtrationsvorrichtung, dessen Offenbarung auch Gegenstand dieser Beschreibung ist, können bei der Filtrationsvorrichtung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Insbesondere die Merkmale des variablen "dead stops", die Abdichttechniken, Verfahren zum Befestigen der Filtratsammelvorrichtung, und Verfahren zum Abdichten der Konzentratsammelvorrichtung und zum Entlüften des Gehäuses und der Filtratsammelbecher können gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Desweiteren können die Mittel zum Gewinnen des Konzentrats aus dem Gehäuse unter Verwendung des spezifisch konfigurierten Konzentratsammelbechers sowie die Verfahren zum Verwenden einer Vakuumsaugvorrichtung wie in U. S.-Patent Nr. 5,112,484 offenbart ebenfalls gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Erfindung ist zwar in Verbindung mit den hierin dargestellten Ausführungsformen offenbart worden, doch wird jedem Fachmann klar sein, daß bei diesen Ausführungsformen verschiedene Modifikationen und Ersetzungen durchgeführt werden können, ohne in irgendeiner Weise von dem Bereich der Erfindung wie in den folgenden Ansprüchen definiert abzuweichen.

Claims

1. Filtrationsvorrichtung zum Trennen von Filtrat und Konzentrat aus einer Lösung, umfassend:

ein Gehäuse (1) mit einer Auslaßöffnung (11), welches so ausgebildet ist, daß es eine flüssige Lösung enthalten kann;

eine Filtereinheit (3), welche in das Gehäuse einsetzbar ist und welche eine erste und zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite der Filtereinheit der Auslaßöffnung des Gehäuses zugewandt liegt und wobei die Filtereinheit umfaßt:

eine flache semipermeable Membran (17), welche auf der ersten Seite angeordnet ist und welche so ausgebildet ist, daß sie Filtrat und Konzentrat trennen kann,

mindestens einen Einlaß (23), welcher innerhalb der ersten Seite angeordnet ist, wobei die semipermeable Membran den mindestens einen Einlaß bedeckt,

eine Filtratöffnung (21), welche innerhalb der ersten Seite angeordnet ist und welche in Fließverbindung mit dem mindestens einen Einlaß steht, wobei die Filtratöffnung so ausgerichtet ist, daß sie dem Filtrat erlaubt, hierdurch zu fließen, um in die Auslaßöffnung der Filtrationsvorrichtung hinein zu fließen; und

eine Dichtung zwischen der Filtereinheit und dem Gehäuse, um zu verhindern, daß Konzentrat innerhalb des Gehäuses in die Auslaßöffnung fließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Filtereinheit einen Hals (19) aufweist, welcher von der ersten Seite hiervon absteht, wobei der Hals die Filtratöffnung darin enthält und in die Auslaßöffnung des Gehäuses einsetzbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, worin die Dichtung eine Grenzfläche (14) zwischen dem Hals der Filtereinheit und der Auslaßöffnung des Gehäuses umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner einen Konzentratsammler umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, worin der Konzentratsammler einen Konzentratsammelbecher (7) umfaßt, welcher ein vorstehendes Element (39) darin umfaßt, welches in die Auslaßöffnung des Gehäuses einsetzbar ist, wobei, wenn das vorstehende Element in die Auslaßöffnung eingesetzt ist, die Filtereinheit verschoben wird, um zu ermöglichen, daß Konzentrat von innerhalb dem Gehäuse durch die Auslaßöffnung in den Konzentratbecher fließt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, welche ferner Mittel zum Aufnehmen des Konzentratbechers umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, worin die Mittel zur Aufnahme des Konzentratbechers ein Gewindeelement (15) umfassen, welches so ausgebildet ist, daß es einen Gewindeabschnitt des Konzentratbechers aufnimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche fernen einen Filtratsammler umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, worin der Filtratsammler einen Filtratsammelbecher (5) umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, welche ferner Mittel zum Sichern des Filtratsammelbechers an dem Gehäuse umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Gehäuse eine abnehmbare Abdeckung (9) umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 11, worin der mindestens eine Filtereinlaß eine Mehrzahl von Filtereinlässen aufweist, welche rund um den Rand eines Teils der ersten Seite der Filtereinheit angeordnet sind, welche den Hals hiervon abstehend aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, worin die semipermeable Membran auf die erste Seite der Filtereinheit gesiegelt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin die semipermeable Membran einen Rücksprung bedeckt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die erste Seite der Filtereinheit mindestens einen Kanal (43) hierauf umfaßt, um zu ermöglichen, daß Filtrat hierin zu der Filtratöffnung fließt.

16. Filtereinheit (3), welche geeignet ist, um in eine Filtervorrichtung eingesetzt zu werden, welche ein Gehäuse (1) mit einer Auslaßöffnung (11) umfaßt, wobei die Filtereinheit umfaßt:

eine erste Seite und eine gegenüberliegende zweite Seite, wobei die erste Seite eine flache semipermeable Membran (17), die hierauf angeordnet ist, umfaßt, welche in der Lage ist, Filtrat und Konzentrat zu trennen, worin die semipermeable Membran und die erste Seite so angeordnet sind, daß sie in dieselbe Richtung weisen wie die Auslaßöffnung; mindestens einen Einlaß (23), welcher innerhalb der ersten Seite angeordnet ist, wobei die semipermeable Membran den mindestens einen Einlaß bedeckt;

eine Filtratöffnung (21), welche innerhalb der ersten Seite angeordnet ist und welche in Fließverbindung mit dem mindestens einen Einlaß steht, wobei der Filtratauslaß so ausgerichtet ist, daß er dem Filtrat erlaubt, hierdurch zu fließen, um in die Auslaßöffnung der Filtrationsvorrichtung hineinzufließen.

17. Filtereinheit nach Anspruch 16, worin die Filtereinheit einen Hals (19) umfaßt, welcher von der ersten Seite hiervon absteht, wobei der Hals hierin eine Filtratöffnung aufweist und in die Auslaßöffnung des Gehäuses einsetzbar ist.

18. Filtereinheit nach Anspruch 17, welche eine Dichtung mit einer Grenzfläche (14) zwischen dem Hals der Filtereinheit und der Auslaßöffnung des Gehäuses umfaßt.

19. Filtereinheit nach Anspruch 17, worin die erste Seite der Filtereinheit mindestens einen Kanal (43) hierauf aufweist, um zu ermöglichen, daß Filtrat hierin zu der Filtratöffnung fließt.

20. Filtereinheit nach Anspruch 19, worin der mindestens eine Filtereinlaß eine Mehrzahl von Filtereinlässen umfaßt, welche um den Rand eines Teils der ersten Seite der Filtereinheit angeordnet sind, wobei die Filtereinheit einen Hals (19) aufweist, der hiervon absteht.

21. Filtereinheit nach Anspruch 20, worin die semipermeable Membran auf die erste Seite der Filtereinheit gesiegelt ist.

22. Filtereinheit nach Anspruch 21, worin die semipermeable Membran einen Rücksprung bedeckt.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, welche einen Spalt (45) zwischen der Filtereinheit und der Gehäusewandung aufweist, um den Durchtritt der zu filternden Lösung zu erlauben.

24. Filtereinheit nach einem der Ansprüche 16 bis 21, welche einen Spalt (45) zwischen der Filtereinheit und der Gehäusewandung umfaßt, um den Durchtritt der zu filternden Lösung zu erlauben.

25. Verfahren zum Trennen von Filtrat aus einer Lösung, umfassend das Durchleiten einer flüssigen Lösung durch eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 oder 23.

26. Verfahren zum Filtern einer Lösung, umfassend das Durchleiten einer flüssigen Lösung durch die Filtereinheit nach einem der Ansprüche 16 bis 22 oder 24.

27. Verfahren nach Anspruch 25, worin die Lösung Blut oder ein Blutprodukt umfaßt.

28. Verfahren nach Anspruch 26, worin die Lösung Blut oder ein Blutprodukt umfaßt.

29. Verfahren zum Trennen von Filtrat aus einer Lösung, umfassend:

Leiten einer flüssigen Lösung in eine Vorrichtung, umfassend ein Gehäuse (1) mit einer Auslaßöffnung (11) und einer Filtereinheit (3), welche eine erste und eine zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite eine flache semipermeable Membran (17) trägt und der Auslaßöffnung zugewandt liegt;

Trennen des Filtrats von der flüssigen Lösung mittels Durchleiten des Filtrats durch die semipermeable Membran und mindestens einen Einlaß (23) und eine Filtratöffnung (21), wobei die semipermeable Membran den mindestens einen Einlaß bedeckt;

und Leiten des Filtrats aus der Filtratöffnung durch die Auslaßöffnung des Gehäuses.