EP1807694A1 - Module de chromatographie empilable et colonne de chromatographie comprenant une pile de tels modules - Google Patents
Module de chromatographie empilable et colonne de chromatographie comprenant une pile de tels modulesInfo
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- EP1807694A1 EP1807694A1 EP04805387A EP04805387A EP1807694A1 EP 1807694 A1 EP1807694 A1 EP 1807694A1 EP 04805387 A EP04805387 A EP 04805387A EP 04805387 A EP04805387 A EP 04805387A EP 1807694 A1 EP1807694 A1 EP 1807694A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- G01N30/6034—Construction of the column joining multiple columns
- G01N30/6039—Construction of the column joining multiple columns in series
Definitions
- Stackable chromatography module and chromatography column comprising a stack of such modules
- the invention relates to liquid chromatography.
- the liquid chromatography is conventionally carried out in a column containing a chromatographic mixture - comprising for example a gel consisting of microparticles in suspension in a buffer solution - contained in a cylindrical drum which is supplied with liquid to be chromatographed, this liquid being then recovered at the exit of the column.
- a chromatographic mixture - comprising for example a gel consisting of microparticles in suspension in a buffer solution - contained in a cylindrical drum which is supplied with liquid to be chromatographed, this liquid being then recovered at the exit of the column.
- the technical solution proposed by this document is not entirely satisfactory.
- the chromatography modules described are of relatively complex construction.
- the structure of the device poses problems of supply and distribution of the liquid to be chromatographed between the juxtaposed modules.
- the complex path followed by the liquid to be chromatographed limits the flow rate of the device.
- the invention aims in particular to overcome the aforementioned drawbacks, by providing a chromatography module to facilitate the assembly and disassembly of the chromatography column while ensuring good quality chromatography.
- the invention proposes a chromatography module comprising:
- a container having an upper end and a lower end; in the container, a chromatographic mixture;
- a filter membrane disposed at one end of the container; this module being characterized in that the ends of the container are open and of complementary shapes, and in that the filtering membrane is fixed on the lower end of the container.
- Such a module easy to handle, perme 't the direct storage of the chromatographic mixture. Its structure allows, by direct fitting on an identical module, to produce a chromatography column whose chromatographic mixture, monobloc, allows chromatography in a single step.
- the invention also relates to a chromatography column, comprising a stack of such modules, nested.
- FIG. 1 is a sectional elevational view showing a chromatography module according to the invention
- Figure 2 is a sectional elevational view of a container for a chromatography module as shown in Figure 1;
- FIG. 3 is a sectional elevational view of a chromatography column according to the invention formed by stacking chromatography modules such as that shown in Figure 1.
- FIG. 1 shows a chromatography module 1.
- This module 1 comprises a container 2, shown alone in FIG. 2, which comprises a cylindrical side wall 3 having a symmetry of revolution about a central axis A.
- This symmetry of revolution, under which the side wall 3 has a circular cross section, is not a necessity, any type of section (square, rectangular, oval, etc.) can be envisaged.
- the container 2 preferably made of a plastic material such as polypropylene, has an upper end 4 and a lower end 5 both open, each formed by a circular free edge, respectively upper ⁇ and lower 7.
- the container 2 delimits an enclosure 8, the volume of which is denoted by V1, in which a chromatographic mixture 9 - also called a stationary phase - comprising for example a chromatographic gel consisting of microparticles (such as microspheres) is received. ) in suspension in a buffer solution, for example in a ratio 1: 1 (that is to say one kilogram of microparticles per 1 liter of buffer solution).
- a filter membrane 10 whose diameter corresponds to the internal diameter of the wall 3, is attached to the lower end 5 of the container 2.
- This membrane 10 made for example of polyethylene, has a porous structure and ensures the retention of the chromatographic mixture 9 in the container 2.
- the container 2 has, on the side of the upper end 4, a shoulder 11 disposed at a distance from the edge upper 4, so as to form a woolen 12 whose inner diameter corresponds to the outer diameter of the container 2 at its lower end 5.
- the counterbore 12 has, in the chamber 8, a predetermined secondary volume V2 as a function of the compressibility characteristics of the chromatographic mixture 9 and of the desired final pressure thereof, as will appear in the following.
- the ends 4, 5 of the container are thus of complementary shapes, so that it is possible to stack several modules 1 by fitting them into each other by insertion of the lower end 5 of a first module 1 into the upper end 4 of a second module 1 until the lower edge 7 of the first abuts against the shoulder 11 of the second.
- the container 2 has, on the side of its upper end 5, a flange 13 (or lugs) projecting radially, in which a plurality of axial openings 14 are provided allowing the introduction of tightening ties 15, as will be explained below.
- the module 1 has a thickness - that is to say the distance separating its edges 6, 7 - between 50 mm and 100 mm, whereas its diameter (that is to say the diameter outside of the wall) is between 100 mm and '2000 mm.
- the illustrated example shows a modulus 1 relatively "square", but it could be much flatter in the event that its diameter would be chosen much higher than its thickness.
- Module 1 is constituted as follows.
- a chromatography column 19 is shown in FIG. 3.
- This column 19 comprises a stack of chromatographic modules 1 such as that which has just been presented, nested in each other in the manner previously described.
- the column 19 comprises, on either side of the modules 1, two closure plates, namely:
- a top plate 20 mounted on the last module at the upper end of the stack, said plate 'being provided with an orifice 21 feeding column 19 in liquid chromatograph - also known as mobile phase - and a nozzle 22 connected to this orifice, for the distribution of the liquid to be chromatographed over the entire surface of the upper end 4 of the module 1, and
- a bottom plate 23 mounted on the last module at the lower end of the stack, this plate 23 is also provided with an orifice 24 for discharging the liquid chromatographed from the column 19, and a nozzle 25 connected to this orifice 24 to group the liquid thereto.
- the pressure of the chromatographic mixture 9 has increased in proportion to the decrease in the volume occupied by the mixture 9. More precisely, if P2 is recorded as the pressure of the chromatographic mixture 9 in a stacked module 1, and if we neglect the thickness of the membrane 10, the pressure P2 verifies the following relation:
- the liquid to be chromatographed introduced by the upper plate 20, passes successively by all modules 1 of the stack, before being discharged through the lower plate 23. Thanks to the opening of the modules 1 at their ends, the flow of the mobile phase is laminar within the stationary phase 9, the membranes 10, which hold the latter in place within each module 1 taken separately, not opposing the transit of the mobile phase. Thus, everything happens within the column as if the stationary phase 9 was monoblock.
- the chromatographic mixture 9 will be chosen according to the type of chromatography that it is desired to carry out (ion exchange chromatography, gel filtration chromatography, hydrophobic chromatography, affinity chromatography, diatomaceous earth chromatography, etc. ), for example for protein filtration, purification or preparation of reagents.
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Abstract
L’invention propose un module de chromatographie (1) en phase liquide, qui comporte : - un conteneur (2) présentant une extrémité supérieure (4) et une extrémité inférieure (5) ouvertes et de formes complémentaires ; - dans le conteneur (2), un mélange chromatographique (9) ; - une membrane (10) filtrante disposée fixée sur l’extrémité inférieure (5) du conteneur (2). L’invention propose également une colonne de chromatographie comprenant une pile de tels modules (1) emboîtés.
Description
Module de chromatographie empilable et colonne de chromatographie comprenant une pile de tels modules
L'invention a trait à la chromatographie en phase liquide.
La chromatographie en phase liquide est, classiquement, réalisée dans une colonne contenant un mélange chromatographique - comprenant par exemple un gel constitué de microparticules en suspension dans une solution tampon - contenue dans un fût cylindrique que l'on alimente en liquide à chromatographier, ce liquide étant ensuite récupéré à la sortie de la colonne.
Cette technique, éprouvée, présente un certain nombre d'inconvénients. En premier lieu, les colonnes de chromatographie sont des installations encombrantes et coûteuses. Du fait de leur contenance, leur remplissage implique la manipulation de grandes quantités de mélange chromatographique, qu'il est nécessaire de stocker tant avant qu'après son usage.
Des tentatives ont été faites pour trouver des alternatives à ces colonnes. On pourra notamment se référer à la demande de brevet français publiée sous le numéro FR 2 645 965, qui propose un dispositif modulaire de chromatographie, constitué par une juxtaposition de modules de chromatographie dans chacun desquels le liquide à chromatographier est introduit sous pression.
La solution technique proposée par ce document ne donne toutefois pas entière satisfaction. Les modules de chromatographie décrits sont de réalisation relativement complexe. De plus, la structure du dispositif pose des problèmes d'alimentation et de répartition du liquide à chromatographier entre les modules juxtaposés. En outre, le chemin, complexe, suivi par le liquide à chromatographier, limite le débit du dispositif.
L'invention vise notamment à remédier aux inconvénients précités, en proposant un module de chromatographie permettant de faciliter le montage et le démontage de la colonne de chromatographie tout en assurant une chromatographie de bonne qualité.
A cet effet, l'invention propose un module de chromatographie comportant :
- un conteneur présentant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure ; - dans le conteneur, un mélange chromatographique ;
- une membrane filtrante disposée à l'une des extrémités du conteneur ; ce module étant caractérisé en ce que les extrémités du conteneur sont ouvertes et de formes complémentaires, et en ce que la membrane filtrante est fixée sur l'extrémité inférieure du conteneur.
Un tel module, de manipulation aisée, perme't le stockage direct du mélange chromatographique. Sa structure permet, par emboîtement direct sur un module identique, de réaliser une colonne de chromatographie dont le mélange chromatographique, monobloc, permet de réaliser la chromatographie en une étape unique.
L'invention vise également une colonne de chromatographie, comprenant une pile de tels modules, emboîtés.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue d'élévation en coupe montrant un module de chromatographie selon l'invention ; la figure 2 est une vue d'élévation en coupe d'un conteneur pour un module de chromatographie tel que représenté sur la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue d'élévation en coupe d'une colonne de chromatographie selon l'invention, formée par
empilage de modules de chromatographie tels que celui représenté sur la figure 1.
Sur la figure 1 est représenté un module de chromatographie 1. Ce module 1 comporte un conteneur 2, représenté seul sur la figure 2, qui comprend une paroi latérale 3 cylindrique présentant une symétrie de révolution autour d'un axe central A. Cette symétrie de révolution, en vertu de laquelle la paroi latérale 3 présente une section transversale circulaire, n'est pas une nécessité, tout type de section (carrée, rectangulaire, ovale, etc) pouvant être envisagé.
Le conteneur 2, de préférence réalisé dans une matière plastique telle que du polypropylène, présente une extrémité supérieure 4 et une extrémité inférieure 5 toutes deux ouvertes, formées chacune par un bord libre circulaire, respectivement supérieur β et inférieur 7.
Entre ses extrémités 4, 5, le conteneur 2 délimite une enceinte 8, dont le volume est noté Vl, dans laquelle est reçu un mélange chromatographique 9 - également appelé phase stationnaire - comprenant par exemple un gel chromatographique constitué de microparticules (telles que des microsphères) en suspension dans une solution tampon, par exemple dans un rapport 1 :1 (c'est-à-dire un kilogramme de microparticules pour 1 litre de solution tampon) .
Une membrane filtrante 10, dont le diamètre correspond au diamètre interne de la paroi 3, est fixée à l'extrémité inférieure 5 du conteneur 2. Cette membrane 10, réalisée par exemple en polyéthylène, présente une structure poreuse et assure la rétention du mélange chromatographique 9 dans le conteneur 2.
Comme cela est visible sur les figures 1 et 2, le conteneur 2 présente, du côté de l'extrémité supérieure 4, un épaulement 11 disposé à une certaine distance du bord
supérieur 4, de sorte à former un lainage 12 dont le diamètre interne correspond au diamètre externe du conteneur 2 à son extrémité inférieure 5.
Le lamage 12 présente, dans l'enceinte 8, un volume secondaire V2 prédéterminé en fonction des caractéristiques de compressibilité du mélange chromatographique 9 et de la pression finale souhaitée de celui-ci, comme cela apparaîtra dans ce qui suit.
Les extrémités 4, 5 du conteneur sont ainsi de formes complémentaires, de sorte qu'il est possible d'empiler plusieurs modules 1 en les emboîtant les uns dans les autres par insertion de l'extrémité inférieure 5 d'un premier module 1 dans l'extrémité supérieure 4 d'un second module 1 jusqu'à ce que le bord inférieur 7 du premier vienne buter contre l'épaulement 11 du second.
Nous verrons ci-après les avantages d'une telle disposition.
Comme cela est représenté sur la figure 1, le conteneur 2 présente, du côté de son extrémité supérieure 5, une collerette 13 (ou des oreilles) en saillie radiale, dans laquelle sont ménagés une pluralité d'ouvertures axiales 14 permettant l'introduction de tirants de serrage 15, comme cela sera exposé ci-après.
Une fois le mélange 9 introduit dans le conteneur 2, celui-ci est rendu étanche au moyen de deux films 16, 17 en matière plastique, dont l'un 16 vient recouvrir l'extrémité supérieure 4 et l'autre 17 l'extrémité inférieure 5.
En outre, un joint torique 18 d'étanchéité en caoutchouc est placé à l'extrémité inférieure 5 du conteneur 2. Bien que cela ne soit pas clairement visible sur les figures, ce joint 18 peut être rapporté dans une rainure annulaire ménagée dans le bord inférieur 7 du conteneur 2, rainure dont le joint dépasse légèrement pour permettre sa compression lors de l'empilement du module 1.
S'agissant des dimensions, le module 1 présente une épaisseur - c'est-à-dire la distance séparant ses bords 6, 7 - comprise entre 50 mm et 100 mm, tandis que son diamètre (c'est-à-dire le diamètre extérieur de la paroi) est compris entre 100 mm et' 2000 mm. L'exemple illustré montre un module 1 relativement « carré », mais il pourrait être bien plus aplati dans l'hypothèse où son diamètre serait choisi bien supérieur à son épaisseur. Le module 1 est constitué de la manière suivante. En partant du conteneur 2, on commence par monter le joint torique 18 et la membrane 10 à son extrémité inférieure 5. On y introduit ensuite le mélange chromatographique 9 sous pression, de manière que le mélange 9 affleure le bord supérieur 6 sans toutefois déborder. Puis on rend étanche le conteneur 2 au moyen des films 16, 17 disposés sur les extrémités supérieure 4 et inférieure 5. On note Pl la pression du mélange chromatographique 9 dans le module 1.
Une colonne 19 de chromatographie est représentée sur la figure 3. Cette colonne 19 comporte une pile de modules chromatographiques 1 tels que celui qui vient d'être présenté, emboîtés les uns dans les autres de la manière précédemment décrite.
La colonne 19 comporte, de part et d'autre des modules 1, deux plaques de fermeture, à savoir :
- d'une part, une plaque supérieure 20 montée sur le dernier module à l'extrémité supérieure de la pile, cette plaque' étant munie d'un orifice 21 d'alimentation de la colonne 19 en liquide à chromatographier - également appelé phase mobile -, et d'une buse 22 raccordée à cet orifice, pour la répartition du liquide à chromatographier sur toute la surface de l'extrémité supérieure 4 du module 1, et
- d'autre part, une plaque inférieure 23 montée sur le dernier module à l'extrémité inférieure de la pile,
cette plaque 23 étant également munie d'un orifice 24 d'évacuation du liquide chromatographié de la colonne 19, et d'une buse 25 raccordée à cet orifice 24 pour regrouper le liquide vers celui-ci. Lors de l'empilement des modules chromatographiques 1, l'extrémité inférieure 5 d'un module supérieur 1 est introduite dans l'extrémité supérieure 4 d'un module inférieur 1, après enlèvement des films 16, 17. Il est aisé de comprendre que cette introduction tend à comprimer le mélange chromatographique 9 du module inférieur 1, dont le volume secondaire V2, préalablement occupé par le mélange 9, est, in fine, occupé par la partie emboîtée du module supérieur 1. Compte tenu de la nature du mélange chromatographique 9 (nous avons vu qu'il s'agit d'un gel), une telle compression ne peut être obtenue que par un emboîtement à force.
C'est pourquoi, afin de maintenir la cohésion de la pile, des tirants 15 de serrage (réalisés sous forme de tiges filetées) sont introduits dans les ouvertures, des écrous (non représentés) étant ensuite vissés aux extrémités des tirants 15 pour maintenir l'emboîtement.
Ainsi, la pression du mélange chromatographique 9 a augmenté à proportion de la diminution du volume occupé par le mélange 9. Plus précisément, si l'on note P2 la pression du mélange chromatographique 9 dans un module 1 empilé, et si l'on néglige l'épaisseur de la membrane 10, la pression P2 vérifie la relation suivante :
P2 _V\-V2 TT~ Vl
On comprend qu'en réglant la hauteur du lamage 12, il est possible de moduler de façon proportionnelle la pression finale du mélange chromatographique 9, de manière à régler le débit de la colonne 19.
Le liquide à chromatographier, introduit par la plaque supérieure 20, transite successivement par tous les
modules 1 de la pile, avant d'être évacué par la plaque inférieure 23. Grâce à l'ouverture des modules 1 à leurs extrémités, l'écoulement de la phase mobile est laminaire au sein de la phase stationnaire 9, les membranes 10, qui maintiennent en place cette dernière au sein de chaque module 1 pris séparément, ne s' opposant pas au transit de la phase mobile. Ainsi, tout se passe au sein de la colonne comme si la phase stationnaire 9 était monobloc.
Bien entendu, le mélange chromatographique 9 sera choisi en fonction du type de chromatographie que l'on souhaite réaliser (chromatographie par échange d'ions, chromatographie par filtration sur gel, chromatographie hydrophobe, chromatographie d'affinité, chromatographie sur terres de diatomées, etc) , par exemple pour la filtration de protéines, la purification ou la préparation de réactifs.
Claims
REVENDICATIONS
1. Module de chromatographie (1) en phase liquide, qui comporte :
- un conteneur (2) présentant une extrémité supérieure (4) et une extrémité inférieure (5) ;
- dans le conteneur (2) , un mélange chromatographique (9) ; - une membrane (10) filtrante disposée à l'une des extrémités (5) du conteneur (2) ; ce module étant caractérisé en ce que les extrémités (4, 5) du conteneur sont ouvertes et de formes complémentaires, et en ce que la membrane (10) est fixée sur l'extrémité inférieure (5) du conteneur (2) .
2. Module de chromatographie (1) selon la revendication 1, dans lequel l'extrémité supérieure (5) du conteneur (2) présente un lamage (12) propre à recevoir par emboîtement l'extrémité inférieure (5) du conteneur (2) d'un module (1) identique.
3. Module de chromatographie (1) selon la revendication 1 ou 2, qui comporte en outre un film étanche (16, 17) disposé à chacune des extrémités (4, 5) du conteneur (2) . 4. Module de chromatographie (1) selon la revendication 1 à 3, qui comprend des ouvertures (14) pour le passage de tirants de serrage (15) .
5. Module de chromatographie (1) selon l'une des revendications 1 à 4, qui comprend un joint torique (18) disposé à l'extrémité inférieure (5) du conteneur (2) . β. Module de chromatographie (1) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le mélange chromatographique (9) comprend un gel chromatographique constitué de microparticules en suspension dans une solution tampon.
7. Module de chromatographie (1) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le conteneur (2) présente une épaisseur comprise entre 50 mm et 100 mm, et un diamètre compris entre 100 mm et 2000 mm. 8. Colonne de chromatographie (19) comprenant une pile de modules (1) selon l'une des revendications 1 à 7, emboîtés les uns dans les autres.
9. Colonne de chromatographie (19) selon la revendication 8, dont les modules (1) sont comprimés au moyen de tirants de serrage (15) traversant des ouvertures (14) ménagées dans les modules (1) .
10. Colonne de chromatographie (19) selon la revendication 8 ou 9, qui comprend, de part et d'autre de la pile de modules (1), deux plaques (20, 23) de fermeture, à savoir :
- une plaque supérieure (20) montée sur un module supérieur (1) de la pile, cette plaque étant munie d'un orifice (21) d'alimentation de la colonne (19) en liquide à chromatographier, et d'une buse (22) pour la répartition du liquide à l'extrémité supérieure (4) du module (1) ;
- une plaque inférieure (23) montée sur un module (1) inférieur de la pile, cette plaque (23) étant munie d'un orifice (24) d'évacuation du liquide chromatographie de la colonne (29), et d'une buse (25) pour le regroupement du liquide vers l'orifice d'évacuation (24) .
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