JP2023505010A - 吸着および電気脱着による分離方法、電気吸着および／または電気ろ過装置、および、システム - Google Patents

吸着および電気脱着による分離方法、電気吸着および／または電気ろ過装置、および、システム Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、分離、除去および／または濃縮のための膜に関する。課題は、分子を簡単かつ確実に吸着し、膜にクロマトグラフ的に結合された被吸着目標分子の脱着を簡素化し、できるだけ酸、アルカリ、または塩のような高イオン含有物質の添加なしで可能にすることである。付加的な課題は、吸着プロセス中および／またはその制御中に、膜の現在および／または残りの結合能力を表すことのできる、容易に測定可能な値を開発することである。【解決手段】この課題は、本発明によれば、帯電膜において吸着を行い、物理的、電磁的に、および／または電界の形成により脱着を行うことによって達成される。特に、これは、正または負に帯電された膜の片側または両側に薄い金属層を施与し、脱着のために電圧を印加することによって実現される。【選択図】図１

Description

膜、特にポリマー膜は、通常、物質、生体分子、ウィルスおよびバクテリアを機械的に保持するために使用される。保持率は孔径により決定され、流量は膜マトリクスにおける多孔度、すなわち細孔の割合により決定される。
ポリマー膜から、いわゆるクロマトグラフィー膜が開発された。この膜は、機械的な保持特性の他に、帯電物質の吸着につながる付加的な特性を有する。この膜は、表面の特定のコンディショニングを有するか、または物質の組み込みによってクロマトグラフィー特性が形成される。
特許文献１には、正に帯電された膜が記載されている。例えば、ポリ芳香族、ポリスルホン、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、フルオロポリマー、ポリカーボネート、ポリエステル、酢酸セルロースまたは硝酸セルロースからなる多孔性膜マトリックスの表面の電荷は、それらをポリマー構造により架橋することによって行われ、このポリマー構造には、例えば四級アンモニウム基などの正に帯電されたカチオン性基が結合されている。これらは、共有結合を介して膜のポリマー構造に結合される。そして、このいわゆるクロマトグラフィー膜は正電荷を有し、この正電荷は、ろ過する溶液のｐＨ値に関係なく正を維持する。そして、この正に帯電した表面によって、例えアルブミン（ＢＳＡ）のような負に帯電した生体分子を吸着結合することができる。特許文献１には、２５ｍｇ／ｍｌ（ｍｌ膜容積）以上のＢＳＡをベースに結合能力を達成することができると記載されている。
結合能力は、吸着された物質量を求めることによって決定することができる。これは例えば、膜によるろ過と、膜を通過する前後の濃度決定と、膜を通る流量の決定とによって行うことができる。
濃度は、種々の既知の形式で決定することができる。濃度は、例えば測光的に決定することができる。
そのために、１９０から１１００ｎｍの間の波長範囲、１ｎｍの解像度、吸着：０．００１％および／または透過：０．１％の測光的解像度を備えるＵＶ／ＶＩＳ分光光度計、例えばＡｑｕａｌｙｔｉｃ型式ＸＤ７０００を使用することができる。
例えば、微細毛細管を介し測定セル（キュベット）を通して案内されるろ過液のインライン測定を、方法実行中に実施することができ、これにより、供給されたタンパク質がどれだけの期間、完全に保持されるか、すなわちろ過液にタンパク質が含まれていないことを検証することができる。濃度が既知の溶液が供給され、膜を通る流速を決定できる場合、これにより、ブレークスルーが発生する前に膜が吸着することのできる量が決定される。膜容積に関連するこの量は、とりわけ結合能力である。
特許文献２には、負に帯電された膜が記載されている。例えば、ポリ芳香族、ポリスルホン、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、フルオロポリマー、ポリカーボネート、ポリエステル、酢酸セルロースまたは硝酸セルロースからなる多孔性膜マトリックスの表面の電荷は、それらをポリマー構造により架橋することによって行われ、このポリマー構造は、例えばヒドロキシル基などの、結合している負に帯電されたアニオン性基を有する。これらは、共有結合を介して膜のポリマー構造に結合される。そして、このいわゆるクロマトグラフィー膜は負電荷を有し、この負電荷は、ろ過する溶液のｐＨ値に関係なく正を維持する。そして負電荷によって、正に帯電された物質またはタンパク質を結合することができる。特許文献２は、２５ｍｇ／ｍｌ以上のリゾチームの結合能力を記載する。
特許文献３には、２つの膜層から成り、それらの間にシリコンナノ粒子が所定の量で結合され配置されている膜構造が記載されている。２つの膜層は、正または負に、あるいは正と別の負に帯電することができる。所定の量に結合されたシリコン粒子も電荷を有することができる。
この例に挙げられた製品は、生体分子を分離するために用いられる。例えばウィルスをタンパク質から分離することができる。ここで、獲得されるタンパク質の等電点に相当する、ろ過される溶液のｐＨ値が選択される。この溶液を、タンパク質が機械的に保持されないよう細孔が十分に大きい（例えば０．２μｍ、０．４μｍ、または０．８μｍ）、正に帯電された膜を介してろ過すると、タンパク質は、等電点においては電荷を有しないのでこの膜を通過する。そして、調整されたｐＨ値において負の電荷を有する他のすべての物質、例えばウィルスが吸着的に結合される。このクロマトグラフィー特性によってタンパク質が精製される。
生体分子も、正または負に帯電された膜を介して濃縮することができる。ここで目標分子は吸着的に結合され、これにより溶液から分離される。
さらなるステップでは、ｐＨ値の変更により、または目標分子が吸着された後に膜を通してポンピングされる、高濃度食塩溶液を介して、目標分子が再び脱着される。これは、ステップごとに発生することがある。したがって溶液の塩含有量をステップごとに増加させることができる。これにより、まず弱電荷の物質が最初に、膜の結合点から塩イオンによって押し出される。強電荷の別の物質は、膜の結合点から解離するために比較的高い塩濃度を必要とする。同様に、ＯＨ－またはＨ＋イオンの濃度を示すｐＨ値もステップごとに変更して、種々の電荷強度の、吸着された分子をステップごとに分離するために使用することができる。ｐＨ値を変更することにより、または高濃度の塩分子（例えば1モルのＮａＣｌ溶液）を添加することにより、多数の帯電イオンが目標分子を結合個所から押し出す。
クロマトグラフィー膜は、機械的保持に加え、更なる吸着特性の利点の他に、ある程度の欠点も有する。したがって吸着された物質は、結合された帯電分子が有する結合力を上回る化学物質が添加された場合にだけ、再び脱着することがでる。このことは通常、ｐＨ値の大きな変更、または高濃度食塩溶液の添加によって行われる。イオン濃度およびイオン強度によって、結合された分子が塩イオンまたは水素イオンないし水酸化物イオンにより置換される。この後に洗浄が必要であり、これによりｐＨ値変化または高塩分を洗い流し、膜のクロマトグラフィー特性を再び使用できるようにする。加えて、得られた目標分子の溶液も、中和し、および／またはそれらの塩含有物を除去しなければならない。例えば脆弱な生体分子のような目標分子は、ｐＨ値の大きな変化または高塩分濃度によって損傷を受けることがある。これも、クロマトグラフィー膜法を制限する。膜の吸着的結合力が大きければ、それだけ脱着媒体のイオン含有量も大きくなければならない。しかしながら、過度に強い酸およびアルカリまたは塩分濃度は、分離すべき生体分子の損傷を増大させる。
さらなる欠点は、回収後にはブレークスルーまたは終了まで結合能力が固定されていることである。目標分子の溶液の濃度が既知でない場合、目標分子のブレークスルーを回避するために、ＵＶ／ＶＩＳ分光光度法またはろ過液の導電率測定のような付加的な測定法が必要である。
金属膜に電圧を印加することも公知である。しかしこれに関して、構成に応じたフィルタ作用を達成あるいはサポートするために、アクティブ平面を介して電圧を一定に確実に印加しなければならない。さらに、例えば特許文献４または特許文献５から公知のように、金属被覆ポリマー膜に電圧を印加する。特許文献６からも公知のように、金属膜を薄い金属により被覆する。
国際公開第００／５０１６１号 国際公開第００／５０１６０号 オーストラリア特許出願公告第２０１４２７７７８３号 欧州特許出願公開第３１１５０９９号 国際公開第２０１８／１２２３１５号 欧州特許出願公開第０８６０８８８号
本発明の課題は、分子を簡単かつ確実に吸着し、膜にクロマトグラフ的に結合された被吸着目標分子の脱着を簡素化し、できるだけ酸、アルカリ、または塩のような高イオン含有物質の添加なしで可能にすることである。付加的な課題は、吸着プロセス中および／またはその制御中に、膜の現在および／または残りの結合能力を表すことのできる、容易に測定可能な値を開発することである。
この課題は本発明によれば、特に化学的に帯電された膜において吸着を行い、脱着を物理的、電磁的、および／または電界の形成により行うことによって解決される。これは特に、薄い金属層を、特に化学的に、正または負に帯電された膜の片側または両側に被覆することによって実現される。このように帯電された膜は、とりわけ電圧の印加なしで電荷を有する。金属層は、これが多孔性を変化させないか、またはほとんど変化させない程度に薄いが、この層の連続導電能力を保証する程度に厚い。好適には、酸化されないか、またはほとんど酸化されない金属、例えば金、プラチナ、パラジウムが使用される。
金属層は、直流電圧によって帯電することのできる電極として用いられる。印加される直流電圧の高さは、好適には形成された電界により吸着的に結合された分子の完全な脱着が達成されるように選択される。
我々はこの課題を、方法的には特に、以下のステップを含む、吸着および電極脱着による分離方法によって解決する。
ａ． 少なくともポリマー膜の第１の側に金属製で平坦かつ多孔性の第１の被覆部を備える、特に化学的に、帯電されたポリマー膜を、特に作用電極として提供し、対向電極を、特に平坦かつ多孔性の第２の被覆部として膜の他方の側に提供するステップ、または対向電極を膜に関係なく提供するステップ、
ｂ．Ｉ 金属製で平坦かつ多孔性の被覆部と対向電極とを備える、帯電されたポリマー膜を、少なくとも１つの第１の流体と接触させるステップ、特に膜に少なくとも１つの第１の流体を通流させるステップであって、前記少なくとも１つの第１の流体は、膜の帯電された表面（内側および／または外側）において、付加的な電圧を作用電極にもたらすことなく、または膜電荷の電荷に等しく接続された電圧を吸着過程のサポートのために印加しながら吸着するための、特に少なくとも２つの異なる物質、特に生体分子が帯電された溶液である、ステップ、
ｂ．ＩＩ 少なくとも１つの帯電された物質を膜において、特に溶液のフィルタリング中に、帯電された膜の特にある程度の、特に所定の、結合能力および／または結合能力の所定の割合が吸着のために使用されるまで、特に吸着するステップ、
ｃ． 帯電されたポリマー膜の金属製被覆部（作用電極）と対向電極との間に直流電圧を印加するステップ、特に直流電圧はポリマー膜の電荷とは反対方向に印加される、ステップ、
ｄ． 膜を少なくも１つの第１の流体および／または、特に吸着のための生体分子を含まない第２の流体と接触させる、特に膜に通流させるステップ。特に対向電極も、膜と接触している流体と接触させる。
ｅ． 電圧を特に制御、特に上昇させるステップであって、前記電圧は、規定のように、特に時間的に順次連続したステップ毎に、特に異なる電荷強度を有する少なくとも２つの異なる物質、特に生体分子を脱着させるために膜の電荷とは反対方向である、ステップ。
容積部は、例えば容器とすることができる。流体は、特に液体および／または特に溶剤であり、その中に少なくとも一つの溶解された物質、特に分子を含む。第１の液体は、例えばタンパク質またはペプチドまたは核酸を含む溶液とすることができる。
さらなる流体は、特に液体および／または特に溶剤、特に純粋溶剤である。特に第１の流体が第１の容積部から除去され、および／または膜が第１の容積部から除去され、および／または第１の流体と膜が互いに分離される。ここで除去は、特に第１の流体の排出および／または流体の洗浄によって行われる。したがって、第１の流体を完全に除去することは不要であり、この場合、残留物は許容可能であるが、洗い流すこともできる。
しかし第１の流体とさらなる流体を混合すること、または置換することもできる。好適には、さらなる流体が第１の容積部に、第１の流体の排出および場合により洗浄の後に充填され、および／または膜が第１の容積部から第２の容積部に移行され、第２の容積部にはさらなる流体が充填されており、および／または充填される。
特にステップｂ、特にｂ．Ｉおよび／またはｂ．ＩＩでは、第１の流体に含まれる少なくとも１つの物質の吸着が行われる。このことは、完全に行う必要はないが、完全に行うことができる。一部分の吸着で十分である。ここで吸着は、特に膜の電荷に基づいて、および／または膜の電荷と付加的に印加される電圧とに基づいて行われている。
ステップｃ，ｄおよび／またはｅでは、ステップｂでの吸収物、特に少なくとも１つの物質が特に部分的または完全に脱着される。ここで脱着は、第２の流体へ、または第１と第２の流体の混合物へ行われる。
ここでステップｄおよび／またはｅは、少なくとも、帯電されたポリマー膜が金属製で平坦かつ多孔性の被覆部と接触している間にも、および対向電極が第１の流体および／またはさらなる流体と、特に第１および／または第２の容積部で接触している間にも行われる。ステップｄおよび／またはｅは、ステップｃの前にすでに開始することもできる。
以前に吸着的に結合された生体分子を脱着するために、膜が特に化学的に、正に帯電されている（チャージされている）場合には、直流電圧が、特に、膜と結合された金属製の被覆部に、作用電極として負の電圧が供給されるように印加される。このことは、例えば作用電極を電圧源の負極と、対向電極を電圧源の正極と接続することによって行われる。膜が特に化学的に、負に帯電されている（チャージされている）場合には、直流電圧が、特に、膜と結合された金属製の被覆部に作用電極として正の電圧が供給されるように印加される。このことは、例えば作用電極を電圧源の正極と、対向電極を電圧源の負極と接続することによって行われる。
特に、この方法は、帯電分子をクロマトグラフィックに分離するための方法、特にイオン交換クロマトグラフ法または略してイオンクロマトグラフ法である。ここで生体分子は、主にその電荷に基づいて分離される。目的は、個々の生体分子を電荷に応じた分離によって、より良く分離することおよび／または決定すること（分析）、または特定の生体分子を物質として溶液から獲得することである。ここで、獲得された同じ電荷の生体分子は、特に濃縮される。例えば第１の流体に含まれる少なくとも１種の帯電物質が第１の流体から獲得され、第２の流体に移行され、および／または第１および／または第２の流体で濃縮される。
膜の両側の金属被覆部、すなわち間にポリマー膜が配置された金属製の第１と第２の被覆部では、第１の被覆部を作用電極として、第２の被覆部を対向電極として使用することができる。
有利には、第１の流体がステップｂで、特にｂ．Ｉおよび／またはｂ．ＩＩで、作用電極から対向電極に流れるように本方法は実施され、および／または装置は構成されており、この場合、作用電極は上流に、対向電極は下流にある。
有利には、第１の流体がステップｃ，ｄおよび／またはｅで、作用電極から対向電極に流れるように本方法は特に実施され、および／または装置は構成されている。膜が特に化学的に、正に帯電（チャージ）されている場合、直流電圧がステップｂで、特にｂ．Ｉおよび／またはｂ．ＩＩで、作用電極に正の直流電圧が供給されるように印加される。このことは特に、吸着過程が実行されている限り行われる。正に帯電された膜による吸着過程は、作用電極に電圧供給しなくても実行することができるが、付加的な電圧によって増強することができる。
ステップｃ，ｄおよび／またはｅの間、および／または脱着のために、膜が特に化学的に正に帯電（チャージ）されている場合には、作用電極に負の電圧が供給される。このことは、種々の生体分子をその電荷に応じて順次脱着するために、例えばステップ毎に－１０ｍＶから－３Ｖまでで行うことができ、これによって特に別の第２の流体に、または第２の流体の異なる容積部に分離する。ただし、－３Ｖの電圧を作用電極に直ちに印加することもでき、これにより吸着されたすべての生体分子が短期間で脱着される。
膜が特に化学的に負に帯電（チャージ）されている場合、直流電圧は、ステップｂで、特にｂ．Ｉおよび／またはｂ．ＩＩで、特に作用電極（膜と結合されている金属製の被覆部）に負の直流電圧が供給されるように印加される。このことは特に、吸着過程が実行されている限り行われる。特に化学的に負に帯電（チャージ）された膜による吸着過程は、作用電極に電圧供給しなくても実行することができるが、付加的な電圧によって増強することができる。
ステップｃ，ｄおよび／またはｅおよび／または脱着の間に、作用電極には正の電圧が供給される。このことは、種々の生体分子をその電荷に応じて順次脱着するために、例えばステップ毎に－１０ｍＶから－３Ｖまでで行うことができ、これによって特に別の第２の流体に、または第２の流体の別の容積部に分離する。ただし、＋３Ｖの電圧を作用電極に直ちに印加することもでき、これにより吸着されたすべての生体分子が短期間で脱着される。
被覆部は、ポリマー膜と特に物質的に結合しており、および／またはこれに直接取り付けられている。これは例えば、蒸着またはマグネトロンスパッタリングによって行うことができる。金属層の厚さは、典型的には２０ｎｍ～５０ｎｍ厚であるが、５ｎｍ～２００ｎｍであっても良い。
特に、金属製で平坦かつ多孔性の被覆部を備える、特に化学的に帯電されたポリマー膜は、アニオンまたはカチオン交換ポリマー膜である。
特に第１の流体は、ステップｂの開始とステップｃの開始との間で膜を通して案内される（ろ過される）。ろ過速度は、例えば０．０１ｍｌ／（ｃｍ２＊ｍｉｎ＊ｂａｒ）と４０ｍｌ／（ｃｍ２＊ｍｉｎ＊ｂａｒ）の間とすることができる。特に少なくとも１秒間、ろ過され、および／またはステップｂおよび／またはステップｄは、それぞれ少なくとも１秒、特に少なくとも３０秒の長さで実行される。
膜が、特に化学的に正に帯電（チャージ）されている場合に、特に、流体がまず通過する（上流の）作用電極（膜と結合されている金属製の被覆部）に正の直流電圧が供給されるように直流電圧を印加することの利点は、帯電（チャージ）膜の結合能力を、膜の電荷と同じ方向のこの電圧によって向上させることができることである。
膜が、特に化学的に負に帯電（チャージ）されている場合に、特に、流体がまず通過する（上流の）作用電極（膜と結合されている金属製の被覆部）に負の直流電圧が供給されるように直流電圧を印加することの利点は、帯電（チャージ）膜の結合能力を、膜の帯電と同じ方向のこの電圧によって向上させることができることである。
好適には、第１および／または第２の直流電圧の大きさは、流体が電気分解されない範囲であり、特に少なくとも１０ｍＶ、特に１０ｍＶから３Ｖの範囲の大きさである。これは、特に水性流体において有利である。しかし５０Ｖまでの比較的に高い電圧を、短時間、特に最大３秒間、および／または少なくとも１０ｍｓの間、印可することもできる。
好適には対向電極は、第１の側に対向する第２の側にある、平坦かつ多孔性のさらなる金属製被覆部であって、平坦な金属製被覆部は互いにポリマー膜により絶縁されている、さらなる金属製被覆部によって形成されるか、または絶縁性で透過性のスペーサを間に挟んで配置された透過性の電極、特に金属メッシュによって形成される。これにより、特に電流の測定および／または制御の際に、外部の影響を最小化することができ、再現可能に形成することのできる規定の安定した配置を創出することができる。
好適には被覆のために、酸化されないまたは非常に僅かしか酸化されない金属が使用される。したがって、金、プラチナまたはパラジウムのような金属が使用される。
好適には、金属製被覆部を備えるポリマー膜の多孔性は、初期バブルポイント孔および／または平均孔径を基準にして、被覆しないポリマー膜に対して０．０１％～１０％、特に０．０１～１％で低減され、および／または金属製被覆部の厚さは、１～１００ｎｍであり、および／または被覆しないポリマー膜の孔径は、特に０．０１μｍ～１５μｍの範囲である。これにより、信頼性のある金属被覆が可能になり、物理的な膜特性の変化も比較的小さく一定するようになる。
金属は、特に希金属、特に金、銀および／またはプラチナである。
有利には、金属製被覆部を備えるポリマー膜は、多孔性の通路を有する。これら通路は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドなどで作製されたポリマー膜のためにスポンジ状にすることができる。すなわち、細孔はトンネル状の通路ではなく、膜は内部に孔状の構造を有し、および／または通路の壁面積は、同じ通路幅を備えるトンネル状の通路よりも、少なくとも係数１００だけ、特に少なくとも係数１０００だけ大きい。特に膜の内部にある細孔は、少なくとも部分的に、特に部分的にだけ、金属製の被覆部により被覆されている。これにより、活性表面積が高まる。
有利には、特に化学的に帯電された膜は、膜容積１ｍｌ当たり少なくとも２５ｍｇのリゾチームまたはアルブミン、特にＢＳＡの結合能力を有する。このことは、金属被覆部を備える膜が片側または両側で、それぞれ前記分子のそのような量を吸着できると理解すべきである。膜容積とは、膜の有する容積であり、幕内に存在する細孔の容積はこの容積の一部であり、減算されない。例えば、シリンジフィルターに取り付けられるような円形膜の直径は２５ｍｍ、厚さは０．１５ｍｍである。したがってこれは、７３．６ｍｍ３の膜容積を有する。有利にはこの結合能力は、特に、ｐＨ３～ｐＨ１０の間の全ｐＨ値にわたって得られる。
この課題は、ポリマー膜の少なくとも片側に平坦かつ多孔性の金属製被覆部を備える、特に化学的に帯電されたポリマー膜と、作用電極として金属製被覆部の接点とを含む吸着および／またはろ過装置、特に電気吸着および／または電気ろ過装置によっても解決される。さらにこの装置は、対向電極を有する。特に装置は、金属製の第２の被覆部の接点を、膜の第１の被覆部に対向する側に対向電極として有する。
有利には装置は、第３の電極を基準電極として有する。
被覆部、対向電極、および電圧の印加に関しては、上記の実施形態が当てはまり、特に装置は、電圧の対応の印加のために構成されており、特に装置は、本方法を実施するために構成されており、そのために特に相応に構成された制御部を有し、この制御部は、特に、電極（金属製被覆部により形成された作用電極でもある）と対向電極との間の電圧を制御、および／または第１および／または第２の流体の流れを制御するように構成されている。
有利には対向電極は、第１の側に対向する第２の側にある金属製で平坦かつ多孔性のさらなる被覆部により形成されるか、または絶縁性かつ透過性のスペーサを間に挟んで配置された、特に金属製メッシュにより形成された透過性電極により形成される。
好適には、金属製被覆部を備えるポリマー膜の多孔度は、初期バブルポイント孔および／または平均孔径を基準にして、被覆しないポリマー膜に対して０．０１％～２０％、特に０．０１～１％で低減され、および／または金属製被覆部の厚さは、５～１００ｎｍであり、および／または被覆しないポリマー膜の孔径は、特に０．０１μｍ～１５μｍの範囲である。
有利には吸着および／またはろ過装置は、対向電極の存在の下で作用電極（金属製被覆部）に直流電圧を印加するための装置を有する。
特に化学的に帯電（チャージ）された膜の吸着をサポートするために、作用電極での直流電圧は、膜の電荷と同じ方向に向けられる。電圧が同じ方向に向けられるのは、特に、電圧によって吸着能力および／またはゼータ電位がゼロから離れる方向に変化および／または増大される場合、および／または膜が特に化学的に、負に帯電されている場合において作用電極または金属製被覆部がマイナス極と接続されている場合、および膜が特に化学的に、正に帯電されている場合において作用電極または金属製被覆部がプラス極に接続されている場合である。
特に化学的に帯電（チャージ）された膜の分子を脱着するために、作用電極での直流電圧は、膜の電荷とは反対方向に向けられる。電圧が反対方向に向けられるのは、特に、電圧によって吸着能力および／またはゼータ電位がゼロの方向に変化および／または増大される場合、および／または膜が負に帯電されている場合において作用電極が電圧源のプラス極と接続されている場合、および膜が正に帯電されている場合において作用電極がマイナス極に接続されている場合である。ここでそれぞれ他方の電極は、特に対向電極と接続される。
特に、シリンジアタッチメントまたはシリンジアタッチメントフィルタの形態の電気吸着および／または電気ろ過装置が好ましい。ここで膜の吸着能力は、電圧の印加なしでも特に有利に発生する。吸着後に、アタッチメントを、電圧の印加により、吸着された分子を脱着しながら放電することができる。
金属により片側または両側が被覆された膜は、有利には通常のポリマー膜と同じように処理加工することができる。これは、平坦な膜としてのシリンジアタッチメントフィルタでも、プリーツ状の（折り畳まれた）膜としてのカプセルでも処理加工することができる。
この場合、電圧を供給するために、作用電極は特に接触接続され、ワイヤまたは薄い金属箔のような装置を介して接点が外に導かれる。膜の対向する側にある第２の被覆部であるか、または別の個所に取り付けられる（取り付けられた）対向電極でも有利には同じことが行われる。
このような有利な構造により、外部から電圧が供給される（供給可能な）２つの接点を備えるシリンジアタッチメントフィルタまたはカプセルを作製することができる。
この課題はまた、吸着および／またはろ過装置と、吸着および／またはろ過装置の金属被覆部を備えるポリマー膜を収容するための収容装置による脱着、並びに吸着および／またはろ過装置の金属被覆部を備える収容されたポリマー膜と対向電極とを第１の流体に接触させるための装置を有する、直流電圧を金属被覆部と対向電極との間に印加するための装置とから成るシステムによって解決され、ここで対向電極は、吸着および／またはろ過装置の構成部分であるか、または収容装置の構成部分である。特に流体により膜を洗浄するための手段を有するこのような装置により、簡単かつ確実に脱着が実行される。特にこの装置は、流体中の少なくとも１つの濃度を測定するための手段も有する。
この課題はまた、平坦かつ多孔性の金属製被覆部を、膜を基準にしてポリマー膜の少なくとも第１の側に備える帯電ポリマー膜によって解決され、それらの被覆部には、本装置または本方法に関連して記述した全ての有利な構成が対応して当てはまる。
金属層（電極）は、特にマグネトロンスパッタリングまたは金属蒸着によって膜の上側および／または下側に直接取り付けられる。膜の片側にだけ金属層を設け、必要な対向電極を、膜に依存せずに近傍に配置することも可能である。第１が作用電極、第２が対向電極、そして第３が対向電極である３つの電極を備える配置体を実現することも可能である。
純粋に例示的かつ概略的に本発明の方法フローを示す図である。
本発明は、クロマトグラフィックな特性を有する、特に化学的に、正及び負に帯電された膜に関する。この膜は、好適には帯電された生体分子のクロマトグラフな分離に用いられる。通例、このような化学的に帯電された膜はポリアミドから作製することができるが、他の重合体から作製することもできる。標準的な膜は、典型的には０．２μｍ～０．８μｍの範囲の孔径を有するが、０．０１μｍから１０μｍの間の孔径を有することもできる。
比較的大きな結合能力を達成する可能性は、典型的には２から１０膜のマルチ膜積層体（Ｐａｌｌ社，Ａｃｒｏｄｉｓｃ）を使用すること、および／または吸着を増強する電圧を使用することである。
特に、化学的に両側で金属が被覆された膜であって、両側が互いに絶縁されており、作用電極（ＡＥ）として特に上流側の被覆部、対向電極（ＧＥ）として特に下流側の被覆部を備える、膜クロマトグラフィー法としてのこの方法では、以下のとおりである。
膜は、特に孔径が０．０５～１μｍ、典型的厚さが１００～１５０μｍ（１０～２００μｍの範囲）の、例えばＰＥＳまたはＰＡのような多孔性ポリマーから成る。
負に帯電された分子を膜で吸着するために、作用電極は特に正の、対向電極は負の電位に置かれる。
正に帯電された分子を膜で吸着するために、作用電極は特に負の、対向電極は正の電位に置かれる。
作用電極と対向電極との間に生じた電界が帯電分子に、作用電極の領域では付加的な引力相互作用を、対向電極の領域では斥力相互作用を生じさせると考えられる。
結合能力は、複数の膜、特に２～１０の膜を直列配置することにより増大することができる。
吸着の典型的パラメータは次のとおりである。
・特に単層膜配置での膜透過流量、１から５０ｍｌ／（ｃｍ２＊ｂａｒ＊ｍｉｎ）
・吸着のための電極と対向電極との間の有利な電位差は、負の分子の場合、＋０．１～３０Ｖ、特に＋１～＋１０Ｖの範囲である。
・吸着のための電極と対向電極との間の有利な電位差は、正の分子の場合、－０．１～－３０Ｖ、特に－１～－１０Ｖである。
吸着された分子の脱離および回収は、前述の電位変化だけによって行うことができ、塩添加またはｐＨ変化は必要ない。
以前に結合された分子の脱着および溶出は、特に第１の流体の容積部の交換ないし第１の流体の容積部の通過後に、および／または第１の流体の容積部からの吸着後に行われ、この容積部は、膜容積の１０倍未満であり、これにより以下の有利な特性を達成することができる。
・迅速な回収、すなわち短いプロセス時間。
・拡散プロセスの障害的作用が小さい。
・同じ向きの電圧を印加しない場合よりも分子濃度が高い。
・ろ過液に高濃度の障害的電解質（Ｈ＋、ＯＨ－、ＫＣｌ、ＮａＣｌ）が含まれない。
・吸着および脱着のプロセスにより、＞９５％の高い回収率が得られる。
・吸着および脱着のプロセスは、電位変化により、および／または電位変化だけにより、特に少なくとも１０回、特に少なくとも２０回繰り返すことができる。
・切替可能な膜クロマトグラフィー装置の前述の配置は、等電点の異なる分子種の分離に、次のことによって使用することができる：
・作用電極と対向電極との間の電界を直流電圧により、
・静止フェーズの引力相互作用が分子種１に対しては分子種２に対するよりも大きくなるように調節し、
・それにより分子種１に対しては分子種２に対するよりも大きな保持力が達成されるようにすることによって。
・例：ＩＥＰ（等電点）＜７の分子種１と、ＩＥＰ＞７の分子種２の場合、両側が金属化されたｐＨ７の膜により
・作用電極（正）と対向電極（負）の間の電位差が正の場合、分子種１を結合し、分子種２を溶出することができる。
・作用電極（負）と対向電極（正）の間の電位差が負の場合、分子種２を結合し、分子種１を溶出することができる。
吸着フェーズでは、膜面積１ｃｍ２当たりで０．００１～１ｍＡの範囲の典型的電流を作用電極と対向電極との間で、分析物および電解質の濃度、電極直流電圧、膜の種類、濃度、および流量（供給速度）に依存して測定することができる。
脱着フェーズでは、作用電極と対向電極との間の典型的な電流は、吸着時の電流よりも大きく、特に分析物および電解質の濃度、電極直流電圧、膜の種類、濃度および流量（供給速度）に依存して、－０．０１～－１０ｍＡの範囲にある。
特に物質濃度が１０Ｅ－５ｍｏｌ／ｌより大きい場合、測定された電極電流と吸着ないし脱着された単位時間当たりの分子の量（大量輸送）との間には相関がある。
したがって、吸着ないし脱着された分子の量を記録するために、測定された電極電流を利用することができる。これにより膜電荷を、吸着フェーズでブレークスルーに至らないように、あるいは通流および／または吸着がブレークスルー前に停止されるように制御することができる。これにより脱着フェーズを、所望の回収が達成されると通流および／または脱着が停止されるように構成することができる。
有利な構成は、
・膜の両側に０～１００ｎｍのＡｕが被覆されること、および／または
・膜孔径（典型的には細孔、カットオフ）：１～１０００ｎｍ、および／または
・多孔性：１０～９５％、および／または
・膜厚ないし膜容積／有効フィルタ面積（ｃｍ）：０．００５～０．２０ｃｍ（単膜積層体からｎ＝１～ｎ＝１０の多層積層体）、および／または
・供給時物質濃度：１０Ｅ－１０ｍｇ／ｍｌ（エンドトキシン）～１０ｍｇ／ｍｌ（タンパク質）、および／または
・有効フィルタ面積ｃｍ２当たりの供給速度：０．１～１０ｍｌ（ｃｍ２＊ｍｉｎ）、および／または
・有効フィルタ面積ｃｍ２当たりの物質輸送速度：１０Ｅ－１１～１００ｍｇ／（ｃｍ２＊ｍｉｎ）、および／または
・ＮａＣｌまたはＫａＣｌ電解質濃度：０～１０ｍｍｏｌ／ｌ、および／または
・ストークス半径ｄ．分析分子：１～２０ｎｍ、および／または
・分子質量：１００～１０００，０００ｇ／ｍｏｌ、および／または
・非帯電または正に帯電された膜およびＶ＞０Ｖによる電極直流電圧（作用電極－対向電極）、および／または
・非帯電または負に帯電された膜およびＶ＜０Ｖによる電極直流電圧（作用電極－対向電極）、である。
前述の方法はさらに、電極と対向電極との間の電界の付加的作用によってポリマー膜の結合能力の増大（１００％～１０００％）を可能にする。
前述の方法は、クロマトグラフィックな分離を可能にする。特に、
・膜表面で負に帯電された分子を吸着し、正に帯電された分子を膜を通して輸送することにより、正の作用電極直流電圧で正に帯電した膜上で、負に帯電された分子から正に帯電された分子を分離すること、
・膜表面で正に帯電された分子を吸着し、負に帯電された分子を膜を通して輸送することにより、正の作用電極直流電圧で正に帯電した膜上で、正に帯電された分子から負に帯電された分子を分離すること、
・直流電極電圧を反転した後にそれぞれの保持された分子種を溶出すること、
・電気的に切替可能な複数の単層膜が直列に積層される場合、または複数の個別モジュールが直列に接続される場合における分離能力（結合能力、種々の分子の分離）の向上、
・複数の膜が順次接続されている場合には、少なくとも２つ、特に各膜または膜の各グループに異なる電極直流電圧を使用する可能性、が得られる。
前述の方法は、イオン交換に基づく従来のクロマトグラフ膜と比較して、より高い質量通過速度（単位時間当たりおよび有効膜床容積当たりの流体容積および分析分子量）を、有効電界が結合力、ひいては結合能力を拡大することによって可能にする。これによって高濃度の有効成分溶液を精製ないし分離することができる。
したがって本発明は多数のさらなる利点を可能にする：
・これにより、拡散作用が、純粋なイオンクロマトグラフィよりも自由表面結合部位の占有においてさほど大きな役割を果たさない、
・これにより、既存の膜細孔を、より効率的かつより多層に吸着質分子によって満たすことができる、
・これにより、１つまたは少数の積層された膜を備える膜配置が、電位制御なしの同等の構造よりも高い結合能力を達成することができる、
・これにより、結合能力が同じ場合、膜通過抵抗が小さくなる、
・これにより、特定の流量と分子濃度における膜あたりの動的結合能力が、純粋なイオン交換の場合よりも静的結合能力に近くなる、
・これにより、流量が増加し、分離時間が短縮される、
・測定電極電流（作用電極と対向電極の間）が、例えば金からなる導電率の高い金属製被覆部、特に両側の金属被覆部と、両方の被覆部を電極および対向電極として使用することとを前提とすれば、以下のパラメータに依存する：
・有効膜面積ないし膜床容積
・電極間隔
・ベース電解液濃度
・供給時の分子の濃度と有効正味電荷
・流量。
したがって測定された電極電流は、時間当たりに吸収された帯電分子の数と相関する。したがって前述の方法での電流測定は、残余の結合能力の検知およびコントロールを可能にする。したがって後の時点でのブレークスルーに関して流入の制御が可能であり、特にそのように使用される。したがって膜の効率的かつ効果的な帯電を達成することができる。
前述の方法は、
・塩濃度なしで（典型的には１Ｍ ＮａＣｌまたはＫＣｌのオーダー）
・負に帯電した分子の場合はｐＨ＜４への、正に帯電した分子の場合はｐＨ＞１０へのｐＨシフトなしで
帯電分子の脱着を可能にし、
・（有効成分）分子を含む得られたろ液には、イオンが含まれていない（典型的には、１ｍｍｏｌ／ｌＮａＣｌまたはＫＣｌまたはそれ以下）
・（有効成分）分子を含む得られたろ液は、特に６～８の範囲で中程度のｐＨ値を有することがある
・記載されている方法は、膜に結合した分子の集中的放出を可能にする。すなわち、溶出量は典型的には、僅かな（特に最大１０個の）膜量または交換量であり、特に
・負に帯電した分子に対して正の電位から負の電位（作用－対向電極）にジャンプすることによって
・正に帯電した分子に対して負の電位から負の電位（作用－対向電極）にジャンプすることによって
・これにより以下の分離特性が達成される：
・電位切り替え後の短い保持時間
・非常に僅かな回収量
・純粋なイオンクロマトグラフィと比較して高い回収速度
・出発溶液に対する、特に１～１０００倍、特に１０倍以上の、ろ液の高い濃度。
・流量を増やすことにより、特に吸着の開始流量の１０倍にすると、脱着を加速することができる
・脱着速度に相関する作用電極と対向電極との間の測定電流を、回収プロセスの制御に使用することができる
・前述の方法により、帯電分子の反復した吸着と脱着が、次のことにより可能になる：
・自由な膜表面を復元するために、膜の化学的再生が必要ないことによって
・元の結合能力の＞９０％の結合能力と、特に少なくとも１０回の電位切り替えによる分子の対応する回収とが行われることによって、すなわち、吸着と脱着は、特に少なくとも１０回、同じ膜上で、特に直接連続して行われた。
例１：
市販の化学的に正に帯電された（チャージされた）膜（膜１：製造者Ｐａｌｌ Ｃｏｒｐ．、市販名Ｍｕｓｔａｎｇ－Ｍｅｍｂｒａｎ）が、電極が設けられており、市販の正にチャージされた他の製造者の膜（膜２）との比較として選択された。両方の膜はポリアミドからなり、アルブミンに対して同等の結合能力を有する。ＢＳＡの吸着と脱着について試験が実行された。
市販の膜１は、ｍｌ膜容積当たりで６０ｍｇＢＳＡの結合能力を達成した。４０ｎｍの金からなる金属層が両側に施与された膜２は、ｍｌ床容積当たりで１００ｍｇＢＳＡの結合能力を達成した。相違は、異なる製造者の異なる製品により説明される。
膜１に吸着されたＢＳＡが、１モルの塩溶液により再び脱着された。回収率は９５％から９６％の間であった。
膜２に吸着されたＢＳＡは、膜の上側（上流）に－３Ｖの負の直流電圧を印加することによって脱着された。対向電極は膜の下側（下流）に存在した。回収率は９５％から９６％の間であった。
例２：
同じ正にチャージされた膜（膜１：製造者Ｐａｌｌ Ｃｏｒｐ．、市販名Ｍｕｓｔａｎｇ－Ｍｅｍｂｒａｎ）に金の金属層が両側で施与され、アルブミンによる吸着および脱着について試験が実行された。その際に吸着のためａ．＋２Ｖおよびｂ．＋３Ｖの直流電圧が印加された。ａ．＋２Ｖによる試験の際にｍｌ当たり１２０ｍｇＢＳＡを、直流電圧ｂ．＋３Ｖにより１６１ｇＢＳＡ／ｍｌを吸着できた。したがって、正の直流電圧のない膜２（例１）に対して、＋２Ｖの直流電圧では２０％、＋３Ｖの正の直流電圧では６０％多く吸着できた。これは、金属層に印加された付加的な正の直流電圧により、化学的に正に帯電された膜の結合能力を６０％まで向上できたことを意味する。
さらに電流が試験中に測定された。ａ．＋２Ｖによる試験では、ＢＳＡの吸着の開始時に２ｍＡの電流が測定された。これは、ブレークスルーまでの時間にわたり連続的に減少し、結合能力の達成時には０ｍＡであった。ｂ．＋３Ｖによる試験では、ＢＳＡの吸着の開始時に８ｍＡの電流が測定された。これは、ブレークスルーまでの時間にわたり連続的に減少し、結合能力の達成時には０ｍＡであった。これは、結合能力のワークロードに対する測定量として電流を利用できることを意味する。ＢＳＡ分子の脱着は、両方の実験（ａとｂ）で直流電圧を－３Ｖに切り替えることにより行った。ＢＳＡ分子の回収率は９５％から９６％の間であった。
この例は、本発明により化学的に正に帯電された膜に吸着された生体分子（ＢＳＡ）を、負の直流電圧の印加によって再び脱着できることを示す。
さらに、化学的に正に帯電された膜の結合能力は、＋２Ｖから＋３Ｖの間の正の直流電圧の付加的な印加によって、化学的に正に帯電された膜だけを使用する場合よりも６０％まで向上させることができる。
さらに驚くことには、電極（膜上側と膜下側）間の電流は、直流電圧が膜に施与された金属層を介して給電された、化学的に正に帯電された膜の吸着中に、結合能力のワークロードおよび／または残りの結合能力に対する測定量として用いることができることが判明できた。
膜、特にポリマー膜は、通常、物質、生体分子、ウィルスおよびバクテリアを機械的に保持するために使用される。保持率は孔径により決定され、流量は膜マトリクスにおける多孔度、すなわち細孔の割合により決定される。
ポリマー膜から、いわゆるクロマトグラフィー膜が開発された。この膜は、機械的な保持特性の他に、帯電物質の吸着につながる付加的な特性を有する。この膜は、表面の特定のコンディショニングを有するか、または物質の組み込みによってクロマトグラフィー特性が形成される。
特許文献１には、正に帯電された膜が記載されている。例えば、ポリ芳香族、ポリスルホン、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、フルオロポリマー、ポリカーボネート、ポリエステル、酢酸セルロースまたは硝酸セルロースからなる多孔性膜マトリックスの表面の電荷は、それらをポリマー構造により架橋することによって行われ、このポリマー構造には、例えば四級アンモニウム基などの正に帯電されたカチオン性基が結合されている。これらは、共有結合を介して膜のポリマー構造に結合される。そして、このいわゆるクロマトグラフィー膜は正電荷を有し、この正電荷は、ろ過する溶液のｐＨ値に関係なく正を維持する。そして、この正に帯電した表面によって、例えアルブミン（ＢＳＡ）のような負に帯電した生体分子を吸着結合することができる。特許文献１には、２５ｍｇ／ｍｌ（ｍｌ膜容積）以上のＢＳＡをベースに結合能力を達成することができると記載されている。
結合能力は、吸着された物質量を求めることによって決定することができる。これは例えば、膜によるろ過と、膜を通過する前後の濃度決定と、膜を通る流量の決定とによって行うことができる。
濃度は、種々の既知の形式で決定することができる。濃度は、例えば測光的に決定することができる。
そのために、１９０から１１００ｎｍの間の波長範囲、１ｎｍの解像度、吸着：０．００１％および／または透過：０．１％の測光的解像度を備えるＵＶ／ＶＩＳ分光光度計、例えばＡｑｕａｌｙｔｉｃ型式ＸＤ７０００を使用することができる。
例えば、微細毛細管を介し測定セル（キュベット）を通して案内されるろ過液のインライン測定を、方法実行中に実施することができ、これにより、供給されたタンパク質がどれだけの期間、完全に保持されるか、すなわちろ過液にタンパク質が含まれていないことを検証することができる。濃度が既知の溶液が供給され、膜を通る流速を決定できる場合、これにより、ブレークスルーが発生する前に膜が吸着することのできる量が決定される。膜容積に関連するこの量は、とりわけ結合能力である。
特許文献２には、負に帯電された膜が記載されている。例えば、ポリ芳香族、ポリスルホン、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、フルオロポリマー、ポリカーボネート、ポリエステル、酢酸セルロースまたは硝酸セルロースからなる多孔性膜マトリックスの表面の電荷は、それらをポリマー構造により架橋することによって行われ、このポリマー構造は、例えばヒドロキシル基などの、結合している負に帯電されたアニオン性基を有する。これらは、共有結合を介して膜のポリマー構造に結合される。そして、このいわゆるクロマトグラフィー膜は負電荷を有し、この負電荷は、ろ過する溶液のｐＨ値に関係なく正を維持する。そして負電荷によって、正に帯電された物質またはタンパク質を結合することができる。特許文献２は、２５ｍｇ／ｍｌ以上のリゾチームの結合能力を記載する。
特許文献３には、２つの膜層から成り、それらの間にシリコンナノ粒子が所定の量で結合され配置されている膜構造が記載されている。２つの膜層は、正または負に、あるいは正と別の負に帯電することができる。所定の量に結合されたシリコン粒子も電荷を有することができる。
この例に挙げられた製品は、生体分子を分離するために用いられる。例えばウィルスをタンパク質から分離することができる。ここで、獲得されるタンパク質の等電点に相当する、ろ過される溶液のｐＨ値が選択される。この溶液を、タンパク質が機械的に保持されないよう細孔が十分に大きい（例えば０．２μｍ、０．４μｍ、または０．８μｍ）、正に帯電された膜を介してろ過すると、タンパク質は、等電点においては電荷を有しないのでこの膜を通過する。そして、調整されたｐＨ値において負の電荷を有する他のすべての物質、例えばウィルスが吸着的に結合される。このクロマトグラフィー特性によってタンパク質が精製される。
生体分子も、正または負に帯電された膜を介して濃縮することができる。ここで目標分子は吸着的に結合され、これにより溶液から分離される。
さらなるステップでは、ｐＨ値の変更により、または目標分子が吸着された後に膜を通してポンピングされる、高濃度食塩溶液を介して、目標分子が再び脱着される。これは、ステップごとに発生することがある。したがって溶液の塩含有量をステップごとに増加させることができる。これにより、まず弱電荷の物質が最初に、膜の結合点から塩イオンによって押し出される。強電荷の別の物質は、膜の結合点から解離するために比較的高い塩濃度を必要とする。同様に、ＯＨ－またはＨ＋イオンの濃度を示すｐＨ値もステップごとに変更して、種々の電荷強度の、吸着された分子をステップごとに分離するために使用することができる。ｐＨ値を変更することにより、または高濃度の塩分子（例えば1モルのＮａＣｌ溶液）を添加することにより、多数の帯電イオンが目標分子を結合個所から押し出す。
クロマトグラフィー膜は、機械的保持に加え、更なる吸着特性の利点の他に、ある程度の欠点も有する。したがって吸着された物質は、結合された帯電分子が有する結合力を上回る化学物質が添加された場合にだけ、再び脱着することがでる。このことは通常、ｐＨ値の大きな変更、または高濃度食塩溶液の添加によって行われる。イオン濃度およびイオン強度によって、結合された分子が塩イオンまたは水素イオンないし水酸化物イオンにより置換される。この後に洗浄が必要であり、これによりｐＨ値変化または高塩分を洗い流し、膜のクロマトグラフィー特性を再び使用できるようにする。加えて、得られた目標分子の溶液も、中和し、および／またはそれらの塩含有物を除去しなければならない。例えば脆弱な生体分子のような目標分子は、ｐＨ値の大きな変化または高塩分濃度によって損傷を受けることがある。これも、クロマトグラフィー膜法を制限する。膜の吸着的結合力が大きければ、それだけ脱着媒体のイオン含有量も大きくなければならない。しかしながら、過度に強い酸およびアルカリまたは塩分濃度は、分離すべき生体分子の損傷を増大させる。
さらなる欠点は、回収後にはブレークスルーまたは終了まで結合能力が固定されていることである。目標分子の溶液の濃度が既知でない場合、目標分子のブレークスルーを回避するために、ＵＶ／ＶＩＳ分光光度法またはろ過液の導電率測定のような付加的な測定法が必要である。
金属膜に電圧を印加することも公知である。しかしこれに関して、構成に応じたフィルタ作用を達成あるいはサポートするために、アクティブ平面を介して電圧を一定に確実に印加しなければならない。さらに、例えば特許文献４または特許文献５から公知のように、金属被覆ポリマー膜に電圧を印加する。特許文献６からも公知のように、金属膜を薄い金属により被覆する。
国際公開第００／５０１６１号 国際公開第００／５０１６０号 オーストラリア特許出願公告第２０１４２７７７８３号 欧州特許出願公開第３１１５０９９号 国際公開第２０１８／１２２３１５号 欧州特許出願公開第０８６０８８８号
本発明の課題は、分子を簡単かつ確実に吸着し、膜にクロマトグラフ的に結合された被吸着目標分子の脱着を簡素化し、できるだけ酸、アルカリ、または塩のような高イオン含有物質の添加なしで可能にすることである。付加的な課題は、吸着プロセス中および／またはその制御中に、膜の現在および／または残りの結合能力を表すことのできる、容易に測定可能な値を開発することである。
実施形態の吸着および電気脱着による分離方法は、本発明は、ａ．平坦かつ多孔性の第１の金属製被覆部を少なくとも第１の側に備える、帯電されたポリマー膜を提供するステップと、ｂ．前記帯電されたポリマー膜を少なくとも第１の流体に対して、第１の容積部で接触させるステップと、ｃ．前記帯電されたポリマー膜および対向電極を少なくとも第１および／または少なくとも第２の流体に対して、前記第１の容積部で接触させるステップと、ｄ．前記帯電されたポリマー膜の前記第１の金属製被覆部と前記対向電極との間に、前記ポリマー膜の電荷とは反対の極性に第１の直流電圧を印加するステップと、を含む。
純粋に例示的かつ概略的に本発明の方法フローを示す図である。
上記の課題は本発明によれば、特に化学的に帯電された膜において吸着を行い、脱着を物理的、電磁的、および／または電界の形成により行うことによって解決される。これは特に、薄い金属層を、特に化学的に、正または負に帯電された膜の片側または両側に被覆することによって実現される。このように帯電された膜は、とりわけ電圧の印加なしで電荷を有する。金属層は、これが多孔性を変化させないか、またはほとんど変化させない程度に薄いが、この層の連続導電能力を保証する程度に厚い。好適には、酸化されないか、またはほとんど酸化されない金属、例えば金、プラチナ、パラジウムが使用される。
金属層は、直流電圧によって帯電することのできる電極として用いられる。印加される直流電圧の高さは、好適には形成された電界により吸着的に結合された分子の完全な脱着が達成されるように選択される。
我々はこの課題を、方法的には特に、以下のステップを含む、吸着および電極脱着による分離方法によって解決する。
ａ． 少なくともポリマー膜の第１の側に金属製で平坦かつ多孔性の第１の被覆部を備える、特に化学的に、帯電されたポリマー膜を、特に作用電極として提供し、対向電極を、特に平坦かつ多孔性の第２の被覆部として膜の他方の側に提供するステップ、または対向電極を膜に関係なく提供するステップ、
ｂ．Ｉ 金属製で平坦かつ多孔性の被覆部と対向電極とを備える、帯電されたポリマー膜を、少なくとも１つの第１の流体と接触させるステップ、特に膜に少なくとも１つの第１の流体を通流させるステップであって、前記少なくとも１つの第１の流体は、膜の帯電された表面（内側および／または外側）において、付加的な電圧を作用電極にもたらすことなく、または膜電荷の電荷に等しく接続された電圧を吸着過程のサポートのために印加しながら吸着するための、特に少なくとも２つの異なる物質、特に生体分子が帯電された溶液である、ステップ、
ｂ．ＩＩ 少なくとも１つの帯電された物質を膜において、特に溶液のフィルタリング中に、帯電された膜の特にある程度の、特に所定の、結合能力および／または結合能力の所定の割合が吸着のために使用されるまで、特に吸着するステップ、
ｃ． 帯電されたポリマー膜の金属製被覆部（作用電極）と対向電極との間に直流電圧を印加するステップ、特に直流電圧はポリマー膜の電荷とは反対の極性に印加される、ステップ、
ｄ． 膜を少なくも１つの第１の流体および／または、特に吸着のための生体分子を含まない第２の流体と接触させる、特に膜に通流させるステップ。特に対向電極も、膜と接触している流体と接触させる。
ｅ． 電圧を特に制御、特に上昇させるステップであって、前記電圧は、規定のように、特に時間的に順次連続したステップ毎に、特に異なる電荷強度を有する少なくとも２つの異なる物質、特に生体分子を脱着させるために膜の電荷とは反対の極性である、ステップ。
容積部は、例えば容器とすることができる。流体は、特に液体および／または特に溶剤であり、その中に少なくとも一つの溶解された物質、特に分子を含む。第１の液体は、例えばタンパク質またはペプチドまたは核酸を含む溶液とすることができる。
さらなる流体は、特に液体および／または特に溶剤、特に純粋溶剤である。特に第１の流体が第１の容積部から除去され、および／または膜が第１の容積部から除去され、および／または第１の流体と膜が互いに分離される。ここで除去は、特に第１の流体の排出および／または流体の洗浄によって行われる。したがって、第１の流体を完全に除去することは不要であり、この場合、残留物は許容可能であるが、洗い流すこともできる。
しかし第１の流体とさらなる流体を混合すること、または置換することもできる。好適には、さらなる流体が第１の容積部に、第１の流体の排出および場合により洗浄の後に充填され、および／または膜が第１の容積部から第２の容積部に移行され、第２の容積部にはさらなる流体が充填されており、および／または充填される。
特にステップｂ、特にｂ．Ｉおよび／またはｂ．ＩＩでは、第１の流体に含まれる少なくとも１つの物質の吸着が行われる。このことは、完全に行う必要はないが、完全に行うことができる。一部分の吸着で十分である。ここで吸着は、特に膜の電荷に基づいて、および／または膜の電荷と付加的に印加される電圧とに基づいて行われている。
ステップｃ，ｄおよび／またはｅでは、ステップｂでの吸収物、特に少なくとも１つの物質が特に部分的または完全に脱着される。ここで脱着は、第２の流体へ、または第１と第２の流体の混合物へ行われる。
ここでステップｄおよび／またはｅは、少なくとも、帯電されたポリマー膜が金属製で平坦かつ多孔性の被覆部と接触している間にも、および対向電極が第１の流体および／またはさらなる流体と、特に第１および／または第２の容積部で接触している間にも行われる。ステップｄおよび／またはｅは、ステップｃの前にすでに開始することもできる。
以前に吸着的に結合された生体分子を脱着するために、膜が特に化学的に、正に帯電されている（チャージされている）場合には、直流電圧が、特に、膜と結合された金属製の被覆部に、作用電極として負の電圧が供給されるように印加される。このことは、例えば作用電極を電圧源の負極と、対向電極を電圧源の正極と接続することによって行われる。膜が特に化学的に、負に帯電されている（チャージされている）場合には、直流電圧が、特に、膜と結合された金属製の被覆部に作用電極として正の電圧が供給されるように印加される。このことは、例えば作用電極を電圧源の正極と、対向電極を電圧源の負極と接続することによって行われる。
特に、この方法は、帯電分子をクロマトグラフィックに分離するための方法、特にイオン交換クロマトグラフ法または略してイオンクロマトグラフ法である。ここで生体分子は、主にその電荷に基づいて分離される。目的は、個々の生体分子を電荷に応じた分離によって、より良く分離することおよび／または決定すること（分析）、または特定の生体分子を物質として溶液から獲得することである。ここで、獲得された同じ電荷の生体分子は、特に濃縮される。例えば第１の流体に含まれる少なくとも１種の帯電物質が第１の流体から獲得され、第２の流体に移行され、および／または第１および／または第２の流体で濃縮される。
膜の両側の金属被覆部、すなわち間にポリマー膜が配置された金属製の第１と第２の被覆部では、第１の被覆部を作用電極として、第２の被覆部を対向電極として使用することができる。
有利には、第１の流体がステップｂで、特にｂ．Ｉおよび／またはｂ．ＩＩで、作用電極から対向電極に流れるように本方法は実施され、および／または装置は構成されており、この場合、作用電極は上流に、対向電極は下流にある。
有利には、第１の流体がステップｃ，ｄおよび／またはｅで、作用電極から対向電極に流れるように本方法は特に実施され、および／または装置は構成されている。膜が特に化学的に、正に帯電（チャージ）されている場合、直流電圧がステップｂで、特にｂ．Ｉおよび／またはｂ．ＩＩで、作用電極に正の直流電圧が供給されるように印加される。このことは特に、吸着過程が実行されている限り行われる。正に帯電された膜による吸着過程は、作用電極に電圧供給しなくても実行することができるが、付加的な電圧によって増強することができる。
ステップｃ，ｄおよび／またはｅの間、および／または脱着のために、膜が特に化学的に正に帯電（チャージ）されている場合には、作用電極に負の電圧が供給される。このことは、種々の生体分子をその電荷に応じて順次脱着するために、例えばステップ毎に－１０ｍＶから－３Ｖまでで行うことができ、これによって特に別の第２の流体に、または第２の流体の異なる容積部に分離する。ただし、－３Ｖの電圧を作用電極に直ちに印加することもでき、これにより吸着されたすべての生体分子が短期間で脱着される。
膜が特に化学的に負に帯電（チャージ）されている場合、直流電圧は、ステップｂで、特にｂ．Ｉおよび／またはｂ．ＩＩで、特に作用電極（膜と結合されている金属製の被覆部）に負の直流電圧が供給されるように印加される。このことは特に、吸着過程が実行されている限り行われる。特に化学的に負に帯電（チャージ）された膜による吸着過程は、作用電極に電圧供給しなくても実行することができるが、付加的な電圧によって増強することができる。
ステップｃ，ｄおよび／またはｅおよび／または脱着の間に、作用電極には正の電圧が供給される。このことは、種々の生体分子をその電荷に応じて順次脱着するために、例えばステップ毎に－１０ｍＶから－３Ｖまでで行うことができ、これによって特に別の第２の流体に、または第２の流体の別の容積部に分離する。ただし、＋３Ｖの電圧を作用電極に直ちに印加することもでき、これにより吸着されたすべての生体分子が短期間で脱着される。
被覆部は、ポリマー膜と特に物質的に結合しており、および／またはこれに直接取り付けられている。これは例えば、蒸着またはマグネトロンスパッタリングによって行うことができる。金属層の厚さは、典型的には２０ｎｍ～５０ｎｍ厚であるが、５ｎｍ～２００ｎｍであっても良い。
特に、金属製で平坦かつ多孔性の被覆部を備える、特に化学的に帯電されたポリマー膜は、アニオンまたはカチオン交換ポリマー膜である。
特に第１の流体は、ステップｂの開始とステップｃの開始との間で膜を通して案内される（ろ過される）。ろ過速度は、例えば０．０１ｍｌ／（ｃｍ ２ ＊ｍｉｎ＊ｂａｒ）と４０ｍｌ／（ｃｍ ２ ＊ｍｉｎ＊ｂａｒ）の間とすることができる。特に少なくとも１秒間、ろ過され、および／またはステップｂおよび／またはステップｄは、それぞれ少なくとも１秒、特に少なくとも３０秒の長さで実行される。
膜が、特に化学的に正に帯電（チャージ）されている場合に、特に、流体がまず通過する（上流の）作用電極（膜と結合されている金属製の被覆部）に正の直流電圧が供給されるように直流電圧を印加することの利点は、帯電（チャージ）膜の結合能力を、膜の電荷と同じ方向のこの電圧によって向上させることができることである。
膜が、特に化学的に負に帯電（チャージ）されている場合に、特に、流体がまず通過する（上流の）作用電極（膜と結合されている金属製の被覆部）に負の直流電圧が供給されるように直流電圧を印加することの利点は、帯電（チャージ）膜の結合能力を、膜の帯電と同じ方向のこの電圧によって向上させることができることである。
好適には、第１および／または第２の直流電圧の大きさは、流体が電気分解されない範囲であり、特に少なくとも１０ｍＶ、特に１０ｍＶから３Ｖの範囲の大きさである。これは、特に水性流体において有利である。しかし５０Ｖまでの比較的に高い電圧を、短時間、特に最大３秒間、および／または少なくとも１０ｍｓの間、印可することもできる。
好適には対向電極は、第１の側に対向する第２の側にある、平坦かつ多孔性のさらなる金属製被覆部であって、平坦な金属製被覆部は互いにポリマー膜により絶縁されている、さらなる金属製被覆部によって形成されるか、または絶縁性で透過性のスペーサを間に挟んで配置された透過性の電極、特に金属メッシュによって形成される。これにより、特に電流の測定および／または制御の際に、外部の影響を最小化することができ、再現可能に形成することのできる規定の安定した配置を創出することができる。
好適には被覆のために、酸化されないまたは非常に僅かしか酸化されない金属が使用される。したがって、金、プラチナまたはパラジウムのような金属が使用される。
好適には、金属製被覆部を備えるポリマー膜の多孔性は、初期バブルポイント孔および／または平均孔径を基準にして、被覆しないポリマー膜に対して０．０１％～１０％、特に０．０１～１％小さく、および／または金属製被覆部の厚さは、１～１００ｎｍであり、および／または被覆しないポリマー膜の孔径は、特に０．０１μｍ～１５μｍの範囲である。これにより、信頼性のある金属被覆が可能になり、物理的な膜特性の変化も比較的小さく一定するようになる。
金属は、特に希金属、特に金、銀および／またはプラチナである。
有利には、金属製被覆部を備えるポリマー膜は、多孔性の通路を有する。これら通路は、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドなどで作製されたポリマー膜のためにスポンジ状にすることができる。すなわち、細孔はトンネル状の通路ではなく、膜は内部に孔状の構造を有し、および／または通路の壁面積は、同じ通路幅を備えるトンネル状の通路よりも、少なくとも係数１００だけ、特に少なくとも係数１０００だけ大きい。特に膜の内部にある細孔は、少なくとも部分的に、特に部分的にだけ、金属製の被覆部により被覆されている。これにより、活性表面積が高まる。
有利には、特に化学的に帯電された膜は、膜容積１ｍｌ当たり少なくとも２５ｍｇのリゾチームまたはアルブミン、特にＢＳＡの結合能力を有する。このことは、金属被覆部を備える膜が片側または両側で、それぞれ前記分子のそのような量を吸着できると理解すべきである。膜容積とは、膜の有する容積であり、幕内に存在する細孔の容積はこの容積の一部であり、減算されない。例えば、シリンジフィルターに取り付けられるような円形膜の直径は２５ｍｍ、厚さは０．１５ｍｍである。したがってこれは、７３．６ｍｍ３の膜容積を有する。有利にはこの結合能力は、特に、ｐＨ３～ｐＨ１０の間の全ｐＨ値にわたって得られる。
上記の課題は、ポリマー膜の少なくとも片側に平坦かつ多孔性の金属製被覆部を備える、特に化学的に帯電されたポリマー膜と、作用電極として金属製被覆部の接点とを含む吸着および／またはろ過装置、特に電気吸着および／または電気ろ過装置によっても解決される。さらにこの装置は、対向電極を有する。特に装置は、金属製の第２の被覆部の接点を、膜の第１の被覆部に対向する側に対向電極として有する。
有利には装置は、第３の電極を基準電極として有する。
被覆部、対向電極、および電圧の印加に関しては、上記の実施形態が当てはまり、特に装置は、電圧の対応の印加のために構成されており、特に装置は、本方法を実施するために構成されており、そのために特に相応に構成された制御部を有し、この制御部は、特に、電極（金属製被覆部により形成された作用電極でもある）と対向電極との間の電圧を制御、および／または第１および／または第２の流体の流れを制御するように構成されている。
有利には対向電極は、第１の側に対向する第２の側にある金属製で平坦かつ多孔性のさらなる被覆部により形成されるか、または絶縁性かつ透過性のスペーサを間に挟んで配置された、特に金属製メッシュにより形成された透過性電極により形成される。
好適には、金属製被覆部を備えるポリマー膜の多孔度は、初期バブルポイント孔および／または平均孔径を基準にして、被覆しないポリマー膜に対して０．０１％～２０％、特に０．０１～１％小さく、および／または金属製被覆部の厚さは、５～１００ｎｍであり、および／または被覆しないポリマー膜の孔径は、特に０．０１μｍ～１５μｍの範囲である。
有利には吸着および／またはろ過装置は、対向電極の存在の下で作用電極（金属製被覆部）に直流電圧を印加するための装置を有する。
特に化学的に帯電（チャージ）された膜の吸着をサポートするために、作用電極での直流電圧は、膜の電荷と同じ方向に向けられる。電圧が同じ方向に向けられるのは、特に、電圧によって吸着能力および／またはゼータ電位がゼロから離れる方向に変化および／または増大される場合、および／または膜が特に化学的に、負に帯電されている場合において作用電極または金属製被覆部がマイナス極と接続されている場合、および膜が特に化学的に、正に帯電されている場合において作用電極または金属製被覆部がプラス極に接続されている場合である。
特に化学的に帯電（チャージ）された膜の分子を脱着するために、作用電極での直流電圧は、膜の電荷とは反対の極性に向けられる。電圧が反対の極性に向けられるのは、特に、電圧によって吸着能力および／またはゼータ電位がゼロの方向に変化および／または増大される場合、および／または膜が負に帯電されている場合において作用電極が電圧源のプラス極と接続されている場合、および膜が正に帯電されている場合において作用電極がマイナス極に接続されている場合である。ここでそれぞれ他方の電極は、特に対向電極と接続される。
特に、シリンジアタッチメントまたはシリンジアタッチメントフィルタの形態の電気吸着および／または電気ろ過装置が好ましい。ここで膜の吸着能力は、電圧の印加なしでも特に有利に発生する。吸着後に、アタッチメントを、電圧の印加により、吸着された分子を脱着しながら放電することができる。
金属により片側または両側が被覆された膜は、有利には通常のポリマー膜と同じように処理加工することができる。これは、平坦な膜としてのシリンジアタッチメントフィルタでも、プリーツ状の（折り畳まれた）膜としてのカプセルでも処理加工することができる。
この場合、電圧を供給するために、作用電極は特に接触接続され、ワイヤまたは薄い金属箔のような装置を介して接点が外に導かれる。膜の対向する側にある第２の被覆部であるか、または別の個所に取り付けられる（取り付けられた）対向電極でも有利には同じことが行われる。
このような有利な構造により、外部から電圧が供給される（供給可能な）２つの接点を備えるシリンジアタッチメントフィルタまたはカプセルを作製することができる。
上記の課題はまた、吸着および／またはろ過装置と、吸着および／またはろ過装置の金属被覆部を備えるポリマー膜を収容するための収容装置による脱着、並びに吸着および／またはろ過装置の金属被覆部を備える収容されたポリマー膜と対向電極とを第１の流体に接触させるための装置を有する、直流電圧を金属被覆部と対向電極との間に印加するための装置とから成るシステムによって解決され、ここで対向電極は、吸着および／またはろ過装置の構成部分であるか、または収容装置の構成部分である。特に流体により膜を洗浄するための手段を有するこのような装置により、簡単かつ確実に脱着が実行される。特にこの装置は、流体中の少なくとも１つの濃度を測定するための手段も有する。
上記の課題はまた、平坦かつ多孔性の金属製被覆部を、膜を基準にしてポリマー膜の少なくとも第１の側に備える帯電ポリマー膜によって解決され、それらの被覆部には、本装置または本方法に関連して記述した全ての有利な構成が対応して当てはまる。
金属層（電極）は、特にマグネトロンスパッタリングまたは金属蒸着によって膜の上側および／または下側に直接取り付けられる。膜の片側にだけ金属層を設け、必要な対向電極を、膜に依存せずに近傍に配置することも可能である。第１が作用電極、第２が対向電極、そして第３が対向電極である３つの電極を備える配置体を実現することも可能である。
本発明は、クロマトグラフィックな特性を有する、特に化学的に、正及び負に帯電された膜に関する。この膜は、好適には帯電された生体分子のクロマトグラフな分離に用いられる。通例、このような化学的に帯電された膜はポリアミドから作製することができるが、他の重合体から作製することもできる。標準的な膜は、典型的には０．２μｍ～０．８μｍの範囲の孔径を有するが、０．０１μｍから１０μｍの間の孔径を有することもできる。
比較的大きな結合能力を達成する可能性は、典型的には２から１０膜のマルチ膜積層体（Ｐａｌｌ社，Ａｃｒｏｄｉｓｃ）を使用すること、および／または吸着を増強する電圧を使用することである。
特に、化学的に両側で金属が被覆された膜であって、両側が互いに絶縁されており、作用電極（ＡＥ）として特に上流側の被覆部、対向電極（ＧＥ）として特に下流側の被覆部を備える、膜クロマトグラフィー法としてのこの方法では、以下のとおりである。
膜は、特に孔径が０．０５～１μｍ、典型的厚さが１００～１５０μｍ（１０～２００μｍの範囲）の、例えばＰＥＳまたはＰＡのような多孔性ポリマーから成る。
負に帯電された分子を膜で吸着するために、作用電極は特に正の、対向電極は負の電位に置かれる。
正に帯電された分子を膜で吸着するために、作用電極は特に負の、対向電極は正の電位に置かれる。
作用電極と対向電極との間に生じた電界が帯電分子に、作用電極の領域では付加的な引力相互作用を、対向電極の領域では斥力相互作用を生じさせると考えられる。
結合能力は、複数の膜、特に２～１０の膜を直列配置することにより増大することができる。
吸着の典型的パラメータは次のとおりである。
・特に単層膜配置での膜透過流量、１から５０ｍｌ／（ｃｍ２＊ｂａｒ＊ｍｉｎ）
・吸着のための電極と対向電極との間の有利な電位差は、負の分子の場合、＋０．１～３０Ｖ、特に＋１～＋１０Ｖの範囲である。
・吸着のための電極と対向電極との間の有利な電位差は、正の分子の場合、－０．１～－３０Ｖ、特に－１～－１０Ｖである。
吸着された分子の脱離および回収は、前述の電位変化だけによって行うことができ、塩添加またはｐＨ変化は必要ない。
以前に結合された分子の脱着および溶出は、特に第１の流体の容積部の交換ないし第１の流体の容積部の通過後に、および／または第１の流体の容積部からの吸着後に行われ、この容積部は、膜容積の１０倍未満であり、これにより以下の有利な特性を達成することができる。
・迅速な回収、すなわち短いプロセス時間。
・拡散プロセスの障害的作用が小さい。
・同じ向きの電圧を印加しない場合よりも分子濃度が高い。
・ろ過液に高濃度の障害的電解質（Ｈ＋、ＯＨ－、ＫＣｌ、ＮａＣｌ）が含まれない。
・吸着および脱着のプロセスにより、＞９５％の高い回収率が得られる。
・吸着および脱着のプロセスは、電位変化により、および／または電位変化だけにより、特に少なくとも１０回、特に少なくとも２０回繰り返すことができる。
・切替可能な膜クロマトグラフィー装置の前述の配置は、等電点の異なる分子種の分離に、次のことによって使用することができる：
・作用電極と対向電極との間の電界を直流電圧により、
・静止フェーズの引力相互作用が分子種１に対しては分子種２に対するよりも大きくなるように調節し、
・それにより分子種１に対しては分子種２に対するよりも大きな保持力が達成されるようにすることによって。
・例：ＩＥＰ（等電点）＜７の分子種１と、ＩＥＰ＞７の分子種２の場合、両側が金属化されたｐＨ７の膜により
・作用電極（正）と対向電極（負）の間の電位差が正の場合、分子種１を結合し、分子種２を溶出することができる。
・作用電極（負）と対向電極（正）の間の電位差が負の場合、分子種２を結合し、分子種１を溶出することができる。
吸着フェーズでは、膜面積１ｃｍ２当たりで０．００１～１ｍＡの範囲の典型的電流を作用電極と対向電極との間で、分析物および電解質の濃度、電極直流電圧、膜の種類、濃度、および流量（供給速度）に依存して測定することができる。
脱着フェーズでは、作用電極と対向電極との間の典型的な電流は、吸着時の電流よりも大きく、特に分析物および電解質の濃度、電極直流電圧、膜の種類、濃度および流量（供給速度）に依存して、－０．０１～－１０ｍＡの範囲にある。
特に物質濃度が１０Ｅ－５ｍｏｌ／ｌより大きい場合、測定された電極電流と吸着ないし脱着された単位時間当たりの分子の量（大量輸送）との間には相関がある。
したがって、吸着ないし脱着された分子の量を記録するために、測定された電極電流を利用することができる。これにより膜電荷を、吸着フェーズでブレークスルーに至らないように、あるいは通流および／または吸着がブレークスルー前に停止されるように制御することができる。これにより脱着フェーズを、所望の回収が達成されると通流および／または脱着が停止されるように構成することができる。
有利な構成は、
・膜の両側に０～１００ｎｍのＡｕが被覆されること、および／または
・膜孔径（典型的には細孔、カットオフ）：１～１０００ｎｍ、および／または
・多孔性：１０～９５％、および／または
・膜厚ないし膜容積／有効フィルタ面積（ｃｍ）：０．００５～０．２０ｃｍ（単膜積層体からｎ＝１～ｎ＝１０の多層積層体）、および／または
・供給時物質濃度：１０Ｅ－１０ｍｇ／ｍｌ（エンドトキシン）～１０ｍｇ／ｍｌ（タンパク質）、および／または
・有効フィルタ面積ｃｍ２当たりの供給速度：０．１～１０ｍｌ（ｃｍ２＊ｍｉｎ）、および／または
・有効フィルタ面積ｃｍ２当たりの物質輸送速度：１０Ｅ－１１～１００ｍｇ／（ｃｍ２＊ｍｉｎ）、および／または
・ＮａＣｌまたはＫａＣｌ電解質濃度：０～１０ｍｍｏｌ／ｌ、および／または
・ストークス半径ｄ．分析分子：１～２０ｎｍ、および／または
・分子質量：１００～１０００，０００ｇ／ｍｏｌ、および／または
・非帯電または正に帯電された膜およびＶ＞０Ｖによる電極直流電圧（作用電極－対向電極）、および／または
・非帯電または負に帯電された膜およびＶ＜０Ｖによる電極直流電圧（作用電極－対向電極）、である。
前述の方法はさらに、電極と対向電極との間の電界の付加的作用によってポリマー膜の結合能力の増大（１００％～１０００％）を可能にする。
前述の方法は、クロマトグラフィックな分離を可能にする。特に、
・膜表面で負に帯電された分子を吸着し、正に帯電された分子を膜を通して輸送することにより、正の作用電極直流電圧で正に帯電した膜上で、負に帯電された分子から正に帯電された分子を分離すること、
・膜表面で正に帯電された分子を吸着し、負に帯電された分子を膜を通して輸送することにより、正の作用電極直流電圧で正に帯電した膜上で、正に帯電された分子から負に帯電された分子を分離すること、
・直流電極電圧を反転した後にそれぞれの保持された分子種を溶出すること、
・電気的に切替可能な複数の単層膜が直列に積層される場合、または複数の個別モジュールが直列に接続される場合における分離能力（結合能力、種々の分子の分離）の向上、
・複数の膜が順次接続されている場合には、少なくとも２つ、特に各膜または膜の各グループに異なる電極直流電圧を使用する可能性、が得られる。
前述の方法は、イオン交換に基づく従来のクロマトグラフ膜と比較して、より高い質量通過速度（単位時間当たりおよび有効膜床容積当たりの流体容積および分析分子量）を、有効電界が結合力、ひいては結合能力を拡大することによって可能にする。これによって高濃度の有効成分溶液を精製ないし分離することができる。
したがって本発明は多数のさらなる利点を可能にする：
・これにより、拡散作用が、純粋なイオンクロマトグラフィよりも自由表面結合部位の占有においてさほど大きな役割を果たさない、
・これにより、既存の膜細孔を、より効率的かつより多層に吸着質分子によって満たすことができる、
・これにより、１つまたは少数の積層された膜を備える膜配置が、電位制御なしの同等の構造よりも高い結合能力を達成することができる、
・これにより、結合能力が同じ場合、膜通過抵抗が小さくなる、
・これにより、特定の流量と分子濃度における膜あたりの動的結合能力が、純粋なイオン交換の場合よりも静的結合能力に近くなる、
・これにより、流量が増加し、分離時間が短縮される、
・測定電極電流（作用電極と対向電極の間）が、例えば金からなる導電率の高い金属製被覆部、特に両側の金属被覆部と、両方の被覆部を電極および対向電極として使用することとを前提とすれば、以下のパラメータに依存する：
・有効膜面積ないし膜床容積
・電極間隔
・ベース電解液濃度
・供給時の分子の濃度と有効正味電荷
・流量。
したがって測定された電極電流は、時間当たりに吸収された帯電分子の数と相関する。したがって前述の方法での電流測定は、残余の結合能力の検知およびコントロールを可能にする。したがって後の時点でのブレークスルーに関して流入の制御が可能であり、特にそのように使用される。したがって膜の効率的かつ効果的な帯電を達成することができる。
前述の方法は、
・塩濃度なしで（典型的には１Ｍ ＮａＣｌまたはＫＣｌのオーダー）
・負に帯電した分子の場合はｐＨ＜４への、正に帯電した分子の場合はｐＨ＞１０へのｐＨシフトなしで
帯電分子の脱着を可能にし、
・（有効成分）分子を含む得られたろ液には、イオンが含まれていない（典型的には、１ｍｍｏｌ／ｌＮａＣｌまたはＫＣｌまたはそれ以下）
・（有効成分）分子を含む得られたろ液は、特に６～８の範囲で中程度のｐＨ値を有することがある
・記載されている方法は、膜に結合した分子の集中的放出を可能にする。すなわち、溶出量は典型的には、僅かな（特に最大１０個の）膜量または交換量であり、特に
・負に帯電した分子に対して正の電位から負の電位（作用－対向電極）にジャンプすることによって
・正に帯電した分子に対して負の電位から負の電位（作用－対向電極）にジャンプすることによって
・これにより以下の分離特性が達成される：
・電位切り替え後の短い保持時間
・非常に僅かな回収量
・純粋なイオンクロマトグラフィと比較して高い回収速度
・出発溶液に対する、特に１～１０００倍、特に１０倍以上の、ろ液の高い濃度。
・流量を増やすことにより、特に吸着の開始流量の１０倍にすると、脱着を加速することができる
・脱着速度に相関する作用電極と対向電極との間の測定電流を、回収プロセスの制御に使用することができる
・前述の方法により、帯電分子の反復した吸着と脱着が、次のことにより可能になる：
・自由な膜表面を復元するために、膜の化学的再生が必要ないことによって
・元の結合能力の＞９０％の結合能力と、特に少なくとも１０回の電位切り替えによる分子の対応する回収とが行われることによって、すなわち、吸着と脱着は、特に少なくとも１０回、同じ膜上で、特に直接連続して行われた。
例１：
市販の化学的に正に帯電された（チャージされた）膜（膜１：製造者Ｐａｌｌ Ｃｏｒｐ．、市販名Ｍｕｓｔａｎｇ－Ｍｅｍｂｒａｎ）が、電極が設けられており、市販の正にチャージされた他の製造者の膜（膜２）との比較として選択された。両方の膜はポリアミドからなり、アルブミンに対して同等の結合能力を有する。ＢＳＡの吸着と脱着について試験が実行された。
市販の膜１は、ｍｌ膜容積当たりで６０ｍｇＢＳＡの結合能力を達成した。４０ｎｍの金からなる金属層が両側に施与された膜２は、ｍｌ床容積当たりで１００ｍｇＢＳＡの結合能力を達成した。相違は、異なる製造者の異なる製品により説明される。
膜１に吸着されたＢＳＡが、１モルの塩溶液により再び脱着された。回収率は９５％から９６％の間であった。
膜２に吸着されたＢＳＡは、膜の上側（上流）に－３Ｖの負の直流電圧を印加することによって脱着された。対向電極は膜の下側（下流）に存在した。回収率は９５％から９６％の間であった。
例２：
同じ正にチャージされた膜（膜１：製造者Ｐａｌｌ Ｃｏｒｐ．、市販名Ｍｕｓｔａｎｇ－Ｍｅｍｂｒａｎ）に金の金属層が両側で施与され、アルブミンによる吸着および脱着について試験が実行された。その際に吸着のためａ．＋２Ｖおよびｂ．＋３Ｖの直流電圧が印加された。ａ．＋２Ｖによる試験の際にｍｌ当たり１２０ｍｇＢＳＡを、直流電圧ｂ．＋３Ｖにより１６１ｇＢＳＡ／ｍｌを吸着できた。したがって、正の直流電圧のない膜２（例１）に対して、＋２Ｖの直流電圧では２０％、＋３Ｖの正の直流電圧では６０％多く吸着できた。これは、金属層に印加された付加的な正の直流電圧により、化学的に正に帯電された膜の結合能力を６０％まで向上できたことを意味する。
さらに電流が試験中に測定された。ａ．＋２Ｖによる試験では、ＢＳＡの吸着の開始時に２ｍＡの電流が測定された。これは、ブレークスルーまでの時間にわたり連続的に減少し、結合能力の達成時には０ｍＡであった。ｂ．＋３Ｖによる試験では、ＢＳＡの吸着の開始時に８ｍＡの電流が測定された。これは、ブレークスルーまでの時間にわたり連続的に減少し、結合能力の達成時には０ｍＡであった。これは、結合能力のワークロードに対する測定量として電流を利用できることを意味する。ＢＳＡ分子の脱着は、両方の実験（ａとｂ）で直流電圧を－３Ｖに切り替えることにより行った。ＢＳＡ分子の回収率は９５％から９６％の間であった。
この例は、本発明により化学的に正に帯電された膜に吸着された生体分子（ＢＳＡ）を、負の直流電圧の印加によって再び脱着できることを示す。
さらに、化学的に正に帯電された膜の結合能力は、＋２Ｖから＋３Ｖの間の正の直流電圧の付加的な印加によって、化学的に正に帯電された膜だけを使用する場合よりも６０％まで向上させることができる。
さらに驚くことには、電極（膜上側と膜下側）間の電流は、直流電圧が膜に施与された金属層を介して給電された、化学的に正に帯電された膜の吸着中に、結合能力のワークロードおよび／または残りの結合能力に対する測定量として用いることができることが判明できた。

Claims (14)

  1. 吸着および電気脱着による分離方法であって、以下のステップ、
    ａ．平坦かつ多孔性の第１の金属製被覆部をポリマー膜の少なくとも第１の側に備える、特に化学的に、帯電された当該ポリマー膜を提供するステップ、
    ｂ．平坦かつ多孔性の第１の金属製被覆部を備える前記帯電されたポリマー膜を少なくとも第１の流体と、特に第１の容積部で接触させるステップ、
    ｃ．平坦かつ多孔性の第１の金属製被覆部および対向電極を備える前記帯電されたポリマー膜を少なくとも第１および／または少なくとも第２の流体と、特に第１の容積部で接触させるステップ、
    ｄ．前記帯電されたポリマー膜の前記第１の金属製被覆部と前記対向電極との間に直流電圧を印加するステップであって、前記直流電圧は前記ポリマー膜の電荷とは反対方向に印加される、ステップ、を含む方法。
  2. 平坦かつ多孔性の金属製被覆部を備える前記帯電されたポリマー膜は、アニオンまたはカチオン交換ポリマー膜である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の流体は、前記ステップｂの開始と前記ステップｄの開始との間で少なくとも部分的に前記容積部から除去され、および／または前記第１の流体は、前記ステップｂと前記ステップｃの開始との間で少なくとも部分的に前記ポリマー膜を透過され、前記第１の流体の特に少なくとも１０％および／若しくは前記第１の流体の少なくとも５ｍｌが除去され、または透過され、並びに／またはステップｂおよび／若しくはステップｄは、少なくとも１秒間、特に少なくとも３０秒間実行される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. ステップｂの前および／または間に、前記第１の直流電圧とは反対の極性の第２の直流電圧を、前記金属製被覆部と、前記第１の流体に接触している対向電極との間に、特に前記ステップｂの全期間にわたり、および／または少なくとも１秒間、特に少なくとも３０秒間印加する、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記第１および／または第２の直流電圧の大きさは、１０ｍＶから３Ｖの範囲にある、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記対向電極は、前記第１の側に対向する第２の側にある、平坦かつ多孔性の第２の金属製被覆部であって、前記第１および第２の平坦な金属製被覆部は互いに前記ポリマー膜により絶縁されている、当該第２の金属製被覆部によって形成されるか、または絶縁性かつ透過性のスペーサを間に挟んで配置された透過性の電極、特に金属メッシュによって形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 第１および／若しくは第２の金属製被覆部を備える前記ポリマー膜の多孔度は、初期バブルポイント孔および／若しくは平均孔径を基準にして、被覆しないポリマー膜に対して０．１％～１０％、特に０．１～１％で低減され、並びに／または前記第１および／若しくは第２の金属製被覆部の厚さは、５～２００ｎｍの範囲、特に２０ｎｍ以上および／若しくは５０ｎｍ以下、であり、並びに／または前記被覆しないポリマー膜の孔径は、０．０１μｍ超であり、並びに／または金属製被覆部を備える前記ポリマー膜は、多孔性の通路を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記帯電された膜は、１ｍｌ膜容積当たり少なくとも２５ｍｇのリゾチームまたはアルブミン、特にＢＳＡの結合能力を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. ポリマー膜の少なくとも片側に平坦かつ多孔性の第１の金属製被覆部を備える、特に化学的に、帯電された当該ポリマー膜と、前記第１の金属製被覆部の特に接点並びに／または特に対向電極および特にさらなる電極とを含む、吸着および／またはろ過装置、特に電気吸着および／または電気ろ過装置。
  10. 前記対向電極は、第１の側に対向する第２の側にある平坦かつ多孔性の金属製被覆部により形成されるか、または絶縁性かつ透過性のスペーサを間に挟んで配置された透過性電極、特に金属製メッシュにより形成される、請求項９に記載の電気吸着および／または電気ろ過装置。
  11. 第１および／若しくは第２の金属製被覆部を備える前記ポリマー膜の多孔度は、初期バブルポイント孔および／若しくは平均孔径を基準にして、被覆しないポリマー膜に対して０．１％～１０％、特に０．１～１％で低減され、並びに／または前記第１および／若しくは第２の金属製被覆部の厚さは、５～２００ｎｍの範囲、特に２０ｎｍ以上および／若しくは５０ｎｍ以下であり、並びに前記被覆しないポリマー膜の孔径は、０．０１μｍ～１５μｍである、請求項９または１０に記載の電気吸着および／または電気ろ過装置。
  12. 前記金属製被覆部と前記対向電極との間に直流電圧を印加するための装置を含み、前記直流電圧は、特に前記膜の電荷とは反対方向に向けられる、請求項９から１１のいずれか一項に記載の電気吸着および／または電気ろ過装置。
  13. 前記電気吸着および／または電気ろ過装置は、シリンジアタッチメントおよび／またはシリンジアタッチメントフィルタとして構成されており、したがって前記シリンジアタッチメントを通って移動する液体は、前記膜を透過するように、および／または前記膜を通過するように案内される、請求項９から１２のいずれか一項に記載の電気吸着および／または電気ろ過装置。
  14. 請求項９から１３のいずれか一項に記載の吸着および／またはろ過装置と、前記吸着および／またはろ過装置の金属被覆部を備えるポリマー膜を収容するための収容装置による脱着のための、並びに前記吸着および／またはろ過装置の金属被覆部を備える前記収容されたポリマー膜および対向電極を第１の流体に接触させるための装置とから成るシステムであって、直流電圧を前記金属被覆部と前記対向電極との間に印加するための装置を有し、前記対向電極は、前記吸着および／またはろ過装置の構成部分であるか、または前記収容装置の構成部分である、システム。
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