JP2540667B2 - パ―ヒュ―シブクロマトグラフィ― - Google Patents
パ―ヒュ―シブクロマトグラフィ―Info
- Publication number
- JP2540667B2 JP2540667B2 JP2503799A JP50379990A JP2540667B2 JP 2540667 B2 JP2540667 B2 JP 2540667B2 JP 2503799 A JP2503799 A JP 2503799A JP 50379990 A JP50379990 A JP 50379990A JP 2540667 B2 JP2540667 B2 JP 2540667B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pore
- matrix
- pores
- particles
- solute
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 title 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 307
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 231
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 97
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 84
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 claims description 41
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 31
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 31
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 25
- 239000012504 chromatography matrix Substances 0.000 claims description 14
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 13
- MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 1,2-Divinylbenzene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1C=C MYRTYDVEIRVNKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 9
- 239000003480 eluent Substances 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims description 5
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 5
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 4
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 claims description 4
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 4
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 4
- 238000001042 affinity chromatography Methods 0.000 claims description 3
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 claims description 3
- 230000009920 chelation Effects 0.000 claims description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000005377 adsorption chromatography Methods 0.000 claims 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 21
- 238000013459 approach Methods 0.000 abstract description 7
- 239000012620 biological material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 61
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 26
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 16
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 9
- 239000012501 chromatography medium Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 238000004811 liquid chromatography Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 6
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 6
- 238000013375 chromatographic separation Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 4
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 4
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 4
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- GZCWLCBFPRFLKL-UHFFFAOYSA-N 1-prop-2-ynoxypropan-2-ol Chemical compound CC(O)COCC#C GZCWLCBFPRFLKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102000013563 Acid Phosphatase Human genes 0.000 description 3
- 108010051457 Acid Phosphatase Proteins 0.000 description 3
- 102000016943 Muramidase Human genes 0.000 description 3
- 108010014251 Muramidase Proteins 0.000 description 3
- 108010062010 N-Acetylmuramoyl-L-alanine Amidase Proteins 0.000 description 3
- 108010058846 Ovalbumin Proteins 0.000 description 3
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 3
- 239000004325 lysozyme Substances 0.000 description 3
- 229960000274 lysozyme Drugs 0.000 description 3
- 235000010335 lysozyme Nutrition 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000004237 preparative chromatography Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000013341 scale-up Methods 0.000 description 3
- 241000894007 species Species 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 3
- 108060003951 Immunoglobulin Proteins 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 108010005774 beta-Galactosidase Proteins 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 102000018358 immunoglobulin Human genes 0.000 description 2
- 229940072221 immunoglobulins Drugs 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 2
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 2
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- 229940092253 ovalbumin Drugs 0.000 description 2
- 229920003053 polystyrene-divinylbenzene Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- CHRJZRDFSQHIFI-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.C=CC1=CC=CC=C1C=C CHRJZRDFSQHIFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WGGLDBIZIQMEGH-UHFFFAOYSA-N 1-bromo-4-ethenylbenzene Chemical compound BrC1=CC=C(C=C)C=C1 WGGLDBIZIQMEGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LBSXSAXOLABXMF-UHFFFAOYSA-N 4-Vinylaniline Chemical compound NC1=CC=C(C=C)C=C1 LBSXSAXOLABXMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 206010003445 Ascites Diseases 0.000 description 1
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 1
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 description 1
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 1
- 102000008192 Lactoglobulins Human genes 0.000 description 1
- 108010060630 Lactoglobulins Proteins 0.000 description 1
- 108091005804 Peptidases Proteins 0.000 description 1
- 102000035195 Peptidases Human genes 0.000 description 1
- 239000004365 Protease Substances 0.000 description 1
- 101710162629 Trypsin inhibitor Proteins 0.000 description 1
- 229940122618 Trypsin inhibitor Drugs 0.000 description 1
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical group 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-FPRJBGLDSA-N beta-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-FPRJBGLDSA-N 0.000 description 1
- 102000005936 beta-Galactosidase Human genes 0.000 description 1
- 230000008827 biological function Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000007720 emulsion polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011067 equilibration Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- STVZJERGLQHEKB-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol dimethacrylate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCCOC(=O)C(C)=C STVZJERGLQHEKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- 125000003055 glycidyl group Chemical group C(C1CO1)* 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 238000010237 hybrid technique Methods 0.000 description 1
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 1
- 229920001600 hydrophobic polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000002466 imines Chemical group 0.000 description 1
- 230000000984 immunochemical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 239000006166 lysate Substances 0.000 description 1
- 150000002734 metacrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- -1 organisms Chemical class 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001742 protein purification Methods 0.000 description 1
- 150000003242 quaternary ammonium salts Chemical group 0.000 description 1
- 238000009789 rate limiting process Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000004366 reverse phase liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 125000001273 sulfonato group Chemical group [O-]S(*)(=O)=O 0.000 description 1
- 238000010557 suspension polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002753 trypsin inhibitor Substances 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
- 239000011882 ultra-fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/281—Sorbents specially adapted for preparative, analytical or investigative chromatography
- B01J20/282—Porous sorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
- B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
- B01D15/26—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
- B01D15/34—Size selective separation, e.g. size exclusion chromatography, gel filtration, permeation
- B01D15/345—Perfusive chromatography
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J20/28095—Shape or type of pores, voids, channels, ducts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2220/00—Aspects relating to sorbent materials
- B01J2220/50—Aspects relating to the use of sorbent or filter aid materials
- B01J2220/54—Sorbents specially adapted for analytical or investigative chromatography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/50—Conditioning of the sorbent material or stationary liquid
- G01N30/52—Physical parameters
- G01N2030/524—Physical parameters structural properties
- G01N2030/528—Monolithic sorbent material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Steroid Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、クロマトグラフィー分離を極めて高い効率
で行なう方法及び材料、すなわち、高い分離能（resolu
tion）及び単位容積のクロマトグラフィーマトリックス
当りの高い処理量の両方を特徴とする吸着クロマトグラ
フィー技法に関する。一層詳細には、本発明は、クロマ
トグラフィー、特に分取クロマトグラフィーにおいて有
用なマトリックス用の新規な幾何学、並びにクロマトグ
ラフィー分離を従来達成されていない効率で行なう方法
に関する。
で行なう方法及び材料、すなわち、高い分離能（resolu
tion）及び単位容積のクロマトグラフィーマトリックス
当りの高い処理量の両方を特徴とする吸着クロマトグラ
フィー技法に関する。一層詳細には、本発明は、クロマ
トグラフィー、特に分取クロマトグラフィーにおいて有
用なマトリックス用の新規な幾何学、並びにクロマトグ
ラフィー分離を従来達成されていない効率で行なう方法
に関する。
何年もの間、装入材料、疎水性／親水性相互作用、水
素結合、キレート化、免疫化学結合及びこれらの作用の
組合わせに基いた、個々の溶質の表面に対する親和力の
差が、クロマトグラフィー手順において、溶質の混合物
を分離するのに用いられてきた。液体クロマトグラフィ
ー（LC）は、何十年もの間、分析分離の分野を支配して
き、しばしば実験室規模の分取分離用に用いられてき
た。液体クロマトグラフィーは，供給混合物を収着性粒
子の充填床上に通すことを伴う。溶液が、逐次収着剤表
面を通って化学環境が変わることにより、収着された種
が選択的に溶離されることになる。液体は、これらの系
の中の粒子間の間隙のある空間を流れる。
素結合、キレート化、免疫化学結合及びこれらの作用の
組合わせに基いた、個々の溶質の表面に対する親和力の
差が、クロマトグラフィー手順において、溶質の混合物
を分離するのに用いられてきた。液体クロマトグラフィ
ー（LC）は、何十年もの間、分析分離の分野を支配して
き、しばしば実験室規模の分取分離用に用いられてき
た。液体クロマトグラフィーは，供給混合物を収着性粒
子の充填床上に通すことを伴う。溶液が、逐次収着剤表
面を通って化学環境が変わることにより、収着された種
が選択的に溶離されることになる。液体は、これらの系
の中の粒子間の間隙のある空間を流れる。
液体クロマトグラフィー用に用いられる媒体は、表面
積対容積比の高い軟質粒子からなるのが代表的である。
かかる粒子は、平均（mean）直径が数百オングストロー
ム（Å）或はそれ以下程度の小さい細孔を多数有するこ
とにより、活性表面積の95％或はそれ以上が粒子内部に
ある。このような材料は、特に有機体のような比較的に
小さい化学化合物の分離において、極めて良好な結果を
得てきたが、大きい分子についての分離能に限界がある
ことはよく認識されている。液体クロマトグラフィー材
料は、また、幾何学的、化学的及び機械的性質に基いた
操作上の束縛を特徴とする。例えば、軟質LC粒子は、約
50psi（3.5kg/cm2）を越える圧力損失では、多孔質粒子
が容易に破砕されることから、実施することができな
い。
積対容積比の高い軟質粒子からなるのが代表的である。
かかる粒子は、平均（mean）直径が数百オングストロー
ム（Å）或はそれ以下程度の小さい細孔を多数有するこ
とにより、活性表面積の95％或はそれ以上が粒子内部に
ある。このような材料は、特に有機体のような比較的に
小さい化学化合物の分離において、極めて良好な結果を
得てきたが、大きい分子についての分離能に限界がある
ことはよく認識されている。液体クロマトグラフィー材
料は、また、幾何学的、化学的及び機械的性質に基いた
操作上の束縛を特徴とする。例えば、軟質LC粒子は、約
50psi（3.5kg/cm2）を越える圧力損失では、多孔質粒子
が容易に破砕されることから、実施することができな
い。
最近、高性能液体クロマトグラフィー（HPLC）が、特
に分析用途用にポピュラーになってきた。HPLCは、平均
直径が100μｍ程度の軟質、粒状、ゲル様材料を用いる
代りに、シリカのような無機材料或はスチレンジビニル
ベンゼンコポリマーのような硬質ポリマーで作られた10
〜20μｍの剛性多孔質ビーズを媒体として用いるのが代
表的である。HPLCは、カラム操作圧力損失を大きくし
て、分解分離を幾分早くかつ高くさせる。
に分析用途用にポピュラーになってきた。HPLCは、平均
直径が100μｍ程度の軟質、粒状、ゲル様材料を用いる
代りに、シリカのような無機材料或はスチレンジビニル
ベンゼンコポリマーのような硬質ポリマーで作られた10
〜20μｍの剛性多孔質ビーズを媒体として用いるのが代
表的である。HPLCは、カラム操作圧力損失を大きくし
て、分解分離を幾分早くかつ高くさせる。
発展中のバイオテクノロジー産業から出現する生成物
は、現在クロマトグラフィーに新しい問題を提起してい
る。これらの生成物は、分子量が104〜106ダルトンの範
囲内の大きくかつ変わりやすい蛋白質であるのが典型的
である。このような生成物は、しばしば、細胞破片、種
々の溶質、栄養成分、DNA、脂質、サッカリド、同様の
物理化学的性質を有するたんぱく種を含む何百もの汚染
種を含有する混合物から精製される。収穫液中の蛋白質
生成物の濃度は、1mg/l程に低いことが時にはあるが、1
00mg/l程度であるのが普通である。特に，蛋白質は大き
い程極めて壊れやすくなり，それらの配座は、生物学的
機能にとって必須である。大きい蛋白質は、構造が複雑
でありかつ壊れやすいことから、相対的に低い流体剪断
で、好ましくは、最少かつ短い時間だけ表面と接触させ
るだけで処理しなければならない。プロセス液中にプロ
テアーゼが存在する場合、精製をできるだけ迅速に行な
うことが必須になることがしばしばある。
は、現在クロマトグラフィーに新しい問題を提起してい
る。これらの生成物は、分子量が104〜106ダルトンの範
囲内の大きくかつ変わりやすい蛋白質であるのが典型的
である。このような生成物は、しばしば、細胞破片、種
々の溶質、栄養成分、DNA、脂質、サッカリド、同様の
物理化学的性質を有するたんぱく種を含む何百もの汚染
種を含有する混合物から精製される。収穫液中の蛋白質
生成物の濃度は、1mg/l程に低いことが時にはあるが、1
00mg/l程度であるのが普通である。特に，蛋白質は大き
い程極めて壊れやすくなり，それらの配座は、生物学的
機能にとって必須である。大きい蛋白質は、構造が複雑
でありかつ壊れやすいことから、相対的に低い流体剪断
で、好ましくは、最少かつ短い時間だけ表面と接触させ
るだけで処理しなければならない。プロセス液中にプロ
テアーゼが存在する場合、精製をできるだけ迅速に行な
うことが必須になることがしばしばある。
クロマトグラフィー技法の主要な性能尺度は生産性及
びピーク分離能である。生産性は比処理量に関係し、単
位時間当り、単位容積のクロマトグラフィーマトリック
ス当り処理することができる溶質の質量の尺度である。
生産性は、１）単位容積のマトリックス当りの表面積、
２）収着剤表面への溶質質量移動速度、３）吸着及び脱
着速度、及び４）マトリックスを通る流体流速が増大す
ることにより向上するのが普通である。
びピーク分離能である。生産性は比処理量に関係し、単
位時間当り、単位容積のクロマトグラフィーマトリック
ス当り処理することができる溶質の質量の尺度である。
生産性は、１）単位容積のマトリックス当りの表面積、
２）収着剤表面への溶質質量移動速度、３）吸着及び脱
着速度、及び４）マトリックスを通る流体流速が増大す
ることにより向上するのが普通である。
分離能は、系が達成することができる精製度の尺度で
あり、分離する混合物中の溶質の中での親和力の差異に
よりかつ系の分散への固有の傾向（バンド展開）によっ
て特定される。前者の変数は、プロセス液中の溶質の性
質及びクロマトグラフィー媒体の相互作用性表面の化学
的性質によって調節される。バンド展開は、主に、クロ
マトグラフィーマトリックスの幾何学及びクロマトグラ
フィー手順の間に得る質量移動速度によって調節され
る。分離能は、理論プレート高さが減少するにつれて、
或はプレート数が増大するにつれて、向上する。プレー
ト高さはマトリックス幾何学的係数に関係するバンド展
開の間接的尺度であり、該係数は流れ、拡散及び収着速
度論の不衡平に影響を与える。
あり、分離する混合物中の溶質の中での親和力の差異に
よりかつ系の分散への固有の傾向（バンド展開）によっ
て特定される。前者の変数は、プロセス液中の溶質の性
質及びクロマトグラフィー媒体の相互作用性表面の化学
的性質によって調節される。バンド展開は、主に、クロ
マトグラフィーマトリックスの幾何学及びクロマトグラ
フィー手順の間に得る質量移動速度によって調節され
る。分離能は、理論プレート高さが減少するにつれて、
或はプレート数が増大するにつれて、向上する。プレー
ト高さはマトリックス幾何学的係数に関係するバンド展
開の間接的尺度であり、該係数は流れ、拡散及び収着速
度論の不衡平に影響を与える。
分取クロマトグラフィー用にデザインしたマトリック
スにおいて、生産性を最大にさせかつバンド展開を最小
にさせることが望ましいのは明らかである。しかし、ク
ロマトグラフィーマトリックスのデザインは、固有に、
目標の中のトレードオフに至る従来回避し得ない束縛を
特徴とする。例えば、表面積対容積の比が大きいことの
要件は、処理量にとって大切であり、実用的に言えば、
マトリックスを微孔質にすることを必要とする。このよ
うな微孔質粒状物質は、呼称細孔寸法が粒子の表面積と
逆の関係にあること及び呼称粒子直径が所定の充填カラ
ムについての圧力損失を指図することを特徴とする。流
れを速くしかつ微孔質粒子を小さくして操作すること
は、高い操作圧力を要しかつバンド拡散を促進させる。
粒子の寸法を大きくすると、背圧が減少する、細孔の寸
法を大きくすることは、表面積を減少させ、かつ粒子寸
法を増大させることと共に、生産性を相当に減少させる
に至る。硬質粒子を高圧と共に用いるならば、生産性の
増加が達成され得るが（例えば、HPLC）、プレート高
さ、すなわちバンド展開の尺度はマトリックスを通る液
体の流量に比例する。すなわち、高表面積多孔質粒子を
用いる場合、流体速度を増すにつれて、プレート高さが
増大しピーク分離能が低下する。
スにおいて、生産性を最大にさせかつバンド展開を最小
にさせることが望ましいのは明らかである。しかし、ク
ロマトグラフィーマトリックスのデザインは、固有に、
目標の中のトレードオフに至る従来回避し得ない束縛を
特徴とする。例えば、表面積対容積の比が大きいことの
要件は、処理量にとって大切であり、実用的に言えば、
マトリックスを微孔質にすることを必要とする。このよ
うな微孔質粒状物質は、呼称細孔寸法が粒子の表面積と
逆の関係にあること及び呼称粒子直径が所定の充填カラ
ムについての圧力損失を指図することを特徴とする。流
れを速くしかつ微孔質粒子を小さくして操作すること
は、高い操作圧力を要しかつバンド拡散を促進させる。
粒子の寸法を大きくすると、背圧が減少する、細孔の寸
法を大きくすることは、表面積を減少させ、かつ粒子寸
法を増大させることと共に、生産性を相当に減少させる
に至る。硬質粒子を高圧と共に用いるならば、生産性の
増加が達成され得るが（例えば、HPLC）、プレート高
さ、すなわちバンド展開の尺度はマトリックスを通る液
体の流量に比例する。すなわち、高表面積多孔質粒子を
用いる場合、流体速度を増すにつれて、プレート高さが
増大しピーク分離能が低下する。
バンド展開の現象は、下記の関数によって説明するの
が普通である： Ｈ＝Au1/3＋B/u＋Cu （１式） 式中、A,B及びＣは特定のクロマトグラフィーカラムに
ついての定数であり、ｕは床を通る流体の速度であり、
Ｈはプレート高さである。Ａ項は、縦方向拡散によって
引き起こされるバンド展開の尺度、すなわち、カラムの
軸に沿ってのろい分子拡散があることを説明する項であ
る。Ｂ項は、カラムを通過する流体が多くの異なる通路
を取り得ることを説明する。これは、しばしば「渦拡
散」と呼ばれる。Ａ及びＢ項は、所定のマトリックスに
おいて低い流体流速でのバンド展開現象を支配する。高
い速度では、これらのファクターのバンド展開への寄与
は最小であり、現象はＣ項によって支配される。この項
は、スタグナント移動相物質移動、すなわち、マトリッ
クスの粒子の細孔への物質移動における遅い速度を説明
する。溶質フロントがカラムの中を所定の速度で通るに
つれて、いくらかの溶質が細孔に浸透してフロントより
後で溶離することになる。
が普通である： Ｈ＝Au1/3＋B/u＋Cu （１式） 式中、A,B及びＣは特定のクロマトグラフィーカラムに
ついての定数であり、ｕは床を通る流体の速度であり、
Ｈはプレート高さである。Ａ項は、縦方向拡散によって
引き起こされるバンド展開の尺度、すなわち、カラムの
軸に沿ってのろい分子拡散があることを説明する項であ
る。Ｂ項は、カラムを通過する流体が多くの異なる通路
を取り得ることを説明する。これは、しばしば「渦拡
散」と呼ばれる。Ａ及びＢ項は、所定のマトリックスに
おいて低い流体流速でのバンド展開現象を支配する。高
い速度では、これらのファクターのバンド展開への寄与
は最小であり、現象はＣ項によって支配される。この項
は、スタグナント移動相物質移動、すなわち、マトリッ
クスの粒子の細孔への物質移動における遅い速度を説明
する。溶質フロントがカラムの中を所定の速度で通るに
つれて、いくらかの溶質が細孔に浸透してフロントより
後で溶離することになる。
Ｃ項に帰し得るバンド展開度は、粒子直径、細孔内部
の溶質拡散係数、細孔寸法、及び細孔の外部の溶質速度
に関係する。より詳細に言えば、Ｃ項は下記式によって
決められる： 式中、ｃは定数であり、ｄは粒子の直系であり、Deffは
細孔内の溶質の有効拡散係数である。処理量を最大にす
るには、流体速度を高くすべきであるが、前記式から明
らかな通りに、速度を増すことは、細孔拡散による物質
移動度の限度を増大させ、よって、バンド展開の増大及
び動的充填キャパシティの減少に至る。また、バンド展
開は粒子寸法の二乗の関数として増大することを注記す
る。すなわち、大きい粒子の間隙の中で液体流量を多く
して用いることによって所定の圧力損失において処理量
を増大させようと試みることは、遅い粒子内拡散によっ
て引き起こされるバンド展開の幾何学的増大を生じる。
の溶質拡散係数、細孔寸法、及び細孔の外部の溶質速度
に関係する。より詳細に言えば、Ｃ項は下記式によって
決められる： 式中、ｃは定数であり、ｄは粒子の直系であり、Deffは
細孔内の溶質の有効拡散係数である。処理量を最大にす
るには、流体速度を高くすべきであるが、前記式から明
らかな通りに、速度を増すことは、細孔拡散による物質
移動度の限度を増大させ、よって、バンド展開の増大及
び動的充填キャパシティの減少に至る。また、バンド展
開は粒子寸法の二乗の関数として増大することを注記す
る。すなわち、大きい粒子の間隙の中で液体流量を多く
して用いることによって所定の圧力損失において処理量
を増大させようと試みることは、遅い粒子内拡散によっ
て引き起こされるバンド展開の幾何学的増大を生じる。
また、２式から、バンド展開は、有効拡散定数を増大
させることによって減少させ得ることも明らかである。
拡散速度が、溶質の分子量の逆関数であり、濃度勾配に
依存するのは、もち論である。すなわち、高分子量を有
する蛋白質は拡散定数10-7〜10-8cm2/秒の範囲を有する
のが典型的である。このため、蛋白質のクロマトグラフ
ィー分離は、低分子溶質の場合には遭遇しないバンド拡
散のレベルを生じ得る。その上、粒子の細孔を通る有効
拡散率は、自由溶液における拡散率に比べて小さい。こ
れは、溶質の分子直径に匹敵する。例えば、溶質の約10
或は20倍以下の平均直径を有する細孔において、拡散が
妨げられるためである。又、溶質が粒子を通り過ぎる流
体から粒子の中に拡散しなければならないことから、有
効な拡散率は理想と異なる。事実上、拡散方向に垂直な
方向であるものにおいて対流流れを増大させることは、
理想より幾分小さい有効拡散速度を生じる。
させることによって減少させ得ることも明らかである。
拡散速度が、溶質の分子量の逆関数であり、濃度勾配に
依存するのは、もち論である。すなわち、高分子量を有
する蛋白質は拡散定数10-7〜10-8cm2/秒の範囲を有する
のが典型的である。このため、蛋白質のクロマトグラフ
ィー分離は、低分子溶質の場合には遭遇しないバンド拡
散のレベルを生じ得る。その上、粒子の細孔を通る有効
拡散率は、自由溶液における拡散率に比べて小さい。こ
れは、溶質の分子直径に匹敵する。例えば、溶質の約10
或は20倍以下の平均直径を有する細孔において、拡散が
妨げられるためである。又、溶質が粒子を通り過ぎる流
体から粒子の中に拡散しなければならないことから、有
効な拡散率は理想と異なる。事実上、拡散方向に垂直な
方向であるものにおいて対流流れを増大させることは、
理想より幾分小さい有効拡散速度を生じる。
有効拡散率は、又、収着剤の表面に溶質を充填する間
に、低下する。この現象は、吸着された蛋白質による細
孔の入口の閉塞によると説明されてきた。蛋白質分子
は、多孔質マトリックスの中に拡散し始めるとき、典型
的には、細孔の入り道の回りにある、遭遇する最初の部
位において収着すると考えられる。しばしば、高分子溶
質の大きさが細孔の直径に比べて大切になるのが実情で
ある。よって、数分子が収着された後に、細孔の入口は
閉塞し始め、溶質の拡散による細孔内部への通過が妨げ
られる。この吸蔵現象の結果、収着剤粒子の内部への溶
質の物質移動は更に低下される。
に、低下する。この現象は、吸着された蛋白質による細
孔の入口の閉塞によると説明されてきた。蛋白質分子
は、多孔質マトリックスの中に拡散し始めるとき、典型
的には、細孔の入り道の回りにある、遭遇する最初の部
位において収着すると考えられる。しばしば、高分子溶
質の大きさが細孔の直径に比べて大切になるのが実情で
ある。よって、数分子が収着された後に、細孔の入口は
閉塞し始め、溶質の拡散による細孔内部への通過が妨げ
られる。この吸蔵現象の結果、収着剤粒子の内部への溶
質の物質移動は更に低下される。
多孔質粒子におけるスタグナント移動相充填によって
引き起こされるプレーと高さへのマイナス作用の多く
は、粒子寸法、よって、細孔長さを減少させることによ
って軽減され得る。しかし、上述した通りに、この方策
は圧力損失を増大させて操作することを必要とする。
引き起こされるプレーと高さへのマイナス作用の多く
は、粒子寸法、よって、細孔長さを減少させることによ
って軽減され得る。しかし、上述した通りに、この方策
は圧力損失を増大させて操作することを必要とする。
最近、F.E.Regnierによって、比較的大きい細孔を有
するクロマトグラフィー粒子は、大きい分子を一層速く
拡散させることによって、性能を高め得ることが提案さ
れた。細孔を増大させれば、細孔入口の目詰まりの問題
を軽減させ、細孔効果によって比較的妨げられない粒子
中への拡散を可能にさせると考えられた。
するクロマトグラフィー粒子は、大きい分子を一層速く
拡散させることによって、性能を高め得ることが提案さ
れた。細孔を増大させれば、細孔入口の目詰まりの問題
を軽減させ、細孔効果によって比較的妨げられない粒子
中への拡散を可能にさせると考えられた。
対流プロセスによって支配される種々のクラスのクロ
マトグラフィー系がある。このタイプの系は、吸着剤表
面をあるタイプの床を延通する流路に沿って分布させて
成る。床は、非多孔質粒子で構成されてもよくもしくは
非多孔質粒子集合体、ファイバーマット、或いは加工孔
を定める材料の固体シートからなる膜系として具体化し
てもよい。非多孔質粒子系の流路は、拡散支配される系
の場合のように、粒子間の間隙のある空間によって形成
される。ファイバーマットでは、ファイバー間の空間が
流路を形成する。エッチング、レーザービームカッティ
ング或は他の高エネルギープロセスによって形成される
流路は、典型的には、膜をずっと延通するのに対し、前
者のタイプの流路は一層曲がりくねっている。
マトグラフィー系がある。このタイプの系は、吸着剤表
面をあるタイプの床を延通する流路に沿って分布させて
成る。床は、非多孔質粒子で構成されてもよくもしくは
非多孔質粒子集合体、ファイバーマット、或いは加工孔
を定める材料の固体シートからなる膜系として具体化し
てもよい。非多孔質粒子系の流路は、拡散支配される系
の場合のように、粒子間の間隙のある空間によって形成
される。ファイバーマットでは、ファイバー間の空間が
流路を形成する。エッチング、レーザービームカッティ
ング或は他の高エネルギープロセスによって形成される
流路は、典型的には、膜をずっと延通するのに対し、前
者のタイプの流路は一層曲がりくねっている。
これらの系では、溶質は対流流れによって吸着剤表面
に運ばれる。流路の大きさがしばしば極めて大きい（0.
2〜200μｍ）ことから、溶質は、収着剤表面に接触しな
いで比較的長い距離を移送され得る。流れは通常層流で
あり、揚力が溶質を流路壁から転じさせる。溶質の固相
への物質移動に対するこれらの欠点はひどくなり、高流
量に重大な障害をもたらし得る。すなわち、流路を長く
して、溶質が相互作用接触を避けながら、吸着剤マトリ
ッククの中を押し流されるのを確実にしなければならな
い。流路の直径を小さくすることは、必要とする操作圧
力損失を増大させる。速度を減じるならば、処理量が減
少するのは明らかである。対流輸送系のなお別の欠点
は、かかる系が有する表面積が固有に比較的小さく、よ
って、上述したタイプの他の系に比べてキャパシティが
小さいことである。
に運ばれる。流路の大きさがしばしば極めて大きい（0.
2〜200μｍ）ことから、溶質は、収着剤表面に接触しな
いで比較的長い距離を移送され得る。流れは通常層流で
あり、揚力が溶質を流路壁から転じさせる。溶質の固相
への物質移動に対するこれらの欠点はひどくなり、高流
量に重大な障害をもたらし得る。すなわち、流路を長く
して、溶質が相互作用接触を避けながら、吸着剤マトリ
ッククの中を押し流されるのを確実にしなければならな
い。流路の直径を小さくすることは、必要とする操作圧
力損失を増大させる。速度を減じるならば、処理量が減
少するのは明らかである。対流輸送系のなお別の欠点
は、かかる系が有する表面積が固有に比較的小さく、よ
って、上述したタイプの他の系に比べてキャパシティが
小さいことである。
粒状収着剤から細孔を除けば、分離を極めて速く達成
させることができる。例えば、２μｍ非多孔質粒子カラ
ムは、７つの蛋白質の混合物を15秒より短い時間で分離
することができる。しかし、このアプローチは、下記の
表において驚くべき程に立証される通りの高分子材料の
精製についての要求が提示するエンジニアリング問題を
解決することができない。
させることができる。例えば、２μｍ非多孔質粒子カラ
ムは、７つの蛋白質の混合物を15秒より短い時間で分離
することができる。しかし、このアプローチは、下記の
表において驚くべき程に立証される通りの高分子材料の
精製についての要求が提示するエンジニアリング問題を
解決することができない。
これらのデータが示す通りに、小さい粒子は、充填カ
ラム中に存在しようと或は膜中に存在しようと、大きい
表面積及び大きい装填キャパシティをもたらすのに十分
な粒子寸法で、極めて重大な圧力問題を有する。対照し
て、５〜100μｍの範囲の300Å細孔直径粒子は表面積70
〜90m2/mlを有し、1,000Å材料は40〜60m2/ml程度の面
積を有する。
ラム中に存在しようと或は膜中に存在しようと、大きい
表面積及び大きい装填キャパシティをもたらすのに十分
な粒子寸法で、極めて重大な圧力問題を有する。対照し
て、５〜100μｍの範囲の300Å細孔直径粒子は表面積70
〜90m2/mlを有し、1,000Å材料は40〜60m2/ml程度の面
積を有する。
クロマトグラフィーサイクルは４つの異なる段階、す
なわち、吸着、洗浄、溶離及び再平衡からなる。各段階
における速度制限工程は、移動性流体と静止マトリック
ス表面との間の分子の移動である。最適効率は急速な、
好ましくは瞬間的な物質移動及び高流体ターンオーバー
によって促進される。蛋白質をステップ濃縮する場合、
収着剤充填の間に、床における移動相の速度が増すにつ
れて、収着される分子は少なくなる。その結果、いくら
かの蛋白質が流出物中に失われ或は「漏出」として失わ
れていることになる。漏出濃度が、例えば入口濃度の５
％に限られるならば、その限界は、床が許容する最大床
速度を定める。その上、床速度の増大は単位表面積当り
のローディングを減少させる。
なわち、吸着、洗浄、溶離及び再平衡からなる。各段階
における速度制限工程は、移動性流体と静止マトリック
ス表面との間の分子の移動である。最適効率は急速な、
好ましくは瞬間的な物質移動及び高流体ターンオーバー
によって促進される。蛋白質をステップ濃縮する場合、
収着剤充填の間に、床における移動相の速度が増すにつ
れて、収着される分子は少なくなる。その結果、いくら
かの蛋白質が流出物中に失われ或は「漏出」として失わ
れていることになる。漏出濃度が、例えば入口濃度の５
％に限られるならば、その限界は、床が許容する最大床
速度を定める。その上、床速度の増大は単位表面積当り
のローディングを減少させる。
上述した分析から明らかな通りに、根本的と考えられ
る束縛が、既存のクロマトグラフィー材料のデザインに
おいて目的の間のトレードオフを指図してきた。生産性
及び分離能の両方を最大にさせるクロマトグラフィーマ
トリックス幾何学が現われてこなかった。
る束縛が、既存のクロマトグラフィー材料のデザインに
おいて目的の間のトレードオフを指図してきた。生産性
及び分離能の両方を最大にさせるクロマトグラフィーマ
トリックス幾何学が現われてこなかった。
本発明の目的は、改良されたクロマトグラフィー材料
のデザインの基礎となるエンジニアリング原理を提供す
ること、かかる材料を提供すること、及び改良クロマト
グラフィー法を提供するにある。別の目的は、新規なク
ロマトグラフィー分離方式（本明細書中、パーヒュージ
ョンクロマトグラフィーと言う）を実施するための、驚
く程に高い生産性及び優れたピーク分離能を高い流体流
量であるが、管理可能な圧力損失で達成することを特徴
とする、所望の通りに誘導し得るクロマトグラフィー粒
子及びマトリックスを提供するにある。別の目的は、複
雑な混合物から関心のある高分子生成物を分離及び精製
する改良法を提供するにある。別の目的は、対流支配さ
れる及び拡散支配される両方のクロマトグラフィー系の
欠点を克服するにある。なお別の目的は、有効なプレー
ト高さが相当の範囲の高流体流速にわたって実質的に一
定であり、かつ更に高い速度において適度に増大するに
すぎないクロマトグラフィー手順並びにマトリックス幾
何学を提供するにある。
のデザインの基礎となるエンジニアリング原理を提供す
ること、かかる材料を提供すること、及び改良クロマト
グラフィー法を提供するにある。別の目的は、新規なク
ロマトグラフィー分離方式（本明細書中、パーヒュージ
ョンクロマトグラフィーと言う）を実施するための、驚
く程に高い生産性及び優れたピーク分離能を高い流体流
量であるが、管理可能な圧力損失で達成することを特徴
とする、所望の通りに誘導し得るクロマトグラフィー粒
子及びマトリックスを提供するにある。別の目的は、複
雑な混合物から関心のある高分子生成物を分離及び精製
する改良法を提供するにある。別の目的は、対流支配さ
れる及び拡散支配される両方のクロマトグラフィー系の
欠点を克服するにある。なお別の目的は、有効なプレー
ト高さが相当の範囲の高流体流速にわたって実質的に一
定であり、かつ更に高い速度において適度に増大するに
すぎないクロマトグラフィー手順並びにマトリックス幾
何学を提供するにある。
発明のこれらや他の目的及び特徴は、本明細書中下記
の記載から明らかになるものと思う。
の記載から明らかになるものと思う。
発明の要約 今、限界流体速度を越えるクロマトグラフィー分離に
利用する場合に、対流物質輸送と拡散物質輸送とを結び
付けた混成物質輸送系（本明細書中、パーヒュージョン
と言う）を経て作動するクロマトグラフィーマトリック
ス幾何学を創案し得ることを見出した。マトリックス材
料は、分離能を有意に落とさないで、生産性をオーダー
の大きさで増大させる点で、驚くべきものである。その
上、驚くべきことに、生産的操作を比較的低いカラム圧
力損失で可能にする比較的大きい粒子を用いて、最も顕
著な改良が達成される。パーヒュージョンクロマトグラ
フィーは、バンド展開と流体速度との連結を解き、従来
無い処理量と分離能との組合せを達成するのに成功し、
かつ圧力損失を決めるものと物質移動を決めるものとの
連結を解く。
利用する場合に、対流物質輸送と拡散物質輸送とを結び
付けた混成物質輸送系（本明細書中、パーヒュージョン
と言う）を経て作動するクロマトグラフィーマトリック
ス幾何学を創案し得ることを見出した。マトリックス材
料は、分離能を有意に落とさないで、生産性をオーダー
の大きさで増大させる点で、驚くべきものである。その
上、驚くべきことに、生産的操作を比較的低いカラム圧
力損失で可能にする比較的大きい粒子を用いて、最も顕
著な改良が達成される。パーヒュージョンクロマトグラ
フィーは、バンド展開と流体速度との連結を解き、従来
無い処理量と分離能との組合せを達成するのに成功し、
かつ圧力損失を決めるものと物質移動を決めるものとの
連結を解く。
パーヒュージョンクロマトグラフィーは、急速分析用
に、また分取関係においても用いることができる。おそ
らく、それの最適な利用は、ポリペプチド、蛋白質、多
糖、等のような大きい生物学的に活性な分子の分離及び
精製においてである。その技術は、拡散定数がずっと大
きくかつ物質移動が固有に一層速い小さい分子について
は、利点が小さくなる。しかし、糖やアルコールのよう
な低分子物質の場合でさえ、パーヒュージョンクロマト
グラフィーは、特に、大きい粒子をクロマトグラフィー
マトリックス材料として用い、拡散が作用しなければな
らない距離が比較的大きい場合に、有利に利用すること
ができる。
に、また分取関係においても用いることができる。おそ
らく、それの最適な利用は、ポリペプチド、蛋白質、多
糖、等のような大きい生物学的に活性な分子の分離及び
精製においてである。その技術は、拡散定数がずっと大
きくかつ物質移動が固有に一層速い小さい分子について
は、利点が小さくなる。しかし、糖やアルコールのよう
な低分子物質の場合でさえ、パーヒュージョンクロマト
グラフィーは、特に、大きい粒子をクロマトグラフィー
マトリックス材料として用い、拡散が作用しなければな
らない距離が比較的大きい場合に、有利に利用すること
ができる。
これらの目的を達成するキーは、少なくとも第一及び
第二細孔集合、すなわち「第一」及び「第二」相互連絡
細孔集合であって、第一細孔集合の部材は第二細孔集合
の部材に比べて大きい平均直径を有するものを定めたマ
トリックス材料の入手可能性である。マトリックスは、
また、分離する溶質と可逆的に相互作用しかつ第二細孔
集合の部材と流体連絡するように配置された表面領域を
定める。第一及び第二細孔集合の大きさは、溶質の混合
物をマトリックスの中に限界速度を越えて通す場合に、
両方の細孔集合を通して対流流れが誘起されるように調
節する。パーヒュージョンクロマトグラフィーの域は、
流体流れの速度が増大して、第二細孔集合の部材を通る
対流流れがそれらの細孔を通る溶質の拡散速度を越える
レベルになる際に、始まる。従来のクロマトグラフィー
技術を越える利点は、最初は余り大きくないが、空塔床
速度が増大するにつれて、生産性の顕著な増大が達成さ
れる。
第二細孔集合、すなわち「第一」及び「第二」相互連絡
細孔集合であって、第一細孔集合の部材は第二細孔集合
の部材に比べて大きい平均直径を有するものを定めたマ
トリックス材料の入手可能性である。マトリックスは、
また、分離する溶質と可逆的に相互作用しかつ第二細孔
集合の部材と流体連絡するように配置された表面領域を
定める。第一及び第二細孔集合の大きさは、溶質の混合
物をマトリックスの中に限界速度を越えて通す場合に、
両方の細孔集合を通して対流流れが誘起されるように調
節する。パーヒュージョンクロマトグラフィーの域は、
流体流れの速度が増大して、第二細孔集合の部材を通る
対流流れがそれらの細孔を通る溶質の拡散速度を越える
レベルになる際に、始まる。従来のクロマトグラフィー
技術を越える利点は、最初は余り大きくないが、空塔床
速度が増大するにつれて、生産性の顕著な増大が達成さ
れる。
第一及び第二細孔集合の各々の内の部材の平均直径は
相当に変わることができる。実際、一種の好ましいマト
リックス材料は、対流流れを可能にする複数の相互連絡
細孔部分集合（subset）及び対流が起きる細孔と通じる
ルーピング細孔或はブラインド細孔を含む一層小さいサ
ブ細孔（subpore）を有する第二細孔集合を含む、サブ
細孔は最も有意にマトリックスの表面積に寄与する。溶
質／マトリックス相互作用のほとんどはこれらのサブ細
孔内で行われる。表面と相互連絡細孔部分集合の部材と
の間の物質移動は、拡散によって行われる。このタイプ
の幾何学は広い平均細孔直径分布を有する第二細孔集合
を生じる。別の実施態様では、第一及び第二細孔集合の
内の一方或は両方は、集合における細孔の90％の直径が
集合における全ての細孔の平均直径の10％の範囲内に入
るような狭い細孔直径分布を有する細孔を含む。好まし
い実施態様では、サブ細孔は約700オングストロームよ
り小さい平均直径を有する。分離する溶質の流体混合物
をマトリックスの中に、溶質が第二細孔集合の部材の内
の一つの内から表面領域に及び表面領域から拡散する時
間が、溶質が領域を対流により流れて通過する時間の約
10倍以下になるような速度で通すのが好ましい。
相当に変わることができる。実際、一種の好ましいマト
リックス材料は、対流流れを可能にする複数の相互連絡
細孔部分集合（subset）及び対流が起きる細孔と通じる
ルーピング細孔或はブラインド細孔を含む一層小さいサ
ブ細孔（subpore）を有する第二細孔集合を含む、サブ
細孔は最も有意にマトリックスの表面積に寄与する。溶
質／マトリックス相互作用のほとんどはこれらのサブ細
孔内で行われる。表面と相互連絡細孔部分集合の部材と
の間の物質移動は、拡散によって行われる。このタイプ
の幾何学は広い平均細孔直径分布を有する第二細孔集合
を生じる。別の実施態様では、第一及び第二細孔集合の
内の一方或は両方は、集合における細孔の90％の直径が
集合における全ての細孔の平均直径の10％の範囲内に入
るような狭い細孔直径分布を有する細孔を含む。好まし
い実施態様では、サブ細孔は約700オングストロームよ
り小さい平均直径を有する。分離する溶質の流体混合物
をマトリックスの中に、溶質が第二細孔集合の部材の内
の一つの内から表面領域に及び表面領域から拡散する時
間が、溶質が領域を対流により流れて通過する時間の約
10倍以下になるような速度で通すのが好ましい。
このタイプのマトリックス幾何学はいくつかの利点を
有する。第一に、十分な深さのマトリックスでは、圧力
損失は、主に、第一細孔集合の一層大きい平均直径によ
って決まるが、液体は全て第二細孔集合の中を多数回通
る。第二に、好ましい充填粒子マトリックス実施態様で
は、粒子内スタグナント移動相束縛に関し、パーヒュー
シブマトリックス挙動は、直径の極めて小さい充填非多
孔質粒子或は多孔質粒子のマトリックスの様に挙動する
が、それでも、圧力及び速度要件はずっと大きい粒子床
の特性を示す。第三に、収着剤表面と移動相との間と物
質移動は、主に、対流流れによって行われる。それでも
拡散は起きなければならないが、拡散路はずっと短くな
るので、この束縛は最小になる。
有する。第一に、十分な深さのマトリックスでは、圧力
損失は、主に、第一細孔集合の一層大きい平均直径によ
って決まるが、液体は全て第二細孔集合の中を多数回通
る。第二に、好ましい充填粒子マトリックス実施態様で
は、粒子内スタグナント移動相束縛に関し、パーヒュー
シブマトリックス挙動は、直径の極めて小さい充填非多
孔質粒子或は多孔質粒子のマトリックスの様に挙動する
が、それでも、圧力及び速度要件はずっと大きい粒子床
の特性を示す。第三に、収着剤表面と移動相との間と物
質移動は、主に、対流流れによって行われる。それでも
拡散は起きなければならないが、拡散路はずっと短くな
るので、この束縛は最小になる。
発明のクロマトグラフィー法では、流体混合物、溶離
剤、等を、マトリックスの中に1000cm/時間より大き
い、好ましくは1500cm/時間より大きい床速度で通すの
が好ましい。収着された全たんぱく質1.0mg、しばしば
2.0mg/着剤マトリックス1ml/分を越える生産性が常習的
に達成される。好ましい充填粒子マトリックスでは、粒
子は平均直径少なくとも約8.0μｍ、好ましくは20μｍ
以上を有するのが好ましい。大ざっぱに言えば、おおよ
そ球形の粒子の間の間隙によって定められる細孔の平均
直径はおよそ粒子直径の三分の一になるので、第一細孔
集合を含むこれらの間隙のある細孔は平均直径約3.0μ
ｍ程度を有することになり、一層大きい粒子の場合、７
〜20μｍ又はそれ以上を有することになる。この実施態
様における第二細孔集合は、粒子内の通し細孔（throug
hpore）からなる。有効なパーヒューシブクロマトグラ
フィーは、粒子の平均直径対第二細孔集合の平均直径の
比を70より小さく、好ましくは50より小さくすることを
要する。第一及び第二細孔集合の大きさは、床を通る実
用的流速において、第一細孔集合、すなわち粒子間の間
隙を通る対流流速対第二細孔集合、すなわち粒子におけ
る通し細孔の比が10〜100の範囲内になるようにするの
が好ましい。
剤、等を、マトリックスの中に1000cm/時間より大き
い、好ましくは1500cm/時間より大きい床速度で通すの
が好ましい。収着された全たんぱく質1.0mg、しばしば
2.0mg/着剤マトリックス1ml/分を越える生産性が常習的
に達成される。好ましい充填粒子マトリックスでは、粒
子は平均直径少なくとも約8.0μｍ、好ましくは20μｍ
以上を有するのが好ましい。大ざっぱに言えば、おおよ
そ球形の粒子の間の間隙によって定められる細孔の平均
直径はおよそ粒子直径の三分の一になるので、第一細孔
集合を含むこれらの間隙のある細孔は平均直径約3.0μ
ｍ程度を有することになり、一層大きい粒子の場合、７
〜20μｍ又はそれ以上を有することになる。この実施態
様における第二細孔集合は、粒子内の通し細孔（throug
hpore）からなる。有効なパーヒューシブクロマトグラ
フィーは、粒子の平均直径対第二細孔集合の平均直径の
比を70より小さく、好ましくは50より小さくすることを
要する。第一及び第二細孔集合の大きさは、床を通る実
用的流速において、第一細孔集合、すなわち粒子間の間
隙を通る対流流速対第二細孔集合、すなわち粒子におけ
る通し細孔の比が10〜100の範囲内になるようにするの
が好ましい。
発明のクロマトグラフィーマトリックスは、本明細書
中に開示するエンジニアリング原理を具体化するために
特にデザインした充填粒子、膜様構造及び加工ミクロ構
造の床を含む種々の形態を取ることができる。しかし、
好ましい形態は、平均直径が10μｍより大きい粒子であ
って、それらの各々が約2,000Åより大きい平均直径を
有する複数の通し細孔を定めるものの充填床である。粒
子は、通し細孔と直接流体連絡する大きい内部溶質相互
作用性表面積を供する硬質固体を含む。現行で好ましい
粒子は多数の相互接着したポリマー球（本明細書中、
「ポロン」と呼ぶ）を含み、これらは一緒になってサブ
細孔及び通し細孔を含む間隙のある空間を定める。サブ
細孔は平均直径300〜700Åの範囲を有するのが好まし
い。発明のクロマトグラフィー粒子及びマトリックスを
作成することへのこのアプローチは、又、通し細孔とサ
ブ細孔との間を連絡し、中間平均直径を有する分枝（ブ
ランチング）細孔を定める粒子の製造を可能にする。通
し細孔、サブ細孔及び任意の相互連絡細孔は異方性であ
るのが好ましい。
中に開示するエンジニアリング原理を具体化するために
特にデザインした充填粒子、膜様構造及び加工ミクロ構
造の床を含む種々の形態を取ることができる。しかし、
好ましい形態は、平均直径が10μｍより大きい粒子であ
って、それらの各々が約2,000Åより大きい平均直径を
有する複数の通し細孔を定めるものの充填床である。粒
子は、通し細孔と直接流体連絡する大きい内部溶質相互
作用性表面積を供する硬質固体を含む。現行で好ましい
粒子は多数の相互接着したポリマー球（本明細書中、
「ポロン」と呼ぶ）を含み、これらは一緒になってサブ
細孔及び通し細孔を含む間隙のある空間を定める。サブ
細孔は平均直径300〜700Åの範囲を有するのが好まし
い。発明のクロマトグラフィー粒子及びマトリックスを
作成することへのこのアプローチは、又、通し細孔とサ
ブ細孔との間を連絡し、中間平均直径を有する分枝（ブ
ランチング）細孔を定める粒子の製造を可能にする。通
し細孔、サブ細孔及び任意の相互連絡細孔は異方性であ
るのが好ましい。
この粒子加工技法において、ポロンから粒子を製作す
るに、小さいポロンクラスターを作り、次いでクラスタ
ーを集合させ、次いで可能ならば集合体を凝集させて顕
微鏡的寸法、例えば40μｍより大きい粒子を形成するの
が好ましく、これらは必要に応じてそれら自体で相互接
着されて一体のマトリックスとなり得る。このアプロー
チは、平均直径の異なる複数の通し細孔部分集合及びサ
ブ細孔を含む第二細孔集合を生成するに至る。いずれの
通し細孔の逐次部分集合の平均直径の比も10より小さい
のが好ましい。最も小さい通し細孔の部分集合の平均直
径対サブ細孔の平均直径の比は、20より小さいのが好ま
しい。本明細書中、相互接着された或は充填された粒子
間の間隙と規定する第一細孔集合及び最も大きい通し細
孔の部分集合の平均直径の比は、70より小さいのが好ま
しく、50より小さいのが一層好ましい。
るに、小さいポロンクラスターを作り、次いでクラスタ
ーを集合させ、次いで可能ならば集合体を凝集させて顕
微鏡的寸法、例えば40μｍより大きい粒子を形成するの
が好ましく、これらは必要に応じてそれら自体で相互接
着されて一体のマトリックスとなり得る。このアプロー
チは、平均直径の異なる複数の通し細孔部分集合及びサ
ブ細孔を含む第二細孔集合を生成するに至る。いずれの
通し細孔の逐次部分集合の平均直径の比も10より小さい
のが好ましい。最も小さい通し細孔の部分集合の平均直
径対サブ細孔の平均直径の比は、20より小さいのが好ま
しい。本明細書中、相互接着された或は充填された粒子
間の間隙と規定する第一細孔集合及び最も大きい通し細
孔の部分集合の平均直径の比は、70より小さいのが好ま
しく、50より小さいのが一層好ましい。
発明のこれらや他の目的並びに特徴は下記の図面、記
術及び請求の範囲から明らかになるものと思う。
術及び請求の範囲から明らかになるものと思う。
図面の簡単な説明 図1A,1B,1C,1D及び図２は、パーヒュージョンクロマ
トグラフィーを説明するのに有用な粒子／マトリックス
幾何学の略図であり； 図３は、拡散支配された、対流支配された及びパーヒ
ューシブクロマトグラフィー系の領域を示す、生産性対
流体速度（VBed）及び操作圧力（△Ｐ）のグラフであ
り； 図4A,4B及び4Cは、パーヒュージョンクロマトグラフ
ィーを実施するためのマトリックスを製造するのに有用
なマクロ多孔質クロマトグラフィー粒子の走査電子顕微
鏡写真であり:4Aは10,000×であり;4Bは20,000×であ
り;4Cは50,000×であり； 図4Dは、図4A−4Cに示す粒子構造を用いてパーヒュー
ジョンクロマトグラフィーする間に支配していると考え
られる流体力学を示す略ダイヤグラムであり； 図5Aはクロマトグラフィーカラムの略断面であり； 図5Bは、図5Aに示す円Ｂの略詳細図であり； 図5Cは、パーヒュージョンクロマトグラフィーマトリ
ックス要素の一理想化構造を示す略ダイヤグラムであ
り； 図６は、慣用のクロマトグラフィーとパーヒュージョ
ンクロマトグラフィーとの間の速度論的挙動の差異を示
す、出口濃度／入口濃度対プロセス容積（ミリリットル
で表わす）の溶質漏出カーブであり； 図７は、代表的なパーヒューシブカラムの吸着キャパ
シティと慣用の拡散カラムとを比較する、所定の容積の
床についてのキャパシティ（mgで表わす）対空塔流体流
速の棒グラフであり； 図８は、所定の拡散係数及び粒子寸法において10より
大きいペクレ数を達成することができる最大及び最小細
孔寸法を示す、床速度（cm/時間で表わす）対通し細孔
寸法（オングストロームで表わす）のグラフであり； 図９は、本明細書中に開示する仮定を与えて、種々の
Vbedにおけるパーヒューシブ領域を示す、最小細孔平均
直径（オングストロームで表わす）対粒子直径（μｍで
表わす）のグラフであり； 図10〜29はパーヒュージョンクロマトグラフィー系の
性質を立証する種々のデータを提示するグラフである。
トグラフィーを説明するのに有用な粒子／マトリックス
幾何学の略図であり； 図３は、拡散支配された、対流支配された及びパーヒ
ューシブクロマトグラフィー系の領域を示す、生産性対
流体速度（VBed）及び操作圧力（△Ｐ）のグラフであ
り； 図4A,4B及び4Cは、パーヒュージョンクロマトグラフ
ィーを実施するためのマトリックスを製造するのに有用
なマクロ多孔質クロマトグラフィー粒子の走査電子顕微
鏡写真であり:4Aは10,000×であり;4Bは20,000×であ
り;4Cは50,000×であり； 図4Dは、図4A−4Cに示す粒子構造を用いてパーヒュー
ジョンクロマトグラフィーする間に支配していると考え
られる流体力学を示す略ダイヤグラムであり； 図5Aはクロマトグラフィーカラムの略断面であり； 図5Bは、図5Aに示す円Ｂの略詳細図であり； 図5Cは、パーヒュージョンクロマトグラフィーマトリ
ックス要素の一理想化構造を示す略ダイヤグラムであ
り； 図６は、慣用のクロマトグラフィーとパーヒュージョ
ンクロマトグラフィーとの間の速度論的挙動の差異を示
す、出口濃度／入口濃度対プロセス容積（ミリリットル
で表わす）の溶質漏出カーブであり； 図７は、代表的なパーヒューシブカラムの吸着キャパ
シティと慣用の拡散カラムとを比較する、所定の容積の
床についてのキャパシティ（mgで表わす）対空塔流体流
速の棒グラフであり； 図８は、所定の拡散係数及び粒子寸法において10より
大きいペクレ数を達成することができる最大及び最小細
孔寸法を示す、床速度（cm/時間で表わす）対通し細孔
寸法（オングストロームで表わす）のグラフであり； 図９は、本明細書中に開示する仮定を与えて、種々の
Vbedにおけるパーヒューシブ領域を示す、最小細孔平均
直径（オングストロームで表わす）対粒子直径（μｍで
表わす）のグラフであり； 図10〜29はパーヒュージョンクロマトグラフィー系の
性質を立証する種々のデータを提示するグラフである。
それぞれのドローン図における同様の参照文字は、対
応する部分を示す。
応する部分を示す。
記述 本明細書中、初めに、パーヒュージョンクロマトグラ
フィーの必要なマトリックス構造の性質及び理論的支持
並びに操作パラメーターを開示し、次いで、クロマトグ
ラフィー法を特定の例に最適化し及び適応させるのに有
用なエンジニアリング原理、パーヒュージョンクロマト
グラフィーの実施において有用な特定材料の開示、及び
現在入手可能な材料を用いたパーヒュージョンクロマト
グラフィー手順の例を開示することにする。
フィーの必要なマトリックス構造の性質及び理論的支持
並びに操作パラメーターを開示し、次いで、クロマトグ
ラフィー法を特定の例に最適化し及び適応させるのに有
用なエンジニアリング原理、パーヒュージョンクロマト
グラフィーの実施において有用な特定材料の開示、及び
現在入手可能な材料を用いたパーヒュージョンクロマト
グラフィー手順の例を開示することにする。
広義には、本発明に従えば、パーヒュージョンクロマ
トグロフィーは、多孔度に関し二モード或は複数モード
の幾何学を特徴とする特にデザインしたマトリックスの
中に流体を限界レベルを越える速度で通して実施する。
恐らく、新しい手順に関する最も根本的な観察は、対流
支配される系及び高いプレート高さのキャパシティ特性
並びに拡散支配される系のバンド展開特性の両方の損失
を回避することが可能であることである。これは、流体
の床の中の間隙によって定められ、圧力損失及び床を通
る粒体流速を決める大きい細孔の集合、並びに直径の小
さい細孔、例えば異方性通し細孔、の集合を有するマト
リックスの中にクロマトグラフィー流体を押し通すこと
によって、達成することができる。小さい方の細孔は、
個々の粒子に浸透しかつクロマトグラフィー流体を、ク
ロマトグラフィー流体中の溶質と相互作用性の粒子内の
表面領域に対流によって送達させる働きをする。
トグロフィーは、多孔度に関し二モード或は複数モード
の幾何学を特徴とする特にデザインしたマトリックスの
中に流体を限界レベルを越える速度で通して実施する。
恐らく、新しい手順に関する最も根本的な観察は、対流
支配される系及び高いプレート高さのキャパシティ特性
並びに拡散支配される系のバンド展開特性の両方の損失
を回避することが可能であることである。これは、流体
の床の中の間隙によって定められ、圧力損失及び床を通
る粒体流速を決める大きい細孔の集合、並びに直径の小
さい細孔、例えば異方性通し細孔、の集合を有するマト
リックスの中にクロマトグラフィー流体を押し通すこと
によって、達成することができる。小さい方の細孔は、
個々の粒子に浸透しかつクロマトグラフィー流体を、ク
ロマトグラフィー流体中の溶質と相互作用性の粒子内の
表面領域に対流によって送達させる働きをする。
第一及び第二細孔集合の相対的大きさは、床を通る手
頃に達成し得る流体速度において、対流流れが大きい方
の細孔のみならず、小さい方の細孔においても生じるよ
うにしなければならない。細孔を所定の圧力で通る流体
速度は細孔半径の二乗の関数であるので、実用的な流体
速度、例えば400〜4,000cm/時間において、二つの細孔
集合の平均直径はかなり近くなければならないことが認
められ得る。大ざっぱに言えば、球形粒子の間の間隙に
よって定められる細孔の平均直径は粒子の直径の約三分
の一である。すなわち、例えば、平均直径10μｍ及び平
均通し細孔直径1,000Åを有する粒子は、細密充填して
クロマトグラフィー床を形成する場合、平均直径およそ
３〜４μｍ及び0.1μｍを有する細孔の第一及び第二細
孔をそれぞれ定める。このように、大きい方の細孔の平
均直径は小さい方の細孔の平均直径の30〜40倍程度であ
る。これらの状況下で、流体の有意のフラクションが粒
子内の小さい方の細孔を対流によって通る前に、極めて
大きな圧力損失が必要とされる。
頃に達成し得る流体速度において、対流流れが大きい方
の細孔のみならず、小さい方の細孔においても生じるよ
うにしなければならない。細孔を所定の圧力で通る流体
速度は細孔半径の二乗の関数であるので、実用的な流体
速度、例えば400〜4,000cm/時間において、二つの細孔
集合の平均直径はかなり近くなければならないことが認
められ得る。大ざっぱに言えば、球形粒子の間の間隙に
よって定められる細孔の平均直径は粒子の直径の約三分
の一である。すなわち、例えば、平均直径10μｍ及び平
均通し細孔直径1,000Åを有する粒子は、細密充填して
クロマトグラフィー床を形成する場合、平均直径およそ
３〜４μｍ及び0.1μｍを有する細孔の第一及び第二細
孔をそれぞれ定める。このように、大きい方の細孔の平
均直径は小さい方の細孔の平均直径の30〜40倍程度であ
る。これらの状況下で、流体の有意のフラクションが粒
子内の小さい方の細孔を対流によって通る前に、極めて
大きな圧力損失が必要とされる。
これらのタイプの材料を用いた実験は物質輸送速度論
に対してパーヒューシブ増進を示さなかった。すなわ
ち、試験した流速において、10μｍ粒子中への物質輸送
は拡散によって支配されるようである。別の言い方をす
れば、通し細孔内の対流流れは、物質輸送速度になんら
有意に寄与しない。一層慣用の固体クロマトグラフィー
媒体、例えばほとんどのシリカベースの材料、寒天、デ
キストラン、等のようなずっと小さい細孔（通常、およ
そ50〜300Å）及び一層大きい粒子寸法（20〜100μｍ）
を有するものは、実際、パーヒューシブモードにおいて
作働させることができないのは明らかである。単に、二
次ミクロ細孔内に有意の対流流れを生じる実用的系にお
いて実際的流速が達成され得ないだけである。平均直径
の一層大きい通し細孔、或は一層特には、第一細孔集合
と第二細孔集合との平均直径比の一層小さいものが、パ
ーヒュージョンクロマトグラフィーを実施するのに要求
されるのが普通である。
に対してパーヒューシブ増進を示さなかった。すなわ
ち、試験した流速において、10μｍ粒子中への物質輸送
は拡散によって支配されるようである。別の言い方をす
れば、通し細孔内の対流流れは、物質輸送速度になんら
有意に寄与しない。一層慣用の固体クロマトグラフィー
媒体、例えばほとんどのシリカベースの材料、寒天、デ
キストラン、等のようなずっと小さい細孔（通常、およ
そ50〜300Å）及び一層大きい粒子寸法（20〜100μｍ）
を有するものは、実際、パーヒューシブモードにおいて
作働させることができないのは明らかである。単に、二
次ミクロ細孔内に有意の対流流れを生じる実用的系にお
いて実際的流速が達成され得ないだけである。平均直径
の一層大きい通し細孔、或は一層特には、第一細孔集合
と第二細孔集合との平均直径比の一層小さいものが、パ
ーヒュージョンクロマトグラフィーを実施するのに要求
されるのが普通である。
パーヒュージョンクロマトグラフィーの性質及びそれ
に必要とされるマトリックス幾何学は、図1A〜1Dを参照
すれば一層良く理解されるものと思う。これらは、マト
リックスの一領域を略断面で示す種々のタイプのクロマ
トグラフィーマトリックスにおける流体流れを大ざっぱ
にモデル化した略図である。図の「上方」側から主流路
10によりクロマトグラフィー粒子或は領域に接近し、図
の「下方」側から出る。かかる粒子或は領域は、溶解さ
れた溶質を含有する流体移動相に粒子をバイパスさせ
る、囲む流路を有しても或は有しないでもよい。粒子
は、それら自体、点により表わされる溶質相互作用性表
面領域を多数含み、これらに溶質分子が接近しなければ
ならない。これらの領域の性質は活性表面の化学に依存
する。本発明の方法は活性領域の性質に無関係であり、
種々の特定の実施態様において、カチオン性或はアニオ
ン性交換、疎水性／親水性相互作用、キレート化、アフ
ィニティークロマトグラフィー、水素結合、等に適した
表面の形態を取ることができる。プレート高さを低くし
かつバンド展開を最小にさせるには、相互作用性表面領
域と流体移動相との間の急速な物質移動を必要とする。
キャパシティを大きくするには、物質移動を速くさせか
つ多数の相互作用性領域、すなわち高表面積を存在させ
ることの両方を必要とする。溶質は対流及び細胞内拡散
の２つの機構によって輸送される。前者は細孔寸法、圧
力損失、細孔の長さ及びくねり並びに細孔の入口及び出
口の回りの局部幾何学によって決められ、後者は、主
に、種々の溶質の分子の大きさ、細孔の大きさ及び濃度
勾配の関数である。
に必要とされるマトリックス幾何学は、図1A〜1Dを参照
すれば一層良く理解されるものと思う。これらは、マト
リックスの一領域を略断面で示す種々のタイプのクロマ
トグラフィーマトリックスにおける流体流れを大ざっぱ
にモデル化した略図である。図の「上方」側から主流路
10によりクロマトグラフィー粒子或は領域に接近し、図
の「下方」側から出る。かかる粒子或は領域は、溶解さ
れた溶質を含有する流体移動相に粒子をバイパスさせ
る、囲む流路を有しても或は有しないでもよい。粒子
は、それら自体、点により表わされる溶質相互作用性表
面領域を多数含み、これらに溶質分子が接近しなければ
ならない。これらの領域の性質は活性表面の化学に依存
する。本発明の方法は活性領域の性質に無関係であり、
種々の特定の実施態様において、カチオン性或はアニオ
ン性交換、疎水性／親水性相互作用、キレート化、アフ
ィニティークロマトグラフィー、水素結合、等に適した
表面の形態を取ることができる。プレート高さを低くし
かつバンド展開を最小にさせるには、相互作用性表面領
域と流体移動相との間の急速な物質移動を必要とする。
キャパシティを大きくするには、物質移動を速くさせか
つ多数の相互作用性領域、すなわち高表面積を存在させ
ることの両方を必要とする。溶質は対流及び細胞内拡散
の２つの機構によって輸送される。前者は細孔寸法、圧
力損失、細孔の長さ及びくねり並びに細孔の入口及び出
口の回りの局部幾何学によって決められ、後者は、主
に、種々の溶質の分子の大きさ、細孔の大きさ及び濃度
勾配の関数である。
２つのタイプの対流支配されるクロマトグラフィー系
におけるマトリックスとの溶質相互作用の機構を図1A及
び図1Bによって開示し、拡散支配される系を図1Cによっ
て開示し、パーヒューシブ系を図1Dによって開示する。
におけるマトリックスとの溶質相互作用の機構を図1A及
び図1Bによって開示し、拡散支配される系を図1Cによっ
て開示し、パーヒューシブ系を図1Dによって開示する。
図1Aは密接充填非多孔質粒子を含むクロマトグラフィ
ーマトリックスを示す。粒子の内部は溶質分子の接近を
阻む。溶質分子にとって利用可能な唯一の相互作用性表
面要素は、粒子の外部表面の回りに配置されたものであ
る。図1Bは、通し細孔及び相互作用性表面領域を壁に沿
って配置させた膜様クロマトグラフィー「粒子」（実際
は、固体マトリックスにおける領域）を示す。図1Bの幾
何学はフィルター床及びポリマーウエブ形態学（例え
ば、紙及び膜フィルター）並びに非多孔質繊維或はチュ
ーブの束に類似している。図1A及び図1Bの形態学では、
クロマトグラフィーマンドレルの外表面だけがマトリッ
クスのキャパシティに寄与する。これらの幾何学の表面
積対容積比は比較的小さく、従って、固有に低い生産系
である。流路10が十分長ければ、溶質分子が対流流路か
ら相互作用性表面要素に拡散しなければならない距離が
小さいことから、極めて早い分離及び高い分解が、漏出
なしで達成されることができる。相互作用性表面要素
（表面領域）の数を、粒子寸法を減少させて（図1A）或
は細孔直径を減少させる（図1B）このによって増大させ
ようとする試みは、操作圧力を高くするトレードオフに
なるのは持ち論である。床を通る流体速度を最適に越え
て増大させると、性能を下げる。
ーマトリックスを示す。粒子の内部は溶質分子の接近を
阻む。溶質分子にとって利用可能な唯一の相互作用性表
面要素は、粒子の外部表面の回りに配置されたものであ
る。図1Bは、通し細孔及び相互作用性表面領域を壁に沿
って配置させた膜様クロマトグラフィー「粒子」（実際
は、固体マトリックスにおける領域）を示す。図1Bの幾
何学はフィルター床及びポリマーウエブ形態学（例え
ば、紙及び膜フィルター）並びに非多孔質繊維或はチュ
ーブの束に類似している。図1A及び図1Bの形態学では、
クロマトグラフィーマンドレルの外表面だけがマトリッ
クスのキャパシティに寄与する。これらの幾何学の表面
積対容積比は比較的小さく、従って、固有に低い生産系
である。流路10が十分長ければ、溶質分子が対流流路か
ら相互作用性表面要素に拡散しなければならない距離が
小さいことから、極めて早い分離及び高い分解が、漏出
なしで達成されることができる。相互作用性表面要素
（表面領域）の数を、粒子寸法を減少させて（図1A）或
は細孔直径を減少させる（図1B）このによって増大させ
ようとする試みは、操作圧力を高くするトレードオフに
なるのは持ち論である。床を通る流体速度を最適に越え
て増大させると、性能を下げる。
図1Cでは、相互作用性表面要素は、粒子の内部の回り
に配置され、粒子の単位容積当たりでは、数がはるかに
多くなる。ここで、マトリックスの内部への接近は、小
さい細孔12を経て可能である。溶質は、これらの細孔の
中を拡散によるだけで、或は拡散に極めて遅い対流を結
び付けた組合わせによって通ることができる。この場
合、対流は総括物質輸送速度論に対して有意の影響を与
えない。よって、溶質分子は遅い拡散プロセスによって
流路10から粒子の内部に移動される。この束縛は、粒子
を小さくする、よって拡散によって移動させる必要のあ
る距離を短くすることによって、軽減させることができ
る。しかし、再び、これは、要する操作圧力損失を大き
く増大させて達成される。蛋白質のような高分子の場
合、細孔内の有効拡散率は、上述した通りに、細孔表面
障害及び吸蔵作用によって、更に低下される。
に配置され、粒子の単位容積当たりでは、数がはるかに
多くなる。ここで、マトリックスの内部への接近は、小
さい細孔12を経て可能である。溶質は、これらの細孔の
中を拡散によるだけで、或は拡散に極めて遅い対流を結
び付けた組合わせによって通ることができる。この場
合、対流は総括物質輸送速度論に対して有意の影響を与
えない。よって、溶質分子は遅い拡散プロセスによって
流路10から粒子の内部に移動される。この束縛は、粒子
を小さくする、よって拡散によって移動させる必要のあ
る距離を短くすることによって、軽減させることができ
る。しかし、再び、これは、要する操作圧力損失を大き
く増大させて達成される。蛋白質のような高分子の場
合、細孔内の有効拡散率は、上述した通りに、細孔表面
障害及び吸蔵作用によって、更に低下される。
このような多孔質粒子が十分に充填される、すなわ
ち、溶質分子が細孔に沿って拡散して、今すべての相互
作用性表面領域を占めている場合、マトリックスは洗浄
され、ついで溶離が始まる。これらの突然の状態の変化
は、溶質に粒子を排除させる。これは、再び、遅い拡散
によって達成される。溶質は、粒子の中央から徐々にリ
ング流路に達し、対流によって運び去られる。粒子を拡
散によって「空にする」際のこの遅れはクロマトグラフ
ィーパルスに与える後（trailing）テールの支配的原因
であり、分離能を低下させる。粒子が充填され及び未充
填になり得る速度がクロマトグラフィープロセスの速度
論を決める。溶質の逃散が速い程、すべての溶質がクロ
マトグラフィーカラムの排出に達する時間は短くなり、
よって、だらだらつながる（straggling）テールが短く
なりかつバンド展開が小さくなるのは明らかである。流
路10における流体速度を最適レベルを越えて増大させる
ことは、処理量にプラスの効果を与えず、プレート高さ
を増大させかつ分解を低下する。
ち、溶質分子が細孔に沿って拡散して、今すべての相互
作用性表面領域を占めている場合、マトリックスは洗浄
され、ついで溶離が始まる。これらの突然の状態の変化
は、溶質に粒子を排除させる。これは、再び、遅い拡散
によって達成される。溶質は、粒子の中央から徐々にリ
ング流路に達し、対流によって運び去られる。粒子を拡
散によって「空にする」際のこの遅れはクロマトグラフ
ィーパルスに与える後（trailing）テールの支配的原因
であり、分離能を低下させる。粒子が充填され及び未充
填になり得る速度がクロマトグラフィープロセスの速度
論を決める。溶質の逃散が速い程、すべての溶質がクロ
マトグラフィーカラムの排出に達する時間は短くなり、
よって、だらだらつながる（straggling）テールが短く
なりかつバンド展開が小さくなるのは明らかである。流
路10における流体速度を最適レベルを越えて増大させる
ことは、処理量にプラスの効果を与えず、プレート高さ
を増大させかつ分解を低下する。
図1Dはパーヒュージョンクロマトグラフィーに適した
マトリックス粒子をモデル化する。図示する通りに、マ
トリックスは、比較的大きい平均直径を有する流路10
（粒状マトリックス実施態様において粒子間の間隙によ
って定められる）に加えて、また、本発明で粒子体によ
って定められる通し細孔として具体化する第二細孔集合
14も含む。細孔14の平均直径は、図1Cに示す慣用のクロ
マトグラフィー粒子の拡散輸送細孔12に比べてずっと大
きい。細孔10及び14の平均直径の比は、実際的にクロマ
トグラフィー系において達成することができかつ細孔14
内の対流流れを細孔14を通る拡散速度より速くさせる流
体速度限界が存在するようにする。正確に言えば、パー
ヒュージョンのこの限界が生じる点は多くの要因による
が、主に、第一及び第二細孔集合、ここではそれぞれ細
孔10及び14の平均直径の比に依存する。その比が大きい
程、速度限界は高くなる。
マトリックス粒子をモデル化する。図示する通りに、マ
トリックスは、比較的大きい平均直径を有する流路10
（粒状マトリックス実施態様において粒子間の間隙によ
って定められる）に加えて、また、本発明で粒子体によ
って定められる通し細孔として具体化する第二細孔集合
14も含む。細孔14の平均直径は、図1Cに示す慣用のクロ
マトグラフィー粒子の拡散輸送細孔12に比べてずっと大
きい。細孔10及び14の平均直径の比は、実際的にクロマ
トグラフィー系において達成することができかつ細孔14
内の対流流れを細孔14を通る拡散速度より速くさせる流
体速度限界が存在するようにする。正確に言えば、パー
ヒュージョンのこの限界が生じる点は多くの要因による
が、主に、第一及び第二細孔集合、ここではそれぞれ細
孔10及び14の平均直径の比に依存する。その比が大きい
程、速度限界は高くなる。
実際、限界に相当する床速度は、粒子内対流が輸送速
度論に影響を与え始める点における速度である。ずっと
大きい速度では、対流が支配し、相当の性能向上が観測
される。
度論に影響を与え始める点における速度である。ずっと
大きい速度では、対流が支配し、相当の性能向上が観測
される。
細密充填された10μｍ粒子を含むマトリックスでは、
細孔10（粒子間の細隙を含む）の平均直径は３μｍ程で
ある。直径約1,000Å（0.1μｍ）の通し細孔を有するか
かる10μｍ粒子は実用的流速でパーヒューズ（perfus
e）せず、2000〜10,000Å（0.2mm〜1.0μｍ）の範囲内
の細孔を複数有する10μｍ細孔は床を通る高い流体速度
の範囲内（およそ1000cm/時間又はそれ以上）でよくパ
ーヒューズする。1,000Å平均直径通し細孔を有する細
密充填粒子を含むマトリックスでは、第一細孔集合対第
二細孔集合の平均直径の比は約3.3/0.1或はおよそ33で
ある。相当する4,000Å平均直径通し細孔粒子の場合、
その比はおよそ8.3である。これらの数は大よそであり
かつ多くの仮定に依存するが、パーヒュージョンクロマ
トグラフィー領域を操作上実用的な流速で利用すること
を可能にさせるのに有効な第一細孔集合及び第二細孔集
合の平均直径の比は、この範囲、すなわち８〜33の内の
どこかにあると考えられる。
細孔10（粒子間の細隙を含む）の平均直径は３μｍ程で
ある。直径約1,000Å（0.1μｍ）の通し細孔を有するか
かる10μｍ粒子は実用的流速でパーヒューズ（perfus
e）せず、2000〜10,000Å（0.2mm〜1.0μｍ）の範囲内
の細孔を複数有する10μｍ細孔は床を通る高い流体速度
の範囲内（およそ1000cm/時間又はそれ以上）でよくパ
ーヒューズする。1,000Å平均直径通し細孔を有する細
密充填粒子を含むマトリックスでは、第一細孔集合対第
二細孔集合の平均直径の比は約3.3/0.1或はおよそ33で
ある。相当する4,000Å平均直径通し細孔粒子の場合、
その比はおよそ8.3である。これらの数は大よそであり
かつ多くの仮定に依存するが、パーヒュージョンクロマ
トグラフィー領域を操作上実用的な流速で利用すること
を可能にさせるのに有効な第一細孔集合及び第二細孔集
合の平均直径の比は、この範囲、すなわち８〜33の内の
どこかにあると考えられる。
再び図1Dを参照して、粒子内及び相互作用性表面要素
の付近の領域への物質輸送は、対流によって支配される
ことに注目すべきである。拡散物質輸送は、溶質を細孔
14及び相互作用性表面領域に及びこれらから移動させる
のになお必要とされるが、拡散性輸送が生じなければな
らない範囲の距離はきわめて大きく減少される。これよ
り、床は、バンド展開及び物質移動速度論に関して、隣
接する通し細孔間の平均距離（例えば、現在入手可能な
材料の場合、1.0μｍ程度）にほぼ等しい直径の極微細
な粒子で構成されるように挙動する。床は、表面積対容
積の高い比及び速い速度論を有する。しかし、操作圧力
損失は、第一細孔集合を構成する流路10の一層大きい寸
法によって決まるので、本質的にこれらの性質との連結
が解かれる。
の付近の領域への物質輸送は、対流によって支配される
ことに注目すべきである。拡散物質輸送は、溶質を細孔
14及び相互作用性表面領域に及びこれらから移動させる
のになお必要とされるが、拡散性輸送が生じなければな
らない範囲の距離はきわめて大きく減少される。これよ
り、床は、バンド展開及び物質移動速度論に関して、隣
接する通し細孔間の平均距離（例えば、現在入手可能な
材料の場合、1.0μｍ程度）にほぼ等しい直径の極微細
な粒子で構成されるように挙動する。床は、表面積対容
積の高い比及び速い速度論を有する。しかし、操作圧力
損失は、第一細孔集合を構成する流路10の一層大きい寸
法によって決まるので、本質的にこれらの性質との連結
が解かれる。
マトリックスを通る速度が小さい場合、図1Dに概略で
示す粒子のようなパーヒューシブ粒子は、拡散境界の慣
用のクロマトグラフィー材料と同様に挙動する。対流流
れは、低い速度では、本質的に、細孔10の一層大きい第
一集合に限定される。細孔14内の対流流れは無視し得る
程に極めて小さく、粒子内から流路10への輸送は拡散に
よって行なわれる。細孔が一層大きくなると、細孔内の
吸蔵作用及び拡散障害が幾分軽減されるので、拡散速度
を一層最適なものにさせる。
示す粒子のようなパーヒューシブ粒子は、拡散境界の慣
用のクロマトグラフィー材料と同様に挙動する。対流流
れは、低い速度では、本質的に、細孔10の一層大きい第
一集合に限定される。細孔14内の対流流れは無視し得る
程に極めて小さく、粒子内から流路10への輸送は拡散に
よって行なわれる。細孔が一層大きくなると、細孔内の
吸蔵作用及び拡散障害が幾分軽減されるので、拡散速度
を一層最適なものにさせる。
床における流体速度（及び圧力損失）を増すにつれ
て、細孔14を通る対流流速が拡散速度を越えかつパーヒ
ューシブ様式での動作が始まる点が来る。この流速は、
4,000Åオングストローム細孔を有する10μｍクロマト
グラフィー粒子の場合、細孔拡散率10-7cm2/秒を有する
溶質について、約300cm/時間である。この限界を越える
と、圧力損失及び速度の増大は、単位容積のマトリック
ス当たりの処理量の増大を、従来クロマトグラフィー系
において達成されないものにさせるのが認められること
になる。約600cm/時間において、従来達成された最も高
い値にほぼ等しい生産性が観測される。1000〜4000cm/
時間において、驚くべき生産性が達成される。その上、
これらの生産性は、予想されるバンド展開の増大、すな
わち、分離能の低下無しで達成される。
て、細孔14を通る対流流速が拡散速度を越えかつパーヒ
ューシブ様式での動作が始まる点が来る。この流速は、
4,000Åオングストローム細孔を有する10μｍクロマト
グラフィー粒子の場合、細孔拡散率10-7cm2/秒を有する
溶質について、約300cm/時間である。この限界を越える
と、圧力損失及び速度の増大は、単位容積のマトリック
ス当たりの処理量の増大を、従来クロマトグラフィー系
において達成されないものにさせるのが認められること
になる。約600cm/時間において、従来達成された最も高
い値にほぼ等しい生産性が観測される。1000〜4000cm/
時間において、驚くべき生産性が達成される。その上、
これらの生産性は、予想されるバンド展開の増大、すな
わち、分離能の低下無しで達成される。
この挙動は、クロマトグラフィー系の一般的挙動を支
配する長く確立された物理的原理を見掛け上破るもので
あるが、高い速度におけるバンド展開への主因は粒子内
のスタグナント移動相物質移動、或いは上述した「Ｃ
項」であることを想起すること。すなわち、パーヒュー
シブ系において、下記の通りである： しかし、DEffは、マトリックスを通る低い流体速度で
は、細孔14へのかつ表面領域と接触する溶質の有効拡散
率の尺度であり、パーヒューシブ様式では、対流支配項
となる。一般に、DEffは、拡散要素（細孔拡散率）及び
対流要素（細孔速度×粒子直径）の合計と近似すること
ができる。このようにして計算すれば、DEffは、２つの
輸送様式について種々の駆動力を無視した控え目の推定
値になる。パーヒューシブ様式で作動させる任意の所定
流体速度及び床幾何学について、第二細孔集合内の流体
速度対床における空塔流体速度の比は、下記によって与
えられることになる： 式中、αは定数である。これより、第二細孔集合の部材
内の流体速度はαVbedとなり、Ｃ項によるプレート高さ
は事実上下記になる： ｕは床における流体の速度を表わすので、プレート高さ
は下記になる： Ｈ＝ｃ′ｄ （５式） これより、ｃ項は、パーヒューシブ様式では、実質的に
床速度に無関係になる。上述した通りに、拡散は、依然
対流流路と収着性表面領域との間の物質移動に関与する
ことになることから、Ｃ項は完全には無関係にならな
い。系は、ある高いVBedにおいて、もう一度サブ細孔へ
の拡散による物質移動抵抗によって速度論的に縛られる
ようになる。
配する長く確立された物理的原理を見掛け上破るもので
あるが、高い速度におけるバンド展開への主因は粒子内
のスタグナント移動相物質移動、或いは上述した「Ｃ
項」であることを想起すること。すなわち、パーヒュー
シブ系において、下記の通りである： しかし、DEffは、マトリックスを通る低い流体速度で
は、細孔14へのかつ表面領域と接触する溶質の有効拡散
率の尺度であり、パーヒューシブ様式では、対流支配項
となる。一般に、DEffは、拡散要素（細孔拡散率）及び
対流要素（細孔速度×粒子直径）の合計と近似すること
ができる。このようにして計算すれば、DEffは、２つの
輸送様式について種々の駆動力を無視した控え目の推定
値になる。パーヒューシブ様式で作動させる任意の所定
流体速度及び床幾何学について、第二細孔集合内の流体
速度対床における空塔流体速度の比は、下記によって与
えられることになる： 式中、αは定数である。これより、第二細孔集合の部材
内の流体速度はαVbedとなり、Ｃ項によるプレート高さ
は事実上下記になる： ｕは床における流体の速度を表わすので、プレート高さ
は下記になる： Ｈ＝ｃ′ｄ （５式） これより、ｃ項は、パーヒューシブ様式では、実質的に
床速度に無関係になる。上述した通りに、拡散は、依然
対流流路と収着性表面領域との間の物質移動に関与する
ことになることから、Ｃ項は完全には無関係にならな
い。系は、ある高いVBedにおいて、もう一度サブ細孔へ
の拡散による物質移動抵抗によって速度論的に縛られる
ようになる。
溶質が細孔を通る物質移動の一つの尺度は、特性ペク
レ数（Pe）によって与えられる。ペクレ数はVL/Dに等し
い無次元量であり、Ｖは細孔を通る対流速度であり、Ｌ
は細孔の長さであり、Ｄは細孔を通る溶質の拡散率であ
る。従来技術の系では、クロマトグラフィー材料の細孔
内の対流対拡散輸送の比を記載するペクレ数は、全ての
状況下で常に１よりずっと小さかった。パーヒューシブ
クロマトグラフィーでは、第二細孔集合におけるペクレ
数は常に１より大きい。
レ数（Pe）によって与えられる。ペクレ数はVL/Dに等し
い無次元量であり、Ｖは細孔を通る対流速度であり、Ｌ
は細孔の長さであり、Ｄは細孔を通る溶質の拡散率であ
る。従来技術の系では、クロマトグラフィー材料の細孔
内の対流対拡散輸送の比を記載するペクレ数は、全ての
状況下で常に１よりずっと小さかった。パーヒューシブ
クロマトグラフィーでは、第二細孔集合におけるペクレ
数は常に１より大きい。
図２を参照すれば、断面で表わすマトリックス５の領
域の概念上のモデルは、３つのタイプの細孔、すなわち
第一細孔集合10の部材、第二細孔集合の部材を含む通し
細孔14及びサブ細孔16を有する。これらは、下記に挙げ
るペクレ数Pe I、Pe II、Pe IIIによってそれぞれ特性
表示される： 式中、εは床のボイド容積であり、dpは粒子の直径（粒
子にわたる代表流路長さ平均はくねりについての補正を
含む）であり、Ldはサブ細孔の深さであり、DEffは通し
細孔内の有効拡散率であり、D1は通し細孔における制限
拡散率であり、D2はサブ細孔における制限拡散率であ
る。
域の概念上のモデルは、３つのタイプの細孔、すなわち
第一細孔集合10の部材、第二細孔集合の部材を含む通し
細孔14及びサブ細孔16を有する。これらは、下記に挙げ
るペクレ数Pe I、Pe II、Pe IIIによってそれぞれ特性
表示される： 式中、εは床のボイド容積であり、dpは粒子の直径（粒
子にわたる代表流路長さ平均はくねりについての補正を
含む）であり、Ldはサブ細孔の深さであり、DEffは通し
細孔内の有効拡散率であり、D1は通し細孔における制限
拡散率であり、D2はサブ細孔における制限拡散率であ
る。
クロマトグラフィーの速度論は、高いPe I、低いPe I
I、高いPe IIIと逆の関係になるのが普通である。すな
わち、有効拡散率が増大すると、もしくは粒子寸法が減
少するか或はVBedが減少すると、クロマトグラフィー性
能は高められる。高いPe Iにおいて、高い対流速度は溶
質を通し細孔を通り越して押し長し、これより物質移動
を低下させる。他方に、第二細孔集合においては、高い
ペクレ数が好ましい。Pe IIが高い場合、対流速度が粒
子を通る物質輸送における支配的機構として拡散に取っ
て代わるにつれて、物質移動が増大する。サブ細孔16内
では、低いペクレ数が望ましい。Pe IIIが低い場合、サ
ブ細孔内の活性表面への拡散は粒子を通る流れより速く
なり、その結果として、動的キャパシティは高いままで
ある。
I、高いPe IIIと逆の関係になるのが普通である。すな
わち、有効拡散率が増大すると、もしくは粒子寸法が減
少するか或はVBedが減少すると、クロマトグラフィー性
能は高められる。高いPe Iにおいて、高い対流速度は溶
質を通し細孔を通り越して押し長し、これより物質移動
を低下させる。他方に、第二細孔集合においては、高い
ペクレ数が好ましい。Pe IIが高い場合、対流速度が粒
子を通る物質輸送における支配的機構として拡散に取っ
て代わるにつれて、物質移動が増大する。サブ細孔16内
では、低いペクレ数が望ましい。Pe IIIが低い場合、サ
ブ細孔内の活性表面への拡散は粒子を通る流れより速く
なり、その結果として、動的キャパシティは高いままで
ある。
移動相速度の増大は拡散系の性能を低下させるが、パ
ーヒュージョンによりその影響はずっと小さい。代わり
に、床速度を増大させると対応する最高速度の増大を生
じ、これは支持体内部の物質移動速度論を制御する。す
なわち、マトリックス、適当な流量、圧力損失、及び流
体速度の適切な幾何学的関係によって、系の物質輸送特
性が、極めて高い処理量及び高い分離能分離の両方に有
利になる領域が得られる。
ーヒュージョンによりその影響はずっと小さい。代わり
に、床速度を増大させると対応する最高速度の増大を生
じ、これは支持体内部の物質移動速度論を制御する。す
なわち、マトリックス、適当な流量、圧力損失、及び流
体速度の適切な幾何学的関係によって、系の物質輸送特
性が、極めて高い処理量及び高い分離能分離の両方に有
利になる領域が得られる。
図３は、１秒当り、マトリックス1ml当りの溶質のミ
リグラムで表わす生産性の床速度及び圧力損失に対する
グラフである。そのグラフは。拡散支配されたクロマト
グラフィー系、対流支配された系及びパーヒューシブ系
の間の挙動の差異を示す。図示する通りに、従来の拡散
制限系においては、速度及び圧力を増すにつれて、生産
性は、最大に達するまで上昇し、それ以上のVBedの増大
は生産性の損失に至り、典型的には、床速度約400cm/時
間になるかなり前に漏出或は動荷重キャパシティの損失
に至る。対流支配される系では、ずっと高い流体速度及
び圧力損失を用いることができる。十分な長さの床の場
合、生産性は、恐らく4,000cm/時間程に高い流体流速ま
で定常的に増大するが、生産性の増加は、表面積及び結
合容量が固有に小さいことにより、適度になる。パーヒ
ュージョン系の場合、床速度の増大は、最初、拡散支配
される系と同様に生産性を増大させる。しかし、限界床
速度を越え、通し細孔におけるペクレ数が１より大きく
なり、或は対流流速が細孔内の拡散流速を越える場合
に、パーヒューシブ領域に入る。それ以上の速度の増大
は、細孔内の対流を増大させかつ物質輸送を増大させる
働きをする。ある高い流量において、溶質分子が通し細
孔に及び通し細孔から相互作用性表面領域に拡散するの
にかかる時間が、溶質分子が対流によって領域を移動し
て過ぎるのにかかる時間よりずっと長くなることから、
パーヒューシブ系は拡散支配される系になる。しかし、
拡散が輸送機構として作用しなければならない距離は、
従来の拡散支配される系に比べてずっと小さくなる。こ
うして、最適なパーヒューシブ性能は、少なくともサブ
細孔拡散時間が通し細孔対流時間の10倍程に長くなる床
速度中続く。
リグラムで表わす生産性の床速度及び圧力損失に対する
グラフである。そのグラフは。拡散支配されたクロマト
グラフィー系、対流支配された系及びパーヒューシブ系
の間の挙動の差異を示す。図示する通りに、従来の拡散
制限系においては、速度及び圧力を増すにつれて、生産
性は、最大に達するまで上昇し、それ以上のVBedの増大
は生産性の損失に至り、典型的には、床速度約400cm/時
間になるかなり前に漏出或は動荷重キャパシティの損失
に至る。対流支配される系では、ずっと高い流体速度及
び圧力損失を用いることができる。十分な長さの床の場
合、生産性は、恐らく4,000cm/時間程に高い流体流速ま
で定常的に増大するが、生産性の増加は、表面積及び結
合容量が固有に小さいことにより、適度になる。パーヒ
ュージョン系の場合、床速度の増大は、最初、拡散支配
される系と同様に生産性を増大させる。しかし、限界床
速度を越え、通し細孔におけるペクレ数が１より大きく
なり、或は対流流速が細孔内の拡散流速を越える場合
に、パーヒューシブ領域に入る。それ以上の速度の増大
は、細孔内の対流を増大させかつ物質輸送を増大させる
働きをする。ある高い流量において、溶質分子が通し細
孔に及び通し細孔から相互作用性表面領域に拡散するの
にかかる時間が、溶質分子が対流によって領域を移動し
て過ぎるのにかかる時間よりずっと長くなることから、
パーヒューシブ系は拡散支配される系になる。しかし、
拡散が輸送機構として作用しなければならない距離は、
従来の拡散支配される系に比べてずっと小さくなる。こ
うして、最適なパーヒューシブ性能は、少なくともサブ
細孔拡散時間が通し細孔対流時間の10倍程に長くなる床
速度中続く。
パーヒューシブ速度論がクロマトグラフィー床収着に
与える関係を評価するために、既存のモデルを変更して
用いて収着プロセスをシミュレートした。カラム収着挙
動は、溶出液濃度対時間のプロットからなる溶質「漏
出」カーブの形で示すのがしばしばである。所定のカラ
ムについて、収着性表面への原料の流速を十分に小さく
して溶質と収着剤との接触時間を十分に長くさせて有限
の物質移動に勝るようにさせるならば、平衡収着が達成
される。この場合、カラムに充填した溶質の初期量が収
着され、溶質はカラム溶出液に現われない。溶質がカラ
ムに十分に負荷されて収着剤相を飽和する場合、溶質は
それ以上収着されることができず、溶出液中の溶質濃度
は原料の濃度に匹敵する。実際、拡散支配される系で
は、物質輸送速度が遅いことにより、収着は平衡限界か
らそれる。
与える関係を評価するために、既存のモデルを変更して
用いて収着プロセスをシミュレートした。カラム収着挙
動は、溶出液濃度対時間のプロットからなる溶質「漏
出」カーブの形で示すのがしばしばである。所定のカラ
ムについて、収着性表面への原料の流速を十分に小さく
して溶質と収着剤との接触時間を十分に長くさせて有限
の物質移動に勝るようにさせるならば、平衡収着が達成
される。この場合、カラムに充填した溶質の初期量が収
着され、溶質はカラム溶出液に現われない。溶質がカラ
ムに十分に負荷されて収着剤相を飽和する場合、溶質は
それ以上収着されることができず、溶出液中の溶質濃度
は原料の濃度に匹敵する。実際、拡散支配される系で
は、物質輸送速度が遅いことにより、収着は平衡限界か
らそれる。
図６は、従来の拡散境界されるクロマトグラフィー系
とパーヒューシブクロマトグラフィー系との間の基本的
差異を示す、漏出（出口濃度／入口濃度）対処理容積の
グラフである。カーブは、原料蛋白質濃度5mg/ml、収着
剤3.25ml、カラムの長さ5.4cm及び幅1.1cm、カラムボイ
ドフラクション0.35、有効表面積40mg/マトリックス1ml
及び収着定数1ml/mgとして計算した。図６に示す通り
に、従来のクロマトグラフィー手順では、床速度の増大
は、カーブを理想からそらせる作用を有する。100cm/時
間において、漏出カーブは、溶質／収着剤平衡が確立さ
れることから、殆ど完全に垂直である。線状床速度が増
大するにつれて、物質移動速度が支配し始め、早期の溶
出漏出が起きる。例えば、500、1,000及び2000cm/時間
についてのカーブを比較のこと。極めて高い床速度、例
えば、5,000cm/時間では、溶出液溶質濃度の即時増加に
よって示される通りに、原料溶質のフラクションがカラ
ムを収着されずに通過することから、早期の溶質漏出が
ひどくなる。
とパーヒューシブクロマトグラフィー系との間の基本的
差異を示す、漏出（出口濃度／入口濃度）対処理容積の
グラフである。カーブは、原料蛋白質濃度5mg/ml、収着
剤3.25ml、カラムの長さ5.4cm及び幅1.1cm、カラムボイ
ドフラクション0.35、有効表面積40mg/マトリックス1ml
及び収着定数1ml/mgとして計算した。図６に示す通り
に、従来のクロマトグラフィー手順では、床速度の増大
は、カーブを理想からそらせる作用を有する。100cm/時
間において、漏出カーブは、溶質／収着剤平衡が確立さ
れることから、殆ど完全に垂直である。線状床速度が増
大するにつれて、物質移動速度が支配し始め、早期の溶
出漏出が起きる。例えば、500、1,000及び2000cm/時間
についてのカーブを比較のこと。極めて高い床速度、例
えば、5,000cm/時間では、溶出液溶質濃度の即時増加に
よって示される通りに、原料溶質のフラクションがカラ
ムを収着されずに通過することから、早期の溶質漏出が
ひどくなる。
対照的に、マトリックスがパーヒューシブな同じシミ
ュレーション条件を有する同様のカラムの場合、予測的
溶質漏出カーブはずっと急になりかつ平衡収着限界と同
様になる。この予測された挙動は実験によって証明され
た。これについては下記に検討する。
ュレーション条件を有する同様のカラムの場合、予測的
溶質漏出カーブはずっと急になりかつ平衡収着限界と同
様になる。この予測された挙動は実験によって証明され
た。これについては下記に検討する。
分取クロマトグラフィーでは、前端カラムローディン
グは、溶質溶出液濃度が原料濃度の10％に達する点にお
いて停止されるのが典型的である。その点までに処理加
工される原料の量がカラムキャパシティを定める。この
キャパシティ項は系における総括生産性の重要な決定因
であり、拡散粒子カラムにおいて床速度が増大するにつ
れて減小するのが典型的である。すなわち、高い、例え
ば2500cm/時間を越える床速度では、初期溶質漏出は原
料の10％を越え、これより、カラムキャパシティは事実
上０である。対照的に、図７に示す通りに、パーヒュー
シブ粒子カラムのキャパシティは、収着速度論が速く、
よって、早期溶質漏出がずっと高いレベルにおいてのみ
起きるので、相当の流量範囲にわたって実質的に一定の
ままである。
グは、溶質溶出液濃度が原料濃度の10％に達する点にお
いて停止されるのが典型的である。その点までに処理加
工される原料の量がカラムキャパシティを定める。この
キャパシティ項は系における総括生産性の重要な決定因
であり、拡散粒子カラムにおいて床速度が増大するにつ
れて減小するのが典型的である。すなわち、高い、例え
ば2500cm/時間を越える床速度では、初期溶質漏出は原
料の10％を越え、これより、カラムキャパシティは事実
上０である。対照的に、図７に示す通りに、パーヒュー
シブ粒子カラムのキャパシティは、収着速度論が速く、
よって、早期溶質漏出がずっと高いレベルにおいてのみ
起きるので、相当の流量範囲にわたって実質的に一定の
ままである。
パーヒューシブマトリックスエンジニアリング パーヒュージョンクロマトグラフィーを実施するため
に適したマトリックス材料の製造において達しようとす
る根本的なエンジニアリング目的の内の多くは、前述の
記載から、当業者にとって明らかであると思う。すなわ
ち、パーヒュージョンクロマトグラフィーを実施するの
に必要とされるものは、二モード或は好ましくは多モー
ドの細孔構造並びに単位容積当たりできるだけ大きい表
面積を有する、加圧下で破砕しないマトリックスであ
る。材料に二モード流動性をもたらす第一及び第二細孔
集合は、互いに対し、高いVbedにおいて両細孔集合を通
る対流流れを可能にさせるような平均直径を有しなけれ
ばならない。マトリックスにサブ細孔をもたらすこと
は、パーヒュージョンクロマトグラフィーを実施するの
に必要とされないが、単位容積のマトリックス材料当た
りの表面積が固有に増大されることにより、好ましい。
に適したマトリックス材料の製造において達しようとす
る根本的なエンジニアリング目的の内の多くは、前述の
記載から、当業者にとって明らかであると思う。すなわ
ち、パーヒュージョンクロマトグラフィーを実施するの
に必要とされるものは、二モード或は好ましくは多モー
ドの細孔構造並びに単位容積当たりできるだけ大きい表
面積を有する、加圧下で破砕しないマトリックスであ
る。材料に二モード流動性をもたらす第一及び第二細孔
集合は、互いに対し、高いVbedにおいて両細孔集合を通
る対流流れを可能にさせるような平均直径を有しなけれ
ばならない。マトリックスにサブ細孔をもたらすこと
は、パーヒュージョンクロマトグラフィーを実施するの
に必要とされないが、単位容積のマトリックス材料当た
りの表面積が固有に増大されることにより、好ましい。
マトリックスは種々のアスペクト比（高さ対断面積）
の多孔質の一体固体の形態を取ることができる。断面積
は数ミリメートルから数デシメートルの範囲にすること
ができ、マトリックス深さも同様の範囲にすることがで
きるが、高い流体流速の場合、早期漏出及び「スプリッ
トピーク」現象として知られているものを防ぐために、
深さ少なくとも5mmが推奨される。マトリックスの構造
は硬質の不活性材料からなり、次いでこれを当業者に知
られている化学を用いて誘導体化（derivatize）して相
互作用性表面領域とするのがよい。別法として、構造
を、それ自体適当な溶質相互作用性表面を有する無機或
いは有機材料で作ってもよい。適当なマトリックスの製
造方法は、単にカラムに充填するだけの粒子の製造を含
む。これらを、必要に応じて当分野において知られてい
る方法で処理して接触する隣接粒子間に結合をもたらし
てもよい。適したマトリックスは、又、クロマトグラフ
ィー表面になる多孔質粒子を含有するファイバーマット
を作ることによって作製してもよい。これらを、ファイ
バー間の間隙が第一細孔集合及び第二細孔集合の粒子に
おける通し細孔を構成するように、所望の通りにスタッ
クし或はその他の方法で配置するのがよい。マトリック
スは、又、レーザードリリング技法、溶媒浸出、転送、
等を用い、例えば複数の異方性、微細細孔、一層大きい
細孔を、例えばシート様材料或は粒子において作って作
成し、これらを一緒にスタックし或は凝集させてクロマ
トグラフィー床としてもよい。
の多孔質の一体固体の形態を取ることができる。断面積
は数ミリメートルから数デシメートルの範囲にすること
ができ、マトリックス深さも同様の範囲にすることがで
きるが、高い流体流速の場合、早期漏出及び「スプリッ
トピーク」現象として知られているものを防ぐために、
深さ少なくとも5mmが推奨される。マトリックスの構造
は硬質の不活性材料からなり、次いでこれを当業者に知
られている化学を用いて誘導体化（derivatize）して相
互作用性表面領域とするのがよい。別法として、構造
を、それ自体適当な溶質相互作用性表面を有する無機或
いは有機材料で作ってもよい。適当なマトリックスの製
造方法は、単にカラムに充填するだけの粒子の製造を含
む。これらを、必要に応じて当分野において知られてい
る方法で処理して接触する隣接粒子間に結合をもたらし
てもよい。適したマトリックスは、又、クロマトグラフ
ィー表面になる多孔質粒子を含有するファイバーマット
を作ることによって作製してもよい。これらを、ファイ
バー間の間隙が第一細孔集合及び第二細孔集合の粒子に
おける通し細孔を構成するように、所望の通りにスタッ
クし或はその他の方法で配置するのがよい。マトリック
スは、又、レーザードリリング技法、溶媒浸出、転送、
等を用い、例えば複数の異方性、微細細孔、一層大きい
細孔を、例えばシート様材料或は粒子において作って作
成し、これらを一緒にスタックし或は凝集させてクロマ
トグラフィー床としてもよい。
発明のマトリックスを製造する現時点で好ましい方法
は、慣用の懸濁、乳化或は混成重合技法を用いて作るず
っと小さい「ビルディングブロック」粒子（本明細書
中、「ポロン」と言う）から好ましくは直径５〜100μ
ｍの範囲内を有する粒子を作成することを伴う。粒子を
作成した後に、高表面積粒子を化学で処理して、例えば
アフィニティクロマトグラフィーで免疫グロブリンを結
合させるのに適した共有結合された反応性基、スルホネ
ート或はカルボキシル基のようなアニオン基、アミン或
はイミン、第四アンモニウム塩、等のようなカチオン
基、種々の炭化水素、及び慣用のクロマトグラフィー媒
体において有用であることが知られているその他の成分
を有する親水性表面を付与して、相互作用性表面領域を
作るのが好ましい。
は、慣用の懸濁、乳化或は混成重合技法を用いて作るず
っと小さい「ビルディングブロック」粒子（本明細書
中、「ポロン」と言う）から好ましくは直径５〜100μ
ｍの範囲内を有する粒子を作成することを伴う。粒子を
作成した後に、高表面積粒子を化学で処理して、例えば
アフィニティクロマトグラフィーで免疫グロブリンを結
合させるのに適した共有結合された反応性基、スルホネ
ート或はカルボキシル基のようなアニオン基、アミン或
はイミン、第四アンモニウム塩、等のようなカチオン
基、種々の炭化水素、及び慣用のクロマトグラフィー媒
体において有用であることが知られているその他の成分
を有する親水性表面を付与して、相互作用性表面領域を
作るのが好ましい。
直径10nm〜1.0μｍの範囲のポロンから所定の寸法及
び所定の多孔度の粒子を製造する方法は知られている。
粒子は、例えば下記のようなポリマーから作られる：ジ
ビニルベンゼンで架橋したスチレン、或は下記のような
材料を含む種々の関連したコポリマー:p−ブロモスチレ
ン、ｐ−スチリルジフェニルホスフィン、ｐ−アミノス
チレン、塩化ビニル、種々のアクリレート及びメタクリ
レート、を好ましくは高度に架橋させかつ誘導体にし得
るようにデザインし、例えばグリシジル成分或はエチレ
ンジメタクリレートを共重合させたもの。
び所定の多孔度の粒子を製造する方法は知られている。
粒子は、例えば下記のようなポリマーから作られる：ジ
ビニルベンゼンで架橋したスチレン、或は下記のような
材料を含む種々の関連したコポリマー:p−ブロモスチレ
ン、ｐ−スチリルジフェニルホスフィン、ｐ−アミノス
チレン、塩化ビニル、種々のアクリレート及びメタクリ
レート、を好ましくは高度に架橋させかつ誘導体にし得
るようにデザインし、例えばグリシジル成分或はエチレ
ンジメタクリレートを共重合させたもの。
合成触媒材料を製造するのに開発された技法の内の多
くが、パーヒュージョンクロマトグラフィーマトリック
ス粒子を作るのに適応させることができるのが普通であ
る。選定した平均直径及び選定した多孔度を有する粒子
を製造する手順については、例えば、下記を参照のこ
と：ロームアンドハースカンパニー、Kunin,Pore Struc
ture of Macroreticular Ion Exchange Resins;J.Polym
er Sci.パートＣ、16号、1457〜1469ページ（1967）、K
un等、the Pore Structure of Macroreticular Ion Exc
hange Resins;J.Polymer Sci.パートA1、６巻、2689〜2
701ページ（1968）、Macroreticular Resins III:Forma
tion of Macroreticular Styrene−Divinylbenzene Cop
olymers;及び1980年１月29日にUgelstadに発行された米
国特許4,186,120号。当業者に知られているこれらや他
の技術は、乳化及び懸濁重合の条件或はUgelstad特許に
開示されている混成技法を開示しており、これらは重合
によって実質的に球形のポロンの製造を可能にする。こ
れらの直径数〜数百オングストローム程度の所定の寸法
の均一な粒子を相互接着させて、パーヒュージョンクロ
マトグラフィーを実施するのによく適した多数の異方性
通し細孔、ブラインド細孔及び種々の一層小さい通し細
孔を含む所望の平均的大きさの一層大きい複合粒子を製
造する。これらの従来技術を用いて従来作られたクロマ
トグラフィー粒子と本発明の実施において有用な粒子と
の間の差異は、パーヒュージョンクロマトグラフィーに
ついて必要とされる通し細孔の寸法にある。
くが、パーヒュージョンクロマトグラフィーマトリック
ス粒子を作るのに適応させることができるのが普通であ
る。選定した平均直径及び選定した多孔度を有する粒子
を製造する手順については、例えば、下記を参照のこ
と：ロームアンドハースカンパニー、Kunin,Pore Struc
ture of Macroreticular Ion Exchange Resins;J.Polym
er Sci.パートＣ、16号、1457〜1469ページ（1967）、K
un等、the Pore Structure of Macroreticular Ion Exc
hange Resins;J.Polymer Sci.パートA1、６巻、2689〜2
701ページ（1968）、Macroreticular Resins III:Forma
tion of Macroreticular Styrene−Divinylbenzene Cop
olymers;及び1980年１月29日にUgelstadに発行された米
国特許4,186,120号。当業者に知られているこれらや他
の技術は、乳化及び懸濁重合の条件或はUgelstad特許に
開示されている混成技法を開示しており、これらは重合
によって実質的に球形のポロンの製造を可能にする。こ
れらの直径数〜数百オングストローム程度の所定の寸法
の均一な粒子を相互接着させて、パーヒュージョンクロ
マトグラフィーを実施するのによく適した多数の異方性
通し細孔、ブラインド細孔及び種々の一層小さい通し細
孔を含む所望の平均的大きさの一層大きい複合粒子を製
造する。これらの従来技術を用いて従来作られたクロマ
トグラフィー粒子と本発明の実施において有用な粒子と
の間の差異は、パーヒュージョンクロマトグラフィーに
ついて必要とされる通し細孔の寸法にある。
パーヒュージョンクロマトグラフィーを実施するのに
適した粒子の出所の一つは、英国、ShropshireのPOLYME
R LABORATORIES（PL）である。PLは、ジビニルベンゼン
で架橋したポリスチレンのポロンを、重合の間にランダ
ムに凝集させて粒子を形成させてなるクロマトグラフィ
ー媒体の系統を販売している。PLは、平均直径８〜10μ
ｍ及び粒子−平均細孔直径1000〜4000Åを有する粒子か
らなる２種の「マクロ多孔質」クロマトグラフィー媒体
を製造し、次いで市販した。実際、粒子の平均細孔直径
は、通し細孔とサブ細孔との平均を表わし、これよりこ
れらの材料のパーヒュージョン特性に対して殆ど意味を
持たない。本書に名前を挙げる発明者は、これらの粒子
が、「1000Å」粒子の場合2000Åを越え、かつ「4000
Å」粒子の場合6000Åを越える平均通し細孔直径を有す
ることを見出した。これらのタイプの粒子幾何学が、本
明細書中に開示する適度の高い流量条件でパーヒューズ
させることができる。
適した粒子の出所の一つは、英国、ShropshireのPOLYME
R LABORATORIES（PL）である。PLは、ジビニルベンゼン
で架橋したポリスチレンのポロンを、重合の間にランダ
ムに凝集させて粒子を形成させてなるクロマトグラフィ
ー媒体の系統を販売している。PLは、平均直径８〜10μ
ｍ及び粒子−平均細孔直径1000〜4000Åを有する粒子か
らなる２種の「マクロ多孔質」クロマトグラフィー媒体
を製造し、次いで市販した。実際、粒子の平均細孔直径
は、通し細孔とサブ細孔との平均を表わし、これよりこ
れらの材料のパーヒュージョン特性に対して殆ど意味を
持たない。本書に名前を挙げる発明者は、これらの粒子
が、「1000Å」粒子の場合2000Åを越え、かつ「4000
Å」粒子の場合6000Åを越える平均通し細孔直径を有す
ることを見出した。これらのタイプの粒子幾何学が、本
明細書中に開示する適度の高い流量条件でパーヒューズ
させることができる。
逆相クロマトグラフィー用に有用と言われるPL粒子の
一つのタイプは未処理のポリスチレンジビニルベンゼン
（PSDVB）である。それの相互作用性表面は、蛋白質に
おける疎水性パッチと相互作用する疎水性ポリマー表面
である。第二の粒子タイプは相互作用性表面要素をポリ
エチレンイミンで誘導体化しかつアニオン交換に有用な
カチオン表面として作用する。両方のタイプの粒子は、
F.E.Regnierが開始した。蛋白質のような大きい溶質の
粒子内拡散を、細孔寸法を大きくすることによって増大
させようとする前進的努力において製造された。本書に
名前を挙げる発明者は、これらの粒子をパーヒューシブ
クロマトグラフィー領域の知見において用いた。
一つのタイプは未処理のポリスチレンジビニルベンゼン
（PSDVB）である。それの相互作用性表面は、蛋白質に
おける疎水性パッチと相互作用する疎水性ポリマー表面
である。第二の粒子タイプは相互作用性表面要素をポリ
エチレンイミンで誘導体化しかつアニオン交換に有用な
カチオン表面として作用する。両方のタイプの粒子は、
F.E.Regnierが開始した。蛋白質のような大きい溶質の
粒子内拡散を、細孔寸法を大きくすることによって増大
させようとする前進的努力において製造された。本書に
名前を挙げる発明者は、これらの粒子をパーヒューシブ
クロマトグラフィー領域の知見において用いた。
これらの材料は、パリエチレンイミン誘導体化材料に
ついて商品名PL−SAX 4000で、未誘導体化材料について
商品名PLRP−S 4000で販売されている。これらの材料は
パーヒュージョンクロマトグラフィー用に最適とは言え
ないが、これらの材料の充填床における間隙のある空間
及び粒子における通し細孔によって定められる細孔は、
パーヒュージョンクロマトグラフィーを実用的流れ条件
下で達成するのに適した比率を有する。
ついて商品名PL−SAX 4000で、未誘導体化材料について
商品名PLRP−S 4000で販売されている。これらの材料は
パーヒュージョンクロマトグラフィー用に最適とは言え
ないが、これらの材料の充填床における間隙のある空間
及び粒子における通し細孔によって定められる細孔は、
パーヒュージョンクロマトグラフィーを実用的流れ条件
下で達成するのに適した比率を有する。
図4A、4B及び4Cを参照すれば、PLの10μ、4,000Å多
孔質粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。図4Cに示す通り
に、材料は直径およそ1500〜2000Åの相互接着されたポ
ロンを多数含み、これらは、明らかにランダムに凝集さ
れて不規則高表面積及び多数の通し細孔及びサブ細孔を
生じている。
孔質粒子の走査電子顕微鏡写真を示す。図4Cに示す通り
に、材料は直径およそ1500〜2000Åの相互接着されたポ
ロンを多数含み、これらは、明らかにランダムに凝集さ
れて不規則高表面積及び多数の通し細孔及びサブ細孔を
生じている。
図4Dに示す通りに、適したVbedにおいて、クロマトグ
ラフィー流体は粒子内の曲がりくねった通路の中を対流
によって移動する。パーヒューシブ細孔は、異方性であ
り、ランダムに枝別れし、任意の所定の点で直径が変
り、物質輸送が拡散によって支配される多数のブライン
ド細孔になる。ブラインド細孔及びルーピング細孔（サ
ブ細孔）は、ポロンの直径より相当に小さい（1/3程
度）平均直径、及びポロンの直径のフラクション程に小
さいからポロンの直径の５〜10倍の範囲になることがで
きる深さを有するのが普通である。
ラフィー流体は粒子内の曲がりくねった通路の中を対流
によって移動する。パーヒューシブ細孔は、異方性であ
り、ランダムに枝別れし、任意の所定の点で直径が変
り、物質輸送が拡散によって支配される多数のブライン
ド細孔になる。ブラインド細孔及びルーピング細孔（サ
ブ細孔）は、ポロンの直径より相当に小さい（1/3程
度）平均直径、及びポロンの直径のフラクション程に小
さいからポロンの直径の５〜10倍の範囲になることがで
きる深さを有するのが普通である。
図5A及び5Bは幾何学のスケール倍率を概略で例示す
る。図5Aは、複数の粒子20の各々が隣と接触しかつ間隙
22を定めるのを示すクロマトグラフィーカラムの断面で
あり、間隙22は、発明を具体化するこのマトリックスの
形態で、第一細孔集合を構成する、粒子は、例示する通
りに、直径およそ10マイクロメートルである。間隙の平
均直径は広い範囲になるが、粒子20の平均直径の1/3程
度になるのが普通である。図5Aにおける円Ｂを、図5Bに
おいて10倍にして相互関係を示す。図5Bでは、床の微細
構造をおよそ１マイクロメートルのスケールで示す。粒
子はブランク円24として示すポロンのクラスターを含
む。ポロンクラスターの間の間隙は通し細孔14を定め
る。ここで、クラスター24を構成する個々のポロンを点
によって示す。次の詳細のレベル、すなわち0.1μｍ或
は1000オングストローム（図示せず）で、ポロンクラス
ター24はおおよそ球形のポロンの凝集を構成するのが見
られる。このような構造では、凝集体24を構成するポロ
ンの間の間隙は、図1Cに概略で示すような慣用のクロマ
トグラフィー媒体の拡散支配された粒子に類似してい
る。これらにおいてのみ、物質輸送は拡散依存性であ
る。
る。図5Aは、複数の粒子20の各々が隣と接触しかつ間隙
22を定めるのを示すクロマトグラフィーカラムの断面で
あり、間隙22は、発明を具体化するこのマトリックスの
形態で、第一細孔集合を構成する、粒子は、例示する通
りに、直径およそ10マイクロメートルである。間隙の平
均直径は広い範囲になるが、粒子20の平均直径の1/3程
度になるのが普通である。図5Aにおける円Ｂを、図5Bに
おいて10倍にして相互関係を示す。図5Bでは、床の微細
構造をおよそ１マイクロメートルのスケールで示す。粒
子はブランク円24として示すポロンのクラスターを含
む。ポロンクラスターの間の間隙は通し細孔14を定め
る。ここで、クラスター24を構成する個々のポロンを点
によって示す。次の詳細のレベル、すなわち0.1μｍ或
は1000オングストローム（図示せず）で、ポロンクラス
ター24はおおよそ球形のポロンの凝集を構成するのが見
られる。このような構造では、凝集体24を構成するポロ
ンの間の間隙は、図1Cに概略で示すような慣用のクロマ
トグラフィー媒体の拡散支配された粒子に類似してい
る。これらにおいてのみ、物質輸送は拡散依存性であ
る。
一層小さい粒子の凝集体から作る上述したタイプのク
ロマトグラフィーマトリックスが、いくつかの幾何学的
長さのスケールにわたって自己類似性を示しかつこれよ
りMandlebrot命名法において「フラクタルス（fractal
s）」であることは認められよう。
ロマトグラフィーマトリックスが、いくつかの幾何学的
長さのスケールにわたって自己類似性を示しかつこれよ
りMandlebrot命名法において「フラクタルス（fractal
s）」であることは認められよう。
所定の蛋白質を分取分離するための理想的なパーヒュ
ーシブクロマトグラフィーマトリックスは、サブ細孔を
拡散輸送を可能にする大きさにさせてなる。すなわち、
ポロンの間の間隙は、分子量の一層大きい蛋白質のため
に、一層大きくすべきである。これは、一層大きいポロ
ンを凝集させることを必要とする。幸運にも、ミセル、
乳化、懸濁及び「膨潤乳化」重合を利用する既知の重合
技術、及び不混和性混合物のホモゲナイゼーションを含
む種々の技術が知られている。これらの技術は、例え
ば、上述した参考文献及びUniform Latex Paricles,（B
angs,L.B.,Seradyn,インコーポレーティド、1987）に開
示されている通りに、種々の寸法の粒子の製造を可能に
する。これらの方法を用いて200Åから約20μｍまでの
範囲の均一な平均直径の粒子を作ることができる。上述
したPL1,000及び4,000材料の場合、クラスター24はそれ
ぞれ１μｍ及び２μｍ程度である。
ーシブクロマトグラフィーマトリックスは、サブ細孔を
拡散輸送を可能にする大きさにさせてなる。すなわち、
ポロンの間の間隙は、分子量の一層大きい蛋白質のため
に、一層大きくすべきである。これは、一層大きいポロ
ンを凝集させることを必要とする。幸運にも、ミセル、
乳化、懸濁及び「膨潤乳化」重合を利用する既知の重合
技術、及び不混和性混合物のホモゲナイゼーションを含
む種々の技術が知られている。これらの技術は、例え
ば、上述した参考文献及びUniform Latex Paricles,（B
angs,L.B.,Seradyn,インコーポレーティド、1987）に開
示されている通りに、種々の寸法の粒子の製造を可能に
する。これらの方法を用いて200Åから約20μｍまでの
範囲の均一な平均直径の粒子を作ることができる。上述
したPL1,000及び4,000材料の場合、クラスター24はそれ
ぞれ１μｍ及び２μｍ程度である。
細孔構造に関して、多モードであるPL4,000材料と対
照に、一層理想的なパーヒューシブ粒子は種々の直径の
通し細孔及びサブ細孔の集合を多数含む。このような粒
子において、二モードの細孔寸法分布は、２つの別個の
細孔寸法を有する粒子を等比率で混合することにより、
或はこの特徴を重合段階で作り出すことによって達成す
ることができる。通し細孔部分集合の間の平均直径比を
10より小さくし、最も小さい通し細孔集合とサブ細孔と
の間の平均直径比を20より小さくし、第一細孔集合、す
なわちマトリックスを構成する粒子の間の間隙と最も大
きい通し細孔部分集合との間の平均直径比を70より小さ
く、好ましくは50より小さくするのが理想的である。多
モードの材料は、500Åポロンを凝集させておよそ１μ
ｍのクラスターを形成し、立ち変わって、これらを凝集
させて10μｍの凝集対を形成し、立ち変わって、これら
を凝結させて100μｍの粒子を形成することによって製
造することができる。このようなデザインで、１μｍク
ラスターは平均直径が数百オングストローム近辺の間隙
を有することになる。これらはサブ細孔を定めかつ極め
て大きい表面積をもたらす。これらの細孔内の拡散輸送
が距離0.5μｍ或は5,000Åを越えなければならないこと
になるのはめったに無い、10μｍの凝集体を構成する１
μｍクラスターの間の間隙は、対流流れが拡散細孔を与
えるのを可能にさせる。これらは直径0.3μｍ程度であ
る。立ち変わって、これらの通し細孔には100μｍ粒子
を構成する10μｍ粒子の間の間隙によって定められる一
層大きい細孔が与えられる。これらは平均直径35μｍ程
度を有する。
照に、一層理想的なパーヒューシブ粒子は種々の直径の
通し細孔及びサブ細孔の集合を多数含む。このような粒
子において、二モードの細孔寸法分布は、２つの別個の
細孔寸法を有する粒子を等比率で混合することにより、
或はこの特徴を重合段階で作り出すことによって達成す
ることができる。通し細孔部分集合の間の平均直径比を
10より小さくし、最も小さい通し細孔集合とサブ細孔と
の間の平均直径比を20より小さくし、第一細孔集合、す
なわちマトリックスを構成する粒子の間の間隙と最も大
きい通し細孔部分集合との間の平均直径比を70より小さ
く、好ましくは50より小さくするのが理想的である。多
モードの材料は、500Åポロンを凝集させておよそ１μ
ｍのクラスターを形成し、立ち変わって、これらを凝集
させて10μｍの凝集対を形成し、立ち変わって、これら
を凝結させて100μｍの粒子を形成することによって製
造することができる。このようなデザインで、１μｍク
ラスターは平均直径が数百オングストローム近辺の間隙
を有することになる。これらはサブ細孔を定めかつ極め
て大きい表面積をもたらす。これらの細孔内の拡散輸送
が距離0.5μｍ或は5,000Åを越えなければならないこと
になるのはめったに無い、10μｍの凝集体を構成する１
μｍクラスターの間の間隙は、対流流れが拡散細孔を与
えるのを可能にさせる。これらは直径0.3μｍ程度であ
る。立ち変わって、これらの通し細孔には100μｍ粒子
を構成する10μｍ粒子の間の間隙によって定められる一
層大きい細孔が与えられる。これらは平均直径35μｍ程
度を有する。
前記から、第一及び第二細孔集合並びにそれらの相対
的大きさに関する検討が理想化したものであり、実施に
おいて達成し得るが、必ずしも最適でないことを認識す
べきである。しかし、この理想化は、パーヒュージョン
クロマトグラフィー系の本性及び性質を理解するのに有
用である。実施において、両方の細孔集合、特に第二細
孔集合は、平均直径が広い範囲になることができる。
的大きさに関する検討が理想化したものであり、実施に
おいて達成し得るが、必ずしも最適でないことを認識す
べきである。しかし、この理想化は、パーヒュージョン
クロマトグラフィー系の本性及び性質を理解するのに有
用である。実施において、両方の細孔集合、特に第二細
孔集合は、平均直径が広い範囲になることができる。
図5Cを参照すれば、異なる形態のパーヒューシブクロ
マトグラフィー媒体を、不透質材料30が人工的に作った
通し細孔14からなるとして例示する。図示する通りに、
細孔は、対流流れのための中央流路並びに細孔の内壁34
から延在しかつ大きい表面積を定める薄い半径方向のフ
ィン32を含む。低い流体速度では、溶質相互作用性表面
に接近するのに、半径方向に向けたフィン32と対流細孔
14との間の拡散が必要とされよう。圧力が高くなれば、
通し細孔14内かつ半径方向フィン32の間の空間内を軸方
向に対流流れを生じ、壁及びフィンに配置した溶質相互
作用性表面に極めて接近した溶質の対流輸送が可能にな
る。
マトグラフィー媒体を、不透質材料30が人工的に作った
通し細孔14からなるとして例示する。図示する通りに、
細孔は、対流流れのための中央流路並びに細孔の内壁34
から延在しかつ大きい表面積を定める薄い半径方向のフ
ィン32を含む。低い流体速度では、溶質相互作用性表面
に接近するのに、半径方向に向けたフィン32と対流細孔
14との間の拡散が必要とされよう。圧力が高くなれば、
通し細孔14内かつ半径方向フィン32の間の空間内を軸方
向に対流流れを生じ、壁及びフィンに配置した溶質相互
作用性表面に極めて接近した溶質の対流輸送が可能にな
る。
別の形態のパーヒューシブマトリックス（図示せず）
は、膜或は中空繊維における比較的均一な細孔のような
流れ流路の内壁に、溶質相互作用性表面積を含む微細な
粒子を付着させてなる。サブ細孔は粒子間の間隙、流れ
流路による第二細孔集合、及び例えば、膜の表面に対し
て接線方向に或は繊維バンドルにおける中空繊維の間に
配置された他の流路による第一細孔によって定められ
る。このような構造を製造する技術はよく知られてい
る。この一般的なタイプの既存の構造とパーヒューシブ
クロマトグラフィー用にデザインするものとの間の差異
は、両タイプの流路において対流流れを促進させるため
に、第一及び第二細孔集合の大きさを本明細書中に記載
する通りにデザインすることにある。
は、膜或は中空繊維における比較的均一な細孔のような
流れ流路の内壁に、溶質相互作用性表面積を含む微細な
粒子を付着させてなる。サブ細孔は粒子間の間隙、流れ
流路による第二細孔集合、及び例えば、膜の表面に対し
て接線方向に或は繊維バンドルにおける中空繊維の間に
配置された他の流路による第一細孔によって定められ
る。このような構造を製造する技術はよく知られてい
る。この一般的なタイプの既存の構造とパーヒューシブ
クロマトグラフィー用にデザインするものとの間の差異
は、両タイプの流路において対流流れを促進させるため
に、第一及び第二細孔集合の大きさを本明細書中に記載
する通りにデザインすることにある。
以上から、発明のマトリックスを多くの特定の形態で
具体化し得ることは、明らかである。発明のマトリック
スは、無機材料並びにポリマーから製造することができ
る。
具体化し得ることは、明らかである。発明のマトリック
スは、無機材料並びにポリマーから製造することができ
る。
パーヒューシブマトリックス材料の最適化 上述した通りに、パーヒューシブ領域に入るには、通
し細孔ペクレ数（Pe II）は１を越えなければならな
い。しかし、高いPe II,少なくとも５、最も好ましくは
10より大きいのが好ましい。パーヒューシブ挙動は、
又、内表面積に依存する。従って、サブ細孔或は相互作
用性表面をもたらすその他の形状に容易に接近すること
は重要である。このようなマトリックスのデザインのパ
ラメーターの具体例として、所定のポロン直径を有する
上述したタイプの粒子の凝集体形成を調べることが重要
になり得る。
し細孔ペクレ数（Pe II）は１を越えなければならな
い。しかし、高いPe II,少なくとも５、最も好ましくは
10より大きいのが好ましい。パーヒューシブ挙動は、
又、内表面積に依存する。従って、サブ細孔或は相互作
用性表面をもたらすその他の形状に容易に接近すること
は重要である。このようなマトリックスのデザインのパ
ラメーターの具体例として、所定のポロン直径を有する
上述したタイプの粒子の凝集体形成を調べることが重要
になり得る。
所定の粒子寸法（Dp）について、粒子ボイドフラクシ
ョンが一定ならば、流れ流路（dp）が大きい程、粒子当
りの流れ流路は少なくなり得る。その上、流れ流路が大
きくなる程、それを形成するのにクラスターを大きくし
なければならず、これより、表面積に接近するのに要す
る拡散浸透が深くならなければならない。孔を少なくす
るが大きくして用いることの利点は、パーヒュージョン
が比較的低い床速度及び対応する圧力損失において、効
果を現すことである。パーヒュージョンは床速度に依存
し、速度の上限は収着剤粒子の圧力許容限界によって指
図される。この束縛は、粒子直径が大きい場合、有為性
が低くなる。これについては下記に説明する。
ョンが一定ならば、流れ流路（dp）が大きい程、粒子当
りの流れ流路は少なくなり得る。その上、流れ流路が大
きくなる程、それを形成するのにクラスターを大きくし
なければならず、これより、表面積に接近するのに要す
る拡散浸透が深くならなければならない。孔を少なくす
るが大きくして用いることの利点は、パーヒュージョン
が比較的低い床速度及び対応する圧力損失において、効
果を現すことである。パーヒュージョンは床速度に依存
し、速度の上限は収着剤粒子の圧力許容限界によって指
図される。この束縛は、粒子直径が大きい場合、有為性
が低くなる。これについては下記に説明する。
図８は、呼称直径10μｍ粒子床についての、床速度
（cm/時間）対細孔直径（Å）のグラフである。グラフ
は、10μｍ粒子、粒子内流れ流路の直径が粒子寸法の1/
3であり、かつ特性細孔拡散時間が対流時間より短いこ
とを仮定して、通し細孔ペクレ数10を達成するための最
小及び最大通し細孔寸法を示す。すなわち、例えば、10
μｍ粒子は、1,000cm/時間において、ペクレ数10又はそ
れ以上を達成するために、平均細孔直径が約5,000Åよ
り大きいことを必要とする。「最大細孔寸法」と表示す
るカーブは、種々の床速度であって、それらにおいて、
細孔を通る対流流れが非常に速いので、サブ細孔に入る
及びサブ細孔から出る溶質拡散が余り遅くて相互作用性
表面への有効な物質移動を生じさせることができないよ
うな速度について、最大平均通し細孔直径を表わす。パ
ーヒュージョンを確立する（Pe II＞10）のに要する最
小床速度は、通し細孔平均直径が増大するにつれて減少
することに注意すること。また、パーヒュージョンは、
慣用の多孔質媒体（＜500Å細孔寸法）において有意の
程度に起きないことにも注意すること。
（cm/時間）対細孔直径（Å）のグラフである。グラフ
は、10μｍ粒子、粒子内流れ流路の直径が粒子寸法の1/
3であり、かつ特性細孔拡散時間が対流時間より短いこ
とを仮定して、通し細孔ペクレ数10を達成するための最
小及び最大通し細孔寸法を示す。すなわち、例えば、10
μｍ粒子は、1,000cm/時間において、ペクレ数10又はそ
れ以上を達成するために、平均細孔直径が約5,000Åよ
り大きいことを必要とする。「最大細孔寸法」と表示す
るカーブは、種々の床速度であって、それらにおいて、
細孔を通る対流流れが非常に速いので、サブ細孔に入る
及びサブ細孔から出る溶質拡散が余り遅くて相互作用性
表面への有効な物質移動を生じさせることができないよ
うな速度について、最大平均通し細孔直径を表わす。パ
ーヒュージョンを確立する（Pe II＞10）のに要する最
小床速度は、通し細孔平均直径が増大するにつれて減少
することに注意すること。また、パーヒュージョンは、
慣用の多孔質媒体（＜500Å細孔寸法）において有意の
程度に起きないことにも注意すること。
図９は、直ぐ上で検討した同じ仮定を行って、ペクレ
数（Pe II）を10より大きくするのに要する、1,000〜5,
000cm/時間の範囲の、種々の床速度について、種々の直
径の粒子（μｍで表わす）について必要とされる最小細
孔直径（数千オングストロームで表わす）を示す。パー
ヒュージョンが、直径の一層大きい粒子に関して用い得
ることは、明らかである。例えば、500Å拡散細孔にな
る、１μｍの流路を有する50μｍ粒子は、800cm/時間を
越える床速度において、パヒューシブ様式で作動する。
数（Pe II）を10より大きくするのに要する、1,000〜5,
000cm/時間の範囲の、種々の床速度について、種々の直
径の粒子（μｍで表わす）について必要とされる最小細
孔直径（数千オングストロームで表わす）を示す。パー
ヒュージョンが、直径の一層大きい粒子に関して用い得
ることは、明らかである。例えば、500Å拡散細孔にな
る、１μｍの流路を有する50μｍ粒子は、800cm/時間を
越える床速度において、パヒューシブ様式で作動する。
パーヒューシブクロマトグラフィーマトリックスの流
れ特性の分析は、サブ細孔に至る大きい通し細孔を有す
る大きい粒子を用いることによって、極めて有意の利点
が得られことを示唆する。一定の床速度において、粒子
寸法Dp1を、次いで通し細孔寸法dp1を有する床をスケー
ルアップすることによって、分離能を保つ、すなわちプ
レート高さを一定に保とうとする場合、一層大きい粒子
（Dp2）及びそれらの細孔（dp2）は，下記式によって与
えられる： プレート高さ一定かつ全圧力損失一定においてスケール
アップするには、下記の関係： 及び一般に下記の関係がある： 前記の関係の研究から明らかな通りに、線状粒子寸法
／細孔寸法スケールアップは、同じ分離を一層速くかつ
一層低い圧力損失で行なうのを可能にさせる。この挙動
は、現行のクロマトグラフィー理論及び実施に基ずけ
ば、反直観的である。
れ特性の分析は、サブ細孔に至る大きい通し細孔を有す
る大きい粒子を用いることによって、極めて有意の利点
が得られことを示唆する。一定の床速度において、粒子
寸法Dp1を、次いで通し細孔寸法dp1を有する床をスケー
ルアップすることによって、分離能を保つ、すなわちプ
レート高さを一定に保とうとする場合、一層大きい粒子
（Dp2）及びそれらの細孔（dp2）は，下記式によって与
えられる： プレート高さ一定かつ全圧力損失一定においてスケール
アップするには、下記の関係： 及び一般に下記の関係がある： 前記の関係の研究から明らかな通りに、線状粒子寸法
／細孔寸法スケールアップは、同じ分離を一層速くかつ
一層低い圧力損失で行なうのを可能にさせる。この挙動
は、現行のクロマトグラフィー理論及び実施に基ずけ
ば、反直観的である。
このスケールアップ概念を説明するために、10式か
ら、細孔を５倍増大させることによって、50μｍパーヒ
ューシブ粒子のプレート高さは、10μｍパーヒューシブ
粒子の25倍大きい速度及び同じ圧力損失におけるプレー
ト高さに等しくなることに注目すること。一層大きい粒
子を用い、圧力損失を一層小さくし、床速度を同じにし
て作働させるためには、細孔寸法を更に一層大きくし
て、スケールアップ次に一定のプレート高さを取るよう
にしなければならない（９式参照）。25倍低い圧力損失
において同等の分離能分離を達成するには、細孔寸法を
約11倍増大させることを必要とする。11式から、例え
ば、50μｍ粒子を用いることにより、５倍の床速度の増
加、５倍の圧力損失低下及び５倍の細孔直径増加が、10
μｍ粒子に比べて、同じ分離能を一層速くかつ一層低い
圧力損失で達成することは、明らかである。
ら、細孔を５倍増大させることによって、50μｍパーヒ
ューシブ粒子のプレート高さは、10μｍパーヒューシブ
粒子の25倍大きい速度及び同じ圧力損失におけるプレー
ト高さに等しくなることに注目すること。一層大きい粒
子を用い、圧力損失を一層小さくし、床速度を同じにし
て作働させるためには、細孔寸法を更に一層大きくし
て、スケールアップ次に一定のプレート高さを取るよう
にしなければならない（９式参照）。25倍低い圧力損失
において同等の分離能分離を達成するには、細孔寸法を
約11倍増大させることを必要とする。11式から、例え
ば、50μｍ粒子を用いることにより、５倍の床速度の増
加、５倍の圧力損失低下及び５倍の細孔直径増加が、10
μｍ粒子に比べて、同じ分離能を一層速くかつ一層低い
圧力損失で達成することは、明らかである。
下記の表は、６つのケース研究についてこれらの関係
を示す。各々のケースにおいて、１欄は５倍の粒子寸法
の増大を要する。ケースＡでは、一層大きい粒子の細孔
寸法は変えないままにしかつ同じ空塔床速度を用いる
（４欄）。このケースでは、一層大きい粒子の床は、一
層小さい粒子の床に比べて、圧力低下1/25で作動し（３
欄）かつ1/25の通し細孔速度を有する（５欄）。しか
し、一層大きい粒子の通し細孔におけるペクレ数は一層
小さい粒子のペクレ数の1/5にすぎず、プレート高さは1
25倍増大し、分離能を大きく減少させる。
を示す。各々のケースにおいて、１欄は５倍の粒子寸法
の増大を要する。ケースＡでは、一層大きい粒子の細孔
寸法は変えないままにしかつ同じ空塔床速度を用いる
（４欄）。このケースでは、一層大きい粒子の床は、一
層小さい粒子の床に比べて、圧力低下1/25で作動し（３
欄）かつ1/25の通し細孔速度を有する（５欄）。しか
し、一層大きい粒子の通し細孔におけるペクレ数は一層
小さい粒子のペクレ数の1/5にすぎず、プレート高さは1
25倍増大し、分離能を大きく減少させる。
ケースＢでは、細孔寸法は一定のままであり（２欄）
かつ空塔床速度を５倍増大させる（４欄）。このケース
では、圧力低下は細孔速度のように1/5にすぎない。ペ
クレ数は一定のままであるが、プレート高さは25倍増大
する。
かつ空塔床速度を５倍増大させる（４欄）。このケース
では、圧力低下は細孔速度のように1/5にすぎない。ペ
クレ数は一定のままであるが、プレート高さは25倍増大
する。
ケースＣでは、細孔寸法及び操作圧力は一定のままで
あり、床速度は一層小さい粒子床の25倍になる。細孔を
通る速度も又一定のままであり、ペクレ数は５倍増大
し、プレート高さも同様の倍率増大する。
あり、床速度は一層小さい粒子床の25倍になる。細孔を
通る速度も又一定のままであり、ペクレ数は５倍増大
し、プレート高さも同様の倍率増大する。
ケースＤでは、粒子の通し細孔を粒子直径と同じ倍率
スケールアップし、圧力低下を保ち、空塔床速度を25倍
増大させるに至る。従って、通し細孔流体速度は５倍増
大し、ペクル数は25倍増大し、プレート高さは一定のま
まになる。
スケールアップし、圧力低下を保ち、空塔床速度を25倍
増大させるに至る。従って、通し細孔流体速度は５倍増
大し、ペクル数は25倍増大し、プレート高さは一定のま
まになる。
ケースＥでは、通し細孔の直径を125（粒子直径に対
して５）倍増大させる。これより、圧力低下は、同じ床
速度で、一層小さい粒子のケースに比べて25倍高くな
る。通し細孔における流体速度が５倍大きくなると、ペ
クレ数は25倍増大し、プレート高さは同じままである。
して５）倍増大させる。これより、圧力低下は、同じ床
速度で、一層小さい粒子のケースに比べて25倍高くな
る。通し細孔における流体速度が５倍大きくなると、ペ
クレ数は25倍増大し、プレート高さは同じままである。
最後に、ケースＦでは、通し細孔を粒子寸法と同じよ
うにしてスケールし、床速度を５倍にして操作する。こ
のケースにおいて経験する操作圧力は1/5にすぎない。
それでも、通し細孔における流体速度はベースケースの
５倍であり、ペクレ数は25倍増大し、プレート高さ、す
なわち分解能は一定のままである。
うにしてスケールし、床速度を５倍にして操作する。こ
のケースにおいて経験する操作圧力は1/5にすぎない。
それでも、通し細孔における流体速度はベースケースの
５倍であり、ペクレ数は25倍増大し、プレート高さ、す
なわち分解能は一定のままである。
上記の解析において、ペクレ数の比を示す６欄は、生
産性が拡散粒子より勝って達成される利点を表わす。プ
レート高さ比は、分離能が、一層小さいパーヒューシブ
粒子に勝って達成される利点（不利）を表わす。すなわ
ち、ケースD,E及びＦでは、通し細孔の極めて有為な増
大及び／または圧力損失の低下が、一層小さい粒子の分
離能を保ちながら達成される。
産性が拡散粒子より勝って達成される利点を表わす。プ
レート高さ比は、分離能が、一層小さいパーヒューシブ
粒子に勝って達成される利点（不利）を表わす。すなわ
ち、ケースD,E及びＦでは、通し細孔の極めて有為な増
大及び／または圧力損失の低下が、一層小さい粒子の分
離能を保ちながら達成される。
よって、発明を具体化するクロマトグラフィー系にお
いてパーヒューシブ様式の溶質輸送を最も良く利用する
ために、多くのトレードオフをなし得ることは、明らか
である。また、平均直径300〜700オングストローム程度
のサブ細孔になる一層大きい通し細孔を有する、大き
い、例えば直径約40μｍより大きい粒子が、極めて有望
なマトリックス材料のクラスを表わすことは、明らかで
ある。
いてパーヒューシブ様式の溶質輸送を最も良く利用する
ために、多くのトレードオフをなし得ることは、明らか
である。また、平均直径300〜700オングストローム程度
のサブ細孔になる一層大きい通し細孔を有する、大き
い、例えば直径約40μｍより大きい粒子が、極めて有望
なマトリックス材料のクラスを表わすことは、明らかで
ある。
好例 パーヒュージョンクロマトグラフィーの利点は、上述
した市販されている粒状媒体（PL1,000及PL4,000）を未
処理で及びポリエチレンイミンで誘導体化しての両方を
使用して、かつ又、PL4,000材料と同様であるが、一層
大きい粒子直径を有する、Polymer Laboratories,Ltd.
製の原形材料によっても、十分に立証した。蛋白質精製
及び分離の仕事において一般的に遭遇するタイプの蛋白
質の合成混合物を用いて試験を行なった。
した市販されている粒状媒体（PL1,000及PL4,000）を未
処理で及びポリエチレンイミンで誘導体化しての両方を
使用して、かつ又、PL4,000材料と同様であるが、一層
大きい粒子直径を有する、Polymer Laboratories,Ltd.
製の原形材料によっても、十分に立証した。蛋白質精製
及び分離の仕事において一般的に遭遇するタイプの蛋白
質の合成混合物を用いて試験を行なった。
バンド展開は、従来のクロマトグラフィーと異なり、
パーヒューシブクロマトグラフィー領域における高い流
速によって、悪化されないという証拠を図10に示す。PL
4,000材料を充填した50mm×4.6mmカラムの蛋白質アウト
プットを光学的吸収によって検出して調製したこれらの
クロマトグラムは、例えば、蛋白質OVA（オボアルブミ
ン）及びSTI（大豆トリプシンインヒビター）の分離能
は、図10の左から右に、1ml/分（350cm/時間）、2ml/分
（750cm/時間）、及び4ml/分（1400cm/時間）における
のと同様であることを極めて明瞭に示す。これらのクロ
マトグラムは、それぞれ、分離能6.0、6.5及び6.2を達
成した。
パーヒューシブクロマトグラフィー領域における高い流
速によって、悪化されないという証拠を図10に示す。PL
4,000材料を充填した50mm×4.6mmカラムの蛋白質アウト
プットを光学的吸収によって検出して調製したこれらの
クロマトグラムは、例えば、蛋白質OVA（オボアルブミ
ン）及びSTI（大豆トリプシンインヒビター）の分離能
は、図10の左から右に、1ml/分（350cm/時間）、2ml/分
（750cm/時間）、及び4ml/分（1400cm/時間）における
のと同様であることを極めて明瞭に示す。これらのクロ
マトグラムは、それぞれ、分離能6.0、6.5及び6.2を達
成した。
図11は、パーヒューシブクロマトグラフィーが、高い
床速度及び浅いカラム幾何学において、蛋白質の高い分
離能及び極めて速い分離を生じ得ることを例示するデー
タを示す。図11は、長さ5mm×幅6mmのカラムにより、PL
4,000材料を流速3ml/分で使用して得られた。４つの試
験の蛋白質の分離能は１分より短い時間であることを注
記する。
床速度及び浅いカラム幾何学において、蛋白質の高い分
離能及び極めて速い分離を生じ得ることを例示するデー
タを示す。図11は、長さ5mm×幅6mmのカラムにより、PL
4,000材料を流速3ml/分で使用して得られた。４つの試
験の蛋白質の分離能は１分より短い時間であることを注
記する。
図12は、試験蛋白質混合物の分離について、非多孔質
媒体対パーヒューシブ媒体の性能を比較するものであ
る。PL4,000材料（右）は、PL材料の寸法がずっと大き
い（10μｍ対３μｍ）にもかかわらず、非多孔質粒子
（左）に匹敵するように機能するのが見られる。これ
は、分離能が、典型的には、粒子直径の二乗と逆関係に
ある拡散媒体と対照をなす。
媒体対パーヒューシブ媒体の性能を比較するものであ
る。PL4,000材料（右）は、PL材料の寸法がずっと大き
い（10μｍ対３μｍ）にもかかわらず、非多孔質粒子
（左）に匹敵するように機能するのが見られる。これ
は、分離能が、典型的には、粒子直径の二乗と逆関係に
ある拡散媒体と対照をなす。
図13A〜13Dは、PL4,000未誘導体化粒子（逆相）を用
いた、床速度、それぞれ900、1200、1500及び1200cm/時
間において、それぞれ90、80、60及び40秒より短い時間
での６つの蛋白質の高分解分離を示す。これらのクロマ
トグラムは、6mm×5mmカラムで、トリフルオロ酢酸及び
アセトニトリルの勾配に関して得られた。クロマトグラ
ム13Dは、一層急な勾配を用いることによって達成され
た。
いた、床速度、それぞれ900、1200、1500及び1200cm/時
間において、それぞれ90、80、60及び40秒より短い時間
での６つの蛋白質の高分解分離を示す。これらのクロマ
トグラムは、6mm×5mmカラムで、トリフルオロ酢酸及び
アセトニトリルの勾配に関して得られた。クロマトグラ
ム13Dは、一層急な勾配を用いることによって達成され
た。
図14は、対流輸送がパーヒューシブクロマトグラフィ
ー手順に寄与することのそれ以上の証拠を供する。図14
は、PL4,000材料を充填した250mm×4.5mmカラムを使用
し、250mM NaClで溶離して調整したリゾチーム（Ａ）及
び酸性ホスファターゼ（Ｂ）についてのプレート高さカ
ーブ（Ｈ対流速）を開示する。例示する通りに、プレー
ト高さカーブは、低い移動相速度では、従来のマトリッ
クス材料と区別することができない。すなわち、プレー
ト高さは、約1ml/分より低いところでは、流速が増すと
ともに増大するのが見られる。しかし、酸性ホスファタ
ーゼの場合、１〜2ml/分の範囲、及びリゾチームの場
合、２〜3ml/分の範囲の高い移動相速度では、プレート
高さカーブは実際平坦である。極めて高い速度、すなわ
ち、酸性ホスファターゼの場合約700〜800ml/分及びリ
ゾチームの場合約1100ml/分を越えるところでは、プレ
ート高さは再び上昇するが、その割合は、慣用の媒体に
おいてこれらの条件下で優勢である厳しい拡散制限につ
いて予想されるよりもずっと小さい。
ー手順に寄与することのそれ以上の証拠を供する。図14
は、PL4,000材料を充填した250mm×4.5mmカラムを使用
し、250mM NaClで溶離して調整したリゾチーム（Ａ）及
び酸性ホスファターゼ（Ｂ）についてのプレート高さカ
ーブ（Ｈ対流速）を開示する。例示する通りに、プレー
ト高さカーブは、低い移動相速度では、従来のマトリッ
クス材料と区別することができない。すなわち、プレー
ト高さは、約1ml/分より低いところでは、流速が増すと
ともに増大するのが見られる。しかし、酸性ホスファタ
ーゼの場合、１〜2ml/分の範囲、及びリゾチームの場
合、２〜3ml/分の範囲の高い移動相速度では、プレート
高さカーブは実際平坦である。極めて高い速度、すなわ
ち、酸性ホスファターゼの場合約700〜800ml/分及びリ
ゾチームの場合約1100ml/分を越えるところでは、プレ
ート高さは再び上昇するが、その割合は、慣用の媒体に
おいてこれらの条件下で優勢である厳しい拡散制限につ
いて予想されるよりもずっと小さい。
図15A及び15Bは、それぞれ拡散支配されるポリマービ
ーズ（モノビーズ、Phamarcia）及びPL4,000材料の場合
の種々の線状流速についてのプレート高さを比較する。
モノビーズは、圧力制限のために、約1200cm/時間より
大きい速度では、使用することができなかった。PL4,00
0材料の場合のバンド展開は、2500cm/時間程に高い線状
速度では、最小におけるその値の２倍より小さい。対照
して、図15Aのこのスタグメント物質移動制限領域を外
挿することによって、この値は、慣用のモノビース媒体
についての最小の４倍近くになる。
ーズ（モノビーズ、Phamarcia）及びPL4,000材料の場合
の種々の線状流速についてのプレート高さを比較する。
モノビーズは、圧力制限のために、約1200cm/時間より
大きい速度では、使用することができなかった。PL4,00
0材料の場合のバンド展開は、2500cm/時間程に高い線状
速度では、最小におけるその値の２倍より小さい。対照
して、図15Aのこのスタグメント物質移動制限領域を外
挿することによって、この値は、慣用のモノビース媒体
についての最小の４倍近くになる。
パーヒューシブクロマトグラフィーの高い輸送速度論
特性の一分枝は、短いサイクル時間である。しかし、パ
ーヒューシブ向上は、又、同じサイクル時間で分解能を
増大させるのに用いることもできる。これは、図16A,16
B及び16Cにおいて、PL4,000材料を使用した複雑な蛋白
質混合物の分離を示すクロマトグラムにより例示され
る。その手順は、350cm/時間において（16A）、拡散制
限される（通し細孔におけるペクレ数は１より小さ
い）。分離は、40mM CaCl2/分の急勾配に関してかなり
である。図16Bに示す通りに、サイクル時間は、床流速
を4300cm/時間に増大させることによって相当に短縮さ
せることができる。図16Cに例示する通りに、床線状速
度4300cm/時間を用い、勾配を12mM CaCl2/分と一層浅く
することによって、一層短い時間フレームで、ずっと高
い分離能を得ることができる。
特性の一分枝は、短いサイクル時間である。しかし、パ
ーヒューシブ向上は、又、同じサイクル時間で分解能を
増大させるのに用いることもできる。これは、図16A,16
B及び16Cにおいて、PL4,000材料を使用した複雑な蛋白
質混合物の分離を示すクロマトグラムにより例示され
る。その手順は、350cm/時間において（16A）、拡散制
限される（通し細孔におけるペクレ数は１より小さ
い）。分離は、40mM CaCl2/分の急勾配に関してかなり
である。図16Bに示す通りに、サイクル時間は、床流速
を4300cm/時間に増大させることによって相当に短縮さ
せることができる。図16Cに例示する通りに、床線状速
度4300cm/時間を用い、勾配を12mM CaCl2/分と一層浅く
することによって、一層短い時間フレームで、ずっと高
い分離能を得ることができる。
図17A及び17Bは、IgGクラス１及び２の分離につい
て、床速度を10倍より大きく増大させることによって、
ピーク分解能が影響されないことを示す。図17Aのクロ
マトグラムは、PL4,000材料の30×2.1mmカラムに関して
行なった。マウス腹水からの免疫グロブリンを、それぞ
れ流体速度300cm/時間及び4300cm/時間を表わす、流速
それぞれ0.2ml/分及び2.5ml/分において、勾配40mM CaC
l2/分で分離した。
て、床速度を10倍より大きく増大させることによって、
ピーク分解能が影響されないことを示す。図17Aのクロ
マトグラムは、PL4,000材料の30×2.1mmカラムに関して
行なった。マウス腹水からの免疫グロブリンを、それぞ
れ流体速度300cm/時間及び4300cm/時間を表わす、流速
それぞれ0.2ml/分及び2.5ml/分において、勾配40mM CaC
l2/分で分離した。
図18A〜18Fは、Ｅ．coli溶解質からのベータ−ガラク
トシダーゼをPL4,000（A,B,C）及びPL1,000（D,E,F）材
料で精製して得られたクロマトグラムである。図示する
通りに、全サイクルをパーヒューシブ様式で（1200cm/
時間、18C,18F）、15分より短い時間で行なって、典型
的な60分サイクル300cm/時間（18A,18D）で得られるの
と本質的に同じ分解性能を生じることができる。ベータ
−ガルピークに陰影を付ける。
トシダーゼをPL4,000（A,B,C）及びPL1,000（D,E,F）材
料で精製して得られたクロマトグラムである。図示する
通りに、全サイクルをパーヒューシブ様式で（1200cm/
時間、18C,18F）、15分より短い時間で行なって、典型
的な60分サイクル300cm/時間（18A,18D）で得られるの
と本質的に同じ分解性能を生じることができる。ベータ
−ガルピークに陰影を付ける。
図19A,B,C及びＤは、ベータラクトグロブリン及びオ
ボアルブミンを含有する試験蛋白質混合物を、PL1,000
及びPL4,000材料の強イオン交換変種で分離することに
よって生成された４つのクロマトグラムを示す。この試
験混合物を、上述した粒子を充填しかつ0.5及び2.5ml/
分で作動させるカラムで分離した。８ミクロン粒子の場
合、分離は0.5ml/分（19A,19B）及び2.5ml/分（19C,19
D）において同じである。図19E及び19Fに示す通りに、P
L4,000材料は、5.0ml/分において、PL1,000に比べて、
一層高い程度にパーヒューズすることから、一層良好に
機能した。それでも、共に混合物を適当に分離した。
ボアルブミンを含有する試験蛋白質混合物を、PL1,000
及びPL4,000材料の強イオン交換変種で分離することに
よって生成された４つのクロマトグラムを示す。この試
験混合物を、上述した粒子を充填しかつ0.5及び2.5ml/
分で作動させるカラムで分離した。８ミクロン粒子の場
合、分離は0.5ml/分（19A,19B）及び2.5ml/分（19C,19
D）において同じである。図19E及び19Fに示す通りに、P
L4,000材料は、5.0ml/分において、PL1,000に比べて、
一層高い程度にパーヒューズすることから、一層良好に
機能した。それでも、共に混合物を適当に分離した。
実験によって十分に裏付けられた従来の液体クロマト
グラフィーの教示するところは、「粒子寸法を大きくす
れば、所定の流速において、分離能が低下することにな
り、流速を増大させるにつれて、分離能の損失は一層速
い速度で増大される」ということである。しかしなが
ら、上述した通りに、パーヒューシブマトリックスを用
いた場合、パーヒュージョンの度合いは第一及び第二細
孔集合の相対的寸法に依存し、これらは、言い換える
と、特定の媒体について、相対的粒子直径及び通し細孔
寸法にな変る。従って、大きい粒子を用いた場合のパー
ヒューシブ領域における分離性能は、流速にそれ程依存
しないことが予期される。
グラフィーの教示するところは、「粒子寸法を大きくす
れば、所定の流速において、分離能が低下することにな
り、流速を増大させるにつれて、分離能の損失は一層速
い速度で増大される」ということである。しかしなが
ら、上述した通りに、パーヒューシブマトリックスを用
いた場合、パーヒュージョンの度合いは第一及び第二細
孔集合の相対的寸法に依存し、これらは、言い換える
と、特定の媒体について、相対的粒子直径及び通し細孔
寸法にな変る。従って、大きい粒子を用いた場合のパー
ヒューシブ領域における分離性能は、流速にそれ程依存
しないことが予期される。
この仮定の正当なことは、図19と図20とを比較するこ
とによって立証される。図20A及び20Bは、それぞれPL1,
000及びPL4,000粒子（共に平均粒子寸法20μｍを有す
る）を使用し、蛋白質サンプルを0.5ml/分で用いて得ら
れた。図20C及び20Dは、PL1,000及びPL4,000材料（共に
粒子寸法20μｍ）を用い、2,0ml/分で実施した。図20E
及び20Fは、それぞれの材料を用いて5.0ml/分で実施し
た。データは、PL4,000材料が、0.5ml/分において、PL
1,000材料に比べてわずかに良好に作動し、流速があま
りに低くてパーヒュージョンを誘起し得ないところで作
動した場合は、予想される通りに、共に８μｍ粒子寸法
の対抗品に比べて作動が劣っていたことを示す。これら
の２つの材料の間の性能の差は、2.0ml/分では広がり、
PL1,000材料が分離能を相当に失い、他方PL4,000材料は
依然ピークを分離することができる。5.0ml/分（1500cm
/時間）では、20μm4000オングストローム材料は依然こ
れらのピークを分解することができ、他方PL1,000材料
は殆ど完全に性能を失う。２つの材料の性能の差は,8μ
ｍでは20μｍの場合に比べて小さい。というのは、一層
小さい粒子の場合、共にパーヒューズする（異なる程度
に）が、一層大きい粒子の場合、PL1,000材料はPL4,000
材料に比べて、殆どパーヒューズしないと予想されるか
らである。
とによって立証される。図20A及び20Bは、それぞれPL1,
000及びPL4,000粒子（共に平均粒子寸法20μｍを有す
る）を使用し、蛋白質サンプルを0.5ml/分で用いて得ら
れた。図20C及び20Dは、PL1,000及びPL4,000材料（共に
粒子寸法20μｍ）を用い、2,0ml/分で実施した。図20E
及び20Fは、それぞれの材料を用いて5.0ml/分で実施し
た。データは、PL4,000材料が、0.5ml/分において、PL
1,000材料に比べてわずかに良好に作動し、流速があま
りに低くてパーヒュージョンを誘起し得ないところで作
動した場合は、予想される通りに、共に８μｍ粒子寸法
の対抗品に比べて作動が劣っていたことを示す。これら
の２つの材料の間の性能の差は、2.0ml/分では広がり、
PL1,000材料が分離能を相当に失い、他方PL4,000材料は
依然ピークを分離することができる。5.0ml/分（1500cm
/時間）では、20μm4000オングストローム材料は依然こ
れらのピークを分解することができ、他方PL1,000材料
は殆ど完全に性能を失う。２つの材料の性能の差は,8μ
ｍでは20μｍの場合に比べて小さい。というのは、一層
小さい粒子の場合、共にパーヒューズする（異なる程度
に）が、一層大きい粒子の場合、PL1,000材料はPL4,000
材料に比べて、殆どパーヒューズしないと予想されるか
らである。
最後に、図21及び22は、パーヒューシブ粒子と、従来
の多孔質、拡散支配される粒子との漏出挙動の差につい
て前に検討した計算の実験による証明を与える。図21
は、５×50mmカラムで、モノビーズ（Pharmacia）を用
い、BSAを分離して作成したものである。図21は、漏出
カーブに、150cm/時間において、平衡条件化で作動させ
る拡散カラムについて予想される通りに、印影を付ける
ことを示す。流体速度を増して300cm/時間にすると、平
衡カーブからのずれが始まり、900cm/時間において、早
期漏出がはっきり明らかになる。対照して、図22に示す
通りに、PL4,000を同じカラムで用いて同じ蛋白質を分
離すると、漏出カーブは300、1500及び2700cm/時間にお
いて本質的に同等である。
の多孔質、拡散支配される粒子との漏出挙動の差につい
て前に検討した計算の実験による証明を与える。図21
は、５×50mmカラムで、モノビーズ（Pharmacia）を用
い、BSAを分離して作成したものである。図21は、漏出
カーブに、150cm/時間において、平衡条件化で作動させ
る拡散カラムについて予想される通りに、印影を付ける
ことを示す。流体速度を増して300cm/時間にすると、平
衡カーブからのずれが始まり、900cm/時間において、早
期漏出がはっきり明らかになる。対照して、図22に示す
通りに、PL4,000を同じカラムで用いて同じ蛋白質を分
離すると、漏出カーブは300、1500及び2700cm/時間にお
いて本質的に同等である。
発明は、発明の精神及び本質的特徴から逸脱しないで
他の特定の態様で具体化することができる。よって、他
の実施態様は下記の請求の範囲内である。
他の特定の態様で具体化することができる。よって、他
の実施態様は下記の請求の範囲内である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディーン，ロバート シー．，ジュニア アメリカ合衆国 05055 バーモント, ノーウィッチ，ホーク パイン ロード 10 (56)参考文献 Ｌ．Ｂ．Ｂａｎｇｓ，”Ｕｎｉｆｏｒ ｍ Ｌａｔｅｘ Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓ”，Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，Ｐ．５ −９，（1987) Ｂｉｏｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ ｙ，14（１），（1989），Ｐ．25 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｒｏｍａ ｔｏｇｒａｐｈｙ，397，（1987），Ｐ. 25−38
Claims (11)
- 【請求項１】（Ａ）相互連絡した第一及び第二通し細孔
集合であって、該第一通し細孔集合がクロマトグラフィ
ー床に充填された粒子間の間隙であり、該第二通し細孔
集合が各粒子を横断する細孔を含み、該第一通し細孔集
合の平均直径が該第二通し細孔集合の平均直径より大き
く、該第一通し細孔集合の平均直径と該第二通し細孔集
合の平均直径とが、該第二通し集合細孔内部に対流流体
流れを誘起するに有効な関係を有し、及び 生物学的溶質と可逆的に相互作用する第二通し細孔集合
の部材と流体連絡する相互作用性表面領域 を定めるクロマトグラフィーマトリックスを供し、 （Ｂ）生物学的溶質の流体混合物を或いは溶離剤をマト
リックスを十分な速度で通過させて、両通し細孔集合を
通る対流流体流れを誘起させかつ 第二通し細孔集合の部材内の溶質の拡散速度より大きい
第二通し細孔集合の部材内の対流流速を誘起させる 工程を含む生物学的溶質の混合物を分離する吸着クロマ
トグラフィー法。 - 【請求項２】（Ａ）相互連絡した第一及び第二通し細孔
集合であって、該第一通し細孔集合がクロマトグラフィ
ー床に充填された粒子間の間隙であり、該第二通し細孔
集合が各粒子を横断する細孔を含み、該第一通し細孔集
合の平均直径が該第二通し細孔集合の平均直径より大き
く、該第一通し細孔集合の平均直径と該第二通し細孔集
合の平均直径とが、該第二通し集合細孔内部に対流流体
流れを誘起するに有効な関係を有し、及び 生物学的溶質と可逆的に相互作用する第二通し細孔集合
の部材と流体連絡する相互作用性表面領域 を定めるクロマトグラフィーマトリックスを供し、 （Ｂ）生物学的溶質の流体混合物を或いは溶離剤をマト
リックスを十分な速度で通過させて、両通し細孔集合を
通る対流流体流れを誘起させかつ 第二通し細孔集合の部材内の溶質の拡散速度より大きい
第二通し細孔集合の部材内の対流流速を誘起させ、1000
cm/時間より大きい流速において、第二通し細孔集合内
の溶質の輸送速度が、マトリックスを通過する流体速度
に依存し、かつ、プレート高さおよびキャパシティが実
質的に一定のままである速度範囲が存在するようにする 工程を含む生物学的溶質の混合物を分離する吸着クロマ
トグラフィー法。 - 【請求項３】工程Ｂを、前記流体混合物或いは溶離剤と
マトリックスを1500cm/時間より大きい床速度で通過さ
せて行う請求項１の方法。 - 【請求項４】工程Ａにおいて供するマトリックスが、互
いに凝集した粒子を含む請求項１の方法。 - 【請求項５】工程Ａにおいて供するマトリックスが８μ
ｍより大きい平均直径を有する充填粒子を含み、前記第
二細孔集合が2000Åより大きい平均中間直径を有する粒
子内の通し細孔を含む請求項１の方法。 - 【請求項６】工程Ｂにおいて、生物学的溶質の混合物或
いは溶離剤をマトリックスを、第二通し細孔集合の部材
におけるペクレ数が１より大きくなるような速度で通過
させる請求項１の方法。 - 【請求項７】相互連絡した第一及び第二通し細孔集合で
あって、これらの各々は、溶質の混合物をマトリックス
を通して運ぶための複数の通し細孔を液体中に配置させ
てなるもの、及び マトリックスにおいて溶質を吸着する第二通し細孔集合
の部材と流体連絡する相互作用性表面領域 を定める硬質固体を含み、 第一及び第二通し細孔集合の部材の相対的大きさは、流
体マトリックスを所定の速度で通過させる場合に、 両通し細孔集合を通る対流流体流れ、及び 第二通し細孔集合の部材内の溶質の拡散速度より大きい
第二通し細孔集合の部材を通る対流流体流速 を可能にし、 それにより、マトリックスを通る流体流速の範囲であっ
て、それにわたってマトリックスの有効プレート高さが
実質的に一定になるものが存在し、但し、該マトリック
スを定める硬質固体が単に粒状のジビニルベンゼン架橋
されたポリスチレンである場合、（１）該相互作用性基
はポリエチレンイミンベースの強アニオン交換と異なる
ものを含み、或いは（２）粒子は20μｍより大きい平均
直径を有し、或いは（３）通し細孔の平均直径は700nm
（7000Å）より大きい 吸着クロマトグラフィーマトリックス。 - 【請求項８】前記相互作用性表面領域が、アニオン性交
換、カチオン性交換、疎水性相互作用、キレート化、ま
たはアフィニティクロマトグラフィー領域を含む請求項
７のマトリックス。 - 【請求項９】８μｍより大きい平均直径を有しかつ2,00
0Åより大きい平均直径を有する複数の通し細孔を定め
る硬質固体を含み、更に溶質を可逆的に結合する相互作
用性領域を含み、該領域はアニオン性基、カチオン性
基、炭化水素或いは親和力結合性たんぱく質を含み、通
し細孔の平均直径に対する粒子の平均直径の比は70より
小さい、その他のかかる粒子を充填される場合に、パー
フージョンクロマトグラフィー用に適したマトリックス
を生成する粒子であり、但し、該粒子を定める硬質固体
が単にジビニルベンゼン架橋されたポリスチレンである
場合、（１）該相互作用性基はポリエチレンイミンベー
スの強アニオン交換と異なるものを含み、或いは（２）
粒子は20μｍより大きい平均直径を有し或いは（３）通
し細孔の平均直径は700nm（7000Å）より大きい粒子。 - 【請求項１０】マトリックスを通る流体内の溶質の混合
物を移送するための多数の細孔を有する、相互連絡した
第一及び第二通し細孔集合、ならびに 該混合物中の溶質を吸着する該第二通し細孔集合の部材
と流体連絡する相互作用性領域であって、該相互作用性
領域は、ポリエチレンイミンまたはジビニルベンゼン架
橋されたポリスチレン表面以外の溶質相互作用性領域を
含み、 第一及び第二通し細孔集合の部材の相対的大きさは、該
流体が該マトリックスを所定の速度で通過する場合に、 両通し細孔集合を通る対流流体流れ、 第二通し細孔集合を通る流体流速より大きい第一通し細
孔集合を通る対流流体流速、 第二通し細孔集合の部材内の該溶質の拡散量より大きい
第二通し細孔集合の部材を通る対流流体流速 を可能にし、 それにより、全体にわたってマトリックスの有効プレー
ト高さが実質的に一定である、マトリックスを通る流体
流速の範囲が存在する： を規定するマトリックスを含むハウジングを有する、ク
ロマトグラフィーシステム。 - 【請求項１１】流体を約1500cm/時間以上の速度で前記
マトリクスを通過させるためのポンプをさらに有する請
求項10のクロマトグラフィーシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US37688589A | 1989-07-06 | 1989-07-06 | |
| US376,885 | 1989-07-06 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7295844A Division JPH08278299A (ja) | 1989-07-06 | 1995-11-14 | パーヒューシブクロマトグラフィー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04500726A JPH04500726A (ja) | 1992-02-06 |
| JP2540667B2 true JP2540667B2 (ja) | 1996-10-09 |
Family
ID=23486898
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2503799A Expired - Lifetime JP2540667B2 (ja) | 1989-07-06 | 1990-02-20 | パ―ヒュ―シブクロマトグラフィ― |
| JP7295844A Pending JPH08278299A (ja) | 1989-07-06 | 1995-11-14 | パーヒューシブクロマトグラフィー |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7295844A Pending JPH08278299A (ja) | 1989-07-06 | 1995-11-14 | パーヒューシブクロマトグラフィー |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (2) | EP0442977B9 (ja) |
| JP (2) | JP2540667B2 (ja) |
| AT (1) | ATE179901T1 (ja) |
| AU (3) | AU630427B2 (ja) |
| CA (1) | CA2018393C (ja) |
| DE (1) | DE69033106T3 (ja) |
| WO (1) | WO1991000762A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7763348B2 (en) | 1997-01-07 | 2010-07-27 | Kaneka Corporation | Cellulosic particles, spherical object comprising cross-linked polymer particles, and adsorbent for body fluid purification |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE179901T1 (de) * | 1989-07-06 | 1999-05-15 | Perseptive Biosystems Inc | Chromatographieverfahren |
| EP0580761A4 (en) * | 1991-04-19 | 1995-11-22 | Perseptive Biosystems Inc | Method and apparatus for immobilized enzyme reactions |
| SE9200827D0 (sv) * | 1992-03-18 | 1992-03-18 | Pharmacia Lkb Biotech | Supet porous polysaccharide gels |
| WO1993020449A1 (en) * | 1992-03-27 | 1993-10-14 | Perseptive Biosystems, Inc. | Rapid hypersensitive flowthrough immunodetection system |
| JP3317749B2 (ja) * | 1993-01-18 | 2002-08-26 | 直弘 曽我 | 無機系多孔質カラム |
| SE9700769D0 (sv) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | Pharmacia Biotech Ab | Matriser för separation och separation som utnyttjar matriserna |
| SE9802882D0 (sv) * | 1998-08-28 | 1998-08-28 | Amersham Pharm Biotech Ab | Kompositmaterial och dess användning |
| ATE407359T1 (de) * | 2001-04-20 | 2008-09-15 | Gl Sciences Inc | Verfahren und gerät zur spurenelementextraktion in der festphase |
| WO2003013692A1 (fr) * | 2001-08-03 | 2003-02-20 | Nec Corporation | Appareil de separation et procede de fabrication d'un appareil de separation |
| JP3957179B2 (ja) * | 2001-09-18 | 2007-08-15 | オルガノ株式会社 | 有機多孔質イオン交換体 |
| JP4252456B2 (ja) * | 2001-11-02 | 2009-04-08 | ミリポア・コーポレイション | 膜吸着装置 |
| GB0229696D0 (en) * | 2002-12-20 | 2003-01-29 | Amersham Biosciences Ab | Separation medium |
| JP5189286B2 (ja) | 2003-02-19 | 2013-04-24 | ナトリックス セパレイションズ インコーポレーテッド | 支持型多孔質ゲルを含んでなる複合材 |
| SE0300726D0 (sv) | 2003-03-14 | 2003-03-14 | Amersham Biosciences Ab | Method for preparing a separation medium |
| DE102005001162A1 (de) * | 2005-01-10 | 2006-07-20 | Haemosys Gmbh | Adsorptionssystem zur Entfernung von Viren und viralen Bestandteilen aus Flüssigkeiten, insbesondere aus Blut und Blutplasma |
| EP1957194A1 (en) * | 2005-12-07 | 2008-08-20 | MIP Technologies AB | Agglomerated mip clusters |
| KR102028628B1 (ko) | 2008-09-02 | 2019-10-04 | 나트릭스 세퍼레이션즈, 인코포레이티드 | 크로마토그래피 막, 이를 포함하는 장치 및 이의 이용방법 |
| JP5354094B2 (ja) | 2010-03-31 | 2013-11-27 | Ｊｓｒ株式会社 | アフィニティークロマトグラフィー用充填剤 |
| KR20130018256A (ko) | 2010-03-31 | 2013-02-20 | 제이에스알 가부시끼가이샤 | 친화성 크로마토그래피용 충전제 |
| WO2012158896A2 (en) | 2011-05-17 | 2012-11-22 | Natrix Separations Inc. | Layered tubular membranes for chromatography, and methods of use thereof |
| JP6387015B2 (ja) | 2013-11-27 | 2018-09-05 | Jsr株式会社 | 固相担体、固相担体の製造方法、アフィニティ精製用担体、アフィニティクロマトグラフィー用充填剤の製造方法、アフィニティクロマトグラフィー用充填剤、クロマトグラフィーカラムおよび精製方法 |
| EP3162809B1 (en) | 2014-06-27 | 2021-08-04 | JSR Corporation | Carrier for affinity chromatography |
| CN106604992B (zh) * | 2014-09-10 | 2021-06-18 | 康特姆斯集团有限公司 | 用于分离生物大分子的吸附剂材料 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL241315A (ja) * | 1958-07-18 | |||
| US4382124B1 (en) * | 1958-07-18 | 1994-10-04 | Rohm & Haas | Process for preparing macroreticular resins, copolymers and products of said process |
| US3728075A (en) * | 1971-04-13 | 1973-04-17 | Servicemaster Ind | Method of shampooing carpet on location |
| US3782075A (en) † | 1972-04-07 | 1974-01-01 | Du Pont | Completely porous microspheres for chromatographic uses |
| US4160728A (en) * | 1976-12-08 | 1979-07-10 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Bimodal chromatographic resolving zone |
| US4070283A (en) * | 1976-12-08 | 1978-01-24 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Controlled surface porosity particles and a method for their production |
| EP0239970A3 (en) * | 1986-03-31 | 1988-04-20 | Toa Nenryo Kogyo Kabushiki Kaisha | Assemblage of hydroxyl apatite particles and liquid chromatography column using the same |
| ATE179901T1 (de) * | 1989-07-06 | 1999-05-15 | Perseptive Biosystems Inc | Chromatographieverfahren |
| US5019270A (en) * | 1989-07-06 | 1991-05-28 | Perseptive Biosystems, Inc. | Perfusive chromatography |
-
1990
- 1990-02-20 AT AT90903657T patent/ATE179901T1/de not_active IP Right Cessation
- 1990-02-20 DE DE69033106T patent/DE69033106T3/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-02-20 EP EP90903657A patent/EP0442977B9/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-02-20 AU AU51511/90A patent/AU630427B2/en not_active Ceased
- 1990-02-20 JP JP2503799A patent/JP2540667B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1990-02-20 WO PCT/US1990/000930 patent/WO1991000762A1/en active IP Right Grant
- 1990-02-20 EP EP98116200A patent/EP0899567A1/en not_active Withdrawn
- 1990-06-06 CA CA002018393A patent/CA2018393C/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-09-02 AU AU22036/92A patent/AU662344B2/en not_active Ceased
-
1994
- 1994-10-19 AU AU75915/94A patent/AU670520B2/en not_active Ceased
-
1995
- 1995-11-14 JP JP7295844A patent/JPH08278299A/ja active Pending
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ｂｉｏｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ，１４（１），（１９８９），Ｐ．２５ |
| ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ，３９７，（１９８７），Ｐ．２５−３８ |
| Ｌ．Ｂ．Ｂａｎｇｓ，"ＵｎｉｆｏｒｍＬａｔｅｘＰａｒｔｉｃｌｅｓ"，Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，Ｐ．５−９，（１９８７） |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7763348B2 (en) | 1997-01-07 | 2010-07-27 | Kaneka Corporation | Cellulosic particles, spherical object comprising cross-linked polymer particles, and adsorbent for body fluid purification |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2018393A1 (en) | 1991-01-06 |
| EP0442977A4 (en) | 1991-12-18 |
| JPH04500726A (ja) | 1992-02-06 |
| EP0442977A1 (en) | 1991-08-28 |
| AU662344B2 (en) | 1995-08-31 |
| JPH08278299A (ja) | 1996-10-22 |
| AU630427B2 (en) | 1992-10-29 |
| EP0442977B1 (en) | 1999-05-12 |
| EP0442977B9 (en) | 2008-02-27 |
| CA2018393C (en) | 1996-07-23 |
| DE69033106T3 (de) | 2007-09-27 |
| AU7591594A (en) | 1995-01-05 |
| DE69033106D1 (de) | 1999-06-17 |
| AU2203692A (en) | 1992-11-05 |
| AU5151190A (en) | 1991-02-06 |
| EP0442977B2 (en) | 2007-02-21 |
| AU670520B2 (en) | 1996-07-18 |
| WO1991000762A1 (en) | 1991-01-24 |
| ATE179901T1 (de) | 1999-05-15 |
| EP0899567A1 (en) | 1999-03-03 |
| DE69033106T2 (de) | 1999-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2540667B2 (ja) | パ―ヒュ―シブクロマトグラフィ― | |
| US5019270A (en) | Perfusive chromatography | |
| US5384042A (en) | Perfusive chromatography | |
| EP0320023B1 (en) | Macroporous polymeric membranes, their preparation and their use for polymer separation | |
| Tennikova et al. | High-performance membrane chromatography of proteins, a novel method of protein separation | |
| Svec et al. | Molded rigid monolithic porous polymers: an inexpensive, efficient, and versatile alternative to beads for the design of materials for numerous applications | |
| Peters et al. | Rigid macroporous polymer monoliths | |
| AU2004212641B2 (en) | Composite materials comprising supported porous gels | |
| US20090194481A1 (en) | Agglomerated MIP Clusters | |
| JP2002525558A (ja) | 逆相イオン対高速液体クロマトグラフィーにより核酸を分離するためのモノリシックマトリックス | |
| KR20030053456A (ko) | 유기 다공질체, 그 제조방법 및 유기 다공질 이온 교환체 | |
| US7223342B2 (en) | Adsorption membranes, method of producing same and equipment, including the adsorption membranes | |
| Avramescu et al. | Dynamic behavior of adsorber membranes for protein recovery | |
| US20030155300A1 (en) | Perfusive chromatography | |
| Hosoya et al. | Uniform-size hydrophobic polymer-based separation media selectively modified with a hydrophilic external polymeric layer | |
| Svec et al. | Molded separation media: An inexpensive, efficient, and versatile alternative to packed columns for the fast HPLC separation of peptides, proteins, and synthetic oligomers and polymers | |
| Svec et al. | New formats of polymeric stationary phases for HPLC separations: molded macroporous disks and rods | |
| Voute et al. | Highly dense beaded sorbents suitable for fluidized bed applications | |
| CN117463295A (zh) | 一种多孔微球及包含多孔微球的静相媒质和吸附层析管柱 | |
| EP0815911B1 (en) | Exclusion chromatographic separation of ionic from nonionic solutes | |
| Gustavsson et al. | Fast chromatography of proteins | |
| Gustavsson et al. | Lund University, Lund, Sweden | |
| PETRO | COLUMN PACKINGS FOR HIGH PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY: PRESENT STATE AND FUTURE | |
| Wang | Design, preparation and characterization of novel polymeric separation media for high-performance liquid chromatography | |
| Peters | Novel rigid macroporous polymer monoliths: from functional devices to separations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080725 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090725 Year of fee payment: 13 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090725 Year of fee payment: 13 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090725 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100725 Year of fee payment: 14 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100725 Year of fee payment: 14 |