JP2710420B2 - 回転型カラム反応器 - Google Patents

回転型カラム反応器

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JP2710420B2 JP1222591A JP22259189A JP2710420B2 JP 2710420 B2 JP2710420 B2 JP 2710420B2 JP 1222591 A JP1222591 A JP 1222591A JP 22259189 A JP22259189 A JP 22259189A JP 2710420 B2 JP2710420 B2 JP 2710420B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は液中の微量成分等を特異的に吸着する担体を
内蔵する回転型カラムとその回転型カラムを内装した容
器とからなる回転型カラム反応器に関するものである。
（従来の技術） 従来液中の微量成分を回収する場合、充填層型あるい
は流動層型カラム及び撹拌槽に担体を入れ、液中の微量
成分をこれに吸着させ、脱着させて回収してきた。
しかし、充填層型カラムでは担体の圧密化が生じ、こ
のため圧力損失が大きく、特に大容量で試料を流した場
合、その流量のコントロールが難しいという問題および
チャネリングが生じ、吸着効率が低下するという問題が
ある。
一方、撹拌槽型では担体と液中の微量成分等との接触
効率は良いが、担体を激しく撹拌することによること破
損と回収に手間を要するという問題がある。
そこで、これらの問題を解決しうる装置として本発明
者等は特開昭55−37130号公報に示された回転型カラム
からなる活性反応器を提案した。
（発明が解決しようとする課題） 以上のような反応器では担体収容室が板で仕切られて
いるため、カラム周囲の外周網を取り外し、担体を各部
室に充填しなければならないという問題がある。
又、微細な担体を用いた場合、回転型カラムを覆う目
を細かくする必要があり、このためこの網が抵抗となっ
て回転型カラム内部の空気は容易に排除されないという
問題もある。
更に又、回転型カラムの外側からシャフト中心へ、又
はその逆に液を供給する場合であってとくに前者の場合
で流量の多い場合、容器排出部から遠くなる程シャフト
の周囲に担体が多く堆積し、いたがって溶液が担体中を
均一に流れず担体と溶液との接触効率が低下するという
欠点がある。
そこで、本発明は回転型カラム内への担体の充填に当
り、担体の分散が均一に行なわれると共に回転型カラム
内からの担体の取出しが容易であってしかも微細な担体
を用いる場合、これを阻止するためこの回転型カラムを
覆う目を細かくすることにより生じるカラム内からの空
気の排除の困難を解決し、かつ溶液が担体中を均一に流
れるようにした液中微量成分回収に適した回転型カラム
反応器をうることを目的とするものである。
（課題を解決するための手段） 本発明は以上のような目的を達成するため、次のよう
な回転型カラム反応器を提供するものである。
すなわち、反応容器内に軸架されたオリフィスを有す
る中空シャフトに回転型カラムを設け、該回転型カラム
は外周網内を数室に仕切って担体収容室を形成したもの
において、回転型カラム内に担体を容易に均一に充填で
きるように回転型カラム内の担体収容室のうち一ケ所に
上蓋を設け、かつ各担体収容室の仕切板に多孔板を用い
た回転型カラム反応器であり、回転型カラムの駆動部側
側面と反対な面に側面蓋を設け、かつ回転型カラム設置
部脚に昇降装置を設け、更に側面蓋側容器内部に回転型
カラムの外周網を保持するコロを設けた回転型カラム反
応器である。
そして、回転カラムを覆う網の目を細かくし、微細な
担体を阻止するうえで生じるカラム内の空気溜りを排除
するためのパイプを設けた回転型カラム反応器であり、
回転型カラムシャフト部に設けられたオリフィスの径を
溶液排出部側において大きくすることを特徴とする回転
型カラム内担体の不均一堆積を防止した回転型カラム反
応器である。
以上の外に請求項（１）乃至（４）に記載されたもの
の組合わせからなる回転型カラム反応器である。
（作用） 本発明によれば回転型カラムの多孔板で仕切った一室
に担体を入れることにより、各部屋に担体を均一に分散
でき、回転型カラムの側面蓋を外し、回転型カラムを傾
斜せしめればカラムから担体を容易に排出できる。
又、回転型カラム内に設けられた空気排出用のパイプ
で部屋に滞留する空気を容易に排除できるし、回転型カ
ラムシャフト部に設けられたオリフィスの径を溶液排出
部側において大きくしてあるので、シャフトに対する担
体の不均一堆積を防止でき、必要に応じて液の流入方向
を回転型カラム外側から中心へ又はその逆と任意に変更
できる。
（実施例） 以下図面にもとづいて本発明を説明する。
本発明にかかる回転型カラム反応器、すなわち回転型
カラム型吸着脱着装置における回転型カラム（５）はオ
リフィス（８）を有する中空シャフト（９）に取付けら
れ、このシャフト（９）を覆う内周網（３）と回転型カ
ラムの外周網（４）で構成された室はパチングメタル板
（１）で数室に区切られ、担体収容室を形成している。
この回転型カラムのシャフトが回転自在に軸架される反
応容器（７）には容器を冷却するジャケット（６）があ
り、シャフト（９）は回転数コントローラ（13）で制御
される変速モータ（14）で回転される。回転型カラムの
容器（７）への溶液の流出入はタンク（34）（35）にパ
イプ（28）（29）でつながれた液流入および流出用ポン
プ（15）（16）でパイプ（26）（27）を通じて行なわれ
る。
パイプ（27）はシャフト（９）につながり、パイプ
（26）は容器（７）の上部につながっている。ジャケッ
ト（６）内の冷却水はポンプ（33）でパイプ（30）（3
1）を通じてタンク（32）に導かれ、常時温度コントロ
ーラ（12）でセンサー（36）を介して温度が制御される
ようになっている。
そして、容器（７）には上蓋（24）が設けられてお
り、したがってこの上蓋（24）を開け、そしてパチング
メタル板で周方向を複数に仕切って形成した部屋の一室
に設けた網蓋（18）を開け、ここからアガロース、セル
ロース、シリカ、キトサン、アクリルアミドおよびその
他の高分子物質等のゲル担体に特異抗原や抗体、ヘパリ
ン、レクチル、プロティンＡ、プロティンＧ、酸素等を
固定したもの、あるいは上記ゲル担体自体を加工した硫
酸等の官能基を付与し、生物学的親和力を持たせた担
体、又は市販されているイオン交換樹脂を入れた後、上
蓋（24）と網蓋（18）を閉め、次にシャフト（９）に設
けられたオリフィス（８）を介して回転型カラム（５）
内に脱脂乳、乳、ホエー、血液、微生物ならびに動植物
の培養液あるいはこれらの液体を噴霧乾燥、凍結乾燥等
で乾燥したものを水あるいは適当な緩衝液に溶解した液
を通液する。
そして、容器（７）に液を満たした後、カラム（５）
を回転させる。この回転により担体がパンチングメタル
板（１）の孔を通してカラム各部に均一に分散される。
このパンチングメタル板（１）の孔の径は用いる担体
の大きさによって決定する必要があるが、通常担体の平
均径の５〜30倍に設定する。
担体が回転型カラム内に均一に分散された後、回転型
カラム（５）内に残留する空気を後記する方法で排除
し、回転型カラム（５）を回しながらポンプ（15）およ
び（16）の流量をバランスさせて通液し、液中の微量成
分を担体に吸着あるいは脱着させる。
この場合、液の供給方向は回転型カラム（５）の外側
からシャフト（９）中心へ、又その逆でもよいが、特に
前者で流量の多い場合、シャフト（９）の周囲に担体が
堆積するという問題が生じる。後者の場合はとくに問題
はない。そして、オリフィス（８）の径が全て同じ時、
その堆積状態は溶液排出部から遠くなる程層の厚さが厚
くなる。
すなわち、そこでの流量が多くなるため、その流れに
担体が同伴され、そこに堆積するという現象を呈する。
そこで、本発明では溶液排出部側から遠くなる程その
オリフィスの径を小さくし、溶液排出部側から遠くなる
側での背圧が高値になるように調節することによりその
部分での流量を減少させ、そこでの担体の不均一な堆積
を防止するようになっている。
又、微細な担体を用いる場合、回転型カラム（５）に
取りつける外周網（４）の目を細かくしなければなら
ず、この場合内周網（３）についても同様でこのため回
転型カラム（５）内の空気が容易に排除できない。
これを解決すべく本発明では、第３、４図に示すよう
に回転型カラム（５）内から外部に通じる空気排除のた
めのパイプ（10）を駆動プリー（38）のある駆動軸（3
7）に設ける。
回転型カラム（５）内に液を入れる時、第４図に示す
ようにこの空気排除用パイプ（10）に担体が入らないよ
うに網キャップ（25）で覆った開放部を手動あるいは自
動的に上方になるようにした後、このパイプ（10）の電
磁バルブ（11）を開け大気開放状態にする。
このようにすることによって回転型カラム（５）内の
空気は容器（７）外に容易に排除される。
一方回転型カラム内の液を排出する時、電磁バルブ
（11）を閉じた状態で空気排除用パイプ（10）の開放部
を上面又は側面に位置するように手動あるいは自動で調
節し、ドレンバルブ（17）を開けた後、電磁バルブ（1
1）を開ければ空気が空気排除用パイプ（10）から回転
型カラム（５）内に流入し、パイプ（10）内の液は回転
型カラム（５）内に排出される。このように本発明では
回転型カラム（５）内に滞留する空気は容易に排除され
る。
空気排除用パイプ（10）で回転カラム（５）内から空
気を抜くのは、担体と溶液との接触面積を大きくするた
めである。第４図において、回転型カラム内の液面と容
器内の液面とが図示されているが、回転型カラムの外周
網が細かいと空気の排出が悪く、したがってこの場合の
液面を回転型カラム内に示したものである。しかし、こ
のように空気を除去すれば、この空気の層はほぼ皆無で
ある。
以上のような回転型カラム反応器、すなわち液中微量
成分吸着脱着装置を用い処理した後、担体および装置を
洗浄し、殺菌する。
担体については通常の装置の洗浄、殺菌条件に耐える
ものについては装置に入れたまま行なえばよいが、この
条件に耐えることのできないものについては装置外に取
り出さなければならない。又、前者の場合でも担体を装
置外に取り出すという操作は必要である。
そこで、本発明では第１図で示す如く温度コントロー
ル装置（12）（32）（33）（36）を除く反応器全体を油
圧シリンダー（19）によって傾斜できるような構造にし
ている。
回転型カラム（５）内の担体を取り出す場合、軸受部
を内蔵する容器（７）の側面蓋（20）および回転型カラ
ム（５）の側面蓋（21）を外し、油圧シリンダー（19）
を用いて反応器を傾斜させる。
次に容器（７）の上蓋（24）および回転型カラムの蓋
（18）を開け、ここから水等をカラム内に入れ、内部の
担体を側面部から押し流し、別途容易した網等で蓋（2
1）（20）部分から排出される担体を回収する。
そして、この担体を別途洗浄殺菌し、再度利用するか
あるいは廃棄する。装置を傾斜させる時、軸受部を内蔵
する容器の蓋（20）を外すため回転型カラム（５）は駆
動側に設置されている軸受のみによって支えられる。
このため、駆動側に設置されている軸受部に大きな負
荷がかかる。
そこで、この負荷を軽減するため容器（７）内面に回
転型カラム（５）を支えるコロ（22）が複数取付けられ
ている。
これらのコロは回転型カラム（５）の補強部（23）と
接して回転し、通常運転時にも軸受部にかかる負荷を軽
減する役目を果している。
（実施例）１ ジャケット付の容器（容積20）に内設し、その周囲
を200メッシュの網で覆った容積５の回転型カラム
（５）の蓋（18）を開け、これにモノクローナル抗ウシ
ラクトフェリン抗体を固定化したアガロースゲル800cc
を入れた。なお、本担体の最大ラクトフェリン吸着量は
2.5kg/ml（担体）である。
次に、この回転型カラム（５）が埋没するまでポンプ
によりシャフト（９）のオリフィス（８）を介して未殺
菌ホエー（100）を流量180/hで回転型カラム（５）
が埋没されるまで送液した。そして、これが埋没された
状態で空気排除用パイプ（10）の開放部が上になるよう
回転型カラム（５）をセットした後、電磁バルブ（11）
を開け、カラム（５）内の空気を排除した。空気が排除
されたのを確認した後、電磁バルブ（11）を閉じ、回転
型カラム（５）を18rpmで回転させながら、再度ホエー
を通液し、この担体にホエー中のラクトフェリンを吸着
させた。
全てのホエーを通液した後、0.5M食塩水20で２回洗
浄し、さらに、リン酸緩衝液で２回洗浄後、pH3.7の0.2
M酢酸緩衝液を20入れ、担体に吸着されたラクトフェ
リン2.16gを回収した。
回収したラクトフェリンの純度は98％であった。
（実施例）２ 容積７に内設した200メッシュの網で覆った回転型
カラム（容積2.6）の蓋（18）を開け、これに硫酸化
キトサンビーズ1.3を入れた。そして、これをアルカ
リおよび温湯で洗浄、殺菌した。
次に、ポンプを用い、未殺菌脱脂乳をシャフト（９）
のオリフィス（８）を介し、この回転型カラム（５）内
が埋没されるまで送液した。そして、このカラム（５）
が埋没された状態で空気排除用パイプ（10）の開放部が
上になるように回転型カラム（５）をセットし、電磁バ
ルブ（11）を開けてカラム（５）内の空気を排除した
後、回転型カラム（５）を18rpmで回転させ、脱脂乳（2
00）を流量200/hでシャフトのオリフィス（８）か
ら外側に向けて、あるいは、カラムの外側からシャフト
に向けて通液し、脱脂乳中のラクトフェリンを硫酸化キ
トサンビーズに吸着させた。
全ての脱脂乳を通液した後、30〜35℃の温水（70
）、0.15M食塩水を脱脂乳の場合と同方向で通液しな
がら回転型カラム（５）を回し、この担体を洗浄した。
このようにして担体を洗浄した後、1M食塩水を脱脂乳の
場合と同方向で通液して担体に吸着されたラクトフェリ
ンを回収した。通液方向によるラクトフェリンの回収量
は回転型カラム（５）中心から外側に通液した場合4.6g
で、その逆では5.6gであった。また、後者では、担体か
らのラクトフェリンの脱着に要する時間は36％短縮され
た。
なお、このラクトフェリンの純度は90％であった。
（実施例）３ マウスハイブリドーマを５％牛胎児血清含有DME倍地
で１カ月間培養した後、遠心分離して培養上清30を得
た。これをセファデックスＧ−25を充填したカラム
（５）に負荷し、pH5.3のクエン酸緩衝液で脱着した。
次にこのボイド画分約300をＳセファロースイオン交
換樹脂1.8を充填した回転型カラム（実施例２と同
形）に実施例２で示した方法で通液した。
通液終了後、温湯で洗浄してから140mM食塩を含むク
エン酸緩衝液20を通液し、マウスモノクローナル抗体
を脱着した。その回収量は、回転型カラム中心から外側
に通液した場合で220mg、その逆の場合で345mgであっ
た。また、純度はいずれの場合も約75％であった。
（実施例）４ 容積600mgに内設した回転型カラム（容積500ml）に担
体としてヘパリンセファロース200mlを充填し、これを
0.05M塩化ナトリウムを含む0.027Mマツキルベン緩衝液
（pH72）で平衡化した。
この回転型カラムにＢ型肝炎ウイルスのHBS抗原陽性
ヒト血清80mlを上記緩衝液で希釈した液600mlを循環式
で通液した。なお、その場合の通液流量は、30/hで、
通液時間は30分であった。
そして、通液終了後、上記緩衝液を要いて十分洗浄
し、0.6M塩化ナトリウムを含む0.027Mマツキルベン緩衝
液（pH7.2）600mlを回転型カラムに注入してゲルに吸着
したHBS抗原を脱着した。
脱着により得られたHBS抗原の血清からの回収率は94
％であった。また、回収蛋白質の精製度（抗原量／蛋白
質）は14.3倍に達した。
（発明の効果） 本発明の請求項（１）の発明によれば、回転型カラム
内に担体を容易に均一に充填でき、したがってカラム周
囲の網を取り外し、担体を回転型カラムの各部屋に充填
するという労作が省ける。
請求項（２）の発明によれば、回転型カラム内に充填
された担体を容易に排出可能で担体の洗浄、殺菌が容易
に行なわれる。
請求項（３）の発明によれば、微細な担体を用いる場
合、これを阻止するため回転型カラムの網の目を細かく
してもカラム内からの空気の排除が容易に行なわれる。
請求項（４）の発明によれば、溶液排出部から遠くな
る程オリフィスの径を大きくすることにより溶液排出部
分の背圧を高値に調節でき、その部分の流量を減少させ
てそこでの担体の不均一な堆積を防止しうる。
そして、請求項（１）乃至（４）の発明を組合わせる
ことによりそれぞれの発明の総合効果をうることがで
き、液中微量成分回収に適した回転型カラム型吸着、脱
着用装置をうることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明反応器の全体図、 第２図は回転型カラム部の斜面図、 第３図は空気排除部の部分図、 第４図は空気排除の状態を示す説明図である。 （１）……パンチングメタル （２）……仕切室 （３）……内周網 （４）……外周網 （５）……回転型カラム （６）……ジャケット （７）……容器 （８）……オリフィス （９）……シャフト （10）……空気排除用パイプ （11）……電磁弁 （12）……温度コントローラ （13）……回転数コントローラ （14）……変速モータ （15）（16）……液送ポンプ （17）……ドレンバルブ （18）……網蓋 （19）……油圧シリンダー （20）（21）……側面蓋 （22）……コロ （23）……補強部 （24）……上蓋 （25）……網
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−37130（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】反応容器内に軸架されたオリフィスを有す
    る中空シャフトに回転型カラムを設け、該回転型カラム
    は外周網内を数室に仕切って担体収容室を形成したもの
    において回転型カラム内の担体収容室のうち一ケ所に上
    蓋を設け、かつ各担体収容室の仕切板に多孔板を用いる
    ことを特徴とする回転型カラム反応器。
  2. 【請求項２】反応容器内に軸架されたオリフィスを有す
    る中空シャフトに回転型カラムを設け、該回転型カラム
    は外周網内を数室に仕切って担体収容室を形成したもの
    において、その回転型カラムの駆動部側側面と反対な面
    に側面蓋を設け、かつ回転型カラム設置部脚に昇降装置
    を設け、更に側面蓋側容器内部に回転型カラムの外周網
    を保持するコロを設けたことを特徴とする回転型カラム
    反応器。
  3. 【請求項３】反応容器内に軸架されたオリフィスを有す
    る中空シャフトに回転型カラムを設け、該回転型カラム
    は外周網内を数室に仕切って担体収容室を形成したもの
    において回転型カラム内に空気排除用のパイプを設けた
    ことを特徴とする回転型カラム反応器。
  4. 【請求項４】反応容器内に軸架されたオリフィスを有す
    る中空シャフトに回転型カラムを設け、該回転型カラム
    は外周網内を数室に仕切って担体収容室を形成したもの
    において、前記シャフトに設けられたオリフィスの径を
    溶液排出部側において大きくすることを特徴とする回転
    型カラム反応器。
  5. 【請求項５】請求項（１）乃至（４）に記載されたもの
    の何れかを組合わせて構成したことを特徴とする回転型
    カラム反応器。
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