JP3721180B2 - アクセスバルブ装置、該アクセスバルブ装置の分離装置における使用、及び対応する方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばクロマトグラフィにおける流体流を制御するための方法と装置、すなわち移動相(mobile phase)成分の分離を起こさせるために、固定相または残留相中を移動相を通過させて移動相成分の分離を引き起こし物質を分離する方法と装置に関する。

クロマトグラフィは、一般に準備作業と分析作業の両方ならびに浄化において、十分に確立された貴重な技法である。典型的な工業用クロマトグラフィ装置は直立ハウジングを有し、この直立ハウジング中で通常は粒子状の充填材料床が透過性保持層上に載っている。流体移動相は例えばカラム(column)の頂部にある入口を通って入り、通常は多孔性、孔あき、メッシュ、またはその他の透過率が制限された層を通過して、充填床を通過し、一般に透過率が制限された層の下方にある出口から取り出される。

充填材料床が古くなったため、または別の工程を実施するために充填材料床を変えるのは、特に容量が数１００リットルに及ぶ可能性のある大型の工業用カラムにおいては骨の折れる仕事である。通常既存の床は緻密になっており、これを除去するのは困難である。ハウジングを取り外し、緻密になった充填塊を粉砕してから除去しなければならない。さらに、カラムを有効にしようとする場合には、新しい床を極めて均一に充填しなければならない。すなわち、液体の流れを維持しながら新鮮な材料を注意深く加えなければならない。装置は通常清潔に保たなければならず、特にバイオ製品については、システムは数週間または数カ月もの間、高い無菌性を必要とする。ひとつの小さな汚染も大損害になることがある。

従来は、大型カラム内の使用済みの充填物を入れ換えるには多くの時間を必要とした。

英国出願ＧＢ−Ａ−２２５８４１５号は、ハウジングの頂板と底板に特別の供給バルブ及び排出バルブを使用して、カラムを分解することなく充填及び取出しが可能なカラムを記載している。充填物供給バルブは、頂板中に引っ込めることのできるスプレーノズルを有し、スプレー開口は頂板上のシールによって閉じ、または前進させてカラム床空間中に突き出し、ポンプ注入される充填材料のスラリー(slurry)のために開口を開放する。排出バルブは、その広がったヘッドの所に放射状に向いたスプレー開口を備えた前進可能なノズルを有し、これは底板のより広い孔の内部で同軸に位置する。引っ込めると、ヘッドは孔中にはまってヘッド自体と孔を密封する。カラムを空にするには、ノズルを前進させ、ノズル中に緩衝液をポンプで送る。ノズルヘッドが前進して充填される媒体を分散させ、ポンプで供給される緩衝液が現在開いているより大きな孔中を媒体を運ぶ。

これらのバルブ組立品によって長期間の衛生状態を維持するには困難がある。

（発明の概要）
そこで、別の発明を提案する。

一つの態様においては、使用中の充填材料床を含む取り囲まれた床空間を規定するハウジング壁を持つカラムハウジングを有する分離装置を提供する。ハウジング壁は、（作動流体流の方向から見て）床空間の両端に端壁を含み、使用中の床空間との流体連絡のための入口開口と出口開口を有する。アクセスバルブ(access valve)装置が、アクセス位置でハウジング壁を通じて床空間と連絡する。このバルブ装置は第一及び第二の隣接する流体流導管を有し、各導管は外部連結部とハウジング壁内部の近くの内部開口とを有する。バルブ装置は、ハウジング壁の外側から、
第一導管と第二導管の両方が床空間から隔離されている、第一の閉鎖状態と、
装置が第一導管を床空間に連絡するが第二導管を床空間から隔離させる、第二の部分開放状態と、
装置が第一導管と第二導管の両方を床空間に連絡する、第三の開放状態との間で、制御可能に調節することができる。

この形式のアクセスバルブは多くの可能な動作上の利点を提供する。そのいくつかを後で述べる。それが提供できる一つの特徴は、単一ハウジング壁設備を通じて床空間を充填し、かつ取り出すことである。

取り出すためには、バルブを、第一導管と第二導管の両方が床空間の方に開放している第三開放状態に移動する。流体は強制的に第一導管を通らされ、充填床を粉砕して分散させ、その後充填材料の流動可能な分散物が第二導管を通って流出する。

これらの目的の好ましい特徴には下記のことが含まれる。

第一導管の開口は、流速によって床を粉砕するのに役立つ固定されたまたは調整可能なスプレーノズルまたはその他の絞り孔を有することができる。複数の出口開口を備えることも、より大きな床空間領域に到達し、これをより効果的に取り除くことに役立つ。

アクセスバルブ装置は、ハウジング壁の中に後退した引っ込められた状態から床空間の中に前進して、その中の材料を粉砕できるプローブ(probe)を備えることが好ましい。粉砕プローブは導管の一つまたは両方を規定する可動バルブ要素であることが好ましく、バルブ出口の第一導管（英国出願ＧＢ−Ａ−２２５８４１５号に記載されているようなプローブのヘッドに、またはヘッドを通して設置することができる）であることが好ましい。

第二導管の開口は床空間からの出口を形成することもできる。これは単一の孔であることが好ましい。これは少なくとも第二導管自体の内部の断面流面積に実質的に比例する断面積を有することが望ましい。バルブ装置を通る第二導管の断面積は、一般に第一導管の断面積より大きいことが望ましい。

充填するために、アクセスバルブ装置を、第二の部分開放状態に調節することができ、充填材料を一般的にキャリア流体中の粒子分散として第一導管内を強制的に通過させる。キャリア流体はバルブ装置から離れた出口を通って床空間から逃げるが、充填材料はその間保持されている。

こうして、蓄積床を通るキャリア流体の流れを維持し透過性エンドリテーナ(end retainer)を通して出すことによって、バルブ装置の位置から離間した、好ましくはその位置に対向するハウジング壁の位置で、透過性エンドリテーナに対して新しい充填材料床を充填することができる。このキャリア流体の流れは、第一導管を通した床材料の注入を伴うことができる。

バルブ装置は、互いに面対面で密封接触するか、動かすことのできる相対的に可動なバルブ部品またはバルブ要素を有することが好ましく、第一導管と第二導管を規定する。このような一対の要素は、第一導管と第二導管、さらに前述の３状態のために内部開口を遮断するために十分な密封部分またはランド(land)を画定するに充分であってもよい。一つの部分または要素における離間したそれぞれの密封部分は、他の相互可動な部分または要素にある単一の密封部分または複数のさまざまに離間された密封部分を、第一の状態と第二の状態をもたらすために密封状態で係合することができる。

３状態の間を渡るバルブ要素間の相対移動は、直線（一般的にはハウジング壁を通過する方向で、好ましくは垂直に）、回転（一般的には上記のように方向軸の周り）、またはこれらの組合せ、すなわちねじの作用を伴う直線的移動であってもよい。これらの３状態は、このような相対移動に関する所定の単一の回転、直線または組合せ（例えばらせん状）の経路またはトラックに沿った三つの離間した位置に対応することが望ましい。

説明を簡単にするために、このようなバルブ要素が、閉鎖状態では第一導管を床空間から隔離し、部分開放状態では第二導管を床空間から隔離する単一の密封ランド(sealing land)を持つことにする。このランドは、バルブ装置の口に、またはその近くに設けられたハウジンク壁に対して固定された前記のバルブ要素の上にあってもよい。それから第一導管と第二導管の開口を、この密封ランドに対して滑動可能に動くことのできる別の一つまたは複数のバルブ要素によって規定することができる。

上に提案したようなバルブは、分離装置のハウジングのみでなく、すべての容器または導管への流入及びそれからの流出を管理するためにも有用である。

分離装置の構成部分が原位置で洗浄可能（ＣＩＰ）であること、すなわち装置から取り外さないこと、また最も好ましくは例えば分離の進行中に床空間を阻害しないことが、分離装置の構成部分にとって、また他の情況に関しても特に望ましい特性である。

もう一つの態様として、この分離装置は、上記のような分離装置床空間のハウジング壁を通じて、または空間への容器または導管の壁を通じて、第一導管と第二導管の連絡を管理するアクセスバルブにおいて、バルブを閉鎖状態に置くことによって達成可能であることを提案するが、この状態では、第一導管と第二導管の両方が空間から隔離され、連続洗浄経路が第一導管に沿って、例えば第一導管と第二導管との間を連結するバルブ装置の中の洗浄凹部を通じて、また第二導管に沿って規定される。バルブ装置構成部分は、洗浄経路に沿った少なくとも一方向の洗浄流体の流れについて、洗浄経路のすべての領域が洗い流されるように、すなわちデットスペース(dead space)がないような形状になっている。特に、少なくとも一つの前記の流れ方向については、バルブ装置のどの点においても、第一導管、第二導管、または連結凹部の表面は、直角またはそれ以上の角度で中央流れ軸（または流路の形状によっては層）から分岐せず、または中央流れ軸に向かって収束せず、そして７０度以上の角度で分岐または収束しないことが好ましい。

一つの特定の提案は、相対的に可動のバルブ要素を有する上記のような３状態バルブ装置における流路の可能性を提供するもので、バルブ要素の一つは、第一状態においては他の要素の第一対向密封面に対して密封し、第二状態においては他の要素の第二対向密封面に対して密封して、第一導管と第二導管とをそれぞれ床空間から隔離する隔離シールを有する。本出願人らの提案によれば、一つのバルブ要素がその隔離シールの背後に一つの凹部を規定し、この隔離シールは、閉鎖状態では他の要素の第二密封面の周りに隙間をもたらし、第一流体導管と第二流体導管を互いに連絡する。

分離装置では、上に述べた態様のいずれかにおけるアクセスバルブの好ましい位置は、ハウジングの端壁構造物中にある。この端壁は一般的には流体を透過するが、関連する充填材料は、例えば多孔質、孔あき、またはメッシュの層、すなわち濾過層中を透過しない。アクセスバルブの開口はこの層の床空間側に開いている。流体材料、例えば通常はサンプル相または移動相を前記の濾過層の背後に、例えばバルブ装置と並んで端壁を通って延びる第三導管に沿って導入するために、一般にさらに別の開口が設けられている。

もう一つの態様は、カラム床空間から材料を除去するための上に述べたようなアクセスバルブ装置の使用を提供し、追加の一バージョンでは、これは分離方法の一部をなすこともある。

この追加バージョンは、分離しようとする成分を混入する液体を、例えば床を拡張または流動化させる速度で、カラムハウジングの床空間の中に閉じ込まれた粒状固定相（充填媒体）の床を通じて上方に流動させる、分離工程に関するものである。床を通過した後に、液体は透過率制限要素（典型的には、充填媒体の粒子を保持するメッシュ、または他孔質またはその他の孔あき層）を通過し、工程出口を経てカラムハウジングから出る。

液体は、透過率が制限された要素中を通過しないまたは自由に通過しない粒状または凝集性の物質を混入していることがある。生物培養物はこの重要な例である。例えば、細胞、細胞屑、脂質粒子などを含む清浄化されないまたは部分清浄化された流体培養基から、床粒子上への吸着によって目標とする蛋白質を除去するために、拡張床分離が使用される。

分離が進行するにつれて、このような物質は、工程出口を通る充填材料の逸出を防ぐために使用される透過率制限要素に当たって蓄積する。時間が経つと、蓄積した物質が効果的な動作を阻害する。すると工程を停止して、カラムハウジングを開き、蓄積した物質を除去してから再始動しなければならない。

本出願人の提案は、
透過率制限要素においてかまたはその近くの位置に蓄積物質のための清掃出口を開け、そして床空間と直接連絡することによって、また
蓄積物質が清掃出口を通って出るように、透過率制限要素において、またはこれを横切って、またはこれを逆通過して、流体の清掃流が、蓄積物質を乱すように強制することによって、
このような蓄積した物質を例えば工程が進行するにつれて時々、また随意に供給原料の液体の流入を停止することなく、床空間から除去することである。

こうして、床空間から蓄積物質を除去するための中断を減少または排除して、分離工程を続けることができる。

透過率制限要素を通過して、例えば工程出口を逆通過して、または透過率制限要素の後の不透過壁を貫通する他の導管を通過して、逆流を強制することにより、清浄流を供給することもできる。追加または別法として、例えば要素の中央において、また望ましくはハウジング壁を貫通する導管から放射する清掃流とともに、要素の床空間側にある一つまたは複数のノズルから流体をポンプで流出させることによって、清浄流をこれらのノズルから出すこともできる。

これらの機能は、上述の態様において開示したように、アクセスバルブ装置によって与えられる。

このような工程に関連するもう一つの提案は、充填床の入口側を保持するために設けられた透過率制限要素を通じてではなく、バルブで管理されることが好ましい直接投入開口を通じて、移動層をカラム床空間中に導入することに関係する。例えば、導入は透過率制限要素を通過するアクセスバルブ装置開口を通じて行われる。

この方法で、粒状物質または透過率制限要素を閉塞させる可能性のあるその他の物質を含む移動相を、処理のために床中に都合よく導入することができる。導入のために使用するアクセスバルブ装置は、例えば上に記載したいずれのものでもよい。

この提案を先の提案と組み合わせて、導入された粒状またはその他の物質を床空間から都合よく排出することができる。

ここで提供する別の一つの態様は、例えばクロマトグラフィカラムハウジング壁のために、ハウジング壁または導管壁を通じて空間に入る流れを管理するためのバルブ装置である。バルブ装置は軸方向を規定する外部バレル要素(barrel element)を有する。バレルは、両端の軸方向開口を持つバレルの外部端から内部端に軸方向に延びる内部孔を有する。内部端における開口はバルブ口を構成し、孔の表面を密封する放射方向に内側に向いた口を提供する。

細長いスプール要素(spool element)は、バレル孔を通じて軸方向に延びており、バレル孔に対して軸方向に移動可能である。中央流体導管は、スプール要素を通じて軸方向に延びており、好ましくはスプレーノズルとして、好ましくは複数の放射方向に向いた開口によって、バレル口の近くで開いている。スプール要素は、中央導管開口の軸方向に内面に配置された放射方向に外側に向いた第一内部シールランドを有し、バレルに対するスプール要素の第一相対縦方向位置でバレル口シール面に対して密封するように適合され、これによって中央導管開口をバルブ口から隔離する。

またスプール要素は、中央導管開口の軸方向に外面に配置された放射方向に外側に向いた第二外部シールランドを有し、バレルに対するスプール要素の第二相対縦方向位置でバレル口シール面に対して密封するように適合され、ここで、中央導管開口は内部空間に露出する。第二シールランドの外側には、スプール要素とバレル孔との間に、好ましくは環状の隙間がある。この隙間は軸方向に延びる外部流体導管を構成し、この導管は、第二の中間位置で第二ランドの密封によってバルブ口から隔離される。

バレルに対するスプール要素の第三の内部位置では、第二シールランドは口シール面から離れており、内部導管と外部導管は両方とも内部に開いている。

このバルブ装置は、上記のすべての態様における使用に適している。

バレル孔は、口シール面の外側に配置されて、完全閉鎖位置において内部導管開口を外部導管に連結する凹部を有することもできる。

バルブを、壁の内部と壁の外部にバルブ口を有する壁に設置することができ、連結マニホルド(connecting manifold)が、バレルの外部端で外部導管への固定連絡結合と、スプール要素の内部導管への可動連絡結合とをもたらす。スプール要素の制御可能な移動を駆動するための手段もまた設けられている。これは、当業者が困難なく準備できるさまざまな形式をとることができる。例えば、英国出願ＧＢ−Ａ−２２５８４１５号に開示されているように、スプール要素をマニホルドまたは他の固定構成部分にねじで取り付けて、駆動手段が働いてこれを制御された範囲まで回転させ、望みの軸移動を与えるようにしてもよい。

分離装置では、バルブを、内部の透過率制限層と外部の不透過壁層とを有する端壁中に設置し、バルブ口が透過率制限層を通じて連絡するようにすることもできる。バルブ口のバレルの外側は、透過率制限層を取り囲むためにその上に重なることもできる。プロセス流体を床空間中に導入するために、例えばバルブバレルと並んで、バルブバレルと端壁の周囲の不透過層との間の一つまたは複数の隙間として、一つまたは複数のプロセス導管が不透過壁層を通じて透過率制限層の後まで延びている。

これから本出願人の提案の実施の形態を、下記の添付図面を参照して詳細に説明する。
（発明の詳細な説明）
図１は、クロマトグラフィカラム１の全般的な構成部分を概略的に示す。カラムは、例えばステンレス鋼または半透明であってもよい高強度／補強高分子材料で作られた円筒状の流体不透性側壁１１を有する。側壁１１の開いた上端と下端は、上端組立品１２と下端組立品１３によって閉じられる。各端組立品は、円筒状壁１１の開口を塞ぐために密封状に適合する流体不透性の端板３を有し、この端板３はステンレス鋼またはポリプロピレンなどの高強度エンジニアリングプラスチック材料で作られていることが好ましい。端板は、金属製保持板２によって裏打ちされており、保持板２は端板の外部表面を圧迫し、保持フランジ(flange)２２として側壁の先に放射状に突き出ており、保持フランジ２２を通じて調節可能なテンションロッド１４が確保されている。これらのテンションロッド１４は上端組立品１２と下端組立品１３を連結し、構造が高い流体圧に耐える助けとなる。

各端板３は、カラムの外部と、側壁１１と端組立品１２、１３によって規定された充填床空間９との間を連絡するために、中央貫通開口３１を有する。開口３１を通過するアクセスは、接続マニホルド８を通じて外部に接続された個別の導管に細分されている。

一般的には濾過性または織られたプラスチックまたは鋼でできた濾過層４が、端板３の内部表面で床空間９にわたって広がっている。端板３の内部表面３５は、濾過層４の後方に例えば図示するように円錐状に引っ込んでおり、後方から濾過層４を支える支持リブ(support rib)（図示せず）を使用して、この間に濾過空間３４を規定することが好ましい。連絡導管の一つである移動層導管３３は、内側にはこの濾過空間３４の中に向かって、ならびに外側にはマニホルド８の移動層コネクタ８１に向かって開いている。

マニホルド８から、アクセスバルブ装置５が、端板開口３１を通じて、さらに密封式に濾過層４の中央開口４１を通じて内側に突出している。アクセスバルブ５は、この実施の形態はさらに詳細に後述するが、マニホルド８からの一つまたは複数の導管を床空間９に直接連絡すること、すなわちフィルタ層４のバイパスを管理する。ここでは、バルブ５によって管理され、マニホルド８のコネクタ８２を通じて外部に接続された第一及び第二のバルブ式導管５１、６１を示す。

カラムの典型的な動作では、粒状固定層材料の充填床は、上部濾過層と下部濾過層４との間の床空間９を満たす。バルブ装置５は閉じているので、移動相は移動相コネクタ８１を通じて供給され（矢印Ａ）、導管３３を通過して濾過空間３４に入り、それから濾過層４を通過し充填床を通じて排出し、その成分の分離を行う。溶出液は下端組立品１３の濾過層４を通過し、そして下端組立品の移動相コネクタ８１を通って流出し（矢印Ｂ）、適切なものとして収集される。

図１と上記の説明は、構成部分の全体的な関係と典型的な動作様式を示すものである。その他の特定構造と動作様式も種々の工程に適切であり得ることは、当業者は知っており、またこれからの説明から明らかになろう。

ここで、端板とバルブ構造とのより詳細な実施の形態を、図２と図３を参照して説明する。

マニホルド８が、ねじ付きコネクタ８８によって端板３の中央開口３１を覆って密封式に固定された機械加工された金属またはプラスチックのブロックとして設けられており、ボルト２１または他の適当な止め具によって端板３に固定された外部金属保持板２の中央穴２３の中に引っ込んでいる。端板３の外縁は、濾過層４とも重なっている環状高分子シール部材３２によってカラム側壁１１に対して密封され、その外縁を支持する。このシール部材は、内部剛性補強材を有することもある。従来のＯリングと異なり、このシール部材は、円筒状表面によって密封し、端板の形状はめ込み溝の中に取り付けられることによってデッドスペースをなくす。

マニホルド８は中央孔９１を有し、この中央孔９１は中央開口３１と同軸であり、内側に向いたねじ付き連結開口８３と外側に向いたねじ付き連結開口８９とを有する。スプールバルブ５の円筒状バレル６は、内方向連結開口８３の中にねじ込まれ、中央開口３１を通じて内方向に同軸に延び、濾過層４の中央円形オリフィス４１を通過して出ており、濾過層４と重なる外向きフランジ６５の中で終わっている。円筒状の外部スリーブ６６はバレル６の周りにぴったりはまっており、その外向きエッジは高分子シールリング６６２を通じてマニホルドブロックの内面に当たって止まり、その内部エッジは別の高分子シールリング６６１を通じて濾過層４の外部表面に当たって止まり、スリーブ６６とバレルフランジ６５との間に層４を閉じ込める。バレルの外径は層オリフィス４１の外径に相当するので、バレルのねじを外してこれを内側に撤去することによって、濾過層４を妨害することなくバレルを取り外すことは、図示された状態では可能である。これはカラムのメンテナンスには有利である。

一つまたは複数の流れ導管３３が、バレル組立品（バレルとスリーブ）と端板開口３１との間の隙間によって作られる。こうして、端板開口３１は、その周りに分散した複数の軸方向に延びるチャネルを有して導管３３を形成することができ、開口３１の介在表面はバレル組立品に対して適合する。または、完全な環状隙間を設けることもできる。または、これらの導管をバレル組立品から離して設け、端板３の材料を通過してのみを規定することもできる。導管３３の内側端は濾過空間３４に連絡する。導管３３の外側端は、ねじ付きまたは他の連結可能なポート８１に共通に連結されたマニホルドブロックの連結導管８１１と、（高分子シールリング６６２、６６３によって）密封式に整列している。これは濾過空間３４とポート８１との間の直接流体連絡を確立し、同時に濾過層４を通過して必然的に床空間９とポート８１との間に連絡ができる。内板表面３５の上に（周知の方法で）設けられたリブは、空間３４へ、または空間３４からの流体を均一に配分または収集するのに役立つ。

孔６１が、バレル６を通って軸方向に一端から他端へ延びている。孔の外側端は（高分子シールリング６６４によって）中央マニホルド孔９１の中に密封式に入り込んでおり、直径は変化していない。孔６１の内側端は濾過層４の床空間側にあって、開口部６１１を構成する。孔６１は、開口部６１１の外側近くの放射状に拡張された部分を除いては、均一の円筒状断面を有する。拡張部分６１２は、先細の表面６１３によっていずれの側にも境界を接した中央円筒部分を有する。これらは軸線から４５度以内の角度を成している。

中央プローブ要素７が孔６１の中で作動して、スプールバルブ(spool valve)の機能をもたらす。プローブ要素７は開放内部孔７３を有する長いチューブ７２を有し、このチューブ７２は、バレル開口６１１の近くからバレル６の外側端とマニホルド８の同軸ボール(ball)９１を通って延びている。外部バレル端の外側には、先細のシールリング６６５がチューブ７２と周囲のマニホルドボール９１の間を密封し、プラグカラー(plug collar)８７がマニホルドの外部連結部８９にねじ込まれて先細のシール６６５を適所に保持する。

その内側端では、プローブ７が尖った先端７４を備えた頑丈なヘッド７１を有し、孔７３を終了させる。このヘッド７１はバレル孔６１と同じ直径の円筒状シール面７１１を有し、このシール面は図示するように、埋め込まれた高分子シールリング６４１によって支援されたバレル孔６１の開口６１１において、内側シール面６４に対して密封することができる。

プローブ孔７３は一組のスプレー開口７５（図４）において開いており、スプレー開口はチューブ７２を通って開き、チューブ７２の周りに配分されている。先端シール面７１１はこれらの開口７５より放射方向にふくれている。開口の外側には直接、プローブヘッド７１は、軸線から４５度以下の角度をなす先細部分７６２と境を成す円筒状シール面７６１を有する他の放射拡張部分すなわちランド７６を有する。

この第二拡張部分７６の外側では、チューブの外部７２は一つの単純な円筒である。

第二拡張部分７６の上のシール面７６１の直径は、第一拡張部７１の上のシール面７１１の直径と同じである。

チューブ７２はバレルボール６１より狭いので、これらの間に環状断面隙間５１が規定される。これは、バレル６の外端部を通ってマニホルド孔９１の中をシール６６５まで延びる外部バルブ導管を構成し、これはねじ付きまたはその他の方法による結合可能なマニホルドポート８２に逸れている。

マニホルド８の先では、プローブチューブ７２の外端部が、シール６６５を通って滑らすことによってチューブ７２を前進または後退させるための手段に結合されている。この手段は、例えば英国出願ＧＢ−Ａ−２２５８４１５号に記載されているような、活動化されて、例えばねじを介してチューブ７２とかみ合う固定駆動部材を回転させることによってプローブ７を前進させる、モーターまたはサーボであってもよい。追加または代替案として軸調整のための手動制御が設けられる。

バルブ５のスプールバルブ効果は次の通りである。

図２と図３に第一閉鎖状態を示すが、この状態では、ヘッドシールランド７１１がバレルの開口シール面６４を密封し、両バルブ導管５１、７３を床空間９から隔離する。濾過導管３３はバルブによって影響されない。ノズル開口７５と第二シールランド７６は、バレル孔６１の放射状に拡張された部分６１２と軸方向に合っている。これはノズル開口７５を外部バルブ導管５１に連絡させ、プローブチューブ孔７３とマニホルドポート８２との間に連続した密封式に囲まれた流路を作る。この流路には掃射されない領域またはデッドスペースはない。バルブ装置５の内部では、この境界面において４５度以上で局部的な中央流れ軸／層から逸脱する所はなく、効果的な掃射(sweeping)の助けとなる。マニホルドの中では、経路にも同様にデッドスペースはない。

したがって、クロマトグラフィカラムが稼働しているときに（図７も参照のこと）、バルブ装置とその関連連結部を、その完全に掃射可能な洗浄経路を通じて洗浄溶液（例えば水性アルカリ液、または当技術分野で周知のその他の適当な洗浄媒体）を供給することによって適切に洗浄することができる。特に、プローブチューブ７２の中に洗浄溶液を送り込むことが考えられる。

図４にバルブ５の第二部分開放状態を示す。プローブチューブ７２は、第二シールランド７６を開口６１１と合わせるために十分なだけ進められ、これらのそれぞれのシール面７６１、６４はすべりシール(sliding seal)を果たす。これはまた、ノズル開口７５を開口部６１１の外側に移動させ、床空間９と連絡する。したがって、孔７３から成る内部バルブ導管は床空間と直接連絡させ、濾過層４を迂回し、一方では外部バルブ導管５１は床空間９から隔離されたままである。

図６は、新しい充填物質床を作るときのバルブの一適用例を示す。充填自体は英国出願ＧＢ−Ａ−２２５８４１５号に記載されているようにすることができる。詳しくは、担体液体中の充填物質粒子の流動可能なスラリーをチューブ７２を通じてポンプで入れて、開口７５から周辺に分散された方向に放射状に噴射する。充填物質は床空間９の中に蓄積するので、過剰の担体流体は濾過層４を通過して逃げ、濾過導管３３と連結管が固定されているマニホルドポート８１を通って出る。これは十分な充填物質が導入され終わるまで続けられる。

図５はバルブの第三状態を示す。この場合、プローブチューブ７２はさらに内部に進められ、第二シールランド７６を開口シール６４から離し、ここで開口シール６４はチューブ７２のより小さな直径の外表面と対向して隙間を作り、外部バルブ導管５１を開口６１１を通じて床空間９に開く。

図８は、カラム床から物質を取り出すためにこの第三状態を活用する方法を示す。英国出願ＧＢ−Ａ−２２５８４１５号に開示されているように、プローブ７の進められた尖ったヘッド７１が、堅い緻密な塊になっていることが多い既存の床物質を粉砕するのに適当であり、これによって物質の取出しを助けることに注目すべきである。バッファなどの担体液体はプローブ孔７３を通じてポンプで入れられ、ノズル開口７５を通じて出され、その速いノズル速度は充填された物質の粉砕と浮遊搬送を助ける。粒状充填物質は濾過層４を通過することはできないが、連結されたチューブに沿って排出されるために、バルブの口６１１を通じ、そして外部バルブ導管５１に沿ってスラリー(slurry)としてマニホルドポート８２へ逃げることによって、液体のポンプによる流入に応えることができる。

こうして初めて、シングルカラム壁の装置がカラムの充填と充填物取出しの両方を可能にする。これはカラム動作において極めて大きな柔軟性をもたらすことができる。充填と充填物取出しの動作が、端部組立品を分解または除去することを必要とせず、カラムハウジングの外側から完全に達成できることに注目されたい。さらに、これを行うことのできるバルブ自体を、図７に示すように、濾過導管３３を通じて床の上に移動相を導入することによって、カラムが稼働中でも、適切に洗浄することができる。こうして、この比較的精密な壁装置でも、大損害となる結果を伴いそうな汚染物の蓄積及び長期稼働工程への浸出の危険性はもたらさない。当業者の用語で言えば、このバルブ装置は「衛生的な」装置である。

さらにまた、プローブ７をバレル孔６１から完全に内側に撤去することができるので、メンテナンスのためにバルブは容易に分解される。

拡張床分離工程に関する別の使用様式を、図９と図１０を参照して説明する。拡張床吸着は、特に、望みの成分を分離するために充填物を通じて生物培養物を溶離する前に生物培養物を清浄化する必要性を減らすか排除するために、最近開発された分離技法である。充填床は、サンプル中の一様な粒状物質が床を通じて床の上方の出口まで進むことができるように、液体媒体の上昇流によって拡張される。拡張するために、床は透過層の上に留まっていなければならず、この透過層を通じて液体の上昇流が確立される。したがって、サンプルの導入は一般に単流として行われるべきで、それからサンプルバッチは床を通じて溶出する。通常、望みの物質は床粒子の上に吸着され、次のステップで、液体の上昇流を停止し、上部板を降ろすことによって床を圧縮し、それから床粒子から目標の物質を脱着する液体を床を通じて濾過することによって回収される。

このためのカラムは、先の図に示したように、各々が不透板内部濾過層と中央バルブ装置を有する上部保持組立品と下部保持組立品を有することができる。移動相の上昇流を確立するための正規の濾過導管と手段も提供される。

この場合の第一の特徴は、清浄化されていない流体培養基などのサンプルを、第二部分開放状態で下部バルブの内部バルブ導管７３を通じてサンプルを注入することによって、下部濾過メッシュを迂回して拡張床の中に便利に導入できることである。サンプルを断続的に注入する場合には、各注入の間に下部バルブをバルブが完全に閉鎖される第一状態に戻す。したがって、本発明の新しいバルブ構造は、上昇流を維持するために必要なメッシュ以上のこのようなサンプル導入する便利な方法を提供する。

第二の非常に有意な特徴を、拡張床工程用の上端組立品と下端組立品をより詳細に示す図９に関して説明する。

工程の正常稼働中は、移動相は濾過層４’を通り、濾過導管３３’を通って外に出る。濾過層４’通過のじゃまになる粒状屑やその他の物資、例えば脂質が次第に蓄積する。したがって、これは濾過層４’の近くの上部床空間領域９１に蓄積する。そのうちに適正な流れの維持が妨げられる。

上部バルブ装置５’を短時間だけ第三の完全開放状態に移動させ、その間、蓄積された物質を乱すために濾過層４’の近くに清掃液体流を作ることによって、この物質を外部バルブ導管５１と通じて床空間の外に清掃液体流と共に出すことができる。清掃流を達成する一つの方法は、バッファなどの適当な液体の短い噴射をプローブ孔７３’を通じて供給し、濾過層４’の近くにあるノズル開口７５’を通じて出すことである。代替案または追加として、システム外へのバッファの正常流方向（矢印Ｘ）を一時的に逆転させて、バッファを濾過導管３３’を通じてポンプによって戻し（矢印Ｙ）、これによって濾過層４’を通る一時的下向き流を作り（矢印Ｚ）、蓄積された物質がバルブ導管５１を通って一時的液体圧力波の逸出とともに出ることができるように、この物質を粉砕することである。これは、カラムの底部におけるサンプルの供給を止めても止めなくても実行することができる。

こうして、吸着が能率的に進行するかぎり、工程を他の理由で停止する必要なしに稼働させることができる。これは非常に有利な手法である。

図１０に、クロマトグラフィカラム用の変形端板構造を示す。これまでの実施の形態と異なる点は下記のとおりである。

濾過層４は、プラスチック材料の一つの部材の中に、内環４１及び外環４２と一体となって形成されている。内環４１は中央バルブ５のバレル６のための同一面の終端を形成し、内側に面する表面を有し、バルブの中央プローブとのシールを形成する。この同一面のワンピース(one-piece)構造はさらに、アクセス点における汚染の危険性を減らす。またこれによって、濾過層の内周がバルブバレル６の溝の中に閉じ込められることができ、バレル６を二つの構成部分でなく一つの構成部分にすることができる。端部セルとバルブ構成部分はポリプロピレンであってもよい。

濾過層の外環４２は、カラムの壁１１と、この変形例ではワンピースのポリプロピレン製造物であるセルの端板３との間に閉じ込めることによって、濾過層を適所に保持するために使用される。

連結マニホルド８は、移動相の入口／出口ポート８１と、先の実施の形態におけるように垂直ではなく外向きに傾斜した廃液スラリー出口ポート８２を有し、流れを改善する。この実施の形態における別の有意な特徴は、わずかに半径方向に向いたものではなく傾斜したエッジを伴って形成された端板３の上に支持リブによって、濾過層４が凹状になっていることである。このわずかな円錐形状が洗浄中のカラムからの排出を改善することがわかる。

図１１に、類似の概念を実行するバルブであるが別の実施の形態を概略的に示す。ここでは中央移動プローブは流体流送ノズルではなく、簡単なアーマチュア(armature)である。その拡大されたヘッド１７１は作動ロッド２７２の上に担持され、平らな端表面１７１２、第一外部シールランド１７１１、狭い凹部すなわち腰部(waist)１６１２に向かう円錐状収束部１６１３、及び第二シール面１７６１を持つ、より小さな拡大部１７６を有する。

先例のように、移動相導管３３はバルブバレル６の外側に設けられている。バルブバレルの内側には、中央流体導管１７３がプローブ２７２、１７１によってではなく、プローブシャフト２７２を囲む内部導管壁１７２によって規定され、この内部導管壁１７２は内側に向いたシール１７４を持つ開口を有し、この開口は濾過層４を通る主開口からは引っ込んでおり、この主開口は、外部バレル壁６と内部導管壁１７２との間に規定された外部導管の口において、それ自体の内側に向いたシール１４１を有する。

図１１に、例えばカラムの充填物を取り出すために両導管を開放するように完全に前進させた中央プローブと、完全に開放したバルブを示す。充填物取出し液体を内部導管１７３にポンプで流入し、アーマチュアヘッド１７１の周りから噴出させる。すなわち廃棄スラリーは外部導管を通じて流入し流出する。

例えばカラムを充填するための部分開放位置では、アーマチュアは、第二シール面１７６１が内部導管の密封を外すように部分的に後退し、外部導管は開放したままである。スラリーは外部導管にポンプで流入可能である。これはスラリーを第一実施の形態のスプレーノズル以下にせん断する。

アーマチュアを完全に後退させると、その前面１７１２は濾過層４と同一平面になり、その第一ヘッドシール面１７１１を中央フィルタ開放シール１４１と密封接合させ、外部導管を閉鎖する。同時に、第二シールランド１７６は内部導管シール１７４の下方に落ち、それから内部導管シール１７４は凹部１６１２と対向し、内部導管と外部導管を通る適切な循環清掃流を可能にする。

開放状態では、ヘッド１７１の円錐部分１６１３を軸方向に変えて、液体のポンプ流入方向を変えることができることに注目されたい。この実施の形態は、バルブの固定部分の上の二つの個別シールが、これらの間隔が可動部分の該当する密封部分の間隔と異なる場合に、どのように前述と同じ効果をもたらすことができるかを示すものである。

クロマトグラフィカラムの基本的特徴を示すその概略側断面図である。 端板構造をさらに詳細に示す軸方向断面図である。 アクセスバルブの構造を示す拡大軸方向断面図である。 アクセスバルブが部分開放位置にある図２に従った軸方向断面図である。 アクセスバルブが完全開放位置にある図２に従った軸方向断面図である。 媒体充填動作を示す端板の軸方向断面図である。 カラムが動作中でアクセスバルブが洗浄中である図６に従った図である。 充填媒体をカラムから取り出す工程を示す図６に従った軸方向断面図である。 洗浄動作を示す拡張床クロマトグラフィを受けるクロマトグラフィカラムの上端板の軸方向断面図である。 図２から図８のカラム端の変形の軸方向断面図である。 アクセスバルブの第二の変形例の概略図である。

Claims (12)

1. 目標成分を、前記目標成分を他の成分とともに取り込んでいる液体から分離するための分離方法であって、
   媒体が目標成分を保持するよう適合され、前記媒体の床がカラムハウジングによって画定される床空間内に閉じ込められ、前記ハウジングが、プロセス出口、および、前記床空間内に粒状充填媒体を保持するために前記プロセス出口と前記床空間との間に透過率制限要素を有する、前記粒状充填媒体の前記床を設けるステップと、
   前記床空間内に前記床を拡大させ、前記粒状充填媒体上への保持によって流体からの前記目標成分の分離を達成するために、前記透過率制限要素および前記プロセス出口を介して、前記粒状充填媒体の床を介して流体を上方に流すステップと、
   前記粒状充填媒体の前記床を介して、前記透過率制限要素を介して、および、前記プロセス出口を介して流体を上方に流し、前記床空間内に前記床を拡大し、前記粒状充填媒体上に保持することによって前記流体からの目標成分の分離を達成するステップを含み、
   前記流体の前記他の成分が粒状物質を含み、前記流体の前記流れの間、前記粒状物質が前記透過率制限要素に当って蓄積し、さらに、
   前記透過率制限要素において、または、これの近くで前記床空間と直接連絡する洗浄出口を開くステップと、
   流体の洗浄流を前記透過率制限要素に対して強制し、前記透過率制限要素に当って蓄積している前記粒状物質を乱し、前記洗浄出口を介して前記物質を前記床空間の外に通過させるステップを含む分離方法。
2. 前記流体が、浄化されていない、または、部分的に浄化された細胞液体培地を含み、前記目標成分が、前記液体培地内の蛋白質製品である請求項１に記載の分離方法。
3. 前記洗浄流が、前記透過率制限要素を介して逆方向に強制された逆流を含む請求項１または２に記載の分離方法。
4. 前記洗浄流が、前記透過率制限要素の前記床空間側における少なくとも１つのノズルを介して強制される請求項１または２に記載の分離方法。
5. 前記ノズルが前記透過率制限要素の中央において導管上にあり、前記洗浄流が前記ノズルから放射状に広がる請求項４に記載の分離方法。
6. 前記カラムハウジングがハウジング壁を有し、アクセスバルブが前記ハウジング壁および透過率制限要素を介して設けられ、第１および第２の流体流導管の前記床空間への直接の連絡を可能にし、前記アクセスバルブが、前記両導管が前記床空間から隔離されている閉鎖状態と、前記両導管が前記床空間に開いている開放状態との間で調整可能であり、
   前記第２の流体流導管が前記洗浄出口を設け、前記流体の洗浄流が前記第１の流体流導管を介して導入される前記開放位置に、前記アクセスバルブが前記方法中に調整される請求項１に記載の分離方法。
7. 前記カラムハウジングが、入口側透過率制限要素を有し、前記流れが、前記入口側透過率制限要素を介して液体媒体をポンピングして、前記床を拡大することを含み、開放および閉鎖状態の間で可動な入口側アクセスバルブが、前記床空間と直接に連絡するために設けられ、前記目標成分を含む液体が、前記入口アクセスバルブの開放状態において、これを介して、前記床空間内に直接導入される請求項１から６のいずれか一項に記載の分離方法。
8. 前記入口側アクセスバルブが、入口側透過率制限要素の中央において開いている請求項７に記載の分離方法。
9. 目標成分を、前記目標成分を他の成分とともに取り込んでいる液体から分離するための分離方法であって、
   媒体が目標成分を保持するよう適合され、前記媒体の床がカラムハウジングによって画定される床空間内に閉じ込められ、前記ハウジングが、方法入口、前記方法入口から前記床空間を分離している入口側透過率制限要素、プロセス出口、プロセス出口から前記床空間を分離している出口側透過率制限要素を有し、前記両透過率制限要素が、前記床空間において粒状充填媒体を保持する、前記粒状充填媒体の前記床を設けるステップと、
   前記方法入口を介して、および、前記入口側透過率制限要素を介して上方に、前記床空間内の前記床を拡大するために前記粒状充填媒体の床を介して、前記入口側透過率制限要素を介して、および、前記プロセス出口を介して液体の流れを導入するステップと、
   バルブを備えた入力開口部を介して前記床空間に、目標成分を含む移動相材料を直接導入するステップを含む分離方法。
10. 前記入力開口部が、前記入口側透過率制限要素を介して延びるアクセスバルブ装置を介している請求項９に記載の分離方法。
11. 前記移動相材料が粒状物質を取り込んでいる請求項９または１０に記載の分離方法。
12. 前記移動相材料が、浄化されていない、または、部分的に浄化された細胞液体培地を含み、前記目標成分が、前記液体培地内の蛋白質製品である請求項１１に記載の分離方法。

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