JP4426457B2 - 分取法として電気泳動を実施するための装置および方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、精密濾過膜および限外濾過膜を用いて膜電気泳動を実施するための方法および装置に関する。かかる方法では、加圧することによって、膜孔内に形成される電気浸透流（ｅｌｅｃｔｒｏｏｓｍｏｔｉｃ ｆｌｏｗ）を減じる又は抑制する。

分取法として電気泳動を用いることについては、１９５０年代から研究が行われている。

連続的なフリーフロー電気泳動では、溶液は、電気泳動チャンバー内に導入された後、２つの電極間で形成された電場において分離される。溶液ストリームは、電気泳動モジュールから排出される際には、種々の濃度で分離される物質が含まれるように多くの分画へと分けられる。かかる手法は実験室規模で良好な選択性（または選択率）が得られる手法であるが、スケールアップについては狭い範囲に制限されている。主な問題は、電場での溶液の加温および熱対流などの分散現象に存している。１日当たりの生成物の量が数グラムという生産力は、市販のフリーフロー電気泳動機器で達成することができる。

膜電気泳動においては、あるコンパートメントから別のコンパートメントへと少なくとも１種類の溶解成分が電場下で移動する際に、半透膜が、隣接するコンパートメント間で対流バリア（ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｂａｒｒｉｅｒ）として機能している。

初期の頃の公報によると、マクロ多孔質膜（またはマクロポーラス膜）、例えば、濾紙を用いていた。しかしながら、これらの材料は多くの不利益な点を有している。マクロ多孔質膜は、分離すべき物質に対して選択性を有しておらず（米国特許（ＵＳ−Ａ）第３９８９６１３号および同４０４３８９５号参照）、機械的および化学的な安定性は低いものである。更に、１ｋＰａ未満という圧力差であっても、マクロ多孔質膜は、圧力に起因して膜を通過するような流れが生じるが、そのような流れは無視のできないものである。従って、各コンパートメント間にもたらされる一時的または局所的な圧力差が変動するため、逆混合が生じることになり、分離効率が減少してしまう。グリツナー（Ｇｒｉｔｚｎｅｒ）は、補償タンク（または調整タンク）を備えることによって、このような圧力に起因した拡散というものを減じている（米国特許（ＵＳ−Ａ）第４０４３８９５号）。そこでは、レベルを変動させることによって、２つのフロー・チャンネルにおける静止圧（または静水圧）を同じ値になるようにそれぞれ独立して制御している。

その後の特許においては、異なるサイズのマクロ分子に対して選択性を有する限外濾過膜の使用が示唆されている。つまり、電気泳動易動度（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）に関する選択性基準と膜保持に関する選択性基準とを組み合わせて、理論上の分離性能を相当に向上させることが可能となっている。具体的な実施例がない未審査特許明細書（ドイツ国特許（ＤＥ−Ａ１）第３３３７６６９号および同３６２６９５３号）は別として、ミリリットル規模のバッチ実験については公開されている（米国特許（ＵＳ−Ａ）第６２７０６７２号）。

しかしながら、実際には、限外濾過膜の使用に際しては、非常に低い生産力（または生産性）しか得ることができない。膜孔では、電気二重層が形成されるので、電場では電気浸透流が生じ、負に帯電したタンパク質の分離性能が著しく減じられることになる。ガリアー（Ｇａｌｉｅｒ）ら、ジェイ・メンブル・サイ（Ｊ．Ｍｅｍｂｒ．Ｓｃｉ．）第１９４巻［２００１］第１１７頁〜第１３３頁を参照のこと。

分離条件下にてタンパク質種が正に帯電していると、それと反対の電極極性の下で分離を実施することができる。この場合、電気浸透流が、膜を通過するタンパク質の移送方向と反対方向となったり、または、同じ方向となったりする。それらに相応して、希釈側ベッセル内の液体レベルが増加したり又は減少したりすることが観察され得る。希釈側ベッセル内の液体レベルが増加すると、生産力が減少することになる。また、希釈側ベッセル内の液体レベルが減少すると、移動性のより低くなったタンパク質は、希釈側ベッセルに保持されることになり、対流によって膜を通過し得るので、分離効率が減少してしまうことになる。

従って、米国特許（ＵＳ−Ａ）第４０４３８９５号の実施例に記載されているように、モジュール内の静止圧を均一にすることによって、分離膜を通過する液体流れ同士を相殺することはできない。

多孔質精密濾過膜および限外濾過膜を使用することの他に、ゲル膜を使用することが提案されている。このような非多孔質材料では、電気浸透流が少ない点で利点が供される。マクロ分子のゲル膜の選択性は、ポリマーの架橋度によって影響を受け得るものである（米国特許（ＵＳ−Ａ）第４２４３５０７号参照）。

しかしながら、ゲル膜では、多孔質膜の場合と対称的な不利益な点がもたらされることになる。

ゲル膜は、電場において高い抵抗性を有している。このため、エネルギー投入量が多くなり、モジュールにおいて熱の発生がより多くなってしまう。

ポリアクリルアミド等のゲルは、ｐＨ選択性が乏しいので、通常の限外濾過膜および精密濾過膜のようには洗浄することができない。なお、タンパク質を処理する間で洗浄が必要となるために、ポリアクリルアミド等のゲルでは、モジュールの交換が高いコストとなり得る。

このように、これまでは、膜電気泳動に対して限外濾過膜および精密濾過膜を使用することは、電気浸透効果によって制限されていた。なお、上述のような不利益な点があってもゲル膜というものは実験室規模で使用することはできるものである。しかしながら、スケールが増加すると、膜コストが高くなり、また、エネルギー投入量が多くなるので、ゲル膜の使用は不可能となり得る。

本発明の目的は、限外濾過膜および精密濾過膜を用いた膜電気泳動法であって、上述のような不利益点のない改良された膜電気泳動法を提供することである。

多孔質膜で形成される電気浸透流に起因して、例えば、０．５ｋｇ／ｈよりも大きい工業的規模の実施は現在まで不可能であった。

用いられる膜の電気浸透流、およびその結果生じる体積変化というものは、静止圧を制御することによって補正できることを見出した。

本発明は、
少なくとも４つの要素から成る分離チャンバーを使用することによって、電解質含有溶液中に溶解または分散した物質を膜電気泳動させる方法であって、
該分離チャンバーは、希釈側コンパートメント、濃縮側コンパートメント、陰極としての電極を備えた陰極コンパートメント、および陽極としての電極を備えた陽極コンパートメントを有しており、
陰極コンパートメントと陽極コンパートメントとが、多孔質膜、特に限外濾過膜または精密濾過膜によって相互に分けられており、
電極フラッシュ溶液（または電極洗浄溶液）で電極をフラッシュ（または洗浄）し、
希釈側コンパートメントを連続的に通るように希釈側液（または希釈側に用いられる流体）を通過させ、また
濃縮側コンパートメントを連続的に通るように濃縮側液（または濃縮側に用いられる流体）を通過させる、
方法であって、
陰極と陽極との間で形成された電場によって、希釈側液中に溶解または分散した少なくとも１種類の物質を希釈側コンパートメントから濃縮側コンパートメントへと電気泳動により移動させ、また
希釈側コンパートメントと濃縮側コンパートメントとの間の圧力差を少なくとも３ｋＰａとなるように設定することを特徴とする方法
を提供する。

本発明の方法では、希釈側コンパートメントと濃縮側コンパートメントとの間を相互に分けている分離膜を通過する流体流れが実質的に抑えられるように、希釈側コンパートメントと濃縮側コンパートメントとの間の圧力差を調整することが好ましい。

複数の希釈側コンパートメントと濃縮側コンパートメントとから成る分離チャンバーであって、希釈側コンパートメントと濃縮側コンパートメントとが、陽極コンパートメントと陰極コンパートメントとの間においてが交互に配置され、また、限外濾過膜および／または精密濾過膜によって相互に分けられており、更に、並列および／または直列で操作されるようになっている分離チャンバーにおいて本発明の方法を実施することが好ましい。

好ましい態様では、希釈側液、濃縮側液、および電極フラッシュ溶液、またはそれらのうちのいずれか１つを、相互に独立して有利に温度制御し、好ましくは冷却する。

多孔質膜は、特に１〜１０００ｎｍの孔サイズを有している。

膜は、次に示す材料のうちの１種類以上の材料から成ることが好ましい：セルロースエステル（もしくは繊維素エステル）、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、または、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、および、上述の酸化物の混合セラミックス。

電極フラッシュ溶液を用いることによって、陽極コンパートメントおよび陰極コンパートメントを相互に独立にフラッシュすることが特に好ましい。

希釈側溶液（または希釈側液）、濃縮側溶液（または濃縮側液）および電極フラッシュ溶液に用いられる電解質（または電解液）には、弱酸および弱塩基の組合せ、弱酸および強塩基の組合せ、または、強酸および弱塩基の組合せが含まれることが好ましい。

電解質は、次に示す化合物のうちの１種類以上の化合物を含んでいることが特に好ましい：ホウ酸、リン酸、Ｎ-２-（アセトアミド）-２-アミノエタンスルホン酸、Ｎ-２-（アセトアミド）イミノ二酢酸、アラニン、２-アミノ-２-メチル-１,３-プロパンジオール、アンモニア、Ｎ,Ｎ-ビス（２-ヒドロキシエチル）-２-アミノエタンスルホン酸、Ｎ,Ｎ-ビス（２-ヒドロキシエチル）グリシン、２,２-ビス（ヒドロキシエチル）-イミノトリス（ヒドリキシメチル）メタン、２-（シクロヘキシルアミノ）エタンスルホン酸、酢酸、グリシン、グリシルグリシン、２-［４-（２-ヒドロキシエチル）-１-ピペラジニル］エタンスルホン酸（ＨＥＰＥＳ）、３-［４-［２-ヒドロキシエチル）-１-ピペラジニル］プロパンスルホン酸、ヒスチジン、イミダゾール、乳酸、２-モルフォリノエタンスルホン酸（ＭＥＳ）、２-モルフォリノプロパンスルホン酸、ピペラジン-1,４-ビス（２-エタンスルホン酸）、Ｎ-［トリス（ヒドリキシメチル）-メチル］-２-アミノエタンスルホン酸、Ｎ-［トリス（ヒドリキシメチル）-メチル］グリシン、トリエタノールアミン、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン、およびクエン酸。

膜表面に対する電流密度は、好ましくは１０〜１０００Ａ/ｍ^２、特に１０〜５００Ａ／ｍ^２である。

希釈側溶液の導電率は、好ましくは０．１ｍＳ／ｃｍ〜４０ｍＳ／ｃｍ、特に０．１〜１０ｍＳ／ｃｍである。

本発明の方法では、分離の間において希釈側溶液の導電率が減じられることが好ましい。

更に、本発明は、分離の最終段階で、精密濾過、限外濾過、ナノ濾過または逆浸透等の液体透過と特に組み合わせることによって、希釈側溶液を再濃縮した後に希釈側コンパートメントに戻すということを特徴としている。

次に示す化合物のうちの１種類以上の化合物が、本発明の方法で処理するのに特に適している：タンパク質、ペプチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド、オリゴ糖（または小糖）、多糖類、ウィルス、ウィルス成分、細胞、細胞成分、エナンチオマー（または鏡像異性体）およびジアステレオマー。

更に、本発明は、
少なくとも４つの要素から成る分離チャンバー、希釈側液のための入口ラインおよび出口ライン、濃縮側液のための入口ラインおよび出口ライン、電極フラッシュ溶液のためのオプションとしての入口ラインおよび出口ライン、ならびに圧力を制御するデバイスを有して成る膜電気泳動を実施するための装置であって、
該分離チャンバーは、希釈側コンパートメント、濃縮側コンパートメント、陰極としての電極を備えた陰極コンパートメント、陽極としての電極を備えた陽極コンパートメントを少なくとも有し、
個々のコンパートメントが、多孔質膜、特に限外濾過膜および精密濾過膜によって相互に分けられており、また
該圧力を制御するデバイスによって、希釈側コンパートメントと濃縮側コンパートメントとの間の圧力差が少なくとも３ｋＰａとなるように設定される、装置
を提供する。

好ましくは、分離チャンバーは、複数の希釈側コンパートメントおよび濃縮側コンパートメントに分けられている。

交互に設けられた複数の希釈側コンパートメントおよび濃縮側コンパートメントが、多孔質制限膜（ｐｏｒｏｕｓ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ）または分離膜によって相互に分けられていることが好ましく、また、並列および／または直列に接続されていることが好ましい。そして、そのような希釈側コンパートメントおよび濃縮側コンパートメントが、陽極コンパートメントと陰極コンパートメントとの間に配置されていることが好ましい。

本発明の装置では、希釈側液のための入口ラインおよび出口ラインが希釈側循環路（ｄｉｌｕａｔｅ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）に設けられ、また、濃縮側液のための入口ラインおよび出口ラインが濃縮側循環路（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）に設けられ、更に、電極フラッシュ溶液のための入口ラインおよび出口ラインが必要に応じて電極フラッシュ循環路（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｌｕｓｈｉｎｇ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）に設けられていることが更に好ましい。

また、本発明の装置では、希釈側循環路、濃縮側循環路および電極フラッシュ循環路を有しており、特に、それらの循環路の１つまたは全てに熱交換機が備わっていることが同様に好ましい。

好ましい別の態様として、陽極フラッシュ循環路と陰極フラッシュ循環路とが別個に設けられることによって電極フラッシュ循環路が形成されている。

個々の耐圧リザーバー・ベッセル内を加圧することによって、電気浸透流を調整（または補正）することができるようになっている。圧力差は、数ｋＰａ〜数１００ＫＰａにすることが可能である。

また、圧力は、ポンプ圧力またはポンプ流速を制御することによって加えることもできる。

別法にて、膜電気泳動モジュールの入口流速と出口流速とが同じになるように制御する間接的な制御（ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｃｏｎｔｒｏｌ）が可能である。

本発明の装置は、水性媒体中に溶解または分散した物質を精製するのに適当である。使用例として、タンパク質、ペプチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド、ウィルス、細胞およびキラル分子の精製が挙げられる。

本発明の方法は、タンパク質、ペプチド、オリゴヌクレオチドおよびウィルス粒子の精製に対して特に適当である。

それゆえ、本発明では、タンパク質、ペプチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド、ウィルス、細胞およびキラル分子を精製するために本発明の装置が用いられる。

本発明は、バッチ操作および連続操作のどちらの操作であっても用いることができる。ちなみに、上述した本発明は、次の態様を包含することに留意されたい：
第１の態様： 少なくとも４つの要素から成る分離チャンバー（７）を使用することによって、電解質含有溶液中に溶解または分散した物質を電気泳動させる方法であって、
該分離チャンバー（７）は、希釈側コンパートメント（１６）、濃縮側コンパートメント（１７）、陰極（１９）としての電極を備えた陰極コンパートメント（１８）、および陽極（２０）としての電極を備えた陽極コンパートメント（２１）を有しており、
個々のコンパートメントが、多孔質膜、特に限外濾過膜または精密濾過膜（１４,１５）によって相互に分けられており、
電極フラッシュ溶液で電極（１９、２０）をフラッシュし、
希釈側コンパートメント（１６）を連続的に通るように希釈側液を通過させ、また
濃縮側コンパートメント（１７）を連続的に通るように濃縮側液を通過させる
方法であって、
陰極（１９）と陽極（２０）との間で形成された電場によって、希釈側液中に溶解または分散した少なくとも１種類の物質を希釈側コンパートメント（１６）から濃縮側コンパートメント（１７）へと電気泳動により移動させ、また
希釈側コンパートメント（１６）と濃縮側コンパートメント（１７）との間の圧力差を少なくとも３ｋＰａとなるように設定する
ことを特徴とする方法。
第２の態様： 上記第１の態様において、濃縮側コンパートメント（１７）と希釈側コンパートメント（１６）との間を相互に分けている分離膜（１５）を通過する液体流れが実質的に抑制されるように、希釈側コンパートメント（１６）と濃縮側コンパートメント（１７）との間の圧力差を設定することを特徴とする方法。
第３の態様： 上記第１または２の態様において、複数の希釈側コンパートメント（１６ａ,１６ｂ,・・・）および濃縮側コンパートメント（１７ａ,１７ｂ,・・・）から構成される分離チャンバー（７ａ）であって、
希釈側コンパートメント（１６ａ,１６ｂ,・・・）と濃縮側コンパートメント（１７ａ,１７ｂ,・・・）とが、陽極コンパートメント（２１）と陰極コンパートメント（１８）との間にて交互に配置されており、また、限外濾過膜または精密濾過膜（１４,１５）によって相互に分けられており、更に、並列および／または直列に組み合わされて操作される分離チャンバー（７ａ）において、本発明の方法を実施することを特徴とする方法。
第４の態様： 上記第１〜３の態様のいずれかにおいて、希釈側液、濃縮側液および電極フラッシュ溶液、または、それらのいずれか１つを、相互に独立して温度制御し、好ましくは冷却することを特徴とする方法。
第５の態様： 上記第１〜４の態様のいずれかにおいて、 膜は、１〜１０００ｎｍの孔サイズを有していることを特徴とする方法。
第６の態様： 上記第５の態様において、膜は、セルロースエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、または、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウム及びそのような酸化物の混合セラミックスのうちの１種類から成ることを特徴とする方法。
第７の態様： 上記第１〜６の態様のいずれかにおいて、電極フラッシュ溶液によって、陽極コンパートメント（２１）および陰極コンパートメント（１８）を相互に独立にフラッシュすることを特徴とする方法。
第８の態様： 上記第１〜７の態様のいずれかにおいて、希釈側溶液、濃縮側溶液および電極フラッシュ溶液に用いられる電解質には、弱酸および弱塩基の組合せ、弱酸および強塩基の組合せ、または、強酸および弱塩基の組合せが含まれることを特徴とする方法。
第９の態様： 上記第８の態様において、電解質は、ホウ酸、リン酸、Ｎ-２-（アセトアミド）-２-アミノエタンスルホン酸、Ｎ-２-（アセトアミド）イミノ二酢酸、アラニン、２-アミノ-２-メチル-１,３-プロパンジオール、アンモニア、Ｎ,Ｎ-ビス（２-ヒドロキシエチル）-２-アミノエタンスルホン酸、Ｎ,Ｎ-ビス（２-ヒドロキシエチル）グリシン、２,２-ビス（ヒドロキシエチル）-イミノトリス（ヒドリキシメチル）メタン、２-（シクロヘキシルアミノ）エタンスルホン酸、酢酸、グリシン、グリシルグリシン、２-［４-（２-ヒドロキシエチル）-１-ピペラジニル］エタンスルホン酸、３-［４-［２-ヒドロキシエチル］-１-ピペラジニル］プロパンスルホン酸、ヒスチジン、イミダゾール、乳酸、２-モルフォリノエタンスルホン酸、２-モルフォリノプロパンスルホン酸、ピペラジン-1,４-ビス（２-エタンスルホン酸）、Ｎ-［トリス（ヒドリキシメチル）-メチル］-２-アミノエタンスルホン酸、Ｎ-［トリス（ヒドリキシメチル）-メチル］グリシン、トリエタノールアミン、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン、クエン酸のうちの１種類の化合物またはそれ以上の種類の化合物を含んでいることを特徴とする方法。
第１０の態様： 上記第１〜９の態様のいずれかにおいて、膜表面に対する電流密度は、１０〜１０００Ａ／ｍ ^２ であり、好ましくは１０〜５００Ａ／ｍ ^２ であることを特徴とする方法。
第１１の態様： 上記第１〜１０の態様のいずれかにおいて、希釈側溶液の導電率は、０．１ｍＳ／ｃｍ〜４０ｍＳ／ｃｍであり、好ましくは０．１〜１０ｍＳ／ｃｍであることを特徴とする方法。
第１２の態様： 上記第１〜１１の態様のいずれかにおいて、希釈側溶液の導電率は、分離の間で低下することを特徴とする方法。
第１３の態様： 上記第１〜１２の態様のいずれかにおいて、特に、精密濾過、限外濾過、ナノ濾過または逆浸透等の液体透過と組み合わせることによって、分離の最終段階にて希釈側溶液を再濃縮して、希釈側コンパートメント（１６）に戻すことを特徴とする方法。
第１４の態様： 上記第１〜１３の態様のいずれかにおいて、タンパク質、ペプチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド、オリゴ糖、多糖類、ウィルス、ウィルス成分、細胞、細胞成分、エナンチオマーおよびジアステレオマーのうちの１種類の物質またはそれ以上の種類の物質を処理することを特徴とする方法。
第１５の態様： 少なくとも４つの要素から成る分離チャンバー（７）、希釈側液のための入口ライン（２２）および出口ライン（２３）、濃縮側液のための入口ライン（２４）および出口ライン（２５）、電極フラッシュ溶液のためのオプションとしての入口ライン（２６）および出口ライン（２７）、ならびに、圧力を制御するデバイス（８；１０）および（９；１１）を有して成る膜電気泳動を実施するための装置であって、
該分離チャンバー（７）は、希釈側コンパートメント（１６）、濃縮側コンパートメント（１７）、陰極（１９）としての電極を備えた陰極コンパートメント（１８）、陽極（２０）としての電極を備えた陽極コンパートメント（２１）を少なくとも有し、
個々のコンパートメント（１６,１７,１８,２１）が、多孔質膜（１４,１５）、特に限外濾過膜および精密濾過膜（１４,１５）によって相互に分けられており、また
該圧力を制御するデバイス（８；１０）および（９；１１）によって、希釈側コンパートメント（１６）と濃縮側コンパートメント（１７）との間の圧力差が少なくとも３ｋＰａとなるように設定される、装置。
第１６の態様： 上記第１５の態様において、分離チャンバー（７）は、複数の希釈側コンパートメント（１６ａ,１６ｂ・・・）と濃縮側コンパートメント（１７ａ,１７ｂ・・・）とに分けられていることを特徴とする装置。
第１７の態様： 上記第１５または１６の態様において、複数の希釈側コンパートメント（１６ａ,１６ｂ,・・・）と濃縮側コンパートメント（１７ａ,１７ｂ,・・・）とが、陽極コンパートメント（２１）と陰極コンパートメント（１８）との間において交互に配置され、また、多孔質制限膜（１４）および分離膜（１５ａ）によって相互に分けられており、更に、好ましくは並列および／または直列に接続されていることを特徴とする装置。
第１８の態様： 上記第１５〜１７の態様のいずれかにおいて、希釈側循環路（１；４；２２；２３）に設けられた希釈側液用の入口ライン（２２）および出口ライン（２３）、
濃縮側循環路（２；５；２４；２５）に設けられた濃縮側液用の入口ライン（２４）および出口ライン（２５）、ならびに
電極フラッシュ循環路（３；６；２６；２７）に設けられた電極フラッシュ溶液用のオプションとしての入口ライン（２６）および出口ライン（２７）
を有することを特徴とする装置。
第１９の態様： 上記第１５〜１８の態様のいずれかにおいて、希釈側循環路、濃縮側循環路および電極フラッシュ循環路、ならびに、
特に、該希釈側循環路、該濃縮側循環路および該電極フラッシュ循環路のうちのいずれか１つまたは全てに設けられた熱交換機
を有することを特徴とする装置。
第２０の態様： 上記第１５〜１９の態様のいずれかにおいて、１〜１０００ｎｍの孔サイズを有する多孔質膜が設けられており、好ましくは、該多孔質膜が有機材料、無機材料またはそれらの混合物から形成されていることを特徴とする装置。
第２１の態様： 上記第１５〜２０の態様のいずれかにおいて、前記膜が、セルロースエステル、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、または、酸化アルミニウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウム及びそのような酸化物の混合セラミックスから成る群から選択される材料から成ることを特徴とする装置。
第２２の態様： 上記第１８〜２１の態様のいずれかにおいて、電極フラッシュ溶液用の循環路には、陽極フラッシュ循環路と陰極フラッシュ循環路とが別個に設けられていることを特徴とする装置。

以下にて、図面を参照して実施例で本発明をより詳細に説明する。なお、図面は本発明を制限するためのものではない。

実施例
以下で説明する実施例に用いた装置（図１）は、温度制御可能な希釈側リザーバー１、温度制御可能な濃縮側リザーバー２および温度制御可能な電極バッファー用リザーバー３から構成されている。希釈側液は、ポンプ４が用いられることによって、入口ライン２２およびリターン・ライン２３を循環しており、電気泳動モジュール７を流れるようになっている。濃縮側液は、ポンプ５が用いられることによって、入口ライン２４およびリターン・ライン２５を循環しており、電気泳動モジュール７を流れるようになっている。電極バッファーは、ポンプ６が用いられることによって、入口ライン２６およびリターン・ライン２７を循環しており、電気泳動モジュール７を流れるようになっている。入口ライン１２,１３を介して窒素が供給される希釈側ベッセルおよび濃縮側ベッセルのガス空間の圧力は、圧力レギュレーター８,９によって制御されている。そして、そのような圧力レギュレーターは、レベル・センサー１０,１１によって制御されている。

膜電気泳動装置は、４つの希釈側コンパートメント１６ａ〜１６ｄと４つの濃縮側コンパートメント１７ａ〜１７ｄが各々並列に設けられたモジュール７ａ（図２参照）を含んでいる。希釈側コンパートメント１６および濃縮側コンパートメント１７は、液体ディストリビューター２８,２９を介して並列に供給がもたらされるものであり、制限膜１４および分離膜１５によって包囲されている。希釈側コンパートメントおよび濃縮側コンパートメントには、スペーサーおよび流れ規制パーツ（ｆｌｏｗ ｌｉｍｉｔｅｒ）として機能し得るグリッドまたはウェブ（図示せず）を設けてもよい。電極コンパートメント１８,２１は、制限膜１４で包囲されており、並列にフラッシュされる。電極１９,２０によって電場が形成される。図２に示すように電場を形成することができるものの、それとは反対方向に電場を形成することもできる。

実施例１：
図１に示す装置、および、図２に示すモジュール７ａは、ヒト血清アルブミン（ＨＳＡ）とヒト免疫グロブリンＧ（ＩｇＧ）とを分離するのに用いた。モジュール７ａは、膜ユニットの有効膜表面積が３６ｃｍ^２となるように変更された電気透析モジュール（電気透析モジュールＥＤ１３６；フーマ−テック社（ＦｕＭＡ−Ｔｅｃｈ ＧｍｂＨ））である。

ＨＥＰＥＳ（２-［４-（２−ヒドロキシエチル）−１−ピペラジニル）エタンスルホン酸／イミダゾール・バッファー（約４０ｍＭのＨＥＰＥＳ／１５ｍＭのイミダゾール、ｐＨ７）を使用した。濃縮側溶液のためのリザーバー２および電極フラッシュ溶液のためのリザーバー３は、それぞれ１０００ｍｌのバッファー溶液で満たされていた。希釈側リザーバーは、４００ｍＬのＨＳＡおよびＩｇＧで満たした（なお、バッファー中では、３８ｇ／Ｌの濃度のＨＳＡおよび４．５ｇ／Ｌの濃度のＩｇＧが溶解していた）。

４つに積み重ねたスタックは、１０ｋＤａという公称臨界直径を有した制限膜１４と３００ｋＤａという公称臨界直径を有した分離膜１５とを組み合わせることによって標準的なスペーサー（メーカー：フーマ−テック社）を用いて構成されているものであった。用いた膜は、サートリウス社（Ｓａｒｔｒｉｕｓ ＡＧ）から市販されているＰＥＳ限外濾過膜であった。

希釈側電極２０が負電位となるように約４５Ａ／ｍ^２の電流密度でもって実験を実施した。希釈側液および濃縮側液が循環する際の体積流量は、各々、３２０ｍＬ／分であった。また、電極フラッシュ液が電極を通るように循環する際の体積流量は、７００ｍＬ／分であった。タンパク質濃度は、ＨＰＬＣ分析によって測定した。

以下に示す実験を実施した：
１ａ）加圧により希釈側リザーバーの体積を制御することによって電気浸透流の調整を行う電気泳動
１ｂ）電気浸透流の調整を行わない電気泳動

表１は、実験１ａに関する実験パラメーターおよび濃度を示している。表２は、実験１ｂのデータを示している。実験１ｂでは、希釈側リザーバーが満タンになったために、１８０分後に停止しなければならなかった。

希釈側液中のアルブミン濃度の減少は、アルブミン濃度に依存しており、以下のような一次速度式に従う：

式中、
ｃ：希釈側液中のアルブミン濃度 ［ｇ／Ｌ］
ｔ：時間 ［ｔ］
Ｖ：希釈側液の体積 ［Ｌ]
Ａ：分離膜の有効面積 ［ｍ^２］
ｋ：速度定数 ［Ｌ／（ｈｍ^２）］
である。

残留分の割合に関して積分して式を展開すると、

となる。式中、
ｃ／ｃ_０：残留分の割合 ［−］
である。

濃縮されるにつれタンパク質が導入されるために希釈側液の体積が必ずしも一定に維持されないということを考慮すると、有効速度定数は以下のように計算することで得ることができる：

式中、
ｍ ：希釈側液中のアルブミン質量 ［ｇ］
ｍ_０ ：実験開始時の希釈側液中のアルブミン質量 ［ｇ］
ｍ／ｍ_０ ：質量に基づく残留分の割合 ［−］
ｋ_eff ：有効速度定数 ［Ｌ／（ｈｍ^２）］

血清アルブミンの濃縮については、１８０分後にて、０．４５（実験１ａ）および０．６４（実験１ｂ）という質量に基づく残留分の割合となった。このような割合を上述の式で用いると、実施例１ａに対する有効速度定数が実施例１ｂの場合の１．８倍となる結果となる。従って、圧力を調整すると濃縮が約２倍速くなることになる。

濃縮の選択性は、以下のように計算される：

式中、
Ψ ：選択性 ［−］
ｍ／ｍ_０（ＨＳＡ） ：希釈側液中のＨＳＡの質量に基づく残留分の割合［−］
ｍ／ｍ_０（ＩｇＧ） ：希釈側液中のＩｇＧの質量に基づく残留分の割合［−］

実験１ａ全体を通して選択性は８．８であるのに対して、実験１ｂ全体を通して選択性はわずか３．８であった。

実施例２：
図１に示す装置、および、図２に示すモジュール７ａは、ヒト血清アルブミンとヘモグロビンとを分離するのに用いた。モジュール７ａは、膜ユニットの有効膜表面積が３６ｃｍ^２となるように変更された電気透析モジュール（実施例１の場合と同様のモジュール）である。

５０ミリモルのＭＥＳ／ヒスチジン・バッファー（約１５ｍＭのＭＥＳ／３５ｍＭのヒスチジン、ｐＨ６．５）を使用した。濃縮側液のためのリザーバー２および電極フラッシュ溶液のためのリザーバー３は、それぞれ１Ｌのバッファー溶液および８００ｍＬのバッファー溶液で満たした。希釈側リザーバー１では、ヒト血清アルブミンの質量濃度が４．５ｇ／Ｌ、ヘモグロビンの質量濃度が０．８５ｇ／Ｌという状態でバッファー中に２種類のタンパク質が溶解していた。希釈側液の体積は４００ｍＬであり、実験中では加圧により一定に保持した。

実施例１の場合と同様に、４つに積み重ねたスタックは、１０ｋＤａという公称臨界直径を有した制限膜１４と３００ｋＤａという公称臨界直径を有した分離膜１５とが組み合わされることによって、標準的なスペーサーでもって構成されているものであった。用いた膜は、サートリウス社から市販されているＰＥＳ限外濾過膜であった。

希釈側電極２０が負電位となるように約４５Ａ／ｍ^２の電流密度でもって実験を実施した。希釈側液および濃縮側液が循環する際の体積流量は、各々、１６０ｍＬ／分であり、また、電極フラッシュ液が電極を通るように循環する際の体積流量は、７７０ｍＬ／分であった。タンパク質濃度は、ＨＰＬＣ分析によって測定した。リザーバー・ベッセルのレベルは、濃縮側の圧力コントローラーによって一定に保持した。

３時間後において、希釈側液中のヘモグロビン収率が８３％となり、ヒト結晶アルブミンが９２％にまで濃縮された。実験のデータを表３に示す。

図１は、加圧デバイスを備えた膜電気泳動装置を模式的に表したものである。 図２は、（４つ積み重ねた形態を有する）膜電気泳動モジュールを模式的に表したものである。

Claims (2)

1. 少なくとも４つの要素から成る分離チャンバー（７）を使用することによって、電解質含有溶液中に溶解または分散した物質を電気泳動させる方法であって、
   該分離チャンバー（７）は、希釈側コンパートメント（１６）および濃縮側コンパートメント（１７）の組を複数個、陰極（１９）としての電極を備えた陰極コンパートメント（１８）、ならびに陽極（２０）としての電極を備えた陽極コンパートメント（２１）を有しており、
   各組の希釈側コンパートメントおよび濃縮側コンパートメントが、限外濾過膜または精密濾過膜（１５）によって相互に分けられており、
   陰極コンパートメントおよび陽極コンパートメントが、希釈側および濃縮側コンパートメントの組から、制限膜によって分けられており、希釈側および濃縮側コンパートメントの組は制限膜によって他の該組から分けられており、
   また、該分離チャンバー（７）は、電極コンパートメント（１８、２１）を循環する、電極すすぎ溶液を有し、
   希釈側コンパートメント（１６）を連続的に通るように希釈側液を通過させ、また
   濃縮側コンパートメント（１７）を連続的に通るように濃縮側液を通過させる
   方法であって、
   陰極（１９）と陽極（２０）との間で形成された電場によって、希釈側液中に溶解または分散した少なくとも１種類の物質を希釈側コンパートメント（１６）から濃縮側コンパートメント（１７）へと電気泳動により移動させ、また
   希釈側および濃縮側コンパートメントの各組において、希釈側コンパートメント（１６）と濃縮側コンパートメント（１７）との間の圧力差を少なくとも３ｋＰａとなるように設定する
   ことを特徴とする方法。
2. 少なくとも４つの要素から成る分離チャンバー（７）、希釈側液のための入口ライン（２２）および出口ライン（２３）、濃縮側液のための入口ライン（２４）および出口ライン（２５）、電極すすぎ溶液のためのオプションとしての入口ライン（２６）および出口ライン（２７）、ならびに、圧力を制御するシステム（８；１０）および（９；１１）を有して成る膜電気泳動を実施するための装置であって、
   該分離チャンバー（７）は、希釈側コンパートメント（１６）および濃縮側コンパートメント（１７）の組を複数個、陰極（１９）としての電極を備えた陰極コンパートメント（１８）、陽極（２０）としての電極を備えた陽極コンパートメント（２１）を少なくとも有し、
   各組の希釈側コンパートメントおよび濃縮側コンパートメントが、限外濾過膜または精密濾過膜（１５）によって相互に分けられており、
   陰極コンパートメントおよび陽極コンパートメントが、希釈側および濃縮側コンパートメントの組から制限膜によって分けられており、希釈側および濃縮側コンパートメントの組が、他の該組から制限膜によって分けられており、また
   該圧力を制御するシステム（８；１０）および（９；１１）が、希釈側コンパートメント（１６）と濃縮側コンパートメント（１７）との間で少なくとも３ｋＰａの圧力差を生じさせるものであり、
   該制限膜が、該限外濾過膜または該精密濾過膜よりも実質的に低いカットオフ点を有する、装置。

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