JP4933457B2 - 二重室式クロマトグラフ・カートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、液体サンプルのクロマトグラフ分離のためのラボ（研究室）装置の分野に関する。本発明は特別には、充填床（パックトベッド）コラム（塔）カートリッジ及びそれらの製造方法に関する。

充填コラム（塔）クロマトグラフは、多くのソース（源）から液体サンプルの構成要素を分離するその能力により及び多くの理由から、臨床研究室及び研究実験室において幅広く使用される。分析ツール（器具）及び診断ツールの両者として、充填コラムクロマトグラフは、最小の労力とサンプル提供により、迅速な決定を可能にする手段を提供する。全ての分析的且つ診断的方法において、多数のサンプルが同じ条件下において、あるいはお互いとの又は標準との比較のために分析されるべき場合に、充填コラムクロマトグラフの価値は、最も高いものである。最適な充填コラムクロマトグラフシステム（装置）は従って、迅速且つ再現可能で信頼性のある状態で分離を実施可能なものである。これは、充填作業にわたって、サンプル及びキャリア（運搬）液体の充填体積、充填密度及び流れパターンに関して高度の制御を含む、標準化された条件を必要とする。これらの品質は全て、使用者のエラー（失敗）の機会が最小限である場合に向上する。

速さ、均質性及び信頼性に関する必要性は、大量生産により製作されていて且つ大量に仕入れられていて且つ廃棄される前に１度又は限られた回数のいずれかで使用される、事前梱包された使い捨て可能なコラム又はコラムカートリッジの開発を誘導してきた。製造者により充填されたカートリッジの使用により、使用者のエラーの機会は、顕著に減少させられ、大容量製造及び大量生産技術を伴う、標準化及び均質化を提供する。しかしながら、事前梱包はエラーを、エラーの機会及び変動がやはり存在する、製造工程（プロセス）に移行させる。製造設備における個人の不注意、製造人員の変更等の要素により、製品への不均質性の導入の可能性があり、更にともかく労働コストは、特に精密な製品が追求される場合に、要素として残る。

本発明は、二重室式クロマトグラフカートリッジに係わり、二重室式クロマトグラフカートリッジでは、外側室は、開放端部を有していて且つ外側室に比べてより小さな体積容量を有する、内側室の滑動挿入を可能にするように設計されており、前記室の一方又は両者は、液体吐出ポート（口）を有しており、その液体吐出ポートは、固体粒子の通過を阻止しながら、液体の通過を可能にする。カートリッジは従って、キャリア液体中の固体粒子充填材料のスラリーで外側室を充填することにより、充填され且つ組み立てられており、その後内側室を外側室内に挿入し、内側室を外側室の一杯の深さまで滑動させてスラリーを内側室の内部に押し込む一方で、粒子材料を内側室内に圧縮する。粒子材料が充填され、それ以上充填されない場合に、十分な粒子材料を含んで内側室の内部を満たす、スラリーの体積を選択することにより、更に粒子材料が充填されながら、任意の超過のキャリア液体が吐出ポート（口）から流出することを可能にすることにより、一杯に挿入した状態の内側室は、粒子材料により、均一で高度に制御された状態で、２つの簡単な手順で、高密度で充填される。内側室の挿入において、内側室と外側室との間の領域への液体の通過を阻止するために、内側室と外側室との間に、シール手段を具備する。外側室に対する内側室の断面積の比は、約０．０５から約０．５である。２つの簡単な手順とは、外側室をスラリーで充填する手順と、内側室をその一杯の深さまで挿入する手順である。これは、充填工程において手順の数を減少させ、精密に制御された圧力、流量及び他のオペレーション（作動）条件で、自動化された充填工程の使用を可能にし、その結果、高度な使用者の確信と信頼、及び低コストの状態で使用可能である、完成したカートリッジを形成する。本発明は従って、内側室と外側室と充填材料のスラリーとを使用していてカートリッジを構成する構成要素の組み合わせられた、充填床式クロマトグラフ・カートリッジを製造するためのプロセス（方法）に関する。本発明の更なる目的、特徴及び利点について、以下の説明で明確になるであろう。

本発明のカートリッジの外側室及び内側室は、寸法及び構成において幅広く変化可能であるが、両者共が、円形断面を有する円筒状であることが好ましい。内側室は、カートリッジにおいて実施されるべきクロマトグラフ分離に適した、軸方向長さ及び断面積を有するように選定される。これらの寸法は従って、分離されるか又は分析されるサンプル（見本）の寸法、充填材料の体積と粒子寸法、及び分離の任意の別のパラメータに従って変化しており、供給者が寸法の範囲を提示することは有益である。内側室の内部の断面積の、外側室の内部の断面積に対する比は例えば、約０．０５から約０．５までの範囲にあり得る。内部室の体積、及び従って完成したカートリッジの分離媒体の概略の体積は例えば、約０．５ｍＬから約５０ｍＬの範囲にあり得るか、あるいは約１ｍＬから約２５ｍＬの範囲にあることが好ましい。同様に、内側室の長さは例えば、約１．０ｃｍから約２０ｃｍの範囲にあり得るか、あるいは、約３ｃｍから約１０ｃｍの範囲にあることが好ましく、更に内側室の内部の長さ対直径比は例えば、約１．２５から約２５の範囲にあり得るか、あるいは約１．４から約１０の範囲にあることが好ましい。本発明の好適な実施の形態において、内側室及び外側室は、同じ長さであるか又は概略同じ長さである。

充填材料は、スラリーとして供給されて、外側シリンダ内への材料の設置を促進し、且つ外側シリンダから内側シリンダ内への材料の移動（又は通過）を、２つのシリンダが共に押圧される際に促進する。スラリーは、過剰のキャリア液体を含んでおり、粒子の流動性を改善し、超過の液体は、粒子が充填床内に圧縮される際に吐出される。従って、スラリーの体積は、外側シリンダの内部に最初に設置される場合に、内側シリンダの内部の体積に比べて、より大きく、更に同様に充填床の最終体積に比べてより大きい。スラリー体積は、例えば最終充填体積の約１２０％以上であっても良く、約１５０％以上であることが好ましく、約２００％以上であることが最も好ましい。外側室は、このスラリー体積を収容するように寸法決めされており、好適には、余剰空間を備えるので、スラリーは外側室の一部だけを占領する。スラリーの正確に決定された体積は、その後追加可能であり、体積は、浮遊する粒子に対してキャリア液体の異なる量に必要なものに応じて調整される。同じ外側室は、異なる寸法の内側シリンダ、従って異なるスラリー及び粒子体積で使用可能である。

充填床を形成する粒子は、本明細書において「固体」として説明される。この用語は、本明細書及び請求項において、剛体の粒子と変形可能な弾性のある粒子の両者を含むように使用されており、一般的にクロマトグラフ分離のための静的相（フェーズ）として有用であるとして知られる任意の粒子を含むように使用される。用語「充填体積」は、最大充填密度まで、つまり、粒子が完全に接触しており、攪拌又は床を横切る液体の流れにより可動ではない点まで圧縮された、粒子の質量により占められる概略の体積を意味するように本明細書において使用される。残りのキャリア液体は、充填粒子間の裂け目の空間を占める。

スラリーが圧縮され、粒子が充填されるので、過剰なキャリア液体は、一方又は両方の室の吐出ポートを介して吐出される。内側室は吐出ポートを有することが好ましく、内側室及び外側室の両者が吐出ポートを有することが最も好ましい。２つのポートが備えられる場合に、それらはそれぞれ、分離が充填されたカートリッジにおいて実施されている際に、クロマトグラフ分離における溶出緩衝のための入口ポート（口）と出口ポートとして作用する。１つのポート、又は２つ備えられる場合の複数のポートは、キャリア液体の通過を可能にするが、しかし粒子の通過を阻止するように形成されるので、それにより、室（チャンバー）シリンダが共に加圧されて、過剰の液体が吐出されながら、粒子が一杯の充填密度まで充填されることを可能にする。液体を通過させながら、このように粒子を保持するために、ポートは、粒子に比べて実質的により小さいか、又はフリット（ガラス状溶融体）、フィルタ、メッシュ（網の目）ディスク（板）等のような粒子阻止部材を具備するかのいずれかである。フリット、フィルタ又はディスクは、それ自体がポート内部に存在するか又は、ポート開口上に設置可能である。

本発明は、物理的な構成の変化に対して影響を受けやすい一方で、全てのその様な構成に共通である、本発明の新規な特徴は、１つの例の詳細な研究により理解可能である。その様な例は、添付図面に示され且つ下記で説明される。

図１の立体図は、図解されるカートリッジの３つの構成要素を示しており、構成要素は、見易くするために空間的に分離される。構成要素は、シリンダ１１と、インサート（挿入部）１２と、端部キャップ１３とを具備する。シリンダ１１は、底において床１４により閉じられており、頂部１５で開いており、その際吐出ポート（口）１６は、床から下方向に伸張する。シリンダ１１の内部は、カートリッジの外側室として作用する。インサート１２は、その内部がカートリッジの内側室として作用する、より小さなシリンダ１７を具備する。より小さなシリンダ１７は、開放された底部（本図では図示されない）と、その中央部で吐出ポート１９以外は閉じられていて且つ上方に伸張する、天井又は頂部１８とを具備する。本実施の形態の下部吐出ポート１６と上部吐出ポート１９は共に、LUER-LOK（登録商標）フィティング（付属品）の構成要素として形成されるが、しかしクロマトグラフ装置全体の配管又は別のポートへ輸送するための流体密閉式接続部を提供するように設計される、任意の接続用フィティングが使用可能である。インサートは、より小さなシリンダ１７の周囲に対称に配置されて、より大きなシリンダ１１の内側でより小さなシリンダを中心に設置する、中心リブ２２とベースフランジ２１とを有する。端部キャップ１３は、中心リブ２２の上部角部に対して押圧することにより、及び開口１５の外側を囲む、より大きなシリンダ１１の頂部でスカート（すそ状部）２３に係合すること、即ち引っ掛けることにより、より大きなシリンダ１１の内部にインサートを固定する。端部キャップの中央開口２５の内側リムのノッチ２４は、更なる固定及び安定化のために、インサートの中心リブの肩部２６の外側隅部に係合する。

図２と３の軸方向断面は、より大きなシリンダ１１とインサート１２とを示しており、両者は、各々の整列する中心線に沿って且つ２つの対向する中心リブ２２の平面において切断される。端部キャップ１３は、これらの図中に示されない。２つの図面は、しかし２つのフリットを示しており、より大きなシリンダの床上の一方のフリット３１は、より大きなシリンダ１１の内部から下部吐出ポート１６への粒子の侵入を阻止しており、もう一方のフリット３２は、インサート１２のより小さなシリンダ１７の内部に設置されており、そこ（小さなシリンダ内部）ではそれ（もう一方のフリット３２）は、より小さなシリンダ１７の内部から上部吐出ポート１９への粒子の侵入を阻止する。図２に示される図面において、スラリー３３の体積は、より大きなシリンダ１１内に設置されており、シリンダ１１において、吐出ポート１６は、雄型のLUER-LOK（登録商標）キャップで閉じられており、その後、インサート１２が、より大きなシリンダ１１の内部に、短い距離で、２つのシリンダの開放端部がお互いに対面する状態で設置される。インサート１２はその後、より大きなシリンダ１１内へ下方に押されて、矢印３４で指示されるように、インサートの上部端部に圧力を作用させており、スラリーは、インサート１２のより小さなシリンダ１７の内部へ強制的に流入させられる。

結果生じる形態は、図３に示されており、そこでは、スラリーの粒子は、それらがそこで充填床３５を形成する、より小さなシリンダ１７の内部に保持されている。充填床３５は、それが一杯に充填された粒子を含むので、スラリーに比べて体積でより小さいものであり、その場合、過剰のキャリア液体は、矢印３６で指示されるように吐出ポート１６を介して放出される。

固体粒子及びキャリア液体は共に、２つのシリンダ間及び中心リブ２２間において、ベースフランジ２１により、環状空間へ流入することが防止される。このフランジは、その下部表面３８によってのみ図２と３に示されるが、この理由は、これらの図面が、中心リブを含む、平面により切断される断面図であるからである。ベースフランジ２１は、ベースフランジの外側角部４１が示される、図１で、より簡単に示される。この外側角部は、より大きなシリンダ１１の内部の内壁に対して滑動式流体密閉シールを形成して、液体及び固体の両者の通過を阻止する。インサートを所定位置に滑動させることを可能にしながら、シールすることを容易にするために、フランジ又はインサート全体は、より大きなシリンダ１１と比較して比較的剛体である、材料から製作可能である。比較的柔らかい、より大きなシリンダは従って、シリンダ壁に対するフランジ角部４１の外方向への押圧力により、シンサートの挿入中に、すこし変形させられる。

上記の説明は、図解の目的で記載された。本発明の範囲内にある、別の変形形態、修正形態及び代替形態は、当業者には直ちに明白であろう。

図１は、本発明によるカートリッジの構成要素の立体図である。 図２は、図１の３つの構成要素の内の２つの断面図であり、部分的に組み立てられた形態である。 図３は、完全に組み立てられた以外は、図２と同じ構成要素の断面図である。

Claims (11)

1. クロマトグラフ・カートリッジであって、
   長手方向の軸線と、開いた第１の端部と、固体粒子の通過を阻止しながら、液体の通過を可能にするように形成された液体吐出ポートを具備する、第２の端部と、を有する外側室であって、前記長手方向の軸線に沿って一定である、内部断面を有する、前記外側室と；
   開いた第１の端部と、通気ポートを具備する第２の端部とを有する、内側室であって、前記外側室の前記開いた第１の端部を介して前記内側室の前記開いた第１の端部を挿入することにより、前記外側室において滑動可能に収容可能な内側室と；を具備するクロマトグラフ・カートリッジにおいて、
   前記内側室は、前記外側室に比べて、より小さい体積容量を有しており、
   前記内側室の挿入において、前記内側室と前記外側室との間の領域への液体の通過を阻止するために、前記内側室と前記外側室との間に、シール手段を更に具備しており、
   前記外側室に対する前記内側室の断面積の比は、約０．０５から約０．５である、ことを特徴とするクロマトグラフ・カートリッジ。
2. 前記外側室と前記内側室は共に、円形シリンダであることを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ・カートリッジ。
3. 前記液体吐出ポートと前記通気ポートは、前記長手方向の軸線と同軸であることを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ・カートリッジ。
4. 前記外側室と前記内側室は、実質的に同じ長さであることを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ・カートリッジ。
5. 前記通気ポートは、固体粒子の通過を阻止しながら、液体の通過を可能にするように形成されることを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ・カートリッジ。
6. 前記液体吐出ポートは、前記液体吐出ポートへの入口内に又は該入口において保持される、フリット又はフィルタにより、固体の通過を阻止しながら、液体の通過を可能にするように形成されることを特徴とする請求項１に記載のクロマトグラフ・カートリッジ。
7. 選択された充填体積において固体粒子状充填材料の選択された体積を含むクロマトグラフ・カートリッジの製造方法であって、
   （ａ） キャリア液体における前記固体粒子状充填材料のスラリーにより第１の室を充填する充填手順であって、前記スラリー内の充填材料は、一杯に充填した場合に前記選択された充填体積を満たす量であり、前記第１の室は、長手方向の軸線と、開いた第１の端部と、前記固体粒子の通過を阻止しながら、液体の通過を可能にするように形成された液体吐出ポートを具備する、第２の端部と、を有する、充填手順と;
   （ｂ） 前記第１の室に第２の室を連結する、連結手順であって、前記第２の室は、開いた第１の端部と、前記固体粒子の通過を阻止しながら、液体の通過を可能にするように形成された通気ポートを具備する第２の端部と、固体粒子状充填材料の前記選択された体積に等しい体積を有する内部空洞と、を有しており、前記第２の室の前記開いた第１の端部を前記第１の室の前記開いた第１の端部に挿入することにより、前記第１の室に前記第２の室を連結する、連結手順と；
   （ｃ） 前記第２の室を前記第１の室内に更に滑動させる滑動手順であって、それにより、前記第２の室内の前記粒子状物質を前記充填体積まで圧縮し、更に前記液体吐出ポート又は前記通気ポート又は両者を介して過剰のキャリア液体を吐出しながら、前記固体粒子状物質の実質的に全てに前記キャリア液体の少なくとも一部分を加えたものを前記第２の室内に、前記第２の室の前記開いた端部を介して強制的に流入させる滑動手順と；
   を具備しており、
   前記滑動手順（手順（Ｃ））は、前記内側室と前記外側室との間の領域への液体の通過を阻止するために、前記内側室と前記外側室との間に、シール手段を設ける段階を具備しており、
   前記第１の室に対する前記第２の室の断面積の比は、約０．０５から約０．５であることを特徴とする製造方法。
8. 前記手順（ａ）の前記スラリーは、前記スラリーの体積が前記選択された充填体積の１２０％以上である、十分なキャリア液体を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記手順（ａ）の前記スラリーは、前記スラリーの体積が前記選択された充填体積の１５０％以上である、十分なキャリア液体を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
10. 前記手順（ａ）の前記スラリーは、前記スラリーの体積が前記選択された充填体積の２００％以上である、十分なキャリア液体を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
11. 前記第１と第２の室は、実質的に等しい長さであることを特徴とする請求項７に記載の方法。

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