JP5755279B2 - カラム及び媒体充填を自動化するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、カラムのための媒体充填システム及びカラムにおける使用のための媒体充填方法に関する。具体的には、本発明は、クロマトグラフィカラムへのクロマトグラフィ媒体の充填の質及び一貫性を改善する充填装置及び充填方法に関する。

［関連出願の相互参照］
本出願は、２００７年３月６日に出願の米国仮特許出願第６０／８９３，２０２号への優先権を主張する。該特許出願の開示全体は参照によりその全体が本明細書に援用される。

液体クロマトグラフィに用いられるカラムは通例、多孔質クロマトグラフィ媒体を収容する管状本体を備えており、この媒体を通じてキャリア液が流れ、分離は、キャリア液と、多孔質媒体の固相との間での物質回収によって起こる。通例、媒体はカラム内に充填ベッドとして収容され、充填ベッドは離散粒子の懸濁液（スラリーとして既知である）をカラム内にポンプ送入、注入又は吸引して圧密することによって形成される。スラリーの圧密による充填ベッドの形成は、スラリーを重力の影響下で沈降させて沈殿ベッドを形成することが可能であった場合にスラリーが占めたであろう体積よりも小さな体積にスラリーが充填されるように、スラリーを圧縮することによって達成される。後続でのクロマトグラフィ分離の効率は、１）充填ベッドの液体分配及び流体入口と出口とにおける回収システム、２）充填ベッド内の媒体粒子の特有の配向（充填幾何構造としても既知である）、並びに３）充填ベッドの圧縮に大きく依存する。充填ベッドの圧縮が低すぎると、そのベッドで実施されるクロマトグラフィ分離は「テーリング」を起こしてしまい、一般的に、このような不十分に圧縮されたベッドは不安定である。充填ベッドの圧縮が高すぎると、そのベッドによって実施されるクロマトグラフィ分離は、「リーディング」を起こしてしまい、このような過圧縮ベッドは処理量及び結合能力に影響を及ぼし、一般的に動作圧をはるかに高くする可能性がある。圧縮が最適であれば、使用中に形成される分離ピークは、より少ないリーディング又はテーリングを示し、実質的に対称である。カラムに必要とされる最適圧縮度は、各カラムサイズ（幅又は直径）、ベッド高及び媒体タイプ毎に実験的に決定される。

いかなる分離プロセスの前においても、カラムに導入する必要がある粒子のスラリーから開始することによってベッドを前もって形成しておく必要がある。このベッド形成プロセスは「充填手順」と呼ばれ、正しく充填されたベッドは、充填ベッドを収容するカラムの性能に影響する重要な因子である。充填手順の主要な目標のうちの１つは、最適圧縮量、すなわち最適圧縮因子で圧縮されているベッドを提供することである。最適に圧縮されたときのベッド高は、目標圧縮ベッド高と呼ばれる。

ＣＨＲＯＭＡＦＬＯＷ（商標）（それはGE Healthcare社の登録商標でありニュージャージー州ピスカタウェイ所在のGE Healthcare社によって製造されているカラムである）のような大型カラム、ＣＨＲＯＭＡＦＬＯＷに類似のカラム及び業界内において現時点で利用されている他のカラムは、中央スラリーノズル、媒体バルブ又は別のポートを通じて、指定された濃度の媒体粒子を有する所定の体積のスラリーをカラム内に送達することによって充填されることが好ましい。所定の体積のスラリーがカラム内に送達されると、カラム内のクロマトグラフィ媒体は、１）完全に充填される場合があるか、又は２）充填されずに、標準的には一定の速度で、カラムの長手方向の軸に沿ってカラムの底面に向かって可動アダプタを動かすことによって、さらに圧密及び圧縮される必要がある場合がある。この手順中の余分な液体はカラム出口において排出されるが、媒体粒子は、孔径が小さすぎて媒体粒子が通過することができないフィルター材料、いわゆる「ベッドサポート」によって保持される。充填プロセスは、充填ベッドが最適な圧縮量又は圧縮度によって圧縮されると完了する。充填プロセスは、圧縮ベッドにおいて良好且つロバストなクロマトグラフィ性能が得られる場合に成功とみなされる。しかしながら、そのような最適に圧縮されたクロマトグラフィ媒体ベッドを手動手段によってクロマトグラフィカラム内に充填することは、最終的に充填されたベッドの品質が作業者の技量によって大きく左右されるという事実に起因して、実際に達成するのは容易ではない。カラムを満たし、その後、充填している最中に、作業者は、バルブ位置、ポンプ速度、流量、アダプタの移動速度等のような全ての充填パラメータを手動で選択及び調整する。さらに重要なことには、全ての場合に、作業者は、１）十分なスラリーがカラム内に送達されていること、又は２）アダプタがベッドを十分に圧縮していることのいずれかを目視で判定することによって、カラム充填が終了すべき時点を任意に判定しなければならない。充填パラメータのいずれかの選択におけるミス、及び／又は充填を終了する時点についての判定におけるミスがあると、通常はカラムの性能が劣化することになる。さらに、ベッドの圧縮を実際に開始する時点を目視で判断することは、透明チューブを備えるカラムでも特に難しく、ステンレス鋼のような不透明のチューブを備えるカラムでは不可能であり、この時点での重大な誤りによって、最適に圧縮されたベッドを得ることが不可能になる。つまり、カラム充填はこれまで科学ではなく技能と見なされてきた。

それゆえ、クロマトグラフィ媒体をクロマトグラフィカラム内に正確に且つ再現可能に充填するシステム及び方法が必要とされている。

本発明の目的は、従来技術のシステムの短所を克服するためにカラム充填システム及びカラム内に媒体を充填する方法を提供することである。

本発明は、予め計算された体積のスラリーを送達すると共に、１）この体積がカラム内に送達されたときに充填を中止する充填手法（これは、固定アダプタを備えるカラムの場合に好ましい手法である）、又は２）予め計算された体積のスラリーを送達した後に、アダプタを動かして、目標とする圧縮ベッド高に対応するベッド高に達するときに充填を中止する充填手法（これは、可動アダプタを備えるカラムの場合に好ましい手法である）の２つの異なる充填手法を用いることによって、クロマトグラフィカラムの完全に自動化された、ハンズフリーの充填を提供する。したがって、クロマトグラフィカラムを完全に自動化して充填することができ、そのようなカラムは、１）安定しており、且つ２）所望の性能特性を有する。

本発明のこれらの利点及び他の利点は、以下の説明が添付の図面と合わせて読まれるときに、さらに明らかになるであろう。

本発明による、第１の自動化カラム及び媒体充填手順の流れ図である。 本発明による、第２の自動化カラム及び媒体充填手順の流れ図である。 本発明による、第２の自動化カラム及び媒体充填手順の流れ図である。 本発明による、図１に関連付けられる第１の自動化カラム及び媒体充填システムの概略図である。 本発明による、図２Ａ及び図２Ｂに関連付けられる第２の自動化カラム及び媒体充填システムの概略図である。 本発明による、圧力流曲線及び圧縮曲線のグラフである。

本発明の現時点で好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。好ましい実施形態の説明は例示であり、本発明の範囲を制限することは意図していない。
本明細書及び特許請求の範囲で用いる場合：
「セル」という用語は、「容器」及び「カラム」という用語のみならず、混合物を固体又は液体交換媒体（充填ベッドとして既知である）と接触させることによって混合物からの成分の分離、及び／又は反応、及び／又は触媒反応及び／又は抽出を行うために分離技術の実務者に利用される任意の他の構造を包含するように意図されている。

「流れの長手方向」という用語は、セル内で入口から出口へと向かう流れの方向を指す。「長手方向」は一貫して、方向を問わず、セルを通る流体の主要な流路を示すために使用される。

「流れ接続システム」という用語は、流体回路において２点を接続するチャネルシステム又は流路システムを指す。
「分配システム」という用語はセルに導入される流体が通過する構造を指し、「回収システム」という用語はセルから流体を回収するのに用いられる構造を指す。

「沈殿ベッド高」という用語は、カラム内の液体及び媒体粒子を、重力のみの影響下で沈降させることが可能な場合に得られる媒体粒子のベッドの高さを指す。このようなベッドは「沈降ベッド」と呼ばれる。

「圧密ベッド高」という用語は、スラリーを通じて流体を流して、スラリー内の媒体粒子を沈殿させる間に、１）液体をカラムに注入するか、２）カラムから液体を吸い出すか、又は３）可動アダプタを動かして（たとえば、降下させて）カラムから液体を押し出すことによって、カラム内に媒体粒子のベッドが形成されるときに得られる媒体粒子のベッドの高さを指す。このようなベッドは「圧密ベッド」と呼ばれる。

「圧縮ベッド高」という用語は、例えば可動アダプター等との接触及びさらには可動アダプター等の移動、又はベッドの圧密中に用いられる速度よりも高い速度でカラムを通じて流体を注入することによって、圧密ベッドが圧縮されたときに得られるカラム内の媒体粒子のベッドの高さを指す。このようなベッドは「圧縮ベッド」と呼ばれる。

第１の自動化カラム及び媒体充填システム及び方法

図１は、第１の自動化カラム及び媒体充填手順の流れ図を示す。ブロック１０１では、クロマトグラフィ媒体の準備が行なわれ、任意の典型的なクロマトグラフィ媒体が懸濁される。クロマトグラフィ媒体は、ゲル、ビード又は樹脂と呼ばれることもある。このクロマトグラフィ媒体の懸濁は、手攪拌、電動攪拌、空気混和、振盪若しくは振動のような典型的な方法によって、又はＭＥＤＩＡ ＷＡＮＤ（商標）（それはニュージャージー州ピスカタウェイ所在のGE Healthcare社によって製造されている機器のGE商標である）を用いることによって、クロマトグラフィ媒体の輸送容器（図示せず）内で成し遂げられる。ＭＥＤＩＡ ＷＡＮＤ（商標）は頑丈で使いやすく、上澄みを除去し、水又は緩衝液を追加し、輸送容器において均質な媒体スラリーを生成し、媒体をスラリータンクに移し変えることができるように設計されている。ＭＥＤＩＡ ＷＡＮＤ（商標）は、２００７年１月３１日に出願された「METHOD AND APPARATUS FOR FORMING AN HOMOGENEOUS MIXTURE OF CHROMATOGRAPHY MEDIA IN A VESSEL」と題する米国特許出願第１１／６６９，３４７号に記載される機器である。該特許出願は参照により本明細書に援用される。

次に、ブロック１０１では、懸濁されたクロマトグラフィ媒体が、クロマトグラフィ媒体の輸送容器から吸い出され、スラリータンク３０１（図３）に入れられる。スラリーは、薄膜ポンプ又はロータリローブポンプのような、ビードに損傷を与えない典型的なポンプを用いて吸い出すことができる。これらの典型的なポンプは、通常、クロマトグラフィ媒体容器とスラリータンク（複数可）３０１との間に配置されるか、又はこれらのポンプは、３０３（図３）のような充填ステーション内に、又はニュージャージー州ピスカタウェイ所在のGE Healthcare社によって製造されている機器である媒体ハンドリングユニットのような或る別のスラリーハンドリングデバイス内に組み込まれる場合もある。ＭＥＤＩＡ ＷＡＮＤ（商標）及び媒体ハンドリングユニットは、バルク媒体の取り扱いを簡単にし、それによって、取り扱いに要する時間及び労力を低減するように設計される。代替的には、スラリーは、タンクの上にある開口部を介して、クロマトグラフィ媒体の輸送容器からスラリータンク３０１（図３）に物理的に注ぎ込まれることができる。スラリー内に含まれるクロマトグラフィ媒体の量は一般的に、パーセント（％）スラリーと呼ばれ、スラリー濃度とも呼ばれる。パーセントスラリー及びスラリー濃度はいずれも、全スラリー体積内の重力沈降（Ｖｇｓ）材料又は固形物（すなわち、ゲル、クロマトグラフィ媒体、ビード、樹脂）の体積を表す。スラリー濃度は調整することができるが、通常は全スラリー体積の２５％Ｖｇｓ〜７５％Ｖｇｓの範囲内にある。スラリーがスラリータンク３０１内にあるとき、それは、標準的な攪拌手段によって懸濁された状態に保たれ、均質な懸濁、スラリー又は分散が確保される。

上記のスラリー準備が完了すると、スラリータンク内の一般的な機構である典型的なサンプルポートを利用して、少量のスラリーサンプルを、スラリータンク３０１（図３）から取り出すことができる。代替的には、単にすくい上げることによって、又は典型的なピペットを用いることによって、少量のスラリーサンプルを取り出すことができる。スラリータンク３０１から取り出される実際のサンプル体積は典型的には１リットル未満であるが、カラム３０４（図３）のカラム容積の０．１％未満であることが好ましい場合がある。

次に、ブロック１０３（図１）では、以下の技法のうちのいずれか１つによってスラリー濃度（ＳＣ）が求められる。
１．沈殿が行なわれ、完全に沈殿するのに十分に時間だけ、スラリーが重力下で完全に沈降するようになされる。この時間は、用いられるクロマトグラフィ媒体のタイプによって異なり、一般的には、２時間〜７２時間の範囲にすることができる。たとえば、１００ミリリットルサンプルが、スラリータンク３０１（図３）から取り出され、１００ミリリットルメスシリンダに入れられ、重力下で完全に沈降又は沈殿するようになされる。その際、メスシリンダ上の目盛線を読むときに、完全に沈殿したベッドが５３ミリリットルの体積になる場合には、スラリー濃度は５３％であると言われる。

２．遠心分離が行なわれ、遠心力によってスラリーを沈降させる。たとえば、１００ミリリットルサンプルが、スラリータンク３０１（図３）から取り出され、１００ミリリットル目盛付き遠心分離管に入れられる。その後、遠心分離管が遠心器に入れられ、遠心器は３０００ＲＰＭで１５分間動作する。その後、遠心分離管が遠心器から取り出され、沈殿したベッドの体積が遠心分離管上の目盛線で読み取られ、その読み値が５３ミリリットルである場合には、スラリー濃度は５３％であると言われる。

３．濾過が行なわれ、スラリー内の液体を排出することができるようにするが、媒体粒子を保持するフィルタを備える、メスシリンダ又は或る他の目盛付き容器にスラリーが注ぎ込まれる。たとえば、１００ミリリットルサンプルが、スラリータンク３０１（図３）から取り出され、底部にフィルタ又はシンタを備える１００ミリリットルメスシリンダに入れられ、完全に排出することができるようにする。その際、変更されたメスシリンダ上の目盛線を読むときに、沈殿したベッドが５３ミリリットルの体積になる場合には、スラリー濃度は５３％であると言われる。

４．光散乱、超音波及び粒子計数管等のような原理又はデバイスを利用する他の手段又は方法。たとえば、他の方法は濾過法とすることができるが、液体はカラムの底から排出されない。この場合、特定の量のスラリーがカラムに注ぎ込まれ、カラムの中の低流動性によって媒体が沈降する。ベッドが沈降したとき、そのベッドが特定の時間にわたって緩和されるようにする。ベッドの高さが測定され、当初に満たされたスラリーの高さに関連付けられる。この上記の濾過法は、２００７年７月６日に出願の「DETERMINATION OF SLURRY CONCENTRATION」と題するスウェーデン国特許出願第０７０１６７１−０号にさらに記載されている。該特許出願は参照により本明細書に援用される。

次に、ブロック１０５（図１）では、カラム３０４（図３）のカラム容積（Ｖｃ）が求められる。本発明の好ましい実施形態では、カラム３０４（図３）を水で満たし、その後、水を排出、収集及び計量することによって、カラム容積が実験的に求められる。本発明の別の実施形態では、カラム３０４（図３）のＶｃは、以下のような計算によって求められる。Ｖｃは、カラムの断面積Πｒ^２にカラムの高さ（Ｌ）を乗算した値に等しい。

Ｖｃ＝Πｒ^２×Ｌ
クロマトグラフィ媒体のベッドがカラム内に充填されることになる高さは、明確であり、用途によって異なり、制御されるパラメータである。これは、通常製造ライセンスにおいて指定され、その値から外れることはできない。それは典型的には、特定の範囲内の設定数値として表される。たとえば、特定の用途の場合のカラムベッド高は、２０±２ｃｍと指定される場合がある。

次に、ブロック１０７では、圧縮係数（ＣＦ）が求められる。図５は、クロマトグラフィ媒体のベッドがカラム内に充填されることになる圧縮係数を得るために用いられる圧力流曲線及び圧縮曲線を示す。媒体が特定のベッド高（すなわち、ベッドの底面と上部との間の距離）においてカラム内に充填されるときに、媒体を通じて液体が送り込まれるときに達成することができるクロマトグラフィ媒体の圧縮率及び最大流量（流速）は、以下のように求めることができる。或る体積のスラリー（水又は他の液体と、クロマトグラフィ媒体、ゲル、樹脂等との混合物）が、その底面出口が閉じられているクロマトグラフィカラムに注ぎ込まれるか、又は注入され、重力によって完全に沈降するようになされる。この沈降したクロマトグラフィ媒体によって占有される体積は、重力沈降体積と定義され、記号Ｖｇｓを与えられる。その際、この沈降ゲルベッドの高さが記録される。この例では、このベッド高は、「初期ベッド高」と呼ぶことができる。ポンプ又は別の液体送達デバイス又は装置を用いて、徐々に流量を増やしながら、カラムを通じて液体が送り込まれる。これは、最大（臨界とも呼ばれる）流速に達するまで続けられる。ここで、最大流速は、いかなる労力を費やそうとも、ゲルベッドを通じてそれ以上の流速を達成することができない点である。流量値毎に、圧力（加えられる流れに対するゲルベッドの抵抗）及びベッド高が記録される。一般に、カラムに加えられる流量が高くなるほど、圧力が高くなり、ベッド高が低くなる。流量、圧力及びベッド高のための記録された値を用いて、２つの曲線を構成することができる。

曲線１は、線上にある丸によって表され、圧力と流速との関係を示す。
曲線２は、線上にある三角によって表され、圧力とベッド高との関係を示す。
図５のグラフから分かるように、流速毎に、対応する圧力及びベッド高がある。こうして、圧縮係数（ＣＦ）は、以下の式を用いて導出することができる。

ＣＦ＝（初期ベッド高）／（流動時のベッド高）
たとえば、最大流速時のこのクロマトグラフィ媒体の圧縮率又は圧縮係数（ＣＦ）は、３４ｃｍの「初期ベッド高」を、２７．７ｃｍの「最終ベッド高」で割ることによって、すなわち、３４／２７．７＝１．２３によって求めることができる。図５のグラフは、５５ｃｍ／ｈの流速において、この特定のゲルの場合の圧縮係数が１．１４であることを示す。

また、圧縮係数は、クロマトグラフィ媒体又はゲルが重力によって沈降するときの初期値（Ｖｇｓ）から、そのクロマトグラフィ媒体が最大流速に近い流れによって圧縮されるときの最終値までの、カラム内のクロマトグラフィ媒体の高さの減少と見なすことができる。圧縮係数値は、望ましくない設定値偏差ではなく、依然として最適なカラム性能を達成することができる範囲と見なすべきである。たとえば、クロマトグラフィ媒体が１．１５倍だけ圧縮する場合には、１．１２〜１．１８の範囲においても、依然として最適なカラム性能を達成することができる。別の例によれば、クロマトグラフィ媒体が１．２０倍だけ圧縮する場合には、１．１６〜１．２４等の範囲においても、依然として最適なカラム性能を達成することができる。

次に、ブロック１０９では、カラム３０４（図３）を充填するために必要とされるスラリーの体積（Ｖｓ）が計算される。これは、適切なＶｇｓがカラム３０４に送達され、且つ所望の圧縮係数範囲内の所定の圧縮係数又は所望の圧縮係数まで圧縮されるために必要とされるスラリー体積であり、このＶｓは手作業で計算することができる。本発明の別の実施形態では、充填のために必要とされるスラリーの体積は、制御ユニット３０５によって又は別個のコンピュータ（図示せず）によって計算される場合がある。制御ユニット３０５（図３）は、式に基づいてスラリーの体積（Ｖｓ）を計算することができるプロセッサを備える典型的なコンピュータである。

典型的なコンピュータとしての制御ユニット３０５は、標準的な構成要素である、プロセッサと、入力／出力（Ｉ／Ｏ）コントローラと、大容量記憶装置と、メモリと、ビデオアダプタと、接続インターフェースと、システムバスとを備える。大容量記憶装置は、１．ハードディスクドライブに対して読出し及び書込みを行うためのハードディスクドライブ構成要素（図示せず）及びハードディスクドライブインターフェース（図示せず）、２．磁気ディスクドライブ（図示せず）及びハードディスクドライブインターフェース（図示せず）、並びに３．ＣＤ-ＲＯＭ又は他の光媒体のような取出し可能光ディスクに対して読出し及び書込みを行うための光ディスクドライブ（図示せず）及び光ディスクドライブインターフェース（図示せず）を含む。上記のドライブ及びその関連するコンピュータ読取り可能媒体は、制御ユニット３０５のためのコンピュータ読取り可能命令、データ構造、プログラムモジュール及び他のデータの不揮発性の記憶を提供する。また、上記のドライブは、図１において説明される第１の自動化カラム及び媒体充填手順のためのアルゴリズムを有するという技術的効果も含む。そのアルゴリズムは、図１に示される手順のソフトウエア又は式であってもよい。図４を参照すると、制御ユニット４０５（図４）は、上記のドライブを備える制御ユニット３０５に相当し、そのドライブは、図２において説明される第２の自動化カラム及び媒体充填手順のためのアルゴリズムを有するという技術的効果を含む。第２の自動化カラム及び媒体充填のためのアルゴリズムは、図２に示される手順のソフトウエア又は式であってもよい。

図３を参照すると、制御ユニット３０５は、カラム３０４の動作を制御するハードウエア及びソフトウエアを備える。さらに、制御ユニット３０５は、バルブ、ポンプ、空気センサ、圧力変換器、流量計等のような自動化されたカラム充填において利用される全ての装置ユニットを制御し、それらのユニットと通信する。スラリーの体積（Ｖｓ）を計算するために、以下の式が用いられる。

Ｖｓ＝（Ｖｃ×ＣＦ）／Ｃｓ
スラリーの体積は、カラム容積（Ｖｃ）に圧縮係数（ＣＦ）を乗算し、スラリー濃度（Ｃｓ）で除算した値に等しい。要求されるスラリー体積は、スラリータンク３０１内に準備され、スラリータンク３０１と、充填ステーション３０３及びホースを含むカラム３０４との間の外部容積を考慮するために、付加的なスラリー体積が追加される場合がある。充填ステーション３０３は、スラリー送達のために必要とされるポンプ３０６及び３０７並びにバルブ３０８及び３０９を備える典型的な充填ステーションである。

次に、ブロック１１１（図１）では、充填ステーション３０３（図３）が、ポンプ３０６（図３）を介して、且つ充填位置に挿入されるノズル３１１（図３）を介して、タンク３０２からカラム３０４（図３）に液体を加える。カラム３０４が液体で満たされると、内部からの空気がノズル３１２を介して排出され、空気センサ３１３（図３）を通過する。空気センサ３１３は、制御ユニット３０５に接続され、且つ制御ユニット３０５と通信する典型的な空気センサである。空気センサ３１３は、その中を空気が通過しているか否かを判定し、この能力を用いて、カラムが水で満たされたことを明らかにし、その時点で、制御ユニット３０５は自動的に次のブロックに進むことができる。

ブロック１１３（図１）では、制御ユニット３０５（図３）が充填ステーション３０３を制御し、制御ユニット３０５は、スラリーをスラリータンク３０１から充填ステーション３０３、ノズル３１２及びスラリーラインを通ってスラリータンク３０１に再循環させることによって、充填ステーション３０３、スラリーライン、ホース及びノズル３１２にスラリーを自動的に用意する。この用意動作は、ノズル３１２が後退した位置又は閉位置にあり、それによってスラリー入口（ＳＩＴ）３１２ａと排出スラリーポート（ＳＯＴ）３１２ｂとの間にループが形成されることによって行なわれ、スラリーはスラリー入口（ＳＩＴ）３１２ａを通って送り込まれ、排出スラリーポート（ＳＯＴ）３１２ｂ及び関連付けられるホースを通って行き渡り、スラリータンク３０１に戻される。この用意が達成されると、スラリーが予め行き渡ったなら、制御ユニット３０５は次のブロックに自動的に進む。

ブロック１１５（図１）では、全ての重要な構成要素に接続され、且つそれらの構成要素と通信する制御ユニット３０５（図３）が、以下の動作を実行する。１）流量計３１４の目盛を０に合わせ、２）ノズル３１２を充填位置又は開位置に位置決めし、水が用意されているカラム３０４にスラリーを送達することができるようにし、３）バルブ３１０を操作することによって、カラム３０４の底面出口を開き、４）充填ポンプ３０６（図３）を始動して、クロマトグラフィ媒体をカラム３０４内に送達する。こうして、カラムの充填が開始されている。

ブロック１１７（図１）では、流量計３１４に接続され、且つ流量計と通信する制御ユニット３０５（図３）が、流量計３１４を制御して、カラム３０４に注入されたスラリーの体積をモニタし、流量計３１４は、制御ユニット３０５に、カラム３０４に注入されたスラリーのモニタされた体積を通知する。

次に、ブロック１１９（図１）では、カラム３０４に注入されたスラリーのモニタされた体積の測定値が、ブロック１０５（図１）において求められた、予め計算されたスラリー体積（Ｖｓ）に等しいときに、制御ユニット３０５（図３）内のプロセッサがカラム３０４の充填を自動的に終了する。その際、制御ユニット３０５は以下の動作を実行する。１）充填ポンプ３０６を停止し、２）ノズル３１２を後退させるか又は閉じ、３）バルブ３１０を操作することによって、カラム３０４の移動相入口／出口を閉じる。本発明の別の好ましい実施形態では、カラム３０４に注入されるスラリーの体積は、制御ユニット３０５とスラリータンク３０１との間の接続及び通信によってモニタすることができる。タンクそのものが、内部又は外部のいずれかに体積測定デバイスを備えることができる。本発明のさらに別の好ましい実施形態では、カラム３０４に注入されるスラリーの体積は、制御ユニット３０５と、スラリータンク３０１がその上に配置されるスケールとの間の接続及び通信によってモニタすることができる。

第２の自動化カラム及び媒体充填システム及び方法

図２Ａ及び図２Ｂは、第２の自動化カラム及び媒体充填手順の流れ図を示す。この流れ図はブロック２０１〜ブロック２１１（図２Ａ）を含み、その手順はブロック１０１〜ブロック１１１におけるのと同じであり、説明済みであるので、これらのブロックの説明はここでは開示しない。

ブロック２１３では、全ての重要な構成要素に接続され、且つそれらの構成要素と通信する制御ユニット４０５（図４）が、機械的手段、電気的手段又は液圧手段のいずれかによってアダプタ４０７（図４）を、そのアダプタが最も低い位置にある点まで下方に動かす。その最も低い位置では、用意のために用いられる既知の体積の液体がカラム４０４内に留まるか、又はカラム４０４内に液体が全く留まらないかのいずれかである。

ブロック２１５（図２）では、全ての重要な構成要素に接続され、且つそれらの構成要素と通信する制御ユニット４０５（図４）が、以下の動作を実行する。媒体バルブ（ノズル、スラリーバルブ又はスラリーポートとも呼ばれる）４０６を位置決めするか又は開いて、水を用意されているカラム４０４（図４）内にスラリーを送達することができるようにし、２）機械的手段、電気的手段又は液圧手段のいずれかによって、アダプタ４０７（図４）を上方に動かす。制御ユニット４０５は上記の制御ユニット３０５と同じであるので、ここでは説明されない。アダプタ４０７が動かされるのに応じて、スラリーがスラリータンク４０１（図４）からノズル４０６を介してカラム４０４に吸い込まれる。基本的には注射器のようにして実施される、スラリーをカラム４０４に吸い込むこの過程を、必要に応じてタンク４０１内の正圧によって補助することができる。制御ユニット４０５は、標準的な機械的手段、電子的手段又は液圧手段（図示せず）のいずれかによってアダプタの高さをモニタし、スラリー体積（Ｖｓ）に等しい体積のスラリーがカラム内に送達された点である、充填のために必要とされる予め計算されたＶｓに対応する高さまでアダプタ４０７が動かされたときに、アダプタ４０７を停止する。

次に、ブロック２１７（図２Ａ）では、制御ユニット４０５（図４）が、内部ポンプ又は外部ポンプ（図示せず）のいずれかによって、タンク４０２）からの水又は緩衝液が、カラムの移動相ポート４０８及び４０９（図４）を介して、所定の流量でカラム４０４（図４）に注入されるようにする。この時点においてカラム４０４内でスラリーの形をとるクロマトグラフィ媒体はこの流れの下で圧密され、制御ユニット４０５は、ベッドが圧密され、可動アダプタ４０７とクロマトグラフィ媒体ベッドとの間に水層（隙間）が生成され、安定化するまで、カラム４０４を通じて流れを加え続ける。

次に、ブロック２１９（図２Ａ）では、１）可動アダプタ４０７が注射器のようにして下げられるときに、移動相ポート４０８又は４０９のいずれかを介してカラム４０４から排出される液体の体積をモニタした後に、又は２）可動アダプタ４０７の高さをモニタすることによって、可動アダプタ４０７（図４）が制御ユニット４０５によってクロマトグラフィ媒体ベッドの上まで自動的に下げられる。

次に、ブロック２２１（図２Ｂ）では、１）可動アダプタ４０７が注射器のようにして下げられるときに、移動相ポート４０８又は４０９を介してカラム４０４から排出される液体の量をモニタした後に、又は２）可動アダプタ４０７の高さをモニタすることによって、クロマトグラフィ媒体を所定及び所望の圧縮係数まで圧縮するために、可動アダプタ４０７（図４）が、制御ユニット４０５によってさらに自動的に下げられる。

次に、ブロック２２３（図２Ｂ）では、最適な高さに達したときに、制御ユニット４０５（図４）がカラム４０４の充填を自動的に終了する。可動アダプタ４０７がアダプタ４０７の初期高（ブロック２１５の終了時の高さ）とアダプタ４０７の最終高との間の体積差に等しい体積の液体をカラム４０４から押しのけたときに、最適な高さが生じ、その値は制御ユニット４０５に既知であり、既に説明されているのと概ね又は全く同じようにして流量計（図示せず）によってモニタされる。本発明の別の実施形態では、制御ユニット４０５に接続され、且つ制御ユニットと通信する、アダプタ位置を判定することができるベッド高読取りデバイス又は任意の他のデバイス（図示せず）が、制御ユニット４０５に既知である値を有する所望の最終充填カラム高に等しい値に達するときに、制御ユニット４０５はカラム４０４の充填を自動的に終了する。

ブロック２１７において開始し、ブロック２２３で終了する、本発明の別の実施形態では、標準的な動作によってアダプタ４０７を機械的に、電気的に又は液圧によって動かすと共に、所望の圧密が達成されるまで、移動相ポート４０８又は移動相ポート４０９を開くことによって、カラム４０４内のクロマトグラフィ媒体の圧密を成し遂げることができる。この実施形態が、自動化充填手順の選択された実行モードになる場合には、ブロック２１９をスキップすることができ、自動化充填手順は、ブロック２２１に進み、上記の通りに、ブロック２２３において自動的に終了することができる。

ブロック２１７で開始し、ブロック２２３で終了する、本発明のさらに別の好ましい実施形態では、標準的な動作によってアダプタ４０７を機械的に、電気的に又は液圧によって動かすと共に、所望の圧密及び圧縮の両方が達成されるまで、移動相ポート４０８又は移動相ポート４０９を開くことによって、単一のステップにおいて圧密及び後続の圧縮を成し遂げることができる。この実施形態が、自動化充填手順の選択された実行モードである場合には、ブロック２１９及びブロック２２１の両方をスキップすることができ、自動化充填手順は、そのままブロック２２３に進み、上記の通りに、ブロック２２３において自動的に終了することができる。

本発明は、予め計算された体積のスラリーを送達することによって、クロマトグラフィカラムを充填する完全に自動化されたシステム及び方法を提供する。使用者は、スラリー濃度を求め、カラム容積を求め、圧縮係数を求めることに基づいて、クロマトグラフィカラムを充填することができる。これらの値を求めることによって、使用者は、所定のベッド高において特定のクロマトグラフィカラムを充填するために必要とされるスラリーの体積を計算することができる。これらの値が求められ、カラム充填システムの全ての重要な構成要素を制御する、制御ユニット、コンピュータ又はコンピュータのようなプロセッサに入力されると、制御ユニットは、使用者によるいかなる干渉も、使用者からの助けも受けることなく、完全に自動化された方法でカラム充填手順を実行することができる。カラム充填手順中に人の干渉及び／又は助けを受けないことは、そのような干渉及び／又は助けに関連付けられる全ての誤りを確実に減らし、クロマトグラフィカラムの正確且つ再現可能な充填を提供する。こうして、本発明は、クロマトグラフィカラムが不十分に充填されるのを防ぐ、クロマトグラフィカラムにクロマトグラフィ媒体を充填する自動化された手段を使用者に提供する。

本発明は、カラムが円筒形であり、一定の直径を有し、円筒形容積とベッド高との間を線形に関連付けることができる実施例によって例示されてきたが、本発明を改変して、相互関係が非線形である他のカラム形状に適用することも考えることができる。

本発明を特定の実施形態に関して上記で説明したが、当業者には明らかであるように、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明の数多くの変更及び変形を行うことができる。
本明細書に係る発明には、以下の各発明が含まれる。
[発明１]
カラム充填を自動化する方法であって、
クロマトグラフィ媒体のスラリー濃度を求めること、
少なくとも１つのクロマトグラフィカラム内のカラム容積を求めること、
前記少なくとも１つのクロマトグラフィカラムにおける前記クロマトグラフィ媒体のための圧縮係数を求めること、
前記求められたカラム容積、前記求められた圧縮係数及び前記求められたスラリー濃度に基づいてスラリーの体積を計算すること、
スラリータンクにおいて前記スラリーの前記計算された体積を設定すること、
前記少なくとも１つのクロマトグラフィカラムの可動アダプタを低い位置に位置決めすること、
前記計算された体積の前記スラリーの前記少なくとも１つのクロマトグラフィカラムへの送達を可能にする媒体バルブを位置決めするか又は開くこと、
前記クロマトグラフィ媒体を圧密すること、
前記可動アダプタを自動的に下げることであって、それによって、前記クロマトグラフィ媒体を前記求められた圧縮係数まで圧縮する、自動的に下げること、及び
最適なカラムベッド高に達するときに、前記少なくとも１つのクロマトグラフィカラムの充填を自動的に終了することを含む、方法。
[発明２]
前記可動アダプタが、該アダプタの初期高と該可動アダプタの最終高との間の体積の差に等しい体積の液体を押しのけたときに、前記最適なカラムベッド高が生じる、発明１
に記載の方法。
[発明３]
前記媒体バルブは、ノズル、スラリーポート及びスラリーバルブから成る群からのものである、発明１に記載の方法。

Claims (3)

1. カラム充填を自動化する方法であって、
   クロマトグラフィ媒体のスラリー濃度を求めること、
   少なくとも１つのクロマトグラフィカラム内のカラム容積を求めること、
   前記少なくとも１つのクロマトグラフィカラムにおける前記クロマトグラフィ媒体のための圧縮係数を求めること、
   前記求められたカラム容積、前記求められた圧縮係数及び前記求められたスラリー濃度に基づいてスラリーの体積を計算すること、
   スラリータンクにおいて前記スラリーの前記計算された体積を設定すること、
   前記少なくとも１つのクロマトグラフィカラムの可動アダプタを低い位置に位置決めすること、
   前記計算された体積の前記スラリーの前記少なくとも１つのクロマトグラフィカラムへの送達を可能にする媒体バルブを位置決めするか又は開くこと、
   クロマトグラフィカラム内で、可動アダプタとクロマトグラフィ媒体ベッドとの間に水層（隙間）が生成され、安定化するまで、水又は緩衝液を、所定の流量でカラムに注入すること、
   前記可動アダプタを自動的に下げることであって、それによって、前記クロマトグラフィ媒体を前記求められた圧縮係数まで圧縮する、自動的に下げること、及び
   最適なカラムベッド高に達するときに、前記少なくとも１つのクロマトグラフィカラムの充填を自動的に終了することを含む、方法。
2. 前記可動アダプタが、該アダプタの初期高と該可動アダプタの最終高との間の体積の差に等しい体積の液体を押しのけたときに、前記最適なカラムベッド高が生じる、請求項１に記載の方法。
3. 前記媒体バルブは、ノズル、スラリーポート及びスラリーバルブから成る群からのものである、請求項１に記載の方法。

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