JP5868417B2 - クロマトグラフィーカラムのバッキングプレートにディストリビュータプレートを固定する方法並びに配置 - Google Patents

Description

本発明は、クロマトグラフィーカラム及びその構成部品に関する。特に、本発明は、クロマトグラフィーカラムのバッキングプレートにディストリビュータプレートを固定する方法に関する。

クロマトグラフィーカラムは、工業プロセスにおいて、処理液を精製し、処理液から目的の物質を分離するために使用され得、典型的な例としてはファインケミカル及び医薬、並びに生物学的製剤の大規模な分取的精製がある。

工業規模のクロマトグラフィーカラムは、通例、中空の、軸方向に垂直な管状ハウジング又はチューブを含んでおり、これは、上端に液体入口（これを通って、緩衝剤及び分離しようとする物質がチューブのキャビティ内に位置する媒体ベッドに分配される）を、下端に物質及び緩衝剤を収集するための液体収集系を含んでいる。緩衝流体及び／又は分離し精製しようとする物質が浸透貫通する微粒子状のクロマトグラフィー媒体又はベッドが液体入口と収集系との間に配置されている。

アダプタアセンブリは通例管状ハウジングの上端に付けられ、ベースアセンブリは下端で下部フランジにボルトで留められる。これらのアセンブリは各々、通例、強いバッキングプレートと、ベッドサポートをさらに支持するディストリビュータとを含む。ベッドサポートは、微粒子状媒体のベッドを保持しつつクロマトグラフィーベッドスペース又はキャビティへの処理液の流れを可能にするメッシュ、フィルタ、焼結物、スクリーン又はその他の流体浸透性の媒体保持材料の層である。ベッド高さ及びベッド圧縮を調節可能にし制御するために、アダプタアセンブリは通例カラムチューブ内部にピストン又は摺動アダプタの形態で作成される。通例ノズルを介してベッド媒体をカラムに装填した後、アダプタをチューブの底部の方に押しやって媒体ベッドを圧縮又は加圧し得る。一般に、ベースアセンブリは、カラムチューブの下部フランジに対してボルトで止めた固定構造体であるが、場合によっては、摺動移動可能なピストン又はアダプタの形態でもあり得る。

ベースアセンブリのバッキングプレートは一般にカラムのサポート（支持体）として機能し、カラム自体は脚部又はその他ベースアセンブリの下に突出する出口配管のクリアランスを可能にする何らかのスタンド装置上に支持されている。

従来技術のアダプタアセンブリとベースアセンブリは、ボルト又はネジを用いてディストリビュータプレートをバッキングプレートにネジ留め又はボルト留めすることによって形成される。ディストリビュータはプラスチックのような不活性な非金属性材料で作られているので、カラムの作動中−１バール〜＋５バールの範囲の内圧がかかったとき歪むことがあり得る。この問題に対処するために、ディストリビュータは、多くのネジ又はボルトでバッキングプレートに固定されている。このプロセスは通例、ヘリコイルのネジ山をバッキングプレート中に切り込み（これは、ステンレス鋼及びその他ＧＭＰ環境で使用するのに適した材料のような高品質材料で実施するのは金がかかり困難なプロセスである）、適切なネジ山のネジ又はボルトを用いてディストリビュータをバッキングプレートに固定する必要がある。

得られるアセンブリは、例えばカラムを充填するときの逆圧縮圧力に耐えることができなければならないので、ディストリビュータをバッキングプレートに固定するにはかなりの数のかかるボルト又はネジが必要である（例えば、１メートルの直径のカラムの場合通例２０〜４０のネジ又はボルトが必要であり、２メートルの直径のカラムではおよそ１００〜１５０のネジ又はボルトが必要である）。

ネジ及び／又はボルトを使用してディストリビュータプレートをバッキングプレートに固定するプロセスは、クロマトグラフィーカラムを作動のために最初にセットアップするとき時間がかかる可能性がある。セットアッププロセスで間違った長さ又は不正確な内径のネジ又はボルトを使用するとエラーが起こり得、結果として構成部品間のシールが弱くなり得る。

経時的に及びカラムを繰返し使用すると、ネジ又はボルト、及びネジのネジ山の腐食が起こり得る。また、カラムの洗浄及び／又はメンテナンスにはディストリビュータプレートをバッキングプレートから分離する必要があることが多い。ここでも、このプロセスは慎重にネジ又はボルトを回してバッキングプレートからディストリビュータを外すのに時間が必要である。

そこで、従来技術で見られる上記の問題を克服する、ディストリビュータプレートをバッキングプレートに固定するためのより簡単で費用効果的な手段を有するクロマトグラフィーカラムに対するニーズがある。

米国特許第６３５２２６６号

本発明の第１の態様では、クロマトグラフィーカラムのバッキングプレートにディストリビュータプレートを固定する方法であって、
ａ）液体入口及び液体出口と、
アダプタアセンブリ及びベースアセンブリと接してそれらの間にキャビティを画成するチューブであって、アダプタアセンブリ及びベースアセンブリが各々バッキングプレート及びディストリビュータプレートを含んでいる、チューブと、
アダプタアセンブリのバッキングプレートとディストリビュータプレートの間及び／又はベースアセンブリのバッキングプレートとディストリビュータの間のシール手段であって、それらの間にエアポケットを画成し、アダプタアセンブリのバッキングプレート及び／又はベースアセンブリのバッキングプレートはエアポケットと流体連結した通路を有している、シール手段と
を備えるクロマトグラフィーカラムを用意するステップと、
ｂ）真空ポンプを用いて通路を介してエアポケットから空気を除去して、ディストリビュータプレートをバッキングプレートに固定するステップと
を含む方法を提供する。

１つの態様では、真空ポンプはカラムの一体部分ではなく、従ってその使用のより大きな自由度を提供する。例えば、真空ポンプはカラムと別の実体であってもよく、又はクロマトグラフィーカラムを充填するための充填ステーションのような別のデバイスの構成部品であってもよい。

別の態様では、両方のバッキングプレートはエアポケット及び真空ポンプと流体連結した通路を有する。この実施形態では、アダプタアセンブリ及びベースアセンブリの両方のディストリビュータプレートは真空によって互いに固定されるであろう。

さらに別の態様では、シール手段は１以上のＯ−リングである。エアポケットを画成するのに使用できる他の形態のシール手段も可能である。これらのシール手段はプラスチック、シリコーン又はゴムのような不活性で圧縮可能な材料から作成される（ＥＰＤＭシールが好ましい）。シール手段の形状は変えることができ、例えば円形、正方形、長方形又は楕円形の形状であり得る。円形又はＯリング形状が好ましい。

１つの態様では、位置決め手段を使用してバッキングプレート及びディストリビュータプレートを共に位置決めすることができる。位置決め手段の例としては、限定されることはないが、対応する穴又はノッチに嵌合するピンびょうがある。

さらに別の態様では、空気をエアポケットに戻してディストリビュータプレートをバッキングプレートから解放することが可能である。

本発明の第２の態様では、
ａ）液体入口及び液体出口と、
ｂ）アダプタアセンブリ及びベースアセンブリに連結されて、それらの間にキャビティを画成するチューブであって、アダプタアセンブリ及びベースアセンブリが各々バッキングプレート及びディストリビュータプレートを含んでいる、チューブと、
ｃ）アダプタアセンブリのバッキングプレートとディストリビュータプレートの間及び／又はベースアセンブリのバッキングプレートとディストリビュータの間のシール手段であって、それらの間にエアポケットを画成するシール手段と、
ｄ）アダプタアセンブリのバッキングプレート及び／又はベースアセンブリのバッキングプレートが有する通路であって、エアポケットと流体連結した通路と、ｅ）真空ポンプと
を備えるクロマトグラフィーカラムを提供する。

１つの態様では、真空ポンプはカラムの一体部分でなく、従ってその使用のより大きな自由度が得られる。例えば、真空ポンプはカラムと別の実体でもよく、又はクロマトグラフィーカラムを充填するための充填ステーションのような別のデバイスの構成部品であってもよい。

別の態様では、両方のバッキングプレートはエアポケット及び真空ポンプと流体連結した通路を有する。この実施形態では、アダプタアセンブリ及びベースアセンブリの両方のディストリビュータプレートは真空によって互いに固定されるであろう。

さらに別の態様では、シール手段は１以上のＯ−リングである。エアポケットを画成するのに使用することができる他の形態のシール手段が可能である。これらのシール手段はプラスチック、シリコーン又はゴムのような不活性で圧縮可能な材料から作成される（ＥＰＤＭシールが好ましい）。シール手段の形状は変えることができ、例えば円形、正方形、長方形又は楕円形の形状であり得る。円形又はＯリング形状が好ましい。

１つの態様では、位置決め手段を使用してバッキングプレート及びディストリビュータプレートを共に位置決めすることができる。位置決め手段の例としては、限定されることはないが、対応する穴又はノッチに嵌合するピン又はびょうがある。

本発明の特徴と利点は、添付の図面を参照した以下の説明から明らかとなるであろう。

図１は、ディストリビュータプレートがネジによりバッキングプレートに固定される当技術分野で公知のクロマトグラフィーカラムの断面正面図を示す。 図２は、本発明によるクロマトグラフィーカラムのアセンブリの概略断面正面図である。 図３ａは、アダプタアセンブリの部分断面図を示す本発明のカラムの側部透視図である。 図３ｂは、図３ａに示したカラムの正面透視図であるが、部分断面図ではない。

図１は、当技術分野で公知のクロマトグラフィーカラム１００の断面正面図である。カラム１００は、ステンレス鋼及び医薬産業で典型的なＧＭＰ環境で使用するのに適したその他の材料のような強い不活性な材料から作成される。カラム１００は、カラムの高さ及び／又はレベルを変更するために調節可能な足部１０４を有する脚部１０２上に支持される。脚部１０２は、クロマトグラフィー媒体の受容のためのキャビティ１０８を画成し、一端のベースアセンブリ１１０を他端のアダプタアセンブリ１２０を分離する円筒形のハウジング又はチューブ１０６を含むカラム１００を支持する。チューブ１０６は通例ステンレス鋼、又はその他の強い不活性な材料から作成され得る。アダプタアセンブリ１２０に隣接して、緩衝液若しくはその他の適切な移動相液体又は分離しようとする化学物質／材料の導入のための移動相経路１３４、及び液体入口１３６を含むノズル１３２を含む分散系１３０がある。アダプタアセンブリ１２０は、作動モードにおいて、例えばカラム内で化学物質のクロマトグラフィー分離を実行するのに使用されるクロマトグラフィー媒体のベッドを充填又は圧縮するために、チューブ１０６のキャビティ１０８内で可動であり得る。図で、アダプタアセンブリ１２０は、アダプタフランジ１２２、１以上の間隔柱１２４、通例ステンレス鋼製のバッキングプレート１２６、液体の均一な分配を達成するために多くのチャネルを有するプレートの形態をとり得る不活性な非金属性材料製のディストリビュータ１２８、及びスクリーン又はメッシュ又はフィルタを含むベッドサポート１２９、並びに場合によりシールリング（図には示してない）を含む。ベッドサポート１２９は不活性なプラスチック又はステンレス鋼のような金属材料で作成され得る。ディストリビュータ１２８及びベッドサポート１２９は解放可能な固定手段（図には示してない）により互いに留められる。ディストリビュータ１２８をバッキングプレート１２６に固定する典型的な解放可能な固定手段１４０には、限定されることはないが、ネジ及びボルトがある。一般に、固定手段は、バッキングプレート１２６のネジ穴を通ってディストリビュータ１２８中に挿入されるネジである。

固定手段１４０は、キャビティ１０８から最も遠いプレートの面であるディストリビュータ１２８又はバッキングプレート１２６の外面からアクセスし、従って解放することができる。アクセスはバッキングプレート又はディストリビュータの外面から行い得、カラム内に懸架又は支持された装填物にオペレータが不必要に曝露されるのを回避し得る。

ベースアセンブリ１１０は、解放可能な固定手段１４０により互いに留められたバッキングプレート１１２及びディストリビュータ１１４、並びにベッドサポート１１６を含む。バッキングプレート１１２は通例ステンレス鋼で作成され、一方ディストリビュータ１１４は液体の均一な分配を達成するために多くのチャネルを有するプレートの形態をとり得る。ベッドサポート１１６はスクリーン又はメッシュ又はフィルタ及び場合によりシールリング（図には示してない）を含み、解放可能な固定手段（図には示してない）によりディストリビュータ１１４に取り付けられる。ベッドサポート１１６は不活性なプラスチック又はステンレス鋼のような金属材料で作成され得る。固定手段１４０は構成要素の周辺の対応する穴を通った挿入されるネジ又はボルトの形態をとることができ、通例固定手段はバッキングプレート１１２の穴を通ってディストリビュータ１１４のネジ穴内に挿入されるネジである。図示した例において、アクセスは、バッキングプレート１１２の外面から行われ、懸架された装填物の下にオペレータが曝露されるのを回避する。

カラムでの化学物質又は生物学的物質の分離は、チューブ１０６がクロマトグラフィー媒体で満たされているとき、下降流又は上昇流のいずれかで行うことができることが理解されよう。すなわち、下降流の場合、分離しようとする化学物質又は生物学的物質を含有する液体はノズル１３２を介して導入され、媒体のベッドを通って下向方向に移動し、カラムの底部の収集系で分散系１５０のノズル１５２を通って出口ポート１５４を介して収集される。上昇流モードの場合、分離しようとする物質を含有する液体は底部ノズル１５２を介して導入され、媒体ベッドを通って上向きに流れ、カラムの頂部でノズル１３２及び入口１３６を介して収集される。

図２は、本発明によるクロマトグラフィーカラムのアセンブリの概略正面断面図を示す。図のアセンブリはアダプタアセンブリの一例であるが、当業者には同一の作動原理がベースアセンブリにも等しく適用されることが理解されるであろう。また、本発明によるクロマトグラフィーカラムはアダプタアセンブリ及びベースアセンブリの両方を含み得ることも理解されよう。

アダプタアセンブリ２２０はバッキングプレート２２６及びディストリビュータプレート２２８を含む。バッキングプレート２２６及びディストリビュータプレート２２８は円形の形状を有し、液体入口／出口（図には示してない）の整列及び位置決めを容易にするために中央に穴がある（２２６ａ ａｎｄ ２２８ａ）。バッキングプレート２２６に対してディストリビュータ２２８を静止位置に保持し、またシール手段又はＯリング２６０を圧縮してバッキングプレート２２６とディストリビュータ２２８との間にエアポケット２２９を作り出すのに役立つ少数のネジ２４０が存在する。別の実施形態（図には示してない）において、これらのネジはベッドサポートをディストリビュータプレートに固定するのに利用することもできる。

バッキングプレート２２６とディストリビュータプレート２２８との間にシール手段２６０によりエアポケット２２９が形成されている。エアポケットの大きさはシール手段の大きさ／寸法及び／又はバッキングプレート２２６とディストリビュータプレート２２８の接触面の形状によって決定され得る。例えば、バッキングプレート２２６及び／又はディストリビュータプレート２２８の一方又は両方の接触面の一部を凹ませるか又は嵌め込むことで、２つの表面が接触したときシール手段２６０により画成されるエアポケット２２９をより大きくすることができる。シール手段２６０はプラスチック、シリコーン又はゴムのような不活性で圧縮可能な材料で作成され（ＥＰＤＭシールが好ましい）、Ｏリングのようなリングの形成をとり得る。シール手段２６０は気密なシールを形成してエアポケット２２９を作り出す。空気は通例０．１〜１．０バールの負圧を作用させる真空ポンプにより通路２７０を介してエアポケット２２９から除去される。真空ポンプはクロマトグラフィーカラムの一体部分であってもよいし、又はカラムとは別に分離してもよく、例えばカラムにクロマトグラフィー媒体を充填するのに使用する充填ステーションの一部分であっもよい。

図３ａは、本発明によるカラム３００の側面図であり、アダプタアセンブリ３２０の一部を切り取った又は断面図３２１でバッキングプレート３２６、ディストリビュータプレート３２８及びベッドサポート３２９の内部配置を示す。ディストリビュータプレート３２８はカラム３００の外部にある真空ポンプ（図には示してない）によりかけられる真空によってバッキングプレート３２６に固定される。真空ポンプはカラムの一体部品であってもよいし、又は別の実体でも若しくは別の装置（例えばカラムにクロマトグラフィー媒体を充填するための充填ステーション）の部品であってもよい。図には示してないが、Ｏ−リングのようなシール手段により、バッキングプレート３２６とディストリビュータプレート３２８の接触面間にエアポケットが作り出される。空気は負圧をかけることによりバッキングプレート３２６内の通路（図には示してない）を介して除去することができる。作動においては、ポンプにより０．１〜１バールの真空にして、チャンバーから空気を除去し、ディストリビュータプレート３２８をバッキングプレート３２６に固定する。場合により、真空を利用してバッキングプレートをディストリビュータに固定するベースアセンブリ（図には示してない）がカラム３００内に存在し得る。

カラム３００の頂部の制御ボックス（３９０）は、例えば、赤色又は緑色の（フラッシュ）光３９２を使用して、真空になったこと、及びカラム３００が使用できる状態であることを示し得る。

これでカラムは作動可能であり、化学物質及び／又は生体分子の分離及び／又は精製に使用し得る。分離及び／又は精製プロセスが完了したら、真空を解き、多くのネジ又はボルトを外すことを必要とすることなく洗浄目的又は検査のためにバッキングプレートをディストリビュータプレートから取り外し得る。

図３ｂは、図３ａに示したカラムの正面透視図であるが、一部を切り取った又は断面図ではない。図から分かるように、カラムの概観は図１に示したカラムと非常によく似ており、従来技術のカラムについて上記したのと同じ構成部品を有する。カラム３００はステンレス鋼のような強い不活性な材料から製造され、調節可能であり得る足部３０４を有する脚部３０２上に支持される。カラムはステンレス鋼のようなＧＭＰ環境に適した強い不活性な材料で作成された円筒形のハウジング又はチューブ３０６を含む。チューブ３０６はアダプタアセンブリ３２０をベースアセンブリ３１０から分離する。アダプタアセンブリに隣接して、緩衝液若しくはその他の移動相液体又は分離及び／又は精製しようとする化学物質／生物学的分子の導入のための分散系３３０がある。上記図１に示した従来技術のカラムに関して述べたように、アダプタアセンブリ３２０は作動モードにおいて、化学物質及び生物学的分子のクロマトグラフィー分離に使用されるクロマトグラフィー媒体のベッドを充填又は圧縮するためにチューブ３０６のキャビティ内で可動であり得る。

図３ｂのカラムと図１の従来技術のカラムとの重要な相違点は、アダプタアセンブリのディストリビュータプレートが、ネジ又はボルトのような多くの解放可能な固定手段によるのではなく、（上記図３ａで説明したように）負圧又は真空によってバッキングプレートに固定されることである。場合により、この特徴に加えて、ベースアセンブリも、これと同じ方法を利用してバッキングプレートをディストリビュータに固定し、従ってネジ又はボルトのような多くの固定手段の必要性を排除するように設計し得る。

この特徴によって、アダプタ及びバッキングアセンブリの設計と製造が簡単になるばかりでなく、カラムのセットアップ及び洗浄の際の作業の流れも簡単になり、従ってオペレータの時間が節約され潜在的なエラーが低減する。

アダプタアセンブリ及びベースアセンブリのいずれか又は両方が、ディストリビュータをバッキングプレートに固定することができるように構成し得ることが当業者には理解されよう。

様々な局面及び好ましい実施形態に従って本発明を説明して来たが、本発明の範囲はそれだけに限定されるとは考えられず、そのあらゆる変形及び等価物も後記特許請求の範囲に入ることと了解されたい。

Claims (11)

1. クロマトグラフィーカラムのバッキングプレートにディストリビュータプレートを固定する方法であって、
   ａ）液体入口及び液体出口と、
   アダプタアセンブリ及びベースアセンブリと接してそれらの間にキャビティを画成するチューブであって、アダプタアセンブリ及びベースアセンブリが各々バッキングプレート及びディストリビュータプレートを含んでいる、チューブと、
   アダプタアセンブリのバッキングプレートとディストリビュータプレートの間及び／又はベースアセンブリのバッキングプレートとディストリビュータプレートの間のシール手段であって、それらの間にエアポケットを画成し、アダプタアセンブリのバッキングプレート及び／又はベースアセンブリのバッキングプレートがエアポケット及び真空ポンプと流体連結した通路を有している、シール手段と
   を備えるクロマトグラフィーカラムを用意するステップと、
   ｂ）真空ポンプを用いて通路を介してエアポケットから空気を除去してディストリビュータプレートをバッキングプレートに固定するステップと
   を含む、方法。
2. 真空ポンプがカラムの一体部分ではない、請求項１記載の方法。
3. 両方のバッキングプレートがエアポケット及び真空ポンプと流体連結した通路を有する、請求項１又は請求項２記載の方法。
4. シール手段が１以上のＯ−リングである、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の方法。
5. さらに、位置決め手段を使用してバッキングプレート及びディストリビュータプレートを共に位置決めすることを含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の方法。
6. さらに、エアポケット又はチャンバーに空気を戻してディストリビュータプレートをバッキングプレートから解放することを含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の方法。
7. クロマトグラフィーカラムであって、
   ａ）液体入口及び液体出口と、
   ｂ）アダプタアセンブリ及びベースアセンブリに連結されてそれらの間にキャビティを画成するチューブであって、アダプタアセンブリ及びベースアセンブリが各々バッキングプレート及びディストリビュータプレートを含んでいる、チューブと、
   ｃ）アダプタアセンブリのバッキングプレートとディストリビュータプレートの間及び／又はベースアセンブリのバッキングプレートとディストリビュータプレートの間のシール手段であって、それらの間にエアポケットを画成するシール手段と、
   ｄ）アダプタアセンブリのバッキングプレート及び／又はベースアセンブリのバッキングプレートが有する通路であって、エアポケットと流体連結した通路と、
   ｅ）真空ポンプと
   を備えるクロマトグラフィーカラム。
8. 真空ポンプがカラムの一体部分ではない、請求項７記載のカラム。
9. 両方のバッキングプレートがエアポケット又はチャンバー及び真空ポンプと流体連結した通路を有する、請求項７又は請求項８記載のカラム。
10. シール手段が１以上のＯ−リングである、請求項７乃至請求項９のいずれか１項記載のクロマトグラフィーカラム。
11. さらに、バッキングプレート及びディストリビュータを共に位置決めする位置決め手段を含む、請求項７乃至請求項１０のいずれか１項記載のクロマトグラフィーカラム。