KR20210074327A - 이중-목적 밸브 어셈블리를 포함하는 크로마토그래피 컬럼 - Google Patents

이중-목적 밸브 어셈블리를 포함하는 크로마토그래피 컬럼 Download PDF

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KR20210074327A
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폴리아날리틱 아이엔씨.
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Abstract

본 발명은 이중-목적 밸브 조립체를 사용하여 크로마토그래피 컬럼을 패킹하는 방법을 개시한다. 이중-목적 밸브의 주요 구성 요소는 다음과 같다: 제1어댑터(212)에 안착되는 유입 포트(224), 제1어댑터 (212) 캐비티를 통과하고 하단에서 폐쇄되는 중공 노즐(320), 및 내부 가동 플러그(322). 당사 장치의 다양한 구성 요소는 이동상 및 분석물 분포가 컬럼 중앙에서 차단되지 않는 방식으로 작동하여 균일하고 균질한 유체 분포를 허용한다. 이 단순하면서도 참신한 디자인은 균일한 유체 분배, 안정적인 충전 층을 제공하며, 공극 부피를 제거하고 세균 오염/성장을 방지한다. 사용 용이성, 확장성, 세척 용이성, 비용 효율성 및 압력과 같은 미세 조정 포장 조건이 본 발명의 주요 특징이다.

Description

이중-목적 밸브 어셈블리를 포함하는 크로마토그래피 컬럼
본 개시 내용은 일반적으로 크로마토그래피 컬럼 및 보다 구체적으로 이중-목적 밸브 어셈블리를 사용하는 패킹 크로마토그래피 컬럼(packing chromatography column) 및 그 사용 및 제조 방법에 관한 것이다.
크로마토그래피는 다중 성분(multicomponent) 화학적 및 생물학적 혼합물에서 하나 이상의 성분을 분리하기 위한 잘 확립되고 가치있는 기술이며 연구 및 산업에서 널리 사용되며 화합물 준비, 정제 및 분석에서 많은 응용 분야에 적용된다. 다양한 형태의 크로마토그래피가 있으며, 컬럼 크로마토그래피는 화학 물질, 단백질, 항체, 펩타이드 및 핵산의 제조, 정제 및 특성화를 위해 화학, 제약 및 생물학적 산업에서 특히 중요하다.
컬럼 크로마토그래피는 "패킹 매체(packing medium)" 또는 "수지"의 고정된 "충전층(packed bed)"이 단단한 튜브 내에 포함되는 분리 및/또는 정제 기술과 관련된다. 상기 패킹 매체는 고체 입자("고정상") 또는 액체 고정상으로 코팅된 고체 지지체 물질의 형태일 수 있다.
크로마토그래피 컬럼의 주요 구성 요소에는 종종 금속 또는 유리 또는 고 강성 플라스틱 재질로 만들어진 컬럼 용기(column vessel), 상단 및 하단 캡(어댑터) 및 일반적으로 컬럼 용기의 두 끝단에 삽입되어 포장 매체가 적재되는 흐름 분배기 사이의 용기에 공간 또는 챔버를 형성하는 한 쌍의 흐름 분배기(flow distributor)를 포함한다.
크로마토그래피 컬럼의 관형 본체(tubular body)는 고정된 하부 캡과 이동 가능한 상부 캡 사이에 패킹 매체를 둘러싸는 수직 방향으로 배치되는 경우가 많다. 일반적으로 수지 입자인 미립자 패킹 매체는 종종 현탁되어 슬러리를 형성한 다음 펌핑, 붓기 또는 흡입된다. 상기 패킹 매체는 전형적으로 컬럼의 개방된 상단부를 통해 컬럼으로 도입되어 침전, 유동 패킹, 축 압축 또는 이들의 조합을 통해 충전층(packed bed)를 형성한다.
상기 컬럼이 패킹 매체로 채워진 후, 상부 캡은 바람직하게는 컬럼에서 모든 공기를 제거하기 위해 제자리에 고정된다. 분리할 "분석물(들)" 화합물 또는 분자를 포함하는 운반 액체 "이동상/용리액"은 유입 포트를 통해 들어간다. 상기 유입 포트는 종종 컬럼의 상단에 있으며 분석물(들)은 일반적으로 스크린, 메쉬 또는 프릿과 같은 다공성의 천공된 "필터"를 통과한다. 상기 필터는 수지가 유입 또는 출구 포트를 통해 빠져나가는 것을 방지하고 액체 이동상 또는 분석물만 통과하도록 충전층을 지지하는 역할을 한다. 분석물(들)은 포장 매체의 베드를 통해 이동하고 배출구를 통해, 종종 컬럼의 바닥에서 그리고 두 번째 필터, 스크린, 메쉬 또는 프릿을 통해 제거된다.
용해된 분석물(들)이 이동상(mobile phase)과 함께 컬럼을 통과할 때, 상기 분석물(들)의 다른 화합물은 고정상(stationary phase)과 차별적으로 결합하고 따라서 그것들은 이동상에 상대적으로 흡착되며 다른 속도로 컬럼을 통해 이동한다. 따라서 고정상과 더 많이 결합하는 화합물은 덜 결합하는 화합물보다 컬럼을 통해 더 느리게 이동하며, 이 속도 차이는 화합물이 컬럼을 통과하고 나올 때 서로로부터 분리된다. 차등 결합(differential association)을 촉진하는 고정상의 특징은 이온 전하(이온 교환 크로마토그래피), 소수성(소수성 상호 작용 크로마토그래피 및 역상 크로마토그래피) 및 다공성(크기 배제 크로마토그래피)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
친화성 크로마토그래피로 알려진 또 다른 유형의 컬럼 크로마토그래피에서, 상기 패킹 매체는 특정 분자 형태를 인식하고 용해된 분석물(들)에서 하나 이상의 원하는 화합물 또는 분자에 결합하는 항원, 항체 또는 리간드와 같은 결합제를 포함한다. 따라서 용해된 분석물(들)이 상기 패킹 매체를 통해 흐를 때 원하는 화합물 또는 분자만 컬럼에 남아 있다. 분자 인식(molecular recognition)을 방해하는 다른 이동상의 패킹 매체를 통한 후속 흐름은 패킹 매체에 부착된 결합제에서 원하는 화합물 또는 분자를 분리하거나 패킹 매체에서 결합제를 분리한다. 원하는 화합물 또는 분자를 컬럼에서 헹구고 용출 유체에 수집한다. 친화성 크로마토그래피는 무세포 추출물에서 핵산 정제, 단백질 정제 및 혈액 정제를 포함한 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있다.
크로마토그래피 컬럼을 사용할 때 혼합물 분리의 성공에 중요한 컬럼의 물리적 방향과 수지 베드의 패킹에는 수많은 요소가 있다. 일반적으로 컬럼의 직경은 분석물의 양 및 분리의 어려움에 따른 컬럼의 길이 및 수지 유형, 수지 자체 또는 장치의 압력 제한에 따라 선택된다. 패킹 매체 또는 수지는 분석물의 분자 또는 화합물과 상호 작용하는 작용기로 선택되거나, 크기 배제 크로마토그래피(GPC/SEC)로도 알려진 겔 배제 크로마토그래피의 경우, 분석할 분석물(들)에서 더 작은 모이어티를 보유할 수 있을 만큼 충분한 크기의 기공을 포함한다.
잘못 충전된 베드는 고르지 않은 흐름과 밴드 확장으로 이어져 열악하고 비효율적인 분리를 초래하므로 컬럼 패킹은 중요한 단계이다. 크로마토그래피 컬럼 베드를 포장하는 두 가지 일반적인 방법이 있다. 하나는 건식 패킹 방법(dry packing method)으로, 여기서 건식 고체상 패킹 매체/수지가 컬럼에 도입되고 패킹 버퍼는 매체를 수화하기 위해 높은 유속으로 사용된다. 두 번째 접근법은 습식 패킹 방법(wet packing method)으로, 패킹 버퍼는 건식 매체와 혼합되어 수지 슬러리를 형성한 다음 수지 유형에 적합한 특정 압력에서 컬럼에 도입된다. 이것은 패킹된 베드에서 균일한 축 압력을 유지하기 위해 축 압축 단계(axial compression step)가 뒤따를 수 있다.
매체가 균등하게 패킹되고 충전층(packed bed)에 공기주머니나 불규칙성이 없는 것이 중요하다. 축 방향 및 측면 방향의 균일한 패킹은 분석물과 패킹 매체의 접촉을 최대화하여 효과적인 분리를 가능하게 한다. 수지의 종류에 따라 압축성이 다르다. 따라서, 단단히 포장된 베드를 얻기 위해서는 수지를 패킹 매체에 적합한 특정 압력으로 패킹해야 하며 패킹이 안정적으로 유지되도록 베드 전체에 압력이 일정하게 유지되어야 한다.
컬럼을 패킹할 때 흐름 분배기의 외부 가장자리와 컬럼의 내부 벽을 포함하여 다른 위치에 작은 공간이나 보이드가 형성될 수 있다. 이 공극 공간은 이동상이 도달하지 않기 때문에 소위 "데드 존"또는 "데드 스페이스"를 생성하고, 컬럼 튜브 내의 매체를 통해 흐르지 않고 유체와 오염 물질이 유입되어 갇히고 정체될 수 있다. 또한, 이러한 데드 존은 컬럼을 포장한 후 또는 컬럼을 재사용할 때 세척주기에서 세척하기 어렵기 때문에 오염 및 박테리아 증식이 발생하기 쉽다.
컬럼이 포장되면 분리할 분석물이 컬럼에 도입된다. 효과적인 분리를 위해서는 특히 크로마토그래피 컬럼의 단면이 증가함에 따라 분석물이 균일하게 분포되어야 한다. 크로마토그래피 분리의 효율성은 충전층(packed bed)의 유체 입구 및 출구에서 액체 분배 및 수집 시스템에 의존한다. 이상적으로는 용리액/이동상이 패킹 매체의 상단 표면 전체에 균일하게 도입되고 이는 충전층의 단면 전체에 걸쳐 동일한 속도로 패킹을 통과하며 충전층의 바닥에 의해 정의된 평면에서 균일하게 제거된다.
일회용 컬럼은 일회용 컬럼에 필요한 설치 및 검증 작업을 줄이기 위해 크로마토그래피 매체를 사전 조립하는 것이 특징이다. 최소한 사전 조립에는 수지 베드 형성(사전 포장)이 포함된다. 추가 전처리에는 미생물 부담 감소, 살균, 열분해 등이 포함될 수 있다. 일회용 컬럼은 일회용 컬럼으로 사용될 수 있다. 즉, 사용자가 반복 사용 전에 포장된 베드의 검증(예를 들어 테스트, 검증 등)이 필요한 세척 방식을 수행하지 않는다. 따라서 단일 사용은 동일한 조건에서 실행되는 캠페인(campaign of run)을 의미할 수 있다.
일회용 컬럼은 제한된 시간 동안 사용하기 위한 것이므로, 비용 효율적이고 제작하기 쉬운 부품으로 만들어지면서 재사용 가능한 컬럼과 동일한 견고성과 기능적 무결성을 유지하는 것이 중요하다. 패킹의 균질성, 충전층의 안정성, 데드 존의 부재 및 분석물의 적절한 분포와 같은 요인이 관련성이 있고 중요하다. 또한 재현 가능하고 효율적인 컬럼 패킹 프로세스/방법을 갖추어야 하며 충전층이 운송 및 운영 중에 안정적이고 무균 상태를 유지하는 것이 필수적이다.
위에서 언급한 원하는 요소를 충족시키기 위해 수많은 컬럼이 설계 및 제조되었다. 아래에 예가 나와 있다.
US 10,188,964B2(Repligen Corporation)는 플라스틱/열가소성 또는 복합 재료(예를 들어 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아미드, 아세탈 또는 유리 섬유 플라스틱과 같은 유리 충전 플라스틱)로 만든 크로마토그래피 컬럼 튜브의 제조를 개시한다. 긴밀한 간섭 또는 압입으로 컬럼 튜브 내에서 두 개의 유량 분배기 중 하나 이상을 고정하면, 압입 형 유량 분배기 주변의 데드 존이 감소하거나 없는 크로마토그래피 컬럼이 생성되고 무한 조정 가능한 패킹 매체 부피를 갖게 된다.
이 디자인은 미리 포장된 일회용 컬럼을 만드는 데 사용된다. 그러나 해당 재료 및 제조 비용이 높다. 또한 컬럼은 한쪽 끝에 고정 어댑터/캡이 있는 최종 컬럼 길이의 두 배인 긴 튜브로 시작한다. 그런 다음 컬럼에 수지 슬러리를 채우고 최종 컬럼 "베드 높이"에 도달할 때까지 특수 장비를 사용하여 상단 어댑터를 배치하고 튜브에 압축한다. 그런 다음 컬럼 성능을 테스트하고 필요한 경우 어댑터를 더 압축할 수 있지만 컬럼을 손상시키지 않고는 압축을 풀 수 없다. 테스트 결과가 만족스러우면 기둥 벽을 구성하는 튜브의 추가 길이를 절단하고 상단 어댑터를 튜브에 용접한다.
US 6,565,745(Isco)는 새로운 일회용 크로마토그래피 컬럼의 제조를 개시한다. 이 일회용 컬럼은 저렴한 플라스틱으로 제조되며 쉽게 조립할 수 있도록 설계되었다. 기둥의 한쪽 끝에 있는 캡은 성형 튜브의 일부이고 기둥의 몸체는 원하는 패킹으로 채워지고 개방된 단부를 통과한 다음 개방된 단부는 캡을 닫은 상태로 유지하고 스냅 응력에 대응하기 위해 멈춤 쇠와 캔틸레버를 사용하여 단단한 맞춤으로 밀봉하는 간단한 선형 운동으로 캡핑된다. 또한 분석물을 방사형으로 배포하기 위한 통합 채널은 성형 캡의 일부이다.
이 디자인의 컬럼은 건식 포장 방법을 사용해서만 포장할 수 있으며, 이는 시간이 많이 걸리고 포장 재현성이 낮다. 또한 캔틸레버와 멈춤 쇠를 사용하는 스냅 핏 캡으로 스냅 캡의 이동 거리가 미리 결정되어 압축 거리의 유연성이 매우 낮다.
또한 엔드 캡이 튜브의 성형 부분이기 때문에 일회용 컬럼의 경우 하드웨어 제조 비용이 많이 든다. 또한 이 컬럼 설계에서는 서로 다른 수지에 서로 다른 베드 높이가 필요하다는 것을 알기 때문에 동일한 내경을 가지지만 베드 높이가 다른 컬럼을 만드는 것은 매우 비싸다. 또한, 분석물을 방사형으로 분배하기 위한 입구 캡의 통합 채널은 제작 비용이 많이 드는 몰드(캡 + 튜브)의 일부이다.
또한 필터는 패킹 베드에 의해서만 고정되며 필터와 튜브 본체 사이에 밀봉이 없어 수지가 누출될 수 있다. 또한 컬럼이 높은 유속에서 작동하는 경우 필터가 변위되거나 기울어질 수 있다.
상부 어댑터/캡에 있는 밸브를 사용하여 컬럼을 포장할 수 있으므로 조립되는 동안 컬럼을 포장할 수 있다. 이는 사전 포장된 일회용 컬럼과 재사용 가능한 컬럼 모두에 중요한 무균 상태에서 컬럼을 포장하는 것을 포함하여 많은 이점을 제공한다. 또한, 패킹 매체/수지에 적합한 원하는 패킹 압력으로 균일하게 충전층을 형성할 수 있다. 또한 고가의 장치를 사용하지 않고도 연동 펌프와 같은 일반 압력 펌프를 사용하여 컬럼을 포장할 수 있다.
US 5,902,485 (Amersham Pharmacia Biotech)는 상대적으로 이동 가능한 밸브 요소가 바람직하게는 배럴에서 스풀 밸브 역할을 하는 헤드와 함께 축 방향으로 이동 가능한 중앙 프로브로 표시되는 크로마토그래피 컬럼으로의 유체 흐름을 제어하는데 적합한 액세스 밸브를 개시한다. 프로브의 축 방향 이동은 프로브를 통해 연장되는 제1도관과 프로브 주변에 정의된 제2도관이 모두 컬럼 내부에 열려있는 완전 개방 상태와 밀봉 구성 요소가 제2도관을 닫는 부분 개방 상태 사이에서 밸브를 조정한다. 또한 프로브의 추가 축 이동은 두 도관이 모두 닫혀있는 완전히 닫힌 위치를 제공한다. 부분적으로 열린 위치는 크로마토그래피 매체를 컬럼에 패킹하는데 유용하며 세 번째 위치는 동일한 것을 풀기에 편리하다. 밸브가 닫히면 제1 및 제2도관이 서로 연통하여 컬럼이 작동하는 동안 밸브 내부를 청소할 수 있다.
이 액세스 밸브는 성능과 기술적 이점을 제공하지만 디자인이 복잡하여 특히 일회용 컬럼의 경우 제작 비용이 많이 든다. 가동 부품이 너무 많기 때문에 씰이 많고 시간이 지남에 따라 누수가 발생할 수 있다. 상기 밸브는 벽의 상단 부분 아래에 있으므로 움직일 수 없으며 베드 높이는 상단 및 하단 밸브 내에서 제한된다. 또한 컬럼을 포장하고 프로브를 후퇴시킨 후에는 빈 공간이 생겨 베드 불안정을 유발하거나 박테리아 성장을 촉진할 수 있다. 또한 이동상 입구는 흐름을 대칭으로 분산시키기 위해 중앙 오리피스 주변의 고리 모양으로 흐름을 전달하지만, 흐름이 컬럼 중앙으로 이동하지 않아 분석물이 균일하지 않게 분포된다.
US 8,585,894 (GE Healthcare)는 크로마토그래피 매질 슬러리가 컬럼에 제공되는 노즐 튜브를 포함하는 노즐 어셈블리를 개시한다. 본 발명에 따르면, 상기 노즐 조립체는 제1단부에서 피벗 암에 연결된 피벗을 더 포함하고, 상기 피벗은 노즐 팁이 적어도 두 개의 다른 잠금 노즐 팁 위치로 조정되도록 적어도 두 개의 다른 잠금 위치로 피벗될 수 있다. 이 노즐은 크로마토그래피 컬럼과 함께 사용하여 컬럼을 통해 분석물을 포장, 포장 해제 및 실행한다. 따라서 열의 포장을 풀고 다시 포장하는 재사용 가능한 열을 위해 설계되었다. 컬럼에는 분석물을 위한 별도의 입구가 있으며, 이 입구는 비스듬히 배향되어 분석물이 균일하지 않게 분포될 수 있다. 또한, 이동식 패킹/포장 풀기 중앙 팁을 사용하면 분석물이 컬럼의 중심에 접근할 수 없다. 그러나 노즐 팁은 패킹 후 수축되면 빈 영역을 생성한다. 또한 많은 O-링이 포함된 이동식 노즐 팁으로 인해 밸브가 씰링 실패 및 후속 누출이 발생하기 쉽다. 또한 별도의 포장/개봉 노즐 튜브는 포장 후 역 세척이 불가능하여 청소가 어렵다.
US2008/0017579A1 (GE Healthcare)은 사전 포장된 일회용 컬럼에 통합된 슬러리 충전 밸브가 있는 컬럼을 개시한다. 본 발명은 유동 상을 위한 제1포트 및 충전 층 전체에 균일하게 유체를 분배하기 위한 횡 방향 유체 분배 채널을 포함하는 컬럼을 개시했다. 제1포트는 그 사이에 통로가 있는 입구 및 출구를 포함하고, 출구는 유체 분배 채널에 대해 비대칭 구성을 갖는다.
이 구성에서, 컬럼에 슬러리를 도입하기 위한 밸브와 노즐로 구성된 중앙 포트가 있다. 노즐은 수지 슬러리를 펌핑한 후 후퇴하여 컬럼에 데드 스페이스를 남긴다. 또한, 패킹 밸브는 수지 슬러리를 펌핑한 후 세척하기가 어렵다. 다시 플러시할 수 없고 박테리아 오염의 잠재적인 환경을 만들 수 있기 때문이다. 또한, 분석물(들)은 비스듬히 배향되고 분석물(들)을 컬럼 중앙으로 도입하지 않는 다른 포트를 통해 컬럼에 도입된다. 슬러리 밸브가 컬럼의 중앙 영역을 차지하면 분석물(들)이 컬럼의 중앙에 도달하지 않고 분석물의 분포가 비효율적이거나 균일하지 않아 분배기의 효율성이 감소한다. 또한 여러 포트가 존재하면 세균 오염 가능성이 높아진다. 마지막으로 축 방향 압축은 비용이 많이 들고 컬럼 간 재현성 있는 패킹을 제공하지 않는 외부 메커니즘을 통해 이루어진다.
US 8,377,296 (GE Healthcare)은 상기 특허 출원 (US2008/0017579)에 설명된 발명에 대한 개선 사항을 통합한다. 개선점은 수지 밸브에 의해 차단되는 영역을 줄이기 위해 채널이 있는 필터/프릿 홀더 브래킷과 관련된다. 그러나 이러한 개선에는 주로 수지 입자가 여전히 홀더 브래킷의 채널에 들어갈 수 있다는 몇 가지 단점이 있다. 더욱이, 필터/프릿은 입자가 그 위에 있는 영역에 도달하는 것을 방지할 수 있지만 입자는 여전히 필터/프릿 주위를 통과할 수 있다. 또한 이 디자인은 컬럼이 상향 흐름에서 실행되는 것을 제한한다. 이렇게 하면 많은 입자가 홀더 브래킷의 채널로 밀려서 막히게 된다.
EP 2081660 (GE Healthcare)은 하우징의 측벽에 의해 분리된 두 개의 마주보는 축 방향으로 이격된 말단 유닛을 포함하는 축류 크로마토그래피 컬럼을 개시한다. 필터는 각 최종 장치에 인접해 있다. 측벽과 함께 필터는 미립자 매체 층을 포함하기 위한 밀폐된 층 공간을 정의한다. 각 엔드 유닛은 베드 공간에서 액체를 추가하거나 제거하기 위해 밀폐된 베드 공간과 유체 연통하는 포트를 포함한다. 바람직한 실시 예에서, 2개의 포트는 배드 공간의 레벨보다 동일한 레벨 또는 높이에 있다.
EP 2081659 (GE Healthcare)는 가로 유체 분배 채널에 인접하거나 이를 포함하는 말단 유닛의 포트를 포함하는 축류 크로마토그래피 컬럼을 개시한다. 포트는 입구와 통로가 있는 단일 출구로 구성된다. 단일 배출구는 유체 분배 채널과 직접 유체 연결된다. 출구는 유체 분배 채널에 대해 비대칭 구성을 가지며, 여기서 제1포트는 밸브 수단 구조와 상호 연결되지 않도록 배열된다.
US 6,576,124 (Amersham Pharmacia Biotech)는 배지가 말단 세포에서 빠져나가는 것을 방지하기 위해 그물을 포함하는 크로마토그래피 컬럼을 공개하고, 이것은 컬럼의 한쪽 끝에 있는 중앙 입구에서 유입되는 유체를 방사상으로 분배하고 컬럼의 반대쪽 끝에 있는 중앙 출구에서 후속 출력을 위해 유체를 방사상으로 수집하는데 사용된다. 네트 및/또는 베드 지지체는 네트 유지 수단, 바람직하게는 컬럼 단부 플레이트를 통해 돌출하는 슬리브 및/또는 네트 유지 원주 링에 일체로 결합된다. 유지 수단은 밸브 블록에 의해 제자리에 고정되지만 밸브 블록에 대해 자유롭게 회전한다.
US 6,942,794 (Millipore Corp)는 포장 층에 대한 노출된 분배기 표면의 비율이 높고 최소한의 압력 강하로 고속 흐름을 견딜 수 있는 크로마토그래피 컬럼용 유동 분배기를 개시한다. 기둥에는 윗면과 아랫면: 유동 분배기를 통해 연장되는 입구 및 베드 지지 부가 고정되는 바닥면; 바닥면에 인접한 유동 분배기에 고정된 베드 지지대; 유입구 위에 배열되고 유량 분배기 바닥면 면적의 1-30 %에 걸쳐 확장되는 분배 디스크를 포함한다.
컬럼 크로마토그래피 분야의 모든 연구 개발과 제안된 많은 발명/제품에도 불구하고 분석물을 적용하는 동안 균일한 수지 패킹과 균일한 분포를 허용하는 효과적이고 간단하며 비용 효율적인 패킹 방법이 필요하다. 특히 패킹된 컬럼에서 주요 과제는 다음과 같다: 특정 압력에서 베드를 패킹하고 입자를 압축된 상태로 유지하여 빈 공간이 없는 균일한 베드를 달성하고 패킹 베드 전체에 걸쳐 분석물의 균일한 분포를 얻는다. 또한 슬러리 패킹 밸브가 있는 컬럼의 경우, 공극 부피의 형성을 제거하고 분석물의 분포를 방해하지 않는 간단하고 세척하기 쉬운 밸브 설계가 필요하다. 위의 것 외에도 사전 포장된 일회용 컬럼의 경우 밸브, 컬럼 하드웨어의 다른 구성 요소 및 패킹 방법은 재사용 가능한 컬럼과 동일한 기능적 무결성을 제공하는 실행 가능하고 견고한 컬럼을 생성해야 한다.
언급된 모든 문서의 내용은 모든 목적을 위해 전체적으로 참조로 통합된다.
정의
"분석물"은 천연 또는 합성 기원의 물질, 화합물 또는 화학 물질 또는 그 반응 생성물 또는 유도체 또는 대사 산물로 정의된다. 의심의 여지를 없애기 위해 이 용어에는 단백질, 펩타이드, 아미노산 및 핵산과 같은 생물학적 분자와 약물 및/또는 전구 약물과 같은 합성 분자가 포함된다.
"이동상"/"용리액"은 크로마토그래피 컬럼을 통해 흐르고 컬럼을 통해 분석물(들)을 운반하는 운반 액체이다.
"수지"/"포장 매체"는 컬럼이 패킹되는 입자를 정의한다.
"수지 슬러리"는 컬럼에 패킹을 펌핑하거나 부을 때 수지가 만들어지는 형태이다.
"충전층(Packed bed)"은 크로마토그래피 컬럼에서 수지 입자의 배열로, 일반적으로 수지 입자 및 작동 조건에 적합한 특정 압력으로 압축되어 제자리에 안정적으로 유지된다.
"패킹 버퍼"는 수지 슬러리를 형성하기 위해 수지가 혼합되는 액체로, 충전된 베드 공간에서 펌핑, 흡입 또는 부어 충전된 베드를 형성하는 액체이다.
"베드 높이"는 크로마토그래피 컬럼에서 충전 층이 차지하는 수직 거리로, 일반적으로 상부 및 하부 다공성 필터/프릿 사이의 거리로 정의된다.
"분배 채널"은 횡단면 영역에서 크로마토그래피 매체의 패킹된 베드를 위한 인클로저 또는 베드 공간으로 유체가 도입되는 구조를 의미한다.
"데드존"/"데드 스페이스"는 이동상이 도달할 수 없는 부피의 포켓으로, 세척이 어렵고 잠재적인 박테리아 오염/성장을 초래한다.
"일회용 컬럼"은 비일회용 컬럼에 필요한 설치 및 검증 작업을 줄이기 위해 크로마토그래피 매체의 전처리/사전 조립을 특징으로 한다. 최소한, 전처리는 수지층의 형성을 포함한다. 추가 전처리는 미생물 부담 감소, 살균, 열분해 등이 될 수 있다.
일회용 컬럼은 단일-사용 컬럼으로 사용될 수 있다. 즉, 사용자가 반복 사용 전에 포장된 베드의 검증(예를 들어 테스트, 검증 등)이 필요한 세척 방식을 수행하지 않는다. 일회용은 동일한 크로마토그래피 조건에서 실행되는 캠페인을 포함할 수 있다. 일회용 컬럼의 한 실시 예는 크로마토그래피 매질이 미리 포장된 상태로 전달되는 완전한 컬럼이다.
"필터"는 메쉬, 네트, 프릿 또는 기타와 같은 구조를 말하며 패킹 베드의 수지 입자보다 작은 구멍 또는 채널을 가지고 있다. "필터"는 충전층을 지지하는 역할을 하며 수지 입자가 컬럼의 상단 또는 하단 포트를 통해 빠져나가는 것을 방지한다.
"가동 메커니즘"은 일반적으로 수지 또는 분석물과 같은 이동상의 흐름을 차단하는 수단을 의미한다. 메커니즘은 컬럼을 포장하고 실행하는데 사용되는 노즐 내부에서 축 방향으로 위아래로 움직이는 플러그를 포함하여 다양한 형태를 취할 수 있다. 메커니즘은 또한 노즐 내부 또는 외부에서 축 방향으로 위아래로 이동하는 크기의 슬리브일 수 있다. 플러그 또는 슬리브에는 위치가 노즐의 구멍에 해당하는 구멍이 있을 수 있다.
"밀봉 수단(sealing means)"은 액체 또는 수지가 인접한 부품 사이의 공간을 통해 영역을 빠져나가는 것을 방지하는 방법을 의미한다. 개스킷, O-링, X-링 등을 추가하여 밀봉할 수 있다. 밀봉 수단은 부품을 제자리에 고정하고 이동, 전위 또는 변형을 방지하는 지지 역할도 할 수 있다.
발명의 요약
본 발명의 일 양태에 따르면 이중-목적 밸브 어셈블리를 갖는 크로마토그래피 컬럼이 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 크로마토그래피 컬럼에 사용하기 위한 이중-목적 밸브 어셈블리가 제공되며, 상기 컬럼은 제1필터에 인접한 제1어댑터, 제2필터에 인접한 제2어댑터, 및 제1어댑터와 제2어댑터 사이에 위치하여 베드 공간을 정의하는 측벽(side wall)을 포함하고, 상기 어셈블리는 상기 컬럼의 제1어댑터 상에 위치하는 유입 포트(inlet port) 및 상기 컬럼의 제2어댑터 상에 위치되는 배출 포트(outlet port); 상기 유입 포트에 연결되는 중공 노즐(hollow nozzle), 상기 노즐은 내부 표면 및 외부 표면을 포함하고, 상기 노즐은 제1어댑터 및 인접한 제1필터를 통과하고, 상기 노즐은 제1필터 위의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트(upper set of one or more through hole) 및 제1필터 아래의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트(lower set), 및 폐쇄된 하단 단부(closed bottom end)를 포함함; 제1상부 위치(first upper position)로부터 이동할 수 있는 가동 메커니즘(moveable mechanism), 여기서 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀 세트가 차단되고 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트가 개방되고 제2하부 위치로 베드 공간과 유체 연통하고 여기서 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트는 제1필터를 통해 베드 공간과 유체 연통하고, 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트는 차단됨; 및 제1어댑터와 상기 노즐, 상기 노즐 및 제1필터 사이에 위치하는 하나 이상의 밀봉 수단을 포함한다.
본 발명의 추가 실시 예에 따르면, 크로마토그래피 컬럼에서 사용하기 위한 이중-목적 밸브 어셈블리가 제공되며, 상기 컬럼은 제1필터에 인접한 제1어댑터, 제2필터에 인접한 제2어댑터, 및 제1어댑터와 제2어댑터 사이에 위치하여 베드 공간을 정의하는 측벽(side wall)을 포함하고, 상기 어셈블리는 상기 컬럼의 제1어댑터 상에 위치하는 유입 포트(inlet port) 및 상기 컬럼의 제2어댑터 상에 위치되는 배출 포트(outlet port); 상기 유입 포트에 연결되는 중공 노즐(hollow nozzle), 상기 노즐은 내부 표면 및 외부 표면을 포함하고, 상기 노즐은 제1어댑터 및 인접한 제1필터를 통과하고, 상기 노즐은 제1필터 위의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트(upper set of one or more through hole) 및 제1필터 아래의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트(lower set), 및 폐쇄된 하단 단부(closed bottom end)를 포함함; 상기 노즐의 내부 표면 또는 외부 표면을 따라 축 방향으로 왕복 운동하기 위한 크기의 가동 플러그 또는 슬리브, 상기 가동 플러그 또는 슬리브는 제1상부 위치로부터 이동 가능하고, 여기서 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트는 차단되고 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트가 개방되고 제2하부 위치로 베드 공간과 유체 연통하고 여기서 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트는 제1필터를 통해 베드 공간과 유체 연통하고, 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트는 차단됨; 및 제1어댑터와 상기 노즐, 상기 노즐 및 제1필터 사이에 위치하는 하나 이상의 밀봉 수단을 포함한다.
본 발명의 추가 실시예에 따르면, 크로마토그래피 컬럼이 제공되며, 이는 측벽; 서로 대향하여 위치하고 상기 측벽에 의하여 분리되고 축 방향으로 이격된 제1어댑터 및 제2어댑터; 상기 제1어댑터에 인접하는 제1필터, 및 상기 제2어댑터에 인접하는 제2필터, 여기서 상기 제1필터 및 제2필터는 상기 측벽과 함께 그 안에 미립자 매질(particulate medium)의 베드를 수용하기 위한 밀폐된 베드 공간을 형성함; 제1어댑터 상에 위치하는 유입 포트(inlet port); 분석물을 수집하도록 구성된 제2어댑터 상에 위치한 배출 포트(outlet port); 상기 유입 포트에 연결되는 중공 노즐(hollow nozzle), 상기 노즐은 내부 표면 및 외부 표면을 포함하고, 상기 노즐은 제1어댑터 및 인접한 제1필터를 통과하고, 상기 노즐은 제1필터 위의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트(upper set of one or more through hole) 및 제1필터 아래의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트(lower set), 및 폐쇄된 하단 단부(closed bottom end)를 포함함; 상기 노즐의 내부 표면 또는 외부 표면을 따라 축 방향 이동을 왕복할 수 있는 크기의 가동 메커니즘, 상기 메커니즘은 제1상부 위치로부터 이동 가능하고, 여기서 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀 세트가 차단되고 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트가 개방되고 제2하부 위치로 베드 공간과 유체 연통하고 여기서 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트는 제1필터를 통해 베드 공간과 유체 연통하고, 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트는 차단됨; 및 제1어댑터와 상기 노즐, 상기 노즐 및 제1필터 사이에 위치하는 하나 이상의 밀봉 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트에 해당 위치에 대응하는 하나 이상의 관통 홀의 세트를 갖는 가동 플러그가 제공되며, 여기서 가동 플러그가 제2하부 위치에 있을 때, 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀 세트는 가동 플러그 상의 하나 이상의 관통 홀 세트와 정렬된다.
본 발명의 추가 실시 예에 따르면, 상기 가동 슬리브는 하나 이상의 관통 홀 세트를 포함하고, 따라서 상기 가동 슬리브가 상부 위치에 있을 때, 하나 이상의 관통 홀/윈도우의 노즐 세트가 열려있는 동안 상기 가동 슬리브 상의 하나 이상의 관통 홀 세트가 제1어댑터에 의해 차단되고, 그리고 이동식 슬리브가 하부 위치에 있을 때 상기 가동 슬리브 상의 하나 이상의 관통 홀 세트는 개방되어 있고 제1필터를 통해 베드와 유체 연통하며, 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀/창 세트는 차단되는
본 발명의 추가 실시 양태에 따르면, 본원에 기재된 바와 같은 이중-목적 밸브 조립체를 포함하는 크로마토그래피 컬럼의 용도가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본원에 기술된 이중-목적 밸브 조립체를 포함하는 사전 포장된 크로마토그래피 컬럼이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본원에 기술된 바와 같은 이중-목적 밸브 조립체를 포함하는 크로마토그래피 컬럼을 패킹하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 명세서에 기술된 바와 같은 이중-목적 밸브 어셈블리를 갖는 크로마토그래피 컬럼의 제조 방법이 제공된다.
본 개시의 상기 및 추가 측면 및 실시 예는 다양한 실시 예 및/또는 측면의 상세한 설명을 고려하여 당업자에게 명백할 것이며, 이는 도면을 참조하여 만들어지며, 이에 대한 간략한 설명이 다음에 제공된다.
본 개시의 전술한 이점 및 다른 이점은 다음의 상세한 설명을 읽고 도면을 참조하면 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술 US 2008/0017579 A1에 공지된 바와 같은 크로마토그래피 컬럼의 종단면을 보여주는 3차원 개략도이다.
도 2A는 본 발명의 실시 예의 크로마토그래피 컬럼의 3차원 개략도이다.
도 2B는 유입 및 출구 포트(exit port)의 변형을 갖는 본 발명의 실시 예의 크로마토그래피 컬럼의 3차원 개략도이다.
도 2C는 유입 및 출구 포트의 또 다른 변형을 갖는 본 발명의 실시 예의 크로마토그래피 컬럼의 3차원 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예의 크로마토그래피 컬럼의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예의 이중-목적 밸브가 크로마토그래피 컬럼에 끼워질 때의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예의 이중-목적 밸브의 개략도이다.
도 6A, 6B, 6C 및 6D는 본 발명의 일 실시 예의 이중-목적 밸브 노즐의 변형의 종단면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예의 이중-목적 밸브를 갖는 크로마토그래피 컬럼의 압력-유동 시험 곡선을 보여준다.
본 개시 내용은 다양한 수정 및 대안적인 형태가 가능하지만, 특정 실시 예 또는 구현은 도면에서 예로서 도시되었으며 여기에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 개시는 개시된 특정 형태로 제한되도록 의도되지 않음을 이해해야 한다. 오히려, 본 개시는 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 발명의 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정, 등가물 및 대안을 포함한다.
도 1은 종래 기술(US2008/0017579A1)에 따른 컬럼의 개략적인 횡단면도를 보여준다. 상기 컬럼(101)은 인장로드(tension rod)(114)에 의해 제1단부 유닛(112) 및 제2단부 유닛(113)에 고정되는 관형 하우징(111)을 포함하고, 따라서 베드 공간(109)을 정의한다. 상기 하우징(111) 및 단부 유닛(112, 113)은 일반적으로 스테인리스 강 또는 폴리프로필렌과 같은 고강도 플라스틱 재료로 구성된다. 헤드(116)를 포함하는 인장로드(114)는 상기 단부 유닛(112, 113)을 측벽(111)에 고정시켜 높은 작동 압력을 견딜 수 있는 유체-기밀 베드 공간(fluid-tight bed space)(109)을 형성한다.
상기 컬럼은 밸브 수단(120)을 통해 슬러리 형태의 미립자 매질로 충전될 수 있으며, 상기 밸브 수단(120)은 중앙 보어(121) 및 내부에 통로를 갖는 종 방향 부재(122) 및 노즐(124)을 포함한다. 도 1에서 상기 노즐(124)은 수축된 위치에 도시되어 있지만, 컬럼의 충전을 용이하게 하기 위해 베드 공간(109) 내의 위치로 이동될 것이다. 그러나 컬럼이 패킹으로 채워진 후 노즐은 닫힌 위치로 후퇴하여 컬럼 상단에 보이드 볼륨을 생성한다. 상기 보이드 부피는 수지 입자가 이동하여 충전 층의 균일성을 방해할 수 있기 때문에 충전 층에 불안정성을 유발하므로 충전 층의 중요한 문제이다. 이것은 특히 베드 공극 부피가 분석물 입구 밸브에 가까울 때 분석물 흐름에 문제를 야기한다.
특허 출원 US2008/0017579A1에 따르면, 패킹 밸브 및 노즐의 개방/폐쇄 기능은 베드 공간에 고정되어(따라서 후퇴 불가능) 노즐의 위치에 따라 노즐을 열고 및/또는 닫는 노즐의 내부 또는 외부에 있는 가동 요소 또는 슬리브에 인접하게 위치한 노즐을 사용하여 달성된다. 이 설명은 모호하며 응용 프로그램에서 더 이상 설명되지 않는다.
베드를 포장하기 위해 별도의 밸브와 노즐을 사용하는 또 다른 단점은 일단 포장이 완료되고 노즐이 후퇴하면 세로 부재(122)가 수지 슬러리로 채워져 청소하기 어렵다는 것이다. 이로 인해 세로 부재(122) 영역 내부에 박테리아가 축적되고 컬럼이 오염될 수 있다.
필터(104)는 각각 단부 유닛(112, 113)의 내부면에 위치되고 측벽(111)과 함께 작용하여 베드 공간(109)을 정의하고 또한 베드 공간(109)으로부터 미립자 매체의 누출을 방지한다. 분배 채널(106)은 제1단부 유닛(112)의 면을 가로 질러 가로 질러 위치되고 필터(104)와 유체 연통한다. 상기 유체 분배 채널은 액체의 방사형 분배를 용이하게 한다. 상기 분배 채널(106)은 제1단부 유닛의 면에 원주 방향 홈(106a)을 포함한다. 상기 홈(groove)은 노즐(124) 주위에서 균일하게 제1포트(133)의 출구(137)로부터 나오는 액체의 원주 분포에 영향을 미치도록 위치된다.
출구(137)를 빠져나가 베드 공간(109)으로 들어가는 이동상은 분배 채널(106)을 가로 질러 고르게 분포되고, 필터(104)를 통과한 다음 미립자 매질(particulate medium)의 베드를 통해 균일하게 용출될 것이다. 이동상은 마침내 제2포트(140)를 통해 컬럼을 빠져나갈 것이다. 분배 채널(106)에 대한 출구(137)의 비대칭 구성은 최종 유닛(112)을 생산할 때 설계 요건을 단순화하고 따라서 제조 비용을 감소시킨다.
그러나 분배 채널의 중앙에 이동상 밸브 및 노즐(122, 124)이 존재하면 컬럼 중앙에 대한 분석물(들)의 접근이 차단된다. 이로 인해 컬럼 중앙에서 분석물이 불량하고 균일하지 않게 분포된다. 분석물(들)이 축 방향으로 흐르면 중앙의 분포가 악화된다. 균일하지 않은 분포는 분석물이 입자의 상당 부분과 접촉하지 않기 때문에 패킹 베드의 분리 효율이 낮다.
컬럼은 전술한 바와 같이 "다운 플로우" 모드 또는 이동상의 흐름 방향이 역전되어 컬럼 위로 이동하는 "업 플로우" 모드로 작동될 수 있다. 업 플로우 모드에서, 이동상은 제2포트(140)를 통해 컬럼에 들어가고, 미립자 매질 층을 통해 위쪽으로 이동하고, 컬럼을 빠져 나가 제1포트(133)를 통해 수집될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제2포트(140)는 단부 유닛(113)을 통해 수직으로 연장되고 유닛의 대향하는 외부면에서 빠져나가는 통로(142)를 포함한다. 다른 실시 예(미도시)에서 제2포트(140)는 유닛(113)의 측면을 통해 빠져나간다; 이 구성은 적절한 커넥터 또는 중공 부재(도시되지 않음)를 통해 컬럼에 적용되는 것과 동일한 높이에서 이동상/액체를 수집할 수 있도록 한다. 단일 엔드 유닛의 동일한 높이에서 이동상을 적용하고 수집하면 작업자 접근 및 취급 측면에서 사용이 간소화되고 공기가 시스템에 접근할 위험이 줄어들고 컬럼을 설치하는 데 필요한 공간이 줄어든다.
도 2A는 본 발명의 실시 예의 크로마토그래피 컬럼(201)의 일반적인 구성요소를 개략적으로 도시한다. 상기 컬럼은 반투명(translucent)하거나 불투명(opaque)할 수 있는 금속 또는 고강도/강화 중합체 재료로 만들어지지만 이에 제한되지 않는 원통형 유체-불투과성 용기(210)를 포함한다. 상기 용기(210)의 개방된 상부 및 하부 단부는 제1 및 제2단부 유닛/어댑터(212, 214)에 의해 폐쇄된다. 각 어댑터에는 원통형 용기의 단부에 끼워져 밀봉하는 유체-불투과성 단부 플레이트(표시되지 않음)를 포함한다. 상기 어댑터(212 및 214)는 바람직하게는 폴리프로필렌과 같은 금속, 고강도 엔지니어링 플라스틱 재료 또는 강화 플라스틱 재료로 제조된다. 어댑터는 금속 또는 고강도 엔지니어링(high-strength engineering) 플라스틱 재료 또는 강화(reinforced) 플라스틱 재료로 만들어진 유지 플레이트(retaining plate)(216 및 218)에 의해 백업되며, 이를 통해 인장로드(tension rod)(220)가 고정된다. 이러한 인장로드는 제1 및 제2어댑터(212 및 214)를 연결하고 10 bar를 초과하는 높은 유체 압력을 견디도록 구조를 지지한다.
각 어댑터(212, 214)는 기둥의 외부와 측벽(210) 및 어댑터(212, 214)에 의해 정의된 패킹 베드 공간(미도시) 사이의 연통을 위한 중앙 관통 개구부(central through-opening)를 포함한다. 제1어댑터의 개구부를 통해 유입 포트(224)가 삽입되어 흐름을 컬럼으로 유도한다. 제2어댑터를 통해 포트(미도시)가 삽입되어 패킹된 베드 공간에서 흘러나오는 흐름을 수집한다. 본 발명의 이 실시 예에서, 배출 포트(outlet port)는 컬럼의 상부 면에 위치한 다른 포트(228)로 유동을 역류(flow back)시키는 리턴 튜브(226)에 연결된다. 상기 컬럼은 하부 베이스(232)에 연결된 스페이서(230)에 위치한다. 다른 실시 예(미도시)에서, 휠 또는 캐스터는 하부베이스(232) 아래에 추가될 수 있거나 스페이서(230) 및 하부베이스(232)를 대체할 수 있다. 상기 휠 또는 캐스터를 사용하여 기둥의 이동을 도울 수 있다.
도 2B는 이중-목적 밸브(dual-purpose valve)가 위생 피팅(sanitary fitting)으로 구성된 유입 포트(232)를 포함하는 본 발명의 크로마토그래피 컬럼의 3차원 개략도를 도시한다. 배출 포트(Outlet port)(234)는 또한 위생 피팅 연결부를 포함한다. 이 구성에서 출구 포트(exit port)(234)는 컬럼의 맨 아래에 있다.
도 2C는 배출 포트(도시되지 않음)가 유입 포트(232) 아래의 높이에 위치한 다른 포트(238)로 유동을 역류시키는 리턴 튜브(236)에 연결된 본 발명의 크로마토그래피 컬럼의 3차원 개략도를 도시한다. 다른 변형에서, 상기 배출 포트(238)는 유입 포트(232)와 유사하거나 더 높은 높이에 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기둥의 종단면도가 도 3에 도시되어 있다. 상기 컬럼(201)은 지지 링(216 및 218)에 의해 제1어댑터(212) 및 제2어댑터(214)에 고정되는 관형 하우징/용기(210) 및 인장로드(220)를 포함하며, 따라서 베드 공간(310)을 형성한다. 상기 하우징(210) 및 단부 유닛(212, 214)은 일반적으로 금속, 폴리프로필렌과 같은 고강도 플라스틱 재료 또는 강화 플라스틱 재료로 구성되지만 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 추가 실시 예에서, 상기 컬럼이 생물학적 활성 물질의 분리에 사용되는 경우, 상기 물질은 생물학적으로 불활성이므로 United States Pharmacopeia(USP) <88> Class VI에 따라 인체에서 면역 반응을 유발하지 않는다.
일반적으로 다공성 또는 직조된 플라스틱 또는 금속 재료로된 필터 층(312 및 314)은 어댑터(212 및 214)의 내부 표면에서 베드 공간(310)의 영역을 가로 질러 연장된다. 본 발명의 추가 실시 예에서, 상기 컬럼이 생물학적 활성 물질의 분리에 사용되는 경우, 이 물질은 생물학적으로 불활성이므로 United States Pharmacopeia(USP) <88> Class VI에 따라 인체에서 면역 반응을 유발하지 않는다. 상기 어댑터(212, 214)의 내부 표면은 필터층(312, 314) 뒤에서 예를 들어 원뿔형으로 리세스되어 그들 사이에 분배 채널을 정의한다(도시되지 않음).
유입 포트(224)는 제1어댑터(212) 및 필터(312)의 중앙 개구부를 통해 내측으로 돌출하는 중공 노즐(320)에 연결된다. 상기 노즐(320)은 중공의 이동식 플러그(322)를 통해, 즉 필터(312)를 우회하여 베드 공간(310)으로의 유입 포트의 연통을 제어한다. 이동식 플러그(movable plug)(322)의 다른 위치에서, 상기 노즐은 유입 포트(224)와 필터(312) 위의 공간 사이의 연통을 제어한다. 상기 노즐(320) 및 이동식 플러그(322)를 포함하는 유입 포트(224)는 크로마토그래피 컬럼을 통해 분석물(들)을 실행하는 것 외에도 슬러리 수지로 컬럼을 패킹하기 위한 이중 용도를 갖는 이중-목적 밸브(316)를 포함한다. 이중-목적 밸브는 금속, 플라스틱 또는 강화 플라스틱 재질로 만들 수 있다. 본 발명의 추가 실시 예에서, 상기 컬럼이 생물학적 활성 물질의 분리에 사용되는 경우, 이 물질은 생물학적으로 불활성이므로 United States Pharmacopeia(USP) <88> Class VI에 따라 인체에서 면역 반응을 유발하지 않는다.
제2필터 층(314) 아래에서, 출구 포트(318)는 흐름을 수집하고 이를 리턴 튜브(226)를 통해 포트(228)로 안내한다.
컬럼의 전형적인 작동에서, 입자상 고정상 물질의 패킹된 베드는 제1 및 제2필터(312, 314) 사이의 베드 공간(310)을 채운다.
도 4는 본 발명의 실시 예의 이중-목적 밸브(316)가 크로마토그래피 컬럼에 끼워질 때의 종단면도를 도시한다. 밸브는 다음을 포함한다: 제1어댑터(212)에 안착(sit)되는 유입 포트(224), 제1어댑터(212) 캐비티를 통과하고 하단에서 폐쇄되는 중공 노즐(320), 및 내부 가동 플러그(322). 상기 노즐(320)은 위치(412 및 414)에서 궤도(또는 다른) 방식으로 위치된 그 표면상에 두 세트의 관통 홀을 갖는다. 홀의 상부 세트(412)는 일반적으로 홀의 하부 세트(414)보다 작은 직경을 가질 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다. 각 세트의 홀의 개수는 일반적으로 하나 이상의 홀에서 다를 수 있다. 상부 홀(412)은 필터(312) 위에 위치하고 홀(414)은 필터(312) 아래에 위치한다. 가동 플러그(322)는 축 방향 전체에 중공 중심을 갖는다. 가동 플러그는 상부 위치에 배치될 수 있으며, 여기서 노즐(320)의 구멍(412)을 차단하고 구멍(414)을 개방하여 유입 포트(224)와 패킹된 베드 공간(310) 사이에 접근을 허용한다. 가동 플러그(322)는 단지 한 세트의 구멍(418)을 갖는다. 가동 플러그(322)의 하단 위치에서, 가동 플러그는 노즐(320)의 홀(414)을 차단하고, 가동 플러그의 홀(418)은 노즐의 상부 구멍(412)과 정렬되며, 따라서, 유입 포트(224)와 필터(312) 상부의 분배 영역(420) 사이의 접근을 허용한다. 가동 플러그의 다른 실시 예에서, 길이가 더 짧고 궤도(또는 기타) 관통 홀이 없다. 가동 플러그는 상부 위치에 배치될 수 있으며, 여기서 노즐(320)의 홀(412)을 차단하고 홀(414)을 개방하여 유입 포트(224)와 패킹된 베드 공간(310) 사이에 접근을 허용한다. 가동 플러그(322)의 하단 위치에서, 가동 플러그는 상부 홀(412) 아래에 완전히 위치하여 노즐(320)의 홀(414)을 차단하는 반면, 노즐의 상부 홀(412)은 개방되어 있으므로, 유입 포트(224)와 필터(312) 상부의 분배 영역(420) 사이의 접근을 허용한다.
가동 플러그는 위아래로 움직일 수 있다. 이러한 움직임은 육각형 키와 같은(이에 한정되지 않음) 도구를 플러그 내부에 삽입하는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 당업자에게 알려진 다양한 수단에 의해 달성될 수 있다. 상기 이동은 노즐(320) 상의 안내 홈 또는 내부 나사(guiding grooves or internal threads)와 일치하는 이동식 플러그(322) 상의 안내 레일 또는 외부 나사(guiding rails or outer threads)와 같은 상이한 수단에 의해 제어될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
상기 노즐(320)과 제1어댑터(212) 사이의 공간은 위치(416)에서 제1어댑터의 밀봉 수단에 의해 밀봉된다.
이동식 플러그(322)가 상부 위치(upper position)에 있을 때, 상기 베드는 베드 공간(310)을 채우기 위해 홀(414)을 통해 이중-목적 밸브(316)를 통해 수지 슬러리를 펌핑함으로써 패킹될 수 있다. 베드 패킹이 완료되면 상기 이동식 플러그(322)가 아래쪽 위치로 이동하여 홀(414)을 차단하고 홀(412)을 개방한다.
종래 기술(특허 출원 US2008/0017579A1)에서, 슬러리 패킹 밸브는 컬럼을 패킹한 후 수축되어 패킹 베드의 상부 영역 중앙에 빈 공간을 남긴다. 본 발명의 전체적인 디자인은 이러한 단점을 극복한다. 이것은 노즐(320)이 제자리에 고정되어 있고 포장 후 수축하지 않기 때문에 달성되며, 이중-목적 밸브(316) 주위의 패킹된 베드는 방해받지 않으며 잠재적인 공극을 제거한다.
이동상은 충전된 베드 공간(310)을 통해 이동하는 포트(228)를 통해 "상향" 유동 방향으로 공급될 수 있고, 이어서 제1필터(312)로 이어지고, 이어서 홀(412)을 통해 중공 이동식 플러그(322), 노즐(320)을 통해 위쪽으로 공급되고 포트(224)를 통해 배출될 수 있다. 이것은 이중-목적 밸브(316) 내부의 모든 수지 슬러리를 역류시킬 것이다. 실험 평가에서 밸브는 30 mL의 상향 흐름 후 수지 슬러리에서 완전히 플러시(flush)되었다. 잔류 수지 슬러리의 백 플러싱은 종래 기술(특허 출원 US2008/0017579A1)에서 부족한 본 발명의 많은 실시 예의 독특하고 새로운 특징이다. 이 기능은 패킹 밸브의 잔류 수지가 박테리아 성장에 취약하기 때문에 매우 중요하다.
백 플러싱 후, 이동상은 유입 포트(224)를 통해 펌핑될 수 있으며, 이는 노즐(320), 중공 이동식 플러그(322)를 통과한 다음 상부 구멍(412)을 통해 분배 채널(420)로 배출된다. 이동상은 외부로 분배되고 필터(312)를 통해 이동하여 충전 층을 통해 용리된다. 상기 이동상은 제2어댑터(214)의 제2필터(314)를 통과하고 수집을 위해 배출 포트(318)를 통과한다.
본 발명의 실시 예들의 이중-목적 밸브 설계로, 이동상 및 분석물(들) 분포는 두 번째 밸브에 의해 중앙에서 차단되지 않으며, 이는 이전 선행 기술의 단점이다(특허 출원 US2008/0017579A1). 베드가 시작될 때 패킹된 베드의 중심에 대한 접근이 차단되면 베드의 중심이 분석물과 덜 접촉하게 되어 유체 분포가 불균일하게 된다.
위에서는 컬럼을 통한 이동상의 하향 이동에 의해 크로마토그래피 분리가 영향을 받는 "다운 플로우" 크로마토그래피의 예를 설명하지만, 당업자는 단순히 이동상을 컬럼을 통해 위쪽으로 펌핑하여 흐름 방향을 역전시킴으로써 "업플로우" 크로마토그래피에 의해 대안적으로 분리가 달성될 수 있음을 이해할 것이다. 이 나중 모드(later mode)에서 이동상은 포트(228)를 통해 흐른 다음 튜브(226)로 반환한 다음 포트(318)에서 컬럼으로 들어가 수지 입자의 패킹된 베드를 통해 위쪽으로 이동하고 컬럼 상단의 포트(224)에서 수집된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예의 이중-목적 밸브의 외부 바디의 개략도를 도시한다. 홀(412)은 이동상 유동을 위한 것이고, 홀(414)은 수지 슬러리 패킹을 위한 유동 구멍이다. 상기 다이어그램은 작동 위치에 있는 밸브를 나타내며, 여기서 수지 슬러리 홀은 가동 플러그(322)에 의해 차단된다.
본 발명의 이중-목적 밸브는 미리 포장된 일회용 컬럼에 사용하기 위한 것이지만 재사용 가능한 컬럼에도 적용할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예는 이중-목적 밸브가 제1어댑터 및 제2어댑터를 포함하는 두 위치에 설치되는 컬럼 설계에 관한 것이다. 밸브 기능은 두 위치에서 동일하며 노즐에는 이동식 플러그의 위치에 의해 제어되는 두 가지 모드가 있다. 이동식 플러그의 한 위치는 이동상 및 분석물(들)을 두 개의 이중-목적 밸브의 홀(414)이 막히고 홀(412)이 열려 있는 컬럼을 통과하는데 사용되며, 다른 위치는 양쪽 이중-목적 밸브의 홀(414)이 열려 있고 홀(412)이 막혀있는 컬럼의 포장을 풀기(unpacking) 위해 사용될 수 있다. 상기 컬럼의 포장을 풀기 위해 제1 및 제2어댑터의 이중-목적 밸브에 있는 이동식 플러그를 패킹/포장 해제 위치로 이동하여 밸브가 베드 공간에 직접 접근할 수 있다. 그런 다음 광범위한 이동상을 베드 공간으로 펌핑하여 충전층을 방해하고 수지 슬러리 형태로 수지를 베드 공간 밖으로 밀어낸다. 컬럼의 포장이 풀리면 제2어댑터의 이중-목적 밸브의 이동식 플러그는 작동 위치로 전환되고 제1어댑터의 이중-목적 밸브의 이동식 플러그는 패킹 위치에 유지된다. 그런 다음 수지 슬러리를 베드 공간으로 펌핑하여 컬럼을 다시 패킹할 수 있다. 재사용 가능한 컬럼에 이중-목적 밸브를 사용하면 여러 컬럼의 언패킹/패킹 방식이 가능하고, 이는 분해 및 설정 시간 감소를 비롯한 많은 이점을 제공하고 컬럼을 무균 상태로 유지한다.
일반적으로 0.01 내지 2000 리터 범위의 광범위한 컬럼 용량이 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 컬럼을 일회용 컬럼으로 사용할 때 선호하는 용량은 0.01 ~ 500 리터이다.
이중-목적 밸브의 개념은 재사용 가능한 컬럼에 적용되었으며, 컬럼은 동일하거나 다른 유형의 수지(US 6,524,484B2 및 US 8,585,894B1)로 다시 포장, 개봉 및 재포장된다. 이러한 설계에서 밸브 하드웨어는 복잡하고 제작 비용이 많이 든다. 제조 비용이 컬럼 사용에 대해 정당화되기 때문에 재사용 가능한 컬럼의 경우 문제가 되지 않았다. 그러나 제한된 시간 사용을 목적으로 하는 일회용 컬럼의 경우 제조 비용이 효율적으로 유지되어야 하므로 단순한 설계가 필요하다. 종래 기술(US2008/0017579A1)은 비용 절감을 위해 이중-목적 밸브를 두 개의 밸브로 대체했지만, 분포의 균일성, 패킹 베드의 안정성, 빈 공간 부재, 세균 오염 방지 등 중요한 기능 향상이 이루어지지 않았다. 본 발명은 이전에 설계된 2-밸브 크로마토그래피 컬럼의 단점과 이중-목적 밸브의 높은 제조 비용을 해결하는 솔루션이다.
본 발명은 밸브의 상이한 구성 요소, 특히 노즐(320) 및 가동 플러그(322)의 매우 정밀한 제조를 필요로 한다. 홀(412 및 414)의 밀봉은 가동 플러그(322)에 의해 수행된다. 또한, 가동 플러그(322) 상의 홀(418)은 가동 플러그가 바닥 위치(이동상 실행 위치)에 있을 때 홀(412)과 일치해야 한다. 추가적으로, 노즐(320)의 외경은 분석물(들)의 더 나은 분포를 위해 최소화되어야 한다. 동시에, 노즐(320) 및 가동 플러그(322)의 내경은 높은 유량을 수용하기 위해 유동의 표면적을 증가시키기 위해 최대화되어야 한다. 동시에, 이동식 플러그의 벽 두께는 압력을 견디고 구멍 및 외부 스레드의 제작을 수용해야 한다. 이러한 모든 치수를 최적화하는 것은 어려웠고 고급 엔지니어링 및 제조가 필요했다. 현재 소형 부품의 제조 기술은 혁신적이면서도 간단하고 비용 효율적인 설계를 도출하는데 도움이 되었다.
디자인의 한 변형(표시되지 않음)에서 유입 포트와 노즐은 어댑터 자체의 일부이며 상단 구멍과 하단 구멍이라는 두 세트의 구멍이 있다. 이동식 플러그는 추가 부품이며 노즐에 삽입되며 패킹을 위한 상단 홀 또는 이동상 및 분석물 실행을 위한 하단 홀을 막기 위해 두 개의 다른 위치에 배치할 수 있다.
도 6A 및 6B는 본 발명의 실시 예의 이중-목적 밸브 설계(610)의 다른 변형을 도시한다. 이중-목적 밸브는 한 세트의 홀(618)을 갖는 이동식 슬리브(614)에 연결된 유입 포트(612)로 구성된다. 가동 슬리브 아래에는 다공성 필터(620)에 의해 제자리에 고정되고 베드 공간(622)에 노출되는 노즐(616)이 있다. 상기 노즐(616)은 베드 공간(622)에 대한 접근을 허용하는 윈도우/홀을 포함한다. 가동 슬리브(614)와 제1어댑터(624) 사이의 영역은 위치(626 및 628)에서 밀봉 수단에 의해 밀봉된다. 패킹 위치에서, 유입 포트(612) 및 이동식 슬리브(614)는 도 6A에 도시된 바와 같이 보정 도구(calibration tool)(630)에 의해 결정된 더 높은 위치에 있으며, 여기서 노즐(616) 창/구멍은 슬러리 수지의 흐름을 베드 공간(622)으로 안내한다. 도 6B는 가동 위치에 있는 밸브를 보여 주며, 여기서 가동 슬리브(614)는 노즐(616) 창/구멍을 막는 위치로 아래로 이동되고 이동상/분석물(들)의 흐름은 다공성 필터(620) 위의 제1어댑터(624)에서 분배 채널(632)과 정렬된 홀(618)을 통해 이동식 슬리브(614)를 빠져나간다. 이 설계는 이동상/분석물 입구가 제2밸브에 의해 차단되지 않기 때문에 균일한 분석물 분포를 가능하게 한다. 또한 동일한 밸브가 패킹 및 작동에 사용되기 때문에 패킹 후에 밸브를 백 플러시할 수 있다. 또한 일단 포장되면 노즐이 수축되지 않으므로 컬럼에 빈 공간이 생기지 않는다. 이 디자인의 다른 이점으로는 생산을 위한 단순성과 비용 효율성이 있다. 이 이중-목적 밸브의 변형은 저압 응용 분야에 매우 적합하다.
도 6C는 본 발명의 실시 예의 이중-목적 밸브 설계(316)의 다른 변형을 도시한다. 이 실시 예에서, 가동 플러그(634)는 구멍을 갖지 않고 도 3 및 도 4에 도시된 가동 플러그보다 짧다. 위쪽 위치에서는 노즐의 위쪽 홀이 막혀 있고, 가동 플러그의 아래쪽 위치에서는 노즐의 아래쪽 홀이 막히고 위쪽 홀은 열려 있으며 노즐의 상단 홀 세트의 높이와 일치하는 이동식 플러그에 홀 세트가 필요하지 않다.
도 6D는 본 발명의 실시 예의 이중-목적 밸브 설계(316)의 또 다른 변형을 도시한다. 이 실시 예에서, 밸브(638)의 입구는 공정 장비에 대한 컬럼의 연결을 용이하게 하는 위생 호스 연결 스타일(sanitary hose connection style)이다. 이중-목적 밸브 및 출구 포트(exit port)의 호스 연결 스타일은 컬럼을 공정 장비에 쉽게 연결할 수 있도록 다양한 형식으로 변경할 수 있다. 이 실시 예에서, 가동 플러그(640)는 구멍을 갖지 않고 도 3 및 도 4에 도시된 가동 플러그보다 짧다. 이동식 플러그의 위쪽 위치에서 노즐의 위쪽 홀이 막히고 이동식 플러그의 아래쪽 위치에서 노즐의 아래쪽 홀은 막히고 위쪽 홀은 열려 있으며, 노즐의 상단 홀 세트의 높이와 일치하는 이동식 플러그에 홀 세트가 필요하지 않다.
실시예 1: 디자인의 하이라이트 중 하나는 포장의 재현성이다. 한 패킹 실험에서, 1 Liter 컬럼은 술포 프로필(S) 강한 양이온 교환기로 작용화된 75㎛ 히드록실화 메타크릴폴리머 비드(hydroxylated methacrylic polymer bead)의 양이온 교환 크로마토그래피 수지의 패킹 매체로 패킹되었다. 컬럼의 부피는 1,005mL, 직경은 80mm, 층 높이는 20cm이다. 상기 컬럼을 조립하고 탈 이온수로 채웠다. 이중-목적 밸브는 하단 구멍이 열려 있고 상단 구멍이 닫힌 패킹 모드로 설정되었다. 이중-목적 밸브의 유입 포트는 연동 펌프에 연결되고 컬럼 출구 포트는 폐기물 라인에 연결되었다. 컬럼 내부의 압력을 모니터링하기 위해 연동 펌프와 유입 포트 사이에 압력 게이지가 설치되었다. 그런 다음 1M 염화나트륨의 50% 수지 슬러리를 연동 펌프를 사용하여 약 600mL/min (720cm/hr)의 속도로 펌핑하고 이중-목적 밸브를 통해 노즐의 하단 구멍을 통해 충전된 베드 공간으로 공급했으며, 치환된 물은 폐수 라인을 통해 컬럼에서 나왔다. 패킹 공정 내내 압력을 모니터링한 다음 컬럼이 완전히 채워지면 압력 게이지에 표시된 것처럼 압력이 급증했다. 그런 다음 펌프 흐름이 중지되고 펌프의 압력이 해제되고 이중-목적 밸브는 이동식 플러그를 아래로 이동하여 하단 구멍을 막고 상단 구멍을 열어 작동 모드로 전환되었다. 그 다음, 0.5M 염화나트륨의 이동상에서 5 mL/min의 유속으로 컬럼을 "업 플로우" 방향으로 실행하여 컬럼을 역세척하고 점차적으로 20 mL/min으로 증가시켰다. 역세척 단계는 박테리아 오염/성장을 방지하기 위해 잔류 수지에서 밸브를 청소하는데 필수적이었다. 본 이중-목적 밸브 발명의 디자인은 포장 후 밸브를 역세척하는 것을 가능하게 하는데, 이는 일회용 컬럼의 종래 기술에서는 부족했다. 약 30 mL의 펌핑된 이동상 후, 출구 라인은 남아있는 수지 입자로부터 완전히 깨끗해졌다. 그런 다음 컬럼을 "다운 플로우"로 전환하고 2 컬럼 부피에 대해 평형을 맞춘 다음 분석물을 주입하여 패킹 비대칭을 평가했다.
3M 염화나트륨(충전 층 부피의 1%)을 미량 물질로 사용하고 0.5M 염화나트륨의 이동상을 사용하여 83 mL/min (100cm/hr)의 유속으로 컬럼에서 용출하고 전도도 검출기로 모니터링했다. 실험은 동일한 디자인의 다른 1 리터 컬럼에서 병렬로 수행되었다. 표 1에서 알 수 있듯이, 비대칭 및 HETP(Height Equivalent to the Theoretical Plate) 값을 기반으로 여러 독립적인 패킹 실험에 사용된 75
Figure pct00001
m 양이온 교환 매체에서 패킹의 우수한 재현성이 관찰되었다.
패킹 넘버 관찰된
불균형
(Observed Asymmetry) 		관찰된 HETP(N/m) As. Post P/F Test HETP Post P/F Test (N/m) 허용된 비대칭(Accepted Asymmetry) 허용된 HETP (N/m)
컬럼 1 0.93 4,464 0.95 4,137 0.80-1.40 ~ 4,000
컬럼 2 0.92 4,329 0.99 4,122
실시예 2: 도 7은 첫 번째 비대칭 테스트가 수행된 후 2개의 컬럼에서 수행된 압력 흐름 테스트를 보여준다. 압력 흐름 곡선은 이러한 유형의 수지에 대해 예상되는 곡선 모양과 일치한다. 그런 다음 두 컬럼에 또 다른 3M 염화나트륨(충진 층 부피의 1%) 분석물을 다시 주입하여 압력 흐름 테스트 후 비대칭성(asymmetry )을 확인했다. 압력 흐름 테스트 후의 비대칭 및 HETP 값은 압력 흐름 테스트 이전의 값과 매우 유사하여 베드가 단단하고 균일하게 포장되었음을 확인했다.
비대칭의 재현성(reproducibility of Asymmetry)과 1.00에 대한 근접성은 중앙 노즐을 통해 분석물을 포장하고 실행하는 이중-목적 밸브의 설계로 인해 포장의 효율성, 충전층의 균일성 및 분석물의 효율적인 분포를 확인하고, 분석물(들)은 컬럼 중앙의 다른 밸브에 의해 막히지 않으며 컬럼에는 공극 부피가 없다.
실시예 3 : 이중-목적 밸브는 여러 유형의 수지와 함께 작동하는 것으로 테스트되고 입증되었다. 입자 크기가 65㎛인 소수성 상호 작용 크로마토그래피(hydrophobic interaction chromatography, HIC) 수지에서 이중-목적 밸브를 사용하여 1 Litre 크로마토그래피 컬럼을 포장하고 실행했다. 또한 입자 크기가 75 ㎛인 양이온 교환 수지(cation exchange resin)로 테스트되었다. 또한, 입자 크기가 45 ㎛인 크기 배제 크로마토그래피(Size Exclusion Chromatography)를 위해 하이드록실화 메타크릴 폴리머베이스 비드에 결합된 단백질 A 리간드 수지로 이중-목적 밸브를 테스트했다. 모든 수지 유형에 대해 비대칭 및 HETP를 통과했으며 패킹은 매우 재현성있는 것으로 확인되었다. 음이온 교환, 크기 배제, 친 화성, 혼합 모드, 단백질 L 및 다양한 입자 크기와 압축성을 가지며 다양한 공급 업체에서 제조 한 기타 수지를 포함하여 다른 수지를 크로마토그래피 컬럼에 포장하고 이중-목적 밸브를 사용하여 실행할 수 있다. 3L, 6L 등과 같은 다른 크기의 크로마토그래피 컬럼도 이중-목적 밸브를 사용하여 성공적으로 포장되었다. 이는 다양한 크기를 수용하기 위해 이중-목적 밸브를 확장 또는 축소할 수 있음을 증명한다.
본 발명의 상이한 실시 예는 수 센티미터에서 1 미터 이상 범위의 상이한 컬럼 내부 직경을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 각 컬럼 ID에 대해 베드 높이는 몇 센티미터에서 1 미터 이상까지 다양할 수 있다.
또한 위의 것 외에도 베드 높이(Bed Height)가 컬럼 ID보다 훨씬 작은 연속 크로마토그래피를 위해 컬럼 하드웨어 및 이중-목적 밸브를 사용할 수 있다.
논의된 바와 같이, 추가 실시 예는 재사용 가능한 컬럼을 위한 이중-목적 밸브의 사용이며, 여기서 다른 이중-목적 밸브가 제2어댑터에 설치되어 컬럼 전체를 분해하지 않고도 컬럼을 풀고, 세척하고, 재포장할 수 있다.
따라서 컬럼 전체에 걸쳐 더 쉽고 빠르며 일관된 패킹, 컬럼 간 일관된 패킹, 인적 기술 요소로부터의 독립성에 대한 우리의 목표가 성공적으로 달성되고 확인되었다.
상기 정의된 본 발명의 실시 예는 전체 컬럼에 걸쳐 일관된 충전 층을 달성하는 크로마토그래피 컬럼을 제공한다. 패킹은 빠르고 일관적이며 컬럼 단위로 이루어진다. 전체 컬럼에 걸쳐 분석물이 잘 분포된다. 확장 가능한 설계(즉, 더 작거나 더 큰 볼륨에 맞게 수정할 수 있음)이며 최대 3bar의 작동 압력에서 실행되고 더 높은 압력(최대 10bar)을 견딜 수 있다.
본 개시 내용의 특정 구현 및 적용이 예시되고 설명되었지만, 본 개시 내용은 첨부된 청구 범위에 정의된 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에 개시된 정확한 구성 및 조성물에 제한되지 않고 다양한 변형, 변경 및 변형이 전술한 설명으로부터 명백 할 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (21)

  1. 크로마토그래피 컬럼에 사용하기 위한 이중-목적 밸브 어셈블리로,
    상기 컬럼은 제1필터에 인접한 제1어댑터, 제2필터에 인접한 제2어댑터, 및 제1어댑터와 제2어댑터 사이에 위치하여 베드 공간을 정의하는 측벽(side wall)을 포함하고, 상기 어셈블리는
    상기 컬럼의 제1어댑터 상에 위치하는 유입 포트(inlet port) 및 상기 컬럼의 제2어댑터 상에 위치되는 배출 포트(outlet port);
    상기 유입 포트에 연결되는 중공 노즐(hollow nozzle), 상기 노즐은 내부 표면 및 외부 표면을 포함하고, 상기 노즐은 제1어댑터 및 인접한 제1필터를 통과하고, 상기 노즐은 제1필터 위의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트(upper set of one or more through hole) 및 제1필터 아래의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트(lower set), 및 폐쇄된 하단 단부(closed bottom end)를 포함함;
    제1상부 위치(first upper position)로부터 이동할 수 있는 가동 메커니즘(moveable mechanism), 여기서 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀 세트가 차단되고 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트가 개방되고 제2하부 위치로 베드 공간과 유체 연통하고 여기서 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트는 제1필터를 통해 베드 공간과 유체 연통하고, 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트는 차단됨; 및
    제1어댑터와 상기 노즐, 상기 노즐 및 제1필터 사이에 위치하는 하나 이상의 밀봉 수단을 포함하는 이중-목적 밸브 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가동 메커니즘은 상기 중공 노즐의 내부에서 왕복 이동하기 위한 크기의 가동 플러그(moveable plug)인 이중-목적 밸브 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가동 메커니즘은 중공 노즐의 외부에서 왕복 운동을 하기 위한 크기의 가동 슬리브(moveable sleeve)인 이중-목적 밸브 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이중-목적 밸브 및 출구 포트(exit port)에 부착하는 호스 연결 스타일 수단(hose connection style means)을 포함하고, 상기 호스 연결은 컬럼을 공정 장비에 쉽게 연결할 수 있도록 다른 형식으로 변경될 수 있는 이중-목적 밸브 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트는 원형이고 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트보다 작은 직경을 갖는 이중-목적 밸브 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가동 메커니즘은 도구(tool)를 사용하여 상기 제1상부 위치와 상기 제2하부 위치 사이에서 이동될 수 있는 이중-목적 밸브 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가동 메커니즘은 가이드 홈 또는 노즐의 내부 나사와 일치하는 가동 메커니즘 상의 가이드 레일 또는 외부 나사산일 수 있으나, 이에 제한되지 않는 다양한 다른 수단에 의해 상기 제1위치와 제2위치 사이에서 안내될 수 있는 이중-목적 밸브 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 수단은 O-링인 이중-목적 밸브 어셈블리.
  9. 크로마토그래피 컬럼에 사용하기 위한 이중-목적 밸브 어셈블리로,
    상기 컬럼은 제1필터에 인접한 제1어댑터, 제2필터에 인접한 제2어댑터, 및 제1어댑터와 제2어댑터 사이에 위치하여 베드 공간을 정의하는 측벽(side wall)을 포함하고, 상기 어셈블리는
    상기 컬럼의 제1어댑터 상에 위치하는 유입 포트(inlet port) 및 상기 컬럼의 제2어댑터 상에 위치되는 배출 포트(outlet port);
    상기 유입 포트에 연결되는 중공 노즐(hollow nozzle), 상기 노즐은 내부 표면 및 외부 표면을 포함하고, 상기 노즐은 제1어댑터 및 인접한 제1필터를 통과하고, 상기 노즐은 제1필터 위의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트(upper set of one or more through hole) 및 제1필터 아래의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트(lower set), 및 폐쇄된 하단 단부(closed bottom end)를 포함함;
    상기 노즐의 내부 표면 또는 외부 표면을 따라 축 방향으로 왕복 운동하기 위한 크기의 가동 플러그 또는 슬리브, 상기 가동 플러그 또는 슬리브는 제1상부 위치로부터 이동 가능하고,
    여기서 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트는 차단되고 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트가 개방되고 제2하부 위치로 베드 공간과 유체 연통하고
    여기서 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트는 제1필터를 통해 베드 공간과 유체 연통하고, 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트는 차단됨; 및
    제1어댑터와 상기 노즐, 상기 노즐 및 제1필터 사이에 위치하는 하나 이상의 밀봉 수단을 포함하는 이중-목적 밸브 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가동 플러그는 상기 노즐 내부에서 왕복 운동을 하기 위한 크기를 갖는 이중-목적 밸브 어셈블리.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 가동 슬리브는 상기 노즐의 외부에서 왕복 운동을 위한 크기를 갖는 이중-목적 밸브 어셈블리.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 가동 플러그는 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트에 대응하는 위치에 대응하는 하나 이상의 관통 홀의 세트를 포함하고, 여기서 가동 플러그가 제2하부 위치에 있을 때, 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀 세트는 가동 플러그 상의 하나 이상의 관통 홀 세트와 정렬되는 이중-목적 밸브 어셈블리.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 가동 슬리브는 하나 이상의 관통 홀 세트를 포함하고, 상기 가동 슬리브가 상부 위치에 있을 때, 하나 이상의 관통 홀/윈도우의 노즐 세트가 열려있는 동안 상기 가동 슬리브 상의 하나 이상의 관통 홀 세트가 제1어댑터에 의해 차단되고, 그리고 이동식 슬리브가 하부 위치에 있을 때 상기 가동 슬리브 상의 하나 이상의 관통 홀 세트는 개방되어 있고 제1필터를 통해 베드와 유체 연통하며, 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀/창 세트는 차단되는 이중-목적 밸브 어셈블리.
  14. 측벽;
    서로 대향하여 위치하고 상기 측벽에 의하여 분리되고 축 방향으로 이격된 제1어댑터 및 제2어댑터;
    상기 제1어댑터에 인접하는 제1필터, 및 상기 제2어댑터에 인접하는 제2필터, 여기서 상기 제1필터 및 제2필터는 상기 측벽과 함께 그 안에 미립자 매질(particulate medium)의 베드를 수용하기 위한 밀폐된 베드 공간을 형성함;
    제1어댑터 상에 위치하는 유입 포트(inlet port);
    분석물을 수집하도록 구성된 제2어댑터 상에 위치한 배출 포트(outlet port);
    상기 유입 포트에 연결되는 중공 노즐(hollow nozzle), 상기 노즐은 내부 표면 및 외부 표면을 포함하고, 상기 노즐은 제1어댑터 및 인접한 제1필터를 통과하고, 상기 노즐은 제1필터 위의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트(upper set of one or more through hole) 및 제1필터 아래의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트(lower set), 및 폐쇄된 하단 단부(closed bottom end)를 포함함;
    상기 노즐의 내부 표면 또는 외부 표면을 따라 축 방향 이동을 왕복할 수 있는 크기의 가동 메커니즘, 상기 메커니즘은 제1상부 위치로부터 이동 가능하고, 여기서 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀 세트가 차단되고 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트가 개방되고 제2하부 위치로 베드 공간과 유체 연통하고 여기서 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트는 제1필터를 통해 베드 공간과 유체 연통하고, 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 하부 세트는 차단됨; 및
    제1어댑터와 상기 노즐, 상기 노즐 및 제1필터 사이에 위치하는 하나 이상의 밀봉 수단을 포함하는 크로마토그래피 컬럼.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 메커니즘은 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀의 상부 세트에 대응하는 위치에 대응하는 하나 이상의 관통 홀 세트를 포함하고, 여기서 가동 메커니즘이 제2하부 위치에 있을 때, 상기 노즐 상의 하나 이상의 관통 홀 세트는 가동 메커니즘 상의 하나 이상의 관통 홀 세트와 정렬되는 크로마토그래피 컬럼.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 가동 메커니즘은 상기 노즐 내부에서 왕복 운동을 하기 위한 크기를 갖는 크로마토그래피 컬럼.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 가동 메커니즘은 상기 노즐의 외부에서 왕복 운동을 위한 크기를 갖는 크로마토그래피 컬럼.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 밀봉 수단은 O-링인 크로마토그래피 컬럼.
  19. 제1항의 이중-목적 밸브 조립체를 포함하는 사전-포장된 크로마토그래피 컬럼으로, 상기 컬럼은 미립자 크로마토그래피 수지로 충전된 것인, 사전-포장된 크로마토그래피 컬럼.
  20. 다중 성분(multicomponent) 화학적 및 생물학적 혼합물로부터 화학적 화합물, 단백질, 항체, 펩티드 및 핵산으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 분리하기 위한 제19항의 사전-포장된 크로마토그래피 컬럼의 용도.
  21. 다중 성분(multicomponent) 화학적 및 생물학적 혼합물로부터 화학적 화합물, 단백질, 항체, 펩티드 및 핵산으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 분리하기 위한 제1항의 이중-목적 밸브 조립체를 포함하는 크로마토그래피 컬럼의 용도.
KR1020217013890A 2018-10-11 2019-10-11 이중-목적 밸브 어셈블리를 포함하는 크로마토그래피 컬럼 KR20210074327A (ko)

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