KR920007851B1 - 크로마토그래피 분리관 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

크로마토그래피 분리관

제1도는 본 발명의 크로마토그래피 분리관(column)의 바람직한 한 실시예의 부분 단면도이고,

제2도는 제1도의 2-2선에 따른 확대 단면도이고,

제3도는 크로마토그래피 매체(chromatogrphic media)와 스페이서(spacer)수단이 나선형으로 감기어 있는 고체 고정상의 일부 투시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

18 : 크로마토그래피 매체 20 : 스크림 층

22 : 부직 메쉬 24 : 원주형 중심관

26 : 다공 28 : 실린더

32 : 상부 끝부분 캡 34 : 하부 끝부분 캡

44 : 바닥 끝부분 벽 46 : 바닥 끝부분 벽

48 : 조립부(Fitting)

본 발명은 신규의 분자 분리관(column), 예컨대 크로마토그래피 분리관에 관한 것으로 더 상세하게는 카트리지 형태의 고체고정상을 사용한 신규의 분리관에 관한 것이다.

크로마토그래피란, 고체고정상과, 기체 혹은 액체일 수 있는 이동상 사이에서의 시료 교환에 근거한 매우 다양한 분리 기술에 적용되는 일반적 용어이다. 상기 이동상이 기체일 때 기체 크로마토그래피, 액체일 때 액체 크로마토그래피라고 한다.

분리는 목적에 따라서 분석용 분리와 제조상 분리로 구분될 수 있다. 분석용 분리의 목적은 시료 혼합물중의 많은 성분의 고분해 분리, 확인 및 정량분석이다. 반면, 제조상의 크로마토그래피 분리의 목적은 시료속의 순수한 소요 성분을 분리함에 있다.

여러 가지 크로마토그래피 분리관 기술은 몇가지 방법으로 분류할 수 있으며, 가장 기본적인 분류방법은 사용되는 상(phase)의 형태에 의한 것이다. 액체 흡수 크로마토그래피는 유기 분석 및 생화학적 분석에 널리 이용되고 있다. 이온 교환 크로마토그래피는 액체-고체 크로마토그래피의 특별한 분야에 속하며, 특히 이온종에 적용한다. 친화 크로마토그래피(affinity chromatography)는 고체 고정상에 결합된 리간드의, 시료의 일정 성분에 대한 친화력에 근거한 것이다. 액체-액체 혹은 분배 크로마토그래피에서는, 다공성의 불활성 고체 표면상에 얇은 액층을 유지시켜 고정상으로 사용한다.

크로마토그래피 공정에 있어서, 통상적으로 운반유체에 분해시킬 성분 혼합물을 크로마토그래 장치 혹은 분리대(sparative zone)로 통과시킨다. 일반적으로, 분리대 혹은 분해대(resolving zone), 즉 고정상은 크로마토그래피 매체라 지칭되는 물질로 이루어지는데, 이는 운반 유체내의 성분을 분리하거나 단리하는 활성 크로마토그래피 흡수 기능을 갖는다. 통상 상기 분리대는 운반 유체가 통과하는 관의 형태를 취한다.

분리관(혹은 컬럼)크로마토그래피 기술분야에 있어서의 커다란 문제점은 분리관을 통한 균일한 유체 유동을 얻는 방법이다. 상기 문제점에 대한 해결책은 분리관내의 크로마토그래피 매체의 균일한 충전, 분포 및 밀도를 얻는 방법이라고 생각되었다. 실험실용 크로마토그래피 분리관에 있어서 이러한 분리관에 있어서 이러한 충전 문제는 통상

인치 정도의 내경이 작은 분리관을 사용하므로써 상당히 해결되었다. 그러한 분리관의 경우, 크로마토그래피 매체의 불균일 충전에 기인하는 불균일 크로마토그래피 유체 유동은 분리관의 직경을 통하여 신속히 완화되어 분석 결과에 커다란 영향을 미치지 않는다.

경제적인 면을 고려한 제조목적의 크로마토그래피 분리관을 제공하기 위해, 분리관의 직경은 1인치 이상이어야 하며, 바람직하게는 1피이트 혹은 그 이상이어야 한다. 그러나 분석용 크로마토그래피 분리관을 제조목적 및/혹은 생산용 크로마토그래피에 적절한 크기로 규모를 확대하면, 분리관의 효율이 실질적으로 감소하게 된다. 분리관의 직경 혹은 단면적이 증가되면 크로마토그래피 분리관의 분리 능력 혹은 분해 능력이 감소한다.

상기 분해능력의 감소는 주로, 분리관내의 효과적인 유체 유동 분포의 결핍에 기인한다고 할 수 있다.

대구경의 제조용 및 생산용 크로마토그래피 분리관 제조의 난점을 극복하기 위한 많은 관 내부 분리관장치들이 제안되어 왔다. 분리관 전반에 걸친 크로마토그래피 매체의 균질 분포와 균일한 매체 밀도의 유지, 혹은 신규의 매체 및/혹은 충전재료의 개발등을 위한 기타 시도가 있었다.

최근 본 발명에서 출원인은 물리적 형태에 있어서 바람직하게는 시이트 형태로, 균질 섬유 매트릭스로 이루어지는 독특한 크로마토그래피 매체를 개발했다. 그러한 크로마토그래피 매체는 하기의 미합중국 특허 및 출원 명세서에 상술되어 있다 :

미합중국 특허 제4,384,957호(Crowder, III일행) ; 미합중국 일련번호 276,982(1981. 6. 24일 출원) (Hou의 ＂Process For Preparing zero Standard Serum＂) ; 미합중국 일련번호 347,360(1982. 2. 9일 출원) (Hou의 ＂Fibrous Media Cantaining Millimicron Sized Particles＂) ; 미합중국 일련번호 388,989(1982. 6. 16일 출원)(Hou일행의 ＂Process for Preparing a Zero Standard Serum＂) ; 미합중국 일련번호 401,361(1982. 7. 23일 출원)(Hou의 ＂Fibrous Media Containing Millimicron Sized Particle＂) ; 및 미합중국 일련번호 466,114(1983. 2. 14일 출원)(Hou의 ＂Modified Polysaccharide Supports＂)

Crowder, III일행은, 내부에 입상체를 고정시킨 다공성 섬유 매트릭스로 이루어지는 실질적으로 균질한 고정상을 갖는 크로마토그래피 분리관에 대해 상술하고 있다. 섬유 혹은 입상체의 적어도 하나는 크로마토그래피 분리에 유효하다. 바람직하게는 다수의 원반형 시이트를 분리관내에 적층시켜 고정상을 구성한다. 상기 원반형 시이트의 모서리는 분리관의 내벽에 밀착되어 실질적으로 유체가 새지 않는 밀봉 상태를 이루어 상기 부재들의 모서리를 통한 유체의 우희 또는 누설을 방지한다. 유체가 새지 않는 밀봉 상태의 바람직한 형태는 고정상의 친수팽윤(hydrophilic swelling)에 의해 형성된다.

Hou(제276,982호와 제388,989호)는, 탄소입자가 분산되어 있는 자기 결합성 (self-bonding)섬유 매트릭스로 이루어지는 복합 시이트를 사용하여 혈청으로부터 갑상선 혹은 스테로이드 호르몬을 제거하는 방법을 상술하고 있다. 상기 시이트는 바람직하게는 Crowder, III 일행에 의해 상술된 크로마토그래피 분리관에 사용되며 역시 친수성 팽윤성 원반 혹은 패드이다.

Hou(제347,360호와 제401,361호)는 적어도 약 5중량%의 미세 입상체(평균 직경 1μ이하), 바람직하게는 열분해법 실리카(fumed silica) 혹은 알루미나를 고정시킨 자기 지지성(self-supporting)섬유 매트릭스에 관해 상술하고 있다. 상기 매체는 바람직하게는 Crowder, III일행에 의해 상술된 크로마토그래피 분리관에도 사용되며 고체 고정상도 역시 친수 팽윤성이다.

Hou(제466,114호)는 합성 중합체에 공유결합된 다당류로 이루어지는 변성 다당류 물질에 관해 상술하고 있다. 상기 합성 중합체는 다당류 및 하나 혹은 그 이상의 중합성 혼합물에 직접 혹은 간접적으로 공유결합될 수 있는 중합성 혼합물로부터 만들어진다. 상기 중합성 혼합물은 이온성 화학기, 이온화성 화학기로 변환될 수 있는 화학기 혹은 화합물이 친화성 리간드(affinity ligand) 혹은 생물학적 활성 분자에 공유결합되도록 하는 화학기를 함유한다. 매체는, 이온교환 크로마토그래피와 친화력 크로마토그래피 경우 크로마토그래피 지지체로서, 생화학적 반응기의 경우 시약(reagent)으로서 작용할 수 있다. 바람직하게는, 미합중국 특허 제4,384,957호에서와 같이 상기 물질 시이트를 적절한 크기의 원주형 분리 관에 삽입하여 원하는 고정상을 형성시킨다. 바람직한 고체 고정상은 역시 친수 팽윤성이다.

바람직한 실시예에 있어서 상기 매체 전체는 친수 팽윤성 섬유 매트릭스로서 수성계(aqueous system)와 접촉시 팽윤하게 된다. 적층 원반형 크로마토그래피 분리관에 있어서, 그러한 팽윤은, 분리관의 내벽에 유체가 새지 않는 밀봉상태를 이루어 수팽윤성 접합부를 형성하는데 유용하다. 이러한 밀봉상태로 인하여 상기 부채의 모서리를 통한 유체의 우회 혹은 누설을 방지 할 수 있다.

Hou의 미합중국 특허출원 제466,114호에 의하면 상기 매체는 ＂젤리롤＂형의 분리관에 사용될 수 있는데 즉, 매체 시이트를 다공성 중심부에 나선형으로 감아 중심축 둘레에 복수의 층을 이루는 실린더를 형성할 수 있다. 또한, 상기의 ＂젤리롤＂형의 고체상을 통한 시료의 방사상 유동은 균일하게 분포되지 않았고 매체의 일부에서는 유체의 실질적인 우회가 있음을 알 수 있었다. 이는 통과하는 유체와 접촉시 크로마토그래피 매체가 팽윤하여 결과적으로 압축되기 때문에 고체 고정상이 불균질 상태가 되어 분리관을 통한 불규칙한 유체 역학적 성격이 나타나고 따라서 우선적인 유체 역학적 통로가 형성되어 크로마토그래피 분리관의 효율과 선택성을 신속히 감소시키기 때문인 것으로 생각된다.

본 발명에 추가적으로 참고된 사항은 다음과 같다 :

Wang 일행의 ＂생물공학과 생의학공학＂ 제15권(1973, p93)에는 ＂생체-촉매 모듈＂의 제조에 관해 상술되어 있는 바, 이때 셀룰로즈 아세테이트막과 같은 지지체상에 콜라겐-효소막을 적층하고 중심 막대 주위에 감는다.

유리 막대를 스페이서로 사용하였는데 이들 사이의 거리는 인접층 끼리 상호 접촉하지 않을 정도로 작게 배열되어 있다. 스페이서상에 상기 복합막을 감은 후 카트리지를 플라스틱제 외곽체(shell)에 끼워 관통유동(flow-through)반응기 구조를 형성하였다. 분리관을 통한 유동은 축방향인데 즉, 분리관을 통해 유동하는 시료는 직교류 (cross-flow)방식으로 상기 막과 접촉한다.

상기 인용 문헌(P. 538)에서는 또한 상기 장치를 통한 시료의 유동은 주로 막 표면에 평행하며 매트릭스내에 위치한 몇몇 효소분자는 용이하게 이용되지 않을 수도 있다고 되어 있다. 상기 문헌에 의하면, 접촉효율을 개선하기 위해서는 전달 수압(hydrau lic driving pressure)하에서 시료가 투과성막을 통해 유동해야 한다고 제안하고 있다.

이러한 구조의 반응기에 있어서, 여과기 작물은 인베르타제-콜라겐 막의 연속층을 분리시키는 지지물질로 작용하여 막 층의 중첩을 방지할 수 있다. 구멍을 낸 스테인레스 강철관은 중심부재로 사용될 수 있는데 이는 시료를 공급하기 위하여 사용될 수 있다. 기질의 균일한 방사상 분포를 이루기 위해서는 상기 스테인레스강철관 주위에 90°각도로 방사상으로 천공된 많은 구멍을 통한 흐름을 계량(metering)한다. 상기 강철관 주위에 막의 교대층을 감고 지지하여 줌으로써 나선형 반응기 구조를 형성한다. 상기 나선형 카트리지를 플렉시 유리 외곽체에 맞추어 넣는다. 상기 플라스틱 외곽체를, 나삿니를 낸 두개의 알루미늄 끝부분 플레이트를 부착시킨다. 시료는 중심관으로부터 공급되는 반면 반응 생성물은 반응기 외곽체의 근처에 위치한 중심 유출구로부터 수거한다.

Asker의 미합중국 특허 제3,664,095호는 중심축에 나선형으로 감아 건조, 열교환, 이온 교환, 분자체 분리등과 같은 유체 처리에 사용하는 충전물질에 관해 상술하고 있다. 흐름은 장치를 통해 축방향, 즉 충전물질의 표면에 대하여 평행한다.

Huber의 미합중국 특허 제3,855,681호는 제조 및 생산용 크로마토그래피 분리관에 대해 상술하고 있으며, 이는 합성 중합체 필름과 같은 비교적 불활성 물질의 시이트를 비교적 불활성의 내부 중심에 나선형으로 감은 것이다. 감기전에 상기 필름을 크로마토그래피 매체로 도포한다. 크로마토그래피 매체의 두께는 분리관을 통한 유체 유동의 주 방향에 대하여 실질적으로 수직이다. 즉, 유동은 축방향이므로 크로마토그래피 매체의 표면에 대해 평행한다.

Bartoli 일행의 미합중국 특허 제4,242,461호는 처리할 용액이 촉매상(catalyt icbed)을 통하여 방사상으로 유동하는 효소반응을 위한 반응기에 관한 것이다. 촉매상은 효소 폐색성(enzymeoccluding)섬유 코일의 형태로 함이 바람직하다. 상기 촉매상은 효소를 지지시킨 섬유를 감아 제조하여, 필라멘트 혹은 필라멘트군(group)을 나선형으로 정렬시킨 코일을 형성하도록 한다. 반응기에 삽입한 섬유는 효소 대신에 킬레이트화제, 항체 혹은 유사생성물을 지지할 수도 있은데 이들은 효소처럼, 필라멘트 중합체 구조에 결합, 이온 교환, 흡수 혹은 폐색(occlusion)에 의해 고정된다.

Boeing일행(1981)의 미합중국 특허, 제4,259,186호는 외부벽이 있고, 적어도 하나의 겔 쳄버가 있어 여과겔(filler gel)로 충전할 수 있는 긴 겔 여과분리관(gel filtration column)에 대하여 상술하고 있다. 상기겔 챔버는 분리관 벽에 평행하게 배열된 다수의 내부 분리벽으로 다시 나뉘어진다. 분리벽은 겔 챔버의 길이보다 짧다.

Bairing일행(1981)의 미합중국 특허 제4,299,702호는 사이에 스페이서층을 위치시킨 반투과성막 시이트를 사용하고, 역침투 혹은 한외여과의 원리를 이용하여, 가압시킨 공급 용액으로 부터 용매 혹은 용질과 같은 원하는 액체 성분을 분리하는 나선형의 액체 분리장치에 관한 것이다. 상기 유형의 장치에 있어서 공급물은 장치을 통하여 실질적으로 나선형으로 즉, 상기 막에 대하여 평행하게 유동한다. Setti일행(1981)의 미합중국 특허, 제4,301,013호를 참조할 것.

상기 인용된 다양한 참고 자료들은 ＂젤리롤＂형의 분리관에 사용되는 팽윤성 섬유 매트릭스 크로마토그래피 매체를 시이트 형태로 사용하는 점과 관련된 여러 문제점에 관한 언급이나 그 해결책을 전혀 제시하고 있지 않다.

본 발명의 목적은 카트리지 형태의 고체 고정상을 이용한, 대구경의 효율적인 제조 혹은 생산용 크로마토그래피 분리관을 제공하기 위함이다.

본 발명의 다른 목적은 카트리지 형태로 만들 수 있는, 크로마토그래피 분리관의 고체 고정상을 제공하기 위함이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고정상을 통해 방사상으로 흐르는 시료의 균일 분포를 제공하는 고체 고정상을 갖는 크로마토그래피 분리관을 제공하기 위함이다.

본 발명의 다른 목적은 시이트 형태의 팽윤성 섬유 매트릭스를 고체 고정상으로 하는 크로마토그래피 분리관을 제공하기 위함이다.

본 발명의 또 다른 목적은 감소된 압력강하, 향상된 유동 및 향상된 흡수능을 갖는 크로마토그래피 분리관을 제공하기 위함이다.

본 발명의 또 다른 목적은 필수적으로 구경 크기의 한계가 없고 신속히 그리고 비교적 저렴하게 제조할 수 있는 크로마토그래피 분리관을 제공하기 위함이다.

본 발명의 또 다른 목적은 분석용 분리관의 규모를 확대하여 제조 혹은 생산용의 분리관을 제조함에 있어서의 문제점인 유체이 불균일 유동을 해결해 주는 크로마토그래피 분리관을 제공하기 위함이다.

본 발명의 또 다른 목적은 실질적으로 모든 크로마토그래피 매체가 이용되도록 해주는 액체 크로마토그래피용 고체 고정상을 제공하기 위함이다.

본 발명의 또 다른 목적은 많은, 아마도 대부분의 상업적 처리 상황하에서 처분할 수 있는 품목인 값이 저렴하고 고성능의 크로마토그래피 분리관을 제공하기 위함이다.

전술한 본 발명의 목적들은 분리관을 통해 유동하는 시료의 적어도 두성분의 크로마토그래피 분리를 위한 크로마토그래피 분리관에 의해 달성될 수 있다. 상기 분리관은 외곽체(housing)와, 외곽체내의 적어도 하나의 고체 고정상으로 이루어진다. 상기 고정상은 크로마토그래피 기능을 갖고 있고 크로마토그래피 분리에 유효하다. 상기 고정상을 통해 시료를 방사상으로 분포시키는 수단과, 시료가 고정상을 통고한 후 시료를 수입하는 수단이 제공되어 있다. 상기 고정상은 (a) 크로마토그래피 기능을 갖고 크로마토그래피 분리에 효과적이며 고체 고정상의 종축 주위에 나선형으로 감기어 상기 축 주위에 다수의 층을 이루는, 시이트 형태의 팽윤성 섬유 매트릭스와, (b) 각 층의 조절된 팽윤을 허용하고 고정상을 통해 방사상으로 유동하는 시료의 분포를 향상시키는, 각 층 사이의 스페이서 수단으로 이루어진다.

상기 고체 고정상은 외곽체내에 장치하기 위하여 카트리지 형태로 제조할 수 있다. 단일 외곽체내에 다수의 카트리지를 사용하여 직렬 혹은 병렬 유동구조를 제조할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 고체 고정상은 시이트 형태의 팽윤성 섬유 매트릭스로 이루어진다. 바람직하게는 상기 시이트는 균질 혹은 실질적으로 균질인데 이는 상기 고정상이, 방사상으로 유동하는 시료에 대하여 축방향 혹은 횡축방향의 균일한 혹은 실질적으로 균일한 구조 및/혹은 조성을 갖는다는 것을 뜻한다.

도면상의 동일 참조 숫자는 동일 부분을 나타내며, 제1도 내지 제3도는 본 발명의 크로마토그래피 분리관의 바람직한 실시양태를 도시하고 있다.

제1도에 있어서 분리관(10)은 바람직하게는 카트리지 형태의 원주형 고정상 (12)와, 고정상(12)를 위한 외곽체 역할을 하는 원주형 챔버(14)로 이루어진다.

고체 고정상(12)는 직경이 고체 고정상(12)의 외부 직경보다 다소 큰 유리, 금속 혹은 중합체관 혹은 원주형 챔버(14)속에 삽입될 수 있다. 종래의 분석 및 제조용 분리관계에서와 마찬가지로 그런데 분리관에 적절한 유체 도입, 수집 및 모니터를 장치를 사용할 수 있다. 고정상(12)은 챔버(14)와 동축인(16)을 갖는다. 필요에 따라, 복수의 카트리지(12)를 단일 외곽제에 다양한 구조로 위치시켜 카트리지 사이에 병렬 및/혹은 직렬 유동을 초래할 수 있다(도시안됨). 고체 고정상은 크로마토그래피 기능을 가지며 크로마토그래피 분리에 유효하다.

제2도 및 제3도에 있어서, 고정상(12)은 시이트 형태의 팽윤성, 일반적으로 친수 팽윤성 섬유 매트릭스(18)로 이루어지는 바, 이는 크로마토그래피 분리를 위한 활성 매체가 된다.

시이트 형태의 크로마토그래피 매체(18)는, 예컨대 폴리에스테르 직조 망(poly ester-woven netting)과 같은 다공성 습윤성 작물의 스크림층(scrim layer)(20)과, 부직 매쉬(non-woven mesh)(22)사이에 십입되어 있다. 크로마토그래피 매체(18), 스크림층(20) 및 바람직하게는 부직매쉬(22)로 이루어진 복합 시이트를, 종축(16)을 갖는 구멍을 낸 원주형 중심부(24)주위에 나선형으로 감아 축(16) 주위에 다수의 층을 형성한다. 상기 메쉬(22)는 그 개방상태와 두께로 인해서 메체(18)의 각 층 사이에서 스페이서 수단으로 작용하며, 이 수단은 매체의 다공성 구조를 차단하지 않고 팽윤성 매체(18)의 조절된 팽창을 허용하며 고정상(12)를 통해 유동하는 시료의 분포를 향상시킨다.

원주형 중심부(24)에는 중심부(24)의 개방내부에로의 시료의 흐름을 위하여 구멍(26)이 뚫려 있다.

제1도에 있어서, 감긴 복합 시이트(18), (20) 및 (22)와 중심부(24)를, 구멍 (30)이 뚫려 있는 와곽 원주형 부재(28)속에 삽입한다. 이어 상기 원주형 부재(실린더)의 끝부분 캡(32)와 (34)로 씌운다. 끝부분 캡(32)와 (34)를 열가소성 용융 방법에 의해 외곽 원주형 부재(28)과 복합 시이트(18), (20) 및 (22)의 끝부분에도 밀봉시킨다.

고정상의 내부와 외부는 끝부분 캡(32) 및 (34)로 밀봉차단되고 고체 고정상에 의해 완전히 분리되어 있으므로 유체 또는 시료(42)는 고체 고정상의 외부로 부터 내부, 즉 중심부(24)의 열린 내부로 방사상으로 유동할 수 있다.

예비 성형된 끝부분 캡(32)와 (34)는, 실린더(28)의 끝 부분과 열가소성 밀봉 상태를 이루기에 충분한 부분의 열가소성 끝부분 캡의 내측면을 연화(액체화됨은 바람직하지 않음)시키기에 충분한 온도까지 가열하여, 원주형 고체 고정상(12)에 적용함이 바람직하다. 실린더(28)의 한쪽 끝부분의 모든 모서리를 상기 연화된 물질에 매립시킨다. 상기 연화된 물질은 전형적으로 주위조건에 의하여 경화되어 끝부분 캡(32)와 (34), 실린더(28) 및 고체 고정상(12)에 끝 부분 서아애 열가소성 밀봉 상태가 이루어져 누설 방지의 역할을 한다. 상기와 같은 끝부분 캡 적용 기술은 영과 기술분야에 잘 알려져 있으며 예를들면 미합중국 특허 출원 제383,383호와 제383,377호(각각 Meyering일행 및 Miller에 의해 1982. 5. 28일 출원)를 참고할 수 있다.

끝부분 캡은 결합의 용이성 때문에 열가소성 물질로 된 것이 바람직하나 열경화성 수지이더라도, 결합이 완료될 때까지 열가소성, 용융성 혹은 연화성 중합단체에 있는 것은 사용 가능하며 그후 상기 열경화성 수지의 경화를 완료시키면 더 이상 분리되지 않은 구조가 된다. 그러한 구조의 것은 실린더(28), 고체 고정상(12) 및 끝부분 캡(32)와 (34)사이의 유체가 새지 않는 밀봉상태를 손상시키지 않고도 오토클레이빙할 수 있다. 생의학적 용도에는 연호점이 충분히 높아서 살균용 오토클레이빙 조건하에서도 연화되지 않는 열가소성 수지가 바람직하다. 이러한 종류의 플라스틱으로는 폴리올레핀이 있다.

제1도에 있어서, 바람직한 카트리지(40)는 그 한쪽 끝부분 캡(34)를 갖고 있는데 이는 외곽 원주형 부재(28)의 외부에 개방되어 있지 않고 밀폐되어 있다. 상기 끝부분 캡(34)은 원주형 외곽체(14)의 바닥 끝부분벽(bottom end wall)(44)상에 위치하되 외곽 원주형 챔버(28)의 외부를 따라서 시료(42)가 쳄버(14)내로 유동하거나, 혹은 카트리지(40)의 하부 끝부분 캡(34)은 원주형 쳄버(14)의 바닥 끝부분 벽(44)로부터 간격을 두고 떨어진(spaced-apart)상태에 있어 시료(42)가 쳄버(14)내로 유동할 수 있다.

카트리지(40)의 상부 끝부분에는 끝부분 캡(32)가 있는데 이는 원주형 중심부(24)와 상호 유체 유동을 하므로써 유체가 원주형 중심부(24)의 중심으로부터 끝부분 캡(32)의 외측으로 유도하도록 해준다. 조립부(fitting)(48)가 끝부분 캡(32)에 삽입되어 있어 원주형 쳄버(14)의 끝부분 벽(46)을 속박시킬 수가 있다.

상기 조립부는 나삿니를 가질 수도 있고(도시됨) 혹은 끝부분 캡과 별개로 또는 일체적으로 성형될 수 있고 그위에 O형 고리 밀봉부(O-ring seal)를 가질 수 있다. 끝부분 벽(46)은 그위에 나삿니를 가진 니플(nipple)(50)이 있어 처리된 시료(42)가 중심부(24)로부터 끝부분 캡(32)를 통하여 공정 스트림으로 유동하여 추가 처리될 수도 있도록 한다. 끝 부분 벽(46)(그리고 필요에 따라서 끝부분 벽(44)는 나삿니 형식으로 원주형 쳄버(14)의 내벽(52)에 부착되어 카트리지(40)의 청소 및 삽입이 용이하도록 할 수 있다.

본 발명은 의도한 바와 같이 공지의 매체 및 매체 제조방법, 구체적으로 전술한 동시 계류중인 출원 및 특허에 기술된 매체 및 방법을 이용한다. 바람직한 크로마토그래피 매체는 전술한 Crowder, III 일행의 특허 및 Hou의 출원에 상술되어 있다.

그러나 본 발명은 친수 팽윤성 여부에 관계없이 시이트 형태의 모든 팽윤성 매체에 적용될수 있다.

응집성이 있으며 손으로 취급 가능한 크로마토그래피 매체 매트릭스를 제공하기 위하여 다공성 매트릭스를 이루는 성분중 적어도 하나는 긴, 자기 결합성 구조섬유임이 바람직하다. 그러한 섬유를 사용하면, ＂포오밍된＂ 습윤 조건하에서나 최종 건조 조건하에서나 모두 고정상은, 특히 시이트의 취급이 가능하다. 크로마토그래피 매체를 형성하는 시이트는 수성섬유 슬러리를 진공펠팅(vacuum felting)하여 제조함이 바람직하다. 시이트는 또한 가압펠팅하거나 비수성 슬러리로부터 펠팅할 수도 있다. 시이트는 양로한 유동 특성과 함께 고도의 균일한 다공성을 가지며 실질적으로 균질하다. 일반적으로, 매체의 두께는 약 5-30밀(건조상태)이나, 상술한 바와 같은 기능의 카트리지르 제조하기 위해 나선형으로 시이트를 감을 수 있다면 두껍거나 더 얇은 매체를 이용할 수도 있다. 매체는 적어도 상기 두께의 25%까지 팽윤될 수 있고 일반적으로 상기 두께보다 큰 2-4배까지 팽윤될 수 있다.

본 발명의 크로마토그래피 분리관의 제조상 중요한 것은, 분리관에 사용되는 크로마토그래피 매체가 전체적으로 균일한 두께이어야 하며 또한 실질적으로 균일한 밀도를 가져야 한다, 매체층은 그 자체에 관하여 실질적으로 균질임이 바람직하지만 특정 용도와 재료의 경우 비균질의 것도 사용될 수 있음은 물론이다.

고체 고정상은, 그 자체를 경계로 하여 실질적인 압력차를 유지하므로써 분리를 행할 수 있도록 의도되므로 고체 고정상은 가하여지는 하중하에서 변형되지 않을 정도의 충분한 압축 강도를 갖고 있어야 한다. 매체뿐만 아니라 스패이스수단, 그리고 크료마토그래피 매체 또는 고체 고정상이 압착되는 내부 중심부도 또한 그러한 압축 강도를 가지고 있어야 한다.

매체의 팽윤성에 기인하여, 본 발명의 핵심부재는 매체 각층간의 스페이서 수단이다. 스페이서 수단은 매체의 조절된 팽창율 허용하며 고정상을 통해 유동하는 시료의 분포를 향상시킨다. 팽윤성 크로마토그래피 매체의 각 층간에 위치한 스페이서 수단은 시료가 고체 고정상을 통하여 방사상으로 유동할 때 시료의 축방향 및 원주방향 운동을 위해 제공된다. 스페이서 수단은 사용중에 크로마토그래피 매체의 두께 및 밀도를 균일하게 조절하는 기능을 한다. 그외에 스페이서 수단은 크로마토그래피 매체층에 대한 반드시 지지체로서 작용할 수 있다. 상기 후자의 측면은 특히 제조단계에 있어서 중요하다.

스페이서 수단은, 크로마토그래피 공정에 관하여 불활성인 물질로 이루어짐이 바람직하다. 불활성이란 그 물질이 고체 고정상의 기능에 해로운 영향을 주지않은다는 것을 의미한다.

제2도 및 제3도에 있어서, 스페이서 수단은 두가지 부재, 즉 스크림(20)과 매쉬 (22)로 이루어질 수 있다.

스크밀(20)은 매체를 통한 시료의 유동을 어느 정도 일정방향으로 이끌며 매체를 통하여 축방향 및 원주방향으로 시료를 실질적으로 균일하게 분산시키는 역할을 한다. 메쉬(22)는 매체 사이에 간격을 제공하여 매체의 조절된 팽창을 허용하는 바, 투과성 매체의 압축에 의한 유체 유동의 차단을 방지하며 매체를 통한 시료의 방사상 유동을 축방향 및 원주방향으로 분포시키거나 일정방향으로 이끄는데 기여한다.

스크림(20)은, 고정상을 통한 유동중에 시료의 분포를 최대화하기 위해 시료에 의해 습윤될 수 있는 다공성 물질이 바람직하다. 상기 숩윤성 스크림은, 예컨대 부직포 및 천, 종이 그리고 유사물질이 제조할 수 있다. 적당한 습윤성 스크림으로는 단일 필라멘트 혹은 다필라멘사(絲)를 이용한 폴리에스테르 부직 웨브(non-woven fibrous web) 혹은 직조 웨브(woven web)가 있은데, 개방구조 및 보다 낮은 압력강하의 측면에서 바람직한 단일 필라멘트사로는 폴리아미드 섬유 직조웨브, 방향족 폴리아미드의 직조 및 부직 웨브, 그리고 기타 비교적 섬유상의 제품, 예컨대 셀룰로즈, 재생 셀룰로즈, 그러나 세룰로즈 에스테르, 셀룰로즈 에테르, 유리 섬유 및 유사물질 들이 있다. 셀룰로즈 및 합섬성유 여과지 뿐 아니라 다공성 플라스틱 시이트와 개방 메쉬(open-mesh)발포 플라스틱도 스크림 재료로 사용할 수 있다. 상기 후자의 개방형 스크림은 기능상의 에쉬 스페이서 재료로 어느 정도 전환되고 있다. 스크림과 메쉬의 기능을 조합하여 적절한 습윤성과 기공 구조를 갖는 하나의 형태의 재료로 만들어, 다음 매체, 예컨대 다공성 압축성 스폰지상 물질의 층으로 시료의 유동을 가능케 하기 위해 매체의 조절된 팽창을 허용하는 한편, 고정상을 통해 유동하는 시료를 축방향 및 원주 방향으로 분포시키는 기능을 하도록 할 수 있다고 생각한다.

특히 바람직한 스크림으로서 폴리에스테르 스편 결합 부직웨브(듀풍사의 REE MAY)가 있다. 이튼 다이크만사의 HOLLYTEX; HOLLYTEX와 같은 폴리프로필렌 웨브; 켄달사의 NOVONETTE Crown Zellerbach's, 75온스/평방야드; 및 켄달사의 WEBRIL; 루트라빌세일즈사의 LUTRASIL 및 치코피밀사의 VISKON도 사용 가능하다.

메쉬 재료는 일반적으로 1/16-1/2인치의 구멍이 있는 더욱 개방형의 것이이며 두께는 매체와 적어도 동등하다.

스페이서 수단, 즉 스크림과 특히 메쉬재료의 두께와 기공 크기는 본 분야에서 통상의 지식을 가진자가, 상기 인자들을 조정하는 시험을 하여 용이하게 결정할 수 있음을 주목해야 할 것이다. 상기 스페이서 수단의 두께와 기공 크기와 같은 인자들은 예컨대, 습윤성, 팽윤성, 두께, 화학적 조성등의, 사용되는 매체의 유형; 고정상을 통한 시료의 유동속도와; 예컨대 감은 수, 매체의 두께, 고정상의 직경등과 같은, 고체 고정상의 표면적에 크게 좌우된다. 따라서 상기 변수들을 않으면 명확히 상술하기란 곤란하며 단지, 최적 변수를 결정하기 위한 시행오차법이나 좀더 정교한 시험절차에 의해 결정될 수 있다. 일반적으로 스크림재료의 경우 두께는 약 5-10밀이고 메쉬의 경우 약 5-30밀의 두께와 약 1/16-1/4인치의 구멍을 갖는 것이 적당하다.

본 발명에서 적절한 스크림재료는 폴리에스테르 REEMAY(등급 2014)이다.

또한 본 발명에서 적절한 메쉬재료는 폴리프로필렌 CONWED(등급 TD-620)이다.

제2도에 있어서, 중심부(24)에 크로마토그래피 매체(18)을 감은 후, 그 외부 표면(54)는 스크림 재료(20)으로 완전히 씌운다.

본 발명에 의한 고정상의 전체너비는 한정되어 있지 않으며 실제 직경은 공간 요구치와 같은 실제상에 고려사항에 의해서만 제한받을 뿐이다. 분리관 전체의 직경 혹은 너비는 이론적 제한 없이 증가시킬 수 있으므로 상내의 분리할 시료의 크기 혹은 양은 한정되어 있지 않다. 따라서 직경은 생산할 시료물질의 원하는 양을 분리하기 위하여 증가시킬 수 있다.

가동시 시료는 고정상을 통하여 방사상으로 유동하며 크로마토그래피 매체에 의하여 별도의 크로마토그래피 분별물(fraction)로 분리된다. 스페이서 수단은 스트림이 분리관을 통해 유동할 때 상기 스트림의 원주방향 및 축방향 유동을 유도하며 가능케 하므로 매체의 잠재적 성능을 활용할 수 있고 분리도 향상시킨다.

제1도에 있어서, 시료는 분리관의 바닥(bottom)으로 도입되어 고체 고정상의 외부면으로 유동하고 다시 크로마토그래피 매체와 스페이서 수단의 층들을 통해 내부로 즉, 다공성 중심관(24)속으로 방사상 유동한 후 중심에서 제거된다. 상기 상술한 바로부터 상기 방사상 유동은 역방향으로 순환시킬 수 있음은 명백하다.

본 발명은 크로마토그래피 분리관은 보통 통상의 분리관으로 시행하는 잘 공지된 모든 크로마토그래피 분리용으로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 분리관은 통상의 분리관이 실용적이지 못한 분야에서 유용함을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 신규 분리관은 분석 및 제조 분야에서의 분리 목적으로 사용될 수 있다. 분리관은 모든 범용의 크로마토그래피 장치에 연결 가능하다. 다수의 분리관 혹은 고체 고정상의 카트리지는 혹은 직렬로 연결할 수 있다. 대규모 장치에서 분리관은 동일한 혹은 이종의 크로마토그래피 매체를 포함할 수 있고 동일한 혹 은 다른 길이 및/혹은 직경을 가질 수도 있다.

전술한 카트리지(40)은 외곽체(14)와 조합 사용시 매체의 흡수능이 저하되지 않고 분리관을 통한 시료의 유동이 향상된다는 뜻밖의 결과를 가져온다는 것이 알려졌다. 또한, 단백질 및 염료 염색시험범을 행하였을 때 본 발명의 고체 고정상은, 본 명세서에 상술된 스페이서 수단을 사용하지 않은 나선형으로 감긴 상태의 카트리지와 비교할 때, 압력강하의 증가없이 시료의 균일한 유동분포를 제공하였다.

전술한 바로부터 설치, 운전 및 해체가 용이하고 모든 배치식(batch size) 혹은 다중구조를 사용한 연속식 운전에 결코 용이하게 적용할 수 있는 편리한 카트리지 구조가 발명되었다는 사실을 알 수 있다. 또한 크로마토그래피 분리관 카트리지는 우수한 구조적 완전성을 가진다.

카트리지는 전체처리 시간을 단축하고 적절한 크로마토그래피매체오 공용시 우수한 결착력(binding capacity)을 나타낸다. 카트리지는 표준형 펌프 혹은 중력공급 장치와 함께 이용될 수 있고 바람직하게는 5-50PSI에서 이용된다. 크로마토그래피 매체의 카트리지는 완전 밀폐되어 있고 완전히 자체 내장되어 있으므로 무균상태를 유지한다. 고체 고정상 카트리지는 한 공장에서 제조, 조립되므로 종래의 것과는 달리 각 카트리지는 다른것과 사실상 동일하고 충전기술에 구애받지 않는다. 또한 크로마토그래피 매체의 예비결정, 취급에 따른 매체의 손실, 충전상의 문제점, 분리관내의 분리관내의 분립체(fines)의 생성 및 제거, 그리고 크로마토그래피 카트리지 충전에 관계된 기타 문제점이 전혀 없다. 분리관은 조작이 간단하고 우회에 의한 일정방향으로의 이끔 혹은 상 체적(bed volume)의 변경등이 생기지 않는다. 크로마토그래피 카트리지는 실험실적 소량의 것으로부터 생산용 다량의 것으로 규모확대할 수 있다. 카트리지는 강성과 강도가 있고 고유동, 중간압력 매트릭스로서 특히 유용하며 단백질 혹은 비단백질의 대규모 정재에 매우 적당하다

본 발명을 몇 개의 실시양태에 관련하여 상술하였다.

본 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서의 상세한 설명으로부터 다양한 개작 혹은 변화 혹은 대체등을 행할 수 있을 것이다.

본 발명은, 계획된 대로, 첨부된 특허청구의 범위에 포함된 사항에 의해서만 제한 받는다.

Claims (25)

1. 외곽체(housing) ; 종축을 갖는 상기 외곽체내의, 크로마토그래피 기능을 갖고 크로마토그래피 분리에 유효한 적어도 하나의 고체 고정상 ; 상기 고정상을 통하여 시료를 방사상으로 분포시키는 수단 ; 시료가 상기 고정상을 통하여 유동한 후 시료를 수집하는 수단으로 이루어지며, 이때 상기 고정상은 (a) 크로마토그래피 기능이 있고 크로마토그래피 분리에 유효하며 고체상의 종축주위에 나선형을 감기어 축 주위에 다수의 층을 이루는, 시이트형태의 팽윤성 섬유 매트릭스와 (b)각층의 조절된 팽윤을 허용하고, 고정상을 통해 방사상으로 유동하는 시료의 분포를 향상시키는, 각 층간의 스페이서 수단으로 이루어지는, 통과하는 시료의 적어도 두성분을 크로마토그래피 분리하기 위한 크로마토그래피 분리관.
2. 제1항에 있어서, 상기 외곽체와 고정상이 원주형이며 동축이고, 상기 외곽체의 직경이 고정상보다 큰 분리관.
3. 제1항에 있어서, 상기 팽윤성 매트릭스가 그 두께가 적어도 약 35%만큼 팽윤하는 분리관.
4. 제1항에 있어서, 상기 팽윤성 매트릭스가 친수 팽윤성(hydrophilic swellable)인 분리관.
5. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스가 다공의 원주형 중심부 (core)주위에 나선형으로 감기어 있는 분리관.
6. 제5항에 있어서, 상기 다공의 원주형 중심부가 수집수단과 유체 전달 관계에 있는 분리관.
7. 제5항에 있어서, 다공의 외부 원주형 부재(部材)내에 상기 고정상이 내장되어 있는 분리관.
8. 제7항에 있어서, 상기 고정상의 한쪽 끝 부분이 원주형 중심부와 유체전달관계에 있는 열린곳을 가진 끝부분 캡(end cap)으로 씌워져 있고, 다른쪽 끝부분은 고체 끝부분 캡으로 씌워져 있는 분리관.
9. 제1항 혹은 제8항에 있어서, 상기 스페이서 수단이 (a) 매트릭스를 통한 시료유동을 일정방향으로 이끌고 매트릭스를 통하여 시료를 축방향 및 원주방향으로 실질적으로 균일하게 분산시키는 스크림층과, (b) 각 층의 조절된 팽창을 허용하고 매트릭스를 통하여 시료를 축방향 및 원주방향으로 분포시킴을 보조하는, 각 층간의 간격을 제공하는 메쉬(mesh)층으로 이루어지는 분리관.
10. 제9항에 있어서, 상기 스크림층이 상기 고체 고정상의 외부 표면을 완전히 덮는 분리관.
11. 제1항 혹은 제8항에 있어서, 상기 고체 고정상이 처분할 수 있는 카트리지(disp osable cartridge)인 분리관.
12. 종축을 가지고 있는 크로마토그래피 기능을 가지며 크로마토그래피 분리에 유효하며, (a) 크로마토그래피 기능을 갖고 크로마토그래피 분리에 유효하며 고체상의 종축 주위에 나선형으로 감기어 축 주위에 다수의 층을 이루는, 시이트 형태의 팽윤성 섬유 매트릭스와, (b) 각 층의 조절된 팽윤을 허용하고 고정상을 통해 방사상으로 유동하는 시료의 분포를 향상시키는, 각 층간의 스페이서 수단으로 이루어지는 고체 고정상.
13. 제12항에 있어서, 상기 팽윤성 매트릭스가 그 두께의 적어도 약 25%만큼 팽윤하는 고정상.
14. 제12항에 있어서, 상기 팽윤성 매트릭스가 친수 팽윤성인 고정상.
15. 제12항에 있어서. 상기 매트릭스가 다공의 원주형 중심부 주위에 나선형으로 감겨 있는 고정상.
16. 제15항에 있어서, 다공의 외부 원주형 부재내에 내장되어 있는 고정상.
17. 제16항에 있어서, 고정상의 한쪽 끝부분이, 원주형 중심부와 유체 전달 관계에 있는 열린곳을 가진 끝부분캡으로 씌워져 있고, 다른쪽 끝부분은 고체 끝부분캡으로 씌워져 있는 고정상.
18. 제12항 혹은 제17항에 있어서, 상기 스페이서 수단이 (a) 매트릭스를 통한 시료 유동을 일정방향으로 이끌고, 매트릭스를 통하여 허용하고, 매트릭스를 통하여 시료를 축방향 및 원주방향으로 분포시킴을 보조하는, 각 층간의 간격을 제공하는 매쉬층으로 이루어지는 고정상.
19. 제18항에 있어서, 상기 스크림층이 고체 고정상의 외부표면으그러나 완전히 덮는 고정상.
20. 제12항 혹은 제17항에 있어서, 처분할 수 있는 카트리지인 고정상.
21. 외곽체 ; 상기 외곽체내에 있는 하나 이상의 고체 고정상; 상기 고정상을 통해 시료를 분포시키는 수단; 시료가 상기 고정상을 통하여 유동한 후 시료를 수집하는 수단으로 구성되며, 이때 상기 고정상을 (a) 크로마토그래피 기능을 갖고 크로마토그래피분리에 유효하며 다수층을 이루는 시이트형태의 팽윤성 섬유매트릭스와, (b) 매트릭스를 통하여 시료를 실질적으로 균일하게 분산시킴으로서 고정상을 통해 유동하는 시료의 분포를 향상시키고 매트릭스의 팽윤성 조절하기 위한 상기한 각 섬유 매트릭스층간의 스페이서 수단으로 구성되는, 통과하는 시료의 적어도 두 성분을 크로마토그래피 분리하기 위한 크로마토그래피 분리관.
22. 제21항에 있어서, 팽윤성 섬유 매트릭스가 친수 팽윤성인 분리관.
23. 제21항에 있어서, 스페이서 수단이 (a) 매트릭스를 통한 시료유동을 일정방향으로 이끌고 시료를 실질적으로 균일하게 분산시키는 수단 또는 (b) 층들의 조절된 팽창을 허용하고 시료의 분포를 보조하게 층간의 간격을 제공하는 수단 또는 (c)(a)와 (b)의 조립체로 구성되는 분리관.
24. 제21항에 있어서, 팽윤성 섬유 매트릭스가 그두께의 적어도 약 25%만큼 팽윤하는 분리관.
25. 제23항에 있어서, 상기 수단은 메쉬층을 포함하여 층간의 간격을 제공하여 조절된 팽창을 허용하고 시료의 분포를 보조하는 고정상.

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