WO2000048716A2 - Vorrichtung zum konzentrieren und/oder reinigen von makromolekülen in einer lösung und verfahren zum herstellen einer derartigen vorrichtung - Google Patents

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Definitions

  • This invention relates to a device for concentrating and / or purifying macromolecules in a solution and a method for producing such a device.
  • the device comprises a chamber or section for the sample to be processed and a chamber for the filtrate, which is separated by means of at least one membrane. More specifically, the invention relates to a new way of attaching the membrane in a pressure-resistant sealing relationship at the interface between the two chambers.
  • Devices manufactured according to the invention can be used in centrifuges, as tangential flow modules, as gas pressure cells or with hand-operated syringes, etc.
  • the filtration is used as a sterilization step for removing bacteria, as a clarification step for removing suspended solids and contaminants, as a concentration step for proteins and other macromolecules or as a cleaning step for eliminating unwanted micromolecules, such as salts.
  • Alternative filtration methods, devices and membrane shut-offs are used in certain applications and process requirements. Centrifugal forces, gas or liquid pressure, or vacuum are typically used to create the vector or gradient to push or pull solvent and small micromolecules through a membrane while retaining solution components that are larger than the membrane's exclusion limit become. In most applications, the higher the pressure or vacuum applied, the greater the filtration speed in relation to the membrane area used. Generally, small area, high speed devices are preferred.
  • Typical devices of the type mentioned here contain a chamber for the sample to be processed and a chamber for the filtrate. These chambers communicate through at least one common opening in which a porous membrane, e.g. a microporous, ultrafiltration or reverse osmosis membrane is arranged. The periphery of the membrane is sealingly attached to the opening either on the peripheral surface of the concentration or the filtrate chamber or on both.
  • a porous membrane e.g. a microporous, ultrafiltration or reverse osmosis membrane
  • the membrane is usually held on the permeate side to withstand the pressure.
  • An inlet is provided for introducing a liquid sample into the concentration chamber and an outlet for the filtrate from the filtrate chamber.
  • an additional outlet is arranged in the concentration chamber to allow circulation of the sample.
  • the membrane can be sealed in a variety of ways, for example by means of heat sealing, gluing with adhesive or solvent, ultrasonic welding or by means of a press fit.
  • Material and wall thickness of the chamber, which is also sealing interconnected are chosen so that they withstand the operating pressure.
  • the devices are sometimes additionally provided with separate pressure maintaining devices or membrane arrangements are arranged between external pressure plates, which are typically screwed together to create an additional holder.
  • Another problem is to achieve a sufficiently tight seal between the chambers, especially with incompatible or non-sealing materials and with devices with a large area that have to withstand higher total pressures.
  • centrifugal filtration device described in US-A-5,647,990, the teaching of this document incorporated herein is closed, has the disadvantage of damaging the relatively fragile membrane when the retaining housing is pushed onto the concentration chamber, since friction forces tend to push the membrane out of its required position.
  • the pressure retention and the integrity of the seal is further due to the difficulty of forming a sufficiently thick membrane support plate and the incomplete support which is provided for the sealing surface of the membrane due to filtrate outlet channels which pass directly through the sealing surface in this prior art device , limited.
  • the problem of frictional forces and incomplete seal support is further exacerbated if the membrane is not used sealingly in the concentration chamber first, but rather the sealing and the assembly in a single operation due to the pressure on the circumference of the membrane present during assembly the opening of the chamber is effected.
  • GB-A-9819686.8 shows a so-called tangential current device.
  • the economy of this device is limited by the need to machine the parts of the device due to the difficulty in forming the components with a thickness sufficient to withstand high pressure.
  • screwing devices which are relatively expensive, are required in order to hold the assembled device together in a pressure-resistant manner.
  • this feature offers a high degree of flexibility.
  • Figure 1 shows a perspective view of a device According to the present invention, which is designed as a tangential current module.
  • FIG. 2 shows a sectional view of the insert according to FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a side view of the embodiment according to FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a top view of the embodiment according to FIG. 1 in the assembled state.
  • FIG. 5 shows a sectional view of the assembled device according to FIG. 4.
  • FIG. 6 shows a top view of the upper transparent part of the insert according to FIG. 1.
  • FIG. 7 shows a top view of the lower transparent part of the insert according to FIG. 1.
  • FIG. 8 shows a top view of the upper transparent part of a further embodiment of the insert according to FIG. 1.
  • FIG. 9 shows a perspective view of a further embodiment of the device according to the invention, which is designed as a centrifugal filtration device.
  • FIG. 10 shows the assembly of the device according to FIG. 9.
  • FIG. 11 shows an assembled device according to FIG. 9.
  • FIG. 12a shows a sectional view of an assembled device according to FIG. 9.
  • Figure 12b shows a sectional view of an assembled Device according to Figure 9, which is provided with a variant of the housing bushing or sleeve or sleeve.
  • FIGS. 13a and b show two horizontal sectional views through the assembled device according to FIG. 12a.
  • Figure 14 shows schematically a perspective view with an exploded view of the central part of an embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 15 shows a sectional view of an assembled device.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a device according to the present invention, which is designed as a tangential flow filtration module or cell, which can be used, for example, for concentrating or fractionating macromolecules in a solution.
  • a filtration module of this type is connected to a pump, which typically draws liquid from a sample reservoir through the module or the cell and recirculates the sample liquid through a loop which encloses the cell.
  • the module is integrated into this loop by means of an inlet 3 and an outlet 4 for the sample liquid.
  • This inlet and this outlet are arranged on an insert 1 according to the invention.
  • the required system pressure is formed by a throttle body or flow reducer, which is positioned at the outlet 4 of the cell.
  • the insert 1 comprises a concentration chamber or spaces and a filtrate chamber or spaces which are separated by a membrane.
  • FIG. 6 shows an example of a concentration chamber 10 in the form of a thin channel for the sample liquid, which is arranged in the upper part 12 of the insert, cf.
  • Figure 2 which has an inlet 3 and an outlet 4, which are arranged at its end portions.
  • This cam mer is separated from the cooperating filtrate chamber 11, which is arranged in the lower part 6 of the insert 1, by means of a membrane.
  • An example of such a filtrate chamber is shown in FIG. 7.
  • filtrate Due to the pressure difference between the inflow side and the filtrate side of the membrane, filtrate penetrates through the membrane into the filtrate chamber and is drawn off or discharged through outlet 5 and collected outside the cell.
  • FIG. 2 shows a cross section through an example of an insert according to FIG. 1.
  • the lower part 6 has a generally flat upper surface or surface 16, which is used as a membrane support or support. This surface is provided with a multiplicity of parallel grooves which form channels 9 for the filtrate, cf. also Figure 7. These channels are all, for example, by means of a collecting channel 8 and a transverse outlet channel 14, cf. FIG. 5, in connection with one another, which connects the end sections of the channels 9 on one side of the insert in order to feed all of the collected filtrate to a filtrate outlet 5 from the cell.
  • the membrane 15, cf. FIG. 5 is arranged on the upper side of the surface 16 and extends along the edge of this surface to the vertical wall sections 13. Along the inside of the vertical wall sections on the surface 16 there is a generally flat sealing seat in this embodiment, cf. . Figure 2, 5, 7, arranged. This means that the membrane has a generally flat bearing surface or support over its entire circumference.
  • a seal 7 in the form of an O-ring is arranged in this embodiment on the top of the membrane above the seal seat and the upper part 12, which closes the insert.
  • a housing or sleeve 2, 2 ' preferably produced by molding a suitable plastic material, surrounds the insert.
  • the housing is designed in two parts 2 and 2 ', which are pushed over the insert when assembled from two opposite sides in order to form the complete housing or sleeve. When assembled, this housing or sleeve presses the insert 1 onto the membrane without frictional forces, the concentration chamber and the filtrate chamber being formed simultaneously by sealing the edge or edge of the membrane.
  • this module can be easily disassembled for inspection, for changing the membrane, for cleaning or for any other purpose without damaging one of the components.
  • Figure 3 shows a side view of the embodiment according to Figure 1.
  • the insertion of the insert in the two sleeves or. Housing parts is initially due to the wedge shape or tapered shape of the housing and the insert, cf. Figure 5, very light. A greater force is only required towards the end of the assembly while the seal is being compressed. It would also be possible to use a shrink technique to position the housing or sleeve.
  • FIG. 4 shows a top view of the embodiment according to FIG. 1 in the assembled state.
  • a dovetail edge or flange 17 is arranged on the lower part of the housing, which could cooperate with a corresponding slot or groove on the upper part of an adjacent module (not shown). In this way, filtration cells could be stacked on top of one another as required.
  • FIG. 5 shows a cross section of the assembled device according to FIG. 4. As can be seen, the interior of the shaped housing was made wedge-shaped or tapered. This is of course practical for 'production purposes, but also creates a possibility of achieving the necessary compression forces for insert 1 if it also has a wedge shape.
  • the upper and the lower surface of the insert could be made parallel and the wedge shape could be made by means of longitudinal wedge-shaped edges or flanges on the upper one and lower surface or at least one of the two can be realized.
  • FIG. 8 shows the wedge-shaped edges or flanges 18.
  • An additional advantage of the molded housing in two parts 2, 2 'according to the above embodiments is that a standard thread for the inlet 3 and the outlet 4 for the liquid sample could easily be made during the molding process.
  • the chemical properties of the different components could also be chosen with greater flexibility.
  • a material with higher solvent resistance could be chosen for the internal structure that is in contact with the liquid flow path.
  • FIG. 9 shows a perspective view of a further embodiment of the device according to the invention, which is designed as a centrifugal filtration device.
  • a concentration chamber 10 is provided to receive the sample to be processed.
  • the sample is not recirculated into this chamber and therefore there is no outlet for the sample from this chamber, but only an inlet 3.
  • a seal 7 is provided so that it is in a groove 19 or a rear jump is arranged around an opening in the wall of the chamber.
  • a suitable membrane piece 15 is placed over the opening.
  • FIG. 10 shows the assembled components 12, 7, 15 and 6 of the device according to FIG. 9.
  • a one-piece housing 2 ′′ is pushed over the assembled components. Due to the wedge or cone shape of the component 6, that is to say the filtrate chamber, and the corresponding inner shape of the housing, the filtrate chamber is pressed against the membrane 15 and presses the sealing device against the concentration chamber. It should be noted that the membrane is only subjected to forces perpendicular to its surface when the housing is brought into position.
  • Figure 11 shows the assembled device with the housing in position.
  • FIG. 12a shows a cross section of an assembled device according to FIG. 9.
  • a ventilation duct 20 in connection with the outside. This channel can evacuate air from the filtrate channels 9 at the start of the filtration process.
  • three channels 5 ' are provided for the outlet of the filtrate, which is collected in a filtrate tube, not shown, into which the device is partially inserted during the process.
  • the channels 5 ' as in the embodiment shown in Figure 5, are connected on the inside to a transverse outlet channel 14 which connects the end portions of the channels 9 on one side of the filtrate chamber in order to supply all the filtrate collected to the outlet channels 5'.
  • the device lies with a flange 21 on the housing 2 on the edge or on the edge of the filtrate tube, which means Tet that the centrifugal forces acting on the device during the process hold the housing firmly in position with the flange 21 on the flange 22 of the upper part 12.
  • FIG. 12b shows a cross section of an assembled device according to FIG. 9, which is provided with a variant of the housing.
  • the housing or the sleeve was made less flexible in this area by adding a stabilizing ring 23 made of material around the opening in its lower part.
  • the ring 23 may alternatively have a flatter configuration than that shown in cross section in FIG. 12b.
  • FIG. 13a shows a horizontal cross section through the assembled device according to FIG. 12a in the upper part and FIG. 13b in the lower part.
  • the wedge shape or tapering shape of the component 6, which forms the filtrate chamber, is clearly shown.
  • devices according to the invention could initially be designed specifically for use in a centrifuge, such as the embodiment described with reference to FIGS. 9 to 13.
  • gas or liquid pressure or vacuum could also be used to create the vector or gradient. to push or pull the solvent and small micromolecules through the membrane.
  • the first embodiment according to the foregoing uses liquid pressure.
  • the sealing device could have the shape of an O-ring, which is preferably positioned in a suitable groove around one of the two openings. Two O-rings are also conceivable, with one around each opening.
  • the sealing of the membrane could be achieved by means of a sealing device which is integrated in one or both chambers. This embodiment is advantageous if a softer material has been used for the chambers or rooms or parts thereof. In general, the flexibility with regard to the choice of material for the various components (mechanical properties, chemical properties, etc.), which was discussed above with reference to the first embodiment, is available for all embodiments.
  • the device according to the invention for the simultaneous filtration of a large number of liquid samples is composed of an insert 1 and a two-part housing 2, 2 ′ arranged around this insert 1.
  • the insert consists of a component 6 designed as a support plate, a seal in the form of a sealing mat 7, flat filter media / membranes 15 and a plate 27 with a multiplicity of concentration chambers 10.
  • the component 6 has a multiplicity of openings 24, which are preferably correspond in number and arrangement to the number and arrangement of the wells 25 of a microtiter plate 26.
  • the openings 24 of the component 6 can additionally be equipped with a filter support, which is equipped by means of collecting channel 8 and channels for the outlet for filtrate 5 '.
  • a preferably elastic sealing mat 7 is placed on the bag part 6 and is aligned with the openings 24.
  • the passages 28 are surrounded by sleeves 30.
  • the sleeves 30 have a larger inner width than the width of the passages 28 in such a way that a circumferential contact surface 31 made of the sealing material is formed on the base inside the sleeves 30.
  • the flat filter media / membranes 15 are placed on the circumferential contact surfaces 31 of the sleeves 30 during assembly.
  • the chambers 10 are inserted into the sleeves 30, for example in the form of tubes, which are open at both ends and which are connected to the plate 27.
  • the chambers 10 have outer peripheral surfaces which are congruent to the inner peripheral surfaces of the sleeves 30.
  • the chambers 10 serve on the one hand to hold the liquid samples and on the other hand in cooperation with the sealing device 4 of the liquid-tight edge seal of the flat filter means / membranes 15 between the circumferential contact surface 31 inside the sleeves 30 and the lower open end of the chambers 10, in which the Chambers 10 so far in the cuffs
  • the two-part housing 2, 2 1 is provided on the upper side with inlets for the liquid samples 3 and on the underside with outlets 5 for filtrate, which are congruent with the openings 24 of the component 6.
  • the two housing parts 2, 2 ' are pushed over the inserted insert 1 in such a way that the housing 2''is closed.
  • Such compression forces are created and maintained that are sufficiently high to make the filter medium / membranes 15 liquid-tight against the Seal surfaces 31 of the cuffs 30.
  • the insert 1 has a conical outer profile and the housing 2 '' has a conical inner profile, which in cooperation create the compression forces during assembly. As shown in FIG.
  • the component 6 designed as a support plate and the plate 27 are equipped with lateral wedge-shaped flanges 18.
  • the inlets 3 of the top of the housing 2 ′′, the ends of the chambers 10, the passages 10 of the sealing mat 28, the openings 24 of the support plate 6 and the outlets 5 of the underside of the housing 2 ′′ are aligned and lie on top a straight line.
  • the outlets 5 on the underside of the housing 2 ′′ are equipped with filtrate outlet connections 32, via which the device is placed on a microtiter plate 26 as a filter attachment.
  • a method for producing the device according to the invention comprises the following steps: a sealing device is first arranged around at least one of the openings in the concentration chamber or spaces or the filtrate chamber or spaces. One of the openings is then covered with a membrane, the inflow side facing the concentration chamber and the permeate side facing the filtrate chamber or opposite. The chambers are then assembled, with the openings one above the other, and a pressure-resistant housing or sleeve is then arranged on the outside and around the combination of the concentration chamber, the sealing device, the membrane and the filtrate chamber. The housing creates a pressure that is sufficiently high to seal the membrane liquid-tight against at least one of the chambers during the process and to maintain this pressure, while also increasing the strength or rigidity or load-bearing capacity of the structure of the entire arrangement.
  • microtiter plate 25 wells of a microtiter plate 26 microtiter plate

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsart einer Membran (15) an einer Öffnung zwischen einer Konzentratkammer (10) für die zu verarbeitende Probe und einer Filtratkammer (11) für ein Filtrat. Erfindungsgemäss ist eine Dichtungseinrichtung (7) um die Öffnung angeordnet, welche mit der Membran (15) bedeckt ist und an der Aussenseite und um die Kombination der Konzentrationskammer (10), der Dichtungseinrichtung (7), der Membran (15) und der Filtratkammer (11) herum ist ein zusammensteckbares druckbeständiges Gehäuse (2, 2', 2'') angeordnet. Vorrichtungen, die gemäss der Erfindung hergestellt werden, können in Zentrifugen, als Tangentialstrommodule, als Gasdruckzellen oder mit handbetätigten Spritzen etc. verwendet werden.

Description

Vorrichtung zum Konzentrieren und/oder Reinigen von Makromolekülen in einer Lösung und Verfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konzentrieren und/oder Reinigen von Makromolekülen in einer Lösung und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung. Die Vorrichtung umfaßt eine Kammer bzw. Abteilung für die zu verarbeitende Probe und eine Kammer für das Filtrat, das mittels mindestens einer Membran abgetrennt wird. Genauer ausgedrückt betrifft die Erfindung eine neue Art der Befestigung der Membran in druckbeständiger abdichtender Beziehung an der Grenzfläche zwischen den beiden Kammern. Vorrichtungen, die gemäß der Erfindung hergestellt werden, können in Zentrifugen, als Tangentialstrommodule, als Gasdruckzellen oder mit handbetätigten Spritzen etc. verwendet werden.
Viele Biotechnologielaboratorien und Institutionen des Gesundheitswesens verwenden Mikro- und Ultrafiltrationsverfahren zur Verarbeitung von biologischen Lösungen. Beispielsweise wird die Filtration als Sterilisierungsschritt zum Entfer- nen von Bakterien, als Klärungsschritt zum Entfernen von suspendierten Feststoffen und Verunreinigungen, als ein Konzent- rationsschritt für Proteine und andere Makromoleküle oder als Reinigungsschritt zum Eliminieren von unerwünschten Mikromo- lekülen, wie z.B. Salzen, verwendet. Alternative Filtrations- verfahren, -Vorrichtungen und Membranabsperrungen werden bei bestimmten Anwendungen und Prozeßerfordernissen entsprechend verwendet . Zentrifugalkräfte, Gas- oder Flüssigkeitsdruck oder Vakuum werden typischerweise verwendet, um den Vektor bzw. Gradienten zu schaffen, um Lösemittel und kleine Mikromoleküle durch eine Membran zu drücken oder zu ziehen, während Lösungsbe- standteile, die größer sind als die Ausschlußgrenze der Membran, zurückgehalten werden. Bei den meisten Anwendungen ist die Filtrationsgeschwindigkeit in Bezug auf die verwendete Membranfläche um so größer, je höher der angelegte Druck bzw. das angelegte Vakuum sind. Allgemein sind Vorrichtungen mit kleiner Fläche und hoher Geschwindigkeit bevorzugt.
Typische Vorrichtungen der hier angesprochenen Bauart enthalten eine Kammer für die zu verarbeitende Probe und eine Kammer für das Filtrat. Diese Kammern stehen durch mindestens eine gemeinsame Öffnung in Verbindung, in welcher eine poröse Membran, wie z.B. eine Mikroporen- , Ultrafiltrations- oder Umkehrosmose-Membran angeordnet ist. Die Membran ist an ihrem Umfang an der Öffnung entweder an der Umfangsflache der Konzentrations- oder der Filtratkammer oder an beiden abdichtend angebracht.
Die Membran ist gewöhnlich auf der Permeatseite gehaltert, um dem Druck zu widerstehen. Es ist ein Einlaß vorgesehen, um eine Flüssigkeitsprobe in die Konzentrationskammer einzufüh- ren, und ein Auslaß für das Filtrat aus der Filtratkammer. In sogenannten Tangentialstromvorrichtungen ist in der Konzentrationskammer ein zusätzlicher Auslaß angeordnet, um die Zirkulation der Probe zu erlauben.
Es ist klar, daß die Abdichtung der Membran sehr hohen Ansprüchen genügen muß, so daß die zu verarbeitende Flüssigkeit daran gehindert wird, die Membran zu umgehen. Die Membran kann in einer Vielzahl von Arten abgedichtet werden, beispielsweise mittels Heißsiegeln, Verkleben mit Klebstoff oder Lösemittel, Ultraschallschweißen oder durch Preßsitz .
Material und Wandstärke der Kammer, die ebenfalls abdichtend miteinander verbunden werden, werden so gewählt, daß sie dem Betriebsdruck widerstehen.
Die Vorrichtungen sind manchmal zusätzlich mit separaten Druckhalteeinrichtungen versehen oder Membrananordnungen werden zwischen externen Druckplatten angeordnet, die typischerweise miteinander verschraubt werden, um eine zusätzliche Halterung zu schaffen.
Eines der Probleme bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik ist die Schwierigkeit, einen zufriedenstellenden Kompromiß zwischen der Zuverlässigkeit der Abdichtung für die Membran und/oder für die Verbindungsstelle zwischen den Kammern, eine entsprechende Druckhaltefähigkeit und niedrige Herstel- lungskosten zu erreichen.
Aus Gründen der praktischen Ausführung und aus Kostengründen ist es wünschenswert, Filtrationsvorrichtungen durch Formverfahren herzustellen, es ist jedoch nicht immer möglich, Me b- ranauflagerabschnitte mit ausreichender Dicke zu formen, so daß sie hohen Betriebsdrücken widerstehen können, da es schwierig ist, beim Formvorgang dicke und dünne Bereiche zu mischen. Die Alternative, separate Druckhalteeinrichtungen oder externe Druckplatten zu verwenden, ist sowohl teuer als auch für kleine Vorrichtungen unpraktisch. Ferner sind in Abhängigkeit von den verwendeten Membran- und Bauteilmaterialien geeignete Dichtungssysteme häufig teuer und/oder unzuverlässig, wenn sie bei hohem Druck verwendet werden.
Ein weiteres Problem stellt es dar, eine ausreichend feste Abdichtung zwischen den Kammern zu erzielen, insbesondere bei nicht kompatiblen oder nicht abdichtenden Materialien und bei Vorrichtungen mit großer Fläche, die höheren Gesamtdrücken widerstehen müssen.
Die in der US-A-5 , 647, 990 beschriebene Zentrifugalfiltrati- onsvorrichtung, wobei die Lehre dieses Dokuments hierin ein- geschlossen ist, hat den Nachteil der Gefahr der Beschädigung der relativ zerbrechlichen Membran, wenn das Rückhaltegehäuse auf die Konzentrationskammer geschoben wird, da durch Reibungskräfte die Neigung besteht, auch die Membran aus ihrer erforderlichen Position zu schieben.
Die Druckhaltefähigkeit und die Unversehrtheit der Abdichtung ist ferner durch die Schwierigkeit der Formung einer ausreichend dicken Membranauflagerplatte und die unvollständige Ab- Stützung, welche für die Dichtfläche der Membran aufgrund von Filtratauslaßkanälen vorgesehen ist, welche die Dichtfläche in dieser Vorrichtung nach dem Stand der Technik direkt durchqueren, beschränkt. Das Problem der Reibungskräfte und der unvollständigen Dichtungsabstützung wird weiter ver- stärkt, wenn die Membran nicht zuerst in der Konzentrations- kammer abdichtend eingesetzt wird, sondern die Abdichtung und der Zusammenbau in einem einzigen Vorgang durch den während des Zusammenbaues vorliegenden Druck des Umfangs der Membran auf die Öffnung der Kammer bewirkt wird.
Das Dokument GB-A-9819686.8 zeigt eine sogenannte Tangential- stromvorrichtung. Die Wirtschaftlichkeit dieser Vorrichtung wird dadurch beschränkt, daß es erforderlich ist, die Teile der Vorrichtung aufgrund der Schwierigkeit beim Formen der Bauteile mit einer ausreichenden Dicke, um hohem Druck zu widerstehen, spanend zu bearbeiten. Zusätzlich sind Verschrau- bungseinrichtungen, die relativ kostenaufwendig sind, erforderlich, um die zusammengebaute Vorrichtung in druckbeständiger Weise zusammenzuhalten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der vorstehend genannten Bauart zu schaffen, welche einfach herzustellen ist, während sie eine erhöhte allgemeine Zuverlässigkeit bietet.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, gemäß welchem die Membran mit der Vorrichtung während des Zusammen- baues in einem einzigen Verfahrensschritt abdichtend verbunden wird.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der es möglich ist, für die Konzentrations- und Filtratkammer Materialien zu wählen, die nicht Heiß- oder Ultra- schallversiegelungskompatibel miteinander und/oder mit der verwendeten Membran sein müssen.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine abgestützte Dichtung um den gesamten Umfang der Membran aufweist .
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die beispielsweise nach Durchführung des Verarbeitungsvorganges geöffnet und wieder geschlossen werden kann, um die Membran zu überprüfen und/oder zu ersetzen, ohne die Konzentrations- und Filterkammer oder die Membran zu beschädigen. Dieses Merkmal bietet selbstverständlich ein hohes Maß an Flexibilität.
Die Probleme im Stand der Technik werden durch das Schaffen der Vorrichtung und des Verfahrens zum Herstellen der Vorrichtung gemäß den Definitionen in den beigefügten Ansprüchen gelöst.
Weitere Aufgaben, Verwendungen und Vorteile dieser Erfindung werden aus dem Studium dieser Beschreibung deutlich, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gegliedert ist, welche einen Teil derselben bilden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Filtration einer Vielzahl von Flüssigkeitsproben zu schaffen, welche einfach herzustellen ist, während sie eine erhöhte Zuverlässigkeit bietet.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung, die als ein Tangentialstrommo- dul ausgeführt ist.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht des Einsatzes gemäß Figur 1.
Figur 3 zeigt eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß Figur 1.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht der Ausführungsform gemäß Figur 1 im zusammengebauten Zustand.
Figur 5 zeigt eine Schnittansicht der zusammengebauten Vorrichtung gemäß Figur 4.
Figur 6 zeigt eine Draufsicht des oberen transparenten Teiles des Einsatzes gemäß Figur 1.
Figur 7 zeigt eine Draufsicht des unteren transparenten Tei- les des Einsatzes gemäß Figur 1.
Figur 8 zeigt eine Draufsicht des oberen transparenten Teiles einer weiteren Ausführungsform des Einsatzes gemäß Figur 1.
Figur 9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die als eine Zentrifugalfiltrationsvorrichtung ausgeführt ist.
Figur 10 zeigt den Zusammenbau der Vorrichtung gemäß Figur 9.
Figur 11 zeigt eine zusammengebaute Vorrichtung gemäß Figur 9.
Figur 12a zeigt eine Schnittansicht einer zusammengebauten Vorrichtung gemäß Figur 9.
Figur 12b zeigt eine Schnittansicht einer zusammengebauten Vorrichtung gemäß Figur 9, die mit einer Variante der Gehäusebuchse bzw. -muffe bzw. -hülse versehen ist.
Figuren 13a und b zeigen zwei Horizontalschnittansichten durch die zusammengebaute Vorrichtung gemäß Figur 12a.
Figur 14 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht mit einerauseinandergezogenen Darstellung des mittleren Teils einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 15 zeigt eine Schnittansicht einer zusammengebauten Vorrichtung.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung, die als ein(e) Tangentialstrom- filtrationsmodul bzw. -zelle ausgeführt ist, welche beispielsweise zum Konzentrieren oder Fraktionieren von Makromolekülen in einer Lösung verwendet werden kann. In einem Filtrationssystem wird ein Filtrationsmodul dieser Bauart mit ei- ner Pumpe verbunden, die typischerweise Flüssigkeit aus einem Probenreservoir durch das Modul bzw. die Zelle abzieht und die Probenflüssigkeit durch eine Schleife, welche die Zelle einschließt, rezirkuliert. Das Modul ist in diese Schleife mittels eines Einlasses 3 und eines Auslasses 4 für die Pro- benflüssigkeit eingebunden. Dieser Einlaß und dieser Auslaß sind gemäß der Erfindung an einem Einsatz 1 angeordnet. Der erforderliche Systemdruck wird durch einen Drosselkörper bzw. Flußreduzierer gebildet, der an dem Auslaß 4 der Zelle positioniert ist.
Der Einsatz 1 umfaßt eine (n) Konzentrationskammer bzw. -räum und eine(n) Filtratkammer bzw. -räum, die durch eine Membran getrennt sind. Figur 6 zeigt ein Beispiel einer Konzentrationskammer 10 in Form eines dünnen Kanals für die Probenflüs- sigkeit, der in dem oberen Teil 12 des Einsatzes angeordnet ist, vgl. Figur 2, welcher einen Einlaß 3 und einen Auslaß 4 hat, die an seinen Endabschnitten angeordnet sind. Diese Kam- mer ist von der mit ihr zusammenwirkenden Filtratkammer 11, die in dem unteren Teil 6 des Einsatzes 1 angeordnet ist, mittels einer Membran getrennt. Ein Beispiel einer derartigen Filtratkammer ist in Figur 7 gezeigt.
Bedingt durch die Druckdifferenz zwischen der Zuflußseite und der Filtratseite der Membran dringt Filtrat durch die Membran in die Filtratkammer und wird durch den Auslaß 5 abgezogen bzw. abgeführt und außerhalb der Zelle gesammelt.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Beispiel eines Einsatzes gemäß Figur 1. Der untere Teil 6 hat eine allgemein flache obere Oberfläche bzw. Fläche 16, die als Membranauflager bzw. -stütze verwendet wird. Diese Oberfläche ist mit ei- ner Vielzahl von parallelen Nuten versehen, die Kanäle 9 für das Filtrat bilden, vgl. auch Figur 7. Diese Kanäle stehen alle beispielsweise mittels eines Sammelkanals 8 und eines quer verlaufenden Auslaßkanals 14, vgl. Figur 5, miteinander in Verbindung, welcher die Endabschnitte der Kanäle 9 auf ei- ner Seite des Einsatzes verbindet, um das gesamte gesammelte Filtrat einem Filtratauslaß 5 aus der Zelle zuzuführen.
Die Membran 15, vgl. Figur 5, ist auf der Oberseite der Oberfläche 16 angeordnet und reicht entlang dem Rand' dieser Ober- fläche bis zu den vertikalen Wandabschnitten 13. Entlang der Innenseite der vertikalen Wandabschnitte auf der Oberfläche 16 ist in dieser Ausführungsform ein allgemein flacher Dich- tungssitz, vgl. Figur 2, 5, 7, angeordnet. Dies bedeutet, daß die Membran über ihren gesamten Umfang eine allgemein flache Auflagefläche bzw. -stütze hat. Eine Dichtung 7 in Form eines O-Ringes ist in dieser Ausführungsform auf der Oberseite der Membran über dem Dichtungssitz und dem oberen Teil 12, welcher den Einsatz verschließt, angeordnet.
Ein Gehäuse bzw. eine Hülse 2, 2', vorzugsweise hergestellt durch Formung eines geeigneten Kunststoffmaterials , umgibt den Einsatz. In der in Figur 1, 3, 4, 5 dargestellten Ausfüh- rungsform ist das Gehäuse in zwei Teilen 2 und 2' ausgeführt, welche beim Zusammenbau von zwei entgegengesetzten Seiten ü- ber den Einsatz geschoben werden, um das/die komplette Gehäuse bzw. Hülse zu bilden. Beim Zusammenbau drückt dieses/diese Gehäuse bzw. Hülse den Einsatz 1 ohne Reibungskräfte auf die Membran, wobei gleichzeitig in einem Schritt die Konzentrationskammer und die Filtratkammer durch Abdichten des/der Membranrandes bzw. -kante gebildet werden.
Somit ist es durch einfaches Zusammensetzen einer bestimmten Anzahl von separaten Bauteilen ohne Verwendung eines Werkzeuges oder von Klebstoffen möglich, ein Filtrationsmodul zu verwirklichen, für das bisher Klebstoff, verschraubte Druckplatten, Montagewerkzeuge, etc. erforderlich waren.
Zusätzlich kann dieses Modul ohne weiteres zur Überprüfung, zum Membranwechsel, zur Reinigung oder zu jedem anderen Zweck zerlegt werden, ohne eines der Bauteile zu beschädigen.
Figur 3 zeigt eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß Figur 1. Das Einführen des Einsatzes in die beiden Muffenbzw. Gehäuseteile ist anfangs aufgrund der Keilform bzw. zulaufenden Form des Gehäuses und des Einsatzes, vgl. Figur 5, sehr leicht . Eine größere Kraft ist nur gegen Ende des Zusam- menbaues während des Zusammendrückens der Dichtung erforderlich. Es wäre ebenfalls möglich, eine Schrumpftechnik zu verwenden, um das Gehäuse bzw. die Muffe in Position zu bringen.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht der Ausführungsform gemäß Figur 1 in zusammengebautem Zustand. An dem unteren Teil des Gehäuses ist bei dieser Ausführungsform ein(e) Schwalbenschwanz- kante bzw. -flansch 17 angeordnet, welcher mit einem/einer entsprechenden Schlitz bzw. Nut am oberen Teil eines benachbarten Moduls (nicht dargestellt) zusammenwirken könnte. Auf diese Weise könnten Filtrationszellen nach Erfordernis übereinander gestapelt werden. Figur 5 zeigt einen Querschnitt der zusammengebauten Vorrichtung gemäß Figur 4. Wie zu erkennen ist, wurde das Innere des geformten Gehäuses keilförmig bzw. zulaufend ausgeführt. Dies ist selbstverständlich für ' Fertigungszwecke praktisch, schafft aber auch eine Möglichkeit, die erforderlichen Kompressionskräfte für den Einsatz 1 zu erzielen, wenn dieser ebenfalls eine Keilform aufweist. Um praktisch denselben Kompressionseffekt, jedoch eine niedrigere Reibung zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz beim Zusammenbau zu erreichen, könn- ten die obere und die untere Oberfläche des Einsatzes parallel ausgeführt werden und die Keilform könnte mittels in Längsrichtung verlaufenden keilförmigen Kanten bzw. Flansche auf der oberen und unteren Oberfläche bzw. Fläche oder mindestens einer der beiden verwirklicht werden. Eine derartige Lösung wurde in Figur 8 dargestellt, welche die keilförmigen Kanten bzw. Flansche 18 zeigt.
Ein zusätzlicher Vorteil des geformten Gehäuses in zwei Teilen 2, 2' gemäß vorstehenden Ausführungsformen liegt darin, daß ein Standardgewinde für den Einlaß 3 und den Auslaß 4 für die Flüssigkeitsprobe ohne weiteres während des Formvorganges hergestellt werden könnte.
Es sind viele Varianten der erfinderischen Idee vorhanden. Beispielsweise könnte es vorteilhaft sein, in bestimmten Ausführungsformen die Dichtung zwischen der Membran und der Filtratkammer anzuordnen.
Es ist klar, daß eine große Flexibilität hinsichtlich der Wahl des Materials für die verschiedenen Bauteile des Filtrationsmoduls erreicht wurde. Eine Verbund- bzw. Verklebungs- kompatibilität ist zwischen keinem der Bauteile dieser Ausführungsform erforderlich. Dies bedeutet, daß beispielsweise ein relativ weiches und flexibles Material für den Einsatz oder einen Teil des Einsatzes verwendet werden könnte, während für das Gehäuse ein relativ starres bzw. steifes und festes Material verwendet werden könnte. Auf diese Weise könnte die Dichtung auch in den oberen und/oder unteren Teil 6, 12 des Einsatzes integriert werden. Die Dichtung könnte auf diese Weise die Form eines Randes oder einer Kante bzw. Rille am Umfang des oberen und/oder unteren Teiles aus dem- selben Material wie der Rest des Teiles 6, 12 haben.
Die chemischen Eigenschaften der unterschiedlichen Bauteile könnten auch mit größerer Flexibilität gewählt werden. Ein Material mit einer höheren Lösemittelbeständigkeit könnte beispielsweise für den inneren Aufbau gewählt werden, der in Kontakt mit dem Flüssigkeitsstromweg ist.
Die beiden Gehäuseteile 2, 2' wurden mit geschlossenen Endabschnitten dargestellt. Diese Konstruktion ergibt ein sehr festes und starres Gehäuse, das hohen Drücken widerstehen kann. Es versteht sich jedoch, daß diese Endabschnitte nicht bei allen Anwendungen unbedingt erforderlich sind.
Figur 9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die als Zentrifugalfiltrationsvorrichtung ausgeführt ist. Bauteile, die den in Verbindung mit den Ausführungsformen gemäß Figur 1 bis 8 beschriebenen Bauteilen entsprechen, wurden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Somit ist eine Konzentrations- kammer 10 vorgesehen, um die zu verarbeitende Probe aufzunehmen. In diesem Fall wird die Probe nicht in diese Kammer re- zirkuliert und daher ist kein Auslaß für die Probe aus dieser Kammer vorgesehen, sondern nur ein Einlaß 3. Eine Dichtung 7 ist so vorgesehen, daß sie in einer Nut 19 bzw. einem Rück- sprung um eine Öffnung in der Wand der Kammer angeordnet wird. Ein geeignetes Membranstück 15 wird über der Öffnung angeordnet. In derselben Weise wie vorstehend beschrieben wird eine Filtratkammer, das mit einem/einer Membranauflager bzw. -stütze und einer Vielzahl von vertikalen parallelen Nu- ten versehen ist, welche die Kanäle 9 für das Filtrat bilden, mittels des Bauteiles 6 geschaffen, wenn es gegen die Membran 15 befestigt wird. Figur 10 zeigt die zusammengebauten Bauteile 12, 7, 15 und 6 der Vorrichtung gemäß Figur 9. Ein einteiliges Gehäuse 2 ' ' wird in dieser Ausführungsform über die zusammengebauten Bau- teile geschoben. Aufgrund der Keil- oder Konusform des Bauteils 6, das heißt der Filtratkammer, und der entsprechenden inneren Form des Gehäuses wird die Filtratkammer gegen die Membran 15 gedrückt und preßt die Dichtungseinrichtung gegen die Konzentrationskammer. Es sei angemerkt, daß die Membran nur Kräften senkrecht zu ihrer Oberfläche bzw. Fläche ausgesetzt ist, wenn das Gehäuse in Position gebracht wird.
Auf diese Weise wird ein Druck geschaffen und während des Zentrifugiervorganges aufrechterhalten, der ausreichend hoch ist, die Membran flüssigkeitsdicht gegen die Konzentrations- kammer abzudichten.
Figur 11 zeigt die zusammengebaute Vorrichtung mit dem Gehäuse in seiner Position.
Figur 12a zeigt einen Querschnitt einer zusammengebauten Vorrichtung gemäß Figur 9. An dem oberen Teil der Filtrationskammer steht ein Be- /Entlüftungskanal 20 in Verbindung mit der Außenseite. Dieser Kanal kann Luft aus den Filtratkanälen 9 bei Beginn des Filtrationsprozesses evakuieren. In dieser Ausführungsform sind drei Kanäle 5' für den Auslaß des Filt- rats vorgesehen, das in einem nicht dargestellten Filtratrohr gesammelt wird, in welches die Vorrichtung während des Prozesses teilweise eingesetzt wird. Die Kanäle 5' sind wie bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform an der Innenseite mit einem quer verlaufenden Auslaßkanal 14 in Verbindung, welcher die Endabschnitte der Kanäle 9 an einer Seite der Filtratkammer verbindet, um das gesamte gesammelte Filtrat den Auslaßkanälen 5' zuzuführen.
Die Vorrichtung liegt mit einem Flansch 21 an dem Gehäuse 2 am Rand bzw. an der Kante des Filtratrohres auf, was bedeu- tet, daß die auf die Vorrichtung während des Prozesses wirkenden Zentrifugalkräfte das Gehäuse fest in seiner Position mit dem Flansch 21 an dem Flansch 22 des oberen Teils 12 halten.
Figur 12b zeigt einen Querschnitt einer zusammengebauten Vorrichtung gemäß Figur 9, die mit einer Variante des Gehäuses versehen ist . Um die Abdichtung zwischen der Dichtungseinrichtung 7 und der Membran an dem unteren Teil der Vorrich- tung sicherzustellen, wurde das Gehäuse bzw. die Muffe in diesem Bereich weniger flexibel gemacht, indem ein Stabilisierungsring 23 aus Material um die Öffnung in seinem unteren Teil hinzugefügt wurde. Der Ring 23 kann alternativ eine flachere Konfiguration als die im Querschnitt in Figur 12b ge- zeigte haben.
Da die vertikalen Filtratkanäle 9 in dieser und anderen Ausführungsformen nicht unter den quer verlaufenden Auslaßkanal 14 reichen, ist es möglich, ein allgemein flaches Auflager bzw. flache Stütze für die Permeatseite der Membran 15 entlang ihrem Umfang zu schaffen, was eine gleichmäßige Abdicht- Wirkung über den gesamten Umfang sicherstellt .
Figur 13a zeigt einen horizontalen Querschnitt durch die zu- sammengebaute Vorrichtung gemäß Figur 12a in dem oberen Teil und Figur 13b in dem unteren Teil. Die Keilform bzw. zulaufende Form des Bauteiles 6, welcher die Filtratkammer bildet, ist deutlich dargestellt.
Es ist klar, daß viele Varianten der grundsätzlichen erfindungsgemäßen Idee vorstellbar sind. So könnten zunächst erfindungsgemäße Vorrichtungen speziell zur Verwendung in einer Zentrifuge konstruiert sein, wie die unter Bezug auf die Figuren 9 bis 13 beschriebene Ausführungsform.
Es könnten jedoch auch Gas- oder Flüssigkeitsdruck oder Vakuum verwendet werden, um den Vektor bzw. Gradienten zu schaf- fen, um das Lösemittel und kleine Mikromoleküle durch die Membran zu drücken oder zu ziehen. Die erste Ausführungsform gemäß den vorstehenden Ausführungen verwendet beispielsweise Flüssigkeitsdruck .
Die Dichtungseinrichtung könnte die Form eines O-Ringes haben, der vorzugsweise in einer geeigneten Nut um eine der beiden Öffnungen positioniert wird. Auch sind zwei O-Ringe vorstellbar, wobei um jede Öffnung einer vorhanden ist. Wie bereits unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform erwähnt, könnte die Abdichtung der Membran mittels einer Dichtungseinrichtung erzielt werden, die in eine oder beide Kammern integriert ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn für die Kammern bzw. Räume bzw. Teile davon ein weicheres Material verwendet wurde. Allgemein ist die Flexibilität hinsichtlich der Wahl des Materials für die verschiedenen Bauteile (mechanische Eigenschaften, chemische Eigenschaften, etc.), die unter Bezug auf die erste Ausführungsform vorstehend erörtert wurde, für alle Ausführungsfor- men vorhanden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur gleichzeitigen Filtration einer Vielzahl von Flüssigkeitsproben (Figuren 14 und 5) ist aus einem Einsatz 1 und aus einem um diesen Einsatz 1 an- geordneten zweiteiligen Gehäuse 2, 2' zusammengesetzt. Der Einsatz besteht aus einem als Stützplatte ausgebildeten Bauteil 6, einer Dichtung in Form einer Dichtungsmatte 7, flächigen Filtermitteln/Membranen 15 und einer Platte 27 mit einer Vielzahl von Konzentrationskammern 10. Das Bauteil 6 ver- fügt über eine Vielzahl von Öffnungen 24, die vorzugsweise in ihrer Anzahl und Anordnung der Anzahl und Anordnung der Vertiefungen 25 einer Mikrotiterplatte 26 entsprechen. Die Öffnungen 24 des Bauteils 6 können zusätzlich mit einer Filterunterstützung ausgestattet sein, welche mittels Sammelkanal 8 und Kanälen für den Auslaß für Filtrat 5' ausgestattet sind. Eine vorzugsweise elastische Dichtungsmatte 7 ist auf dem Beuteil 6 aufgelegt und hat zu den Öffnungen 24 hin fluchten- de Durchlässe 28, welche der Anzahl der Öffnungen 24 des als Stützplatte ausgebildeten Baueils 6 entsprechen. Vorzugsweise sind zur leichteren Positionierung der Dichtung 7 auf dem Bauteil 6 und zur sichereren Abdichtung der Filtermit- tel/Membran 15 gegenüber den Filtratkammern 11 um die Öffnungen 24 des Beuteiis 6 herum beabstandet Wulste oder Stege
29 angebracht. Auf jener Seite der Dichtung/Dichtungsmatte 7, die dem als Stützplatte ausgebildeten Bauteil 6 abgewandt ist, sind die Durchlässe 28 von Manschetten 30 umfaßt. Die Manschetten 30 haben eine größere innere Weite als die Weite der Durchlässe 28 derart, daß an der Basis im Inneren der Manschetten 30 eine umlaufende Auflagefläche 31 aus dem Dichtungsmaterial ausgebildet ist. Auf die umlaufenden Auflageflächen 31 der Manschetten 30 werden bei der Montage die flä- chigen Filtermittel/Membranen 15 aufgelegt. In die Manschetten 30 werden bei der Montage der Vorrichtung die Kammern 10, zum Beispiel in Form von Röhrchen, eingeschoben, die an beiden Enden offen sind und die zu der Platte 27 verbunden sind. Die Kammern 10 haben Außenumfangsflachen, die zu den Innenum- fangsflachen der Manschetten 30 kongruent sind. Die Kammern 10 dienen zum Einen der Aufnahme der Flüssigkeitsproben und zum Anderen im Zusammenwirken mit der Dichtungseinrichtung 4 der flüssigkeitsdichten Randabdichtung der flächigen Filtermittel/Membranen 15 zwischen der umlaufenden Auflagefläche 31 im Innern der Manschetten 30 und dem unteren offenen Ende der Kammern 10, in dem die Kammern 10 soweit in die Manschetten
30 eingeschoben werden, daß ihre unteren Enden an dem Randbereich der Filtermittel/Membranen 15 pressend anliegen. Das zweiteilige Gehäuse 2, 21 ist auf der Oberseite mit Einlassen für die Flüssigkeitsproben 3 und auf der Unterseite mit Auslässen 5 für Filtrat versehen, welche zu den Öffnungen 24 des Bauteils 6 kongruent sind. Bei der Montage der Vorrichtung werden die beiden Gehäuseteile 2, 2' über den zusammengesteckten Einsatz 1 geschoben derart, daß das Gehäuse 2'' ge- schlössen ist. Dabei werden solche Kompressionskräfte geschaffen und aufrechterhalten, die ausreichend hoch sind, um die Filtermittel/Membranen 15 flüssigkeitsdicht gegen die Auflagenflachen 31 der Manschetten 30 abzudichten. Dazu besitzt der Einsatz 1 ein konisches äußeres Profil und das Gehäuse 2'' ein konisches inneres Profil, welche beim Zusammenbau in Zusammenwirkung die Ko pressionskräfte schaffen. Wie in der Figur 14 gezeigt wird, sind das als Stützplatte ausgebildete Bauteil 6 und die Platte 27 mit seitlichen keilförmigen Flanschen 18 ausgestattet. Im geschlossenen Gehäusezustand fluchten die Einlasse 3 der Oberseite des Gehäuses 2 ' ' , die Enden der Kammern 10, die Durchlässe 10 der Dichtungsmat- te 28, die Öffnungen 24 der Stützplatte 6 und die Auslässe 5 der Unterseite des Gehäuses 2' ' und liegen auf einer Geraden. Wie aus der Figur 15 hervorgeht, sind die Auslässe 5 an der Unterseite des Gehäuses 2'' mit Filtratauslaufstutzen 32 ausgerüstet, über die die Vorrichtung als Filteraufsatz auf eine Mikrotiterplatte 26 aufgesetzt ist.
Ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt die folgenden Schritte: eine Dichtungseinrichtung wird zunächst um mindestens eine der Öffnungen an der/dem Konzentrationskammer bzw. -räum oder der/dem Filtratkammer bzw. -räum angeordnet. Eine der Öffnungen wird anschließend mit einer Membran bedeckt, wobei deren Zuflußseite zur Konzentrationskammer und deren Permeatseite zur Filtratkammer weist bzw. diesem gegenüberliegt. Die Kammern werden anschließend zusammengebaut, wobei die Öffnungen übereinander angeordnet werden, und ein druckbeständige (s) Gehäuse bzw. Muffe bzw. Hülse wird anschließend an der Außenseite und um die Kombination der Konzentrationskammer, der Dichtungseinrichtung, der Membran und der Filtratkammer angeordnet. Das Gehäuse schafft einen Druck, der ausreichend hoch ist, um die Membran während des Prozesses flüssigkeitsdicht gegen mindestens eine der Kammern abzudichten und diesen Druck aufrechtzuerhalten, während auch die Festigkeit bzw. Steifigkeit bzw. Tragfähigkeit des Aufbaues der gesamten Anordnung erhöht wird. BezugsZiffernliste
1 Einsatz
2,2' Teil (des Gehäuses) 2 ' ' einteiliges Gehäuse
3 Einlaß
4 Auslaß
5 Auslaß
5 ' Kanal für den Auslaß 6 unterer Teil (Fig. 5) / Bauteil (Fig. 9, 14, 15)
7 Dichtung
8 Sammelkanal
9 Kanal
10 Konzentrationskammer 11 Filtratkammer
12 oberer Teil
13 vertikaler Wandabschnitt
14 Auslaßkanal
15 Membran 16 Fläche
17 Schwalbenschwanzflansch/-kante
18 Flansch
19 Nut
20 Be- /Entlüftungskanal 21 Flansch
22 Flansch
23 Stabilisierungsring
24 Öffnungen
25 Vertiefungen einer Mikrotiterplatte 26 Mikrotiterplatte
27 Platte
28 Durchlässe
29 Wulste oder Stege
30 Manschetten 31 umlaufende Auflagefläche
32 Filtratauslaufstutzen

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Konzentrieren und/oder Reinigen von Makromolekülen in einer Lösung mittels Filtration durch eine Membran (15) , umfassend eine Konzentrationskammer (10) für eine zu verarbeitende Flüssigkeitsprobe, die mit einer ersten Öffnung versehen ist, eine Filtratkammer (11) , die mit einer zweiten Öffnung versehen ist, die über der ersten Öffnung anzuordnen ist, eine Membran (15) , die flüssigkeitsdicht entlang ihrem Umfang über einer der ersten und der zweiten Öff- nung angeordnet ist und die beiden Kammern trennt, dadurch gekennzeichnet . daß eine Dichtungseinrichtung (7) um mindestens eine der Öffnungen in Kontakt mit mindestens einer Seite der Membran (15) angeordnet ist und daß die Filtratkammer (11) auf der zu der Membran (15) weisenden bzw. dieser gege- nüberliegenden Seite mit einer Membran bzw. Membranstütz- einrichtung versehen ist, welche die Filtratseite der Membran stützt, und daß ein druckbeständiges Gehäuse (2, 2', 2'') an der Außenseite und um die Kombination der Konzentrationskam- mer (10) , der Dichtungseinrichtung (7) , der Membran (15) und der Filtratkammer (11) angeordnet ist, so daß dadurch die Anordnung komplettiert wird und während des Prozesses Kompres- sionskräfte geschaffen und aufrechterhalten werden, die ausreichend hoch sind, die Membran (15) flüssigkeitsdicht gegen mindestens eine der Kammern (10, 11) abzudichten, während auch die Festigkeit bzw. Tragfähigkeit der Struktur der gesamten Anordnung erhöht ist .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung (7) eine ringförmige elastische Ein- richtung des O-Ring-Typs ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtung (7) die Form eines Grates aus elastischem Material hat und einen integralen Bestandteil mindes- tens einer der Kammern bildet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (2'') ringförmig ist und eine zulaufende oder konische innere Oberfläche hat und daß mindestens eine der Kammern (10, 11) eine zulaufende oder konische äußere Oberfläche hat, welche beim Zusammenbau in Zusa - menwirkung die Kompressionskräfte schafft.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von Konzentrationskammern (10) zur gleichzeitigen Filtration einer Vielzahl von Flüssig- keitsproben vorhanden ist und der Einsatz (1) besteht aus dem als Stützplatte ausgebildeten Bauteil (6) mit einer Vielzahl von Öffnungen (24) , aus der auf dem Bauteil (6) aufgelegten Dichtungseinrichtung (7) in Firm einer Dichtungsmatte mit zu den Öffnungen (24) des Bauteils (6) fluchtenden Durchlässen (28) und mit auf einer Seite der Dichtungsmatte, die dem Bauteil (6) abgewandt ist, befindlichen und die Durchlässe (28) der Dichtungsmatte umfassenden Manschetten (30) von einer größeren inneren Weite als die Weite der Durchlässe (28) derart, daß an der Basis im Inneren der Manschetten (30) eine umlaufende Auflagefläche (31) ausgebildet ist, aus einzelnen flächigen Membranen (15) , die auf den umlaufenden Auflageflächen (31) der Manschetten (30) aufliegen, aus einer Platte (27) mit einer Vielzahl paralleler, an beiden Enden offenen Kammern (10) zur Aufnahme der Flüssigkeitsproben mit Außenum- fangsflachen, die zu den Innenumfangsflachen der Manschetten
(30) kongruent sind, wobei die Kammern (10) soweit in die
Manschetten (30) eingeschoben sind, daß ihre unteren Enden an den Membranen (15) anliegen und wobei das zweiteilige Gehäuse
(2, 2') auf der Oberseite mit einer Vielzahl der Einlasse (3) für die Flüssigkeitsproben und auf der Unterseite mit einer
Vielzahl der Auslässe (5) für Filtrat versehen ist, welche zu den Öffnungen (24) des als Stützplatte ausgebildeten Bauteils
(6) kongruent sind, und wobei die beiden Gehäuseteile (2, 21) über den Einsatz (1) geschoben sind derart, daß das Gehäuse (2'') geschlossen ist, und dabei Kompressionskräfte geschaffen und aufrechterhalten sind, die ausreichend hoch sind, um die Membranen (15) flüssigkeitsdicht gegen die Auflagenflachen (31) der Manschetten (13) abzudichten und wobei im geschlossenen Gehäusezustand die Einlasse (3) der Oberseite des Gehäuses (21'), die Enden der Kammern (10), die Durchlässe (28) der Dichtungseinrichtung (7) , die Öffnungen (24) des Bauteils (6) und die Auslässe (5) der Unterseite des Gehäuses (2'1) fluchtend auf einer Geraden liegen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (24) des Bauteils (6) mit Filtratauslaufstutzen (32) ausgestattet sind.
7. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zum Konzentrieren und/oder Reinigen von Makromolekülen in einer Lösung mittels Filtration durch eine Membran (15) , wobei die Vor- richtung eine Konzentrationskammer (10) für eine zu verarbeitende Flüssigkeitsprobe, die mit einer ersten Öffnung versehen ist, eine Filtratkammer (11) , die mit einer zweiten Öffnung versehen ist, eine entlang ihrem Umfang über einer der ersten und der zweiten Öffnung flüssigkeitsdicht angeordnete Membran (15), welche die beiden Kammern (10, 11) trennt, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt: eine Dichtungseinrichtung (7) wird um mindestens eine der Öffnungen angeordnet, eine der Öffnungen wird mit einer Membran (15) bedeckt, wobei deren Zuflußseite zur Konzentra- tionskammer (10) und deren Filtatseite zur Filtratkammer (11) weist; die Kammern (10, 11) werden zusammengebaut, wobei die erste Öffnung über der zweiten Öffnung angeordnet wird; und ein druckbeständiges Gehäuse (2, 2', 21') wird an der Außenseite und um die Kombination der Konzentrationskammer (10) , der Dichtungseinrichtung (7) , der Membran (15) und der Filtratkammer (11) angeordnet, so daß dadurch die Anordnung vervollständigt wird und während des Prozesses Druckkräfte geschaffen und aufrechterhalten werden, die ausreichend hoch sind, die Membran (15) flüssigkeitsdicht gegen mindestens ei- ne der Kammern (10, 11) abzudichten, während auch die strukturelle Abstützung der gesamten Anordnung erhöht wird.
PCT/EP2000/000976 1999-02-15 2000-02-08 Vorrichtung zum konzentrieren und/oder reinigen von makromolekülen in einer lösung und verfahren zum herstellen einer derartigen vorrichtung WO2000048716A2 (de)

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