WO2011113508A1 - Mehrfachlochplatte mit filtermedium und ihre verwendung - Google Patents

Mehrfachlochplatte mit filtermedium und ihre verwendung Download PDF

Info

Publication number
WO2011113508A1
WO2011113508A1 PCT/EP2011/000468 EP2011000468W WO2011113508A1 WO 2011113508 A1 WO2011113508 A1 WO 2011113508A1 EP 2011000468 W EP2011000468 W EP 2011000468W WO 2011113508 A1 WO2011113508 A1 WO 2011113508A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
filter medium
hole plate
holes
membrane
sealing means
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/000468
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
René FABER
Martin Leuthold
Original Assignee
Sartorius Stedim Biotech Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sartorius Stedim Biotech Gmbh filed Critical Sartorius Stedim Biotech Gmbh
Priority to US13/575,396 priority Critical patent/US20120329163A1/en
Priority to EP20110701957 priority patent/EP2547448B1/de
Publication of WO2011113508A1 publication Critical patent/WO2011113508A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/087—Single membrane modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/18—Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/003—Membrane bonding or sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5025—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures for parallel transport of multiple samples
    • B01L3/50255—Multi-well filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/02—Specific tightening or locking mechanisms
    • B01D2313/025—Specific membrane holders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0631—Purification arrangements, e.g. solid phase extraction [SPE]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0689—Sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/141—Preventing contamination, tampering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0829—Multi-well plates; Microtitration plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • B01L2400/049—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics vacuum

Definitions

  • the present invention relates to a multi-well plate having an upper part and a lower part each having a plurality of communicating holes and a filter medium which is fixable by sealing means between the upper and the lower part, and their use for high-throughput analyzes for the characterization of membranes for the adsorptive material separation.
  • HTS systems high-throughput screening systems
  • multi-well systems are being used, which enable the investigation of a large number of influencing parameters in a short time and with reduced consumption of expensive media.
  • HTS systems high-throughput screening systems
  • multi-well systems are being used, which enable the investigation of a large number of influencing parameters in a short time and with reduced consumption of expensive media.
  • Such systems are already widely used in gel chromatography. Transfer of such HTS techniques to membrane adsorbers as filter media is of great interest.
  • EP 1 566 209 A1 describes a device for affinity chromatography for protein purification, which makes it possible to use different filter media (eg membranes) for test purposes. After centrifuging the sample to be analyzed and applying a vacuum, proteins from large feed volumes can be bound to the filter medium and subsequently reconstituted by elution in a small volume. be centered.
  • the microfilters used can also be combined with an ultrafilter.
  • the device can be combined with differently sized collecting devices.
  • the membrane blank inserted into the device is sealed from one side by an O-ring. Since in each case only one medium can be filtered with one device, this device is unsuitable for a parallel "screening" of several samples.
  • US 4,427,415 describes a multi-well plate as a vacuum filtration unit for simultaneous analysis of multiple substances.
  • the individual wells of an upper part are filled with individual filter paper discs and successively solutions with different reagents are filled into the holes and filtered, whereby the reagents are retained by the filter paper
  • the optional multi-well plate can also be fitted with only one continuous filter paper layer Sequential filtration processes allow different reagents retained by the filter to react with one another and then be examined (microscopy, spectrometry) .
  • the filtration unit is operated by vacuum and placed on a vacuum unit through a plastic seal , wherein the seal is arranged peripherally in a depression of the vacuum unit.
  • the non-optimized fluid drain from the cyl Indian Wells which is possible only under vacuum application, and the transverse diffusion on the filter paper problematic because the Mehrlochplatte has no sealing means between the upper part and lower part, which provides for an individual sealing of the individual holes in the upper part.
  • WO 01/87484 A2 describes a disposable multiwell filter plate in which a membrane filter layer is adhered to the lower surface of the filter plate.
  • the filter ply is comprised of upper and lower surfaces, the upper surface having apertures that pass through the filter thickness to penetrate an adhesive into the filter ply to form a seal and bond the filter ply to the underside of the plate.
  • the application of an adhesive as a sealant is due to the possible Contamination of the filtrate by dissolved adhesive components is unacceptable for many biotechnological applications.
  • an exchange of the filter layer in the filter plate is not possible.
  • US 4,902,481 discloses a multi-well filtration unit having a top and a bottom, in which the individual wells ("wells") are fluid-tightly isolated from each other and sealed by pressing the shell to the base or by adhesive or snap connection between the top and bottom Each well is populated with an individual membrane blank The outlets of the individual wells are made so narrow that no flow occurs solely due to gravity and that the non-draining droplets of the filtrate forming at the exit can create undesirable cross-mixing between adjacent holes ,
  • Vivawell Vac8 purification Strips For the purification of proteins, multiple perforated strips made by Sartorius Stedim Biotech GmbH are known ("Vivawell Vac8 purification Strips") in which eight individual holes are equipped with individual membranes, twelve of which can be plugged into a holder to form a 96-well multiple-well plate In the strips, the membranes of the individual holes are completely fluid-tightly separated from one another, however, a great disadvantage of this device is the complicated assembly of each individual hole with an individual membrane diecut Furthermore, a uniform flow through the membrane slugs is not guaranteed by partial support of the membrane slugs on the perforated bottom of the permeate side.
  • the upper part is welded to the lower part to seal the individual "wells", so that after the upper part has been welded to the lower part in the individual holes of the plate, separated membrane pieces are present can be removed after filtration for further analysis, the aforementioned welding adversely affects thermally unstable membrane materials, eg., Based on polysaccharides, so that in the edge regions of the membrane pieces, which are adjacent to the seal produced by welding , the filtration properties of the membrane pieces may be impaired.
  • EP 1 854 542 A1 discloses a multi-well plate having an upper filter plate with a plurality of tubes each comprising the upper, cylindrical portions of the channels of the holes.
  • the multiple-hole plate further has a base which comprises the lower portions of the holes, which consist of a frusto-conical transition region and a connected thereto, cylindrical lower tube portion whose diameter is smaller than the diameter of the cylindrical channel sections in the upper part.
  • individual filter blanks are inserted, which lie on the upper edge of the frusto-conical transition areas in the lower part.
  • US 5,939,024 discloses a multi-well plate in which cross contamination between the individual holes is minimized and which consists of a top (“collimator”), a bottom ("holding tray”) and a filter sheet interposed therebetween.
  • a top a top
  • a bottom a filter sheet interposed therebetween.
  • the lower part of each hole channel in the upper part has an annular recess ("lower rim”) with a semicircular cross-section, through which the filter sheet is pressed over the entire surface of the flat surface of the lower part becomes.
  • the device is used in autoradiography and for "liquid scintillation counting" methods in which a filter sheet, on which analyte is immobilized, between the upper and lower part is inserted, and the membrane segments in the individual holes subsequent treatment steps are subjected to further reagents.
  • This device which has proven to be excellent in principle for the aforementioned methods, has the disadvantage that it is unsuitable for filtration processes due to the insufficient sealing of the individual holes and the flat construction of the support surface for the filter sheet in the lower part ("holding tray"). which are based on adsorptive substance separations and in which (bio) chemical binding reactions must be quantitatively accounted for.
  • the present invention has for its object to propose a use of the multi-well plate according to the invention for the characterization of membranes for adsorptive separation.
  • the filter medium comprises a membrane sheet.
  • the filter medium comprises a plurality of stacked membrane sheets.
  • the fiction, contemporary device has proven particularly when using filter media comprising a plurality of stacked membrane sheets with up to 10 membrane sheets, preferably up to six membrane sheets and most preferably with up to four membrane sheets to avoid cross-contamination or transverse diffusion between adjacent holes .
  • the membrane sheet - either as the sole component of the filter medium or as part of a stack of membrane sheets which forms the filter medium - is preferably a microporous membrane to which ligands are bound via optional spacers.
  • the ligands may be functional groups that undergo chemical or physical interactions with the analytes of interest. By chemical or physical interaction is meant any type of ionogenic, covalent, polar or hydrophobic interaction between the ligands and the molecules of the analyte.
  • the membrane sheet particularly preferably consists of cellulose derivatives, particularly preferably cellulose or cellulose acetate.
  • the filter medium is preferably wetted with a fluid, i. H. the filter medium is preferably in a moist state, for. B. after complete wetting by a fluid (eg., A buffer or saline solution), fixed in the device according to the invention before an analysis is carried out with the inventive device.
  • a fluid eg., A buffer or saline solution
  • the sealing means are annular sealing beads, which are integrally formed on the filter medium facing sides of the lower part and the upper part.
  • depressions it is possible for depressions to be formed around the holes on the sides of the upper part and / or the lower part facing the filter medium, into which O-rings can be inserted or fixed as sealing means.
  • the sealing means may be annular sealing beads which are milled out on the sides of the lower part and the upper part facing the filter medium.
  • This embodiment enables rapid and cost-effective production of the upper and lower parts from "monolithic" (one-piece) blanks into which the Variety of holes can be introduced, wherein the elevations of the running around the holes around the sealing beads can be milled out of the blank.
  • the filter medium fixed between the upper and lower part can be fixed in pairs by the respective sealing means of the upper and lower part. In this way it is avoided that the filter medium rests on its permeate side over its entire surface on the filter medium side facing the lower part, whereby an undesirable radial transverse diffusion of analytes would be favored.
  • the plurality of holes in the upper part are cylindrical channels with a diameter di and if the plurality of communicating with these cylindrical channels holes in the lower part on its side facing the filter medium each having a transition region which narrows from the diameter d) to a diameter d 2 , wherein on the side facing away from the filter medium of the lower part of the transition region in each case a cylindrical channel with the diameter d 2 connects.
  • Optimum results with respect to the prevention of cross-contamination with simultaneously very high fluid flow through the multiple plate arise when the ratio between the aforementioned diameters d i to d 2 is at least 4.0, preferably at least 6.6 and more preferably at least 8.0.
  • the upper part is connectable to the lower part by screwing, gluing, latching or by a clamping or snap connection.
  • a screw connection is particularly preferred.
  • the upper and / or lower part is made of aluminum or plastic.
  • monolithic, perforated blanks for the lower and upper part can be produced particularly inexpensively, in which the sealing means, which extend around the holes of the upper part or of the lower part, can be produced by milling out.
  • a further subject matter of the present invention relates to a method for characterizing a filter medium using the multi-well plate according to the invention, comprising the steps:
  • step E removing the filter medium from the receiving area and analyzing the interaction between filter medium and analyte in step C).
  • a use of the multi-well plate according to the invention for the high-throughput analysis for the characterization of membranes for adsorptive material separation is provided.
  • Uses according to the present invention include automated chromatography processes for screening and optimization of polishing and capturing processes in the purification of proteins and microorganisms, the study of interactions between amino acid compounds and the stability and behavior of membranes to different substances, and simultaneous chemical reactions of the same filter medium with variable Modification reagents or enzyme immobilization for various bioanalytical detection methods.
  • the multi-well plate according to the invention in which the characterization of membranes is carried out by recording a breakthrough curve for a protein.
  • Figure 1 an exploded view of a multiple hole plate according to the invention
  • Figure 2 a cross section through the multi-hole plate according to the invention
  • FIG. 4 shows staining results for the filter medium in a multi-well plate from the prior art
  • FIG. 5 shows results for the Cooper phosphate detection in a multiple-well plate according to the invention
  • FIG. 6 shows a breakthrough curve for bovine serum albumin, which under
  • Figure 7 the influence of (NH 4 ) 2 S0 concentration in aqueous solution on the binding ability of a membrane stack of the invention
  • FIG. 8 shows the influence of the amount of endotoxin loaded on the membrane
  • FIG. 1 shows an exploded multi-hole plate 1, which consists of an upper part 2 with a plurality of holes 3 and a lower part 4 with a plurality of holes 5 and a located between the upper part 2 and lower part 4 filter medium 6.
  • FIG. 1 further shows sealing means 7a which extend around the holes 5 on the side 8 of the lower part 4 facing the filter medium 6.
  • the corresponding sealing means 7b on the side 9 of the upper part 2, which faces the filter medium 6, are not shown.
  • the sealing means 7a and 7b can be formed on the lower or upper part 2, 4 or milled out of the upper part 2 and lower part 4 sealing beads or not shown, around the holes 3 and 5 extending recesses (grooves) inserted or glued O-rings be.
  • upper part 2 and lower part 4 screw threaded holes 10 for the introduction of screws, not shown, through which the upper part 2 with the lower part 4 can be screwed.
  • the filter medium 6 is preferably present as a sheet and is cut to the size of the receiving area 11.
  • the filter medium 6 is wetted in a fluid, d. H. damp, condition, z. B. after complete wetting by a buffer or saline solution, inserted into the receiving area 11 and subsequently the connection of the lower part 4 with the upper part 2 to the ready-made Mehrfachlochplatte. 1
  • the upper part 2 After inserting a cut filter medium 6, the upper part 2 is screwed to the lower part 4 and the sealing means 7a and 7b fix and seal the filter medium 6 for each hole individually.
  • the sealing means 7a and 7b one of the plurality of holes in the upper part 2 and lower part 4 corresponding number separated in a material-tight manner from isolated reaction spaces ("wells") with one part each of the filter medium 6. This material-tight separation of the individual reaction spaces allows a uniform wetting of the individual filter media sections enclosed by the wells.
  • the multiple-hole plate 1 particularly preferably consists of two anodised aluminum plates each having 96 communicating holes in the upper part 2 and in the lower part 4 for filling the wells.
  • the underside of the base 4 may be connected to a fluid collecting device, not shown, with vacuum generating means (eg, a pump) to convey fluids through the individual reaction spaces, and possibly the individual permeate streams from each reaction space ("well") below the base 4
  • vacuum generating means eg, a pump
  • the upper part 2 can be removed from the lower part 4 by loosening the screw connection and the filter medium 6 removed and replaced by a new filter medium 6.
  • a filter medium 6 removed from the multi-well plate 1 can be subjected to further analysis For example, proteins or substrates bound to individual filter medium areas formerly defined by the sealing means 7a and 7b may be individually and selectively further examined on the removed filter medium.
  • FIG. 2 shows a cross section through the fiction, contemporary multi-hole plate 1 of Figure 1 in an exploded view.
  • the holes 3 in the upper part 2 cylindrical channels 12 having a diameter di while the holes 5 in the lower part 4 on the filter medium 6 side facing 8 have a particularly preferred frusto-conical transition region 13, which is of the diameter di narrows to the diameter d 2 , wherein on the side facing away from the filter medium 6 side 17 to the transition region 13 is followed by a cylindrical channel 14 with the diameter d 2 .
  • sealing means 7b and 7a are particularly preferred as annular sealing beads either to the upper and lower part, z.
  • the sealing means 7a and 7b provide in pairs a sealing effect limited to the end faces 15a and 15b of the sealing means 7a and 7b so that the effective filtration area per "well” is out of contact with the sealing means 7a and 7b 6 on its permeate side not on the entire surface of the filter medium 6 facing side 8 of the lower part 4 flies open, so that lateral diffusion and cross contamination between adjacent reaction chambers ("Wells") are excluded.
  • the cylindrical channels 14 of the holes in the lower part 4 are preferably formed compared to the diameter di of the cylindrical channels 12 in the upper part 2 as significantly thinner capillaries with the diameter d 2 , wherein the lower part of these cylindrical channels 14 in an opening 16 with a tapered Side walls opens, which facilitates the droplet outlet of the permeate in a fluid collecting direction with vacuum device, not shown.
  • the pressure of the screw presses the sealing means 7a and 7b firmly on both sides and in pairs onto the filter medium 6 so that cross contamination caused by capillary forces of the filter medium 6 (for example proteins) is prevented radially.
  • Example 1 Demonstration of the prevention of cross contamination between adjacent reaction spaces ("wells") of the multiple-hole plate 1 with sealing means 7a and 7b arranged in pairs on the upper and lower part
  • the filtration medium 6 consists of three layers of a microporous cellulose membrane (area per layer: 86 cm, thickness per layer 250 ⁇ ) with quaternary ammonium groups as anion-exchanging groups (Sartobind ® Q membrane from. Sartorius Stedim Biotech GmbH) and is after wetting placed by RO (reverse osmosis) water in the receiving area 11 of the lower part 4.
  • RO reverse osmosis
  • the lower part 4 After screwing with the upper part 2, the lower part 4 is positioned on a vacuum generating suction device.
  • the reaction spaces ("wells") of the assembled multiple-well plate 1 are filled via the upper part 2 with aqueous solutions (2 ml per well) of the blue and black or red dyes methylene blue, brilliant black and Ponceau S of the concentration 0.05 g / l
  • a pump generates a vacuum of 350 mbar, the dye solutions flow through the filter medium 6 and are collected in separate wells assigned to the individual wells in the collecting plates of the suction device or brilliant black and Ponceau S the membranes of the filter medium 6 and can be found in the permeate stream.
  • FIG. 3 shows the staining results for the aforementioned filter medium 6, in which in each of the wells of the individual horizontal rows of holes 3 methylene blue, brilliant black or Ponceau S solution was alternately added.
  • the staining is carried out selectively in the form of homogeneously stained circles only in the membrane area enclosed by the annular sealing means 7a and 7b. There is no undesirable radial spread of the dye molecules over the faces 15a and 15b of the paired sealant 7a and 7b and beyond the membrane surface wetted with dye solution.
  • Comparative Example 1 Occurrence of cross contamination between adjacent reaction wells ("wells") in the multi-well plate known from US 5,939,024 in which the upper part (“collimator”) has annular rims around each hole on its underside
  • the three-layer, consisting of ion exchange membrane filter medium of Example 1 is inserted into a multi-well plate according to Figures 2 and 3 of US 5,939,024, in which only the upper part on its side facing the filter medium around each hole of the upper part has an annular recess and in which the filter medium fully rests on a flat recess in the lower part of the multi-hole plate.
  • 5,939,024 is screwed analogously to Example 1 to the lower part according to FIGS. 2 and 3 from US Pat. No. 5,939,024.
  • the assembled multi-well plate is connected to the suction device of Example 1 and exposed to Example 1 a defined vacuum.
  • FIG. 4 shows the staining results for the abovementioned filter medium, in which 2 ml of a methylene blue, Ponceau S solution or brilliant black solution were introduced into the wells per well of the individual horizontal rows of holes (first row from top: Ponceau S, 0.005 wt% aqueous solution in the first well from the left, methylene blue 0.001 wt% aqueous solution in all other wells of this series, second row from the top: Ponceau S, 0.05 wt% aqueous solution, third row from above : Brilliant black, 0.05% by weight aqueous solution, fourth row from above: Brilliant black, 0.005% by weight aqueous solution, fifth row from above: methylene blue, 0.001% by weight aqueous solution).
  • the contour of the end face of the annular bulge ("lower rim") on the lower side of the upper part is shown in the fourth well from the left in the first row of the multiple-hole plate in
  • the device of this comparative example shows in these staining results on multilayer membrane adsorber stacks that adequate sealing can not be achieved and that radial transverse diffusion of the dye occurs beyond the faces of the annular protrusions on the top and thus beyond the boundaries of the individual well.
  • the staining results from the second and fourth series from above show that the dye is not homogeneously distributed over the effective filter area in the reaction space ("well") as in Example 1, but is enriched more towards the edges of the well than in the middle of the Wells annular bulges on the upper part alone in filter media from several layers of a Membranadsorbers no adequate seal can be achieved.
  • a multiple-hole plate 1 according to the invention according to FIGS. 1 and 2 is preferably used for applications in the area of "high throughput screening" in which different loading conditions with regard to the buffer composition occur in the individual "wells".
  • the prerequisite for this is that it has been proven that the salts contained in these buffer solutions can not pass through radial transverse diffusion from one well into an adjacent well.
  • the multiple-well plate 1 is equipped with three layers of an RO-water pre-wetted ion exchange membrane from Example 1 and then "column wise" with 0.5 ml of phosphate solution aH 2 PQ 4 concentration All other wells are filled with distilled water and after 15 minutes, the liquids are passed through a pressure gradient into a collection device.
  • the phosphate content of the liquids in the individual collection vessels of the collection device is determined by Cooper (Cooper , "The Tools of Biochemistry", Wiley-Interscience, 1977).
  • FIG. 5 shows the results for the phosphate detection according to Cooper for the loading of the respective 3rd, 6th, 7th, 1st, and 12th columns of a multiple-hole plate 1 according to the invention with phosphate solution (loading 0.5 ml per reaction space / "well"). with 0.16 g / l NaH 2 PO 4 ).
  • the blue-black coloration occurs only in the wells loaded with phosphate solution, but not in adjacent wells, which were rinsed only with distilled water.
  • Example 3 Recording of breakthrough curves in the high-throughput method with the multiple-hole plate according to the invention
  • Membrane breakthrough curves are generally recorded by the continuous loading of filtration units. They show if and to what extent a membrane is able to bind or retain one or more substances. Depending on the area of the membrane used, the amount of the most expensive substances to be applied is often large. Simultaneous multiple tests are not feasible for economic reasons.
  • the multiple-hole plate according to the invention allows the recording of a breakthrough curve with low consumption of analytes. It is a protein solution with constant concentration, but filled with different volumes in individual wells. At a known loading concentration, the breakdown behavior can be recorded and evaluated by an analysis of the permeate. For technical purposes, it is often sufficient to recognize when a breakthrough of a maximum of 10% of the protein in the eluate is achieved.
  • the breakthrough capacity of a filter medium of three layers of an RO-water pre-wetted ion exchange membrane of Example 1 in a multi-well plate 1 according to the invention with 12 wells is determined for bovine serum albumin.
  • the evaluation shows that in 1, 1 ml of solution added to a well, more than 10% of the initial amount of protein breaks down into the permeate.
  • FIG. 6 shows a breakthrough curve for bovine serum albumin taken with a 12-well multiple-well plate according to the invention.
  • a pre-wetted with RO water filtration medium which consists of three layers (area per layer: 86 cm, thickness per layer: 250 ⁇ ) of a Phenylaminlanden containing, crosslinked cellulose membrane (Sartobind ® phenyl), it is by means of a multi-hole plate according to the invention with 96 Reaction wells ("wells") allow to test 96 different conditions In this example, 24 different conditions are tested in each case for four parallel samples, thus the influence of salts, such as diammonium sulfate ((NH 4 ) 2 S0 4 ), on the binding of Model proteins (here: ovalbumin, lysozyme and immunoglobulin) are determined on a filter medium with several layers of membrane adsorbers by determining the concentration of protein in the passage of the individual wells The more protein is detectable in the permeate, the worse is the binding of the protein to the membrane Membrane.
  • salts such as diammonium sulfate ((NH 4 ) 2 S0
  • the maximum concentration of diammonium sulfate in the buffer is limited by the onset of precipitation of the respective protein.
  • Example 5 Studies on the effect of the endotoxin concentration and the endotoxin loading volume on the endotoxin binding capacity of membrane adsorbers in a high-throughput process with a multi-well plate 1 according to the invention with 96 wells
  • Endotoxins are decay products of bacteria and are biologically active even in the lowest concentrations. They occur in different concentrations ubiquitously in the environment. When endotoxins enter the bloodstream of animals, they can cause unwanted immune reactions. Endotoxins are lipopolysaccharides which can only be inactivated at 200 ° C.
  • adsorptive membranes can be used for Endotoxinabreichêtêt in the upstream or downstream area.
  • the endotoxin removal for adsorptive filter materials can be investigated. It is advantageous that the Mehrlochplatte can reliably depyrogenate at higher temperatures (> 200 ° C) in manufacturing the upper part 2 and the lower part 4 made of aluminum and thus is repeatedly used for the investigation of various filter materials.
  • the detection of endotoxin is carried out according to the "gel clot” method with the "LAL” test (Limulus amebocyte lysate).
  • the horseshoe crab-derived lysate (Limulus amebocyte lysate, source: Charles River Endosafe, USA, Endosafe KTA, US License No. 1 197) reacts specifically to endotoxins.
  • the liquid colorless lysate coagulates with endotoxin into a gel-like gel -
  • the limit of detection of the lysate used is 0.06 EU / ml endotoxin, which corresponds to an endotoxin concentration of 6 pg / ml. The more endotoxin in the permeate is detectable, the worse is the binding of the endotoxin to the membrane.
  • Figure 8 shows the effect of the amount of endotoxin loaded on the membrane at different loading volumes (0.25 ml, 0.50 ml and 1, 00 ml) on the binding capacity of the trilayer membrane stack for endotoxins.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mehrfachlochplatte (1), umfassend ein Oberteil (2) mit einer Vielzahl von Löchern (3), ein Unterteil (4) mit einer Vielzahl von Löchern (5), die in kommunizierender Verbindung mit den Löchern (3) des Oberteils (2) stehen, und mindestens ein Filtermedium (6), welches zwischen dem Ober- und dem Unterteil (2, 4) fixierbar ist, wobei das Oberteil (2) und das Unterteil (4) auf ihren dem Filtermedium (6) zugewandten Seiten (8, 9) um die Löcher herum verlaufende Abdichtungsmittel (7a, 7b) aufweisen, und wobei das Filtermedium (6) entlang seiner Ober- und Unterseite jeweils paarweise durch die Abdichtungsmittel (7b) des Oberteils (2) und durch die Abdichtungsmittel (7a) des Unterteils (4) fixierbar ist. Die erfindungsgemäße Mehrfachlochplatte unterbindet die Kreuzkontamination zwischen benachbarten Löchern durch radiale Querdiffusion von Analyten. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Charakterisierung von Filtermedien unter Einsatz der Mehrfachlochplatte (1) und eine Verwendung der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte (1) für die Hochdurchsatz-Analyse zur Charakterisierung von Filtermedien für die adsorptive Stofftrennung.

Description

Mehrfachlochplatte mit Filtermedium und ihre Verwendung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrfachlochplatte mit einem Oberteil und einem Unterteil mit jeweils einer Vielzahl miteinander kommunizierender Löcher und einem Filtermedium, welches durch Abdichtungsmittel zwischen dem Ober- und dem Unterteil fixierbar ist, und ihre Verwendung für Hochdurchsatz- Analysen zur Charakterisierung von Membranen für die adsorptive Stofftrennung.
Zur Charakterisierung von Membranen für die adsorptive Stofftrennung müssen eine Vielzahl von Parametern untersucht werden. Speziell für die Optimierung in der Aufarbeitung biotechnologischer Produkte ist es nicht praktikabel, in Einzelversuchen den Einfluss von Medieneigenschaften (Art und Zusammensetzung) oder die Wechselwirkung von Proteinen mit anderen Verbindungen zu betrachten. Zunehmend werden „High- Throughput-Screening"-Systeme (HTS-Systeme, Hochdurchsatz-Systeme) oder „Multi- well"-Systeme eingesetzt, die die Untersuchung einer großen Zahl von Einflußparametern in kurzer Zeit und unter reduziertem Verbrauch von teuren Medien ermöglichen. Eine große Verbreitung finden solche Systeme bereits in der Gelchromatographie. Eine Übertragung solcher HTS-Techniken auf Membranadsorber als Filtermedien ist von großem Interesse.
EP 1 566 209 AI beschreibt eine Vorrichtung für die Affinitätschromatographie zur Proteinreinigung, die es ermöglicht, verschiedene Filtermedien (z. B. Membranen) zu Testzwecken einzusetzen. Nach Zentrifugation der zu analysierenden Probe und unter Anlegen eines Vakuums können Proteine aus großen Aufgabevolumen an dem Filtermedium gebunden werden und anschließend durch Elution in einem geringen Volumen aufkon- zentriert werden. Die verwendeten Mikrofilter lassen sich auch mit einem Ultrafilter kombinieren. Die Vorrichtung ist mit verschieden großen Auffangvorrichtungen kombinierbar. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die in die Vorrichtung eingelegte Membranronde von einer Seite durch einen O-Ring abgedichtet. Da jeweils nur ein Medium mit einer Vorrichtung filtriert werden kann, ist diese Vorrichtung für ein paralleles„Screening" mehrerer Proben ungeeignet.
US 4,427,415 beschreibt eine Mehrfachlochplatte als Vakuumfiltrationseinheit zur simultanen Analyse mehrerer Substanzen. Die individuellen Löcher („Wells") eines Oberteils werden mit einzelnen Filterpapierscheiben bestückt und anschließend werden sukzessiv Lösungen mit verschiedenen Reagenzien in die Löcher eingefüllt und filtriert. Die Reagenzien werden dabei durch das Filterpapier zurückgehalten. Die Mehrfachlochplatte kann optional auch mit nur einer zusammenhängenden Filterpapierlage bestückt werden, die alle Löcher des Oberteils abdeckt. Durch aufein- anderfolgende Filtrationsprozesse können so unterschiedliche, durch den Filter zurückgehaltene Reagenzien miteinander reagieren und anschließend untersucht werden (Mikroskopie, Spektrometrie). Die Filtrationseinheit wird mittels Vakuum betrieben und ist durch eine Kunststoffdichtung auf einer Unterdruckeinheit plaziert, wobei die Dichtung peripher in einer Vertiefung der Unterdruckeinheit angeordnet ist. Bezüglich unerwünschter Kreuzkontaminationen zwischen benachbarten Löchern sind hierbei der nicht optimierte Fluidablauf aus den zylindrischen Wells, der nur unter Unterdruckanwendung möglich ist, und die Querdiffusion auf dem Filterpapier problematisch, weil die Mehrfachlochplatte keine Dichtungsmittel zwischen Oberteil und Unterteil aufweist, die für eine individuelle Abdichtung der einzelnen Löcher im Oberteil sorgt.
WO 01/87484 A2 beschreibt eine Einweg-Multiwell-Filterplatte, bei der an die untere Oberfläche der Filterplatte eine Membranfilterlage geklebt ist. Der Filterlage besteht aus einer oberen und einer unteren Oberfläche, wobei die obere Oberfläche die Filterdicke teilweise durchsetzende Einschnitte zum Eindringen eines Klebstoffs in die Filterlage hat, um eine Versiegelung zu bilden und die Filterlage mit der Unterseite der Platte zu verbinden. Die Anwendung eines Klebstoffs als Dichtmittel ist aufgrund der möglichen Kontamination des Filtrats durch herausgelöste Klebstoffkomponenten für viele biotechnologische Anwendungen nicht akzeptabel. Außerdem ist ein Austausch der Filterlage in der Filterplatte nicht möglich. US 4,902,481 offenbart eine Multiwell-Filtrationseinheit mit einem Ober- und einem Unterteil, bei der die einzelnen Löcher („Wells") voneinander fluiddicht isoliert sind und durch Anpressen des Oberteils an das Unterteil oder durch Klebe- oder Schnappverbindung zwischen Ober- und Unterteil abgedichtet sind. Jedes einzelne Loch wird mit einer individuellen Membranronde bestückt. Die Ausläufe der einzelnen Wells sind so eng gestaltet, daß kein Fluss allein aufgrund der Schwerkraft stattfindet und daß die sich am Auslauf bildenden, nicht ablaufenden Tropfen des Filtrats eine unerwünschte Quervermischung zwischen benachbarten Löchern erzeugen können.
Für die Aufreinigung von Proteinen sind Mehrfachlochstreifen der Firma Sartorius Stedim Biotech GmbH bekannt („Vivawell Vac8 purification Strips"), in denen acht einzelne Löcher mit einzelnen Membranen bestückt sind. Zwölf dieser Streifen lassen sich durch das Aufstecken in eine Halterung zu einer 96er-Mehrfachlochplatte kombinieren. In den Streifen sind die Membranen der einzelnen Löcher vollständig fluiddicht voneinander getrennt. Ein großer Nachteil dieser Vorrichtung ist jedoch die aufwendige Bestückung jedes einzelnen Loches mit einem individuellen Membranstanzling. Diese Stanzlinge müssen einzeln gestanzt, in die Wells eingesetzt und durch Hülseneinsätze, welche in die individuellen Wells eingesetzt werden, abgedichtet werden. Desweiteren ist eine gleichmäßige Durchströmung der Membranstanzlinge durch teilweise Auflage der Membranstanzlinge auf dem Lochboden der Permeatseite nicht gewährleistet. Ähnliche Nachteile ergeben sich auch für andere kommerziell verfügbare Platten („Filter Bottom Microplates", Seahorse Bioscience) für„Screening"-Applikationen. Diese werden speziell zur Ultrafiltration angeboten. Dabei sind der Ablauf und die Abdichtung der Löcher nicht für Membranadsorber ausgelegt. Auch hier müssen die Löcher einzeln bestückt werden. Aus US 5,047,215 ist eine Mehrfachlochplatte bekannt, deren Unterteil um jede Öffnung (jedes "Well") eine angeformte, ringförmige Wulst hat, welche in eine korrespondierende ringförmige Vertiefung an der Unterseite eines Oberteils der Mehrfachlochplatte eingreift, wobei ein mikroporöses Membranblatt zwischen Ober- und Unterteil eingelegt ist. Das Oberteil wird mit dem Unterteil zur Abdichtung der einzelnen„Wells" verschweißt, so daß nach erfolgtem Verschweißen des Oberteils mit dem Unterteil in den einzelnen Löchern der Platte jeweils separierte Membranstücke vorliegen. Abgesehen davon, daß die separierten Membranstücke nicht ohne erheblichen Aufwand aus der Mehrfachlochplatte nach der Filtration zur weiteren Analyse entnommen werden können, wirkt sich das vorgenannte Verschweißen nachteilig auf thermisch wenig belastbare Membranmaterialien, z. B. auf Basis von Polysacchariden, aus, so daß in den Randbereichen der Membranstücke, die benachbart zu der durch Verschweißen hergestellten Abdichtung liegen, die Filtrationseigenschaften der Membranstücke beeinträchtigt sein können.
EP 1 854 542 AI offenbart eine Mehrfachlochplatte mit einer oberen Filterplatte mit einer Vielzahl von Röhren, die jeweils die oberen, zylindrischen Abschnitte der Kanäle der Löcher umfassen. Die Mehrfachlochplatte weist weiterhin ein Unterteil auf, welches die unteren Abschnitte der Löcher umfaßt, die aus einem kegelstumpfförmigen Übergangsbereich und einem an diesen angeschlossenen, zylindrischen unteren Röhrenteil bestehen, dessen Durchmesser kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Kanalabschnitte im Oberteil ist. In jedes der Löcher werden individuelle Filterronden eingelegt, die auf dem oberen Rand der kegelstumpfförmigen Übergangsbereiche in dem Unterteil zu liegen kommen.
US 5,939,024 offenbart eine Mehrfachlochplatte, bei welcher eine Kreuzkontamination zwischen den einzelnen Löchern minimiert wird und welche aus einem Oberteil ("Collimator"), einem Unterteil ("Holding tray") und einem dazwischen eingelegten Filterblatt besteht. Damit zwischen den individuellen Löchern eine Kreuzkontamination durch radiale Querdiffusion von Analyten reduziert wird, weist der untere Teil eines jeden Lochkanals im Oberteil eine ringförmige Ausbuchtung ("lower rim") mit halbkreisförmigem Querschnitt auf, durch welche das Filterblatt auf die plane Oberfläche des Unterteils vollflächig angedrückt wird. Die Vorrichtung wird in der Autoradiographie und für„Liquid Scintillation Counting"-Verfahren eingesetzt, bei welchen ein Filterblatt, auf welchem Analyt immobilisiert ist, zwischen Ober- und Unterteil eingelegt wird, und die Membransegmente in den einzelnen Löchern nachfolgenden Behandlungsschritten mit weiteren Reagenzien unterzogen werden. Diese Vorrichtung, die sich prinzipiell hervorragend für die vorgenannten Verfahren bewährt hat, weist den Nachteil auf, daß sie aufgrund der unzureichenden Abdichtung der individuellen Löcher und der planen Konstruktion der Auflagefläche für das Filterblatt im Unterteil („Holding Tray") ungeeignet ist für Filtrationsprozesse, die auf adsorptiven Stofftrennungen beruhen und bei welchen (bio)chemische Bindungsreaktionen quantitativ bilanziert werden müssen.
Bei Verwendung eines Stapels aus mehreren blattförmigen Membranadsorberlagen in einer Mehrfachlochplatte gemäß US 5,939,024 für adsorptive Stofftrennprozesse wird eine unerwünschte Kreuzkontamination zwischen den einzelnen Löchern durch radiale Querdiffusion über das individuelle Loch hinaus, welches nur durch die ringförmigen Ausbuchtungen am Oberteil abgedichtet wird, beobachtet. Bei Verwendung eines Stapels aus mehreren Membranadsorberlagen als Filtermedium sind die in US 5,939,024 vorgeschlagenen Abdichtungsmittel nicht ausreichend, um eine Kreuzkontamination zwischen benachbarten Löchern auszuschließen. Diese unerwünschte Ausbreitung von Analyten über die peripheren Lochgrenzen hinaus verursacht Fehler in der Bilanzierung bezüglich der Adsorption des Analyten pro Membranfläche, z. B. bei Bindungsstudien.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Mehrfachlochplatte bereitzustellen, bei welcher während der Hochdurchsatz-Analytik („High-Throughput- Screening") die Kreuzkontamination durch Querdiffusion des Analyten über die Lochbegrenzungen hinaus ausgeschlossen ist.
Weiterhin liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte für die Charakterisierung von Membranen für die adsorptive Stofftrennung vorzuschlagen. Diese Aufgaben werden durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelöst.
Die die Mehrfachlochplatte betreffende Aufgabe wird durch die Mehrfachlochplatte nach Anspruch 1 gelöst, welche
- ein Oberteil mit einer Vielzahl von Löchern,
- ein Unterteil mit einer Vielzahl von Löchern,
die in kommunizierender Verbindung mit den Löchern des Oberteils stehen, und
- mindestens ein Filtermedium, welches zwischen Ober- und Unterteil fixierbar ist, umfaßt, wobei das Oberteil und das Unterteil auf ihren dem Filtermedium zugewandten Seiten um die Löcher herum verlaufende Abdichtungsmittel aufweisen, und wobei das Filtermedium entlang seiner Ober- und Unterseite jeweils paarweise durch die Abdichtungsmittel des Oberteils und durch die Abdichtungsmittel des Unterteils fixierbar ist. Aufgrund der jeweils paarweisen Fixierung des Filtermediums durch korrespondierende Abdichtungsmittel an Ober- und Unterteil wird eine Kreuzkontamination zwischen benachbarten Löchern, die die Stoffbilanzierung für das in einem Loch eingeschlossene Stück des Filtermediums verfälschen würde, zuverlässig ausgeschlossen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Filtermedium ein Membranblatt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Filtermedium eine Vielzahl von übereinandergestapelten Membranblättern. Die erfindungs gemäße Vorrichtung hat sich insbesondere beim Einsatz von Filtermedien umfassend eine Mehrzahl von übereinandergestapelten Membranblättern mit bis zu 10 Membranblättern, bevorzugt bis zu sechs Membranblättern und am meisten bevorzugt mit bis zu vier Membranblättern bewährt, um die Kreuzkontamination bzw. Querdiffusion zwischen benachbarten Löchern zu vermeiden. Bei diesen beiden vorgenannten Ausführungsformen ist das Membranblatt - entweder als einzige Komponente des Filtermediums oder als Bestandteil eines Stapels von Membranblättern, welcher das Filtermedium bildet - bevorzugt eine mikroporöse Membran, an welche über optionale Abstandshalter Liganden gebunden sind. Die Liganden können funktionelle Gruppen sein, welche chemische oder physikalische Wechselwirkungen mit den zu untersuchenden Analyten eingehen. Unter chemischer oder physikalischer Wechselwirkung wird jede Art von ionogener, kovalenter, polarer oder hydrophober Wechselwirkung zwischen den Liganden und den Molekülen des Analyten verstanden.
Besonders bevorzugt besteht das Membranblatt aus Cellulosederivaten, besonders bevorzugt Cellulose oder Celluloseacetat.
Bei den vorgenannten Ausführungsformen ist das Filtermedium bevorzugt mit einem Fluid benetzt, d. h. das Filtermedium ist bevorzugt in feuchtem Zustand, z. B. nach vollständiger Benetzung durch ein Fluid (z. B. eine Puffer- oder Salzlösung), in der erfindungsgemäßen Vorrichtung fixiert, bevor eine Analyse mit der erfindungs gemäßen Vorrichtung durchgeführt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Abdichtungsmittel ringförmige Dichtwülste, welche an die dem Filtermedium zugewandten Seiten des Unterteils und des Oberteils angeformt sind.
Alternativ ist es möglich, daß um die Löcher herum auf den dem Filtermedium zuge- wandten Seiten des Oberteils und/oder des Unterteils Vertiefungen ausgebildet sind, in welche O-Ringe als Abdichungsmittel einlegbar bzw. fixierbar sind.
Alternativ können die Abdichtungsmittel ringförmige Dichtwülste sein, welche auf den dem Filtermedium zugewandten Seiten des Unterteils und des Oberteils herausgefräst sind. Diese Ausführungsform ermöglicht eine schnelle und kostengünstige Produktion des Ober- und des Unterteils aus„monolithischen" (einstückigen) Rohlingen, in welche die Vielzahl der Löcher eingebracht werden kann, wobei die Erhebungen der um die Löcher herum verlaufenden Dichtwülste aus dem Rohling herausgefräst werden können.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn das zwischen Ober- und Unterteil fixierte Filtermedium durch die jeweiligen Abdichtungsmittel des Ober- und Unterteils paarweise fixierbar ist. Auf diese Weise wird vermieden, daß das Filtermedium auf seiner Permeatseite vollflächig auf der dem Filtermedium zugewandten Seite des Unterteils aufliegt, wodurch eine unerwünschte radiale Querdiffusion von Analyten begünstigt würde.
Um eine Kreuzkontamination zwischen benachbarten Löchern zu vermeiden, aber dennoch einen hohen Fluß an zu filtrierendem Fluid durch die erfindungsgemäße Mehrfachlochplatte sicherzustellen, hat es sich bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform bewährt, wenn die Vielzahl der Löcher im Oberteil zylindrische Kanäle mit einem Durchmesser di sind und wenn die Vielzahl der mit diesen zylindrischen Kanälen kommunizierenden Löcher im Unterteil auf ihrer dem Filtermedium zugewandten Seite jeweils einen Übergangsbereich aufweisen, der sich von dem Durchmesser d) auf einen Durchmesser d2 verengt, wobei sich auf der dem Filtermedium abgewandten Seite des Unterteils an den Übergangsbereich jeweils ein zylindrischer Kanal mit dem Durchmesser d2 anschließt.
Optimale Ergebnisse bezüglich der Vermeidung einer Kreuzkontamination bei gleichzeitig sehr hohem Fluidfluß durch die Mehrfachplatte ergeben sich, wenn das Verhältnis zwischen den vorgenannten Durchmessern di zu d2 mindestens 4,0, bevorzugt mindestens 6,6 und besonders bevorzugt mindestens 8,0 beträgt.
Bevorzugt ist das Oberteil mit dem Untereil durch Verschraubung, Verklebung, Verrastung oder durch eine Klemm- oder Schnappverbindung verbindbar. Besonders bevorzugt ist eine Schraubverbindung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ober- und/oder das Unterteil aus Aluminium oder Kunststoff gefertigt. Bei dieser Ausführungs- form sind besonders kostengünstig monolithische, gelochte Rohlinge für das Unter- und Oberteil herstellbar, bei welchen die Abdichtungsmittel, welche um die Löcher des Oberteils bzw. des Unterteils verlaufen, durch Herausfräsen erzeugbar sind.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung eines Filtermediums unter Verwendung der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte, umfassend die Schritte:
A) Vorbenetzen des Filtermediums mit einem Fluid,
B) Einlegen des Filtermediums in einen Aufnahmebereich des Unterteils der Mehrfachlochplatte und Verbinden des Oberteils der Mehrfachlochplatte mit dem Unterteil unter paarweisem Fixieren des Filtermediums durch die Abdichtungsmittel der Mehrfachlochplatte,
C) Filtrieren mindestens eines Analyten durch das Filtermedium durch die miteinander kommunizierenden Löcher des Ober- und Unterteils der Mehrfachlochplatte, wobei der Analyt mit dem Filtermedium mindestens eine physikalische und/oder chemische Wechselwirkung eingeht,
D) Entfernen des Oberteils von dem Unterteil, und
E) Entnehmen des Filtermediums aus dem Aufnahmebereich und Analysieren der in Schritt C) erfolgten Wechselwirkung zwischen Filtermedium und Analyt.
Weiterhin wird eine Verwendung der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte für die Hochdurchsatz-Analyse zur Charakterisierung von Membranen für die adsorptive Stofftrennung bereitgestellt. Erfindungsgemäße Verwendungen umfassen automatisierte Chromatographieprozesse zum Screening und zur Optimierung von Polishing- und Capturing-Prozessen bei der Aufreinigung von Proteinen und Mikroorganismen, die Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Aminosäureverbindungen und der Stabilität und des Verhaltens von Membranen gegenüber unterschiedlichen Substanzen sowie simultane chemische Reaktionen ein und desselben Filtermediums mit variablen Modifizierungsreagenzien oder die Enzymimmobilisierung für verschiedene bioanalytische Nachweismethoden.
Besonders bevorzugt ist eine Verwendung der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte, bei welcher die Charakterisierung von Membranen durch Aufnahme einer Durchbruchskurve für ein Protein erfolgt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
In den Figuren zeigen:
Figur 1 : eine Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte
bestehend aus Oberteil, Filtermedium und Unterteil,
Figur 2: einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Mehrfachlochplatte nach
Figur 1 mit Oberteil, Filtermedium, Unterteil und
paarweise das Filtermedium fixierenden Abdichtungsmitteln,
Figur 3 : Anfärbungsergebnisse für das Filtermedium in einer erfindungsgemäßen
Mehrfachlochplatte,
Figur 4: Anfärbungsergebnisse für das Filtermedium in einer Mehrfachlochplatte aus dem Stand der Technik,
Figur 5: Ergebnisse für den Phosphatnachweis nach Cooper in einer erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte, Figur 6: eine Durchbruchskurve für bovines Serumalbumin, welche unter
Verwendung der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte ermittelt wird, Figur 7: den Einfluß der (NH4)2S0 -Konzentration in wäßriger Lösung auf die Bindungsfähigkeit eines Membranstapels der erfindungsgemäßen
Mehrfachlochplatte für Ovalbumin, Lysozym und Immunoglobulin und
Figur 8: den Einfluß der auf die Membran geladenen Endotoxinmenge bei
unterschiedlichen Beladungsvolumina auf die Endotoxin-Bindungsfähigkeit eines Membranstapels der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte. Figur 1 zeigt eine Mehrfachlochplatte 1 in Explosionsdarstellung, welche aus einem Oberteil 2 mit einer Vielzahl von Löchern 3 und aus einem Unterteil 4 mit einer Vielzahl von Löchern 5 und einem zwischen Oberteil 2 und Unterteil 4 befindlichen Filtermedium 6 besteht. Figur 1 zeigt weiterhin Abdichtungsmittel 7a, die auf der dem Filtermedium 6 zugewandten Seite 8 des Unterteils 4 um die Löcher 5 herum verlaufen. Die korres- pondierenden Abdichtungsmittel 7b auf der Seite 9 des Oberteils 2, die dem Filtermedium 6 zugewandt ist, sind nicht gezeigt. Die Abdichtungsmittel 7a und 7b können an das Unter- bzw. Oberteil 2, 4 angeformte oder aus dem Oberteil 2 und Unterteil 4 herausgefräste Dichtwülste oder in nicht gezeigte, um die Löcher 3 bzw. 5 verlaufende Vertiefungen (Rillen) eingelegte oder eingeklebte O-Ringe sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen Oberteil 2 und Unterteil 4 Schraubgewindebohrungen 10 für die Einführung von nicht gezeigten Schrauben auf, durch welche das Oberteil 2 mit dem Unterteil 4 verschraubbar ist. Das Filtermedium 6 liegt bevorzugt als Blatt vor und wird auf die Größe des Aufnahmebereichs 11 zugeschnitten. Bevorzugt wird das Filtermedium 6 in mit einem Fluid benetztem, d. h. feuchten, Zustand, z. B. nach vollständiger Benetzung durch eine Puffer- oder Salzlösung, in den Aufnahmebereich 11 eingelegt und nachfolgend erfolgt die Verbindung des Unterteils 4 mit dem Oberteil 2 zu der gebrauchsfertigen Mehrfachlochplatte 1.
Nach Einlegen eines zugeschnittenen Filtermediums 6 wird das Oberteil 2 mit dem Unterteil 4 verschraubt und die Abdichtungsmittel 7a und 7b fixieren und dichten das Filtermedium 6 für jedes Loch einzeln ab. Hierbei wird durch die Abdichtungsmittel 7a und 7b eine der Vielzahl der Löcher in Oberteil 2 und Unterteil 4 entsprechende Anzahl an isolierten Reaktionsräumen („Wells") mit jeweils einem Teil des Filtermediums 6 stoffdicht abgetrennt. Diese stoffdichte Abtrennung der einzelnen Reaktionsräume erlaubt eine gleichmäßige Benetzung der einzelnen von den Wells eingeschlossenen Filtermedienabschnitte.
Die erfindungsgemäße Mehrfachlochplatte 1 besteht besonders bevorzugt aus zwei eloxierten Aluminiumplatten mit jeweils 96 miteinander kommunizierenden Löchern im Oberteil 2 und im Unterteil 4 zur Befüllung der Wells.
Die Unterseite des Unterteils 4 kann mit einer nicht gezeigten Fluidauffangvorrichtung mit Vakuumerzeugungseinrichtung (z. B. einer Pumpe) verbunden sein, um Fluide durch die einzelnen Reaktionsräume zu befördern und ggf. die individuellen Permeatströme aus jedem Reaktionsraum („Well") unterhalb des Unterteils 4 aufzusammeln und ggf. zu analysieren. Nach abgeschlossener Analyse kann das Oberteil 2 über ein Lösen der Schraubverbindung vom Unterteil 4 entfernt werden und das Filtermedium 6 entnommen und durch ein neues Filtermedium 6 ersetzt werden. Ein der Mehrfachlochplatte 1 entnommenes Filtermedium 6 kann einer weiteren Analytik unterzogen werden, wobei z. B. Proteine bzw. Substrate, die an individuelle Filtermediumareale, die vormals durch die Abdichtungsmittel 7a und 7b abgegrenzt wurden, gebunden sind, auf dem ausgebauten Filtermedium individuell und punktuell weiter untersucht werden können.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die erfindungs gemäße Mehrfachlochplatte 1 nach Figur 1 in Explosionsdarstellung. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte stellen die Löcher 3 im Oberteil 2 zylindrische Kanäle 12 mit einem Durchmesser di dar, während die Löcher 5 im Unterteil 4 auf der dem Filtermedium 6 zugewandten Seite 8 einen besonders bevorzugt kegelstumpfförmigen Übergangsbereich 13 aufweisen, der sich von dem Durchmesser di auf den Durchmesser d2 verengt, wobei sich auf der dem Filtermedium 6 abgewandten Seite 17 an den Übergangsbereich 13 ein zylindrischer Kanal 14 mit dem Durchmesser d2 anschließt. Um die Löcher 3 des Oberteils 2 und um die Löcher 5 des Unterteils 4 verlaufen jeweils Abdichtungsmittel 7b bzw. 7a, die besonders bevorzugt als ringförmige Dichtwülste entweder an das Ober- und Unterteil, z. B. in Form von O-Ringen, angeformt sind oder aus diesem herausgefräst sind. Die Abdichtungsmittel 7a und 7b sorgen jeweils paarweise für eine auf die Stirnflächen 15a und 15b der Abdichtungsmittel 7a und 7b beschränkte Abdichtungswirkung, so daß die wirksame Filtrationsfläche pro„Well" keinen Kontakt zu den Abdichtungsmitteln 7a und 7b hat. Hierdurch ist sichergestellt, daß das Filtermedium 6 auf seiner Permeatseite nicht vollflächig auf der dem Filtermedium 6 zugewandten Seite 8 des Unterteils 4 auffliegt, so daß Querdiffusion und Kreuzkontamination zwischen benachbarten Reaktionsräumen („Wells") ausgeschlossen sind.
Der zylindrischen Kanäle 14 der Löcher im Unterteil 4 sind bevorzugt im Vergleich zu dem Durchmesser di der zylindrischen Kanäle 12 im Oberteil 2 als signifikant dünnere Kapillaren mit dem Durchmesser d2 ausgebildet, wobei der untere Teil dieser zylindrischen Kanäle 14 in eine Öffnung 16 mit spitz zulaufenden Seitenwänden mündet, welche den Tropfenablauf des Permeats in eine nicht dargestellte Fluidauffangrichtung mit Vakuumeinrichtung erleichtert.
Im gebrauchsfertig montieren Zustand der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte 1 preßt der Druck der Verschraubung die Abdichtungsmittel 7a und 7b beidseitig und paarweise fest auf das Filtermedium 6, so daß radial zur Strömungsrichtung durch Kapillarkräfte des Filtermediums 6 verursachte Kreuzkontaminationen (durch z. B. Proteine) verhindert werden.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden durch die Beispiele näher erläutert, ohne jedoch durch diese in irgendeiner Weise eingeschränkt zu sein.
Beispiel 1 : Nachweis der Unterbindung der Kreuzkontamination zwischen benachbarten Reaktionsräumen („Wells") der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte 1 bei paarweise an Ober- und Unterteil angeordneten Abdichtungsmitteln 7a und 7b Zum Nachweis der Abdichtung der einzelnen in den Reaktionsräumen („Wells") eingeschlossenen Abschnitte des Filtermediums 6 durch die Abdichtungsmittel 7a und 7b für bindende Substanzen werden Farbstofftests durchgeführt. Das Filtrationsmedium 6 besteht aus drei Lagen einer mikroporösen Cellulose-Membran (Fläche pro Lage: 86 cm , Dicke je Lage 250 μπι) mit quaternären Ammoniumgruppen als anionenaustauschenden Gruppen (Sartobind® Q-Membran der Fa. Sartorius Stedim Biotech GmbH) und wird nach Benetzung durch RO(Reverse-Osmose)-Wasser im Aufnahmebereich 11 des Unterteils 4 plaziert. Nach Verschrauben mit dem Oberteil 2 wird das Unterteil 4 auf einer Unterdruck erzeugenden Absaugeinrichtung positioniert. Die Reaktionsräume („Wells") der assemblierten Mehrfachlochplatte 1 werden über das Oberteil 2 mit wäßrigen Lösungen (2 ml pro Well) der blauen und schwarzen bzw. roten Farbstoffe Methylenblau, Brillant- Schwarz und Ponceau S der Konzentration 0,05 g/1 befüllt. Anschließend erzeugt eine Pumpe ein Vakuum von 350 mbar, die Farbstofflösungen durchströmen das Filtermedium 6 und werden in separaten, den einzelnen Wells zugeordneten Vertiefungen in den Auffangplatten der Absaugeinrichtung gesammelt. Wird die Bindekapazität der Membran für Farbstoff nicht überschritten, durchströmt lediglich das nicht bindende Methylenblau bzw. Brillant-Schwarz und Ponceau S die Membranen des Filtermediums 6 und kann im Permeatstrom gefunden werden.
Figur 3 zeigt die Anfärbungsergebnisse für das vorgenannte Filtermedium 6, bei welchem in die Wells der einzelnen waagerechten Lochreihen der Löcher 3 abwechselnd jeweils Methylenblau-, Brillant-Schwarz- oder Ponceau-S-Lösung gegeben wurde. Die Anfärbung erfolgt selektiv in Form homogen angefärbter Kreise nur in dem Membranbereich, der von den ringförmigen Abdichtungsmitteln 7a und 7b eingeschlossen wird. Es erfolgt keine unerwünschte radiale Ausbreitung der Farbstoffmoleküle über die Stirnflächen 15a und 15b der paarweise angeordneten Abdichtungsmittel 7a und 7b und über die mit Farbstofflösung benetzte Membranfläche hinaus.
Vergleichsbeispiel 1 : Auftreten von Kreuzkontaminationen zwischen benachbarten Reaktionsräumen („Wells") bei der aus US 5,939,024 bekannten Mehrfachlochplatte, bei der das Oberteil („Collimator") an seiner Unterseite um jedes Loch ringförmige Ausbuch- tungen („lower rims") aufweist Das dreilagige, aus Ionenaustauschermembranen bestehende Filtermedium aus Beispiel 1 wird in eine Mehrfachlochplatte gemäß der Figuren 2 und 3 aus US 5,939,024 eingelegt, bei der nur das Oberteil an seiner dem Filtermedium zugewandten Seite um jedes Loch des Oberteils eine ringförmige Ausbuchtung aufweist und bei welcher das Filtermedium vollflächig auf einer planen Vertiefung im Unterteil der Mehrfachlochplatte aufliegt. Das Oberteil gemäß der Figuren 2 und 3 aus US 5,939,024 wird analog Beispiel 1 mit dem Unterteil gemäß der Figuren 2 und 3 aus US 5,939,024 verschraubt. Die assemblierte Mehrfachlochplatte wird mit der Absaugeinrichtung aus Beispiel 1 verbunden und nach Beispiel 1 einem definierten Vakuum ausgesetzt.
Figur 4 zeigt die Anfarbungsergebnisse für das vorgenannte Filtermedium, bei welchem pro Well der einzelnen waagerechten Lochreihen jeweils 2 ml einer Methylenblau-, Ponceau-S-Lösung oder Brillant-Schwarz-Lösung in die Wells gegeben wurden (Erste Reihe von oben: Ponceau S, 0,005 gew%-ige wäßrige Lösung im ersten Well von links, Methylenblau 0,001 gew%-ige wäßrige Lösung in allen übrigen Wells dieser Reihe, zweite Reihe von oben: Ponceau S, 0,05 gew%-ige wäßrige Lösung, dritte Reihe von oben: Brillantschwarz, 0,05 gew%-ige wäßrige Lösung, vierte Reihe von oben: Brillantschwarz, 0,005 gew%-ige wäßrige Lösung, fünfte Reihe von oben: Methylenblau, 0,001 gew%-ige wäßrige Lösung). Zur Verdeutlichung der radialen Querdiffusion des Farbstoffs ist im vierten Well von links in der ersten Reihe der Mehrfachlochplatte in Figur 4 die Kontur der Stirnfläche der ringförmigen Ausbuchtung („lower rim") an der Unterseite des Oberteils eingezeichnet.
Die Vorrichtung nach diesem Vergleichsbeispiel zeigt bei diesen Anfärbungsergebnissen an mehrlagigen Membranadsorber-Stapeln, daß keine ausreichende Abdichtung erzielt werden kann und daß eine radiale Querdiffusion des Farbstoffs über die Stirnflächen der ringförmigen Ausbuchtungen am Oberteil und somit über die Begrenzungen des individuellen Wells hinaus auftritt. Außerdem zeigen die Anfärbeergebnisse aus der zweiten und vierten Reihe von oben, daß der Farbstoff nicht homogen über die wirksame Filterfläche im Reaktionsraum („Well") wie in Beispiel 1 verteilt ist, sondern zu den Rändern des Wells hin stärker angereichert wird als in der Mitte des Wells. Mit den ringförmigen Ausbuchtungen am Oberteil allein ist bei Filtermedien aus mehreren Lagen eines Membranadsorbers keine ausreichende Abdichtung erzielbar.
Beispiel 2: Nachweis des Ausschlusses von Kreuzkontamination zwischen benachbarten Reaktionsräumen („Wells") mittels des Phosphattests nach Cooper
Eine erfindungsgemäße Mehrfachlochplatte 1 nach den Figuren 1 und 2 wird vorzugsweise für Applikationen im Bereich des „High-Throughput-Screening" eingesetzt, bei welchen in den einzelnen„Wells" unterschiedliche Beladungsbedingungen bezüglich der Pufferzusammensetzung auftreten. Voraussetzung hierfür ist, daß nachweislich auch die in diesen Pufferlösungen enthaltenen Salze nicht durch radiale Querdiffusion von einem Well in ein benachbartes Well gelangen können. Für den Nachweis, daß auch anorganische Salzlösungen in den Wells keine Kreuzkontaminationen verursachen, wird die Mehrfachlochplatte 1 mit drei Lagen einer mit RO-Wasser vorbenetzten Ionenaustauschermembran aus Beispiel 1 bestückt und anschließend„spaltenweise" mit 0,5 ml Phosphatlösung aH2PQ4 der Konzentration 0,16 g/l pro Well benetzt. Alle anderen Wells werden mit destillierten Wasser befüllt. Nach 15 Minuten werden die Flüssigkeiten durch einen Druckgradienten in eine Auffangvorrichtung geleitet. Der Phosphatgehalt der Flüssigkeiten in den individuellen Auffangbehältern der Auffang- Vorrichtung wird nach Cooper (Cooper,„The Tools of Biochemistry", Wiley-Interscience, 1977) bestimmt. Bei diesem Nachweis nach Cooper handelt es sich um einen hochempfindlichen Nachweis, der es ermöglicht, Phosphationen noch in einer Grenzkonzentration von 2 μg/ml durch intensive Blauschwarzfärbung nachzuweisen. Figur 5 zeigt die Ergebnisse für den Phosphatnachweis nach Cooper für die Beladung der jeweils 3., 6., 7., 1 1. und 12. Spalte einer erfindungs gemäßen Mehrfachlochplatte 1 mit Phosphatlösung (Beladung 0,5 ml pro Reaktionsraum/" Well" mit 0,16 g/l NaH2P04 ). Die Blauschwarzfärbung tritt nur in den mit Phosphatlösung beladenen Wells auf, nicht jedoch in angrenzenden Wells, die lediglich mit destilliertem Wasser gespült wurden. Beispiel 3: Aufnahme von Durchbruchskurven im Hochdurchsatzverfahren mit der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte
Durchbruchskurven von Membranen werden im Allgemeinen durch die kontinuierliche Beladung von Filtrationseinheiten aufgezeichnet. Sie zeigen, ob und in welchem Ausmaß eine Membran in der Lage ist, einen oder mehrere Stoffe zu binden oder zurückzuhalten. Je nach Fläche der eingesetzten Membran ist die aufzubringende Menge an den meist teuren Substanzen oft groß. Simultane Mehrfachtests sind so aus ökonomischen Gründen nicht durchführbar.
Die erfindungsgemäße Mehrfachlochplatte ermöglicht die Aufnahme einer Durchbruchskurve unter geringem Verbrauch an Analyten. Es wird eine Proteinlösung mit gleichbleibender Konzentration, jedoch mit unterschiedlichen Volumina in einzelne Wells gefüllt. Bei bekannter Beladungskonzentration kann durch eine Analyse des Permeats das Durchbruchverhalten aufgenommen und bewertet werden. Für technische Zwecke ist es oftmals ausreichend, zu erkennen, wann ein Durchbruch von maximal 10 % des Proteins im Eluat erreicht wird.
Die Korrelation von mit der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte erhaltenen Durchbruchskurven mit Durchbruchskurven, die konventionell mittels der vorgenannten kontinuierlichen Beladung ein und derselben Filtrationseinrichtung mit steigenden Beladungskonzentrationen erhalten wurden, ist hervorragend.
Die Durchbruchskapazität eines Filtermediums aus drei Lagen einer mit RO- Wasser vorbenetzten Ionenaustauschermembran aus Beispiel 1 in einer erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte 1 mit 12 Wells wird für bovines Serumalbumin bestimmt. Die 12 Wells wurden mit 12 unterschiedlichen Volumen Ausgangslösung (Tris/HCl, pH = 7,4) mit einer Konzentration von 0,35 g/1 bovinem Serumalbumin beladen (jeweils 6 Parallelproben). Anschließend wurde die Konzentration an bovinem Serumalbumin im Permeat bestimmt. Die Auswertung zeigt, dass bei 1 ,1 ml an in ein Well gegebener Lösung mehr als 10 % der Ausgangsmenge an Protein in das Permeat durchbrechen. Bei einem Filtermedium mit drei Lagen Membran pro Well bei einer Fläche von 0,7 cm2 beträgt die dynamische Bindekapazität bei 10 % Durchbruch 0,54 mg/cm2. Figur 6 zeigt eine Durchbruchskurve für bovines Serumalbumin, welche mit einer erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte mit 12 Wells aufgenommen wurde.
Beispiel 4: Untersuchung des Einflusses der Salzkonzentration auf das Proteinbin- devermögen von Membranadsorbern im Hochdurchsatzverfahren mit einer erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte 1 mit 96 Wells
Für großtechnische Prozesse ist es nötig, Prozeßbedingungen schon im kleinen Maßstab für Membranadsorber zu optimieren. Da Proteinwechselwirkungen und Pufferzusammen- setzung sehr komplex sind, sind oft viele Versuche nötig, um verbesserte Bedingungen oder auch geeignete Membranen für die Prozesse zu finden. In Hochdurchsatzverfahren kann eine Vielzahl von Prozessparametern simultan überprüft werden. Für ein mit RO- Wasser vorbenetztes Filtrationsmedium, welches aus drei Lagen (Fläche pro Lage: 86 cm , Dicke pro Lage: 250 μιη) einer Phenylaminliganden enthaltenden, vernetzten Cellulosemembran (Sartobind® Phenyl) besteht, ist es mittels einer erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte 1 mit 96 Reaktionsräumen („Wells") möglich, 96 verschiedene Bedingungen zu überprüfen. In diesem Beispiel werden 24 verschiedene Bedingungen zu jeweils vier Parallelproben getestet. Damit kann der Einfluss von Salzen, wie Diammoniumsulfat ((NH4)2S04), auf die Bindung von Modellproteinen (hier: Ovalbumin, Lysozym und Immunoglobulin) auf ein Filtermedium mit mehreren Lagen Membranadsorbern ermittelt werden. Hierzu wird die Konzentration an Protein im Durchlauf der einzelnen Wells bestimmt. Je mehr Protein im Permeat nachweisbar ist, umso schlechter ist die Bindung des Proteins an die Membran.
Figur 7 zeigt den Einfluß der ( H4)2S04-Konzentration in wäßriger Lösung (0,1 M Natriumphosphatpuffer (NaPi), pH = 7; 8 Konzentrationen an (NH4)2S04 bis maximal 1,7 M, Beladung des jeweiligen Proteins pro Well 0,8 mg/cm2, Konzentration je 1 mg/ml) auf die Bindungsfähigkeit des dreilagigen Membranstapels für Ovalbumin, Lysozym und Immunoglobulin. Die maximale Konzentration an Diammoniumsulfat im Puffer wird durch die beginnende Ausfällung des jeweiligen Proteins begrenzt. Beispiel 5: Untersuchungen bezüglich des Einflusses der Endotoxinkonzentration und des Endotoxinbeladungsvolumens auf das Endotoxinbindevermögen von Membranadsorbern im Hochdurchsatzverfahren mit einer erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte 1 mit 96 Wells
Endotoxine sind Zerfallsprodukte von Bakterien und sind schon in niedrigsten Konzentrationen biologisch wirksam. Sie kommen in unterschiedlichen Konzentrationen ubiquitär in der Umwelt vor. Gelangen Endotoxine in den Blutkreislauf von Lebewesen, können diese unerwünschte Immunreaktionen hervorrufen. Bei Endotoxinen handelt es sich um Lipopolysaccharide, welche erst bei 200 °C inaktiviert werden können.
In biotechnischen Produktionen kann es, je nach Verwendung der Endprodukte, nötig sein, diese Endotoxine in verschiedenen Prozeßschritten zu entfernen. Auch adsorptive Membranen können dabei zur Endotoxinabreicherung im Up- oder Downstreambereich eingesetzt werden.
Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Mehrfachlochplatte 1 mit 96 Wells kann die Endotoxinentfernung für adsorptive Filtermaterialien untersucht werden. Von Vorteil ist, daß sich die Mehrfachlochplatte bei Fertigung des Oberteils 2 und des Unterteils 4 aus Aluminium bei höheren Temperaturen (> 200 °C) zuverlässig entpyrogenisieren lässt und somit für die Untersuchung verschiedener Filtermaterialien mehrfach verwendbar ist.
In diesem Beispiel werden Endotoxinlösungen (Endotoxin „BIO Whittaker E. coli 05" B55 Lot 3L2770; Puffer: 20 mM Tris (pH = 7,5), 150 mM NaCl) verschiedener Konzentrationen (10 - 1.000.000 EU („Endotoxin units")/ml) zu unterschiedlichen Volumen (0,25, 0,5 und 1 ml) durch die Mehrfachlochplatte 1 filtriert (Filtermedium 6, mit RO-Wasser vorbenetzt: Drei Lagen einer mikroporösen Cellulosemembran mit Polyallylamin-Ligand, hergestellt nach Beispiel 21 von WO 2009/127285 AI mit einer Fläche pro Lage von 86 cm2 und einer Dicke pro Lage von 290 μιη, Membranfläche pro Well 1 cm2). Die Konzentration an Endotoxin im Durchlauf der einzelnen Wells wird bestimmt.
Der Endotoxinnachweis wird nach der „Gel Clot" -Methode mit dem „LAL"-Test (Limulus-Amöbozyten-Lysat) durchgeführt. Das aus dem Pfeilschwanzkrebs gewonnene Lysat (Limulus-Amöbozyten-Lysat, Quelle: Charles River Endosafe, USA, Endosafe KTA, U.S License No. 1 197) reagiert spezifisch auf Endotoxine. Das flüssige farblose Lysat koaguliert mit Endotoxin zu einem festen milchigen Gel („Gel clot")- Die Nachweisgrenze des eingesetzten Lysats liegt bei 0,06 EU/ml Endotoxin. Diese Nachweisgrenze entspricht einer Endotoxinkonzentration von 6 pg/ml. Je mehr Endotoxin im Permeat nachweisbar ist, umso schlechter ist die Bindung des Endotoxins an die Membran.
Figur 8 zeigt den Einfluß der auf die Membran geladenen Endotoxinmenge bei unterschiedlichen Beladungsvolumina (0,25 ml, 0,50 ml und 1 ,00 ml) auf die Bindungsfähigkeit des dreilagigen Membranstapels für Endotoxine.

Claims

Ansprüche
1. Mehrfachlochplatte (1) umfassend
- ein Oberteil (2) mit einer Vielzahl von Löchern (3),
- ein Unterteil (4) mit einer Vielzahl von Löchern (5),
die in kommunizierender Verbindung mit den Löchern (3) des Oberteils (2) stehen, und
- mindestens ein Filtermedium (6), welches zwischen dem Ober- und dem Unterteil (2, 4) fixierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Oberteil (2) und das Unterteil (4) auf ihren dem Filtermedium (6) zugewandten Seiten (8, 9) um die Löcher (3, 5) herum verlaufende Abdichtungsmittel (7a, 7b) aufweisen, und
daß das Filtermedium (6) entlang seiner Ober- und Unterseite jeweils paarweise durch die Abdichtungsmittel (7b) des Oberteils (2) und durch die Abdichtungs- mittel (7a) des Unterteils (4) fixierbar ist.
2. Mehrfachlochplatte (1) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Filtermedium (6) mindestens ein Membranblatt umfaßt.
3. Mehrfachlochplatte (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Filtermedium (6) eine Mehrzahl von übereinandergestapelten Membranblättern umfaßt.
4. Mehrfachlochplatte (1) nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Membranblatt eine mikroporöse Membran ist, an welche Liganden gebunden sind.
5. Mehrfachlochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Filtermedium (6) mit einem Fluid benetzt ist.
6. Mehrfachlochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Abdichtungsmittel (7a, 7b) ringförmige Dichtwülste sind, welche an die dem Filtermedium (6) zugewandten Seiten (8, 9) des Unterteils (4) und des Oberteils (2) angeformt sind.
7. Mehrfachlochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Abdichtungsmittel (7a, 7b) ringförmige Dichtwülste sind, welche auf den dem Filtermedium (6) zugewandten Seiten (8, 9) des Unterteils (4) und des Oberteils (2) herausgefräst sind.
8. Mehrfachlochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vielzahl der Löcher (3) im Oberteil (2) zylindrische Kanäle (12) mit einem Durchmesser di sind und
daß die Vielzahl der mit diesen zylindrischen Kanälen (12) kommunizierenden Löcher (5) im Unterteil (4) auf ihrer dem Filtermedium zugewandten Seite (8) jeweils einen Übergangsbereich (13) aufweisen, der sich von dem Durchmesser d1 auf einen Durchmesser d2 verengt, wobei sich auf der dem Filtermedium (6) abgewandten Seite (17) des Unterteils (4) an den Übergangsbereich (13) jeweils ein zylindrischer Kanal (14) mit dem Durchmesser d2 anschließt.
9. Mehrfachlochplatte (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Verhältnis zwischen di zu d2 mindestens 4,0 beträgt.
10. Mehrfachlochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Oberteil (2) mit dem Untereil (4) durch Verschraubung, Verklebung, Ver- rastung, eine Klemm- oder Schnappverbindung verbindbar ist.
1 1. Mehrfachlochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Oberteil- und/oder das Unterteil (2, 4) aus Aluminium oder Kunststoff gefertigt ist.
12. Verwendung einer Mehrfachlochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 1 1 für die Hochdurchsatz-Analyse,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hochdurchsatz-Analyse eine Charakterisierung von Filtermedien für die ad- sorptive Stofftrennung ist.
13. Verwendung einer Mehrfachlochplatte (1) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Filtermedium mindestens eine Membran verwendet wird und daß
die Charakterisierung der Membran durch eine Aufnahme einer Durchbruchskurve für ein Protein erfolgt.
14. Verfahren zur Charakterisierung eines Filtermediums unter Verwendung einer Mehrfachlochplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 1 1 , umfassend die Schritte:
A) Vorbenetzen des Filtermediums (6) mit einem Fluid,
B) Einlegen des Filtermediums (6) in einen Aufnahmebereich (11) des Unterteils (4) und Verbinden des Oberteils (2) mit dem Unterteil (4) unter paarweisem Fixieren des Filtermediums (6) durch die Abdichtungsmittel (7a, 7b),
C) Filtrieren mindestens eines Analyten durch das Filtermedium (6) durch die miteinander kommunizierenden Löcher (3) und (5), wobei der Analyt mit dem Filtermedium (6) mindestens eine physikalische und/oder chemische Wechselwirkung eingeht,
D) Entfernen des Oberteils (2) von dem Unterteil (4), und
E) Entnehmen des Filtermediums (6) aus dem Aufnahmebereich (11) und Analysieren der in Schritt C) erfolgten Wechselwirkung zwischen Filtermedium (6) und Analyt.
PCT/EP2011/000468 2010-03-16 2011-02-02 Mehrfachlochplatte mit filtermedium und ihre verwendung WO2011113508A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/575,396 US20120329163A1 (en) 2010-03-16 2011-02-02 Multi-well plate with filter medium, and use thereof
EP20110701957 EP2547448B1 (de) 2010-03-16 2011-02-02 Mehrfachlochplatte mit filtermedium und ihre verwendung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010011485.5 2010-03-16
DE102010011485A DE102010011485A1 (de) 2010-03-16 2010-03-16 Mehrfachlochplatte mit Filtermedium und ihre Verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011113508A1 true WO2011113508A1 (de) 2011-09-22

Family

ID=43881066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/000468 WO2011113508A1 (de) 2010-03-16 2011-02-02 Mehrfachlochplatte mit filtermedium und ihre verwendung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20120329163A1 (de)
EP (1) EP2547448B1 (de)
DE (1) DE102010011485A1 (de)
WO (1) WO2011113508A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9568404B2 (en) 2014-05-16 2017-02-14 Junyu Mai Method and apparatus for biomolecule analysis
US11027273B2 (en) * 2015-03-01 2021-06-08 Board Of Regents, The University Of Texas System Apparatuses and methods for pathogen detection using microfluidic biochips
GB201608906D0 (en) * 2016-05-20 2016-07-06 Univ Dundee Skin sample culture and membrane test device
US11612888B2 (en) 2017-01-04 2023-03-28 The Research Foundation For The State University Of New York Biomarker detection device
CA3056434C (en) * 2017-03-22 2023-09-05 Unchained Labs Sample plates for buffer exchange and methods of manufacture
DE102017009147A1 (de) 2017-09-29 2019-04-04 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Filtrationsvorrichtung, Verfahren zum Zusammenfügen einer modularen Filtrationsvorrichtung sowie Verfahren zur Charakterisierung eines Filtermediums und/oder zu filtrierenden Mediums
FR3116009A1 (fr) * 2020-11-06 2022-05-13 Preciphos Production de barrettes de puces filtrantes bio-fonctionnalisées
CN112876555B (zh) * 2021-01-15 2022-10-28 百世美生物技术(浙江)有限公司 一种胶原蛋白吸附过滤方法
WO2023022656A2 (en) * 2021-08-17 2023-02-23 Massachusetts Institute Of Technology An apparatus for a cellulose-based vertical flow assay and related method
WO2024057703A1 (ja) 2022-09-12 2024-03-21 シーエステック株式会社 マイクロプレート用フィルタプレート

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4427415A (en) 1979-01-05 1984-01-24 Cleveland Patrick H Manifold vacuum biochemical test method and device
US4902481A (en) 1987-12-11 1990-02-20 Millipore Corporation Multi-well filtration test apparatus
US5039493A (en) * 1990-05-04 1991-08-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Positive pressure blotting apparatus with hydropholic filter means
US5047215A (en) 1985-06-18 1991-09-10 Polyfiltronics, Inc. Multiwell test plate
DE4114611A1 (de) * 1990-05-11 1991-11-14 Sartorius Gmbh Flaches mikroporoeses membranelement, insbesondere zur durchfuehrung von slot- oder dot-blottinganalysen
US5380437A (en) * 1993-02-02 1995-01-10 Biomedical Research And Development Laboratories, Inc. Multifunctional filtration apparatus
US5648266A (en) * 1989-02-24 1997-07-15 Astle; Thomas W. Cell harvester system
US5939024A (en) 1997-12-23 1999-08-17 Packard Instrument Co. Microplate assembly
WO2001087484A2 (en) 2000-05-18 2001-11-22 Millipore Corporation Multiplewell plate with adhesive bonded filter
WO2001096018A2 (en) * 2000-06-13 2001-12-20 Symyx Technologies, Inc. Apparatus and method for evaluating a test fluid
US20050058576A1 (en) * 2003-09-12 2005-03-17 3M Innovative Properties Company Welded sample preparation articles and methods
EP1566209A1 (de) 2004-02-18 2005-08-24 Millipore Corporation Verfahren und Vorrichtung für vakuumunterstützte Affinitätschromatographie
EP1854542A1 (de) 2006-05-12 2007-11-14 F. Hoffmann-La Roche AG Filterungsvorrichtung mit mehreren Vertiefungen
WO2009127285A1 (de) 2008-04-14 2009-10-22 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Cellulosehydrat-membran, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung davon

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2201904B (en) * 1987-02-14 1990-12-19 Domnick Hunter Filters Ltd Device for liquid chromatography or immobilised enzyme reaction
US6159368A (en) * 1998-10-29 2000-12-12 The Perkin-Elmer Corporation Multi-well microfiltration apparatus
US20050236318A1 (en) * 2004-04-23 2005-10-27 Millipore Corporation Low holdup volume multiwell plate

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4427415A (en) 1979-01-05 1984-01-24 Cleveland Patrick H Manifold vacuum biochemical test method and device
US5047215A (en) 1985-06-18 1991-09-10 Polyfiltronics, Inc. Multiwell test plate
US4902481A (en) 1987-12-11 1990-02-20 Millipore Corporation Multi-well filtration test apparatus
US5648266A (en) * 1989-02-24 1997-07-15 Astle; Thomas W. Cell harvester system
US5039493A (en) * 1990-05-04 1991-08-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Positive pressure blotting apparatus with hydropholic filter means
DE4114611A1 (de) * 1990-05-11 1991-11-14 Sartorius Gmbh Flaches mikroporoeses membranelement, insbesondere zur durchfuehrung von slot- oder dot-blottinganalysen
US5380437A (en) * 1993-02-02 1995-01-10 Biomedical Research And Development Laboratories, Inc. Multifunctional filtration apparatus
US5939024A (en) 1997-12-23 1999-08-17 Packard Instrument Co. Microplate assembly
WO2001087484A2 (en) 2000-05-18 2001-11-22 Millipore Corporation Multiplewell plate with adhesive bonded filter
WO2001096018A2 (en) * 2000-06-13 2001-12-20 Symyx Technologies, Inc. Apparatus and method for evaluating a test fluid
US20050058576A1 (en) * 2003-09-12 2005-03-17 3M Innovative Properties Company Welded sample preparation articles and methods
EP1566209A1 (de) 2004-02-18 2005-08-24 Millipore Corporation Verfahren und Vorrichtung für vakuumunterstützte Affinitätschromatographie
EP1854542A1 (de) 2006-05-12 2007-11-14 F. Hoffmann-La Roche AG Filterungsvorrichtung mit mehreren Vertiefungen
WO2009127285A1 (de) 2008-04-14 2009-10-22 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Cellulosehydrat-membran, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung davon

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
COOPER: "The Tools of Biochemistry", 1977, WILEY-INTERSCIENCE

Also Published As

Publication number Publication date
EP2547448B1 (de) 2015-04-22
DE102010011485A1 (de) 2011-09-22
US20120329163A1 (en) 2012-12-27
EP2547448A1 (de) 2013-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2547448B1 (de) Mehrfachlochplatte mit filtermedium und ihre verwendung
DE3781645T2 (de) Blutscheidungsgeraet unter niedrigen druckverhaeltnissen.
EP1718409B1 (de) Vorrichtung für mikrofluiduntersuchungen
DE3780012T2 (de) Diagnostisches geraet.
DE69303347T2 (de) Mehrfachlochtestvorrichtung
WO2000048716A2 (de) Vorrichtung zum konzentrieren und/oder reinigen von makromolekülen in einer lösung und verfahren zum herstellen einer derartigen vorrichtung
DE602005002208T2 (de) Wegwerfbarer Halter für Querstromfiltrationsapparate
DE19634828A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Zentrifugal-Adsorptionsprobenpräparation
DE60108950T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur plasmidgewinnung mit hilfe von ultrafiltration
DE4123874A1 (de) Mehrfach-proben-filtrations-plattenaufbau
EP0616638A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur isolierung von zellinhaltsstoffen wie nukleinsäuren aus natürlichen quellen.
DE102013010724A1 (de) Polymeres Vollbluthohlfasermembranfiltermedium und Verwendung davon zum Abtrennen von Blutplasma/-serum von Vollblut
EP1549422A2 (de) Faserkassette und modular aufgebautes kassettensystem
EP1315553B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur separation von ungelösten bestandteilen aus biologischen flüssigkeiten
WO2012013316A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur passiven trennung und sortierung von tropfen, insbesondere in einem mikrofluidischen system, durch verwendung von nicht-optischen markern für reaktionen innerhalb der tropfen
EP2776145A2 (de) Filtermodul und modulares filtersystem
DE602004000129T2 (de) Universelle multiwell filtrationsplatte
EP2696956A1 (de) Anordnung und verfahren zur optischen analyse und spezifischen isolierung von biologischen proben
JP2017029974A (ja) 液体処理モジュールおよび液体処理アセンブリ
WO2013072110A1 (de) Mikrofluidisches filterelement zum abscheiden von probenbestandteilen aus einem biologischen probenfluid
WO2008106960A1 (de) Vorrichtung zur aufnahme, behandlung und aufbewahrung kleinvolumiger proben
EP2521608B1 (de) Verfahren zur qualifizierung eines nichtpartikulären adsorbens mittels sekundärreaktion
DE69825593T2 (de) Reaktor mit dichter mikriobieller Membran für Durchflusssysteme
EP3448550B1 (de) Verfahren zur bestimmung des logarithmischen reduktionswertes lrv eines grössenausschlussfilters
DE19817081B4 (de) Filtereinheit zur mehrstufigen Separation von biologischen Zellsuspensionen und Lösungen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11701957

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011701957

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13575396

Country of ref document: US