WO2023135046A1 - Functional microvalve - Google Patents

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Publication number
WO2023135046A1
WO2023135046A1 PCT/EP2023/050147 EP2023050147W WO2023135046A1 WO 2023135046 A1 WO2023135046 A1 WO 2023135046A1 EP 2023050147 W EP2023050147 W EP 2023050147W WO 2023135046 A1 WO2023135046 A1 WO 2023135046A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cavities
elements
cavity
connections
fluid
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/050147
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Juliane DIEHM
Rafaela MEUTELET
Matthias Franzreb
Original Assignee
Karlsruher Institut für Technologie
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 Karlsruher Institut für Technologie filed Critical Karlsruher Institut für Technologie
Publication of WO2023135046A1 publication Critical patent/WO2023135046A1/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001Microvalves
    • F16K99/0003Constructional types of microvalves; Details of the cutting-off member
    • F16K99/0028Valves having multiple inlets or outlets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K2099/0082Microvalves adapted for a particular use
    • F16K2099/0084Chemistry or biology, e.g. "lab-on-a-chip" technology
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/04Preparation or injection of sample to be analysed
    • G01N30/16Injection
    • G01N30/20Injection using a sampling valve
    • G01N2030/202Injection using a sampling valve rotary valves

Definitions

  • the present invention relates to slide valves comprising slidable elements with a plurality of cavities through which fluids can be selectively passed, and static elements against which the slidable elements are displaced, a kit comprising the elements and uses.
  • Valves can be used in many different ways and are relevant in many different areas.
  • the column is packed by first filling the permanently connected channel via the bead reservoir, then the valve on the second fritted channel is switched and the beads are transferred from one channel to the other. If a column is to be renewed, the beads can be removed from the column by increasing the flow rate and thus the pressure.This causes the beads to deform and can pass through the gap between the channel wall and the frit.
  • an "in-valve column” can also be used for sample preparation, which is like a capillary filled with chromatography resin that is connected to a 6-port valve.
  • SMB Simulated Moving Bed Chromatography
  • Multidimensional chromatography is a technique that combines different types of chromatography to separate a single sample.
  • On the one hand there is the possibility of linking the columns via an external connection of several valves, thereby enabling sample transfer.
  • the sample is guided through the various columns by switching the valves, whereby flow rates and buffer conditions can be adjusted for the individual columns.
  • Another option is to integrate the columns into a microfluidic chip.
  • the sample can be routed via integrated 2-way valves or via an external valve circuit, which regulates the flow rates in the various channels of the chip. In this case, the sample is transferred from one column to the other by a so-called "transfer cross".
  • the object of the present invention was to provide options for improving existing systems, in particular the systems should have increased flexibility and ease of maintenance.
  • fastening elements preferably, but not exclusively, means screws (with nuts), in particular self-locking nuts.
  • the present invention is based in particular, but not exclusively, on a simplified connection of a plurality of chromatography columns and a reduction in the dead volume between the columns.
  • the chromatography columns are integrated directly into the valve, so that the column bodies are part of the valve. This eliminates the connection capillaries and connectors between the valve and columns, which reduces dead volume and simplifies the wiring.
  • chromatography columns can be integrated into all components of a rotary valve system and the inflow and outflow of fluids between the columns can be implemented as desired.
  • the present invention therefore relates to slide valves, in particular SMB valves, comprising or consisting of, stacked one above the other, at least two displaceable elements (rotor) and at least one static element (stator), and optionally further elements.
  • slide valves in particular SMB valves, comprising or consisting of, stacked one above the other, at least two displaceable elements (rotor) and at least one static element (stator), and optionally further elements.
  • the slide valves are often referred to simply as valves in the following.
  • rotor for the displaceable element is used in particular when the displacement takes place about an axis of rotation. In the context of the present invention, however, the displacement does not have to be rotational, although this is preferred.
  • the first essential element I) of the slide valves according to the invention are at least two, or at least three, in particular two or three, displaceable, preferably rotatable, particularly preferably round, elements (rotor) each comprising a) at least one cavity with at least two connections per cavity, the Ports permit fluid flow through the at least one cavity, or b) at least one cavity without dedicated ports configured to receive inserts with at least two ports per insert, the ports permit fluid flow through the inserts, or c) at least one Cavity with at least two ports per cavity and at least one cavity without its own ports configured to receive inserts, preferably inserts with at least two ports per insert, wherein the ports allow fluids to flow through the inserts.
  • cavities mentioned represent cavities with a defined volume, which in principle can have any shape. However, it is often useful and therefore preferred if the individual cavities in the valve according to the invention have the same dimensions in order to enable the greatest possible interchangeability of cavity inserts and better comparability of flows or test results.
  • Cavity inserts are housings, in particular for accommodating (chromatography) columns, which are inserted into the corresponding cavities without their own connections to the displaceable elements I).
  • a displaceable element has in its center approximately square cavities without their own connections, which are therefore essentially indentations (approximately square means a deviation from the ideal square shape of at most 10%, preferably at most 5%, and in particular at most 2%.).
  • These cavities can directly adjoin one another, so that they do not have any directly visible borders to one another.
  • this can be implemented as a recess with approximately square corner edges.
  • Such a recess as an example for the cavities mentioned without their own connections is therefore the place at which, with the aid of inserts (housings), in particular (chromatography) columns, are inserted into the displaceable element. It can be in the context of present invention individual or all, preferably all, cavities are used.
  • Cavity inserts that can be used according to the invention are preferably adapted to the shape of the cavities and, in some preferred variants, can comprise or consist of single-column inserts and single-column housings.
  • the single-column inserts are inserted into the single-column housings in order to then form the assembled cavity inserts (in this example, single columns).
  • the assembled cavity inserts have connections which, in the simplest case, can be bores through which a fluid can flow.
  • cavity inserts can also be used, for example those that are designed as a (chromatography) column or those that merely represent an (empty) housing, depending on the exact purpose being pursued.
  • this one cavity is then particularly preferably subdivided or at least can be subdivided, for example by wall elements or the insertion of functional inserts, such as chromatography columns or the like.
  • chromatography column used in the present invention sometimes abbreviated simply as "column”, it should be pointed out that these columns are not in principle limited to a specific size, but only by the fact that they have to fit into the cavities to be used (Possibly with residual volume in the cavity), either in itself or using housings in which the columns are used.Such columns used in housing are particularly easy to handle, especially if the housing is adapted to the dimensions of the cavities, and can on Stock can be produced (also with different fillings/stationary phases or similar), so that columns can be easily exchanged (during operation).
  • this therefore preferably represents a polyfunctional unit within the scope of the present invention, in particular by use several columns, each preferably in housings, so that functionally ultimately a plurality of cavities results.
  • connections mentioned are sometimes also referred to as openings or inlets or outlets or connectors, which varies depending on the context.
  • Connectors are in particular those openings that already have a device/equipment by means of which a connection to other parts, such as hoses, is made possible.
  • this does not mean that the inlets/outlets or openings cannot (will) not be provided with appropriate devices/equipment.
  • the second essential element 11a) of the valves according to the present invention is at least one static, preferably round, element (stator) comprising at least one connection for fluid supply and at least one connection for fluid discharge.
  • This second element can additionally have one or more connections for fluid transmission.
  • the second essential element Ila) of the valves according to the present invention is at least one static, preferably round, element (stator) comprising at least one connection for fluid supply, at least one connection for fluid discharge, and one or more cavities for fluid transmission , preferably designed as (chromatography) column (s).
  • the second element can additionally have one or more connections for fluid transmission.
  • the static element is arranged one above the other with sliding elements, so that the static element covers cavities and connections of the sliding elements, with connections of static and displaceable elements are brought into congruence by moving and thus a fluid flow through the static element into at least one, but in variants also several, cavity(ies) of the displaceable elements, through this cavity(ies) and again through another connection or other connections of the static element.
  • the static and displaceable elements are pressed together in such a way, in particular by fastening means, that the fluid(s) cannot flow between the contact surfaces of the elements, but only along the respective connections.
  • the respective connections (openings, inlets or outlets, connectors) of the elements are provided with seals or sealing elements. Examples of preferred seals are, for example, O-rings.
  • connections of the static element which are used for the supply and discharge of fluids into the valve, are arranged on the side opposite a displaceable element. Additionally or alternatively, (the) connections of the static element, which are used to supply or discharge fluids into the valve, can be arranged on the peripheral sides of the static element.
  • the valve according to the invention can optionally include a preferably round, static cover plate III), which is arranged on the side of the uppermost of the at least two displaceable elements (rotors) opposite the stator.
  • the uppermost displaceable element (the rotor) is clamped between the static element and/or at least one further displaceable element and the static cover plate.
  • the cover plate is usually just a kind of "clamping aid" without its own connections or feed-throughs.
  • the cover plate can be replaced by a second static element.
  • a displaceable element can be used in special configurations, which has connections on the top and bottom, so that fluid streams can be routed through the valve and do not necessarily exit on the same side as they are introduced.
  • cover plates can also have connections or, for example, spacer elements (facing outwards, ie away from the valve) or feet.
  • the second essential element IIb) is a static, preferably round, element (stator) which has no connections for fluid (further) conduction.
  • the connections of the first element I) are arranged in such a way that they are accessible from the outside, ie from the sides of the stack of valve elements used.
  • the element IIb) largely corresponds to a cover plate or base plate, which, however, can still optionally be present in each case.
  • valves according to the invention are referred to as upper and lower sides (or similar), this refers to a structure comprising at least one sliding and static element, which are arranged one above the other, with the sliding element is considered “below” and the static element is considered “above”; the arrangements of the other elements, in particular of the second displaceable element, or plates then follow from this.
  • valve according to the invention can optionally also have a, preferably round, static base plate IV) on the II), in particular Ila) or optionally III) opposite side of the stack of at least one I), II), in particular Ila) and optionally III) is arranged include.
  • these base plates can have the same shape and structure as the cover plates, but they can also have connections or, for example (outwards, i.e. directed away from the valve) spacers or feet.
  • the bottom and top plates thus differ (essentially) only in that they are arranged on opposite sides of the valve.
  • valves according to the invention can also have devices or preparations V) for automatically driving the displacement of at least one, several or all of the elements I).
  • these are corresponding configurations of the outer peripheral surfaces of the respective rotatable element.
  • the facilities or devices V) are selected from the group consisting of: V) a) surfaces of the outer peripheral surface of the respective element I that are roughened or provided with a coating that increases grip (tackifyer);
  • V)c Lever or shaft attachment point(s), lever, handles on the outer
  • V)f Device for attaching driven components, preferably indentations into which such components can be inserted and/or provisions for the engagement of fastening means, preferably holes, in particular screw holes.
  • the drive is not part of the valve according to the invention per se, but a separate component that is made available separately.
  • This can be, for example, a conventional belt drive, gear drives, for example gears mounted directly on a motor, or sliding motors or the like.
  • motors can be permanently installed on or in the valve.
  • a displaceable element (rotor) I) (the top one) in a valve according to the invention should or must be driven from above the valve, for example via device or device V)d
  • the Static element II), in particular Ila) (in its middle), and also if present base plate IV), and the further (s) displaceable (s) element (s) (rotor (s)) each have a recess by which the drive can be brought into engagement with the facilities or devices V)d).
  • the several displaceable elements (rotors) in a valve according to the invention can have the same or different devices or devices V).
  • the respective devices or devices V) must be accessible, i.e. devices or devices V)d)/V)e)/V)f) that require a drive from above or below the valve should (must) not be inside.
  • valves according to the invention can be designed without such “drive pre-installations or devices”, so that the displacement is then carried out purely manually. This can be advantageous, for example, if there is no or too little space for automatic adjustment devices is.
  • the relative movement, i.e. the displacement, in particular rotation, of I) (only one, several or all) in relation to the other elements takes place either manually or with the aid of a drive.
  • the connections of the at least one static element are arranged in the valves according to the invention in such a way that they can be brought into alignment with all connections or selected connections of at least one displaceable element in order to selectively allow the transfer of Fluids between the elements to allow or prevent.
  • displaceable or rotatable refers to the respective assembled valve, i.e. the respective displaceable element is displaceable or rotatable, independently of other displaceable elements, relative to the static element or elements, as well as other displaceable elements.
  • rotatable preferably refers to an axis of rotation C m standing perpendicularly in the middle of the respective rotatable element, where m is the number of cavities in the element.
  • the rotatable element must have a round or m-cornered external (circumferential) shape, since the rotation is related to the cavities.
  • a uniform outer circumference of the rotatable element is preferred because this is simpler in terms of manufacturing technology and can be advantageous for a rotational drive via belts or gear wheels, for example, the outer shape can also be irregular (for example also trapezoidal). It is preferred in variants if, when the rotatable element rotates, no part of this element protrudes beyond the edges of the (largest built-in) static element or cover plate/base plate when the valve is viewed from above.
  • angular, displaceable, preferably rotatable, elements with round static elements or top/bottom plates or, conversely, round, displaceable, preferably rotatable, elements with square static elements or top/bottom plates (as well as independently of which round and/or angular shaped further sliding elements).
  • displaceable, in particular rotatable, elements are used in the present invention for each valve. In further variants of the present invention, these can each or partially be separated from one another by static elements.
  • 3RSRSRS; DRSRSRS; DRSRSRSB (alternating three times R and three times S)
  • these stacking sequences can of course also be further combined with one another, in which case preferably no cover plates or base plates are arranged on the combination surfaces.
  • valves according to the invention can therefore consist of only at least two displaceable elements and a static element, or several of these, in addition to parts such as seals, drive or the like, and optionally additionally comprise cover and/or base plates.
  • the components I), II), in particular IIa), III), IV) have a common axis of rotation which lies vertically in the center of the stack of the elements present, with the elements preferably all being round or approximately round , In particular round, are designed.
  • approximately round means a deviation from the ideally round shape of at most 20%, preferably at most 10%, more preferably at most 5% and in particular at most 2%.
  • Ila) is firmly connected to III) and/or IV) via appropriate fastening means. As already explained, this also applies if several displaceable and/or static elements are arranged.
  • the intervening displaceable, preferably rotatable elements I) can still be displaced, in particular can be rotated about the axis of rotation, but at the same time there is fluid-tightness between the elements and, if applicable, top/bottom plates, such that no Fluids flow between the contact surfaces, but only between connections provided in front of them.
  • the displaceable (rotatable) elements I) have at least two cavities; in some variants, this embodiment is preferred to that with a cavity (even if this is divided).
  • At least two of these at least two cavities are filled with the same or different materials or inserts containing such materials, with the materials being able to interact with the substances running in the fluid (dissolved and/or suspended in the fluid) (i.e. for Examples are in particular stationary phases in chromatography, the fluid would then be the eluent and the substances running in the fluid (dissolved and/or suspended in the fluid) are those that are to be (off) separated by chromatography).
  • a displaceable (rotatable) element I in the case of a round or uniformly polygonal element I) in particularly preferred configurations they have the same dimensions and are uniformly distributed around the center, so that the round or uniformly polygonal Element has an axis of rotation C n perpendicular to its center, where n is the number of cavities.
  • at least one flow path through at least two cavities is changed by the relative movement of the individual valve elements with one another.
  • the cavities are configured such that materials, preferably materials for performing a chromatographic separation, in particular for stationary phases for chromatography, can be introduced or inserts, preferably comprising chromatography columns, can be used.
  • optional frits/filters/nets/grids can be used to retain the materials, if necessary, in the cavities and/or at their inlets and/or outlets.
  • the cavities have a cylindrical shape or a geometry that deviates from the cylindrical shape.
  • the cavities can be adapted to the planned application within the scope of the present invention.
  • the cavities can be designed around, in order to then either only be filled with sample fluid or, in other preferred embodiments, used and designed as (chromatography) columns, for which they are then in particular filled with a stationary phase, for example in the form of small balls (beads/beadlets) can be filled.
  • the cavities as also described elsewhere in this description, can be designed and shaped in such a way that separately produced (chromatography) columns, if necessary with the aid of appropriately adapted and shaped housings.
  • particularly suitable 3D printing methods are those that work with resin-based starting material, preferably digital light processing (DLP), stereolithography (SL) or poly/multijetting.
  • DLP digital light processing
  • SL stereolithography
  • poly/multijetting liquid-tight components can be obtained, preferably with relatively (for 3D printing techniques) smooth surfaces.
  • the choice of material depends to a large extent on the respective application; acrylate-based plastics are preferred; these can be heavily fluorinated, e.g. to improve the sliding properties on the sealing surface and for increased chemical resistance.
  • the cavities have a volume of 10 nanoliters to 10 milliliters, preferably 1 microliter to 1000 microliters. This volume is the volume that can be used by the (chromatography) column, i.e. the (effective) column volume.
  • one or more cavities can be filled with structures of defined geometry, in particular produced by 3D printing, with different cavities preferably being filled with different materials for interaction with dissolved substances, or different cavities with the same materials for Interaction are filled with dissolved substances.
  • the cavities are preferably filled with materials for carrying out a chromatographic separation, it being possible for the filling to take place inside or outside the valve.
  • frits/filters/nets/grids are introduced to hold back the materials, if necessary, either in the cavity or between the individual valve elements.
  • Another subject of the present invention is also a kit for the production of slide valves, in particular for SMB processes, comprising i) various slide elements, preferably round, (rotors) comprising a) at least one, preferably at least two, cavity (s) with at least two ports per cavity, the ports allowing the flow of fluids through the at least one cavity, or b) at least one cavity without its own ports configured to receive at least two inserts with at least two ports per insert, the ports allowing the flow of fluids through which allow inserts, or c) at least one cavity with at least two connections per cavity and at least one cavity without its own connections configured to accommodate inserts, ii) static elements, preferably round, (stators) comprising at least one connection for fluid supply, and at least one Port for fluid removal, optional one or more cavities for
  • the kit according to the invention is based in particular on the fact that different slide elements and static elements are each of the same size or at least have coordinated dimensions, in particular with regard to Fastening elements, preferably screws (with nuts), in particular self-locking nuts, and axis of rotation C m ., are included.
  • the kit includes, on the one hand, different sets of elements i) in different sizes and with different configurations, in particular different numbers and dimensions of cavities.
  • the kit includes, on the one hand, different sets of elements ii) in different sizes and with different configurations, in particular connections (openings, inlets or outlets, connectors).
  • the kit includes different sets of top plates and base plates in different sizes and configurations.
  • the relative number of these can be lower because, for example, several provisions for fastening means can be arranged on a larger cover plate
  • kits according to the invention can also include motors v), with which the rotor or rotors can be moved.
  • kits according to the invention can also include housings vii), into which the valves can be inserted.
  • kits according to the invention can also include holders viii), which can hold the valves or individual parts.
  • kits according to the invention are also suitable for the variant of the present invention which uses the static element IIb) instead of the static element IIa).
  • the kit starting from the kit, it is possible and sufficient to select and install one (more) top or bottom plate.
  • the subject of the present invention is the use of the slide valves according to the invention or of slide valves produced by means of the kits according to the invention in the field of multi-column chromatography or in the coupling of chromatography methods with other processes.
  • the slide valves according to the invention or the slide valves produced using the kits according to the invention can also be used for (bio)chemical analyses, in particular those with small sample volumes, preferably for the analysis of environmental samples the food industry, in the (bio)pharmaceutical industry, in the chemical industry, in medical diagnostics.
  • the individual (chromatography) columns individually into the cavities of the displaceable element, in particular columns in housings into the cavities without their own connections, in order to be able to manufacture the columns individually and also to be able to replace them if necessary.
  • the columns are accordingly packed individually and only then integrated into the valve. This procedure makes it possible, among other things, to exchange the columns individually and to use them, for example, for further experiments / comparative experiments.
  • the cavities mentioned can be used as such if, for example, the cavities are/are filled with materials that can interact with the substances flowing into the fluid (substances dissolved and/or suspended in the fluid).
  • the interacting materials can be present in the cavities as a slurry or in powder form.
  • the cavities can also be used indirectly by using cavity inserts, which can then be designed, for example, as empty inserts or as (chromatography) columns.
  • the cavities are sometimes not referred to as such in the descriptions of the figures, but rather as column(s), which at the same time describes the respectively selected function of the relevant cavity.
  • the cavities with at least two connections per cavity of the displaceable elements I) are designed as (chromatography) columns and the cavities without their own connections of the displaceable elements I) are designed as cavities with inserted (chromatography) columns or cavity inserts ; in the latter case, the (chromatography) columns or cavity inserts used provide the necessary connections.
  • the present invention thus relates, in other words, to rotary valves consisting of a plurality of elements which are connected to one another so that they can be moved (rotated) relative to one another, the elements having fluidic channels and, in some cases, cavities. At least two cavities are preferably filled with materials that can interact with the substances flowing into the fluid (substances dissolved and/or suspended in the fluid). Different flow paths can be generated by the relative movement of the individual valve elements with one another.
  • the flow path through at least two cavities is changed by the relative movement of the individual valve elements with one another, and in preferred variants there is the possibility of supplying and/or removing fluid flows between the cavities.
  • a preferred variant of the present invention is a slide valve, in particular an SMB valve, comprising, arranged in a stack one above the other, I) at least two displaceable elements (rotors), each comprising a) at least one cavity or at least two cavities, preferably at least two cavities, for example two Cavities, with at least two connections per cavity, the connections allowing the flow of fluids through the at least one cavity, or b) at least one cavity or at least two cavities, preferably at least two cavities, for example two cavities, configured without their own connections for receiving at least two inserts with at least two connections per insert, the connections allowing fluids to flow through the inserts, or c) at least one cavity or at least two cavities, preferably at least two cavities, for example two cavities, with at least two connections per cavity and at least one cavity without its own connections configured to accommodate inserts,
  • At least one static element comprising at least one connection for fluid supply and at least one connection for fluid discharge, optionally one or more cavities for fluid transmission, optionally one or more connections for fluid transmission, III) optionally a static cover plate, which is arranged on the side opposite the static element (stator) of the displaceable element (rotor) furthest from the static element (stator),
  • a particularly preferred variant of the present invention is a slide valve, in particular an SMB valve, comprising, stacked one above the other,
  • two displaceable elements or three displaceable elements each comprising a) at least two cavities with at least two connections per cavity, the connections allowing the flow of fluids through the at least one cavity, or b) at least one cavity without its own connections configured to accommodate at least two inserts with at least two ports per insert, the ports allowing the flow of fluids through the inserts, or c) at least one cavity with at least two ports per cavity and at least one cavity without dedicated ports configured to receive inserts,
  • At least one static element comprising at least one connection for fluid supply and at least one connection for fluid discharge, optionally one or more cavities for fluid transmission, optionally one or more connections for fluid transmission,
  • III) optionally a static cover plate, which is arranged on the side opposite the static element (stator) of the displaceable element (rotor) furthest from the static element (stator), IV) optionally a static base plate which is arranged on the Ila) or optionally III) opposite side of the stack of I), Ila) and optionally III),
  • the slide valves according to the invention can be used wherever (bio)chemical analyzes are carried out with small sample volumes. In preferred variants, they are used for the analysis of environmental samples (drinking water, pollution, etc.) in the food industry, in the (bio) Pharmaceutical industry, in the chemical industry, used in medical diagnostics.
  • slide valves according to the invention are used in the field of multi-column chromatography or when chromatographic methods are coupled with other processes.
  • slide valves according to the invention are therefore advantageous for all manufacturers and users of (process) analytics in the areas mentioned above.
  • the present invention also relates to methods for carrying out chromatographic investigations, in particular SMB, using or using the slide valves according to the invention or valves produced from kits according to the invention.
  • the dead volume is reduced: As a logical consequence of the first two points, there is inevitably a lower dead volume in the overall system. This is advantageous for many analytical procedures as it minimizes dispersion effects.
  • multi-column chromatography methods are represented, for example, by simulated moving bed (SMB) chromatography or multidimensional chromatography. While SMB focuses on continuously solving a specific separation task, multidimensional chromatography focuses on combining different separation mechanisms.
  • a method can be used as multi-column chromatography MCC (multi-column chromatography), in which a sample is repeatedly passed through columns of the same construction (usually through two in alternation) in order to achieve the highest possible separation efficiency and limitations, which with a single long column, such as excessive pressure losses across the column, can occur.
  • MCC multi-column chromatography
  • the present invention offers increased flexibility and thus a larger area of application on a microfluidic scale.
  • FIG. 10 Another particularly preferred embodiment of the slide valve according to the invention is the variant shown in FIG. 10 with two displaceable elements.
  • FIG. 11 Another particularly preferred embodiment of the slide valve according to the invention is the variant shown in FIG. 11 with three displaceable elements.
  • FIG. 1 Another variant embodiment of the slide valve according to the invention that is preferred according to the invention is the variant shown in FIG.
  • a particular advantage of the present invention is that the dead volumes can be significantly reduced compared to the systems of the prior art.
  • the valves themselves have a certain dead volume, and on the other hand, in the systems of the prior art, the volume of the connecting capillaries is added.
  • a prior art system thus has a certain dead volume, to which is added the volume of the connecting capillaries, adding up to a total dead volume; this corresponds to the volume of all connecting channels between the columns (e.g. four) used for the SMB, regardless of whether these are in the form of channels in the valve or as connecting capillaries.
  • the more compact design through integration of the columns in the valve not only eliminates the dead volume of the capillaries, but the dead volume of the valve system can also be reduced and is then only a fraction of the dead volume of the systems of the prior art.
  • displaceable element not every displaceable element (every rotor) has to have cavities; it is also possible for one or more rotors to have only fluidic connections, for example; but preferably at least one displaceable element has cavities, preferably at least two displaceable elements have cavities.
  • the various elements, in particular the displaceable elements can have the same axis of rotation, but do not have to.
  • displaceable elements can be moved independently of one another in the same direction, or several or all can be moved in the same direction (with the same or different amounts).
  • either the fluidic connection at one pair of seals or at several seals can change at the same time during a movement.
  • the connection can be changed at the seal pairs during a process at different times per seal pair and the distance between the changes does not have to be uniform.
  • both displaceable elements (rotors) and stators can be made up of several disks (stacks). These stacks can (but don't have to) move as one piece and in that case can be considered as one element. Furthermore, it should be pointed out again that the complete system can also be integrated into other fluidic systems (for example "SMB on a chip").
  • the cavities of the valves according to the invention are not only filled with column inserts or direct absorber material, but also, for example, with capillaries (especially when manufacturing the valve with 3D printing techniques, in order to reduce contact with 3D printing material, or channel diameter to reduce) can be filled.
  • valves according to the invention always have at least two displaceable elements (rotors) that can be moved relative to one another, there are also the following advantages over the valves of the prior art, for example:
  • SMB not all ports need to be switched at once, it can also be switched asynchronously.
  • previous systems used either several decentralized valves (e.g. US Pat. No. 6,136,198) or at least two rotary valves (e.g. WO 2017/155664 A1).
  • the dead volume and the system costs can be further reduced by the present invention.
  • valves of the present invention make it possible that different functions are taken over in the valve itself by the different links, which is not possible with the valves of the prior art, which moreover do not relate to chromatography.
  • Miniaturized SMB systems are known from US Pat. No. 8,807,164 B2, with which processes such as the Varicol process can also be carried out—however, pneumatically controlled membrane valves are used instead of slide valves.
  • a simple SMB process does not require a valve as in the context of the present invention, but at least 8 valves, in the case described even 72. This makes the control much more complex and expensive, and the susceptibility to errors is significantly higher simply because of the high number of valves the dead volume of the system (even if the structure is kept comparatively compact) is still significantly larger than in the systems of the present invention.
  • the individual parts of the device/systems/valves according to the invention are functionally connected to one another in a manner known and customary in the art.
  • valves have a polygonal, for example rectangular or for example hexagonal, or for example octagonal or n-cornered basic shape. Furthermore, elliptical basic shapes are also suitable.
  • the special feature of this system according to the invention is that the columns are first manufactured individually and then inserted into the rotor ( Figure lb, lc). This allows the columns to be exchanged individually and it is possible to use the columns with the appropriate adapter ( Figure 5) as a single column (e.g. for characterization experiments) or columns with the same characteristics can be used for an SMB. These factors facilitate the design of the SMB and increase the predictability of the experimental results.
  • FIG. 1a shows a stator S of a valve V according to the invention in an oblique view (above) and in an oblique view from below (lower part of the figure).
  • the fluid connectors for external material flows S2 are also shown.
  • hoses can be connected to these connectors, through which fluids can then be conducted to the respective cavities 13 of the valve V, which are usually occupied by chromatography columns 13 .
  • On the sides (referenced only on the right-hand side) of the stator S, means S3 for aligning the rotor R and the stator S are shown.
  • this can be a bore.
  • Numeral S4 points to an O-ring groove which is arranged on the rotor-side ends of the fluid connectors and which serves to seal the contact points of rotor R and stator S.
  • these O-ring grooves S4 are essentially depressions in the stator S (or on/in the rotor-side ends of the fluid connectors and/or on/in the connecting channel openings S7), into which a seal is (or can be) inserted.
  • FIG. 1a this is indicated as round lines around the rotor-side openings of the fluid connectors or the openings of the connecting channels S7 (but only numbered once for the sake of clarity).
  • the area of the stator S that comes into contact with the rotor R is denoted by S5.
  • a device S6 can optionally be provided in the middle of the stator, which serves as a centering aid for rotor R and stator S.
  • This centering aid is preferably designed as a pin and/or annular centering groove (shown here as an annular centering groove).
  • S7 also indicates where a connecting channel can be located, with which two cavities 13, that is to say in particular chromatography columns 13, can be connected to one another.
  • This Connection channels can be simple bores or curved hollow tubes or the like.
  • FIG. This is denoted as well R9 and is the location where chromatography columns 13 are loaded into the rotor R.
  • well R9 is the location where chromatography columns 13 are loaded into the rotor R.
  • four places for chromatography columns 13 are therefore available.
  • individual or all depressions R9 can be used.
  • several (then thinner) chromatography columns 13 can be arranged per well R9.
  • other symmetries or shapes can be selected for the depressions R9 and consequently other numbers of depressions R9 can also be implemented; preferred numbers of depressions R9 per rotor R are three, four, five, six, seven and eight, in particular four.
  • these depressions R9 form cavities 13 together with the rotor R located above them or the stator located above them, which cavities 13 can be used per se or, preferably, by using chromatography columns 13 .
  • bores Ria are also illustrated, which are used to connect to a motor coupling (not shown) for rotating the rotor R (via appropriate fastening means).
  • these are arranged in the middle around a recess. Although this recess is illustrated as a circle, this does not necessarily have to be the case.
  • devices e.g.
  • stator for aligning rotor and stator (the stator, which is not shown here, then has corresponding counterparts, with bores in the rotor pins or similar would be arranged in the stator).
  • the circle segments outside of the depressions R9 shown represent the contact surfaces R5 of the rotor R to the stator S (not shown here) (or other rotors).
  • FIG. 1c shows examples of columns that can be used according to the invention.
  • RIO shows a single column insert RIO with an optional O-ring cord groove (for better pressure stability, shown by a double edge line) in the figure above.
  • Such single-column inserts RIO are then used in single-column housings Rll (third representation from above), which are preferably adapted to the shape of the cavities (this simplifies the exact positioning), and then used as assembled single columns R13 in the cavities or recesses R9 become.
  • the assembled individual columns R13 are shown in the bottom part of FIG. 1c, on the left in a top view and on the right in a view from below, with connections to the stator S, shown here as points R12, then being shown on the right. In the simplest case, these connections can be bores through which a fluid can flow.
  • Figure ld shows a cover plate D for the valves V according to the invention. This (if it is used) is attached to the side of a rotor R facing away from the stator S and then by attaching fastening elements, preferably screws (with nuts), in particular self-locking nuts , Pulled together and fixed through the holes Dl and tighten the fasteners, the valve according to the invention (where the rotor R between the stator S and / or further rotor R and cover plate D remains movable (rotatable)).
  • fastening elements preferably screws (with nuts), in particular self-locking nuts
  • the cover plate D is essentially a plate with bores D1 for receiving the fastening means, wherein the cover plate D can have a recess in the middle if the rotor R is to be driven from this side; if the rotor R is to be driven, for example, by toothed wheels or belts which act on its outer sides, such a recess is not necessary.
  • Figure le shows an assembled valve V according to the invention consisting of stator S, two rotors R and cover plate D (in the order given above one another).
  • a base plate B can of course also be arranged on the other side of the valve;
  • inlets or fluid connectors S2 remain accessible, which generally requires that these are arranged comparatively far in the middle—or on the outer peripheral edge of the stator S.
  • Figure 2 shows an example (simplified to one movable element for the drawing) the difference between the micro-SMB described in the prior art (indicated by a) in the upper part of the figure) and the corresponding interconnection according to the present invention (in the lower part of the Figure labeled b)).
  • a static element/stator S is shown at the top and a movable element/rotor R is shown at the bottom.
  • the inventive integration of the columns 13 in the valve V, more precisely in the rotor R eliminates the need for connecting channels (represented by cross-striped rectangles) in the valve and additional external capillaries (represented by arrows). This significantly reduces the dead volume.
  • frits Possible placement points for any frits are denoted by 14 (for the sake of clarity only on the right columns, which in turn are numbered only in the left part with 13 for the sake of clarity).
  • 14 By means of such frits it is possible to hold the stationary phase in the columns 13, even if this consists only of a bed;
  • a filter effect can be achieved so that only sufficiently small particles/substances reach the column itself (i.e. the stationary phase) and the remaining components are trapped.
  • sufficiently fine-meshed filters, nets or grids can also be used instead of the frits.
  • FIG. 3 shows a highly schematic example of a structure for a micro-SMB system using a valve according to the invention.
  • This exemplary structure includes four containers for each diluent, extract, sample and raffinate, as well as a container for waste, a multi-channel pressure control unit for microfluidics 15 with a pressure control probe PCR per channel, four flow sensors FCR, two UV sensors QR, two conductivity sensors LR and one (screwed together) valve V according to the invention with four integrated columns 13 (for example distributed over two rotors, each with two columns 13 or distributed over one column in the first rotor and three columns 13 in the second rotor).
  • Such a setup can (but is not mandatory) be used for investigations such as the example shown below.
  • FIG. 4 shows the results obtained in the example described below.
  • concentrations in the (inflow and outflow) streams of the system used are shown in FIG. A more detailed description can be found below in the example.
  • Figure 5 illustrates packing adapters for packing individual columns separately.
  • P9 designates a depression for inserting an individual column and PI bores for pressing the individual parts by means of appropriate connecting elements, preferably screws (in one example, these bores go through all parts and then the individual parts are pulled together or screwed together by tightening screws/nuts, for example).
  • screws in one example, these bores go through all parts and then the individual parts are pulled together or screwed together by tightening screws/nuts, for example.
  • the bores only go through one part and in other part a threaded groove is cut into which a screw can be screwed, or in still another example clamping rods are passed through the bores and then all parts of clamped together on the outside via the clamping rods. Other variants are possible).
  • P2 designates connectors for external fluid flows.
  • a single column is thus placed in the depression P9 of the lower part, then the cover is put on and the lower part and cover are fixed to one another by means of the connecting elements.
  • the column can then be connected and filled or operated via connectors P2.
  • the same pack adapter is shown again in a side view.
  • the third line shows the pack adapter on the left in a top view and on the right in a bottom view. You can see the holes PI and in the left part the Connectors P2 (not numbered for clarity).
  • the cuts through the adapter parts along the respective cutting lines AA and BB are then shown in the bottom line of FIG.
  • passage openings for fluids are then also shown, which are marked with arrows.
  • FIG. 6 exemplary embodiments according to the invention of rotor disks, in which chromatography columns are integrated ( Figures 6 to 8), base plates/cover plates ( Figure 9) and assembled valves from these rotors and base plates/cover plates ( Figures 10 and 11) illustrated.
  • Different designs of the rotor disks are shown as examples, which, for example, only have columns (FIG. 6), additional bypass channels that can also be used for direct sample injection (“sample loop") (FIG. 7) or additional microfluidic elements for flow control ( Figure 8). Numerous other configurations are conceivable.
  • the cover and base can be identical (Figure 9); in this case, fluid can be supplied and removed from both sides (top and bottom).
  • Figure 10 shows the assembled components of a valve according to the invention with two displaceable elements (rotors) and Figure 11 shows the assembled components of a valve according to the invention with three displaceable elements (rotors).
  • the rotor discs can be rotated, for example, via gear wheels or a belt drive.
  • the valves according to the invention allow the flexible connection of different chromatography columns or sample loops without any dead volume.
  • FIG. 6 shows a possible variant of the rotor R of the valves V according to the invention.
  • the teeth 24 of the outer circumference of the rotor R immediately catch the eye in this variant.
  • Such teeth make it possible to drive the rotor R via a toothed belt or toothed belt.
  • this possibility does not rule out the possibility of the rotor being driven from below by a motor that acts, for example, via the center hole.
  • FIG. 6 corresponds in principle to that shown in FIG. 1b, for example.
  • three chromatography columns 13 are illustrated here in FIG. 6, four or more (or fewer) are just as possible.
  • the columns 13 are only indicated here (dashed); the columns are designed here as an integral part of the rotor plate (accessible for example via additive manufacturing, in particular 3D printing), but the rotors shown in FIG. 1b can also be provided with teeth 24 in order to make the drive options more flexible.
  • the inlet 21 and outlet 22 of the cavity or column 13 are shown, which in this case show the possibility of the cavity/column 13 being supplied with fluid from one surface and drained from the other side.
  • both the inlet 21 and the outlet 22 on one (of the same) surface side.
  • number 20 illustrates an optional recess into which an (inlet) frit 14 can be inserted if desired (cf. also FIG. 2 and the description for possible positioning of frits or filters/nets/grids).
  • a centering bore 23 is also shown in the middle, by means of which (and other centering means, such as rods or the like) rotor R and stator S as well as cover plate D can be centered.
  • this centering bore 23 can also, alternatively or additionally, be used as an attachment point for a centrally arranged motor (or a means that transmits the rotation of a motor, such as a shaft).
  • FIG. 7 illustrates a similar exemplary embodiment of the present invention as FIG. 6.
  • additional passage channels (bypass channels) 25 are shown in FIG. Loop"
  • FIG. 6 which only illustrates cavities/columns 13
  • additional passage channels (bypass channels) 25 are shown in FIG. Loop"
  • FIG. 8 is another exemplary embodiment of the rotors according to the present invention, similar to FIGS. 6 and 7, but here additional microfluidic elements for flow guidance are illustrated.
  • a splitter 26 for dividing a fluid flow between two cavities/chromatography columns 13 is shown.
  • fluid can be fed into the splitter 26 from above, as a result of which the fluid then reaches both adjacent cavities/columns 13 (shown in a V-shape).
  • This can be used, for example, to use different columns (i.e. essentially different stationary phases) at the same time, which can be useful for example, but not only, for screening experiments.
  • a direct outlet is illustrated at 22a, which can be used to split a fluid flow; it is illustrated here that a fluid fed into the inlet 21 partly reaches the upper cavity/column 13 shown horizontally and partly directly to the outlet 22a—this is therefore also a variant of a splitter. It should be noted that these two illustrated microfluidic elements are not the only conceivable/usable ones.
  • splitters 26 illustrated here for dividing into two cavities/columns 13 instead of the splitters 26 illustrated here for dividing into two cavities/columns 13, splitters for dividing into three or four or more cavities/columns 13 are also possible; accordingly, the direct outlet 22a can also be connected to a splitter for splitting into two, three, four or more cavities/columns 13 (and not just one as illustrated).
  • the rotors R of the present invention In addition to being driven in rotation by a toothed belt or gear wheels, the rotors R of the present invention, as illustrated, for example, in FIGS 1 engaging elsewhere than the outer periphery of the rotors R, or rotated by hand, or by (non-toothed) belts, solely with sufficient friction between belt and rotor outer peripheral surface.
  • FIG. 9 shows a further variant according to the invention for a cover plate D, which of course can also be used as a base plate B on the other side of the valve can be arranged.
  • the cover plate/base plate D/B is additionally provided with connections S2 for external fluid connectors in addition to the bores D1 for the introduction of fastening means (as described above).
  • Flow channels 27 are also illustrated in this figure following these connectors S2. Such flow channels can of course also be present in the other embodiments when connectors S2 are placed on cover plate/base plate D/B or stator S (but for the sake of clarity they are not always shown in the figures).
  • connectors S2 and flow channels 27 are partially synonymous within the scope of the present invention (unless explicitly stated otherwise or defined in more detail).
  • two connectors S2 are shown here, this is not the only possibility according to the invention.
  • One, three, four or more connections S2 can just as easily be provided.
  • the exact number or the exact configuration of the cover/bottom plate will of course be selected depending on the rotors used/planned. In such a configuration, the cover D acts as a stator at the same time.
  • top plates/bottom plates D/B with connections S2 are arranged on both sides of a rotor R, in particular as shown in FIGS will be realized; With such an arrangement it is of course also possible to use one of the top plates/bottom plates D/B only as a cover and not to use the connections S2.
  • a valve that has a cover plate D and a base plate B according to FIG. 9 is very flexible in its application.
  • FIG. 10 illustrates the view of a fully assembled valve V according to the present invention, in which two rotors R, with teeth 24 on the outer peripheral edge, are arranged one above the other.
  • a cover D as also shown in FIG. 9, is illustrated at the top in this figure.
  • this can also be a stator S, which has corresponding connections, or the cover D has the function of a stator S in this illustrated, exemplary embodiment—or vice versa.
  • a cover plate D or base plate B is illustrated as the bottommost part in the figure; this can be a top/bottom plate as illustrated in FIG (then the valve of this embodiment would have two equal sides), but it can also be a cover plate as illustrated in Figure lc or a simple round disk with corresponding bores Dl, but care must then be taken that the lowest rotor R is designed in such a way that whose outlets either end in the area of the recess of the cover plate (according to FIG. 1c), or whose outlets are directed upwards and the fluids are then directed upwards again (through the other rotors).
  • this valve V there is also a centering axis Z, with the help of which the individual components can be centered precisely one above the other and which serves as the axis of rotation (of the rotors).
  • FIG. 11 illustrates the view of a fully assembled valve V according to the present invention, in which three rotors R, with teeth 24 on the outer peripheral edge, are arranged one above the other.
  • a cover D as also shown in FIG. 9, is illustrated at the top in this figure. However, this can also be a stator S, which has corresponding connections, or the cover D has the function of a stator S in this illustrated, exemplary embodiment—or vice versa.
  • a cover plate D or base plate B is illustrated as the bottommost part in the figure; this can be a top/bottom plate as illustrated in FIG. 9 (then the valve of this embodiment would have two equal sides), but it can also be a top plate as illustrated in FIG.
  • stator has one or more cavities for fluid transmission in addition to connections for fluid supply and discharge.
  • a zero dead volume injection valve is shown.
  • this valve only one cavity filled with separating material is used in the stator, whereas the rotor furthest away from the stator has cavities, these are (or are) only filled with sample, but do not contain any stationary phase; between these two one or more further rotors are arranged for connection.
  • FIGS. 12 to 15 represent a simplified version, since FIG. 15 in particular would otherwise be too confusing.
  • at least one further rotor belongs between the stator S-OV and the rotor R-OV, the cavities of which (or whose) are completely filled with sample and/or separating material, and which the cavities of the rotor R-OV and Stator connects S-OV with each other, for example outlet S0-0V with the inlet for 13-R-OV.
  • FIG. 12 shows the stator S-OV of the zero-dead-volume injection valve OV, viewed from above (upper part of the figure) and seen from below (lower part of the figure) with corresponding external (microfluidic) connectors (21-OV, 22- OV, 21-OVa, 22-OVa) and an integrated well 13-S-OV, which is preferably a chromatography column.
  • the corresponding further components correspond to those described above.
  • the inlet of the chromatography column is designated with 21-OV and the outlet with the number 22-OV.
  • 21-OVa and 22-OVa denote an inlet and an outlet, which, however, are not connected to the cavity/chromatography column 13-S-OV, but to the channels or channels adjoining them through the stator S-OV lead through to cavities in the rotor S-OV of the zero dead volume injection valve 0V. Also shown are bores S1-0V for fastening, preferably by means of screws, in particular with (self-locking) nuts, for axial compression (fastening/fixing) of the rotor and stator, which function as described above.
  • the lower part of the figure shows the contact surface S14- 0V to the additional rotor(s) R 2 -0V, which lies between S-OV and rotor R-OV, and at the outlet of the cavity/chromatography column 13-S-OV an optional recess 20-0V is again illustrated, in which, for example, a frit (or filter/mesh/grid) can be inserted if this is necessary or desired.
  • a frit or filter/mesh/grid
  • the cavity/chromatography column 13-S-OV can preferably be produced together with the entire stator S-OV using additive manufacturing processes, in particular 3D printing; the shape, depending on what you want, is particularly easy to achieve.
  • Figure 13 shows the rotor R-OV of the zero dead volume injection valve 0V which is furthest away from the stator S-OV, in which cavities 13-R-OV of different sizes, in particular designed as sample loops Ps-OV, are integrated (the additional rotors in between As mentioned, R2-OV are not shown for the sake of clarity).
  • These cavities 13-R-OV/Ps-OV can be curved as shown here, but they can also have any other shape, for example angled or serpentine; however, a curved shape is preferred.
  • These cavities 13-R-0V/Ps-0V preferably differ in terms of their diameter and possibly their curvature (if they are curved), the distance between their cavity ends remains (preferably) constant (the length of the cavity also depends on the radius of curvature and is therefore variable). In this way it is ensured that different quantities or volumes of the samples can be located in the respective cavities 13-R-0V/Ps-0V without the geometry or the construction of the stator S-OV with the respective connection positions being affected of inlets and outlets would have to be changed.
  • cutouts for the arrangement of frits can also optionally be provided here.
  • the cavities 13-R-0V/Ps-0V can preferably be produced together with the entire rotor R-OV using additive manufacturing methods, in particular 3D printing; the shape, depending on what you want, is particularly easy to achieve.
  • the rotor R-OV can have gears 24-R-OV (not shown) and can be rotated by them (e.g. by means of gears or toothed belts).
  • the rotor R-OV can of course also be driven by a motor, for example acting from below, which acts at a different point than the outer circumference of the rotor R-OV, or it can be turned by hand, or by (non-toothed) belts, solely via sufficient friction between the belt and the outer peripheral surface of the rotor.
  • a motor for example acting from below, which acts at a different point than the outer circumference of the rotor R-OV, or it can be turned by hand, or by (non-toothed) belts, solely via sufficient friction between the belt and the outer peripheral surface of the rotor.
  • the cover D-OV of the zero dead volume injection valve 0V shown in FIG. 14 is used for pressing rotor R-OV and stator S-OV (and intermediate rotors R 2 -0V, not shown) with fasteners, and this also has bores D1 accordingly -0V for fasteners, preferably screws, especially with (self-locking) nuts.
  • the cover plate D-OV is shown here as a continuous plate, without a cut-out in the middle.
  • a central recess can also be provided here, into which a motor (directly or indirectly via shafts or the like) can engage can.
  • FIG. 15 shows an oblique plan view of the arrangement of the parts S- 0V, R-OV and D-OV for one of the zero dead volume injection valve 0V - for the sake of clarity the part(s) belonging to the complete valve intermediate rotor(s) R2-OV are not shown for clarity.
  • the lower part shows a top view, with the stator S-OV being shown transparently, so that the position of the cavities/sample loops 13-R-0v/Ps-0V in the rotor R-OV in relation to the inlets and outlets of the stator S -OV, and in particular also in relation to the cavity/chromatography column 13-S-OV in the stator.
  • a sample loop referred to here as Ps-I-OV
  • Ps-I-OV is in the "inject” position, i.e. it is in contact with the cavity/chromatography column 13-S-OV in the stator S-OV.
  • a fluid from the sample loop Ps-I-OV can be introduced (injected) into the cavity/chromatography column 13-S-OV.
  • Another sample loop, referred to here as Ps-L-OV is located in the "Load"- position, meaning that it can be filled with fluid (or, alternatively, fluid can be removed therefrom) through the connectors of the stator; intermediate rotor(s) would be designed to make these precise connections.
  • samples were examined with a valve according to the invention comprising four columns and two rotors.
  • the columns were filled with Cytiva Sephadex G-25 F chromatography material.
  • the aim of the test experiment was to desalt bovine serum albumin (BSA) from ammonium sulfate (AS).
  • BSA bovine serum albumin
  • AS ammonium sulfate
  • a mixture with 2 g/L BSA and 200 mM AS was chosen as the feed solution (sample).
  • the BSA protein should be drawn off in the raffinate port of the system and the AS in the extract.
  • valve according to the invention was used as an SMB valve and an SMB process was carried out in a known manner at room temperature and ambient pressure.
  • the raffinate solution had an AS concentration of 32 mM and a BSA concentration of 1 g/L.
  • the BSA yield is thus 61% with a dilution factor of 50%.
  • 82% of the AS could be depleted.
  • Figure 4 shows the concentrations in all the influent and effluent streams of the system.
  • the concentrations are plotted on the ordinate and the application or withdrawal points of the respective fluid are plotted on the abscissa, with the respective columns and flow velocities specified under the coordinate system.
  • the direction of switching of the columns is indicated and the switching time tschait was 276 seconds.
  • valve of the present invention is very effective.
  • the applicability of the slide valves according to the invention for the operation of a micro-SMB could thus be successfully demonstrated.
  • R3 Device e.g. bore
  • fluid connectors for external material flows e.g. hose connections

Abstract

The present invention relates to slide valves comprising displaceable elements having a plurality of cavities, through which fluids can be selectively conducted, and static elements, with respect to which the displacement of the displaceable elements is carried out. The invention also relates to a kit comprising the elements and to uses.

Description

FUNKTIONELLES MIKROVENTIL FUNCTIONAL MICROVALVE
Alle in der vorliegenden Anmeldung zitierten Dokumente sind durch Verweis vollumfänglich in die vorliegende Offenbarung einbezogen (= incorporated by reference in their entirety). All documents cited in the present application are fully incorporated by reference into the present disclosure (=incorporated by reference in their entirety).
Die vorliegende Erfindung betrifft Schieberventile umfassend verschiebbare Elemente mit mehreren Kavitäten, durch die selektiv Fluide geleitet werden können, und statische Elemente, gegenüber denen die Verschiebung der verschiebbaren Elemente erfolgt, ein Kit umfassend die Elemente und Verwendungen. The present invention relates to slide valves comprising slidable elements with a plurality of cavities through which fluids can be selectively passed, and static elements against which the slidable elements are displaced, a kit comprising the elements and uses.
Stand der Technik State of the art
Die Einsatzmöglichkeiten von Ventilen sind sehr vielseitig und von Relevanz in zahlreichen unterschiedlichen Bereichen. Valves can be used in many different ways and are relevant in many different areas.
Es gibt Lösungen, die eine Integration von Chromatographiesäulen in Ventile nutzen; manchmal genannt „Lab-on-a-valve". Im Bereich Lab-on-a-Valve gibt es Anwendungen, bei denen eine Chromatographiesäule direkt in ein zentrales Verteil- Ventil integriert wurde. Dabei wird beispielsweise der ausgewählte Kanal, der an eine Flussquelle, z.B. Spritzenpumpe, angeschlossen ist und ein weiterer Kanal mit einer Fritte verschlossen. An einen anderen Kanal wird ein Bead -Reservoir angeschlossen. Die Säule wird gepackt, indem der dauerhaft verbundene Kanal zunächst über das Bead -Reservoir befüllt wird, das Ventil anschließend auf den zweiten mit einer Fritte versehenen Kanal geschaltet wird und die Beads von einem Kanal in den anderen übertragen werden. Soll eine Säule erneuert werden, können die Beads aus der Säule entfernt werden, indem die Flussrate und damit der Druck erhöht wird. Dadurch verformen sich die Beads und können den Spalt zwischen Kanalwand und Fritte passieren. Alternativ kann auch eine „in-valve column" zur Probenvorbereitung genutzt werden, was quasi eine mit Chromatographieharz gefüllte Kapillare ist, die mit einem 6-Port-Ventil verbunden wird. There are solutions that use integration of chromatography columns into valves; sometimes called "lab-on-a-valve". In the field of lab-on-a-valve there are applications in which a chromatography column has been integrated directly into a central distribution valve. For example, the selected channel that is connected to a flow source , e.g. syringe pump, is connected and another channel is sealed with a frit. A bead reservoir is connected to another channel. The column is packed by first filling the permanently connected channel via the bead reservoir, then the valve on the second fritted channel is switched and the beads are transferred from one channel to the other.If a column is to be renewed, the beads can be removed from the column by increasing the flow rate and thus the pressure.This causes the beads to deform and can pass through the gap between the channel wall and the frit. Alternatively, an "in-valve column" can also be used for sample preparation, which is like a capillary filled with chromatography resin that is connected to a 6-port valve.
Weiterhin gibt es Lösungen unter Integration von Säulen in mikrofluidische Systeme. Auf dem Gebiet der Mikrofluidik gibt es bereits Anwendungen, bei denen Chromatographiesäulen direkt in einen mikrofluidischen Chip integriert werden. Allerdings enthalten diese Chips meistens nur passive Elemente. Eine Ausnahme stellen die im vorherigen Abschnitt dargestellten Lab-on-a-Valve-Systeme mit integrierten Säulen dar. Des Weiteren gibt es Ansätze, bei denen stationäre Chromatographiephasen oder Extraktionsmaterialien direkt in Säulengehäuse integriert werden, vor allem im Bereich des 3D-Drucks, indem Gehäuse und stationäre Phase in einem Druck gefertigt werden. Diese Säulen werden bislang aber nicht weiter in Ventile etc. integriert, sondern stattdessen über Verbindungsstücke und Kapillaren mit weiteren Komponenten gekoppelt. There are also solutions involving the integration of columns in microfluidic systems. There are already applications in the field of microfluidics in which chromatography columns are integrated directly into a microfluidic chip. However, these chips usually only contain passive elements. The lab-on-a-valve systems presented in the previous section are an exception integrated columns. There are also approaches in which stationary chromatography phases or extraction materials are integrated directly into the column housing, especially in the field of 3D printing, in which the housing and stationary phase are produced in one print. So far, however, these columns have not been further integrated into valves etc., but instead coupled with other components via connectors and capillaries.
Zudem gibt es Lösungen im Rahmen der Mikro-Simulated Moving Bed Chromatographie. Die Simulated Moving Bed Chromatographie (SMB) ist ein etabliertes Verfahren zur kontinuierlichen präparativen Auftrennung von Stoffgemischen. There are also solutions within the framework of micro-simulated moving bed chromatography. Simulated Moving Bed Chromatography (SMB) is an established method for the continuous preparative separation of mixtures of substances.
Ferner ist die mehrdimensionale Chromatographie bekannt. Die mehrdimensionale Chromatographie ist ein Verfahren, bei dem verschiedene Chromatographiearten für die Auftrennung einer Einzelprobe verknüpft werden. Dazu gibt es bereits Hardwarevarianten, die Ventile enthalten. Zum einen besteht die Möglichkeit, die Verknüpfung der Säulen über eine externe Verschaltung mehrerer Ventile zu gewährleisten und dadurch den Probentransfer zu ermöglichen. Dabei wird die Probe durch das Umschalten der Ventile durch die verschiedenen Säulen geführt, wobei Flussraten und Pufferbedingungen für die einzelnen Säulen angepasst werden können. Bei einer weiteren Möglichkeit werden die Säulen in einen mikrofluidischen Chip integriert. Das Routing der Probe kann dabei über integriert 2-Wegeventile erfolgen, oder durch eine externe Ventilverschaltung, über die die Flussraten in den verschiedenen Kanälen des Chips geregelt wird. Die Übertragung der Probe von einer Säule auf die andere erfolgt in dem Fall durch ein so genanntes „transfer cross".Furthermore, multidimensional chromatography is known. Multidimensional chromatography is a technique that combines different types of chromatography to separate a single sample. There are already hardware variants that contain valves. On the one hand, there is the possibility of linking the columns via an external connection of several valves, thereby enabling sample transfer. The sample is guided through the various columns by switching the valves, whereby flow rates and buffer conditions can be adjusted for the individual columns. Another option is to integrate the columns into a microfluidic chip. The sample can be routed via integrated 2-way valves or via an external valve circuit, which regulates the flow rates in the various channels of the chip. In this case, the sample is transferred from one column to the other by a so-called "transfer cross".
Bei allen Verfahren kann die Trennleistung und die Peakkapazität durch die Nutzung orthogonaler Trennmethoden im Vergleich zu einer Einzelsäule theoretisch gesteigert werden. Um dies auch erfolgreich in die Praxis umzusetzen, ist die Kopplung der einzelnen Säulen und der Probentransfer von einer Säule zur anderen von besonders hoher Relevanz, da hier peakverbreiternde Effekte, die die Trennleistung der vorangegangenen Säule wieder zunichtemachen können, minimiert werden müssen. Als Stand der Technik können zum Beispiel US 6,979,402 Bl; US 6,997,213 Bl; WO 2017/155664 Al; US 6,779,557 B2; US 9,726,301 B2; US 8,807,164 B2;In all processes, the separation performance and peak capacity can theoretically be increased by using orthogonal separation methods compared to a single column. In order to successfully put this into practice, the coupling of the individual columns and the sample transfer from one column to the other is of particularly high relevance, since peak-broadening effects, which can destroy the separation performance of the previous column, must be minimized. US Pat. Nos. 6,979,402 B1; US Pat. No. 6,997,213 Bl; WO 2017/155664 A1; U.S. 6,779,557 B2; US 9,726,301 B2; U.S. 8,807,164 B2;
US 2012/0116049 Al oder auch US 6,136,198 genannt werden. US 2012/0116049 A1 or also US 6,136,198.
Keines der Systeme des Standes der Technik ermöglicht es zufriedenstellend, mehrereNone of the prior art systems satisfactorily allow multiple
Säulen flexibel innerhalb eines mikrofluidischen Systems miteinander zu verbinden: Im Bereich der Mehrdimensionalen Chromatographie ist es zwar üblich mehrere Säulen in einen mikrofluidischen Chip zu integrieren, die Verbindungen zwischen den Säulen sind allerdings starr und diese können folglich nicht geändert werden. Gleichzeitig werden meistens zusätzliche externe Ventile für den Betrieb benötigt.To flexibly connect columns within a microfluidic system: In the field of multidimensional chromatography, it is common to integrate several columns into one microfluidic chip, but the connections between the columns are rigid and consequently cannot be changed. At the same time, additional external valves are usually required for operation.
Bei Lab-on-a-Valve Systemen wurden schon Säulen direkt in einen Ventilkanal integriert, wodurch der Feedstrom zur Säule direkt geändert werden kann. Da jenes System allerdings auf dem Einsatz eines zentralen Verteilventils basiert, können nicht mehrere Säulen im System miteinander verbunden werden. Dazu müsste der Fluidstrom immer zunächst aus dem Ventil heraus und erneut ins Ventil eingeleitet werden. With lab-on-a-valve systems, columns have already been integrated directly into a valve channel, which means that the feed flow to the column can be changed directly. However, since that system is based on the use of a central distribution valve, it is not possible to connect several columns in the system. To do this, the fluid flow would always first have to be fed out of the valve and back into the valve.
Hier besteht im Hinblick auf die Systeme des Standes der Technik noch Verbesserungsbedarf. There is still a need for improvement here with regard to the systems of the prior art.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es Möglichkeiten zur Verbesserung existierender Systeme zur Verfügung zu stellen, insbesondere sollten die Systeme erhöhte Flexibilität und Wartungsfreundlichkeit aufweisen. The object of the present invention was to provide options for improving existing systems, in particular the systems should have increased flexibility and ease of maintenance.
Weitere Aufgabenstellungen ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung. Further tasks arise for the person skilled in the art from the following description.
Gelöst werden diese und andere Aufgaben im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. These and other objects are solved within the scope of the present invention by the subject matter of the independent claims.
Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Preferred configurations emerge from the dependent claims and the following description.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung schließt der Begriff «umfassen» jeweils auch «bestehend aus» ein; das heißt eine entsprechende Liste kann neben den explizit genannten Elementen auch weitere Elemente enthalten (= umfassen), oder sie kann genau diese Elemente enthalten (=bestehen aus) (wobei unwesentliche Elemente wie Schrauben, Markierungen etc. nicht berücksichtig sind). In the context of the present invention, the term “comprise” also includes “consisting of”; This means that a corresponding list can contain (= include) other elements in addition to the elements explicitly mentioned, or it can contain exactly these elements (= consist of) (whereby insignificant elements such as screws, markings, etc. are not taken into account).
Bei relativen Angaben wie oben, unten, links, rechts oder Ähnlichem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Bezugssystem von einem aufrecht auf dem Erdboden vor dem diskutierten Objekt stehenden Beobachter ausgegangen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „und/oder" dass beide in dem Zusammenhang genannten Elemente jeweils einzeln als auch die Kombination der in dem Zusammenhang genannten Elemente umfasst ist. In the case of relative information such as up, down, left, right or the like, an observer standing upright on the ground in front of the object under discussion is assumed as the reference system within the scope of the present invention. In the context of the present invention, the expression “and/or” means that both elements mentioned in the context are included individually as well as the combination of the elements mentioned in the context.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff „Befestigungselemente" bevorzugt, aber nicht ausschließlich, Schrauben (mit Muttern), insbesondere selbst-sichernden Schraubenmuttern, verstanden. In the context of the present invention, the term "fastening elements" preferably, but not exclusively, means screws (with nuts), in particular self-locking nuts.
Die vorliegende Erfindung beruht insbesondere, in bevorzugten Ausführungsformen, aber nicht ausschließlich auf einer vereinfachten Verschaltung mehrerer Chromatographiesäulen und einer Verringerung des Totvolumens zwischen den Säulen. Dazu werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Chromatographiesäulen direkt in das Ventil integriert, sodass die Säulenkörper Teil des Ventils sind. Dadurch entfallen die Verbindungskapillaren und Verbindungsstücke zwischen Ventil und Säulen, was das Totvolumen reduziert und die Verschaltung vereinfacht. In preferred embodiments, the present invention is based in particular, but not exclusively, on a simplified connection of a plurality of chromatography columns and a reduction in the dead volume between the columns. For this purpose, within the scope of the present invention, the chromatography columns are integrated directly into the valve, so that the column bodies are part of the valve. This eliminates the connection capillaries and connectors between the valve and columns, which reduces dead volume and simplifies the wiring.
Im Unterschied zum bisherigen Stand der Technik können im Rahmen der vorliegenden Erfindung mithin mehrere Chromatographiesäulen in alle Bauteile eines rotatorischen Ventilsystems integriert werden und zwischen den Säulen kann beliebig der Zu-und Abstrom von Fluiden realisiert werden. In contrast to the previous state of the art, within the scope of the present invention several chromatography columns can be integrated into all components of a rotary valve system and the inflow and outflow of fluids between the columns can be implemented as desired.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind mithin Schieberventile, insbesondere SMB-Ventil, umfassend, oder bestehend aus, stapelartig übereinander angeordnet, mindestens zwei verschiebbaren Elementen (Rotor) und mindestens einem statischen Element (Stator), sowie gegebenenfalls weiteren Elementen. Der Einfachheit halber werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Schieberventile im Folgenden oft einfach als Ventile bezeichnet. The present invention therefore relates to slide valves, in particular SMB valves, comprising or consisting of, stacked one above the other, at least two displaceable elements (rotor) and at least one static element (stator), and optionally further elements. For the sake of simplicity, within the scope of the present invention, the slide valves are often referred to simply as valves in the following.
Der Begriff Rotor für das verschiebbare Element wird insbesondere verwendet, wenn die Verschiebung um eine Rotationsachse erfolgt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung muss die Verschiebung aber nicht rotierend erfolgen, obwohl dies bevorzugt ist. The term rotor for the displaceable element is used in particular when the displacement takes place about an axis of rotation. In the context of the present invention, however, the displacement does not have to be rotational, although this is preferred.
Die einzelnen Elemente müssen dabei nicht zwingend in der Reihenfolge übereinander angeordnet sein, wie die Bestandteilbezeichnungen I), Ila) ... suggerieren mögen, sondern können verschiede Abfolgen (solange technisch sinnvoll) einnehmen. Beispiele für Abfolgen finden sich weiter unten. Erstes wesentliches Element I) der erfindungsgemäßen Schieberventile sind mindestens zwei, oder mindestens drei, insbesondere zwei oder drei, verschiebbare, bevorzugt drehbare, besonders bevorzugt runde, Elemente (Rotor) jeweils umfassend a) mindestens eine Kavität mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die mindestens eine Kavität ermöglichen, oder b) mindestens eine Kavität ohne eigene Anschlüsse konfiguriert zur Aufnahme von Einsätzen mit mindestens zwei Anschlüssen pro Einsatz, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die Einsätze ermöglichen, oder c) mindestens eine Kavität mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität und mindestens eine Kavität ohne eigene Anschlüsse konfiguriert zur Aufnahme von Einsätzen, bevorzugt Einsätzen mit mindestens zwei Anschlüssen pro Einsatz, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die Einsätze ermöglichen. The individual elements do not necessarily have to be arranged one above the other in the same order as the component designations I), Ila) ... may suggest, but can take on different sequences (as long as this makes sense from a technical point of view). See below for examples of sequences. The first essential element I) of the slide valves according to the invention are at least two, or at least three, in particular two or three, displaceable, preferably rotatable, particularly preferably round, elements (rotor) each comprising a) at least one cavity with at least two connections per cavity, the Ports permit fluid flow through the at least one cavity, or b) at least one cavity without dedicated ports configured to receive inserts with at least two ports per insert, the ports permit fluid flow through the inserts, or c) at least one Cavity with at least two ports per cavity and at least one cavity without its own ports configured to receive inserts, preferably inserts with at least two ports per insert, wherein the ports allow fluids to flow through the inserts.
Die genannten Kavitäten stellen Hohlräume mit einem definierten Volumen dar, die im Prinzip beliebige Formen aufweisen können. Oft ist es jedoch sinnvoll und daher bevorzugt, wenn die einzelnen Kavitäten in dem erfindungsgemäßen Ventil gleiche Dimensionen aufweisen, um eine möglichst hohe Austauschbarkeit von Kavitäteneinsätzen und eine bessere Vergleichbarkeit von Strömungen bzw. Versuchsergebnissen zu ermöglichen. Kavitäteneinsätze sind dabei Gehäuse, insbesondere zur Aufnahme von (Chromatographie-)Säulen, die in die entsprechenden Kavitäten ohne eigene Anschlüsse der verschiebbaren Elemente I) eingesetzt werden. The cavities mentioned represent cavities with a defined volume, which in principle can have any shape. However, it is often useful and therefore preferred if the individual cavities in the valve according to the invention have the same dimensions in order to enable the greatest possible interchangeability of cavity inserts and better comparability of flows or test results. Cavity inserts are housings, in particular for accommodating (chromatography) columns, which are inserted into the corresponding cavities without their own connections to the displaceable elements I).
In bevorzugten Varianten der vorliegenden Erfindung weist ein verschiebbares Element in seinem Zentrum annähernd quadratisch angeordnete Kavitäten ohne eigene Anschlüsse auf, die also im Wesentlichen Vertiefungen sind (annähernd quadratisch bedeutet dabei eine Abweichung von der ideal quadratischen Form von höchstens 10%, bevorzugt höchstens 5%, und insbesondere höchstens 2%.). Diese Kavitäten können unmittelbar aneinander angrenzen, so dass sie keine unmittelbar sichtbaren Grenzen zueinander aufweisen. Zum Beispiel kann dies als Aussparung mit annähernd quadratischen Eckkanten realisiert werden. Eine solche Aussparung als Beispiel für die genannten Kavitäten ohne eigene Anschlüsse ist mithin der Ort, an den, unter Zuhilfenahme von Einsätzen (Gehäusen), insbesondere (Chromatographie- )Säulen, in das verschiebbare Element eingesetzt werden. Es können im Rahmen der vorliegenden Erfindung einzelne oder alle, bevorzugt alle, Kavitäten genutzt werden. Überdies können auch mehrere (dann dünnere) Einsätze (Gehäuse), insbesondere (Chromatographie-)Säulen, pro Kavität angeordnet werden. Weiterhin können andere Symmetrien bzw. Formen und auch andere Anzahlen für die Kavitäten ohne eigene Anschlüsse realisiert werden, bevorzugte Anzahlen an Kavitäten pro verschiebbarem Element sind drei, vier, fünf, sechs, sieben und acht, insbesondere vier. In preferred variants of the present invention, a displaceable element has in its center approximately square cavities without their own connections, which are therefore essentially indentations (approximately square means a deviation from the ideal square shape of at most 10%, preferably at most 5%, and in particular at most 2%.). These cavities can directly adjoin one another, so that they do not have any directly visible borders to one another. For example, this can be implemented as a recess with approximately square corner edges. Such a recess as an example for the cavities mentioned without their own connections is therefore the place at which, with the aid of inserts (housings), in particular (chromatography) columns, are inserted into the displaceable element. It can be in the context of present invention individual or all, preferably all, cavities are used. In addition, several (then thinner) inserts (housings), in particular (chromatography) columns, can be arranged per cavity. Furthermore, other symmetries or shapes and also other numbers of cavities without their own connections can be realized; preferred numbers of cavities per displaceable element are three, four, five, six, seven and eight, in particular four.
Erfindungsgemäß verwendbare Kavitäteneinsätze sind bevorzugt an die Form der Kavitäten angepasst und können in einigen bevorzugten Varianten Einzelsäuleneinsätze und Einzelsäulengehäuse umfassen bzw. daraus bestehen. Die Einzelsäuleneinsätze werden dabei in die Einzelsäulengehäuse eingesetzt, um dann die zusammengesetzten Kavitäteneinsätze (in diesem Beispiel Einzelsäulen) zu bilden. Durch die Anpassung der Form an die Kavitäten ist die exakte Positionierung vereinfacht. Die zusammengesetzten Kavitäteneinsätze weisen Anschlüsse auf, die im einfachsten Fall Bohrungen sein können, durch die ein Fluid fließen kann. Cavity inserts that can be used according to the invention are preferably adapted to the shape of the cavities and, in some preferred variants, can comprise or consist of single-column inserts and single-column housings. The single-column inserts are inserted into the single-column housings in order to then form the assembled cavity inserts (in this example, single columns). By adapting the shape to the cavities, exact positioning is simplified. The assembled cavity inserts have connections which, in the simplest case, can be bores through which a fluid can flow.
Es können aber auch andere Kavitäteneinsätze verwendet werde, beispielsweise solche, die an sich als (Chromatographie-)Säule ausgestaltet sind oder auch solche, die lediglich ein (leeres) Gehäuse darstellen, je nachdem, welcher Zweck genau verfolgt wird. However, other cavity inserts can also be used, for example those that are designed as a (chromatography) column or those that merely represent an (empty) housing, depending on the exact purpose being pursued.
Zwar kann lediglich eine Kavität vorhanden sein, jedoch ist diese eine Kavität dann besonders bevorzugt unterteilt oder zumindest unterteilbar, zum Beispiel durch Wandelemente oder einlegen funktionaler Einsätze, wie z.B. Chromatographiesäulen oder ähnlichem. Although only one cavity can be present, this one cavity is then particularly preferably subdivided or at least can be subdivided, for example by wall elements or the insertion of functional inserts, such as chromatography columns or the like.
In Zusammenhang mit den in der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriff Chromatographiesäule, gelegentlich abgekürzt einfach als „Säule", ist darauf hinzuweisen, dass diese Säulen nicht prinzipiell auf eine bestimmte Größe beschränkt sind, sondern lediglich dadurch, dass sie in die jeweils zu nutzenden Kavitäten passen müssen (gegebenenfalls mit Restvolumen in der Kavität), entweder an sich oder unter Verwendung von Gehäusen, in die die Säulen eingesetzt werden. Solche in Gehäuse eingesetzte Säulen sind besonders gut handhabbar, insbesondere wenn die Gehäuse an die Dimensionen der Kavitäten angepasst sind, und können auf Vorrat produziert werden (auch mit unterschiedlichen Füllungen/stationären Phasen oder ähnlichem), so dass (im laufenden Betrieb) einfach Säulen getauscht werden können. In connection with the term chromatography column used in the present invention, sometimes abbreviated simply as "column", it should be pointed out that these columns are not in principle limited to a specific size, but only by the fact that they have to fit into the cavities to be used (Possibly with residual volume in the cavity), either in itself or using housings in which the columns are used.Such columns used in housing are particularly easy to handle, especially if the housing is adapted to the dimensions of the cavities, and can on Stock can be produced (also with different fillings/stationary phases or similar), so that columns can be easily exchanged (during operation).
Wenn nur eine Kavität vorhanden ist, stellt diese mithin im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt eine mehrfunktionelle Einheit dar, insbesondere durch Einsatz mehrerer Säulen, bevorzugt jeweils in Gehäusen, so dass funktionell letztlich eine Mehrzahl von Kavitäten resultiert. If only one cavity is present, this therefore preferably represents a polyfunctional unit within the scope of the present invention, in particular by use several columns, each preferably in housings, so that functionally ultimately a plurality of cavities results.
Insbesondere bevorzugt ist also im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn in dem Ventil in mindestens einem, bevorzugt in allen, verschiebbaren Element(en) mehrere Chromatographiesäulen gleicher oder unterschiedlicher Art (insbesondere gleicher oder unterschiedlicher stationärer Phasen) angeordnet sind. It is therefore particularly preferred within the scope of the present invention if several chromatography columns of the same or different type (especially the same or different stationary phases) are arranged in the valve in at least one, preferably in all, displaceable element(s).
Die genannten Anschlüsse werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Teil auch als Öffnungen, oder Inlets bzw. Outlets oder Konnektoren bezeichnet, was je nach Zusammenhang variiert. Konnektoren werden dabei insbesondere solche Öffnungen genannt, die bereits eine Vorrichtung/Einrichtung aufweisen, mittels derer eine Verbindung zu anderen Teilen, wie zum Beispiel Schläuchen, ermöglicht wird. Allerdings bedeutet dies nicht, dass die Inlets/Outlets oder Öffnungen nicht mit entsprechenden Vorrichtung/Einrichtung versehen sein können (werden). Within the scope of the present invention, the connections mentioned are sometimes also referred to as openings or inlets or outlets or connectors, which varies depending on the context. Connectors are in particular those openings that already have a device/equipment by means of which a connection to other parts, such as hoses, is made possible. However, this does not mean that the inlets/outlets or openings cannot (will) not be provided with appropriate devices/equipment.
Zweites wesentliches Element Ila) der Ventile gemäß vorliegender Erfindung ist mindestens ein statisches, bevorzugt rundes, Element (Stator) umfassend mindestens einen Anschluss für Fluidzuführung, und mindestens einen Anschluss für Fluidabführung. The second essential element 11a) of the valves according to the present invention is at least one static, preferably round, element (stator) comprising at least one connection for fluid supply and at least one connection for fluid discharge.
Dieses zweite Element kann zusätzlich ein oder mehrere Anschlüsse zur Fluidweiterleitung aufweisen. This second element can additionally have one or more connections for fluid transmission.
In einer anderen Variante der vorliegenden Erfindung ist das zweite wesentliche Element Ila) der Ventile gemäß vorliegender Erfindung mindestens ein statisches, bevorzugt rundes, Element (Stator) umfassend mindestens einen Anschluss für Fluidzuführung, mindestens einen Anschluss für Fluidabführung, und ein oder mehrere Kavitäten zur Fluidweiterleitung, bevorzugt ausgestaltet als (Chromatographie-)Säule(n). In another variant of the present invention, the second essential element Ila) of the valves according to the present invention is at least one static, preferably round, element (stator) comprising at least one connection for fluid supply, at least one connection for fluid discharge, and one or more cavities for fluid transmission , preferably designed as (chromatography) column (s).
Auch bei dieser anderen Variante kann das zweite Element zusätzlich ein oder mehrere Anschlüsse zur Fluidweiterleitung aufweisen. In this other variant, too, the second element can additionally have one or more connections for fluid transmission.
Das statische Element wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit verschiebbaren Elementen übereinander angeordnet, so dass das statische Element Kavitäten und Anschlüsse der verschiebbaren Elemente überdeckt, wobei Anschlüsse von statischem und verschiebbaren Elementen durch verschieben in Deckung gebracht und damit ein Fluidfluss durch das statische Element in jeweils mindestens eine, in Varianten aber auch mehrere, Kavität(en) der verschiebbaren Elemente, durch diese Kavität(en) und wieder durch einen anderen Anschluss oder andere Anschlüsse des statischen Elements heraus ermöglicht. In the context of the present invention, the static element is arranged one above the other with sliding elements, so that the static element covers cavities and connections of the sliding elements, with connections of static and displaceable elements are brought into congruence by moving and thus a fluid flow through the static element into at least one, but in variants also several, cavity(ies) of the displaceable elements, through this cavity(ies) and again through another connection or other connections of the static element.
Dazu werden das statische und verschiebbare Elemente derart aufeinander gepresst, insbesondere durch Befestigungsmittel, dass das oder die Fluid(e) nicht zwischen den Kontaktflächen der Elemente hindurch strömen kann (können), sondern nur entlang der jeweiligen Anschlüsse. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, wenn die jeweiligen Anschlüsse (Öffnungen, Inlets bzw. Outlets, Konnektoren) der Elemente mit Dichtungen bzw. Dichtungselementen versehen sind. Beispiele für bevorzugte Dichtungen sind zum Beispiel O-Ringe. For this purpose, the static and displaceable elements are pressed together in such a way, in particular by fastening means, that the fluid(s) cannot flow between the contact surfaces of the elements, but only along the respective connections. For this purpose it is preferred if the respective connections (openings, inlets or outlets, connectors) of the elements are provided with seals or sealing elements. Examples of preferred seals are, for example, O-rings.
Die Anschlüsse des statischen Elements, die zur Zu- bzw. Abführung von Fluiden in das Ventil dienen, sind in Varianten der vorliegenden Erfindung auf der einem verschiebbaren Element gegenüberliegenden Seite, angeordnet. Zusätzlich oder alternativ können (die) Anschlüsse des statischen Elements, die zur Zu- bzw. Abführung von Fluiden in das Ventil dienen, auf den Umfangsseiten des statischen Elements, angeordnet sein. In variants of the present invention, the connections of the static element, which are used for the supply and discharge of fluids into the valve, are arranged on the side opposite a displaceable element. Additionally or alternatively, (the) connections of the static element, which are used to supply or discharge fluids into the valve, can be arranged on the peripheral sides of the static element.
Optional kann das erfindungsgemäße Ventil eine, bevorzugt runde, statische Deckplatte III), die auf der dem Stator gegenüberliegenden Seite des obersten der mindestens zwei verschiebbaren Elemente (Rotoren) angeordnet ist, umfassen. Bei dieser bevorzugten Variante wird also das oberste verschiebbare Element (der Rotor) zwischen statischen Element und/oder mindestens einem weiteren verschiebbaren Element und der statischen Deckplatte eingeklemmt. Dabei ist die Deckplatte in der Regel nur eine Art „Klemmhilfe", ohne eigene Anschlüsse oder Durchleitungen. The valve according to the invention can optionally include a preferably round, static cover plate III), which is arranged on the side of the uppermost of the at least two displaceable elements (rotors) opposite the stator. In this preferred variant, the uppermost displaceable element (the rotor) is clamped between the static element and/or at least one further displaceable element and the static cover plate. The cover plate is usually just a kind of "clamping aid" without its own connections or feed-throughs.
In Varianten kann aber die Deckplatte durch ein zweites statisches Element ersetzt werden. In diesen Varianten kann in besonderen Ausgestaltungen ein verschiebbares Element eingesetzt werden, das auf Ober-und Unterseite Anschlüsse hat, so dass Fluidströme durch das Ventil geleitet werden können und nicht zwangsläufig auf der gleichen Seite austreten, wie sie eingeleitet werden. In variants, however, the cover plate can be replaced by a second static element. In these variants, a displaceable element can be used in special configurations, which has connections on the top and bottom, so that fluid streams can be routed through the valve and do not necessarily exit on the same side as they are introduced.
Diese Deckplatten können auch Anschlüsse oder z.B. (nach außen, d.h. von dem Ventil weg gerichtete) Abstandselemente oder Füße haben. In einer weiteren Alternative der vorliegenden Erfindung ist das zweite wesentliche Element Ilb) ein statisches, bevorzugt rundes, Element (Stator), das keine Anschlüsse zur Fluid(weiter)leitung aufweist. In diesem Falle sind die Anschlüsse des ersten Elements I) so angeordnet, dass diese von außen zugänglich sind, also von den Seiten des Stapels aus dem verwendeten Ventilelementen. Zudem entspricht in diesem Fall das Element Ilb) weitgehend einer Deckplatte oder Bodenplatte, die aber jeweils dennoch optional zusätzlich vorhanden sein können. These cover plates can also have connections or, for example, spacer elements (facing outwards, ie away from the valve) or feet. In a further alternative of the present invention, the second essential element IIb) is a static, preferably round, element (stator) which has no connections for fluid (further) conduction. In this case, the connections of the first element I) are arranged in such a way that they are accessible from the outside, ie from the sides of the stack of valve elements used. In addition, in this case the element IIb) largely corresponds to a cover plate or base plate, which, however, can still optionally be present in each case.
Zur Verdeutlichung sei nochmals darauf hingewiesen, dass, wenn bei den erfindungsgemäßen Ventilen von Ober- und Unterseiten (oder ähnlich) die Rede ist, sich dies auf einen Aufbau umfassend zumindest ein verschiebbares und statisches Element, die übereinander angeordnet sind, bezieht, wobei das verschiebbare Element als „unten" angesehen wird und das statische Element als „oben"; die Anordnungen der übrigen Elemente, insbesondere des zweiten verschiebbaren Elements, oder Platten ergeben sich dann daraus folgend. For clarification, it should be pointed out once again that when the valves according to the invention are referred to as upper and lower sides (or similar), this refers to a structure comprising at least one sliding and static element, which are arranged one above the other, with the sliding element is considered "below" and the static element is considered "above"; the arrangements of the other elements, in particular of the second displaceable element, or plates then follow from this.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Ventil optional aber auch eine, bevorzugt runde, statische Bodenplatte IV), die auf der II), insbesondere Ila) bzw. gegebenenfalls III) gegenüberliegenden Seite des Stapels aus mindestens einem I), II), insbesondere Ila) und gegebenenfalls III) angeordnet ist, umfassen. Furthermore, the valve according to the invention can optionally also have a, preferably round, static base plate IV) on the II), in particular Ila) or optionally III) opposite side of the stack of at least one I), II), in particular Ila) and optionally III) is arranged include.
Diese Bodenplatten können erfindungsgemäß die gleiche Form und Struktur wie die Deckplatten haben, können aber auch Anschlüsse oder z.B. (nach außen, d.h. von dem Ventil weg gerichtete) Abstandselemente oder Füße haben. Boden- und Deckplatte unterscheiden sich somit (im Wesentlichen) nur dadurch, dass sie auf gegenüberliegenden Seiten des Ventils angeordnet sind. According to the invention, these base plates can have the same shape and structure as the cover plates, but they can also have connections or, for example (outwards, i.e. directed away from the valve) spacers or feet. The bottom and top plates thus differ (essentially) only in that they are arranged on opposite sides of the valve.
Die erfindungsgemäßen Ventile können zudem in bevorzugten Varianten Einrichtungen oder Vorbereitungen V) zum automatischen Antrieb der Verschiebung mindestens eines, mehrerer oder aller Elemente I) aufweisen. In preferred variants, the valves according to the invention can also have devices or preparations V) for automatically driving the displacement of at least one, several or all of the elements I).
In einigen bevorzugten Varianten sind dies entsprechende Ausgestaltungen der äußeren Umfangsflächen des jeweiligen drehbaren Elements. In some preferred variants, these are corresponding configurations of the outer peripheral surfaces of the respective rotatable element.
Die Einrichtungen oder Vorrichtungen V) sind in bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: V)a) aufgeraute oder mit einer die Griffigkeit erhöhenden Beschichtung (tackifyer) versehene Oberflächen der äußeren Umfangsoberfläche des jeweiligen Elements I); In preferred embodiments of the present invention, the facilities or devices V) are selected from the group consisting of: V) a) surfaces of the outer peripheral surface of the respective element I that are roughened or provided with a coating that increases grip (tackifyer);
V)b) eine gezahnte Struktur der äußeren Umfangsoberfläche des jeweiligenV)b) a serrated structure of the outer peripheral surface of the respective
Elements I) (Verzahnung), Elements I) (teeth),
V)c) Hebel- bzw. Wellenansatzpunkt(e), Hebel, Griffe an der äußerenV)c) Lever or shaft attachment point(s), lever, handles on the outer
Umfangsoberfläche des jeweiligen Elements I); peripheral surface of the respective element I);
V)d) eine gezahnte Struktur der inneren Umfangsoberfläche einer (mittigen) Aussparung des jeweiligen Elements I) (innere Verzahnung), V)d) a toothed structure of the inner peripheral surface of a (central) recess of the respective element I) (internal toothing),
V)e) mindestens ein Zahnrad in der (mittigen) Aussparung des jeweiligen Elements I), einer Vertiefung in der Unterseite des jeweiligen Elements I), oder auf der Unterseite des jeweiligen Elements I), wobei dieses Element dann insbesondere das unterste des Ventils ist; V)e) at least one gear wheel in the (central) recess of the respective element I), a depression in the underside of the respective element I), or on the underside of the respective element I), this element then being in particular the lowest of the valve ;
V)f) Vorrichtung zum Ansatz von angetriebenen Bauteilen, bevorzugt Vertiefungen, in die solche Bauteile eingesetzt werden können und/oder Vorziehungen für den Eingriff von Befestigungsmitteln, bevorzugt Löcher, insbesondere Schraublöcher. V)f) Device for attaching driven components, preferably indentations into which such components can be inserted and/or provisions for the engagement of fastening means, preferably holes, in particular screw holes.
Bei den Varianten V)a), V)b) und V)c) ist der Antrieb nicht Teil des erfindungsgemäßen Ventils an sich, sondern ein gesondertes Bauteil, dass getrennt zur Verfügung gestellt wird. Dabei kann es sich beispielsweise um übliche Riemenantrieb, Zahnradantriebe, zum Beispiel auch direkt an einem Motor montierte Zahnräder, oder Schiebemotoren oder Ähnliches handeln. In variants V)a), V)b) and V)c), the drive is not part of the valve according to the invention per se, but a separate component that is made available separately. This can be, for example, a conventional belt drive, gear drives, for example gears mounted directly on a motor, or sliding motors or the like.
Bei Variante V)c) ist zu berücksichtigen, dass dann das verschiebbare Element dabei meist nur um einen gewissen Betrag verschoben werden kann, eine vollständige Verschiebung im Sinne einer Rotation ist dabei zwar realisierbar, aber oft zu aufwändig; diese Variante ist demgemäß weniger bevorzugt. In the case of variant V)c), it must be taken into account that the displaceable element can then usually only be displaced by a certain amount; a complete displacement in the sense of a rotation can be implemented, but is often too complex; this variant is accordingly less preferred.
Bei den Varianten V)d), V)e) und V)f) können Motoren fest an bzw. in das Ventil eingebaut sein. In variants V)d), V)e) and V)f), motors can be permanently installed on or in the valve.
Für den Fall, dass ein verschiebbares Element (Rotor) I) (das oberste) in einem erfindungsgemäßen Ventil von oberhalb des Ventils angetrieben werden soll oder muss, zum Beispiel über Einrichtung oder Vorrichtung V)d), ist es bevorzugt, dass das statische Element II), insbesondere Ila) (in seiner Mitte), und ebenso falls vorhanden Bodenplatte IV), sowie das oder die weitere(n) verschiebbare(n) Element(e) (Rotor(en)) jeweils eine Aussparung aufweisen, durch die der Antrieb mit der Einrichtungen oder Vorrichtungen V)d) in Eingriff gebracht werden kann. In the event that a displaceable element (rotor) I) (the top one) in a valve according to the invention should or must be driven from above the valve, for example via device or device V)d), it is preferred that the Static element II), in particular Ila) (in its middle), and also if present base plate IV), and the further (s) displaceable (s) element (s) (rotor (s)) each have a recess by which the drive can be brought into engagement with the facilities or devices V)d).
Die mehreren verschiebbare Elemente (Rotoren) in einem erfindungsgemäßen Ventil können gleiche oder unterschiedliche Einrichtungen oder Vorrichtungen V) aufweisen. Natürlich ist dabei zu berücksichtigen, dass die jeweiligen Einrichtungen oder Vorrichtungen V) zugänglich sein müssen, d.h. Einrichtungen oder Vorrichtungen V)d)/V)e)/V)f), die einen Antrieb von oberhalb bzw. unterhalb des Ventils erfordern, sollten (dürfen) nicht innen liegen. The several displaceable elements (rotors) in a valve according to the invention can have the same or different devices or devices V). Of course, it must be taken into account that the respective devices or devices V) must be accessible, i.e. devices or devices V)d)/V)e)/V)f) that require a drive from above or below the valve should (must) not be inside.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können alle verschiebbaren Elemente manuell verschoben (gedreht) werden, auch wenn sie eine Einrichtung oder Vorrichtung V) aufweisen. Es ist also nicht zwingend notwendig einen zusätzlichen Antrieb zur Verfügung zu stellen. Insbesondere Variante V)c) ist für das manuelle Verschieben gut geeignet. Within the scope of the present invention, all displaceable elements can be shifted (rotated) manually, even if they have a facility or device V). It is therefore not absolutely necessary to provide an additional drive. Variant V)c) in particular is well suited for manual shifting.
Die erfindungsgemäßen Ventile können in weiteren bevorzugten Varianten ohne solche „Antriebsvor- oder -einrichtungen" ausgestaltet sein, so dass dann die Verschiebung rein manuell vorgenommen wird. Dies kann zum Beispiel dann von Vorteil sein, wenn kein bzw. zu wenig Platz für automatische Verstelleinrichtungen gegeben ist. In further preferred variants, the valves according to the invention can be designed without such “drive pre-installations or devices”, so that the displacement is then carried out purely manually. This can be advantageous, for example, if there is no or too little space for automatic adjustment devices is.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgt die Relativbewegung, d.h. die Verschiebung, insbesondere Drehung, von I) (nur einem, mehreren oder allen) gegenüber den anderen Elementen entweder manuell oder mithilfe eines Antriebs. In preferred embodiments of the present invention, the relative movement, i.e. the displacement, in particular rotation, of I) (only one, several or all) in relation to the other elements takes place either manually or with the aid of a drive.
Aufgrund der Möglichkeit, dass die Verschiebung bei Einsatz eines Antriebs sehr genau erfolgen kann, insbesondere bei elektronischer Steuerung, ist es in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt, die Verschiebung (Drehung) durch einen Antrieb, insbesondere elektronisch gesteuerten Antrieb, vorzunehmen. Wie auch an anderer Stelle dieser Beschreibung gesagt/angedeutet, sind bei den erfindungsgemäßen Ventilen die Anschlüsse des mindestens einen statischen Elements so angeordnet, dass sie mit allen Anschlüssen oder ausgewählten Anschlüssen von mindestens einem verschiebbaren Element in Deckung gebracht werden können, um selektiv die Überleitung von Fluiden zwischen den Elementen, zu ermöglichen oder zu unterbinden. Due to the possibility that the displacement can take place very precisely when using a drive, in particular with electronic control, it is particularly preferred in some embodiments of the present invention to undertake the displacement (rotation) by a drive, in particular an electronically controlled drive. As said/indicated elsewhere in this description, the connections of the at least one static element are arranged in the valves according to the invention in such a way that they can be brought into alignment with all connections or selected connections of at least one displaceable element in order to selectively allow the transfer of Fluids between the elements to allow or prevent.
Verschiebbar bzw. drehbar bezieht sich dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf das jeweils zusammengesetzte Ventil, d.h. das jeweilige verschiebbare Element, ist, unabhängig von anderen verschiebbaren Elementen, gegenüber dem oder den statischen Elementen, sowie anderen verschiebbaren Elementen, verschiebbar bzw. drehbar. Within the scope of the present invention, displaceable or rotatable refers to the respective assembled valve, i.e. the respective displaceable element is displaceable or rotatable, independently of other displaceable elements, relative to the static element or elements, as well as other displaceable elements.
Drehbar bezieht sich dabei bevorzugt auf eine senkrecht in der Mitte des jeweiligen drehbaren Elements stehenden Drehachse Cm, wobei m die Anzahl der Kavitäten in dem Element ist. Dies bedeutet, dass bevorzugt die relative Position des ganzen Elements in Bezug auf das Ventil nicht geändert, das Element insbesondere nicht aus dem Ventil herausgedreht, wird (wenn das Ventil an sich nicht rotationssymmetrisch ist (zum Beispiel oval oder rechteckig), hat das zusammengesetzte Ventil eventuell keine solche Drehachse, sondern eine andere Symmetriegruppe). In this case, rotatable preferably refers to an axis of rotation C m standing perpendicularly in the middle of the respective rotatable element, where m is the number of cavities in the element. This means that preferably the relative position of the whole element with respect to the valve is not changed, in particular the element is not rotated out of the valve (if the valve itself is not rotationally symmetrical (e.g. oval or rectangular), the composite valve has possibly no such axis of rotation, but a different symmetry group).
Dies bedeutet aber nicht zwangsläufig, dass das drehbare Element eine runde oder m-eckige äußere (Umfangs-)Form haben muss, da die Drehung in Relation zu den Kavitäten steht. Zwar ist ein gleichmäßiger äußerer Umfang des drehbaren Elements bevorzugt, weil dies fertigungstechnisch einfacher ist und für einen Drehungsantrieb über zum Beispiel Riemen oder Zahnräder von Vorteil sein kann, jedoch kann die äußere Form auch ungleichmäßig sein (zum Beispiel auch trapezförmig). In Varianten bevorzugt ist es, wenn bei einer Drehung des drehbaren Elements zu keiner Zeit ein Teil dieses Elements über die Ränder des (größten verbauten) statischen Elements bzw. Deckplatte/Bodenplatte übersteht, wenn von oben auf das Ventil gesehen wird. In diesem Sinne ist es erfindungsgemäß zum Beispiel auch möglich eckige verschiebbare, bevorzugt drehbare, Elemente mit runden statischen Elementen oder Deck-/Bodenplatten zu kombinieren oder umgekehrt runde verschiebbare, bevorzugt drehbare, Elemente mit eckigen statischen Elementen oder Deck-/Bodenplatten (sowie jeweils unabhängig davon runden und/oder eckig geformten weiteren verschiebbaren Elementen). Wie angedeutet werden in der vorliegenden Erfindung pro Ventil mehrere verschiebbare, insbesondere drehbare, Elemente verwendet. Diese können in weiteren Varianten der vorliegenden Erfindung jeweils, oder teilweise, durch statische Elemente voneinander getrennt sein. However, this does not necessarily mean that the rotatable element must have a round or m-cornered external (circumferential) shape, since the rotation is related to the cavities. Although a uniform outer circumference of the rotatable element is preferred because this is simpler in terms of manufacturing technology and can be advantageous for a rotational drive via belts or gear wheels, for example, the outer shape can also be irregular (for example also trapezoidal). It is preferred in variants if, when the rotatable element rotates, no part of this element protrudes beyond the edges of the (largest built-in) static element or cover plate/base plate when the valve is viewed from above. In this sense, it is also possible according to the invention, for example, to combine angular, displaceable, preferably rotatable, elements with round static elements or top/bottom plates or, conversely, round, displaceable, preferably rotatable, elements with square static elements or top/bottom plates (as well as independently of which round and/or angular shaped further sliding elements). As indicated, several displaceable, in particular rotatable, elements are used in the present invention for each valve. In further variants of the present invention, these can each or partially be separated from one another by static elements.
Auf diese Art und Weise lassen sich verschiedenste Abfolgen von (verschiebbaren und statischen) Elementen realisieren, wodurch sich ein flexibles Ventil(-system) ergibt, dass auf verschiedenste Anforderungen anpassbar ist. In this way, a wide variety of sequences of (displaceable and static) elements can be implemented, resulting in a flexible valve (system) that can be adapted to a wide variety of requirements.
Einige Beispiele für erfindungsgemäß umfasste Abfolgen, jedoch keinesfalls auch nur annähernd alle möglichen, sind (R = verschiebbares, insbesondere drehbares, Element, S = statisches Element; D = Deckplatte; B = Bodenplatte; jeweils von unten nach oben): Some examples of sequences included according to the invention, but by no means even approximately all possible ones, are (R=displaceable, in particular rotatable, element, S=static element; D=cover plate; B=base plate; in each case from bottom to top):
1 RRRS; DRRRS; DRRRSB (dreimal R, einmal S) 1RRRS; DRRRS; DRRRSB (three times R, once S)
2 RSRS; DRSRS; DRSRSB (alternierend zweimal R und zweimal S) 2RSRS; DRSRS; DRSRSB (alternating twice R and twice S)
3 RSRSRS; DRSRSRS; DRSRSRSB (alternierend dreimal R und dreimal S)3RSRSRS; DRSRSRS; DRSRSRSB (alternating three times R and three times S)
4 RSRRRS; DRSRRRS; DRSRRRSB 4RSRRRS; DRSRRRS; DRSRRRSB
5 RRRSRRRS; DRRRSRRRS; DRRRSRRRSB (1 verdoppelt) 5 RRRSRRRS; DRRRSRRRS; DRRRSRRRSB (1 doubled)
6 RRS; DRRS; DRRSB (zweimal R, einmal S) 6RRS; DRRS; DRRSB (twice R, once S)
7 RRRRS; DRRRRS; DRRRRSB (viermal R, einmal S) 7RRRRS; DRRRRS; DRRRRSB (four times R, once S)
8 RSSRS 8 RSSRS
9 RSSD; BRSSD 9 RSSD; BRSSD
Diese Stapelfolgen können erfindungsgemäß natürlich auch weiter miteinander kombiniert werden, wobei dann an den Kombinationsflächen bevorzugt keine Deckplatten oder Bodenplatten angeordnet werden. According to the invention, these stacking sequences can of course also be further combined with one another, in which case preferably no cover plates or base plates are arranged on the combination surfaces.
Die erfindungsgemäßen Ventile können, wie bereits gesagt, somit, neben Teilen wie Dichtungen, Antrieb oder ähnlichem, aus lediglich mindestens zwei verschiebbaren Elementen und statischem Element, oder jeweils mehreren dieser, bestehen, und optional zusätzlich Deck- und/oder Bodenplatten umfassen. As already mentioned, the valves according to the invention can therefore consist of only at least two displaceable elements and a static element, or several of these, in addition to parts such as seals, drive or the like, and optionally additionally comprise cover and/or base plates.
In bevorzugten Varianten der vorliegenden Erfindung weisen die Bestandteile I), II), insbesondere Ila), III), IV) eine gemeinsame Rotationsachse auf, die senkrecht in der Mitte des Stapels der vorhandenen Elemente liegt, wobei die Elemente bevorzugt alle rund oder annähernd rund, insbesondere rund, ausgestaltet sind. Annähernd rund bedeutet dabei eine Abweichung von der ideal runden Form von höchstens 20%, bevorzugt höchstens 10%, weiter bevorzugt höchstens 5% und insbesondere höchstens 2%. In preferred variants of the present invention, the components I), II), in particular IIa), III), IV) have a common axis of rotation which lies vertically in the center of the stack of the elements present, with the elements preferably all being round or approximately round , In particular round, are designed. In this context, approximately round means a deviation from the ideally round shape of at most 20%, preferably at most 10%, more preferably at most 5% and in particular at most 2%.
Wie bereits beschrieben ist es in manchen erfindungsgemäßen Varianten bevorzugt, dass neben I) noch Ila) und III) oder IV), oder I), III) und IV) vorhanden sind.As already described, it is preferred in some variants according to the invention that, in addition to I), Ila) and III) or IV), or I), III) and IV) are also present.
In manchen erfindungsgemäßen Varianten ist es bevorzugt, dass Ila) mit III) und/oder IV) über entsprechende Befestigungsmittel miteinander fest verbunden ist. Wie bereits dargestellt, gilt dies sinngemäß auch wenn mehrere verschiebbare und/oder statische Elemente angeordnet werden. In some variants according to the invention, it is preferred that Ila) is firmly connected to III) and/or IV) via appropriate fastening means. As already explained, this also applies if several displaceable and/or static elements are arranged.
Wesentlich bei diesen festen Verbindungen ist, wie bereits dargelegt, dass die zwischenliegenden verschiebbaren, bevorzugt drehbaren Elemente I), noch verschiebbar, insbesondere um die Rotationsachse drehbar sind, gleichzeitig aber zwischen den Elementen und gegebenenfalls Deck-/Bodenplatten Fluiddichtigkeit besteht, derart, dass keine Fluide zwischen den Kontaktflächen fließen, sondern nur zwischen davor vorgesehenen Anschlüssen. As already explained, it is essential for these fixed connections that the intervening displaceable, preferably rotatable elements I) can still be displaced, in particular can be rotated about the axis of rotation, but at the same time there is fluid-tightness between the elements and, if applicable, top/bottom plates, such that no Fluids flow between the contact surfaces, but only between connections provided in front of them.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen die verschiebbaren (drehbaren) Elemente I) mindestens zwei Kavitäten auf; diese Ausführungsform ist in einigen Varianten gegenüber derjenigen mit einer Kavität (auch wenn diese unterteilt ist) bevorzugt. In preferred embodiments of the present invention, the displaceable (rotatable) elements I) have at least two cavities; in some variants, this embodiment is preferred to that with a cavity (even if this is divided).
Besonders bevorzugt ist es, wenn von diesen mindestens zwei Kavitäten mindestens zwei Kavitäten mit gleichen oder unterschiedlichen Materialien oder solchen Materialien enthaltenden Einsätzen gefüllt sind, wobei die Materialien mit den im Fluid laufenden (im Fluid gelösten und/oder suspendierten) Substanzen wechselwirken können (also zum Beispiel insbesondere stationäre Phasen bei Chromatographie sind, das Fluid wäre dann das Laufmittel und die im Fluid laufenden (im Fluid gelösten und/oder suspendierten) Substanzen diejenigen, die per Chromatographie (ab- )getrennt werden sollen). It is particularly preferred if at least two of these at least two cavities are filled with the same or different materials or inserts containing such materials, with the materials being able to interact with the substances running in the fluid (dissolved and/or suspended in the fluid) (i.e. for Examples are in particular stationary phases in chromatography, the fluid would then be the eluent and the substances running in the fluid (dissolved and/or suspended in the fluid) are those that are to be (off) separated by chromatography).
Wenn zwei oder mehr Kavitäten in einem verschiebbaren (drehbaren) Element I) vorhanden sind, sind diese für den Fall eines runden oder gleichmäßig mehreckigen Elementes I) in besonders bevorzugten Ausgestaltungen gleich dimensioniert und gleichmäßig um den Mittelpunkt verteilt, so dass das runde oder gleichmäßig mehreckige Element eine senkrecht auf seinem Mittelpunkt stehende Drehachse Cn aufweist, wobei n die Anzahl der Kavitäten ist. In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch die Relativbewegung der einzelnen Elemente in Bezug zueinander (= Verschiebung) verschiedene Strömungspfade generiert. In weiter bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird dabei mindestens ein Strömungspfad durch mindestens zwei Kavitäten durch die Relativbewegung der einzelnen Ventilelemente untereinander geändert. If two or more cavities are present in a displaceable (rotatable) element I), in the case of a round or uniformly polygonal element I) in particularly preferred configurations they have the same dimensions and are uniformly distributed around the center, so that the round or uniformly polygonal Element has an axis of rotation C n perpendicular to its center, where n is the number of cavities. In preferred embodiments of the present invention, different flow paths are generated by the relative movement of the individual elements in relation to one another (=displacement). In further preferred embodiments of the present invention, at least one flow path through at least two cavities is changed by the relative movement of the individual valve elements with one another.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht zwischen den Kavitäten zusätzlich die Möglichkeit zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluidströmen. In preferred embodiments of the present invention, there is also the possibility of supplying and/or removing fluid streams between the cavities.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Kavitäten so konfiguriert, dass Materialien, bevorzugt Materialien zum Durchführen einer chromatographischen Trennung, insbesondere für stationäre Phasen für Chromatographie, eingebracht oder Einsätze, bevorzugt umfassend Chromatographiesäulen, eingesetzt werden können. In preferred embodiments of the present invention, the cavities are configured such that materials, preferably materials for performing a chromatographic separation, in particular for stationary phases for chromatography, can be introduced or inserts, preferably comprising chromatography columns, can be used.
Zudem können in weiter bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung optional Fritten/Filter/Netze/Gitter zum Zurückhalten der Materialien, sofern notwendig, in die Kavitäten und/oder an ihre Ein- und/oder Auslässe eingesetzt werden. In addition, in further preferred embodiments of the present invention, optional frits/filters/nets/grids can be used to retain the materials, if necessary, in the cavities and/or at their inlets and/or outlets.
Ferner weisen die Kavitäten in bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine zylindrische Form oder eine von der zylindrischen Form abweichende Geometrie auf. Dies bedeutet, dass die Kavitäten im Rahmen der vorliegenden Erfindung an die geplante Anwendung angepasst sein können. Es ist zum Beispiel möglich, die Kavitäten direkt bei der Herstellung einzuarbeiten und entsprechend deren Form zu bestimmen, was besonders gut funktioniert, wenn die Herstellung über additive Fertigungstechniken, insbesondere 3D-Druck, erfolgt. Zum Beispiele können die Kavitäten rund ausgestaltet sein, um dann entweder nur mit Probenfluid gefüllt zu werden, oder in anderen bevorzugten Ausführungsformen als (Chromatographie- )Säulen genutzt und ausgestaltet zu werden, wofür sie dann insbesondere mit stationärer Phase, zum Beispiel in Form von kleinen Kügelchen (Beads/Beadlets) gefüllt werden können. In anderen Ausführungsformen können die Kavitäten, wie auch an anderer Stelle in dieser Beschreibung beschrieben, derart ausgestaltet und ausgeformt sein, dass separat hergestellte (Chromatographie-)Säulen, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von entsprechend angepassten und geformten Gehäusen, eingesetzt werden können. Furthermore, in preferred embodiments of the present invention, the cavities have a cylindrical shape or a geometry that deviates from the cylindrical shape. This means that the cavities can be adapted to the planned application within the scope of the present invention. For example, it is possible to incorporate the cavities directly during production and to determine their shape accordingly, which works particularly well when production is carried out using additive manufacturing techniques, in particular 3D printing. For example, the cavities can be designed around, in order to then either only be filled with sample fluid or, in other preferred embodiments, used and designed as (chromatography) columns, for which they are then in particular filled with a stationary phase, for example in the form of small balls (beads/beadlets) can be filled. In other embodiments, the cavities, as also described elsewhere in this description, can be designed and shaped in such a way that separately produced (chromatography) columns, if necessary with the aid of appropriately adapted and shaped housings.
Demgemäß ist es in verschiedenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen bevorzugt, dass einzelne oder alle Elemente I), II), insbesondere Ila), III), IV), gegebenenfalls V), mittels additiver Fertigungsverfahren, insbesondere 3D-Druck, gefertigt sind.Accordingly, in various configurations according to the invention, it is preferred that individual or all elements I), II), in particular Ila), III), IV), if appropriate V), are produced by means of additive manufacturing processes, in particular 3D printing.
Als 3D-Druckverfahren eigenen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere solche, die mit resinbasiertem Ausgangsmaterial arbeiten, bevorzugt Digital Light Processing (DLP), Stereolithographie (SL) oder Poly-/Multijetting. Mit diesen Verfahren können flüssigkeitsdichte Bauteile erhalten werden, bevorzugt mit relativ (für 3D-Drucktechniken) glatten Oberflächen. Die Materialauswahl hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab, bevorzugt werden acrylatbasierte Kunststoffe eingesetzt, diese können z.B. zur Verbesserung der Gleiteigenschaften an der Dichtfläche und zur erhöhten Chemikalienbeständigkeit stark fluoriert eingesetzt werden. In the context of the present invention, particularly suitable 3D printing methods are those that work with resin-based starting material, preferably digital light processing (DLP), stereolithography (SL) or poly/multijetting. With these methods, liquid-tight components can be obtained, preferably with relatively (for 3D printing techniques) smooth surfaces. The choice of material depends to a large extent on the respective application; acrylate-based plastics are preferred; these can be heavily fluorinated, e.g. to improve the sliding properties on the sealing surface and for increased chemical resistance.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben die Kavitäten ein Volumen von 10 Nanoliter bis 10 Milliliter, bevorzugt von 1 Mikroliter bis 1000 Mikroliter. Dieses Volumen ist dabei das durch die (Chromatographie-)Säule nutzbare Volumen, also das (effektive) Säulenvolumen. In preferred embodiments of the present invention, the cavities have a volume of 10 nanoliters to 10 milliliters, preferably 1 microliter to 1000 microliters. This volume is the volume that can be used by the (chromatography) column, i.e. the (effective) column volume.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können in besonders bevorzugten Ausgestaltungen eine oder mehrere Kavitäten mit, insbesondere per 3D-Druck hergestellten, Strukturen definierter Geometrie gefüllt sein, wobei bevorzugt unterschiedliche Kavitäten mit unterschiedlichen Materialien zur Wechselwirkung mit gelösten Substanzen gefüllt sind oder unterschiedliche Kavitäten mit gleichen Materialien zur Wechselwirkung mit gelösten Substanzen gefüllt sind. In the context of the present invention, in particularly preferred configurations, one or more cavities can be filled with structures of defined geometry, in particular produced by 3D printing, with different cavities preferably being filled with different materials for interaction with dissolved substances, or different cavities with the same materials for Interaction are filled with dissolved substances.
In Varianten der vorliegenden Erfindung sind die Kavitäten bevorzugt mit Materialien zum Durchführen einer chromatographischen Trennung befüllt, wobei die Befüllung innerhalb oder außerhalb des Ventils erfolgen kann. In variants of the present invention, the cavities are preferably filled with materials for carrying out a chromatographic separation, it being possible for the filling to take place inside or outside the valve.
Weiterhin werden in bevorzugten Varianten der vorliegenden Erfindung Fritten/Filter/Netze/Gitter, bevorzugt Fritten, zum Zurückhalten der Materialien, sofern notwendig, entweder in die Kavität oder zwischen die einzelnen Ventilelemente eingebracht. Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Kit zur Herstellung von Schieberventilen, insbesondere für SMB-Verfahren, umfassend i) verschiedene Schieber-Elemente, bevorzugt rund, (Rotoren) umfassend a) mindestens eine, bevorzugt mindestens zwei, Kavität(en) mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die mindestens eine Kavität ermöglichen, oder b) mindestens eine Kavität ohne eigene Anschlüsse konfiguriert zur Aufnahme von mindestens zwei Einsätzen mit mindestens zwei Anschlüssen pro Einsatz, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die Einsätze ermöglichen, oder c) mindestens eine Kavität mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität und mindestens eine Kavität ohne eigene Anschlüsse konfiguriert zur Aufnahme von Einsätzen, ii) statische Elemente, bevorzugt rund, (Statoren) umfassend mindestens einen Anschluss für Fluidzuführung, und mindestens einen Anschluss für Fluidabführung, optional ein oder mehrere Kavitäten zur Fluidweiterleitung, optional ein oder mehrere Anschlüsse zur Fluidweiterleitung, iii) statische Deckplatten, bevorzugt rund, iv) statische Bodenplatten, bevorzugt rund, vi) Einsätze, die konfiguriert sind, in die Kavitäten von i)b) eingesetzt zu werden, bevorzugt ausgestaltet als chromatographische Säulen, wobei die einzelnen Elemente des Kits konfiguriert sind, miteinander zu einem Schieberventil verbunden werden zu können, die Anschlüsse der statischen Elemente ii) so angeordnet sind, dass sie mit den Anschlüssen oder ausgewählten Anschlüssen der verschiebbaren Elemente i) in Deckung gebracht werden können. Furthermore, in preferred variants of the present invention, frits/filters/nets/grids, preferably frits, are introduced to hold back the materials, if necessary, either in the cavity or between the individual valve elements. Another subject of the present invention is also a kit for the production of slide valves, in particular for SMB processes, comprising i) various slide elements, preferably round, (rotors) comprising a) at least one, preferably at least two, cavity (s) with at least two ports per cavity, the ports allowing the flow of fluids through the at least one cavity, or b) at least one cavity without its own ports configured to receive at least two inserts with at least two ports per insert, the ports allowing the flow of fluids through which allow inserts, or c) at least one cavity with at least two connections per cavity and at least one cavity without its own connections configured to accommodate inserts, ii) static elements, preferably round, (stators) comprising at least one connection for fluid supply, and at least one Port for fluid removal, optional one or more cavities for fluid transfer, optional one or more ports for fluid transfer, iii) static top plates, preferably round, iv) static bottom plates, preferably round, vi) inserts configured to fit into the cavities of i) b) to be used, preferably designed as chromatographic columns, wherein the individual elements of the kit are configured to be able to be connected to one another to form a slide valve, the connections of the static elements ii) are arranged in such a way that they can be connected to the connections or selected connections of the movable elements i) can be brought into congruence.
Die einzelnen Elemente entsprechen dabei sinngemäß den oben beschriebenen Elementen des erfindungsgemäßen Ventils wie folgt: i) = I); ii) = Ila), iii) = III), iv) = IV). The individual elements correspond to the elements of the valve according to the invention described above as follows: i)=I); ii) = Ila), iii) = III), iv) = IV).
Das erfindungsgemäße Kit beruht insbesondere darauf, dass verschiedene Schieber- Elemente und statische Elemente jeweils gleicher Größe oder zumindest mit aufeinander abgestimmten Dimensionen, insbesondere im Hinblick auf Befestigungselemente, bevorzugt Schrauben (mit Muttern), insbesondere selbstsichernden Schraubenmuttern, und Drehachse Cm., umfasst sind. The kit according to the invention is based in particular on the fact that different slide elements and static elements are each of the same size or at least have coordinated dimensions, in particular with regard to Fastening elements, preferably screws (with nuts), in particular self-locking nuts, and axis of rotation C m ., are included.
Dazu umfasst das Kit einerseits verschiedene Sätze an Elementen i), in unterschiedlichen Größen und mit unterschiedlichen Konfigurationen, insbesondere unterschiedlicher Anzahl und Abmessung von Kavitäten. For this purpose, the kit includes, on the one hand, different sets of elements i) in different sizes and with different configurations, in particular different numbers and dimensions of cavities.
Entsprechend umfasst das Kit einerseits verschiedene Sätze an Elementen ii), in unterschiedlichen Größen und mit unterschiedlichen Konfigurationen, insbesondere Anschlüssen (Öffnungen, Inlets bzw. Outlets, Konnektoren). Accordingly, the kit includes, on the one hand, different sets of elements ii) in different sizes and with different configurations, in particular connections (openings, inlets or outlets, connectors).
Genauso umfasst das Kit verschiedene Sätzen Deckplatten und Bodenplatten in unterschiedlichen Größen und Konfigurationen. In Varianten kann die relative Anzahl dieser geringer sein, weil zum Beispiel auf einer größeren Deckplatte mehrere Vorsehungen für Befestigungsmittel angeordnet sein können Likewise, the kit includes different sets of top plates and base plates in different sizes and configurations. In variants, the relative number of these can be lower because, for example, several provisions for fastening means can be arranged on a larger cover plate
Die erfindungsgemäßen Kits können in bevorzugten Ausgestaltungen zudem noch Motoren v), mit denen der oder die Rotoren bewegt werden können, umfassen.In preferred configurations, the kits according to the invention can also include motors v), with which the rotor or rotors can be moved.
Die erfindungsgemäßen Kits können in bevorzugten Ausgestaltungen zudem noch Gehäuse vii), in die die Ventile eingesetzt werden können, umfassen. In preferred configurations, the kits according to the invention can also include housings vii), into which the valves can be inserted.
Die erfindungsgemäßen Kits können in bevorzugten Ausgestaltungen zudem noch Halterungen viii), welche die Ventile oder einzelne Teile halten können, umfassen. In preferred configurations, the kits according to the invention can also include holders viii), which can hold the valves or individual parts.
Es sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäßen Kits auch für die Variante der vorliegenden Erfindung geeignet sind, die das statische Elemente Ilb) statt des statischen Elements Ila) verwenden. Für diesen Fall ist es ausgehend von dem Kit möglich und ausreichend eine Deck- oder Bodenplatte (mehr) auszuwählen und zu verbauen. It should be pointed out that the kits according to the invention are also suitable for the variant of the present invention which uses the static element IIb) instead of the static element IIa). In this case, starting from the kit, it is possible and sufficient to select and install one (more) top or bottom plate.
Weiterhin ist noch Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Schieberventile oder von mittels der erfindungsgemäßen Kits hergestellten Schieberventile im Bereich der Mehrsäulenchromatographie oder bei der Kopplung von Chromatographiemethoden mit anderen Verfahren. Furthermore, the subject of the present invention is the use of the slide valves according to the invention or of slide valves produced by means of the kits according to the invention in the field of multi-column chromatography or in the coupling of chromatography methods with other processes.
Die erfindungsgemäßen Schieberventile oder die mittels der erfindungsgemäßen Kits hergestellten Schieberventile können auch für (bio)chemische Analysen, insbesondere solche mit geringem Probenvolumen, bevorzugt für die Analyse von Umweltproben, in der Lebensmittelindustrie, in der (Bio)Pharmaindustrie, in der chemischen Industrie, in der medizinischen Diagnostik verwendet werden. The slide valves according to the invention or the slide valves produced using the kits according to the invention can also be used for (bio)chemical analyses, in particular those with small sample volumes, preferably for the analysis of environmental samples the food industry, in the (bio)pharmaceutical industry, in the chemical industry, in medical diagnostics.
In Varianten der vorliegenden Erfindung kann es bevorzugt sein, die einzelnen (Chromatographie-)Säulen einzeln in die Kavitäten des verschiebbaren Elements einzulegen, insbesondere Säulen in Gehäuse in die Kavitäten ohne eigene Anschlüsse, um die Säulen einzeln fertigen und ggf. auch austauschen zu können. In variants of the present invention, it may be preferable to insert the individual (chromatography) columns individually into the cavities of the displaceable element, in particular columns in housings into the cavities without their own connections, in order to be able to manufacture the columns individually and also to be able to replace them if necessary.
In bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden die Säulen demgemäß einzeln gepackt und erst dann ins Ventil integriert. Diese Vorgehensweise ermöglicht es unter anderem, die Säulen einzeln auszutauschen und dass diese beispielsweise für weitere Experimente / Vergleichsexperimente eingesetzt werden können. In preferred embodiments of the present invention, the columns are accordingly packed individually and only then integrated into the valve. This procedure makes it possible, among other things, to exchange the columns individually and to use them, for example, for further experiments / comparative experiments.
Diese Variabilität und Wartungsfreundlichkeit ist einer der großen Vorteile der vorliegenden Erfindung. This variability and ease of maintenance is one of the great advantages of the present invention.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die genannten Kavitäten als solche genutzt werden, wenn zum Beispiel die Kavitäten mit Materialien gefüllt werden/sind, die mit den im Fluid zulaufenden Substanzen (im Fluid gelösten und/oder supendierten Substanzen) wechselwirken können. In einem solchen Fall können die wechselwirkenden Materialien als Slurry oder in Pulverform in den Kavitäten vorliegen. Alternativ können die Kavitäten jedoch auch indirekt genutzt werden, indem Kavitäteneinsätze eingesetzt werden, die dann zum Beispiel als leere Einsätze, oder als (Chromatographie-)Säulen ausgestaltet sein können. Within the scope of the present invention, the cavities mentioned can be used as such if, for example, the cavities are/are filled with materials that can interact with the substances flowing into the fluid (substances dissolved and/or suspended in the fluid). In such a case, the interacting materials can be present in the cavities as a slurry or in powder form. Alternatively, however, the cavities can also be used indirectly by using cavity inserts, which can then be designed, for example, as empty inserts or as (chromatography) columns.
In den Figurenbeschreibungen werden der Einfachheit halber manchmal die Kavitäten nicht als solche bezeichnet, sondern als Säule(n), womit gleichzeitig die jeweils gewählte Funktion der betreffenden Kavität beschrieben ist. For the sake of simplicity, the cavities are sometimes not referred to as such in the descriptions of the figures, but rather as column(s), which at the same time describes the respectively selected function of the relevant cavity.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind die Kavitäten mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität der verschiebbaren Elemente I) als (Chromatographie-)Säulen und die Kavitäten ohne eigene Anschlüsse der verschiebbaren Elemente I) als Kavitäten mit eingesetzten (Chromatographie-)Säulen oder Kavitäteneinsätzen ausgestaltet; in letzterem Fall stellen die eingesetzten (Chromatographie-)Säulen bzw. Kavitäteneinsätze die notwendigen Anschlüsse zur Verfügung. Die vorliegende Erfindung betrifft also, mit anderen Worten, rotatorische Ventile, bestehend aus mehreren relativ zueinander bewegbar (drehbar) miteinander verbundenen Elementen, wobei die Elemente fluidische Kanäle sowie teilweise Kavitäten besitzen. Hierbei sind bevorzugt mindestens zwei Kavitäten mit Materialien gefüllt, die mit den im Fluid zulaufenden Substanzen (im Fluid gelösten und/oder supendierten Substanzen) wechselwirken können. Durch die Relativbewegung der einzelnen Ventilelemente untereinander können verschiedene Strömungspfade generiert werden. In particularly preferred configurations of the present invention, the cavities with at least two connections per cavity of the displaceable elements I) are designed as (chromatography) columns and the cavities without their own connections of the displaceable elements I) are designed as cavities with inserted (chromatography) columns or cavity inserts ; in the latter case, the (chromatography) columns or cavity inserts used provide the necessary connections. The present invention thus relates, in other words, to rotary valves consisting of a plurality of elements which are connected to one another so that they can be moved (rotated) relative to one another, the elements having fluidic channels and, in some cases, cavities. At least two cavities are preferably filled with materials that can interact with the substances flowing into the fluid (substances dissolved and/or suspended in the fluid). Different flow paths can be generated by the relative movement of the individual valve elements with one another.
Dabei wird der Strömungspfad durch mindestens zwei Kavitäten durch die Relativbewegung der einzelnen Ventilelemente untereinander geändert und in bevorzugten Varianten besteht zwischen den Kavitäten die Möglichkeit zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluidströmen. The flow path through at least two cavities is changed by the relative movement of the individual valve elements with one another, and in preferred variants there is the possibility of supplying and/or removing fluid flows between the cavities.
Eine bevorzugte Variante der vorliegenden Erfindung ist ein Schieberventil, insbesondere SMB-Ventil, umfassend, stapelartig übereinander angeordnet, I) mindestens zwei verschiebbare Elemente (Rotoren) jeweils umfassend a) mindestens eine Kavität oder mindestens zwei Kavitäten, bevorzugt mindestens zwei Kavitäten, zum Beispiel zwei Kavitäten, mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die mindestens eine Kavität ermöglichen, oder b) mindestens eine Kavität oder mindestens zwei Kavitäten, bevorzugt mindestens zwei Kavitäten, zum Beispiel zwei Kavitäten, ohne eigene Anschlüsse konfiguriert zur Aufnahme von mindestens zwei Einsätzen mit mindestens zwei Anschlüssen pro Einsatz, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die Einsätze ermöglichen, oder c) mindestens eine Kavität oder mindestens zwei Kavitäten, bevorzugt mindestens zwei Kavitäten, zum Beispiel zwei Kavitäten, mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität und mindestens eine Kavität ohne eigene Anschlüsse konfiguriert zur Aufnahme von Einsätzen, A preferred variant of the present invention is a slide valve, in particular an SMB valve, comprising, arranged in a stack one above the other, I) at least two displaceable elements (rotors), each comprising a) at least one cavity or at least two cavities, preferably at least two cavities, for example two Cavities, with at least two connections per cavity, the connections allowing the flow of fluids through the at least one cavity, or b) at least one cavity or at least two cavities, preferably at least two cavities, for example two cavities, configured without their own connections for receiving at least two inserts with at least two connections per insert, the connections allowing fluids to flow through the inserts, or c) at least one cavity or at least two cavities, preferably at least two cavities, for example two cavities, with at least two connections per cavity and at least one cavity without its own connections configured to accommodate inserts,
Ila) mindestens ein statisches, Element umfassend mindestens einen Anschluss für Fluidzuführung, und mindestens einen Anschluss für Fluidabführung, optional ein oder mehrere Kavitäten zur Fluidweiterleitung, optional ein oder mehrere Anschlüsse zur Fluidweiterleitung, III) optional eine statische Deckplatte, die auf der dem statischen Element (Stator) gegenüberliegenden Seite des am weitesten vom statischen Element (Stator) entfernten verschiebbaren Elements (Rotors) angeordnet ist, Ila) at least one static element comprising at least one connection for fluid supply and at least one connection for fluid discharge, optionally one or more cavities for fluid transmission, optionally one or more connections for fluid transmission, III) optionally a static cover plate, which is arranged on the side opposite the static element (stator) of the displaceable element (rotor) furthest from the static element (stator),
IV) optional eine statische Bodenplatte, die auf der Ila) bzw. gegebenenfalls III) gegenüberliegenden Seite des Stapels aus I), Ila) und gegebenenfalls III) angeordnet ist, IV) optionally a static base plate which is arranged on the Ila) or optionally III) opposite side of the stack of I), Ila) and optionally III),
V) optional Einrichtungen oder Vorbereitungen zum automatischen Antrieb der Verschiebung des Elements I), wobei die Anschlüsse des mindestens einen statischen Elements so angeordnet sind, dass sie mit allen Anschlüssen oder ausgewählten Anschlüssen von mindestens einem verschiebbaren Element in Deckung gebracht werden können, um selektiv die Überleitung von Fluiden zwischen den Elementen, zu ermöglichen oder zu unterbinden. V) optional means or preparations for automatically driving the displacement of the element I), wherein the terminals of the at least one static element are arranged in such a way that they can be brought into register with all terminals or selected terminals of at least one displaceable element in order to selectively Transfer of fluids between the elements to enable or prevent.
Eine besonders bevorzugte Variante der vorliegenden Erfindung ist ein Schieberventil, insbesondere SMB-Ventil, umfassend, stapelartig übereinander angeordnet, A particularly preferred variant of the present invention is a slide valve, in particular an SMB valve, comprising, stacked one above the other,
I) zwei verschiebbare Elemente oder drei verschiebbare Elemente jeweils umfassend a) mindestens zwei Kavitäten mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die mindestens eine Kavität ermöglichen, oder b) mindestens eine Kavität ohne eigene Anschlüsse konfiguriert zur Aufnahme von mindestens zwei Einsätzen mit mindestens zwei Anschlüssen pro Einsatz, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die Einsätze ermöglichen, oder c) mindestens eine Kavität mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität und mindestens eine Kavität ohne eigene Anschlüsse konfiguriert zur Aufnahme von Einsätzen, I) two displaceable elements or three displaceable elements each comprising a) at least two cavities with at least two connections per cavity, the connections allowing the flow of fluids through the at least one cavity, or b) at least one cavity without its own connections configured to accommodate at least two inserts with at least two ports per insert, the ports allowing the flow of fluids through the inserts, or c) at least one cavity with at least two ports per cavity and at least one cavity without dedicated ports configured to receive inserts,
Ila) mindestens ein statisches, Element umfassend mindestens einen Anschluss für Fluidzuführung, und mindestens einen Anschluss für Fluidabführung, optional ein oder mehrere Kavitäten zur Fluidweiterleitung, optional ein oder mehrere Anschlüsse zur Fluidweiterleitung, Ila) at least one static element comprising at least one connection for fluid supply and at least one connection for fluid discharge, optionally one or more cavities for fluid transmission, optionally one or more connections for fluid transmission,
III) optional eine statische Deckplatte, die auf der dem statischen Element (Stator) gegenüberliegenden Seite des am weitesten vom statischen Element (Stator) entfernten verschiebbaren Elements (Rotors) angeordnet ist, IV) optional eine statische Bodenplatte, die auf der Ila) bzw. gegebenenfalls III) gegenüberliegenden Seite des Stapels aus I), Ila) und gegebenenfalls III) angeordnet ist, III) optionally a static cover plate, which is arranged on the side opposite the static element (stator) of the displaceable element (rotor) furthest from the static element (stator), IV) optionally a static base plate which is arranged on the Ila) or optionally III) opposite side of the stack of I), Ila) and optionally III),
V) optional Einrichtungen oder Vorbereitungen zum automatischen Antrieb der Verschiebung des Elements I), wobei die Anschlüsse des mindestens einen statischen Elements so angeordnet sind, dass sie mit allen Anschlüssen oder ausgewählten Anschlüssen von mindestens einem verschiebbaren Element in Deckung gebracht werden können, um selektiv die Überleitung von Fluiden zwischen den Elementen, zu ermöglichen oder zu unterbinden, und wobei die zwei verschiebbaren Elemente oder die drei verschiebbaren Elemente unmittelbar aufeinander angeordnet sind. V) optional means or preparations for automatically driving the displacement of the element I), wherein the terminals of the at least one static element are arranged in such a way that they can be brought into register with all terminals or selected terminals of at least one displaceable element in order to selectively Transfer of fluids between the elements to enable or prevent, and wherein the two displaceable elements or the three displaceable elements are arranged directly one on top of the other.
Die erfindungsgemäßen Schieberventile können im Prinzip überall dort verwendet werden, wo (bio)chemische Analysen mit geringem Probenvolumen durchgeführt werden, in bevorzugten Varianten werden sie für die Analyse von Umweltproben (Trinkwasser, Schadstoffbelastung, etc.) in der Lebensmittelindustrie, in der (Bio)Pharmaindustrie, in der chemischen Industrie, in der medizinischen Diagnostik verwendet. In principle, the slide valves according to the invention can be used wherever (bio)chemical analyzes are carried out with small sample volumes. In preferred variants, they are used for the analysis of environmental samples (drinking water, pollution, etc.) in the food industry, in the (bio) Pharmaceutical industry, in the chemical industry, used in medical diagnostics.
In weiteren Varianten werden die erfindungsgemäßen Schieberventile im Bereich der Mehrsäulenchromatographie oder bei der Kopplung von Chromatographiemethoden mit anderen Verfahren verwendet. In further variants, the slide valves according to the invention are used in the field of multi-column chromatography or when chromatographic methods are coupled with other processes.
Die erfindungsgemäßen Schieberventile sind mithin für alle Hersteller und Anwender von (Prozess)Analytik in den oben genannten Bereichen vorteilhaft. The slide valves according to the invention are therefore advantageous for all manufacturers and users of (process) analytics in the areas mentioned above.
Nicht zuletzt sind auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung Verfahren zur Durchführung von chromatographischen Untersuchungen, insbesondere SMB, unter Einsatz bzw. mittels der erfindungsgemäßen Schieberventile oder von aus erfindungsgemäßen Kits hergestellten Ventilen. Last but not least, the present invention also relates to methods for carrying out chromatographic investigations, in particular SMB, using or using the slide valves according to the invention or valves produced from kits according to the invention.
Diese Verfahren weisen natürlich ebenfalls die beschriebenen Vorteile auf, die sich aus den erfindungsgemäßen Ventilen und/oder Kits ergeben. Bei diesen Verfahren können alle oder einige der verschiedenen beschriebenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Ventile zum Tragen kommen. Durch die direkte Integration von Säulen und Ventil in eine einzelne Baugruppe im Rahmen der vorliegenden Erfindung ergeben sich unter anderem die folgenden Vorteile: Of course, these methods also have the advantages described, which result from the valves and/or kits according to the invention. All or some of the various described embodiments of the valves of the present invention may be used in these methods. The direct integration of columns and valve into a single assembly within the scope of the present invention results in the following advantages, among others:
Komplexe Schaltungen können einfacher realisiert werden, da Verbindungen zwischen den Säulen ohne eine externe Verschaltung geändert werden können. Kompaktere Bauweise: gerade in Anwendungen, bei denen viele verschiedene Strömungspfade benötigt werden, kann die Anzahl und Größe von Fluidkonnektoren der limitierende Faktor in Bezug auf den System-Footprint darstellen. Durch die Integration mehrerer Komponenten in ein Bauteil entfällt die Notwenigkeit für diese Konnektoren. Complex circuits can be implemented more easily since connections between the columns can be changed without external wiring. More compact design: Especially in applications where many different flow paths are required, the number and size of fluid connectors can be the limiting factor in terms of the system footprint. The integration of several components into one component eliminates the need for these connectors.
Das Totvolumen wird verringert: Als logische Konsequenz der ersten beiden Punkte ergibt sich zwangsläufig ein geringeres Totvolumen des Gesamtsystems. Das ist für zahlreiche analytische Verfahren vorteilhaft, da dadurch Dispersionseffekte minimiert werden. The dead volume is reduced: As a logical consequence of the first two points, there is inevitably a lower dead volume in the overall system. This is advantageous for many analytical procedures as it minimizes dispersion effects.
Verschiedene Mehrsäulenchromatographiemethoden stellen zum Beispiel die Simulated Moving Bed (SMB) Chromatographie oder die mehrdimensionale Chromatographie dar. Während der Schwerpunkt bei der SMB darauf liegt, eine bestimmte Trennaufgabe kontinuierlich zu lösen, liegt der Fokus bei der mehrdimensionalen Chromatographie darauf, verschiedene Trennmechanismen miteinander zu kombinieren. Außerdem kann als Mehrsäulenchromatographie MCC (multi column chromatography) eine Methodik angewandt werden, bei der eine Probe immer wieder durch baugleiche Säulen (meistens abwechselnd durch zwei) geführt wird, um eine möglichst hohe Trennleistung zu erzielen und Limitierungen, die bei einer einzelnen langen Säule, wie z.B. zu hohe Druckverluste über die Säule, auftreten können, zu umgehen. Für alle diese Verfahren bietet die vorliegende Erfindung eine erhöhte Flexibilität und damit einen größeren Anwendungsbereich im mikrofluidischen Maßstab. Various multi-column chromatography methods are represented, for example, by simulated moving bed (SMB) chromatography or multidimensional chromatography. While SMB focuses on continuously solving a specific separation task, multidimensional chromatography focuses on combining different separation mechanisms. In addition, a method can be used as multi-column chromatography MCC (multi-column chromatography), in which a sample is repeatedly passed through columns of the same construction (usually through two in alternation) in order to achieve the highest possible separation efficiency and limitations, which with a single long column, such as excessive pressure losses across the column, can occur. For all of these methods, the present invention offers increased flexibility and thus a larger area of application on a microfluidic scale.
Sofern bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Schieberventile oder Kits Teile oder in Gänze als „bestehend aus" gekennzeichnet sind, ist darunter zu verstehen, dass sich dies auf die genannten wesentlichen Bestandteile bezieht. Selbstverständliche oder inhärente Teile wie Leitungen, Ventile, Schrauben, Gehäuse, Messeinrichtungen, Vorratsbehälter für Rohmaterialien/Produkte etc., die die Schieberventile oder Kits nicht substantiell ändern würden, sind dadurch nicht ausgeschlossen. Eine erfindungsgemäß besonderes bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schieberventile ist die in Figur le dargestellte Variante. If, in the description of the slide valves or kits according to the invention, parts or the entirety are marked as "consisting of", it is to be understood that this refers to the essential components mentioned. Self-evident or inherent parts such as lines, valves, screws, housings, measuring devices , storage tanks for raw materials/products etc. which would not substantially change the slide valves or kits are not excluded. A particularly preferred embodiment of the slide valves according to the invention is the variant shown in FIG.
Eine andere erfindungsgemäß besonderes bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schieberventile ist die in Figur 10 dargestellte Variante mit zwei verschiebbaren Elementen. Another particularly preferred embodiment of the slide valve according to the invention is the variant shown in FIG. 10 with two displaceable elements.
Eine andere erfindungsgemäß besonderes bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schieberventile ist die in Figur 11 dargestellte Variante mit drei verschiebbaren Elementen. Another particularly preferred embodiment of the slide valve according to the invention is the variant shown in FIG. 11 with three displaceable elements.
Eine andere erfindungsgemäß bevorzugte Variante Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schieberventile ist die in Figur 15 dargestellte Variante. Another variant embodiment of the slide valve according to the invention that is preferred according to the invention is the variant shown in FIG.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Totvolumina im Vergleich zu den Systemen des Standes der Technik erheblich verringert werden können. Bei den Ventilsystemen des Standes der Technik haben einerseits die Ventile an sich ein gewisses Totvolumen und andererseits kommt bei den Systemen des Standes der Technik noch das Volumen der Verbindungskapillaren hinzu. A particular advantage of the present invention is that the dead volumes can be significantly reduced compared to the systems of the prior art. In the valve systems of the prior art, on the one hand, the valves themselves have a certain dead volume, and on the other hand, in the systems of the prior art, the volume of the connecting capillaries is added.
Ein System des Standes der Technik hat also ein gewisses Totvolumen, zu dem noch das Volumen der Verbindungskapillaren hinzukommt, was sich zu einem Gesamttotvolumen addiert; dies entspricht dem Volumen aller Verbindungskanäle zwischen den (zum Beispiel vier) für die SMB genutzten Säulen, unabhängig davon, ob diese in Form von Kanälen im Ventil oder als Verbindungskapillaren vorliegen. Durch die kompaktere Bauweise durch Integration der Säulen in das Ventil entfällt erfindungsgemäß nicht nur das Totvolumen der Kapillaren, sondern das Totvolumen des Ventilsystems kann ebenfalls reduziert werden und beträgt dann nur noch einen Bruchteil des Totvolumens der Systeme des Standes der Technik. A prior art system thus has a certain dead volume, to which is added the volume of the connecting capillaries, adding up to a total dead volume; this corresponds to the volume of all connecting channels between the columns (e.g. four) used for the SMB, regardless of whether these are in the form of channels in the valve or as connecting capillaries. The more compact design through integration of the columns in the valve not only eliminates the dead volume of the capillaries, but the dead volume of the valve system can also be reduced and is then only a fraction of the dead volume of the systems of the prior art.
Erfindungsgemäß sind beispielsweise Reduzierungen des Totvolumens von über 80% möglich. According to the invention, for example, reductions in the dead volume of more than 80% are possible.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung muss nicht jedes verschiebbare Element (jeder Rotor) Kavitäten aufweisen; es ist ebenso möglich, dass einer oder mehrere Rotoren beispielsweise lediglich Fluidikanschlüsse aufweist; bevorzugt weist aber zumindest ein verschiebbares Element Kavitäten auf, bevorzugt weisen mindestens zwei verschiebbare Elemente Kavitäten auf. Ferner können im Rahmen der vorliegenden Erfindung die verschiedenen Elemente, insbesondere die verschiebbaren Elemente, die gleiche Drehachse aufweisen, müssen es aber nicht. In the context of the present invention, not every displaceable element (every rotor) has to have cavities; it is also possible for one or more rotors to have only fluidic connections, for example; but preferably at least one displaceable element has cavities, preferably at least two displaceable elements have cavities. Furthermore, within the scope of the present invention, the various elements, in particular the displaceable elements, can have the same axis of rotation, but do not have to.
Weiterhin können im Rahmen der vorliegenden Erfindung die verschiebbaren Elemente unabhängig voneinander in die gleiche Richtung bewegt werden, oder auch mehrere oder alle in die gleiche Richtung (mit gleichem oder unterschiedlichem Betrag). Furthermore, within the scope of the present invention, the displaceable elements can be moved independently of one another in the same direction, or several or all can be moved in the same direction (with the same or different amounts).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann sich bei einer Bewegung entweder die fluidische Verschaltung an einem Dichtpaar oder an mehreren gleichzeitig ändern. Die Änderung der Verschaltung kann an den Dichtpaaren während eines Prozesses unterschiedlich oft pro Dichtpaar erfolgen und der Abstand der Änderung muss nicht gleichmäßig sein. Within the scope of the present invention, either the fluidic connection at one pair of seals or at several seals can change at the same time during a movement. The connection can be changed at the seal pairs during a process at different times per seal pair and the distance between the changes does not have to be uniform.
Es sei zudem nochmals angemerkt, dass sowohl verschiebbare Elemente (Rotoren) als auch Statoren im Einzelnen wieder aus mehreren Scheiben (Stacks) aufgebaut sein können. Diese Stacks können sich als ein Teil bewegen (müssen aber nicht) und können in dem Falle als ein Element betrachtet werden. Ferner sei nochmals darauf hingewiesen, dass das komplette System auch in weitere fluidische Systeme integriert werden kann (zum Beispiel „SMB on a Chip"). It should also be noted again that both displaceable elements (rotors) and stators can be made up of several disks (stacks). These stacks can (but don't have to) move as one piece and in that case can be considered as one element. Furthermore, it should be pointed out again that the complete system can also be integrated into other fluidic systems (for example "SMB on a chip").
Zudem sei nochmals erwähnt, dass die Kavitäten der erfindungsgemäßen Ventile nicht nur mit Säuleneinsätzen oder direkt Absorbermaterial, sondern zum Beispiel auch mit Kapillaren (insbesondere bei der Fertigung des Ventils mit 3D-Drucktechniken, um den Kontakt mit 3D-Druck Material zu verringern, beziehungsweise Kanaldurchmesser zu reduzieren) gefüllt werden können. In addition, it should be mentioned again that the cavities of the valves according to the invention are not only filled with column inserts or direct absorber material, but also, for example, with capillaries (especially when manufacturing the valve with 3D printing techniques, in order to reduce contact with 3D printing material, or channel diameter to reduce) can be filled.
Dadurch, dass die erfindungsgemäßen Ventile immer mindestens zwei verschiebbare Elemente (Rotoren), die relativ zueinander bewegt werden können, aufweisen ergeben sich zudem beispielsweise noch folgende Vorteile gegenüber den Ventilen des Standes der Technik: Because the valves according to the invention always have at least two displaceable elements (rotors) that can be moved relative to one another, there are also the following advantages over the valves of the prior art, for example:
In Bezug auf SMB müssen nicht alle Ports auf einmal geschaltet werden, sondern können auch asynchron geschaltet werden. Dadurch lassen sich Spezialfälle von SMB-Prozessen, wie z.B. der Varicol Prozess, mit nur einem rotatorischen Ventil ermöglichen. Bisherige Anlagen nutzten dazu entweder mehrere dezentrale Ventile (zum Beispiel US 6,136,198) oder mindestens zwei rotatorische Ventile (zum Beispiel WO 2017/155664 Al). Dadurch können durch die vorliegende Erfindung das Totvolumen und die Anlagenkosten weiter reduziert werden. Außerdem wird es möglich, mehrere SMB-Systeme in eine Anlage zu integrieren, um komplexe und Multikomponenten-Trennungen durchzuführen. Regarding SMB, not all ports need to be switched at once, it can also be switched asynchronously. This allows special cases of SMB processes, such as the Varicol process, to be made possible with just one rotary valve. For this purpose, previous systems used either several decentralized valves (e.g. US Pat. No. 6,136,198) or at least two rotary valves (e.g. WO 2017/155664 A1). As a result, the dead volume and the system costs can be further reduced by the present invention. In addition, it becomes possible to integrate several SMB systems into one plant in order to carry out complex and multi-component separations.
Auch für nicht SMB-Anwendungen hat das viele Vorteile, da zum Beispiel Fraktioniervorgänge viel flexibler durchgeführt werden können. Außerdem können vielseitige Verschaltungen realisiert werden, um z.B. Einzelsäulen zu spülen usw. This also has many advantages for non-SMB applications, since, for example, fractionation processes can be carried out much more flexibly. In addition, versatile interconnections can be implemented, e.g. to rinse individual columns, etc.
Im Gegensatz zu bekannten Systemen mit mehreren Rotoren (zum Beispiel US 6,779,557 B2 oder US 9,726,301 B2), bei denen der Vorteil darin besteht, dass sie vielseitige Verschaltungen zu Stoffströmen außerhalb des Ventils realisieren können, wird es durch die Ventile der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass im Ventil selbst durch die unterschiedlichen Verknüpfungen unterschiedliche Funktionen übernommen werden, was mit den Ventilen des Stand der Technik, die sich überdies nicht auf Chromatographie beziehen, nicht möglich ist. In contrast to known systems with several rotors (e.g. US 6,779,557 B2 or US 9,726,301 B2), where the advantage is that they can realize versatile connections to material flows outside the valve, the valves of the present invention make it possible that different functions are taken over in the valve itself by the different links, which is not possible with the valves of the prior art, which moreover do not relate to chromatography.
Aus der US 8,807,164 B2 sind miniaturisierte SMB-Systeme bekannt, mit denen auch Prozesse wie der Varicolprozess durchgeführt werden können - allerdings werden dabei keine Schieberventile, sondern pneumatisch gesteuerte Membranventile genutzt. Dadurch werden für einen einfachen SMB-Prozess nicht ein Ventil wie im Rahmen der vorliegenden Erfindung, sondern mindestens 8 Ventile benötigt, im beschrieben Fall sogar 72. Dadurch ist die Ansteuerung deutlich komplexer und teurer, die Fehleranfälligkeit ist allein aufgrund der hohen Ventilanzahl deutlich höher und das Totvolumen des Systems ist (auch wenn der Aufbau vergleichsweise kompakt gehalten ist) noch immer deutlich größer als bei den Systemen der vorliegenden Erfindung. Miniaturized SMB systems are known from US Pat. No. 8,807,164 B2, with which processes such as the Varicol process can also be carried out—however, pneumatically controlled membrane valves are used instead of slide valves. As a result, a simple SMB process does not require a valve as in the context of the present invention, but at least 8 valves, in the case described even 72. This makes the control much more complex and expensive, and the susceptibility to errors is significantly higher simply because of the high number of valves the dead volume of the system (even if the structure is kept comparatively compact) is still significantly larger than in the systems of the present invention.
Die einzelnen Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung/Systeme/Ventile stehen in fachüblicher und bekannter Art und Weise miteinander in Wirkverbindung. The individual parts of the device/systems/valves according to the invention are functionally connected to one another in a manner known and customary in the art.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, z.B. - aber nicht ausschließlich - diejenigen der verschiedenen abhängigen Ansprüche oder einzelner in den Figuren beschriebenen Ausgestaltungen, können dabei in beliebiger Art und Weise miteinander kombiniert werden, sofern solche Kombinationen sich nicht widersprechen. Die im Folgenden mit Bezugnahme auf die Figuren näher erläuterten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen verschiedene bevorzugte Ausführungsformen dar, viele der im Folgenden in einzelnen Figuren dargestellten Merkmale bzw. Ausführungsformen sind mit in anderen Figuren oder der übrigen Beschreibung dargestellten Merkmalen und Ausführungsformen kombinierbar, insbesondere wo die Merkmale entsprechend beschrieben sind. So können zum Beispiel verschiedene in den Figuren dargestellte Rotor-Ausgestaltungen in einem erfindungsgemäßen Ventil kombiniert werden. Die Figuren sind überdies nicht limitierend auszulegen und nicht maßstabsgetreu. Weiterhin enthalten die Figuren nicht alle Merkmale, die übliche Vorrichtungen/Anlagen aufweisen, sondern sind auf die für die vorliegende Erfindung und ihr Verständnis wesentlichen Merkmale reduziert, beispielsweise sind Schrauben, Halterungen etc. nicht oder nicht im Detail dargestellt. The various configurations of the present invention, for example—but not exclusively—those of the various dependent claims or individual configurations described in the figures can be combined with one another in any way, provided such combinations do not contradict one another. The embodiments of the present invention explained in more detail below with reference to the figures represent various preferred embodiments. Many of the features or embodiments shown below in individual figures can be combined with features and embodiments shown in other figures or the rest of the description, in particular where the Features are described accordingly. For example, different rotor configurations shown in the figures can be combined in a valve according to the invention. Moreover, the figures are not to be interpreted as limiting and are not true to scale. Furthermore, the figures do not contain all the features that have the usual devices/plants, but are reduced to the features that are essential for the present invention and its understanding, for example screws, brackets, etc. are not shown or not shown in detail.
Gleiche Bezugszeichen/-ziffern bedeuten dabei gleiche oder gleichwirkende Vorrichtungsteile; zum besseren Verständnis und zur besseren Übersichtlichkeit sind einige Bezugsziffern mit Buchstaben versehen, die auf deren jeweils gezeigten Ort hinweisen (z.B. R für Rotor, dieses Merkmal findet sich dann im Rotor = einem verschiebbaren Element der vorliegenden Erfindung) - dennoch sind die jeweils bezifferten Elemente gleich oder gleichwirkend, beispielsweise Bohrungen Dl, Ria, Sl, S1-0V. The same reference symbols/numbers mean the same or equivalent device parts; for better understanding and clarity, some reference numbers are provided with letters which indicate the location shown (e.g. R for rotor, this feature is then found in the rotor = a displaceable element of the present invention) - however, the numbered elements in each case are the same or equivalent, for example holes Dl, Ria, Sl, S1-0V.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Figuren zwar bevorzugte runde Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventile zeigen, die Erfindung jedoch keinesfalls auf diese runden Beispiele beschränkt ist. Es ist von der vorliegenden Erfindung ebenfalls umfasst, dass die Ventile eine mehreckige, zum Beispiel rechteckige oder zum Beispiel sechseckige, oder zum Beispiel achteckige, oder n- eckige Grundform haben. Ferner sind auch elliptische Grundformen geeignet. It should be noted that although the figures show preferred round embodiments of the valves according to the invention, the invention is in no way limited to these round examples. It is also covered by the present invention that the valves have a polygonal, for example rectangular or for example hexagonal, or for example octagonal or n-cornered basic shape. Furthermore, elliptical basic shapes are also suitable.
Im Folgenden werden in den Figuren la bis le beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsformen für einzelne Komponenten eines erfindungsgemäßen Schiebeventils, insbesondere für SMB, mit integrierten Säulen dargestellt. Das Besondere an diesem erfindungsgemäßen System ist, dass die Säulen zunächst einzeln gefertigt und dann in den Rotor eingelegt werden (Figur lb, lc). Dadurch können die Säulen einzeln ausgetauscht werden und es wird ermöglicht, dass die Säulen mit entsprechendem Adapter (Figur 5) als Einzelsäule genutzt werden (z.B. für Charakterisierungsexperimente) oder gezielt Säulen mit gleichen Charakteristika für ein SMB genutzt werden können. Diese Faktoren erleichtern die Auslegung der SMB und erhöhen die Vorhersagbarkeit der experimentellen Ergebnisse. In the following, exemplary embodiments according to the invention for individual components of a sliding valve according to the invention, in particular for SMB, with integrated columns are shown in FIGS. The special feature of this system according to the invention is that the columns are first manufactured individually and then inserted into the rotor (Figure lb, lc). This allows the columns to be exchanged individually and it is possible to use the columns with the appropriate adapter (Figure 5) as a single column (e.g. for characterization experiments) or columns with the same characteristics can be used for an SMB. These factors facilitate the design of the SMB and increase the predictability of the experimental results.
Figur la zeigt einen Stator S eines erfindungsgemäßen Ventils V in schräger Aufsicht (oben) und in Ansicht von schräg unten (unterer Teil der Figur). Man sieht dabei die Bohrungen S1 zum Verpressen von Rotor R und Stator S mittels dazu passender Befestigungselemente, bevorzugt Schrauben (mit Muttern), insbesondere selbstsichernden Schraubenmuttern. Ebenfalls dargestellt sind die Fluidkonnektoren für externe Stoffströme S2. An diese Konnektoren können zum Beispiel Schläuche angeschlossen werden, durch die dann Fluide zu den jeweiligen Kavitäten 13 des Ventils V, die in der Regel mit Chromatographiesäulen 13 besetzt sind, geleitet werden können. An den Seiten (nur an der rechten Seite mit Bezugsziffern versehen) des Stators S sind Einrichtungen S3 zum Ausrichten von Rotor R und Stator S dargestellt. Dies kann im einfachsten Fall eine Bohrung sein. Mithilfe dieser Vorrichtung und dem entsprechenden Gegenstück (R3) am Rotor R, lassen sich die beiden Teile zuverlässig in Bezug zueinander ausrichten. Ziffer S4 zeigt auf eine O-Ringnut, die an den rotorseitigen Enden der Fluidkonnektoren angeordnet ist und die zur Abdichtung der Kontaktstellen von Rotor R und Stator S dient. Auf diese Art und Weise wird beim Verschieben (Drehen) des Rotors R verhindert, dass Fluid ungewollt austritt. Diese 0- Ringnuten S4 sind demgemäß im Wesentlichen Vertiefungen in dem Stator S (beziehungsweise an/in den rotorseitigen Enden der Fluidkonnektoren und/oder an/in den Verbindungskanalöffnungen S7), in die eine Dichtung eingesetzt ist (beziehungsweise eingesetzt werden kann). Insofern ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt, es kann vielmehr auch eine andere Form der Dichtung eingesetzt werden. In Figur la wird dies aber als runde Linien um die rotorseitigen Öffnungen der Fluidkonnektoren bzw. die Öffnungen der Verbindungskanäle S7 angedeutet (aber der Übersichtlichkeit halber nur einmal beziffert). Die Fläche des Stators S, die mit dem Rotor R in Kontakt kommt wird mit S5 bezeichnet. Ähnlich zur Einrichtung S3 kann optional in der Mitte des Stators eine Vorrichtung S6 vorgesehen sein, die als Zentrierhilfe von Rotor R und Stator S dient. Diese Zentrierhilfe ist vorzugsweise als Zapfen und/oder ringförmige Zentriernut ausgebildet (hier gezeigt als ringförmige Zentriernut). Ferner wird noch mit S7 angedeutet, wo ein Verbindungskanal, mit dem zwei Kavitäten 13, also insbesondere Chromatographiesäulen 13 miteinander verbunden werden können, liegen kann. Diese Verbindungskanäle können einfache Bohrungen sein oder auch gekrümmte Hohlröhren oder ähnliches. FIG. 1a shows a stator S of a valve V according to the invention in an oblique view (above) and in an oblique view from below (lower part of the figure). You can see the bores S1 for pressing the rotor R and stator S by means of suitable fastening elements, preferably screws (with nuts), in particular self-locking nuts. The fluid connectors for external material flows S2 are also shown. For example, hoses can be connected to these connectors, through which fluids can then be conducted to the respective cavities 13 of the valve V, which are usually occupied by chromatography columns 13 . On the sides (referenced only on the right-hand side) of the stator S, means S3 for aligning the rotor R and the stator S are shown. In the simplest case, this can be a bore. With the help of this device and the corresponding counterpart (R3) on the rotor R, the two parts can be reliably aligned in relation to each other. Numeral S4 points to an O-ring groove which is arranged on the rotor-side ends of the fluid connectors and which serves to seal the contact points of rotor R and stator S. In this way, when moving (rotating) the rotor R, fluid is prevented from escaping unintentionally. Accordingly, these O-ring grooves S4 are essentially depressions in the stator S (or on/in the rotor-side ends of the fluid connectors and/or on/in the connecting channel openings S7), into which a seal is (or can be) inserted. In this respect, the present invention is not limited to this specific embodiment; rather, another form of seal can also be used. In FIG. 1a, however, this is indicated as round lines around the rotor-side openings of the fluid connectors or the openings of the connecting channels S7 (but only numbered once for the sake of clarity). The area of the stator S that comes into contact with the rotor R is denoted by S5. Similar to device S3, a device S6 can optionally be provided in the middle of the stator, which serves as a centering aid for rotor R and stator S. This centering aid is preferably designed as a pin and/or annular centering groove (shown here as an annular centering groove). Furthermore, S7 also indicates where a connecting channel can be located, with which two cavities 13, that is to say in particular chromatography columns 13, can be connected to one another. This Connection channels can be simple bores or curved hollow tubes or the like.
Figur lb zeigt im oberen Teil eine Aufsicht von schräg oben auf einen Rotor R (verschiebbares Element) eines erfindungsgemäßen Ventils V. In dieser Figur ist eine annähernd quadratische Aussparung mit annähernd quadratischen Eckkanten in dem Rotor R zu erkennen. Diese ist als Vertiefung R9 bezeichnet und ist der Ort, an den Chromatographiesäulen 13 in den Rotor R eingelegt werden. In dem gezeigten Beispiel und dessen quasi quadratischer Ausführung sind also vier Plätze für Chromatographiesäulen 13 vorhanden. Dabei können einzelne oder alle Vertiefungen R9 genutzt werden. Überdies können auch mehrere (dann dünnere) Chromatographiesäulen 13 pro Vertiefung R9 angeordnet werden. Weiterhin können andere Symmetrien bzw. Formen für die Vertiefungen R9 gewählt werden und mithin auch andere Anzahlen an Vertiefungen R9 realisiert werden, bevorzugte Anzahlen an Vertiefungen R9 pro Rotor R sind drei, vier, fünf, sechs, sieben und acht, insbesondere vier. Diese Vertiefungen R9 bilden im zusammengesetzten Zustand der erfindungsgemäßen Ventile V zusammen mit dem jeweils darüber befindlichen Rotor R oder dem darüber befindlichen Stator Kavitäten 13, die an sich genutzt werden können, oder, bevorzugt, indem Chromatographiesäulen 13 eingesetzt werden. Bei diesem Rotor R sind weiterhin Bohrungen Ria illustriert, die der Verbindung mit einer Motorkupplung (nicht gezeigt) für die Drehung des Rotors R dienen (via entsprechender Befestigungsmittel). Im gezeigten Beispiel befinden sich diese in der Mitte um eine Aussparung herum angeordnet. Diese Aussparung ist zwar kreisförmig illustriert, muss dies aber nicht zwangsläufig sein. Weiterhin illustriert sind hier mir R3 Einrichtungen (z.B. Bohrung) zum Ausrichten von Rotor und Stator (dabei hat der hier nicht gezeigte Stator dann entsprechende Gegenstücke, bei Bohrungen im Rotor wären im Stator Zapfen oder ähnliches angeordnet). Die Kreissegmente außerhalb der gezeigten Vertiefungen R9 stellen die Kontaktflächen R5 des Rotors R zum (hier nicht gezeigten) Stator S (oder weiteren Rotoren) dar. In the upper part, FIG. This is denoted as well R9 and is the location where chromatography columns 13 are loaded into the rotor R. In the example shown and its quasi-square design, four places for chromatography columns 13 are therefore available. In this case, individual or all depressions R9 can be used. In addition, several (then thinner) chromatography columns 13 can be arranged per well R9. Furthermore, other symmetries or shapes can be selected for the depressions R9 and consequently other numbers of depressions R9 can also be implemented; preferred numbers of depressions R9 per rotor R are three, four, five, six, seven and eight, in particular four. In the assembled state of the valves V according to the invention, these depressions R9 form cavities 13 together with the rotor R located above them or the stator located above them, which cavities 13 can be used per se or, preferably, by using chromatography columns 13 . In this rotor R, bores Ria are also illustrated, which are used to connect to a motor coupling (not shown) for rotating the rotor R (via appropriate fastening means). In the example shown, these are arranged in the middle around a recess. Although this recess is illustrated as a circle, this does not necessarily have to be the case. Also illustrated here are devices (e.g. bore) for aligning rotor and stator (the stator, which is not shown here, then has corresponding counterparts, with bores in the rotor pins or similar would be arranged in the stator). The circle segments outside of the depressions R9 shown represent the contact surfaces R5 of the rotor R to the stator S (not shown here) (or other rotors).
Im unteren Teil von Figur lb ist der oben in Figur lb gezeigte Rotor R mit (vier) darin angeordneten Einzelsäulen R13, bei denen man Verbindungskanäle R12 zum Stator S sehen kann, gezeigt. Die Kreissegmente außerhalb der gezeigten Säulen R13 stellen die Kontaktflächen R5 des Rotors R zum Stator S dar. Schließlich ist noch mit R3 bezeichnet eine Einrichtung R3 zum Ausrichten von Rotor R und Stator S dargestellt. In Figur lc sind Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Säulen gezeigt. RIO zeigt dabei oben in der Figur einen Einzelsäuleneinsatz RIO mit optionaler O-Ringschnur- Nut (zur besseren Druckstabilität, durch doppelte Randlinie dargestellt) gezeigt. Solche Einzelsäuleneinsätze RIO werden dann in Einzelsäulengehäuse Rll (dritte Darstellung von oben), die bevorzugt an die Form der Kavitäten angepasst sind (dadurch ist die exakte Positionierung vereinfacht), eingesetzt, um dann als zusammengesetzte Einzelsäulen R13 in die Kavitäten bzw. Vertiefungen R9 eingesetzt zu werden. Die zusammengesetzten Einzelsäulen R13 sind im untersten Teil der Figur lc dargestellt, links in Aufsicht und rechts in Ansicht von unten, wobei rechts dann Verbindungen zum Stator S, hier dargestellt als Punkte R12, gezeigt werden. Diese Verbindungen können im einfachsten Fall Bohrungen sein, durch die ein Fluid fließen kann. Schließlich ist noch, als zweites von oben, eine Schnittdarstellung durch die Einzelsäulengehäuse Rll mit eingelegten Säulen R13 gezeigt (Schnittdarstellung entlang der Linie C-C in der dritten Darstellung von oben). Man sieht dabei deutlich, wie die Verbindungen R12 nach unten aus dem Gehäuse Rll herausführen und andererseits mit den eingesetzten Säulen R13 verbunden sind. The lower part of FIG. lb shows the rotor R shown above in FIG. The circle segments outside of the columns R13 shown represent the contact surfaces R5 of the rotor R to the stator S. Finally, a device R3 for aligning the rotor R and the stator S is also labeled R3. FIG. 1c shows examples of columns that can be used according to the invention. RIO shows a single column insert RIO with an optional O-ring cord groove (for better pressure stability, shown by a double edge line) in the figure above. Such single-column inserts RIO are then used in single-column housings Rll (third representation from above), which are preferably adapted to the shape of the cavities (this simplifies the exact positioning), and then used as assembled single columns R13 in the cavities or recesses R9 become. The assembled individual columns R13 are shown in the bottom part of FIG. 1c, on the left in a top view and on the right in a view from below, with connections to the stator S, shown here as points R12, then being shown on the right. In the simplest case, these connections can be bores through which a fluid can flow. Finally, as the second view from above, a sectional view through the individual column housings R11 with inserted columns R13 is shown (sectional view along the line CC in the third view from the top). One can clearly see how the connections R12 lead out downwards from the housing Rll and on the other hand are connected to the columns R13 used.
Figur ld zeigt eine Deckplatte D für die erfindungsgemäßen Ventile V. Diese wird (falls sie verwendet wird) auf der dem Stator S abgewandten Seite eines Rotors R angebracht und dann durch anbringen von Befestigungselementen, bevorzugt Schrauben (mit Muttern), insbesondere selbst-sichernden Schraubenmuttern, durch die Bohrungen Dl und anziehen der Befestigungselemente das erfindungsgemäße Ventil zusammengezogen und fixiert (wobei der Rotor R zwischen Stator S und/oder weiterem Rotor R und Deckplatte D beweglich (drehbar) bleibt). Insofern ist die Deckplatte D im Wesentlichen eine Platte mit Bohrungen Dl zur Aufnahme der Befestigungsmittel, wobei die Deckplatte D in der Mitte eine Aussparung aufweisen kann, falls der Rotor R von dieser Seite aus angetrieben werden soll; falls der Rotor R beispielsweise durch Zahnräder oder Riemen angetrieben werden soll, die an dessen Außenseiten angreifen, ist eine solche Aussparung nicht erforderlich. Figure ld shows a cover plate D for the valves V according to the invention. This (if it is used) is attached to the side of a rotor R facing away from the stator S and then by attaching fastening elements, preferably screws (with nuts), in particular self-locking nuts , Pulled together and fixed through the holes Dl and tighten the fasteners, the valve according to the invention (where the rotor R between the stator S and / or further rotor R and cover plate D remains movable (rotatable)). In this respect, the cover plate D is essentially a plate with bores D1 for receiving the fastening means, wherein the cover plate D can have a recess in the middle if the rotor R is to be driven from this side; if the rotor R is to be driven, for example, by toothed wheels or belts which act on its outer sides, such a recess is not necessary.
Figur le zeigt ein zusammengesetztes erfindungsgemäßes Ventil V bestehend aus Stator S, zwei Rotoren R und Deckplatte D (in der angegebenen Reihenfolge übereinander). Es ist zwar in den Figuren la bis le nicht illustriert, jedoch kann natürlich auch eine Bodenplatte B auf der anderen Seite des Ventils angeordnet werden; dabei ist jedoch zu beachten, dass Inlets bzw. Fluidkonnektoren S2 zugänglich bleiben, was in der Regel voraussetzt, dass diese vergleichsweise weit in der Mitte - oder am äußeren Umfangsrand des Stators S angeordnet sind. Figure le shows an assembled valve V according to the invention consisting of stator S, two rotors R and cover plate D (in the order given above one another). Although it is not illustrated in FIGS. 1a to 1e, a base plate B can of course also be arranged on the other side of the valve; However, it should be noted here that inlets or fluid connectors S2 remain accessible, which generally requires that these are arranged comparatively far in the middle—or on the outer peripheral edge of the stator S.
Bei den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen gemäß Figur la bis Figur le ist es aber in der Regel bevorzugt, keine dem Deckel gegenüberliegende Bodenplatte über dem Stator anzuordnen. In the configurations according to the invention according to FIG. 1a to FIG.
Figur 2 zeigt beispielhaft illustriert (für die Zeichnung vereinfacht auf jeweils ein verschiebbares Element) den Unterschied der im Stand der Technik (im oberen Teil der Figur mit a) bezeichnet) beschriebenen mikro-SMB und die entsprechende Verschaltung gemäß vorliegender Erfindung (im unteren Teil der Figur mit b) bezeichnet). Es ist in beiden Teilen jeweils oben ein statisches Element/Stator S und unten ein verschiebbares Element/Rotor R dargestellt. Durch die erfindungsgemäße Integration der Säulen 13 in das Ventil V, genauer in den Rotor R, entfallen Verbindungskanäle (durch quer gestreifte Rechtecke dargestellt) im Ventil und zusätzliche externe Kapillaren (durch Pfeile dargestellt). Dadurch wird das Totvolumen erheblich reduziert. Mögliche Platzierungsstellen für etwaige Fritten sind mit 14 bezeichnet (der Übersichtlichkeit halber nur an den rechten Säulen, die wiederum der Übersichtlichkeit halber nur im linken Teil mit 13 beziffert sind). Mittels solcher Fritten ist es möglich, die stationäre Phase in den Säulen 13 festzuhalten, auch wenn diese lediglich aus einer Schüttung besteht; zudem kann eine Filterwirkung erreicht werden, so dass nur ausreichend kleine Partikel/Substanzen auf die Säule an sich (also die stationäre Phase) gelangen und restliche Bestandteile abgefangen werden. In weiteren Varianten der vorliegenden Erfindung können statt der Fritten auch ausreichend engmaschige Filter, Netze bzw. Gitter eingesetzt werden. Zudem können die Fritten/Filter/Netze/Gitter austauschbar sein, beispielsweise für den Fall, dass diese sich zusetzen, so dass nicht immer die komplette Säule ersetzt werden muss (was Kostenvorteil und Materialersparnis bedeutet). Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass der Einfachheit halber in dieser Figur nur jeweils ein Rotor dargestellt ist; bei den erfindungsgemäßen Ventilen mit mindestens zwei verschiebbaren Elementen (Rotoren) treten die gleichen Effekte, allerdings dann gesteigert, natürlich ebenso auf. Figur 3 zeigt stark schematisch einen beispielhaften Aufbau für eine mikro-SMB- Anlage unter Einsatz eines erfindungsgemäßen Ventils. Dieser beispielhafte Aufbau umfasst vier Behälter für jeweils Diluent, Extrakt, Probe und Raffinat, sowie einen Behälter für Abfall, eine Multikanal Druckregeleinheit für Mikrofluidik 15 mit je Kanal einer Druckregelsonde PCR, vier Flusssensoren FCR, zwei UV-Sensoren QR, zwei Leitfähigkeitssensoren LR und ein erfindungsgemäßes (zusammengeschraubtes) Ventil V mit vier integrierten Säulen 13 (zum Beispiel verteilt auf zwei Rotoren mit jeweils zwei Säulen 13 oder verteilt auf eine Säule im ersten und drei Säulen 13 im zweiten Rotor). Ein solcher Aufbau kann (ist aber nicht zwingend) für Untersuchungen wie bei dem weiter unten gezeigten Beispiel benutzt werden. Figure 2 shows an example (simplified to one movable element for the drawing) the difference between the micro-SMB described in the prior art (indicated by a) in the upper part of the figure) and the corresponding interconnection according to the present invention (in the lower part of the Figure labeled b)). In both parts, a static element/stator S is shown at the top and a movable element/rotor R is shown at the bottom. The inventive integration of the columns 13 in the valve V, more precisely in the rotor R, eliminates the need for connecting channels (represented by cross-striped rectangles) in the valve and additional external capillaries (represented by arrows). This significantly reduces the dead volume. Possible placement points for any frits are denoted by 14 (for the sake of clarity only on the right columns, which in turn are numbered only in the left part with 13 for the sake of clarity). By means of such frits it is possible to hold the stationary phase in the columns 13, even if this consists only of a bed; In addition, a filter effect can be achieved so that only sufficiently small particles/substances reach the column itself (i.e. the stationary phase) and the remaining components are trapped. In further variants of the present invention, sufficiently fine-meshed filters, nets or grids can also be used instead of the frits. In addition, the frits/filters/nets/grids can be exchanged, for example in the event that they become clogged, so that the entire column does not always have to be replaced (which means cost advantages and material savings). It should be pointed out again that for the sake of simplicity only one rotor is shown in this figure; in the case of the valves according to the invention with at least two displaceable elements (rotors), the same effects naturally also occur, although they are then increased. FIG. 3 shows a highly schematic example of a structure for a micro-SMB system using a valve according to the invention. This exemplary structure includes four containers for each diluent, extract, sample and raffinate, as well as a container for waste, a multi-channel pressure control unit for microfluidics 15 with a pressure control probe PCR per channel, four flow sensors FCR, two UV sensors QR, two conductivity sensors LR and one (screwed together) valve V according to the invention with four integrated columns 13 (for example distributed over two rotors, each with two columns 13 or distributed over one column in the first rotor and three columns 13 in the second rotor). Such a setup can (but is not mandatory) be used for investigations such as the example shown below.
Figur 4 zeigt die im Rahmen des weiter unten beschriebenen Beispiels erhaltenen Ergebnisse. In Figur 8 werden dafür die Konzentrationen in den (Zu- und Ablauf-)Strömen des verwendeten Systems gezeigt. Eine detailliertere Beschreibung findet sich weiter unten im Beispiel. FIG. 4 shows the results obtained in the example described below. For this purpose, the concentrations in the (inflow and outflow) streams of the system used are shown in FIG. A more detailed description can be found below in the example.
Figur 5 illustriert Packadapter zum separaten Packen von Einzelsäulen. Zuoberst ist eine Draufsicht gezeigt, wobei links der Deckel des Packadapters zu sehen ist und rechts der Hauptkörper (bzw. das Unterteil). P9 bezeichnet eine Vertiefung zum Einlegen einer Einzelsäule und PI Bohrungen zum Verpressen der Einzelteile mittels entsprechender Verbindungselemente, bevorzugt Schauben (In einem Beispiel gehen diese Bohrungen gehen durch alle Teile hindurch und dann werden durch z.B. Anziehen von Schrauben/Muttern die einzelnen Teile aneinander gezogen bzw. gepresst, oder in einem anderen Beispiel gehen die Bohrungen lediglich durch ein Teil hindurch und in anderen Teil ist eine Gewindenut eingelassen, in die eine Schraube eingedreht werden kann, oder es werden in noch einem anderen Beispiel Klemmstäbe durch die Bohrungen geführt und dann alle Teile von außen über die Klemmstäbe aneinander geklemmt. Weitere Varianten sind möglich). P2 bezeichnet Konnektoren für externe Fluidströme. Es wird also eine Einzelsäule in die Vertiefung P9 des Unterteils eingelegt, dann der Deckel aufgesetzt und Unterteil und Deckel mittels der Verbindungselemente aneinander fixiert. Sodann kann über Konnektoren P2 die Säule angeschlossen und befüllt oder auch betrieben werden. In der zweiten Zeile ist dann der gleiche Packadapter noch einmal in einer Ansicht von der Seite dargestellt. Die dritte Zeile zeigt den Packadapter links in Aufsicht von oben und rechts in einer Ansicht von unten. Man sieht dabei die Bohrungen PI und im linken Teil die Konnektoren P2 (der Übersichtlichkeit halber nicht beziffert). Die Schnitte durch die Adapterteile entlang der jeweiligen Schnittlinien A-A und B-B sind dann in der untersten Zeile von Figur 4 dargestellt. In dem Schnitt entlang A-A des Deckels sind dann noch mit Pfeilen markierte Durchlassöffnungen für Fluide dargestellt. Figure 5 illustrates packing adapters for packing individual columns separately. At the top is a plan view showing the pack adapter lid on the left and the main body (or base) on the right. P9 designates a depression for inserting an individual column and PI bores for pressing the individual parts by means of appropriate connecting elements, preferably screws (in one example, these bores go through all parts and then the individual parts are pulled together or screwed together by tightening screws/nuts, for example). pressed, or in another example the bores only go through one part and in other part a threaded groove is cut into which a screw can be screwed, or in still another example clamping rods are passed through the bores and then all parts of clamped together on the outside via the clamping rods. Other variants are possible). P2 designates connectors for external fluid flows. A single column is thus placed in the depression P9 of the lower part, then the cover is put on and the lower part and cover are fixed to one another by means of the connecting elements. The column can then be connected and filled or operated via connectors P2. In the second line, the same pack adapter is shown again in a side view. The third line shows the pack adapter on the left in a top view and on the right in a bottom view. You can see the holes PI and in the left part the Connectors P2 (not numbered for clarity). The cuts through the adapter parts along the respective cutting lines AA and BB are then shown in the bottom line of FIG. In the section along AA of the cover, passage openings for fluids are then also shown, which are marked with arrows.
Mit diesen Adaptern ist es möglich, die Säulen unabhängig von dem erfindungsgemäßen Ventil zu verwenden, wobei, je nachdem, ob eine Fritte im Zulaufstrom des Adapters eingesetzt ist, eine Einzelsäule mit dem Adapter gepackt oder auch als vom Ventil unabhängige Säule genutzt werden kann. With these adapters it is possible to use the columns independently of the valve according to the invention, whereby a single column can be packed with the adapter or used as a column independent of the valve, depending on whether a frit is used in the feed stream of the adapter.
Im Folgenden werden in den Figuren 6 bis 11 beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsformen von Rotorscheiben, in welche Chromatographiesäulen integriert sind (Figuren 6 bis 8), Bodenplatten/Deckplatten (Figur 9) und zusammengesetzte Ventile aus diesen Rotoren und Bodenplatten/Deckplatten (Figuren 10 und 11) illustriert. Dazu sind unterschiedliche Ausführungen der Rotorscheiben beispielhaft dargestellt, die zum Beispiel nur Säulen (Figur 6), zusätzliche Bypass-Kanäle, die auch zur direkten Probeninjektion („Sample-Loop") genutzt werden können (Figur 7) oder zusätzliche mikrofluidische Elemente zur Strömungsführung (Figur 8) enthalten. Zahlreiche weitere Konfigurationen sind denkbar. Zur Kompression der Rotorscheiben können beispielsweise Deckel und Boden identisch ausgeführt sein (Figur 9); für diesen Fall kann eine Fluidzu- und -abführung von beiden Seiten (oben und unten) erfolgen. Figur 10 zeigt die zusammengesetzten Komponenten eines erfindungsgemäßen Ventils mit zwei verschiebbaren Elementen (Rotoren) und Figur 11 zeigt die zusammengesetzten Komponenten eines erfindungsgemäßen Ventils mit drei verschiebbaren Elementen (Rotoren). Die Drehung der Rotorscheiben kann beispielsweise über Zahnräder oder auch einen Riemenantrieb erfolgen. Die erfindungsgemäßen Ventile ermöglichen die flexible Verbindung verschiedener Chromatographiesäulen oder Sample-Loops ohne jegliches Totvolumen. In the following, in Figures 6 to 11, exemplary embodiments according to the invention of rotor disks, in which chromatography columns are integrated (Figures 6 to 8), base plates/cover plates (Figure 9) and assembled valves from these rotors and base plates/cover plates (Figures 10 and 11) illustrated. Different designs of the rotor disks are shown as examples, which, for example, only have columns (FIG. 6), additional bypass channels that can also be used for direct sample injection ("sample loop") (FIG. 7) or additional microfluidic elements for flow control ( Figure 8). Numerous other configurations are conceivable. To compress the rotor disks, for example, the cover and base can be identical (Figure 9); in this case, fluid can be supplied and removed from both sides (top and bottom). Figure 10 shows the assembled components of a valve according to the invention with two displaceable elements (rotors) and Figure 11 shows the assembled components of a valve according to the invention with three displaceable elements (rotors). The rotor discs can be rotated, for example, via gear wheels or a belt drive. The valves according to the invention allow the flexible connection of different chromatography columns or sample loops without any dead volume.
Figur 6 zeigt eine mögliche Variante des Rotors R der erfindungsgemäßen Ventile V. Sofort ins Auge fällt bei dieser Variante die Verzahnung 24 des äußeren Umfangs des Rotors R. Mittels einer solchen Verzahnung ist es möglich, den Rotor R über einen Zahnriemen oder Zahnriemen anzutreiben. Diese Möglichkeit schließt aber nicht aus, dass der Rotor von unten über einen Motor angetrieben wird, der zum Beispiel über die Zentrierbohrung angreift. Insofern ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchaus möglich und umfasst, Rotoren R mit Verzahnung 24 und gegebenenfalls weiteren Einrichtungen für Motorkontaktierung herzustellen und diese dann (beispielsweise je nach den örtlichen Möglichkeiten) wahlweise per Zahnrad/-riemen oder über an anderer Stelle angreifende Motoren anzutreiben. Ansonsten entspricht die grundlegende Funktionalität des Rotors R in Figur 6 im Prinzip derjenigen, wie sie zum Beispiel auch in Figur lb dargestellt ist. Zwar sind hier in Figur 6 nur drei Chromatographiesäulen 13 illustriert, jedoch sind genauso vier oder mehr (bzw. weniger) möglich. Ferner sind hier die Säulen 13 nur (gestrichelt) angedeutet; die Säulen sind hier als integraler Bestandteil der Rotorplatte ausgeführt (beispielsweise über additive Fertigung, insbesondere 3D-Druck zugänglich), jedoch können auch die in Figur lb dargestellten Rotoren mit einer Verzahnung 24 versehen werden, um die Antriebsmöglichkeiten flexibler zu gestalten. Zurückkommend auf Figur 6, sind Inlet 21 und Outlet 22 der Kavität bzw. Säule 13 dargestellt, die in diesem Fall die Möglichkeit zeigen, dass die Kavität/Säule 13 von einer Oberfläche aus mit Fluid beaufschlagt wird und von der anderen Seite dieses abgeleitet wird. Es ist erfindungsgemäß aber genauso möglich, sowohl Inlet 21 als auch Outlet 22 auf einer (der gleichen) Oberflächenseiten anzuordnen. Mit Ziffer 20 ist darüber hinaus eine optionale Vertiefung illustriert, in die, falls gewünscht, eine (Einlass-)Fritte 14 eingesetzt werden kann (vgl. zu möglichen Positionierungen von Fritten oder Filtern/Netzen/Gittern auch Figur 2 und Beschreibung). Schließlich ist in der Mitte noch einen Zentrierbohrung 23 gezeigt, mittels derer (und weiterer Zentriermittel, wie Stangen o. Ä.) Rotor R und Stator S sowie Deckplatte D zentriert werden können. Diese Zentrierbohrung 23 kann jedoch auch, alternativ oder zusätzlich als Ansatzort für einen zentrisch angeordneten Motor (oder ein Mittel, dass die Drehung eines Motors überträgt, wie eine Welle) genutzt werden. FIG. 6 shows a possible variant of the rotor R of the valves V according to the invention. The teeth 24 of the outer circumference of the rotor R immediately catch the eye in this variant. Such teeth make it possible to drive the rotor R via a toothed belt or toothed belt. However, this possibility does not rule out the possibility of the rotor being driven from below by a motor that acts, for example, via the center hole. To that extent it is within the scope of the present invention It is quite possible and includes producing rotors R with teeth 24 and, if necessary, further devices for motor contacting and then driving them (for example depending on local possibilities) either by gearwheels/belts or by motors acting at a different point. Otherwise, the basic functionality of the rotor R in FIG. 6 corresponds in principle to that shown in FIG. 1b, for example. Although only three chromatography columns 13 are illustrated here in FIG. 6, four or more (or fewer) are just as possible. Furthermore, the columns 13 are only indicated here (dashed); the columns are designed here as an integral part of the rotor plate (accessible for example via additive manufacturing, in particular 3D printing), but the rotors shown in FIG. 1b can also be provided with teeth 24 in order to make the drive options more flexible. Returning to FIG. 6, the inlet 21 and outlet 22 of the cavity or column 13 are shown, which in this case show the possibility of the cavity/column 13 being supplied with fluid from one surface and drained from the other side. According to the invention, however, it is just as possible to arrange both the inlet 21 and the outlet 22 on one (of the same) surface side. In addition, number 20 illustrates an optional recess into which an (inlet) frit 14 can be inserted if desired (cf. also FIG. 2 and the description for possible positioning of frits or filters/nets/grids). Finally, a centering bore 23 is also shown in the middle, by means of which (and other centering means, such as rods or the like) rotor R and stator S as well as cover plate D can be centered. However, this centering bore 23 can also, alternatively or additionally, be used as an attachment point for a centrally arranged motor (or a means that transmits the rotation of a motor, such as a shaft).
Figur 7 illustriert eine ähnliche beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie Figur 6. Im Unterschied zu Figur 6, die nur Kavitäten/Säulen 13 illustriert, werden in Figur 7 zusätzliche Durchgangskanäle (Bypass-Kanäle) 25, die auch zur direkten Probeninjektion („Sample-Loop") genutzt werden können, illustriert. Mit diesen ist es möglich, wenn der Rotor R mit diesen über entsprechende Fluidaufnahmen (zum Beispiel Probenbehälter, weitere Säulen, Eluentauffangbehälter etc.) positioniert wird, Fluide unter Umgehung der Kavitäten/Säulen 13 zu dosieren, beispielsweise in das Eluent oder weitere Säulen. Dadurch könnten zum Beispiel gezielte bestimmte, einzelne eluierte Fraktionen mit Indikator oder ähnlichem versehen werden. FIG. 7 illustrates a similar exemplary embodiment of the present invention as FIG. 6. In contrast to FIG. 6, which only illustrates cavities/columns 13, additional passage channels (bypass channels) 25 are shown in FIG. Loop") can be used, illustrated. With these, it is possible, if the rotor R is positioned with them via appropriate fluid receptacles (for example sample containers, additional columns, eluent collection containers, etc.), to dose fluids while bypassing the cavities/columns 13, for example in the eluent or other columns targeted specific, individual eluted fractions are provided with an indicator or the like.
Figur 8 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Rotoren gemäß vorliegender Erfindung, ähnlich wie Figuren 6 und 7, jedoch sind hier zusätzliche mikrofluidische Elemente zur Strömungsführung illustriert. Zum einen ist ein Splitter 26 zum Aufteilen eines Fluidstroms auf zwei Kavitäten/Chromatographiesäulen 13 gezeigt. Wie im unteren Teil der Figur 8 ersichtlich ist, kann von oben Fluid in den Splitter 26 aufgegeben werden, wodurch dann das Fluid in beide (V-förmig dargestellte) angrenzende Kavitäten/Säulen 13 gelangt. Dies kann zum Beispiel genutzt werden, um verschiedene Säulen (d.h. im Wesentlichen verschiedene stationäre Phasen) gleichzeitig zu nutzen, was zum Beispiel, aber nicht nur, für Screening-Experimente hilfreich sein kann. Gleichsam ist mit 22a ein direktes Outlet illustriert, was zum Aufteilen eines Fluidstroms genutzt werden kann; hier ist illustriert, dass ein dem Inlet 21 aufgegebenes Fluid zum Teil in die obere, waagerecht dargestellte Kavität/Säule 13 gelangt und zum Teil direkt zu dem Outlet 22a - dies ist also auch eine Variante eines Splitters. Dabei ist zu berücksichtigen, dass diese beiden illustrierten mikrofluidischen Elemente nicht die einzigen denkbaren/verwendbaren sind. Zum Beispiel ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung genauso möglich, statt das hier illustrierten Splitters 26 zum Aufteilen auf zwei Kavitäten/Säulen 13 auch Splitter zum Aufteilen auf drei oder vier oder mehr Kavitäten/Säulen 13 möglich sind; entsprechend kann das direkte Outlet 22a auch mit einem Splitter zum Aufteilen auf zwei, drei, vier oder mehr Kavitäten/Säulen 13 (und nicht nur eine, wie illustriert) verbunden sein. FIG. 8 is another exemplary embodiment of the rotors according to the present invention, similar to FIGS. 6 and 7, but here additional microfluidic elements for flow guidance are illustrated. On the one hand, a splitter 26 for dividing a fluid flow between two cavities/chromatography columns 13 is shown. As can be seen in the lower part of FIG. 8, fluid can be fed into the splitter 26 from above, as a result of which the fluid then reaches both adjacent cavities/columns 13 (shown in a V-shape). This can be used, for example, to use different columns (i.e. essentially different stationary phases) at the same time, which can be useful for example, but not only, for screening experiments. Likewise, a direct outlet is illustrated at 22a, which can be used to split a fluid flow; it is illustrated here that a fluid fed into the inlet 21 partly reaches the upper cavity/column 13 shown horizontally and partly directly to the outlet 22a—this is therefore also a variant of a splitter. It should be noted that these two illustrated microfluidic elements are not the only conceivable/usable ones. For example, it is also possible within the scope of the present invention, instead of the splitters 26 illustrated here for dividing into two cavities/columns 13, splitters for dividing into three or four or more cavities/columns 13 are also possible; accordingly, the direct outlet 22a can also be connected to a splitter for splitting into two, three, four or more cavities/columns 13 (and not just one as illustrated).
Neben einem Drehungsantrieb per Zahnriemen oder Zahnrädern können die Rotoren R der vorliegenden Erfindung, wie sie zum Beispiel in den Figuren lb oder 6 bis 8 illustriert sind, selbstverständlich auch über einen, zum Beispiel von unten angreifenden, Motor angetrieben werden, wie dies beispielhaft in Figur 1 illustriert wird, der an anderer Stelle als an dem Außenumfang der Rotoren R angreift, oder per Hand gedreht werden, oder per (nicht Zahn-) Riemen, allein über ausreichende Friktion zwischen Riemen und Rotoraußenumfangsoberfläche. In addition to being driven in rotation by a toothed belt or gear wheels, the rotors R of the present invention, as illustrated, for example, in FIGS 1 engaging elsewhere than the outer periphery of the rotors R, or rotated by hand, or by (non-toothed) belts, solely with sufficient friction between belt and rotor outer peripheral surface.
In Figur 9 ist eine weitere erfindungsgemäße Variante für eine Deckplatte D dargestellt, die natürlich auch als Bodenplatte B auf der anderen Seite des Ventils angeordnet werden kann. In dieser Figur ist die Deckplatte/Bodenplatte D/B neben den Bohrungen Dl zur Einbringung von Befestigungsmitteln (wie oben beschrieben) zusätzlich mit Anschlüssen S2 für externe Fluidkonnektoren versehen. Anschließend an diese Konnektoren S2 sind in dieser Figur noch Strömungskanäle 27 illustriert. Solche Strömungskanäle können selbstverständlich auch bei den anderen Ausführungsformen, wenn Konnektoren S2 auf Deckplatte/Bodenplatte D/B oder Stator S aufgesetzt sind, vorhanden sein (sind aber der Übersichtlichkeit halber nicht immer in den Figuren gezeigt). Je nach genauer Ausführung von Konnektoren S2 und Strömungskanälen 27 ist eine genaue Unterscheidung auch nicht immer möglich, bzw. diese können kontinuierlich ineinander übergehen - insofern sind, wie in der Beschreibung schon angeführt, Konnektoren S2 und Inlet 21 im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Teil gleichbedeutend (sofern nicht explizit anders angeführt bzw. genauer definiert). Hier sind zwar zwei Konnektoren S2 dargestellt, jedoch ist dies nicht die einzige erfindungsgemäß Möglichkeit. Es können genausgut einer, drei, vier oder mehr Anschlüsse S2 vorgesehen sein. Die genaue Anzahl bzw. die genaue Konfiguration des Deckels/der Bodenplatte wird selbstverständlich in Abhängigkeit von den eingesetzten/geplanten Rotoren ausgewählt werden. Der Deckel D wirkt in einer solchen Ausgestaltung also gleichzeitig als Stator. Wenn überdies Deckplatten/Bodenplatten D/B mit Anschlüssen S2, auf beiden Seiten eines Rotors R, insbesondere wie in den Figuren 6 bis 8 gezeigt, angeordnet werden, können mit den erfindungsgemäßen Ventilen variable Durchflüsse (In Bezug auf mengen, Stoffe etc.) einfach realisiert werden; bei einer solchen Anordnung ist es natürlich auch möglich, eine der Deckplatten/Bodenplatten D/B nur als Abdeckung zu Nutzen und die Anschlüsse S2 nicht zu verwenden. Insofern ist ein Ventil, dass eine Deckplatte D und eine Bodenplatte B gemäß Figur 9 aufweist, in seiner Anwendung sehr flexibel. FIG. 9 shows a further variant according to the invention for a cover plate D, which of course can also be used as a base plate B on the other side of the valve can be arranged. In this figure, the cover plate/base plate D/B is additionally provided with connections S2 for external fluid connectors in addition to the bores D1 for the introduction of fastening means (as described above). Flow channels 27 are also illustrated in this figure following these connectors S2. Such flow channels can of course also be present in the other embodiments when connectors S2 are placed on cover plate/base plate D/B or stator S (but for the sake of clarity they are not always shown in the figures). Depending on the exact design of connectors S2 and flow channels 27, an exact distinction is not always possible, or they can merge continuously - in this respect, as already mentioned in the description, connectors S2 and inlet 21 are partially synonymous within the scope of the present invention (unless explicitly stated otherwise or defined in more detail). Although two connectors S2 are shown here, this is not the only possibility according to the invention. One, three, four or more connections S2 can just as easily be provided. The exact number or the exact configuration of the cover/bottom plate will of course be selected depending on the rotors used/planned. In such a configuration, the cover D acts as a stator at the same time. If, moreover, top plates/bottom plates D/B with connections S2 are arranged on both sides of a rotor R, in particular as shown in FIGS will be realized; With such an arrangement it is of course also possible to use one of the top plates/bottom plates D/B only as a cover and not to use the connections S2. In this respect, a valve that has a cover plate D and a base plate B according to FIG. 9 is very flexible in its application.
Figur 10 illustriert die Ansicht eines fertig zusammengesetzten Ventils V gemäß vorliegender Erfindung, bei dem zwei Rotoren R, mit Verzahnung 24 am äußern Umfangsrand, übereinander angeordnet sind. Als oberstes in dieser Figur ist ein Deckel D illustriert, wie er auch in Figur 9 dargestellt ist. Dies kann aber auch ein Stator S sein, der entsprechende Anschlüsse aufweist, bzw. der Deckel D hat in dieser illustrierten, beispielhaften Ausführungsform die Funktion eines Stators S - oder umgekehrt. Ferner ist als unterstes in der Figur eine Deckplatte D bzw. Bodenplatte B illustriert; dies kann eine Deck-/Bodenplatte sein, wie sie in Figur 9 illustriert ist (dann hätte das Ventil dieser Ausgestaltungsform zwei gleiche Seiten), kann aber auch eine Deckplatte wie in Figur lc illustriert oder eine einfache runde Scheibe mit entsprechenden Bohrungen Dl sein, allerdings ist dann darauf zu achten, dass der unterste Rotor R so gestaltet ist, dass dessen Outlets entweder in dem Bereich der Aussparung der Deckplatte (gemäß Figur lc) enden, oder dass dessen Outlets nach oben gerichtet sind und die Fluide dann wieder nach oben (durch die anderen Rotoren) geleitet werden. In der Mitte dieses Ventils V ist darüber hinaus eine Zentrierachse Z vorgesehen, mit deren Hilfe die einzelnen Bestandteile genau übereinander zentriert werden können und die als Rotationsachse (der Rotoren) dient. FIG. 10 illustrates the view of a fully assembled valve V according to the present invention, in which two rotors R, with teeth 24 on the outer peripheral edge, are arranged one above the other. A cover D, as also shown in FIG. 9, is illustrated at the top in this figure. However, this can also be a stator S, which has corresponding connections, or the cover D has the function of a stator S in this illustrated, exemplary embodiment—or vice versa. Furthermore, a cover plate D or base plate B is illustrated as the bottommost part in the figure; this can be a top/bottom plate as illustrated in FIG (then the valve of this embodiment would have two equal sides), but it can also be a cover plate as illustrated in Figure lc or a simple round disk with corresponding bores Dl, but care must then be taken that the lowest rotor R is designed in such a way that whose outlets either end in the area of the recess of the cover plate (according to FIG. 1c), or whose outlets are directed upwards and the fluids are then directed upwards again (through the other rotors). In the middle of this valve V there is also a centering axis Z, with the help of which the individual components can be centered precisely one above the other and which serves as the axis of rotation (of the rotors).
Figur 11 illustriert die Ansicht eines fertig zusammengesetzten Ventils V gemäß vorliegender Erfindung, bei dem drei Rotoren R, mit Verzahnung 24 am äußern Umfangsrand, übereinander angeordnet sind. Als oberstes in dieser Figur ist ein Deckel D illustriert, wie er auch in Figur 9 dargestellt ist. Dies kann aber auch ein Stator S sein, der entsprechende Anschlüsse aufweist, bzw. der Deckel D hat in dieser illustrierten, beispielhaften Ausführungsform die Funktion eines Stators S - oder umgekehrt. Ferner ist als unterstes in der Figur eine Deckplatte D bzw. Bodenplatte B illustriert; dies kann eine Deck-/Bodenplatte sein, wie sie in Figur 9 illustriert ist (dann hätte das Ventil dieser Ausgestaltungsform zwei gleiche Seiten), kann aber auch eine Deckplatte wie in Figur lc illustriert oder eine einfache runde Scheibe mit entsprechenden Bohrungen Dl sein, allerdings ist dann darauf zu achten, dass der unterste Rotor R so gestaltet ist, dass dessen Outlets entweder in dem Bereich der Aussparung der Deckplatte (gemäß Figur lc) enden, oder dass dessen Outlets nach oben gerichtet sind und die Fluide dann wieder nach oben (durch die anderen Rotoren) geleitet werden. In der Mitte dieses Ventils V ist darüber hinaus eine Zentrierachse Z vorgesehen, mit deren Hilfe die einzelnen Bestandteile genau übereinander zentriert werden können und die als Rotationsachse (der Rotoren) dient. FIG. 11 illustrates the view of a fully assembled valve V according to the present invention, in which three rotors R, with teeth 24 on the outer peripheral edge, are arranged one above the other. A cover D, as also shown in FIG. 9, is illustrated at the top in this figure. However, this can also be a stator S, which has corresponding connections, or the cover D has the function of a stator S in this illustrated, exemplary embodiment—or vice versa. Furthermore, a cover plate D or base plate B is illustrated as the bottommost part in the figure; this can be a top/bottom plate as illustrated in FIG. 9 (then the valve of this embodiment would have two equal sides), but it can also be a top plate as illustrated in FIG. 1c or a simple round disc with corresponding bores D1, however Care must then be taken to ensure that the lowest rotor R is designed in such a way that its outlets either end in the area of the recess in the cover plate (according to figure lc), or that its outlets are directed upwards and the fluids then flow upwards again (through the other rotors) are routed. In the middle of this valve V there is also a centering axis Z, with the help of which the individual components can be centered precisely one above the other and which serves as the axis of rotation (of the rotors).
Im Folgenden werden in den Figuren 12 bis 15 beispielhafte Ausführungsformen für eine weitere, andere erfindungsgemäße Variante dargestellt; in dieser Variante weist der Stator neben Anschlüssen für Fluidzu- und -abführung ein oder mehrere Kavitäten zur Fluidweiterleitung auf. In the following, exemplary embodiments for a further, different variant according to the invention are shown in FIGS. 12 to 15; In this variant, the stator has one or more cavities for fluid transmission in addition to connections for fluid supply and discharge.
Bei dieser Variante wird ein Null-Totvolumen-Injektionsventil dargestellt. Bei diesem Ventil wird lediglich eine mit Trennmaterial gefüllte Kavität im Stator eingesetzt, wohingegen der vom Stator am weitesten entfernte Rotor zwar Kavitäten aufweist, diese aber nur mit Probe gefüllt sind (bzw. werden), jedoch keine stationäre Phase enthalten; zwischen diesen beiden sind ein oder mehrere weitere Rotoren zur Verbindung angeordnet. In this variant, a zero dead volume injection valve is shown. In this valve, only one cavity filled with separating material is used in the stator, whereas the rotor furthest away from the stator has cavities, these are (or are) only filled with sample, but do not contain any stationary phase; between these two one or more further rotors are arranged for connection.
Im Bereich der Chromatographie ist von großem Interesse, das Totvolumen zwischen Injektion und Säule so gering wie möglich zu halten, sodass die Probe in einem möglichst kompakten Flüssigkeitsvolumen injiziert wird. In the field of chromatography, it is of great interest to keep the dead volume between the injection and the column as small as possible so that the sample is injected in a liquid volume that is as compact as possible.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Figuren 12 bis 15 eine vereinfachte Version darstellen, da insbesondere die Figur 15 ansonsten zu unübersichtlich wäre. Erfindungsgemäß gehört zwischen Stator S-OV und Rotor R-OV noch mindestens ein weiterer Rotor (R2-0V), dessen (oder deren) Kavitäten vollständig mit Probe und/oder Trennmaterial gefüllt sind, und der die Kavitäten von Rotor R-OV und Stator S-OV miteinander verbindet, also zum Beispiel Outlet S0-0V mit dem Inlet für 13-R-OV. It is expressly pointed out that FIGS. 12 to 15 represent a simplified version, since FIG. 15 in particular would otherwise be too confusing. According to the invention, at least one further rotor (R 2 -0V) belongs between the stator S-OV and the rotor R-OV, the cavities of which (or whose) are completely filled with sample and/or separating material, and which the cavities of the rotor R-OV and Stator connects S-OV with each other, for example outlet S0-0V with the inlet for 13-R-OV.
Figur 12 zeigt den Stator S-OV des Null-Totvolumen-Injektionsventils 0V, einmal in Draufsicht (oberer Teil der Figur) und einmal von unten gesehen (unterer Teil der Figur) mit entsprechenden externen (mikrofluidischen) Konnektoren (21-OV, 22-OV, 21-OVa, 22-OVa) und einer integrierten Kavität 13-S-OV, die bevorzugt eine Chromatographiesäule ist. Die entsprechenden weiteren Bestandteile entsprechen den oben beschriebenen. Mit 21-OV wird das Inlet der Chromatographiesäule bezeichnet und das Outlet mit Ziffer 22-OV. Ähnlich werden mit 21-OVa und 22-OVa ein Inlet und ein Outlet bezeichnet, die aber nicht mit der Kavität/Chromatographiesäule 13-S-OV verbunden sind, sondern die, bzw. die an sie anschließenden Kanäle, durch den Stator S-OV hindurchführen, zu Kavitäten im Rotor S-OV des Null-Totvolumen- Injektionsventils 0V. Ferner sind Bohrungen S1-0V zur Befestigung, bevorzugt mittels Schrauben, insbesondere mit (selbst-sichernden) Muttern, für axiale Kompression (Befestigung/Feststellung) von Rotor und Stator gezeigt, die entsprechend der Beschreibung oben funktionieren. Im unteren Teil der Figur ist die Kontaktfläche S14- 0V zu dem oder den weiteren Rotor(en) R2-0V gezeigt, der zwischen S-OV und Rotor R-OV liegt, und am Ausgang der Kavität/Chromatographiesäule 13-S-OV ist wieder eine optionale Vertiefung 20-0V illustriert, in die zum Beispiel eine Fritte (bzw. Filter/Netz/Gitter) eingesetzt werden kann, falls dies nötig oder gewünscht ist. FIG. 12 shows the stator S-OV of the zero-dead-volume injection valve OV, viewed from above (upper part of the figure) and seen from below (lower part of the figure) with corresponding external (microfluidic) connectors (21-OV, 22- OV, 21-OVa, 22-OVa) and an integrated well 13-S-OV, which is preferably a chromatography column. The corresponding further components correspond to those described above. The inlet of the chromatography column is designated with 21-OV and the outlet with the number 22-OV. Similarly, 21-OVa and 22-OVa denote an inlet and an outlet, which, however, are not connected to the cavity/chromatography column 13-S-OV, but to the channels or channels adjoining them through the stator S-OV lead through to cavities in the rotor S-OV of the zero dead volume injection valve 0V. Also shown are bores S1-0V for fastening, preferably by means of screws, in particular with (self-locking) nuts, for axial compression (fastening/fixing) of the rotor and stator, which function as described above. The lower part of the figure shows the contact surface S14- 0V to the additional rotor(s) R 2 -0V, which lies between S-OV and rotor R-OV, and at the outlet of the cavity/chromatography column 13-S-OV an optional recess 20-0V is again illustrated, in which, for example, a frit (or filter/mesh/grid) can be inserted if this is necessary or desired.
Die Kavität/Chromatographiesäule 13-S-OV kann zusammen mit dem ganzen Stator S- 0V bevorzugt über additive Fertigungsverfahren, insbesondere 3D-Druck, hergestellt werden; dabei ist die Formgebung, je nach Wunsch, besonders einfach zu erreichen. Figur 13 zeigt den am weitesten vom Stator S-OV entfernten Rotor R-OV des Null- Totvolumen-Injektionsventils 0V, in den verschieden große Kavitäten 13-R-OV, insbesondere ausgestaltet als Probenschleifen Ps-OV, integriert sind (die zwischenliegenden weiteren Rotoren R2-OV sind, wie gesagt, der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt). Diese Kavitäten 13-R-0V/Ps-0V können gebogen, wie hier gezeigt ausgestaltet sein, sie können aber auch beliebige andere Formen haben, zum Beispiel winklig oder schlangenförmig; bevorzugt ist aber eine gebogene Form. Diese Kavitäten 13-R-0V/Ps-0V unterscheiden sich bevorzugt hinsichtlich ihres Durchmessers und gegebenenfalls ihrer Biegung (falls diese gebogen ausgestaltet sind), des Abstandes ihrer Kavitätenenden bleibt dabei (bevorzugt) konstant (die Länge der Kavität hängt auch vom Krümmungsradius ab und ist dadurch variabel). Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, dass sich unterschiedliche Mengen bzw. Volumina der Proben in den jeweiligen Kavitäten 13-R-0V/Ps-0V befinden können, ohne dass die Geometrie bzw. der Aufbau des Stators S-OV mit den jeweiligen Anschlusspositionen von Inlets und Outlets geändert werden müsste. An den jeweiligen Enden/Austrittspunkten aus dem Rotor R-OV der jeweiligen Kavitäten 13- R-OV/Ps-OV können auch hier optional aber bevorzugt wieder Aussparungen für die Anordnung von Fritten (bzw. Filtern/Netzen/Gittern) vorgesehen sein. The cavity/chromatography column 13-S-OV can preferably be produced together with the entire stator S-OV using additive manufacturing processes, in particular 3D printing; the shape, depending on what you want, is particularly easy to achieve. Figure 13 shows the rotor R-OV of the zero dead volume injection valve 0V which is furthest away from the stator S-OV, in which cavities 13-R-OV of different sizes, in particular designed as sample loops Ps-OV, are integrated (the additional rotors in between As mentioned, R2-OV are not shown for the sake of clarity). These cavities 13-R-OV/Ps-OV can be curved as shown here, but they can also have any other shape, for example angled or serpentine; however, a curved shape is preferred. These cavities 13-R-0V/Ps-0V preferably differ in terms of their diameter and possibly their curvature (if they are curved), the distance between their cavity ends remains (preferably) constant (the length of the cavity also depends on the radius of curvature and is therefore variable). In this way it is ensured that different quantities or volumes of the samples can be located in the respective cavities 13-R-0V/Ps-0V without the geometry or the construction of the stator S-OV with the respective connection positions being affected of inlets and outlets would have to be changed. At the respective ends/exit points from the rotor R-OV of the respective cavities 13-R-OV/Ps-OV, cutouts for the arrangement of frits (or filters/nets/grids) can also optionally be provided here.
Die Kavitäten 13-R-0V/Ps-0V können zusammen mit dem ganzen Rotor R-OV bevorzugt über additive Fertigungsverfahren, insbesondere 3D-Druck, hergestellt werden; dabei ist die Formgebung, je nach Wunsch, besonders einfach zu erreichen. Der Rotor R-OV kann über Verzahnungen 24-R-OV verfügen (nicht gezeigt) und über diese gedreht werden (zum Beispiel mittels Zahnrädern oder Zahnriemen). Anstelle von einem Drehungsantrieb per Zahnriemen oder Zahnrädern kann der Rotor R-OV selbstverständlich auch über einen, zum Beispiel von unten angreifenden, Motor angetrieben werden, der an anderer Stelle als an dem Außenumfang des Rotors R-OV angreift, oder per Hand gedreht werden, oder per (nicht Zahn-) Riemen, allein über ausreichende Friktion zwischen Riemen und Rotoraußenumfangsoberfläche. The cavities 13-R-0V/Ps-0V can preferably be produced together with the entire rotor R-OV using additive manufacturing methods, in particular 3D printing; the shape, depending on what you want, is particularly easy to achieve. The rotor R-OV can have gears 24-R-OV (not shown) and can be rotated by them (e.g. by means of gears or toothed belts). Instead of being driven in rotation by a toothed belt or gear wheels, the rotor R-OV can of course also be driven by a motor, for example acting from below, which acts at a different point than the outer circumference of the rotor R-OV, or it can be turned by hand, or by (non-toothed) belts, solely via sufficient friction between the belt and the outer peripheral surface of the rotor.
Der in Figur 14 gezeigte Deckel D-OV des Null-Totvolumen-Injektionsventils 0V dient dem Verpressen von Rotor R-OV und Stator S-OV (sowie zwischenliegenden, nicht gezeigten Rotoren R2-0V) mit Befestigungsmitteln, entsprechend weist auch dieser Bohrungen D1-0V für Befestigungsmittel, bevorzugt Schrauben, insbesondere mit (selbst-sichernden) Muttern, auf. Die Deckplatte D-OV ist hier als durchgehende Platte, ohne Aussparung in der Mitte, gezeigt. Je nach der genauen Art und Weise, mittels derer der Rotor-OV (und der mindestens eine, nicht gezeigte 2-OV) gedreht werden soll(en), kann auch hier eine zentrale Aussparung vorgesehen werden, in die ein Motor (direkt oder indirekt über Wellen o.Ä.) eingreifen kann. Sofern der Rotor R- 0V aber über Verzahnungen 24-R-OV verfügt und über diese eine Drehung erreicht werden soll, muss keine Aussparung vorgesehen werden, genauso nicht, wenn der Rotor beispielsweise zwar über Riemen, aber dabei nur über ausreichende Friktion gedreht werden soll (oder sogar per Hand). The cover D-OV of the zero dead volume injection valve 0V shown in FIG. 14 is used for pressing rotor R-OV and stator S-OV (and intermediate rotors R 2 -0V, not shown) with fasteners, and this also has bores D1 accordingly -0V for fasteners, preferably screws, especially with (self-locking) nuts. The cover plate D-OV is shown here as a continuous plate, without a cut-out in the middle. Depending on the exact way by means of which the rotor OV (and the at least one, not shown 2-OV) is to be rotated, a central recess can also be provided here, into which a motor (directly or indirectly via shafts or the like) can engage can. However, if the rotor R-0V has teeth 24-R-OV and this is to be used to rotate, no recess needs to be provided, just as not if the rotor is to be rotated using belts, but only with sufficient friction (or even by hand).
Figur 15 zeigt im oberen Teil eine schräge Draufsicht auf die Anordnung der Teile S- 0V, R-OV und D-OV zu einem des Null-Totvolumen-Injektionsventil 0V - wobei der Übersichtlichkeit halber der (die) zum vollständigen Ventil gehörende(n) zwischenliegende(r) Rotor(en) R2-OV der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt sind. Im unteren Teil ist eine Draufsicht gezeigt, wobei der Stator S-OV transparent dargestellt ist, so dass die Lage der Kavitäten/Probenschleifen 13-R-0v/Ps-0V im Rotor R-OV in Relation zu den Inlets und Outlets das Stators S-OV, sowie insbesondere auch in Relation zu der Kavität/Chromatographiesäule 13-S-OV im Stator illustriert ist. Man sieht dabei, dass sich eine Probenschleife, hier als Ps-I-OV bezeichnet, auf der „Injekt"-Position befindet, also mit der im Stator S-OV befindlichen Kavität/Chromatographiesäule 13-S-OV in Kontakt steht. Das bedeutet, dass ein Fluid aus der Probenschleife Ps-I-OV in die Kavität/Chromatographiesäule 13-S-OV eingeleitet (injiziert) werden kann. Eine weitere Probenschleife, hier als Ps-L-OV bezeichnet, befindet sich in der „Load"-Position, was bedeutet, dass diese durch die Konnektoren des Stators hindurch mit Fluid befüllt werden kann (oder, alternativ daraus Fluid entnommen werden kann); dazwischenliegende(r) Rotor(en) würde(n) so ausgestaltet sein, dass genau diese Verbindungen zustande kommen. The upper part of FIG. 15 shows an oblique plan view of the arrangement of the parts S- 0V, R-OV and D-OV for one of the zero dead volume injection valve 0V - for the sake of clarity the part(s) belonging to the complete valve intermediate rotor(s) R2-OV are not shown for clarity. The lower part shows a top view, with the stator S-OV being shown transparently, so that the position of the cavities/sample loops 13-R-0v/Ps-0V in the rotor R-OV in relation to the inlets and outlets of the stator S -OV, and in particular also in relation to the cavity/chromatography column 13-S-OV in the stator. You can see that a sample loop, referred to here as Ps-I-OV, is in the "inject" position, i.e. it is in contact with the cavity/chromatography column 13-S-OV in the stator S-OV. This means , that a fluid from the sample loop Ps-I-OV can be introduced (injected) into the cavity/chromatography column 13-S-OV. Another sample loop, referred to here as Ps-L-OV, is located in the "Load"- position, meaning that it can be filled with fluid (or, alternatively, fluid can be removed therefrom) through the connectors of the stator; intermediate rotor(s) would be designed to make these precise connections.
Beispiel: Example:
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf das folgende, nicht-limitierende Beispiel weiter erläutert. The invention will now be further elucidated with reference to the following non-limiting example.
Mittels eines Versuchsaufbaus mit Flussquelle und Prozesssensorik, wie er auch in Figur 3 illustriert ist, wurden mit einem erfindungsgemäßen Ventil umfassend vier Säulen und zwei Rotoren Proben untersucht. Die Säulen waren mit dem Chromatographiematerial Sephadex G-25 F von Cytiva befüllt. Ziel des Testexperiments war es, bovines Serumalbumin (BSA) von Ammoniumsulfat (AS) zu entsalzen. Als Feed-Lösung (Probe) wurde eine Mischung mit 2 g/L BSA und 200 mM AS gewählt. Das Protein BSA sollte dabei im Raffinatport des Systems abgezogen werden und das AS im Extrakt. Using a test setup with a flow source and process sensors, as is also illustrated in FIG. 3, samples were examined with a valve according to the invention comprising four columns and two rotors. The columns were filled with Cytiva Sephadex G-25 F chromatography material. The aim of the test experiment was to desalt bovine serum albumin (BSA) from ammonium sulfate (AS). A mixture with 2 g/L BSA and 200 mM AS was chosen as the feed solution (sample). The BSA protein should be drawn off in the raffinate port of the system and the AS in the extract.
Zur Durchführung des Versuchs wurde das erfindungsgemäße Ventil als SMB-Ventil verwendet und in bekannter Art und Weise bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck ein SMB-Prozess durchgeführt. To carry out the test, the valve according to the invention was used as an SMB valve and an SMB process was carried out in a known manner at room temperature and ambient pressure.
Die Raffinatlösung hatte am Ende des Experiments eine AS-Konzentration von 32 mM und eine BSA-Konzentration von 1 g/L. Die BSA-Ausbeute ist somit 61% mit einem Verdünnungsfaktor von 50%. Gleichzeitig konnte 82% des AS abgereichert werden. At the end of the experiment, the raffinate solution had an AS concentration of 32 mM and a BSA concentration of 1 g/L. The BSA yield is thus 61% with a dilution factor of 50%. At the same time, 82% of the AS could be depleted.
Zusammenfassend zeigt Figur 4 die Konzentrationen in allen Zu- und Ablaufströmen des Systems. Dabei sind auf den Ordinaten die Konzentrationen auftragen und auf der Abszisse Aufgabe- bzw. Abzugspunkte des jeweiligen Fluids, mit unter dem Koordinatensystem angegebenen jeweiligen Säulen und den Flussgeschwindigkeiten. Die Umschaltrichtung der Säulen ist angegeben und die Umschaltzeit tschait betrug 276 Sekunden. In summary, Figure 4 shows the concentrations in all the influent and effluent streams of the system. The concentrations are plotted on the ordinate and the application or withdrawal points of the respective fluid are plotted on the abscissa, with the respective columns and flow velocities specified under the coordinate system. The direction of switching of the columns is indicated and the switching time tschait was 276 seconds.
Man sieht anhand der Daten, dass das erfindungsgemäße Ventil sehr effektiv ist. Die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Schieberventile für den Betrieb einer Mikro-SMB konnte somit erfolgreich gezeigt werden. It can be seen from the data that the valve of the present invention is very effective. The applicability of the slide valves according to the invention for the operation of a micro-SMB could thus be successfully demonstrated.
Bezugszeichenliste: Reference list:
13 (Chromatographie-)Säule 13 (chromatography) column
14 Fritte 14 frit
15 Multikanal Druckregeleinheit für Mikrofluidik (mit Druckregelsensoren PCR)15 multi-channel pressure control unit for microfluidics (with pressure control sensors PCR)
16 Konduktometer 16 conductivity meters
FCR Flusssensoren FCR flow sensors
QR UV-Sensoren QR UV sensors
LR Leitfähigkeitssensoren LR conductivity sensors
20 (optionale) Vertiefung zum Einlegen einer Fritte 20 (optional) recess for inserting a frit
21 Inlet (der Chromatographiesäule) 22 Outlet (der Chromatographiesäule) 21 inlet (of the chromatography column) 22 outlet (of the chromatography column)
22a direktes Outlet zum Aufteilen des Flussstroms 22a direct outlet to split the flow stream
23 Zentrierbohrung 23 center hole
24 Verzahnung für (Riemen-)Antrieb 24 teeth for (belt) drive
25 Durchgangskanal für Säulenbypass oder Probeninjektion 25 pass-through channel for column bypass or sample injection
26 Vorrichtung (Splitter) zum Aufteilen eines Flussstroms auf (zwei) 26 device (splitter) for splitting a flow stream into (two)
Chromatographiesäulen chromatography columns
27 Strömungskanal 27 flow channel
D Deckplatte D cover plate
Dl Bohrung zum Verpressen von Rotor und Stator mittels Befestigungsmitteln (zum Beispiel Schrauben) / zum Einbringen von Schrauben oder anderen Befestigungsmitteln zur externen Verpressung Dl hole for pressing the rotor and stator using fasteners (e.g. screws) / for inserting screws or other fasteners for external pressing
P Packadapter P pack adapter
PI Bohrung (des Packadapters) zum Verpressen der Einzelteile PI bore (of the pack adapter) for pressing the individual parts
P2 Konnektor (des Packadapters) für externe Fluidströme P2 connector (of the pack adapter) for external fluid flows
P9 Vertiefung (des Packadapters) zum Einlegen einer Einzelsäule P9 Indentation (of the pack adapter) for inserting a single column
R Rotor R Rotor
Ria Verbindungsbohrungen für die Motorkupplung zum Drehen des RotorsRia connection holes for the motor coupling to rotate the rotor
R3 Einrichtung (z.B. Bohrung) zum Ausrichten von Rotor und Stator R3 Device (e.g. bore) for aligning rotor and stator
R5 Kontaktfläche des zusammengesetzten Rotors (mit (vier) eingesetzten Einzelsäulen) zum Stator R5 Contact area of assembled rotor (with (four) single columns inserted) to stator
R9 Vertiefung (des Rotors) zum Einlegen der Säulen R9 Cavity (of the rotor) for inserting the columns
RIO Einsatz der Einzelsäule mit optionaler O-Ring(-schnur-)Nut zur besseren Druckstabilität RIO use of the single column with optional O-ring (string) groove for better pressure stability
R12 Verbindungskanal zum Stator R12 connecting channel to the stator
R13 zusammengesetzte Einzelsäule R13 composite single column
S Stator S stator
51 Bohrung (im Stator) zum Verpressen von Rotor und Stator 51 bore (in the stator) for pressing rotor and stator
52 Fluidkonnektoren für externe Stoffströme (z.B. Schlauchanschlüsse)52 fluid connectors for external material flows (e.g. hose connections)
53 Einrichtung (z.B. Bohrung) zum Ausrichten von Rotor und Stator 53 Device (e.g. bore) for aligning rotor and stator
54 O-Ring Nut zur Abdichtung der Kontaktstellen von Rotor und Stator54 O-ring groove for sealing the contact points of rotor and stator
55 Kontaktfläche zum Rotor 55 contact surface to the rotor
56 (optionale) Zentrierhilfe von Rotor und Stator 56 (optional) centering aid for rotor and stator
57 (optionaler) Verbindungskanal zwischen zwei Säulen V (zusammengesetztes) Ventil (mit integrierten Säulen)57 (optional) connecting channel between two columns V (composite) valve (with integrated columns)
Z Zentrierachse Z centering axis
OV Null-Totvolumen-Injektionsventils OV zero dead volume injection valve
13-OV Kavität (von Rotor oder Stator) 13-OV cavity (of rotor or stator)
20-0V Vertiefung (für Fritten o.Ä.) 20-0V recess (for fries or similar)
21-OV Inlet der Chromatographiesäule 13-OV im Stator S-OV 21-OV Inlet of the chromatography column 13-OV in the stator S-OV
21-OVa Inlet für Probenschleife Ps-OV 21-OVa Inlet for sample loop Ps-OV
22-OV Outlet der Chromatographiesäule 13-OV im Stator S-OV 22-OV Outlet of the chromatography column 13-OV in the stator S-OV
22-OVa Outlet für Probenschleife Ps-OV 22-OVa outlet for sample loop Ps-OV
D-OV Deckplatte des Null-Totvolumen-Injektionsventils D-OV Zero dead volume injection valve cover plate
D1-0V Bohrungen für Befestigungsmittel D1-0V holes for fasteners
Ps-OV Probenschleife des Rotors R-OV des Null-Totvolumen-InjektionsventilsPs-OV Zero dead volume injection valve rotor R-OV sample loop
Ps-I-OV Probenschleife auf der „Injekt"-Position Ps-I-OV sample loop on the "Inject" position
Ps-L-OV Probenschleife auf der „Load"-Position Ps-L-OV sample loop on the "Load" position
R-OV Rotor des Null-Totvolumen-Injektionsventils R-OV Zero dead volume injection valve rotor
S-OV Stator des Null-Totvolumen-Injektionsventils S-OV Zero dead volume injection valve stator
S1-0V Bohrungen für Befestigungsmittel S1-0V Holes for fasteners
S14-0V Kontaktfläche zum Rotor R-OV des Null-Totvolumen-Injektionsventils S14-0V Zero dead volume injection valve rotor R-OV contact area

Claims

Ansprüche: Expectations:
1. Schieberventil, insbesondere SMB-Ventil, umfassend, stapelartig übereinander angeordnet, 1. Slide valve, in particular SMB valve, comprising, stacked one above the other,
I) mindestens zwei verschiebbare Elemente, jeweils umfassend a) mindestens eine Kavität mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die mindestens eine Kavität ermöglichen, oder b) mindestens eine Kavität ohne eigene Anschlüsse konfiguriert zur Aufnahme von Einsätzen mit mindestens zwei Anschlüssen pro Einsatz, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die Einsätze ermöglichen, oder c) mindestens eine Kavität mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität und mindestens eine Kavität ohne eigene Anschlüsse konfiguriert zur Aufnahme von Einsätzen, insbesondere Einsätzen mit mindestens zwei Anschlüssen pro Einsatz, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die Einsätze ermöglichen, lla) mindestens ein statisches Element umfassend mindestens einen Anschluss für Fluidzuführung, und mindestens einen Anschluss für Fluidabführung, optional ein oder mehrere Kavitäten zur Fluidweiterleitung, optional ein oder mehrere Anschlüsse zur Fluidweiterleitung, oder llb) ein statisches Element, dass keine Anschlüsse zur Fluid(weiter)leitung aufweist, I) at least two displaceable elements, each comprising a) at least one cavity with at least two connections per cavity, the connections allowing the flow of fluids through the at least one cavity, or b) at least one cavity without its own connections configured to accommodate inserts with at least two ports per insert, wherein the ports allow fluids to flow through the inserts, or c) at least one cavity with at least two ports per cavity and at least one cavity without dedicated ports configured to accommodate inserts, in particular inserts with at least two ports per Insert, wherein the connections allow fluids to flow through the inserts, lla) at least one static element comprising at least one connection for fluid supply and at least one connection for fluid discharge, optionally one or more cavities for fluid transmission, optionally one or more connections for fluid transmission, or llb) a static element that has no connections for fluid (further) conduction,
III) optional eine statische Deckplatte, die auf der dem statischen Element gegenüberliegenden Seite des am weitesten vom statischen Element entfernten verschiebbaren Elements angeordnet ist, III) optionally a static cover plate, which is arranged on the opposite side of the static element of the displaceable element furthest away from the static element,
IV) optional eine statische Bodenplatte, die auf der Ila) bzw. gegebenenfalls III) gegenüberliegenden Seite des Stapels aus I), Ila) und gegebenenfalls III) angeordnet ist, IV) optionally a static base plate which is arranged on the Ila) or optionally III) opposite side of the stack of I), Ila) and optionally III),
V) optional Einrichtungen oder Vorbereitungen zum automatischen Antrieb der Verschiebung des Elements I), V) optional devices or preparations for automatically driving the displacement of the element I),
44 wobei die Anschlüsse des mindestens einen statischen Elements so angeordnet sind, dass sie mit allen Anschlüssen oder ausgewählten Anschlüssen von mindestens einem verschiebbaren Element in Deckung gebracht werden können, um selektiv die Überleitung von Fluiden zwischen den Elementen, zu ermöglichen oder zu unterbinden, und wobei die Kavitäten so konfiguriert sind, dass 44 wherein the ports of the at least one static element are arranged to be registerable with all ports or selected ports of at least one displaceable element to selectively allow or prevent the transfer of fluids between the elements, and wherein the cavities are configured so that
Materialien zum Durchführen einer chromatographischen Trennung eingebracht oder Materials introduced for performing a chromatographic separation or
Einsätze eingesetzt werden können und optional, Inserts can be deployed and optional,
Fritten zum Zurückhalten der Materialien, sofern notwendig, in die Kavitäten und/oder an ihre Ein- und/oder Auslässe eingesetzt werden können. Schieberventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben I) noch Ila) und III) oder IV), oder I), III) und IV) vorhanden sind, die Bestandteile I), Ila), und gegebenenfalls III), IV) eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen, die senkrecht in der Mitte des Stapels der vorhandenen Elemente liegt, wobei die Elemente insbesondere alle rund oder annähernd rund ausgestaltet sind, und dass Ila) mit, sofern vorhanden, III) und/oder IV) über entsprechende Befestigungsmittel fest verbunden ist, aber dazwischenliegende(s) I) noch um die Rotationsachse drehbar ist. Schieberventil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der verschiebbaren, bevorzugt drehbaren, Elemente I) mindestens zwei Kavitäten aufweist, bevorzugt sind von diesen mindestens zwei Kavitäten mindestens zwei Kavitäten mit gleichen oder unterschiedlichen Materialien oder solchen Materialien enthaltenden Einsätzen gefüllt sind, wobei die Materialien mit den im Fluid laufenden Substanzen wechselwirken können. Frits for retaining the materials, if necessary, can be inserted into the cavities and/or at their inlets and/or outlets. Slide valve according to claim 1, characterized in that in addition to I) Ila) and III) or IV), or I), III) and IV) are present, the components I), Ila), and optionally III), IV) a have a common axis of rotation, which lies vertically in the middle of the stack of existing elements, with the elements in particular all being designed round or approximately round, and that Ila) is firmly connected to, if present, III) and/or IV) via appropriate fastening means , but intermediate(s) I) is still rotatable around the axis of rotation. Slide valve according to one of Claims 1 or 2, characterized in that at least one of the displaceable, preferably rotatable, elements I) has at least two cavities, preferably at least two cavities of these at least two cavities are filled with the same or different materials or inserts containing such materials where the materials can interact with the substances running in the fluid.
45 Schieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verschiebung der einzelnen Elemente untereinander verschiedene Strömungspfade generiert werden und bevorzugt mindestens ein Strömungspfad durch mindestens zwei Kavitäten durch die Verschiebung der einzelnen Ventilelemente untereinander geändert wird. Schieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kavitäten die Möglichkeit zur Zu- und/oder Abfuhr von Fluidströmen besteht. Schieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitäten so konfiguriert sind, dass 45 Slider valve according to one of Claims 1 to 3, characterized in that different flow paths are generated by shifting the individual elements relative to one another and preferably at least one flow path is changed through at least two cavities by shifting the individual valve elements relative to one another. Slider valve according to one of Claims 1 to 4, characterized in that there is the possibility of supplying and/or removing fluid streams between the cavities. Gate valve according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the cavities are configured such that
Materialien für stationäre Phasen für Chromatographie eingebracht oder Introduced materials for stationary phases for chromatography or
Einsätze umfassend Chromatographiesäulen, eingesetzt werden können und optional, Inserts comprising chromatography columns, can be used and are optional,
Fritten zum Zurückhalten der Materialien, sofern notwendig, in die Kavitäten und/oder an ihre Ein- und/oder Auslässe eingesetzt werden können. Schieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitäten eine zylindrische Form aufweisen oder die Kavitäten eine von der zylindrischen Form abweichenden Geometrie aufweisen. Schieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavitäten ein Volumen von 10 nL bis 10 mL, bevorzugt von 1 pL bis 1000 pL, haben. Schieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder alle Elemente I), Ila), III), IV), gegebenenfalls V), mittels additiver Fertigungsverfahren, insbesondere 3D-Druck, gefertigt sind. Schieberventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung, von I) gegenüber den anderen Elementen entweder manuell oder mithilfe eines Antriebs erfolgt. Frits for retaining the materials, if necessary, can be inserted into the cavities and/or at their inlets and/or outlets. Slider valve according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the cavities have a cylindrical shape or the cavities have a geometry that deviates from the cylindrical shape. Slider valve according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the cavities have a volume of 10 nL to 10 mL, preferably 1 pL to 1000 pL. Slide valve according to one of Claims 1 to 8, characterized in that individual or all elements I), IIa), III), IV), optionally V), are manufactured by means of additive manufacturing processes, in particular 3D printing. Slider valve according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the displacement of I) in relation to the other elements takes place either manually or with the aid of a drive.
46 Kit zur Herstellung von Schieberventilen, insbesondere für SMB-Verfahren, umfassend i) verschiedene Schieber-Elemente umfassend a) mindestens eine Kavität mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die mindestens eine Kavität ermöglichen, oder b) mindestens eine Kavität ohne eigene Anschlüsse konfiguriert zur Aufnahme von Einsätzen mit mindestens zwei Anschlüssen pro Einsatz, wobei die Anschlüsse den Durchfluss von Fluiden durch die Einsätze ermöglichen, oder c) mindestens eine Kavität mit mindestens zwei Anschlüssen pro Kavität und mindestens eine Kavität ohne eigene Anschlüsse konfiguriert zur Aufnahme von Einsätzen, ii) statische Elemente umfassend mindestens einen Anschluss für Fluidzuführung, und mindestens einen Anschluss für Fluidabführung, optional ein oder mehrere Kavitäten zur Fluidweiterleitung, optional ein oder mehrere Anschlüsse zur Fluidweiterleitung, iii) statische Deckplatten, iv) statische Bodenplatten, vi) Einsätze, die konfiguriert sind, in die Kavitäten von i)b) eingesetzt zu werden, bevorzugt ausgestaltet als chromatographische Säulen, wobei die einzelnen Elemente des Kits konfiguriert sind, miteinander zu einem Schieberventil verbunden werden zu können, die Anschlüsse der statischen Elemente ii) so angeordnet sind, dass sie mit den Anschlüssen oder ausgewählten Anschlüssen der verschiebbaren Elemente i) in Deckung gebracht werden können. Kit nach Anspruch 11 zusätzlich umfassend eines oder mehrere der folgenden Elemente v) Motoren, mit denen der oder die Rotoren bewegt werden können, vii) Gehäuse, in die die Ventile eingesetzt werden können. viii) Halterungen, welche die Ventile oder einzelne Teile halten können, umfassen. Verwendung eines Schieberventils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 oder eines mit einem Kit gemäß Anspruch 11 oder 12 hergestellten Schieberventil im Bereich der Mehrsäulenchromatographie oder bei der Kopplung von Chromatographiemethoden mit anderen Verfahren. Verwendung nach Anspruch 13, für (bio)chemische Analysen, insbesondere solche mit geringem Probenvolumen, bevorzugt für die Analyse von Umweltproben, in der Lebensmittelindustrie, in der (Bio)Pharmaindustrie, in der chemischen Industrie, in der medizinischen Diagnostik. Verfahren zur Durchführung von chromatographischen Untersuchungen, insbesondere SMB, unter Einsatz von bzw. mittels einem Schieberventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 oder von mit einem Kit gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12 hergestellten Schieberventil. 46 Kit for producing slide valves, in particular for SMB processes, comprising i) various slide elements comprising a) at least one cavity with at least two connections per cavity, the connections allowing fluids to flow through the at least one cavity, or b) at least an unported cavity configured to receive liners with at least two ports per liner, the ports permitting the flow of fluids through the liners, or c) at least one cavity with at least two ports per cavity and at least one unported cavity configured for accommodating inserts, ii) static elements comprising at least one connection for fluid supply and at least one connection for fluid removal, optionally one or more cavities for fluid transmission, optionally one or more connections for fluid transmission, iii) static top plates, iv) static bottom plates, vi) Inserts that are configured to be inserted into the cavities of i)b), preferably designed as chromatographic columns, the individual elements of the kit being configured to be able to be connected to one another to form a slide valve, the connections of the static elements ii) so are arranged so that they can be brought into registry with the terminals or selected terminals of the displaceable elements i). Kit according to claim 11 additionally comprising one or more of the following elements v) motors with which the rotor or rotors can be moved, vii) housings in which the valves can be inserted. viii) include brackets which can hold the valves or individual parts. Use of a slide valve according to one of Claims 1 to 10 or of a slide valve produced with a kit according to Claim 11 or 12 in the field of multi-column chromatography or in the coupling of chromatography methods with other processes. Use according to Claim 13 for (bio)chemical analyses, in particular those with small sample volumes, preferably for the analysis of environmental samples, in the food industry, in the (bio)pharmaceutical industry, in the chemical industry, in medical diagnostics. Method for carrying out chromatographic investigations, in particular SMB, using or by means of a slide valve according to one of Claims 1 to 10 or a slide valve produced with a kit according to one of Claims 11 or 12.
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