專利名稱：交叉流過(guò)濾單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的交叉流過(guò)濾單元，它用來(lái)通過(guò)液體介質(zhì)的交叉流過(guò)濾分離物質(zhì)并獲得濾液中和/或濃縮物中的目標(biāo)物質(zhì)。
利用本發(fā)明改進(jìn)的交叉流過(guò)濾單元，流體，如液體、乳濁液、懸浮液、飲料如啤酒、葡萄酒、果液、水和牛奶，乳清、啤酒麥芽液、工業(yè)用水和廢水，制藥、醫(yī)學(xué)、美容，化學(xué)、生物技術(shù)、生態(tài)學(xué)、環(huán)境保護(hù)和實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)域中的溶液等均可被過(guò)濾。它們可用于例如大分子和生物分子的有價(jià)值物質(zhì)獲取、物質(zhì)分離，用于溶液的熱解和結(jié)晶，用于從流體中去除有害物，可用于生物溶液的過(guò)濾和濃縮，用于微生物，如細(xì)菌、酵母、病毒和細(xì)胞組分的分離，用于蛋白質(zhì)溶液的去鹽和用于其它生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
在交叉流過(guò)濾時(shí)，要過(guò)濾的供料液體沿切線流過(guò)過(guò)濾器材料的表面并在此被分成濃縮液和濾液。作為過(guò)濾材料，通常采用在超濾和微量過(guò)濾范圍內(nèi)的微孔膜。
超濾膜以平均孔徑及排除范圍為特征，為阻擋大分子，它們的摩爾質(zhì)量在500和1.000.000道爾頓范圍之間，而微濾膜的平均孔徑在0.01至10微米范圍內(nèi)?！捌骄讖健保芭懦藿纭奔捌渌鼈兊臏y(cè)量等概念的使用與由Huethig Buch出版社于1990年出版，H.Gasper編輯的“工業(yè)固體/液體過(guò)濾手冊(cè)”Scheiermann寫作的第4.3.3章“膜”250至262頁(yè)的論述一致。濃縮液在膜的溢流表面被排出并可在循環(huán)中被重新送回，因此它重復(fù)溢過(guò)膜表面。垂直于表面流過(guò)膜的濾液被從膜的下側(cè)排出。所要獲得目標(biāo)物質(zhì)可包含在濾液(過(guò)濾物)和/或濃縮液(濃縮物)內(nèi)。交叉流過(guò)濾單元通常以過(guò)濾盒的形式使用，就像例如德國(guó)專利DE-PS34 41 249中描述的那樣。它由若干相鄰的濾框組成，這些濾框通常由交替設(shè)置的、平面狀的、用來(lái)形成要過(guò)濾的供料液體的溢流縫的濃縮液塞片、第一膜層、用來(lái)形成過(guò)濾液匯流縫的濾液塞片和第二膜層組成。每個(gè)溢流縫與要過(guò)濾的供料液體的入口連通并與濃縮液出口連通，各濾液匯流縫與濾液出口連通。
在膜表面溢流時(shí)，濃縮物由于其大小的原因通過(guò)膜孔徑從通道穿過(guò)，并從表面沖洗掉，因此，分離濾液和過(guò)濾物的膜孔不堵塞。不過(guò)，在溢流的膜表面上以不同方式形成覆蓋層，由此，通常對(duì)過(guò)濾效率目標(biāo)物質(zhì)收得率和交叉流過(guò)濾單元的耐用度產(chǎn)生不利影響。
本發(fā)明的目的在于，提供一種改進(jìn)的交叉流過(guò)濾單元，其特征是，過(guò)濾效率更好和產(chǎn)品收得率更高。
上述目的將通過(guò)權(quán)利要求1所述特征來(lái)達(dá)到。本發(fā)明有利的擴(kuò)展形式通過(guò)從屬權(quán)利要求給出。
本發(fā)明改進(jìn)的交叉流過(guò)濾單元用來(lái)將供料液體的物質(zhì)分離成濾液的過(guò)濾物和濃縮液的濃縮物。它由多個(gè)依次由一種平面過(guò)濾器材料，一個(gè)濾液匯集縫，另一種平面過(guò)濾器材料和一個(gè)溢流縫這樣組成過(guò)濾器材料的背面與濾液匯集縫鄰接，它的前面與溢流縫鄰接，濾液匯集縫具有至少一個(gè)濾液出口，溢流縫具有一個(gè)要過(guò)濾的供料液體入口并具有一個(gè)濃縮液出口。
另人驚奇地發(fā)現(xiàn)，利用本發(fā)明的交叉流過(guò)濾單元進(jìn)行交叉流過(guò)濾時(shí)，當(dāng)過(guò)濾材料由兩層彼此重疊的微孔膜層組成時(shí)，其中，朝向?yàn)V液匯集縫的膜層具有分布在1000道爾頓至1.2微米排除極限范圍內(nèi)的平均孔徑，它將借助該膜層將濃縮物從通道中排除，在此，朝向溢流縫的膜層具有至少大1.3倍，最好在1.3至5倍，尤其在1.5至3倍的范圍內(nèi)的平均孔徑時(shí)，獲得明顯高的過(guò)濾流量和明顯高的產(chǎn)品利用率。
如果膜層的差別在1.3倍以下時(shí)，在經(jīng)濟(jì)上不再有意義或根本不能保證效率。當(dāng)在微量過(guò)濾范圍上的差別大于5倍時(shí)，尤其對(duì)于含有顆粒的供料液體，層膜的閉塞隨著平均孔徑的增大而迅速加劇，因此，過(guò)濾器會(huì)提前損壞。
溢流縫和濾液匯集縫最好用現(xiàn)有技術(shù)公知的塞片保持開(kāi)放。
在一優(yōu)先實(shí)施形式中，交叉流過(guò)濾單元設(shè)置成過(guò)濾盒的形式，它的膜層由微量過(guò)濾膜組成。特別優(yōu)選過(guò)濾盒的朝向?yàn)V液匯集縫的膜層平均孔徑選自0.1至1.2微米范圍。
在另一實(shí)施形式中，過(guò)濾單元僅僅具有一個(gè)依次由一個(gè)溢流縫，一種由兩層具有不同平均孔徑的膜層組成的平面過(guò)濾材料和一個(gè)濾液匯集縫組成，使得過(guò)濾器材料的背面與濾液匯集縫鄰接，它的前面與溢流縫鄰接。
下面將參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。為表示本發(fā)明交叉流過(guò)濾單元的生產(chǎn)效率，一種含酵母的細(xì)胞懸浮液(Pichia)采用交叉流循環(huán)過(guò)濾，其細(xì)胞濃度為6×106酵母細(xì)胞(濃縮物)/毫升，即在127mg/l的濃縮液中含70.000道爾頓克分子量的目標(biāo)蛋白質(zhì)(過(guò)濾物)。在過(guò)濾期間，過(guò)濾單元在0.64巴恒的穿透膜壓下工作(透膜壓＝(入口壓力+出口壓力)/2-濾液壓力)。供料液體入口處的壓力值為0.9巴，濃縮液出口處的壓力值為0.4巴，濾液出口處的壓力值為0.1巴。
作為實(shí)施例，交叉流模件制做成具有不同過(guò)濾面積。為了可比較結(jié)果并可追溯結(jié)構(gòu)形式，保持面積負(fù)荷恒定。面積負(fù)荷可理解為單位溢流膜面積要過(guò)濾的細(xì)胞懸浮液體積。例1
作為本發(fā)明的橫向流動(dòng)過(guò)濾單元，采用的是具有0.4m2溢流膜面積的過(guò)濾盒，它具有溢流縫13和濾液會(huì)集縫12。與濾液會(huì)集縫相鄰的膜層由平均孔徑0.2微米的乙酸纖維膜組成。與溢流縫相鄰的膜層由平均孔徑0.45微米的乙酸纖維膜組成。7.1L細(xì)胞懸浮液被濃縮成1L濃縮液終體積。平均濾液流量為0.875l/分鐘·米2。過(guò)濾在18分鐘后結(jié)束。在濾液中，目標(biāo)蛋白質(zhì)的濃度為106.6mg/l。在濃縮液中，測(cè)出238mg/l目標(biāo)蛋白質(zhì)。濾液中的目標(biāo)蛋白質(zhì)的收得率為72％。例2(對(duì)比試驗(yàn))作為橫向流動(dòng)的過(guò)濾單元，現(xiàn)有技術(shù)的過(guò)濾器盒(Sartorius有限公司的Sartocon商標(biāo))采用的是具有0.7m2的溢流膜面積，它具有溢流縫17和濾液會(huì)集縫16。與濾液會(huì)集縫相鄰的膜層由具有0.2微米平均孔徑的單層乙酸纖維膜組成。與溢流縫相鄰的膜層由平均孔徑0.45微米的乙酸纖維膜組成。12.7L細(xì)胞懸浮液被濃縮成1L濃縮液終體積。平均濾液流量為0.328l/分鐘·米2。過(guò)濾在51分鐘后結(jié)束。在濾液中，目標(biāo)蛋白質(zhì)的濃度為81.3mg/l。在濃縮液中，測(cè)出621mg/l目標(biāo)蛋白質(zhì)。濾液中的目標(biāo)蛋白質(zhì)的收得率為59％。
借助本發(fā)明的模式，實(shí)現(xiàn)濾液中目標(biāo)蛋白質(zhì)的收得率提高13％，而濾液流量提高約2.7倍。另一優(yōu)點(diǎn)還在于，采用本發(fā)明改進(jìn)的橫向流動(dòng)過(guò)濾單元時(shí)，可同時(shí)進(jìn)行初過(guò)濾和終過(guò)濾，為此，通常要經(jīng)歷兩次過(guò)濾階段。采用本發(fā)明改進(jìn)的橫向流動(dòng)過(guò)濾單元時(shí)，過(guò)濾工藝成本明顯降低。
權(quán)利要求
1.改進(jìn)的交叉流過(guò)濾單元，用于將供料液體的物質(zhì)分離成濾液的過(guò)濾物和濃縮液的濃縮物，它由多個(gè)依次由一種平面過(guò)濾器材料、一個(gè)濾液匯集縫、另一種平面過(guò)濾器材料和一個(gè)溢流縫的序列組成，使得過(guò)濾器材料的背面與濾液匯集縫交界，它的前面與溢流縫交界，濾液匯集縫具有至少一個(gè)濾液出口，溢流縫具有一個(gè)要過(guò)濾的供料液體入口并具有一個(gè)濃縮液出口，其特征是，過(guò)濾材料由兩層彼此重疊的微孔膜層組成，其中，朝向?yàn)V液匯集縫的膜層具有分布在1000道爾頓至1.2微米排除限界范圍內(nèi)的平均孔徑，它將借助該膜層將濃縮物從通道中排除，在此，朝向溢流縫的膜層具有至少大1.3倍，最好大1.3至5倍的平均孔徑。
2.按照權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的交叉流過(guò)濾單元，其特征是，該交叉流過(guò)濾單元構(gòu)造成過(guò)濾盒的形式，膜層由微濾膜組成。
3.按照權(quán)利要求1和2所述的改進(jìn)的交叉流過(guò)濾單元，其特征是，朝向?yàn)V液會(huì)集縫的膜層的平均孔徑選自0.1至1.2微米范圍。
4.按照權(quán)利要求1和3所述的改進(jìn)的交叉流過(guò)濾單元，其特征是，該過(guò)濾單元依次由一個(gè)溢流縫，一種平面過(guò)濾器材料和一個(gè)濾液匯集縫的序列組成，使過(guò)濾器材料的背面與濾液匯集縫交界，它的前面與溢流縫交界。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的交叉流過(guò)濾單元，用來(lái)通過(guò)液體介質(zhì)的交叉流過(guò)濾分離物質(zhì)并獲取濾液和/或濃縮物中的目標(biāo)物質(zhì)。其特征是，改進(jìn)的過(guò)濾效率和更高的產(chǎn)品收得率。本發(fā)明的交叉流過(guò)濾單元所具有這樣的過(guò)濾材料，即它由兩種彼此疊在一起的微孔膜層組成，其中，朝向?yàn)V液會(huì)集縫的膜層具有從1000道爾頓至1.2微米排除限界的空間限值的范圍內(nèi)的平均孔徑，它們擋住從通道通過(guò)膜層的濃縮物，其中，朝向溢流縫的膜層至少具有一種大約1.3倍的平均孔徑。利用該交叉流過(guò)濾單元可過(guò)濾液體、乳濁液、懸浮液、飲料、水和制藥、醫(yī)學(xué)、美容、化學(xué)、生物技術(shù)、一般技術(shù)、環(huán)境保護(hù)和實(shí)驗(yàn)室等領(lǐng)域的溶液，以便用于獲得有價(jià)物質(zhì)、物質(zhì)分離、消毒滅菌、分離有害物質(zhì)、大分子有機(jī)物或細(xì)胞組分、蛋白質(zhì)溶液及其它生物醫(yī)學(xué)介質(zhì)的去鹽和濃縮。
文檔編號(hào)B01D61/18GK1420801SQ00818211
公開(kāi)日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2000年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月5日
發(fā)明者艾娜·帕爾, 漢斯－韋德·施密特, 烏爾里?！じ駞文?申請(qǐng)人:塞多利斯股份有限公司