单次过滤系统和工艺的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本申请要求于2014年6月16日提交的美国临时申请号62/012, 792的权益。将 上述申请的全部传授的内容通过引用结合在此。
技术领域
[0003] 本发明涉及单次过滤系统和工艺。
【背景技术】
[0004] 单次切向流过滤（SPTFF)工艺提供了若干优于再循环或传统的分批TFF工艺的优 点，包括简单、易于使用、以及占地较小，同时避免了一些与再循环相关的不良效应，如较低 的转换。
[0005] SPTFF工艺典型地是在与传统的分批工艺相比较低的进料流速进行的，以便通过 在模块内增加停留时间而有利于转换。在SPTFF工艺中使用的盒通常是顺序处理的，而不 是并行处理的，以便通过在较高的进料速率下的操作而增加传质以改进转换。尽管对这些 盒的顺序处理可改进SPTFF性能和产物回收，对于用液体冲洗SPTFF组件来除去防腐剂或 储存溶液、测量渗透性、对这些膜进行平衡、清洗这些膜、或制备用于储存的膜来说，通常优 选并行处理，尤其是因为顺序处理需要另外的时间和材料（例如水、缓冲液、清洗液、储存 液），这与并行处理相比增加了操作的总成本。
[0006] 因为顺序分级适用于产物（例如蛋白质）处理，并且并行分级适用于冲洗和清洗 SPTFF组件，对于可方便地从对盒进行顺序处理转换成对盒进行并行处理的SPTFF系统存 在着需求，反之亦然，而同时维持着卫生处理环境。
[0007] 另外，当前的SPTFF系统有着很多缺点，包括缺少用于一次性操作的可一次性处 置性、可扩展性不足（例如用于线性按比例扩大或按比例缩减）、以及不充分的清洗和产物 回收方法。
[0008] 相应地，对于可缩放的和/或一次性的改进的SPTFF组件是有需求的，并且对于用 于清洗和从TFF盒中的滤膜回收目标产物（例如蛋白质）的更有效方法也有需求。
【发明内容】
[0009] 本发明在一个实施例中提供了一种单次切向流过滤（SPTFF)组件，该组件包括多 个处理单元，这些处理单元是流体地连接的，其中，各处理单元包括一个盒架，该盒架包含 至少一个TFF盒，并且其中，该组件中的这些处理单元被配置成用于并行处理和/或顺序处 理；一个第一通道，该第一通道与延伸通过该多个处理单元的进料口连接；一个第二通道， 该第二通道与延伸通过该多个处理单元的滞留物出口连接；一个延伸通过该多个处理单元 的渗透物通道；以及一个或多个阀，其中，各阀位于两个相邻处理单元之间的第一通道或第 二通道上，并且其中，这些阀在连续数对的相邻的处理单元的第一通道与第二通道之间是 交替的。当在第一通道和第二通道上的阀打开时，在SPTFF组件中的处理单元是并行处理 的。当在第一通道和第二通道上的阀关闭时，在SPTFF组件中的处理单元是顺序处理的。在 一个具体实施例中，在SPTFF组件中的阀是卫生阀。
[0010] 在另一个实施例中，本发明涉及一种一次性单次切向流过滤（SPTFF)组件，该组 件包括一个或多个一次性部件，其中，在包括管件的一次性密封容器中包含一次性部件上 的流体接触表面，以用于形成与进料容器和产物容器的无菌连接。这些一次性部件可包括 例如一次性供料管线、至少一个一次性TFF盒、用于至少一个TFF盒的一次性支架、一次性 滞留物管线以及一次性滞留物阀，或其组合。
[0011] 在另一个实施例中，本发明涉及一种用于从单次切向流过滤（SPTFF)组件中的滤 膜的表面上回收蛋白质的工艺，该工艺包括将包括蛋白质的液体进料引入SPTFF组件中的 进料通道；使液体进料沿着进料通道通过滤膜，由此将液体进料分为滞留物和渗透物；使 液体进料通过该膜的流动停止一段时间，该时间足以允许渗透物通过渗透而扩散通过该 膜，由此将蛋白质从该膜表面转移进入进料通道；并且从进料通道回收转移的蛋白质。
[0012] 在另一个实施例中，本发明涉及一种用于清洗切向流过滤（TFF)组件的工艺，该 工艺包括将没有清洗剂（例如水、缓冲液）的液体冲洗通过该TFF组件中的一个进料通道， 持续一段时间，足以使该液体将产物从组件中的滤膜表面转移至进料通道；用包括清洗剂 的清洗液冲洗组件中的进料通道，由此去除从进料通道转移的产物；使通过该组件的液体 流动停止一段时间，该时间足以允许该清洗剂到达该组件的内表面并扩散进入滤膜上的污 垢沉积物，由此使污垢沉积物溶解；并且用没有清洗剂的液体冲洗该组件而从该组件上去 除残余的清洗剂。在一个具体实施例中，该过程进一步包括对该组件进行测试以确定这个 或这些滤膜表面是否已经恢复到了所希望的洁净水平。优选地，该TFF组件是SPTFF组件。
[0013] 在又另一个实施例中，本发明涉及一种用于增加单次切向流过滤（SPTFF)组件的 处理能力的方法，该方法包括增加 SPTFF组件中的滤膜面积；并且使向SPTFF组件传送的料 液的体积增加至与滤膜面积的增加成比例的水平，其中，维持SPTFF组件中料液的停留时 间和流动路径的长度。
[0014] 在另一个实施例中，本发明涉及一种在单次切向流过滤（SPTFF)组件中添加处理 单元的方法（例如用于增加该组件的处理能力）。该方法包括在该SPTFF组件中的一个第 一处理单元与有待添加至该SPTFF组件的一个第二处理单元之间建立流体连接，其中，该 第一处理单元和该第二处理单元各包括一个包含至少一个TFF盒的盒架，并且其中，该第 一处理单元和该第二处理单元通过一个与进料口连接的第一通道、一个与滞留物出口连接 的第二通道以及一个渗透物通道而彼此流体地连接。根据本发明，机械密封件位于第一处 理单元和第二处理单元之间的第一通道上，由此防止第一处理单元中的第一通道中的进料 直接流进第二处理单元，并确保第一处理单元和第二处理单元是顺序处理的。在一个具体 实施例中，该机械密封件是一个垫片。
[0015] 在又另一个实施例中，本发明涉及一种可适应模块化单次切向流过滤（SPTFF)组 件，该组件包括至少一个处理单元，该处理单元包括一个包含至少一个TFF盒的盒架；一个 与进料口连接的第一通道；一个与滞留物出口连接的第二通道；一个渗透物通道；以及在 该组件中的相邻处理单元之间的一个或多个阀、机械密封件或其组合，由此确保该组件中 的处理单元可以顺序处理。根据本发明，该组件中的至少一个处理单元可以与一个或多个 另外的处理单元流体地连接，并且可以容纳滤膜面积相同或不同的一个或多个另外的TFF 盒。另外，各处理单元中的至少一个TFF盒可被替换为滤膜面积不同的一个或多个TFF盒。
[0016] 在此所述的系统和过程适用于单次模式操作的单次TFF应用、传统的分批（即再 循环）TFF应用和部分以及部分再循环TFF应用，其中，在单独的容器中从系统回收渗透物 和一部分滞留物而无需通过TFF系统进行再循环，并且剩余的滞留物通过TFF系统再循环 至少一次。再循环的滞留物可以返回至TFF系统中或之前的任何上游位置，例如，滞留物再 循环至进料罐或TFF系统上的邻近在进料口之前的进料栗的供料管线。
【附图说明】
[0017] 根据本发明的示例性实施例的以下更具体的说明，上述内容将是明显的，如在这 些附图中所展示的，其中贯穿这些不同的视图的相同的参照字符是指相同的部分。这些图 不一定是按比例绘制，而是着重展示本发明的实施例。
[0018] 图1是描述了具有三个并行操作的处理单元的标准TFF系统的示图。
[0019] 图2是描述了具有三个并行操作或顺序操作的处理单元的本发明的TFF系统的示 图，示出了用于并行操作的打开的阀门。
[0020] 图3是描述了具有三个并行操作或顺序操作的处理单元的本发明的TFF系统的示 图，示出了用于顺序操作的关闭的阀门。
[0021] 图4是本发明的混合SPTFF组件的线轴件的示图。
[0022] 图5是描述了具有两个处理单元的一次性SPTFF组件的示图。
[0023] 图6是描述了具有两个处理单元的可扩展SPTFF组件的示图。
[0024] 图7是描述了具有三个处理单元的本发明的TFF系统的示图，并且示出了用于顺 序操作的相邻的处理单元之间的密封件。
[0025] 图8示出了静态浸泡清洗之后的归一化的缓冲液渗透性（NBP)恢复。
[0026] 图9示出了重新使用静态浸泡清洗之后的过程通量。
【具体实施方式】
[0027] 定义
[0028] 除非另外指明，本文所用的所有科学技术术语具有如本发明所属领域的普通技术 人员通常理解的相同意义。
[0029] "SPTFF组件"、"SPTFF系统"和"SPTFF设备"在此可互换使用，来指代被配置成以 单次TFF模式进行操作的TFF系统。
[0030] "单次TFF模式"是指TFF系统/组件的操作条件，在这种条件下，全部或一部分滞 留物不会通过该系统进行再循环。
[0031 ] 术语"进料"、"进料样品"和"进料流"是指被送入过滤模块进行分离的溶液。
[0032] 术语"分离"通常是指将进料样品分成两个流，即渗透物流和滞留物流。
[0033] 术语"渗透物"和"渗透物流"是指已经渗透通过该膜的这部分进料。
[0034] 术语"滞留物"和"滞留物流"是指被该膜截留的这部分溶液，并且滞留物是富含 被截留种类的流。
[0035] "供料管线"或"进料通道"是指用于将进料从进料源（例如进料容器）运送至过 滤组件（例如SPTFF组件）中的一个或多个处理单元的导管。
[0036] "滞留物管线"或"滞留物通道"是指用于滞留物或滞留物流的过滤组件中的导管。
[0037] "渗透物管线"或"渗透物通道"是指用于渗透物或渗透物流的过滤组件中的导管。
[0038] 表述"流动路径"是指包括滤膜（例如超滤膜、微孔滤膜）的通道，被过滤的溶液 以切向流模式通过该滤膜。该流动路径可以具有任何支持切向流的拓扑结构（例如是平直 的、盘绕的、Z字形安排的）。流动路径可以是开放的（例如由中空纤维膜形成的通道）、或 者具有一个或多个流动障碍（例如在由织造的或非织造的间隔物分隔开的平板膜形成的 矩形通道的情况下）。
[0039] "处理单元"或"单元"是指包括一个或多个盒的盒架。
[0040] "盒架"是指用于一个或多个盒的容器。通常，当盒架包含多于一个的盒时，这些盒 被配置成用于并行处理，尽管在一些实施例中这些盒可以被配置成用于顺序处理。
[0041] "盒"是指包括适用于TFF工艺的滤膜（例如超滤膜、微孔滤膜）的筒或板框结构。
[0042] "滤膜"是指使用TFF工艺将进料分成渗透物流和滞留物流的选择性渗透膜。滤膜 包括但不限于超滤（UF)膜、微孔滤（MF)膜、反渗透（R0)膜和纳滤（N0F)膜。
[0043] 在此使用术语"超滤膜"和"UF膜"，来指代孔径范围为大约1纳米至大约100纳 米的膜。