专利名称：用于在器皿中形成层析介质的均匀混合物的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在器皿中形成层析介质(chromatography media)的 均匀混合物和用于将该混合物转移到另 一器皿或直接转移到层析柱 (chromatography column)的方法和装置。
背景技术：
层析是用于分离化学和生物物质的沿用已久且重要的技术并广 泛地用于研究和工业，在化合物制备、纯化和分析中得到许多应用。 存在许多不同形式的层析，液相层析在制药和生物工业中对于蛋白 质、肽和核酸的制备、纯化和分析特别重要。
在液相层析中所用的柱通常包括包围多孔层析介质(载液通过多 孔层析介质而流动)的管状主体，通过载液与多孔介质的固相之间的材 料收集而发生分离。在任何分离过程之前，必须从必须被引入到柱内 的粒子浆料开始制备床。通过巩固被称作"浆料"的离散粒子悬浮液 来形成填充床，浆料通常从一端一皮泵送或倾倒或吸入到柱内。端件或 网允许液体自柱进行流动同时保持多孔材料，并且在柱内强化来自浆 料的粒子。
柱的大小取决于所需分离规才莫而不同。因此，例如，研究实验室 可能只需要保持通常在lOOjil至1 L左右的相对较小体积层析介质的 柱。相比而言，处置大量的需要纯化或制备的样品的工业实验室通常 需要具有更大容量的柱，通常远超5L且常在50L至1000 L的范围。
存在用于分离、纯化和分析诸如蛋白质、肽和核酸的化学品的许 多不同形式的层析介质。举例而言，某些介质基于大小来实现分离而 其它介质则利用电荷和/或亲和力来分离所关注的分析物。将要用于填充工业柱的层析介质常常在大容器中储存和运输到 工业实验室。可由诸如塑料或金属这样的任何合适的惰性材料制成的
这些容器通常保持超过5L的层析介质且较重并难以操纵，特别是保 持50L-100L介质的较大容器。由于它们的庞大和重量，该容器一般 在托盘上从供应商运输到工业实验室以便于机械搬运。为了防止或最 'J、化微生物污染，介质常储存于醇溶液或抑菌溶液中直到将要用其来 填充柱的时间。介质倾向于在储存时沉降，使得其由醇溶液或抑菌溶 液的上清液覆盖。
一旦容器到达工业实验室，其就可保持于储存装置中直到需要介 质来填充层析柱的时候。为了使用介质来填充这些柱，由于含醇的上 清液在实验室场所中会对环境和安全考虑两者造成冲击，所以通常通 过虹吸或倾注来移除上清液。合适的緩冲剂或水添加到容器中以弥补 所移除的存储溶液的体积，然后用于使介质再悬浮。然后或者通过手 动摇晃容器、利用桨叶来搅拌容器，或者从诸如托盘的载体上物理移 除容器并在地板上手动滚动它们来产生再悬浮的介质的均匀混合物。 然后，所得到的介质必须从这些容器倾注或虹吸到另一器皿中，以便 随后在填充层析柱之前与适当浓度的合适的緩沖剂进行混合。
在上文所描述的过程中遇到了很多问题，这些问题主要是由于容 器大小和重量所引起的。自容器手动地倾注上清液可造成昂贵介质的 损失。通过手动摇晃或滚动容器来在容器中制备介质的均勻混合物是 耗时且费力的任务，其需要操作者相当大的力量和灵巧性。这个程序 在从托盘移除较重容器以滚动它们从而混合介质时会对操作者造成 安全危险，这也是一个耗时的过程。混合的介质必须^皮持续地搅动或 搅拌以防止其在静置时沉降。而且，在将介质转移到第二器皿以形成 用于填充柱的最终浆料时也会出现问题，因为介质可能由于粘附到容 器壁上或溢出而在从滚筒(drum)对其虹吸或倾析时受到损失。在将介 质稀释到预定浓度(通常大于50%重量/体积)以用于填充层析柱时可能 会遇到另外的问题。
7本发明解决了前述问题且提出了用于克服并解决这些技术困难 的方法、装置和系统。本发明的目的在于提供一种改进且更有效的方 法，以用于在大部分典型容器中形成所有类型的层析介质的均匀混合 物且用于将该混合物转移到诸如浆料槽的第二器皿或转移到层析柱 以用于填充。本发明的另一目的在于提供用来执行本发明的改进的方 法的装置和系统。
发明内容
根据本发明的第 一方面，提供了 一种用于在器皿中形成层析介质
的均匀混合物的方法；
所述介质存在于包括上清液的第一液体中，该方法包括以下步
骤
(a) 通过经由管状元件吸取上清液而从所述器皿中移除所述上清
液；
(b) 作为废料丟弃上清液；
(c) 利用所述管状元件向器皿中的介质添加第二液体以在其中形 成浆料；
(d) 通过管状部件从器皿吸取所述浆料；以及
(e) 通过管状部件将浆料加回到器亚中以形成所述层析介质的均 匀混合物。
在本发明的第二方面中，提供了一种设置成以便执行如上文所描 述方法的计算机软件。
在本发明的第三方面中，提供了 一种存储如上文所述的计算机软 件的数据载体。
根据本发明的第四方面，提供了 一种用于在包含层析介质的器皿 中形成所述层析介质的均匀混合物的装置，该装置包括 管状部件，所述管状部件包括第一管和第二管，其中 a)所述第一管包括细长主体，其具有用于液体或浆料进入其中的 第 一孔口和用于液体/上清液或浆料从其中离开的第二孔口 ；以及b)所述第二管包括细长主体，其具有用于液体或浆料进入其中的 第 一端口和用于液体或浆料从其中离开的第二端口 。
根据本发明的笫五方面，提供了 一种用于根据上文所述的方法在 包含层析介质的器皿中形成所述层析介质的均匀混合物的系统，所述 系统包括附连到泵上的如上文所述的装置。
图1 (a)是根据本发明的采用手持杆形式的管状部件的三维示意图。
图l(b)是图l(a)的管状部件的正视图。 图l(c)是图l(b)的管状部件的剖视图。 图2(a)是根据本发明的第一管的透视图。 图2(b)是根据本发明的第二管的透视图。 图3是图l(a)的管状部件的两端的详细截面图。 图4是附连到可移动的泵橇(pump skid)的根据本发明的管状部件 的透^L图。
图5是说明根据本发明的系统的图解。
图6示出操作者根据本发明的方法使用管状部件来形成层析介质 的均勻混合物。
具体实施例方式
在图l(a)、 l(b)和1(c)中所用的编号指代管状部件(10)中的相同特 征。图1(a)是根据本发明的釆用手持杆形式的管状部件(10)的三维图 示。管状部件(10)包括第一管(20)或外管和第二管(30)或内管，外管(20) 和内管(30)都具有细长主体(21， 31——图l(c))。外管(20)相对于内管 (30)同心。内管(30)包括第一端口(32)和第二端口(34)，第一端口(32) 允许液体或浆料进入到管(30)的主体内，且在第二端口(34)处液体或浆 料离开该管(30)。第一端口(32)可利用附连到转、接器(33)上的软管(未图示)连接到泵(未图示)上，该泵与包含液体、緩冲剂或桨料的储集器流
体连通。第二端口(34)设有喷嘴(36—一图1(b)和(c))和端件(38——图 l(b)和(c)),其用于从内管(30)喷射诸如緩冲剂、水或介质浆料的液体。 端件(38)与喷嘴(36)之间所成的角度控制从内管(30)的第二端口 (34)离 开的液体的喷射方向，该角度构造成以便防止液体被吸到外管(30)的 第一孔口(22)内。优选地，喷嘴产生导向成与外管(20)的细长主体成至 少90度的角度的液体或浆料径向喷射。
管状部件(10)的包围内管(30)的第一管(20)或外管包括第一孔口 (22)和第二孔口(24),液体或浆料通过第一孔口(22^皮抽到或吸到管(20) 的主体内，诸如上清液或浆料的液体通过第二孔口(24)离开该管(20)。 液体或浆料在第 一孔口 (22)处利用由通过适当软管(未图示)经由转接 器(25)连接到第二孔口的泵(未图示)所形成的真空被抽到外管(20)的 主体内。然后液体或浆料通过第一管(20)部件的细长主体(21)的内腔或 内孔而^皮吸取，以在第二孔口(24)处离开。
根据美国药典(USP)〈88〉类别VI，外管(20)和内管(30)两者都主 要由生物惰性材料(诸如聚丙烯、特氟纶(Teflon)，或不锈钢)制成，使 得其并不引起人体中的免疫响应。喷嘴(36)和端件(38)由诸如聚丙烯或 特氟纶顶的适当塑料制成。
图l(b)示出了图1(a)的管状部件(10)的正视图。第二管或内管(30) 大部分由第一管或外管(20)包围。软管或合适的管道(诸如压力管道； 未图示)借助转接器(25, 33)将第二孔口(24)和第一端口(32)连接至泵 (未图示)。第二管或内管(30)的细长主体(31)的一端包括喷嘴(36)和端 件(34)，如上文针对图l(a)所述。该泵可通过外管(30)的第一孔口(22), 特别地是通过喷嘴(36)与管(20)端部之间的间隙将液体吸取或抽到笫 一/外管(20)的主体内(还参看图3)。
图1(c)是管状部件(10)的剖视侧视图，示出第一管(20)与第二管(20) 关于部件(10)的中心轴线的同心构造。在孔口/端口 (24, 32)处的转接器 (25， 33)适于附接到连接在泵上的软管或管道上，以通过外管(20)中的第一孔口 (22)吸取液体或者自第二端口 (34)的喷嘴(36)喷射液体。
在图l(a)、 l(b)和l(c)所示的实施例中，管状部件(10)^皮组装为一 个单元；但是，虽然部件可被制造为一个一体式单元，但是其也可设 计成使得其可分成其构成部件-第一管(20)和第二管(30),以便于清洁， 如在图2(a)和图2(b)中所示意。图2(a)示出具有细长主体(121)的第一 管(120)的透^L图，其具有在管(120)的一端处的第一孔口(122)，和靠 近管的第二端的第二孔口 (124),第 一孔口 (122)允许液体或浆料进入到 管(120)内部，且第二孔口 (124)用于液体或浆料从管(120)的内部离开。 管(120)可借助附接到第二孔口(124)周围的转接器(125)上的合适的压 力管道或软管而连接到泵上。第三孔口(126)的尺寸设置成允许第二管 (130)插入到第一管(120)内部。如在图2(b)中可看出，第二管(130)具有 比第一管(120)更窄的内孔且包括细长主体(131)，该细长主体在两端具 有液体或浆料可以分别通过其而进入和离开管(130)的第一端口(132) 和第二端口(134)。压力软管或管道(未图示)可在第一端口(132)周围附 接到转接器(133)上，以驱动液体或浆料喷射通过该管，以经由喷嘴 (136)而离开第二端口(134)。
通过以下方式来组装该管状部件通过第一管(120)的第三孔口 (126)插入第二管(130)的喷嘴(136),以及馈送该管(130)的细长主体通 过第一管(120),直到相应管(120, 130)的密封环(127, 137)形成不透流 体的密封。然后管(120, 130)成同心关系。第一管(120)和第二管(130) 然后可利用诸如锁定环(未图示)的可释;^文的夹持件而锁定就位。
图3是详细说明包括第一管或外管(220)和第二管或内管(230)的 管状部件(210)的两端的截面图。如从该图可看出，端件(238)邻近喷嘴 (236)定位于第二或内管(230)的第二端口(234)内。通过第一管(220)的 第 一孔口 (222)进入内孔或内腔(229)的液体或浆料在喷嘴(236)与第一 管(220)的端部之间的间隙之间必须如此。借助于通过在第二孔口 (224) 处将第 一管(220)连接到泵(未图示)所产生的真空将液体或浆料抽到管 (220)的内腔(229)或内孔内。该连接通过使用转接器(225)在泵与第二
ii孔口(224)周围之间附接软管或管道来实现。浆料或液体通过管(220) 的内腔或内孔(229)吸取且从第二孔口 (224)出来；吸取的流体可作为废 料丟弃(例如，在上清液的情况下)，重新流通回到第二管(230)内以便 于混合，或在完成混合时，导向到层析柱或准备用于柱填充的浆料槽。 液体或浆料的分配将利用合适的阀和泵来控制。
将要添加到包含层析介质的器皿中的诸如緩沖剂的液体自适当 的储集器(未图示)通过第一端口(232)和内腔(239)而沿着管(230)的长 度泵送，且通过第二端口(234)和喷嘴(236)而喷射到该器皿内。或者， 如上文所述，已通过第一管或外管(220)从器皿吸取的浆料然后重新流 通通过第二管或内管(230)并在来自泵的压力下喷射回到器亚内。沿着 软管或管道的长度将浆料吸入并通过第一管(220)以及然后将该浆料 加压喷射回到器皿的这个连续的过程形成了层析介质的均匀混合物。 可用足够的力将介质喷射到器皿内，以打破已形成于储存装置上的任 何介质聚集。通常，2至5巴的压力是足够的。在这个过程的几个循 环之后，介质被充分混合，其可被转移到另一器皿或用于填充层析柱。 使用2至5巴的压力，产生准备好填充柱的层析介质的均匀混合物的 总混合和循环时间将通常为大约2至10分钟。这比使用常规摇晃、 滚动和虹吸纟支术更快、更安全和方《更。
图4是附连到可移动的泵橇(340)的根据本发明的管状部件(310) 的透视图。泵橇(340)支承于带轮子(342)的可移动的推车(341)上，其 各具有制动器(342)和把手，以便于移动。在所示实施例中，气动泵单 元(344)具有五个阀(345 a-e)，这些阀管理液体在泵和介质容器之间的 往复流动。应了解可利用不同数目的阀(通常为至少三个阀)来执行本 发明的方法。各个阀可由操作者独立控制。调节器(346)管理操作压力， 可用压力计(347)来监视操作压力。将管状部件连接到泵(在转接器325 和333)上的压力软管或管道在图解中并未示出。泵可由电力或任何合 适的能源来提供动力。
图5是示意了用于使用附连到合适的泵的根据本发明的管状部件来执行本发明方法的系统的图解。必须准备已经运输和/或存储在器皿
(450)中的层析介质以用于填充层析柱。在打开容器或器亚(450)时，第 一步骤是从介质移除防腐上清液，防腐上清液减小了介质的微生物污 染。这种防腐剂的一个实例是乙醇或含醇的溶液，其在使用之前被移 除以降低可燃性风险。用管状部件(410)利用泵(444)通过压力软管 (451a - e)和阀(445a和445b)吸取上清液而将上清液移到废料容器 (452)。在图5中，示出可移除的过滤单元(415)定位于管状部件(410) 的一端，在第一孔口与第二端口上，以在倾析存储液体期间防止任何 介质粒子纟皮抽到管状部件内。在吸取后移除过滤单元(415)。然后，在 压力下，通过软管(451 c,b)和阀(445a、 b和c)自储集器(454)添加适当 的緩沖剂或水以打散在器亚(450)中的任何介质聚集和/或稀释介质以 在其中形成浆料。可添加緩冲剂或水以提供至少10%重量比体积的最 终介质浓度。优选地，介质浓度为至少50%重量比緩冲剂/水的体积以 允许直接填充该柱。然后通过管状部件(410)吸取该浆料且经由软管 (451 a & b)和阀(445a, b & c)绕系统流通，以在压力下喷射回到器皿 (450)内。这个在压力下重新流通、喷射和混合介质的重复过程打散了 介质粒子的任何结块或聚集并产生层析^h质的均匀混合物。该过程通 常花费2至10分钟之间来完成；在此时，通过管状部件(410)从器皿 (450)吸取均匀混合物并将其转移到第二器皿或浆料槽(453)以准备用 于填充层析柱。可选地，介质可直接转移到层析柱以实现其填充。若 需要，可使用来自储集器(454)的额外緩冲剂或水来冲洗器亚(450)的壁 以确保介质完全转移到浆料槽(453)。
应了解的是，这个过程可在操作者的控制下手动地和自动地执 行。虚线(457 )表示可由操作者远程操作或者在计算机软件控制下 自动地操作的介质处理站。
图6示出操作者(560)在该过程中使用管状部件(510)形成存储于 容器(550)内的层析介质的均匀混合物。在图中，管状部件(510)经由压 力软管(570a & b)连接到可移动的泵橇(540)上的泵(544)。操作者(560)将部件(510)的端部放置于介质内以从介质吸取上清液并将其作为废 料从软管(570d)丟弃。然后将通过软管(570c)从储集器(未图示)抽出緩 冲剂或水并将其喷射到容器/器皿中的介质内。与此同时，将通过部件 (510)从器皿吸取浆料以通过部件(510)和泵(544)流通并喷射回到容器/ 器皿以便于混合。
在图6的实施例中，管状部件可分成其构成部件-第一管和第二 管，以便于清洁。这些构成部件由锁定环(512)固定就位。
权利要求
1.一种用于在器皿中形成层析介质的均匀混合物的方法；所述介质存在于包括上清液的第一液体中，所述方法包括以下步骤(a)通过经由管状部件吸取所述上清液而从所述器皿中移除所述上清液；(b)作为废料丢弃所述上清液；(c)利用所述管状部件向所述器皿中的介质添加第二液体以在其中形成浆料；以及(d)通过所述管状部件从所述器皿中吸取所述浆料；以及(e)通过所述管状部件将所述浆料加回到所述器皿中以形成所述层析介质的均匀混合物。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，同时执行步骤(d)和(e)。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二液体 和/或浆料通过所述管状部件喷射到所述器亚中。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述 管状部件包括第 一管和第二管，所述第一管用于通过其从所述器皿中吸取所述上清液或所述浆料；且所述第二管用于从其中将所述第二液体或浆料添加或喷射到 所述器亚中。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一管与所述 第二管同心。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一管是外管 且所述第二管是内管。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述上清液或浆料通过所述外管从所述器皿中吸取且所述第二液体或浆料通过所述内 管添加或喷射到所述器皿中。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述器 皿是运输容器或储存器亚。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述器 皿保持^5L的容积。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述 器皿保持^50L的容积。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述 器皿保持^ 100 L的容积。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述 第 一 液体减小所述介质中的微生物生长或活性。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述 第一液体选自由醇、含醇的溶液、含醇的混合物和防腐剂组成的组。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述 第 一液体是乙醇或乙醇水溶液。
15. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述 第二液体是缓冲剂。
16. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述 第二液体是水。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述 器皿是运输容器且所述方法无需从容器载体中移除所述容器。
18. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述 管状部件连接到泵。
19. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所迷 管状部件是手持杆。
20. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其额 外地包括通过吸取而将所述均匀介质转移到第二器皿的步骤。
21. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述第二器皿是 用于向层析柱填充介质的给送槽或者所述第二器皿是层析柱。
22. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述第一器皿是 层析柱。
23. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方 法产生具有至少10%重量/体积的浓度的层析介质的均匀混合物。
24. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述 方法由操作者远程控制。
25. —种设置成以便执行权利要求1至23中任一项所述的方法的 计算机软件。
26. —种存储权利要求25所述的计算机软件的数据载体。
27. —种用于在包含层析介质的器皿中形成所述层析介质的均匀 混合物的装置，所述装置包括管状部件(IO),所述部件包括第一管(20)和笫二管(30)，其中a) 所述第一管(20)包括细长主体(21)，所述细长主体(21)具有用于 液体或浆料进入其中的第一孔口 (22)和用于液体/上清液或浆料从其中 离开的笫二孔口(24);以及b) 所述第二管(30)包括细长主体(31),所述细长主体(31)具有用于 液体或浆料进入其中的第 一端口 (32)和用于液体或浆料从其中离开的 第二端口(34)。
28. 根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述第一管(20) 与所述第二管(30)同心。
29. 根据权利要求27或28所述的装置，其特征在于，所述第一管 额外包括用于所述第二管插入其中的第三孔口。
30. 根据权利要求27至29中的任一项所述的装置，其特征在于， 所述第二管是所述管状部件的内管且所述第一管是所述管状部件的 外管。
31. 根据权利要求27至30中的任一项所述的装置，其特征在于，其额外地包括附连到所述第二端口上以用于液体或浆料从其中离开 的喷嘴。
32. 根据权利要求31所述的装置，其特征在于，所述喷嘴相对于 所述第二管的细长主体设置成大于或等于90度的角度，以防止液体 或浆料^L吸入所述第一管的第一孔口内。
33. 根据权利要求32所述的装置，其特征在于，所述喷嘴额外地 包括偏流器以产生所述径向喷射。
34. 根据权利要求27至33中任一项所述的装置，其特征在于，所 述第一管和所述第二管通过可释放的夹持件附连到彼此上以形成所 述管状部件。
35. 根据权利要求34所述的装置，其特征在于，所述可释放的夹 持件是锁定环。
36. 根据权利要求27至35中任一项所述的装置，其特征在于， 所述第一管和/或所述第二管由不锈钢构成。
37. 根据权利要求27至36中任一项所述的装置，其特征在于， 所述管状部件是手持杆。
38. 根据权利要求27至37中任一项所述的装置，其特征在于， 其额外地包括可定位于所述第一孔口(22)和第二端口(34)上的可移除 的过滤单元(415)。
39. —种用于根据权利要求1至24中任一项所述的方法在包含层 析介质的器皿中形成所述层析介质的均匀混合物的系统，所述系统包 括附连到泵上的根据权利要求27至38中任一项所述的装置。
40. 根据权利要求39所述的系统，其特征在于，所述系统由操作 者远程控制。
全文摘要
本发明涉及用于在器皿中形成层析介质的均匀混合物的方法和装置。本发明还涉及用于将均匀介质从该器皿转移到第二器皿以准备用于填充层析柱的方法和装置。本发明还可直接用于利用均匀介质来填充该柱。
文档编号G01N30/56GK101595384SQ200780050722
公开日2009年12月2日 申请日期2007年3月22日 优先权日2007年1月31日
发明者A·威廉斯, R·诺德伯格 申请人:通用电气健康护理生物科学股份公司