专利名称：液体混合物的制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及产生具有受控的pH和离子强度的液体混合物的方法，并且涉及可在 这种方法中应用的设备。本发明大体关注需要精确的缓冲剂制备的任何情况。
背景技术：
在许多情况下，如当使用具有规定的pH且可选地还具有离子强度的缓冲剂时， 获得具有确知的成分的液体是重要的。另外，在许多情况下，液体的成分不仅应当在各 个时刻为确知和受控制的，而且还应当以精确且受控的方式随时间而变化。其中液体的成分极为重要的一种应用是在液相层析中，并且更具体而言，是当 通过梯度洗提来执行洗提(即从层析基质中释放隔离的目标分子)时。例如，在离子交 换层析(它是用于分离和净化生物分子的常用方法)中，有时使用梯度洗提来(例如)寻 找使得能够实现使用逐步洗提的工业过程的设计的最优洗提条件。众所周知，洗提液包 含惰性盐，并且通过改变这个盐的浓度来执行梯度。众所周知，盐浓度(即离子强度) 的改变还影响pH，并且已经充分记录了洗提液的pH和离子强度是控制离子交换树脂上 的蛋白质分离的选择性的两个最重要的参数。美国专利No.5,112,949 (Vukovich)涉及一种用于使用梯度来执行分离的自动化 系统。具有逐渐改变的梯度的这种手动和自动化系统的问题在于，如果使梯度浅了，就 要花很多时间来执行洗提，而如果使梯度陡了，则代替所关注的各个生物分子依次被洗 提，生物分子的洗提会交迭。这会导致若干种类的生物分子被收集在各个部分中，而不 是各个物类的生物分子被收集在其本身的单独的部分中。美国专利7,138,051 (DeLamotte)涉及一种用于分离生物分子的层析系统、方法 和软件。更具体而言，这个专利涉及从层析柱中洗提的生物分子的分离的优化，在层析 柱中，添加到洗提缓冲剂的组分的浓度被改变，以便形成具有浓度逐渐改变的所述添加 的组分的洗提缓冲剂溶液。Okamoto (Hirokazu Okamoto 等人，Pharmaceutical Research (药物研究).Vol.14， No.3, 1997 Theory and Computer Programs for CalculatingSolution pH, Buffer formula, and Buffer Capacity for MultipleComponent System at a Given ionic strength and Temperature (用于在给定离子强度和温度处计算多组分系统的溶液pH、缓冲剂配方和缓 冲容量的理论和计算机程序))描述了用以在给定离子强度和温度处计算溶液pH、缓冲剂 配方和缓冲容量的计算机程序。但是，由Okamoto等人制备的缓冲剂溶液显示了随着增 加的盐浓度(甚至是在诸如0.3M的低浓度处)而增加的pH变化。因此，Okamoto方法 不足以提供也包含盐的具有恒定的pH的缓冲剂溶液。梯度形成的传统方式涉及小心地制备包括惰性盐以及具有预定的pH的缓冲剂的 洗提液，以在恒定的pH处实现离子强度梯度。已经通过改变惰性盐梯度的斜率以及/或 者用具有不同的pH的一种缓冲剂系统代替该缓冲剂系统来实现蛋白质的分离的优化。在早期的现有技术中，优化包括制备具有预定的pH和盐浓度的许多缓冲剂溶液，必须对缓冲剂溶液进行小心的滴定，以使分离可重现。显然，这种方法即耗时又不 方便。在文献中记录了用于在中等离子强度(直至IOOmM)处计算缓冲剂pH的方法， 并且这些方法基于存在于缓冲剂溶液中的各种带电及不带电的物类之间的平衡方程的基 于代数或计算机的解决方案。对于与对应的酸性物类(其分别可为共轭酸BH+或酸HA)处于平衡状态的特定 的碱性物类(其可为碱B或共轭碱A_)，平衡方程可写作H++碱性物类 <==>酸性物类+ 方程1.1对应的平衡常量Ka定义为Ka = (H+)(碱性物类)/(酸性物类+)方程1.2其中，括号表示各个物类的活度。对方程1.2的两边取对数，并且在pH定义 为-Iog(H+)的情况下进行求解得到pH = pKa+log{(碱性物类)/ (酸性物类)}方程1.3这有时称为亨德森-哈塞尔巴赫(Henderson-Hasselbach)方程。将活度而非对 应的浓度用于方程1.2中的原因是，由于主要是静电的相互作用，相关的离子倾向于变得 与环境屏蔽开。但是，尽管pH度量是对质子的活度的直接观测，例如通过对它们的量和 体积进行称重、移液或泵送所观测到的是浓度而非缓冲剂离子的对应的活度。各个离子 的活度通过活度系数φ与对应的浓度相关(物类)=Cp[物类]方程1.4在无限稀释的理想状态下，φ变为1，并且每个离子的活度变成等于对应的浓 度。但是，在真实情况下，离子强度不同于0，并且不同的物类的活度系数变得小于1。在所谓的德拜-休克尔(Debye-Huckel)理论中，已经发展出了针对这些偏差的 良好地确立的模型，已知为-log φ - (AZ2f5)/(l+0.33*108 α 严)方程 l.5其中，A是常量，或者是温度依赖参数 -0.51。使用众所周知的数据，可将 A的值准确地计算为A = 0.4918+0.0007*Τ+0.000004*ΤΛ2，其中，T是以摄氏度表示的温 度。Z是离子的电荷，数量为α，在德拜和休克尔的原始论文中，水合离子的半径(以 人表示)描述为“接近(approach)离子的(正的或负的)的平均距离”。在Kielland的上述文章中呈现的表中，显示了这个参数(也已知为离子大小参 数)对于不同的离子物类是不同的。I是离子强度I = '/i Z(Cj Zi2)(包括所有离子)方程1.6(^是浓度，而Z1是存在于溶液中的离子的电荷(以电子电荷为单位)。将方程1.4代入方程1.3中关于浓度而非活度给出了 pH
权利要求
1.一种确定以下各个中的至少一个的相对组分比例、以便提供具有预先限定的pH和 离子强度的液体混合物的方法缓冲剂； 酸或碱；溶剂；以及可选地盐，其中，使用德拜-休克尔方程来确定所述相对组分比例，其中，德拜-休克尔方程中 的离子大小参数α确定为对所述液体混合物的离子强度有贡献的所有物类的加权平均离 子大小，且其中，各个物类的离子强度被用作加权参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用迭代过程来确定所述相对组分比例。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述迭代过程包括(a)确定相对组分比例，其中，所述液体混合物的所述预先限定的离子强度根据物类 之间的预先限定的分布针对所述物类来分配；(b)在前述步骤中确定的相对组分比例的基础上，计算所述混合物中各个物类的离子 强度；(c)确定新的一组相对组分比例；考虑(b)中计算出的离子强度，以及(d)重复步骤(b)和(c)，直到满足预定的收敛标准为止。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述液体混合物的所述 预先限定的离子强度针对盐物类来分配。
5.根据权利要求1至4中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，德拜-休克尔 方程的离子大小参数α确定为其中，I1是物类i的离子强度，A是物类i的，且I是总的离子强度。
6.根据权利要求1至4中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在德拜-休克 尔方程中的离子大小参数α近似为a = 0.5* (mass) 1/3+shell。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对于带正电的物类，“shell”固定在一 个值处，而对于带负电的物类，“shell”固定在不同的值处。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，对于带正电的离子物类，“shell” 固定在3.8-4.2的范围中的值处，例如4.0;而对于带负电的离子物类，“shell”固定在 0-0.2的范围中的值处，例如0。
9.一种提供具有预先限定的pH和离子强度的液体混合物的方法，包括 提供以下各个中的至少一个的组分储备溶液缓冲剂； 酸或碱；溶剂；以及可选地盐，使用权利要求1至7中的任一项权利要求所述的方法来确定待混合的各个组分储备溶 液的相对比例，混合所述储备溶液。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过组合所述组分储备溶液的伴随性 地变化的比例来逐渐改变离子强度，且其中，液体流的pH值保持基本相同。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，制备了两种或更多种组分储备溶 液，所述组分储备溶液包括不同的缓冲物类。
12.根据权利要求8至10中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在步骤(i) 中，提供了包括至少两种缓冲物类的组分储备溶液。
13.—种高吞吐量筛选程序，其中，如权利要求8至11中任一项权利要求所限定的那 样制备缓冲剂。
14.一种液相层析过程，其中，洗提液是如权利要求8至11中任一项权利要求所述的 那样制备的液体流。
15.一种用于确定以下各个中的至少一个的相对组分比例、以便根据前述权利要求中 任一项权利要求来提供具有预先限定的pH和离子强度的液体混合物的计算机程序缓冲剂；酸或碱；溶剂；以及可选地盐，其中，对用户显示确定的组分混合比例以便进行评估，和/或使用确定的组分混合 比例以便控制液体混合器装置。
16.—种缓冲剂制备装置，包括液体混合器装置，包括混合液体出口端口，以及连接到以下各个中的至少一个的组 分源上的多个入口端口缓冲剂；酸或碱；溶剂；以及可选地盐，混合器控制单元，布置成以便控制通过所述混合器装置的所述入口端口供应的相对 组分比例，从而在所述出口端口处提供具有预先限定的pH和离子强度的液体混合物， 所述混合器控制单元布置成以便使用德拜-休克尔方程来确定相对组分比例，其中，德 拜-休克尔方程中的离子大小参数α确定为对所述液体混合物的离子强度有贡献的所有 物类的加权平均离子大小，其中，各个物类的离子强度被用作加权参数。
17.根据权利要求15所述的缓冲剂制备装置，其特征在于，所述缓冲剂制备装置包括 至少一个可控阀，以供应所述组分中的至少一个的相对比例。
18.根据权利要求15所述的缓冲剂制备装置，其特征在于，所述缓冲剂制备装置包括 至少一个可控泵，以供应所述组分中的至少一个的相对比例。
19.一种液相层析系统，包括根据权利要求15至17中任一项权利要求的缓冲剂制备直ο
全文摘要
一种确定以下各个中的至少一个的相对组分比例、以便提供具有预先限定的pH和离子强度的液体混合物的方法缓冲剂；酸或碱；溶剂；以及可选的盐，其中，使用德拜-休克尔方程来确定相对组分比例，其中，德拜-休克尔方程中的离子大小参数α确定为对液体混合物的离子强度有贡献的所有物类的加权平均离子大小，且其中，各个物类的离子强度用作加权参数。还可在提供液体混合物的方法中应用本方法。另外，提供了一种缓冲剂制备装置。
文档编号G01N30/34GK102016567SQ200980114860
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月20日 优先权日2008年4月21日
发明者E·卡雷达诺, G·罗德里戈, G·马尔姆奎斯特, L·比约克斯坦, N·斯塔夫斯特伦 申请人:通用电气健康护理生物科学股份公司