用于色谱分离装置的间隔环的制作方法

用于色谱分离装置的间隔环


背景技术：

1.在生物加工工业中，存在重组蛋白、疫苗和血浆产品的病毒污染的若干示例。污染源可以是外源的，即原材料、环境；或内源的，即在细胞或逆转录病毒样粒子(rvlp)中表达的。诸如中国仓鼠卵巢(cho)的细胞系在其染色体中含有逆转录病毒序列，其可导致大量rvlp的脱落。为了安全防止病毒污染，生物医药制造商通常采取多层策略，涉及原材料的病毒安全性、过程中和最终产品的测试和病毒清除技术的实施。


技术实现要素：

2.生物医药制造商通常依赖于一种以上的病毒清除技术，该一种以上的病毒清除技术可涉及通过保持低ph、使用溶剂或洗涤剂、加热、辐照或紫外光来灭活病毒，通过沉淀、色谱分离和/或过滤来去除病毒。通过色谱分离去除病毒可涉及使用功能性化学物质来吸附病毒和病毒样粒子(vlp)。病毒和vlp的大小通常为15nm-400nm。旨在去除病毒的膜色谱分离装置可利用被某些功能性化学物质包被、接枝或以其他方式官能化的膜来吸附病毒和vlp。为了确保充分去除病毒和vlp污染物，膜色谱分离装置必须在膜层和壳体之间的接触面处特别良好地密封。
3.通过实验已经发现，用功能性化学物质密封膜以达到大约7个对数减少值(lrv)的病毒清除是极具挑战性的。7lrv对应于99.99999％的病毒去除率。虽然监管机构目前没有明确指出在处理期间需要去除的病毒量，但本行业的目标是累计去除大约12lrv-15lrv的内源病毒和大约6lrv-8lrv的外源病毒，这可能通过一个以上的病毒清除步骤来实现。如果达到大于或等于4lrv，则通常认为单个病毒清除步骤是有效的。
4.在平板色谱分离装置中，膜或介质边缘通常通过压缩密封。这在边缘附近形成局部区域，在该局部区域处可降低膜或介质渗透性。在膜具有功能性化学物质的情况下，膜的形态随着其与病毒溶液相互作用而改变。因此，具有官能化膜的装置可能不能如期望的那样有效地通过压缩对壳体进行密封。当用病毒溶液挑战时，这可导致较低的对数减少值。
5.本发明在于密封层，该密封层被定位为流体在色谱分离装置内部的至少两层的叠层中从入口到出口所流经的最后一层。该密封层与壳体接触，并且其周边的至少一部分在装置中形成压缩密封部。密封层是如本文所定义的“非官能化”层。已经发现，如本文所定义的“官能化”层无法实现良好的压缩密封部，并且当层是与壳体接触以进行密封的最后一层时，色谱分离装置的lrv小于具有相同官能化层构造但仅添加密封层作为与壳体接触的最后一层的类似构造的色谱分离装置。
6.因此，在一个实施方案中，本发明在于一种色谱分离装置，具有：壳体，该壳体具有入口和出口；至少一个官能化介质层，所述至少一个官能化介质层设置在所述壳体内部的所述入口和所述出口之间；非官能化密封层，该非官能化密封层设置在壳体内部的入口和出口之间，作为当流体通过壳体内的介质叠层从入口流到出口时介质叠层中的最后一层介质；以及密封层的与壳体接触的边沿；该边沿被该壳体压缩，从而形成压缩密封部，以防止流体经过该压缩密封部泄漏到该出口。
7.本发明还在于色谱分离装置中的介质层之间的间隔环，用于增加色谱分离装置的动态结合容量。间隔环的功能是在色谱分离装置中的流体流动方向上在前介质层和后介质层之间提供空气间隙。
8.不受理论的束缚，据信空气间隙允许液体更快速地分散到介质的边缘，从而有助于防止挑战流体过早地仅隧穿介质的中心。空气间隙可使流体直接流到介质的边缘，而不是依靠毛细作用将流体移动到介质的边缘。另外，诸如官能化非织造物的某些介质可在与液体接触时溶胀，并且这种溶胀作用可导致不期望的隧穿，从而阻止流体分散到介质的边缘。通过仅将这些层隔开一些，可提供空气间隙，该空气间隙允许离开一个介质层的液体在进入下一个介质层之前横向流动。另外，空气间隙可提供空间以适应官能化介质的溶胀，否则当彼此相邻的介质层彼此相对溶胀时，可能在彼此相邻的介质层内引起高压缩应力。因此，介质的中心可膨胀并且导致更多的液体流过它。
9.因此，在另一个实施方案中，本发明在于一种色谱分离装置，具有：壳体，该壳体具有入口和出口；至少两个介质层，该至少两个介质层设置在壳体内部的入口和出口之间，其中介质层中的至少一个包括官能化层；和间隔环，该间隔环设置在该至少两个介质层之间从而在该至少两个介质层之间形成空气间隙。
10.当同时面临增加色谱分离装置的动态结合容量和lrv两者的问题时，使用至少一个间隔环和作为色谱分离装置中流体流过的最后一层的与壳体接触的密封层两者是特别有效的。
11.因此，在一个实施方案中，本发明在于一种色谱分离装置，具有：壳体，该壳体具有入口和出口；至少两个介质层，所述至少两个介质层设置在所述壳体内部的所述入口和所述出口之间从而形成介质叠层，其中介质层中的至少一个包括官能化层；间隔环，该间隔环设置在两个介质层之间从而在该两个介质层之间形成空气间隙；非官能化密封层，所述非官能化密封层设置在所述壳体内部的所述入口和所述出口之间，作为当流体通过所述壳体内的所述介质叠层从所述入口流到所述出口时所述介质叠层中的最后一层介质；以及密封层的与壳体接触的边沿；该边沿被该壳体压缩，从而形成压缩密封部，以防止流体经过该压缩密封部泄漏到该出口。
附图说明
12.图1是色谱分离装置的一个实施方案的前视图。
13.图2为图1的色谱分离装置的俯视图。
14.图3为图1的色谱分离装置的仰视图。
15.图4是图1的色谱分离装置的透视图。
16.图5为图2中在5-5处截取的色谱分离装置的剖视图。
17.图6是示出另一个实施方案的图5中所描绘的色谱分离装置的剖视图。
18.图7是如图6所示的色谱分离装置在超声焊接上部壳体和下部壳体之前的剖视图。
19.图8是在从入口到出口的方向上的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层、官能化非织造物层和官能化膜层。
20.图9是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层、官能化非织造物层、间隔环和官能化膜层。
21.图10是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层、间隔环、官能化非织造物层和官能化膜层。
22.图11是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层、间隔环、官能化非织造物层、间隔环和官能化膜层。
23.图12是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层、官能化非织造物层、官能化膜层和密封层。
24.图13是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层、官能化非织造物层、间隔环、官能化膜层和密封层。
25.图14是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层、间隔环、官能化非织造物层、官能化膜层和密封层。
26.图15是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层、间隔环、官能化非织造物层、间隔环、官能化膜层和密封层。
具体实施方式
27.在整个该文档中，以一个范围格式表达的值应当以灵活的方式解释为不仅包括作为范围的极限明确列举的数值而且还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子范围，如同明确列举了每个数值和子范围一样。例如，范围“约0.1％至约5％”或“约0.1％至5％”应当解释为不仅包括约0.1％至约5％，而且还包括在指示范围内的单个值(例如，1％、2％、3％和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％、3.3％至4.4％)。除非另外指明，否则表述“约x至y”具有与“约x至约y”相同的含义。同样，除非另外指明，否则表述“约x、y或约z”具有与“约x、约y或约z”相同的含义。
28.在该文档中，除非上下文清楚地指明，否则术语“一个”、“一种”或“该/所述”用于包括一个(种)或多于一个(种)。除非另外指明，否则术语“或”用于指非排他性的“或”。表述“a和b中的至少一者”或“a或b中的至少一者”具有与“a、b或者a和b”相同的含义。此外，应当理解，本文所用且未以其他方式定义的措辞或术语仅出于说明的目的而不具有限制性。部分标题的任何使用均旨在有助于文档的理解且不应当解释为是限制性的；与部分标题相关的信息可在该特定部分内或外出现。
29.如本文所用，术语“约”可允许值或范围的一定程度的可变性。例如，在所述值或所述范围极限的10％内、5％内或1％内，并且包括确切表述的值或范围。
30.如本文所用，术语“基本上”是指大部分或大多数，如至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、或至少约99.999％或更多、或100％。本文所用的术语“基本上不含”可意为没有或具有微不足道的量使得所存在的材料量不影响包含该材料的组合物的材料性能，使得组合物含有约0重量％至约5重量％的材料，或约0重量％至约1重量％，或约5重量％或更少，或少于或等于约4.5重量％、4重量％、3.5重量％、3重量％、2.5重量％、2重量％、1.5重量％、1重量％、0.9重量％、0.8重量％、0.7重量％、0.6重量％、0.5重量％、0.4重量％、0.3重量％、0.2重量％、0.1重量％、0.01重量％，或约0.001重量％或更少。
31.如本文所用，“层”意指待处理的流体所流过材料的厚度，其中层中的材料全部由相同的材料形成。层可以是由相同材料的厚度形成的整体层。或者，层可具有一个或多个不
连续的材料层片，该一个或多个不连续的材料层片在层内层层堆叠以形成其厚度。例如，普通面巾纸层通常是由面对面接触放置的两个单独的薄页纸层制成的薄页纸材料，并且这两个单独的层片可容易地彼此分离，因为两个单独的层片通常通过卷曲线形式的弱机械结合保持在一起。
32.如本文所用，“一个层片或多个层片”是可通过常规转换加工操作(诸如但不限于卷绕、折叠、切割或堆叠成层)加工的单一厚度的材料。通常，层片是在幅材制造机器上完成成形过程之后的材料厚度。其后，一个或多个层片可被堆叠以形成层。例如，非织造物可在成形机上被制成单个层片并且卷绕成卷。其后，当非织造物卷纵向穿过转换加工机器时，非织造物卷可展开并通过折叠板在横向上对折，并且然后通过切割模具将双层片层切割成盘，以形成具有两个不连续层片的非织造材料的圆形层。
33.如本文所用，“官能化层”是将通过吸引力(诸如静电力)吸引目标粒子或分子的层，该吸引力是由于在该层的表面处存在一种或多种化学部分、配体或官能化团而引起的，该化学部分、配体或官能团不同于形成层的主体的材料，后者主要提供其结构形状和完整性。化学部分、配体或官能团专用于将目标粒子或分子吸引到官能化层的表面。官能化层可通过用被设计成分子地吸引目标粒子或分子的配体、单体或聚合物涂覆或接枝多孔层来形成。另选地，官能化层可通过在用于制备此类层的调配物中提供表面改性聚合物或化学部分来形成，该表面改性聚合物或化学部分在其形成期间位于层的表面处，导致在层的表面上存在被设计成吸引目标粒子或分子的化学基团。在一些实施方案中，官能化层的表面上的官能团之间的吸引力是静电力，并且官能化层的表面上存在的化学部分、配体或聚合物是带静电的。官能化层可具有正电荷并且吸引带负电的粒子，即阴离子交换色谱分离，或者官能化层可具有负电荷并且吸引带正电的粒子，即阳离子交换色谱分离。在其他实施方案中，吸引力可以是范德华力，并且目标粒子或分子通过相互相对集中或稀少的可极化或氢键合部分(即，疏水相互作用色谱分离)被吸引到官能化层表面上的官能团。此外，吸引力可包括静电力和范德华力的组合(即，混合模式色谱分离)。适用于色谱分离装置中的官能化层的官能化材料由帕尔公司(pall)、密理博公司(millipore)和萨托里斯公司(sartorious)制造并以下列商标出售：q、hd-q和q。适用于色谱分离装置的官能化层可以是非织造物、膜或其他合适的材料。优选的官能化非织造材料由3m公司(3m company)制造并且在名称为“用共聚物接枝的非织造制品”(nonwoven article grafted with copolymer)的美国专利号9,821,276中公开。优选的官能化膜由3m公司制造并且在名称为“制备配体官能化基底的方法”(method of making ligand functionalized substrates)的美国专利号9,650,470和10,017,461中公开。所有三个所提及的专利全文以引用方式并入本文。
34.如本文所用，“非官能化层”是不具有不同于形成层的主体的材料的经涂覆、接枝或表面定位的吸引性化学部分(例如，带静电荷的化学部分、配体或官能团)的层。
35.如本文所用，“介质叠层”是当流体从入口通过壳体移动到出口时，待处理的流体在壳体内流过的所有材料层。
36.如本文所用，“膜”是指合成液体可透过膜，其包括材料片，在该材料片中设置有多个孔或互连的孔网络，使得流体能够通过膜。此类膜包括通常通过相转化工艺制备的聚合物膜，其中使一种或多种聚合物在合适溶剂或溶剂组合中的均匀溶液经历相分离以形成多
孔结构。相分离可通过将均匀溶液的膜引入非溶剂浴(称为扩散诱导的相分离)或非溶剂气氛(称为蒸气诱导的相分离)或通过改变均匀溶液的温度(称为热诱导的相分离)来实现。另选地，可通过拉伸工艺或通过辐照工艺(径迹蚀刻膜)在聚合物片材中形成孔。膜可具有直径为约0.1微米至约20微米的孔径(微孔膜)或小于约0.1微米的孔径(超孔膜)。用于形成膜的合适聚合物包括醋酸纤维素、硝化纤维素、纤维素酯、聚砜(包括双酚a聚砜和聚醚砜)、聚丙烯腈、聚酰胺(例如，尼龙-6和尼龙-6,6)、聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯和乙烯-三氟氯乙烯共聚物。
37.如本文所用，“动态结合容量(dbc)”意指在指定流速下由介质层从挑战溶液捕集的靶分子的质量随层投影面积的变化，其中终点被定义为在装置流出物中检测到的靶分子的指定浓度。因此，如果色谱分离装置在入口和出口之间具有三个介质层，则在计算中仅使用一个层的流体接触前表面积。
38.如本文所用，“测试溶液”是指具有准确已知浓度的可选择性地结合到装置的膜(介质)的目标分子的溶液。
39.在一个实施方案中，挑战溶液具有1mg/ml牛血清白蛋白(bsa)的目标值。通过将3.029g tris碱和2.922g nacl缓慢溶解于1l去离子(di)水中来制备25mm tris 50mm氯化钠(nacl)水溶液。在测量ph时，添加少量的浓盐酸(hcl)以将ph调节至8。将大约300mg的bsa喷洒在25mm tris 50mm nacl缓冲溶液的表面上。通过缓慢水合至少1小时使bsa溶解于缓冲液中。然后使溶液通过0.2μm过滤器进入无菌介质瓶中。bsa的绝对浓度使用beers定律通过测量溶液在280nm下的uv吸光度来确定，其中0.667作为消光系数(ε)b。
40.为了测定色谱分离装置的bsa dbc，使溶液在210lmh(升/米2介质前表面积/小时)的标准流动条件下流过测试装置。终点通过bsa测试溶液的穿透来确定，如使用280nm下的uv检测由流出物的10％吸光度值(基于初始bsa溶液，定义为100％)所指示。然后使用在达到终点条件之前通过测试装置的挑战溶液的体积并计算该体积中bsa的质量来确定动态结合容量。动态结合容量是该质量除以有效膜(介质)面积，如公式1所示。
[0041][0042]
在另一个实施方案中，挑战物是20mm氯化钾。色谱分离装置的氯化物(cl-)dbc是使用2018年12月21日提交的名称为“测试用于离子交换的色谱分离装置的方法”(method for testing a chromatography device used for ion exchange)的美国专利申请序列号67/783,319中描述的程序测量的，该专利申请全文以引用方式并入本文，但特别是如第33页第0096行开始到第35页第00109行结束所述。
[0043]
在另一个实施方案中，挑战溶液具有1
×
108个斑块形成单位(pfu)/ml的噬菌体phi-x 174的目标值以确定lrv。最初，培养至少1
×
10
11
pfu/ml的phi-x 174的原液。通过将6.057g的tris碱缓慢溶解于1l的去离子(di)水中来制备50mm tris水溶液。在测量ph时，添加少量的浓盐酸(hcl)以将ph调节至8。检查电导率以确保其为20ms/cm，并且通过添加少量的tris或di水进行调整。将phi-x 174原液在ph为8并且电导率为20ms/cm的50mm tris-hcl缓冲溶液中稀释至1
×
108pfu/ml的浓度。将该病毒挑战溶液的小等分试样保存为用于lrv
计算的“输入”样品。
[0044]
为了测定色谱分离装置的病毒对数减少值，在存在各种稀释度的细菌大肠杆菌(escherichia coli，e.coli)的情况下将输入溶液和洗脱溶液铺板。在5ml试管中，向每100μl的各输入或输出稀释液添加50μl的大肠杆菌13076宿主。向每个试管添加2.5ml的营养肉汤顶层琼脂(补充有0.6％琼脂的营养肉汤)，并且然后经由旋转运动混合以确保溶液充分混合。然后将溶液倒在营养琼脂平板的表面上并且使其硬化，之后在37℃下温育三小时。在温育之后，phi-x 174病毒斑块在大肠杆菌生长的菌苔中形成为圆形透明区域。然后对所得输入平板和洗脱平板的斑块进行计数以使用公式2确定浓度(pfu/ml)。
[0045]
c＝斑块平均数
×
稀释度
÷
铺板体积
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)根据公式3，该浓度用于确定最终的病毒清除减少。
[0046]
lrv＝log
10
[(c
供给
×
vol
供给
)/(c
最终
×
vol
最终
)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0047]
膜色谱分离法是离子交换色谱分离法的相对新的方法，该方法从生物加工行业对克服常规的基于树脂-珠的色谱分离法的限制的需求发展而来。膜色谱分离装置包括具有孔的微孔介质，该孔包含吸附位点，该吸附位点可根据功能性化学物质和运行条件来结合目标蛋白质和/或病毒和vlp。由于膜色谱分离装置依赖于对流质量传递，因此可使用更高的流速而没有显著的压降，从而具有更高的通过量和减少的处理时间。基于膜的色谱分离装置有三种主要类型：平板、中空纤维和径流。平板色谱分离装置通常更受欢迎，因为平板色谱分离装置具有更大的吸收膜体积。
[0048]
膜色谱分离装置具有通常与分子的开发阶段相关的各种大小。实验室装置通常具有约0.08ml至3ml的介质体积。大型装置或原型装置通常具有约15ml至100ml的介质体积。商业生产装置通常具有大于或等于200ml的介质体积。应当指出的是，可取决于客户的需要提供其他介质体积。
[0049]
计算介质体积的一种方式是将有效过滤面积(efa)乘以标称介质高度或厚度。标称介质高度或厚度可使用卡尺测量，并且efa可通过将染料溶液过滤通过装置来测量。染料结合到介质，并且在染料穿透到出口流之后，将装置切开，并且测量介质的(一个或多个)层中的染料污渍的直径以确定平均直径，或者可例如使用光学方法直接测量染色面积。染料污渍(如果多于一个层)的平均直径用于使用圆面积的公式计算efa，或者可将每层的测量面积求平均来得出efa。
[0050]
本发明可与任何期望的介质体积一起使用，并且其特别适用于针对病毒清除的色谱分离装置。虽然本发明称之为“色谱分离装置”和“膜色谱分离装置”，但本发明的所有方面同样适用于混合介质构造，该混合介质构造包括官能化膜和其他类型的过滤和色谱分离介质，诸如(但不限于)水凝胶官能化非织造物、纤维素和硅藻土基带电介质、活性炭。
[0051]
虽然本发明可与任何期望的介质体积一起使用，但如pct公布wo2020/148607中所述的实验室级色谱分离装置是特别合适的，该pct公布公开于2020年7月23日，名称为“样品大小色谱分离装置”(sample size chromatography device)，并且其全文以引用方式并入本文。在一个实施方案中，使用0.08ml的介质体积以最小化示例所需的病毒溶液的量。该色谱分离装置的滞留体积经测量为约1.1ml。
[0052]
实验室级色谱分离装置
[0053]
现在参见图1、图2、图3、图4和图5，示出了色谱分离装置8的优选示例。该装置具有
通过将上部壳体12结合到下部壳体14而形成的壳体10。壳体具有入口16、出口18和任选的通气孔20。腔室24中的膜或介质22被设置在入口16和出口18之间，使得来自入口16的流体进入内部腔室24，然后穿过介质22并离开出口18。本发明的密封层、间隔环或密封层和间隔环的组合可与任何合适的壳体一起使用，该壳体具有入口、出口以及设置在入口和出口之间用于流体流过的介质叠层。
[0054]
腔室24与入口16和通气孔20流体连通，使得腔室24中的任何空气可被吹扫出通气孔20。鲁尔锁连接器(未示出)可附接到通气孔20并且用作阀以从腔室24吹扫空气，直到来自入口16的液体开始离开通气孔20并且阀关闭为止。在例示的实施方案中，膜体积为0.08ml，但这可通过增加或减小介质的直径并将壳体的大小调节至该直径而容易地改变。
[0055]
如图1所示，入口16和通气孔20中的至少一者可被设置成与壳体10的纵向轴线26成一定角度，并且优选地两者均被设置成与纵向轴线成一定角度。如图所示，入口16被设置成与壳体纵向轴线26成角度α，并且通气孔被设置成与壳体纵向轴线成角度β。这产生了两个有益效果。首先，其为待使用的入口16和通气孔20两者上的鲁尔锁定连接器的使用提供足够的间隙，从而提供从腔室24吹扫空气的快速且方便的方法。轴向对准的入口在小体积实验室装置中不提供足够的间隙以包括具有可靠锁定(positive lock)密封部(诸如鲁尔锁定连接器)的通气孔。
[0056]
其次，成角度的入口16在进入的流体流穿过腔室24时引导该进入的流体流以如图5中的箭头所示的除90度之外的角度撞击介质的上表面。在入口平行于纵向轴线26轴向对齐的情况下，进入的流体以大约90度直接在介质的中心撞击介质的表面。这种设计存在隧穿问题，这使得供给溶液“隧穿”盘的中心，从而导致过早穿透。使入口16成角度使得进入的流体流具有平行于介质的上表面的切向速度分量，这将导致进入的流体中的至少一些在流过介质之前流过介质的上表面的至少一部分。这与将一桶水以一定角度抛到地板上以冲洗地板并使水沿着地板在远离排空桶的人的方向上铺展的动作不同。使入口成角度不仅有助于防止隧穿，而且还有助于将空气从腔室24朝向通气孔20驱动并离开该通气孔驱动。入口的角位置可被设计成使得流入装置中的一定体积的缓冲液或溶质不会由于表面张力和边缘效应而立即渗透介质，而是相反在介质的顶部上流动并进入腔室壁中。进入的流体体积的这种运动导致腔室内的自动重新分布和混合，从而提供介质容量的更均匀利用。
[0057]
在装置的各种实施方案中，入口的纵向轴线28与壳体纵向轴线26之间的角度α可为约10度至约80度、约25度至约65度或约40度至约50度。在装置的各种实施方案中，通气孔的纵向轴线30和壳体纵向轴线26之间的角度β可为约10度至约80度，约25度至约65度，或约40度至约50度。角度α可与角度β相同、小于或大于角度β。附加地，如果入口和通气孔中的仅一者成角度以用于鲁尔锁定间隙，则优选地入口成角度以用于上述正流动效应。在所示实施方案中，角度α为45度并且角度β为45度，使得入口和通气孔可根据需要互换并且用于相反的功能。
[0058]
上部壳体12和下部壳体14被设计成被超声焊接在一起以形成最终的不透液体的壳体，同时还为介质提供封边。具体地讲，在组装期间施加到壳体以用于压缩上部壳体部分和下部壳体部分的力受到控制，同时超声焊接以可靠地控制介质的压缩，而不管介质厚度的变化如何。下文将更详细地讨论独特的焊接工艺。壳体10通常为圆形，但可采用任何其他合适的形状。
[0059]
如图5最佳所示，上部壳体12包括两个圆柱形突起部32，该突出部在壳体纵向轴线26的每侧上从上部盘36的上表面34延伸并且被设置成与壳体纵向轴线成一定角度，从而在上表面和纵向轴线之间形成截短的v形形状。每个圆柱形突起部具有锥形内部镗孔38以适配鲁尔锁渐缩部并且与腔室24流体连通。截顶半球形表面40存在于腔室24的内部，并且在入口和出口之间模制到上部盘36的中心以减小腔室的体积。入口和通气孔的锥形孔38与通向腔室24的圆柱形通道42流体连通，从而使流体通过锥形孔进入圆柱形通道并进入组装好的壳体的腔室中。该腔室的形状大致为圆柱形，具有如图所示的截顶半球形上表面。可采用其他腔室形状，并且一般来讲，腔室的总体大小尽可能小以减小滞留体积，同时仍然允许入口、通气孔、腔室和介质表面之间的流体连通。
[0060]
如本文所用，为了方便起见，上部壳体12是相对术语，并且在一个实施方案中，上部壳体是具有到腔室24中的入口16和通气孔20两者的壳体部分。以类似的方式，为了方便起见，下部壳体是相对的术语。第一壳体部分可用于代替上部壳体，并且第二壳体部分可用于代替下部壳体。在本说明书通篇中，对于提及的任何元件，术语“上”出现之处可用“第一”代替，并且术语“下”出现之处可用“第二”代替。
[0061]
如图5、图6和图7所示，压缩延伸部46从上部壳体12的上部盘36的下表面44延伸，该压缩延伸部在一些实施方案中是突出的环形结构。对于除圆形之外的介质周边的其他几何形状，诸如正方形或六边形，压缩延伸部将呈现与介质周边相同的对应形状。压缩延伸部46与支撑介质22的凸台60协作将介质的边沿或周边压缩至如图所示的距离x。这密封了介质的边沿或周边，防止流体从腔室24渗漏并绕过介质的边沿或周边到达出口18。需要足够的压缩以防止渗漏；然而，如果介质被过度压缩，则由于压缩而损失过多的介质面积，并且实验室装置的性能可显著偏离使用相同介质的大型装置或生产装置。因此，从下表面44突出的压缩延伸部的高度联合上部壳体和下部壳体在被超声焊接时被挤压在一起的紧密程度来控制距离x和所得的介质盘22的边缘压缩。在实际超声焊接期间，焊接能量被设定为控制介质的相对边缘压缩。虽然利用从上部壳体的下表面延伸的压缩延伸部46与下部壳体上的凸台60结合来描绘壳体，但两个部件可被切换并且压缩延伸部46可从下部壳体延伸，并且凸台60可驻留在上部壳体上。同样在另选的实施方案中，凸台60可从壳体内部的周围表面凸起。例如，可使用两个延伸部来挤压介质的周边以将其密封。
[0062]
从上部壳体12的下表面44突出的是互锁焊接延伸部48，该互锁焊接延伸部被焊接到下部壳体14。在一些实施方案中，互锁焊接延伸部也是具有倒角尖端49的突出环，以在超声焊接工艺期间使用。互锁焊接延伸部位于压缩延伸部的外侧，与壳体纵向轴线相距更大的距离。互锁焊接延伸部48最初邻接下部壳体中的任选凹槽53中的台阶51，如图7所示。壳体的中心部分在焊接之前具有高度y'，并且压缩延伸部具有高度x'。由于斜面和台阶的缘故，壳体y的最终高度可随着在焊接期间施加到壳体的超声能量的量的增加而改变。这然后影响最终压缩边缘尺寸x。随着在超声焊接工艺期间施加的能量越多，台阶高度51减小得越多并且倒角尖端49滑动到凹槽53中的深度更深。将图7与图6进行比较。因此，即使这些零件彼此完全焊接在一起，胶囊的最终高度y也可改变，这继而改变了边缘压缩距离x。施加更多的能量通过允许倒角尖端53和互锁焊接延伸部49更深地滑动到凹槽53中而减小最终组装高度y，从而导致介质的更多边缘压缩和减小的高度x。对于所施加的更少的焊接能量而言，相反的情况是产生更大的最终组装高度y和更小的边缘压缩以及更大的尺寸x。虽然壳体被
描绘成具有从上部壳体12的下表面44延伸的互锁焊接延伸部48和位于下部壳体14上的台阶51，但是互锁焊接延伸部48可从下部壳体14延伸，并且台阶51可驻留在上部壳体上。互锁的焊接延伸部的横截面轮廓及其周边的形状可针对不同的壳体几何形状进行调整。环形形状适用于如图所示的圆形介质22。
[0063]
在一个实施方案中，使用圆形介质叠层，并且压缩延伸部和互锁焊接延伸部为突出环，如下所述。用于压缩延伸以压缩介质的边沿或周边的第一突出环46和用于互锁焊接延伸的第二突出环48从上部盘36的下表面44延伸，该第二突出环设置在上部盘36的外径50的内侧。选择第一突出环的纵向长度以压紧并密封介质的边沿或周边。第二突出环的纵向长度被选择为超声焊接下部壳体上的特征并与该特征配合，同时允许尺寸x在一定高度范围内变化，同时仍沿着所述边沿或周边保持介质密封。具有显著厚度变化的介质可需要具有针对突出环的不同纵向长度尺寸，以便不会过度压缩介质，从而降低性能或无法沿着边缘密封介质以防止绕过。如图所示，第一突出环和第二突出环具有侧壁，该侧壁随着较厚的基部和较窄的尖端而渐缩。可利用其他横截面几何形状。第一突出环46的第一侧壁52形成腔室24的位于入口和通气孔下方的侧壁的一部分。
[0064]
如在图5中最佳所见，下部壳体14具有从下部盘56的上表面延伸的第三突出环52和第四突出环54。这些突出环是任选的，但是是优选的。在两个环之间形成谷或凹槽53，互锁焊接延伸部被设置在该谷或凹槽中以用于超声焊接附接到下部壳体。第四突出环52的外部侧壁形成组装好的壳体的大部分外部侧壁，并且可任选地滚花或具有沿着周边间隔开的纵向肋58，以在握持壳体10的时提供增强的抓握。第三突出环和第四突出环的内部侧壁倾斜以匹配上部壳体上的第二突出环的锥度，以用于嵌套两个壳体部分。将互锁焊接延伸部48嵌套在第三突出环52和第四突出环54之间为焊接壳体提供更大的结构完整性，从而允许组装的壳体更好地抵抗对壳体的侧向力而不破坏超声焊接。另外，第三突出环52的内表面用作导向装置和定心装置，以用于在组装部件时将圆形介质22定位到凸台60上，如图7最佳所示。
[0065]
圆形凸台60位于第四突出环在其最内侧壁的基部处的内侧，该圆形凸台支撑被放置在下部壳体的中心中的圆形介质盘22的周边。第四突出环通常可引导介质到适当位置并将介质中心定位到支撑凸台60上。从凸台的上表面62到第一突出环46的尖端64(压缩延伸)的距离x被选择为影响介质的必要压缩，以沿着介质盘的边沿或周边提供不透流体的密封，并且通过在超声焊接过程中控制该距离来将实验室装置的性能与大型装置或生产装置最佳地匹配。任选的圆碟形凹槽66位于圆形凸台下方，该圆碟形凹槽充当漏斗以将过滤后的流体引导至出口。平行于壳体纵向轴线26并与其同心的圆柱形突起部32从下部盘56的下表面68延伸。圆柱形突起部具有锥形内部镗孔38以适配鲁尔锁渐缩部，并且与碟形凹槽66流体连通。出口的锥形内部镗孔38与通向碟形凹槽的圆柱形通道42流体连通，从而使流体从碟形凹槽通过圆柱形通道并通过锥形镗孔流出壳体。
[0066]
壳体设计的独特特征是介质压紧与装置内的介质的所讨论的边沿或周边密封部的组合。通常，色谱分离装置具有o形环或垫圈以密封和压缩介质。该设计的特征之一是经由第一突出环的尖端和圆形凸台结合上部壳体和下部壳体之间的介质挤压，如图5所示。这提供了控制介质压缩的直接方式，并且可适应色谱分离介质中的厚度变化，因为壳体部分在固定负载下被超声焊接，并且最终焊接高度可随着介质叠层的厚度变化而变化。装置组
件的这种设计与上部壳体部分和下部壳体部分的超声焊接相结合确保了边缘效应保持一致(尽管介质叠层厚度变化)，并且提供了可预测的装置容量和压降的方式。
[0067]
当今市场上的典型实验室级色谱分离装置是通过下列步骤来制造的：组装两件式壳体(入口壳体部分、出口壳体部分)，其中内部介质被设置在壳体部分之间，将整个组装好的壳体压缩到固定高度，然后使用重叠注塑工艺。重叠注塑工艺涉及将两个壳体部分压缩到最终指定高度，然后将熔融塑料喷射到壳体组件的外部，以形成不透流体的壳体，该壳体在施加熔融塑料之前保持预定的压缩组件高度。在该工艺期间，可将若干吨的力施加在色谱分离介质上，这导致突出且大的压缩边沿或周边区。该大的压缩边沿或周边区降低了如上所讨论的色谱分离装置的性能。在重叠注塑工艺期间，组装的壳体部分上的大压缩力是容纳熔融塑料并防止毛边所必需的。选择预定模具高度以防止毛边。因此，较厚的介质叠层比较薄的介质叠层经历更大的压缩，从而导致小体积色谱分离装置的显著性能变化。这种制造色谱分离装置的方法在以下意义上不那么灵活：将需要用于重叠注塑工艺的多个模具以确保色谱分离介质叠层在边沿或周边处的压缩对于各种介质厚度是相同的。
[0068]
另一方面，超声波粘结可涉及将入口壳体部分、出口壳体部分和内部色谱分离介质叠层的组件压缩到指定的力而不是固定的高度。在达到该预定力时，超声焊接过程开始，并且施加到导能器的振动能引起局部熔融和粘结。在该方法中，色谱分离介质的边缘仅经受数磅的力(比重叠注塑方法期间观察到的力小多个数量级)。超声波粘结导致较小的压缩边沿或周边区，并且实际压缩量可通过在超声焊接过程期间施加的能量来控制，这改变了组装好的壳体的最终高度。此外，因为焊接的开始由力设定值触发，所以介质厚度的正常变化不会明显地影响边沿或周边受影响的压缩区的大小。较厚的介质叠层将具有较高的壳体高度，而较薄的介质叠层将具有较短的壳体高度。焊接过程为对介质厚度的变化的自补偿。因此，本设计提供了确保组装性能一致的简单方式。
[0069]
这种制造色谱分离装置的方法非常通用，并且可适应不同厚度的色谱分离介质。不同类型的产品的介质叠层厚度的大偏差可需要压缩延伸部和互锁焊接延伸部的不同纵向长度，但是由于制造公差的标称变化易于处理，并且由该方法制造的色谱分离装置将具有更一致的性能。
[0070]
现在参见图6，图中示出了色谱分离装置的另一个实施方案。挡板70从腔室的顶板延伸，该挡板将入口流重新导向至更平行于壳体纵向轴线的方向，如箭头所示。在一个实施方案中，挡板是第五突出环，该第五突出环具有大致平行于纵向轴线26的侧壁72，并且在纵向方向上延伸足够的距离以如所述重新导向入口流，但足够短以防止溶胀介质和挡板特征部之间的干扰。第五突出环的外径足够小以适配在入口和通气孔的圆柱形通道42之间，其中第五突出环标称地刚好从这些通道与腔室24交汇的位置的内侧开始，如图所示。在一些实施方案中，第五突出环在纵向上的高度与鲁尔连接器的直径相同数量级，诸如介于约3mm至约6mm之间。
[0071]
取决于色谱分离介质的表面张力和润湿特性，可需要挡板70。挡板有助于引导缓冲液或溶质的入口流沿着腔室侧壁并到达介质的压缩边沿或周边上。由于介质在该区域中的渗透性可较低，因此缓冲液或溶质趋于朝介质盘的中心重新分布以通过介质。这种现象是抵抗如前所述隧穿效应的另一种方式。
[0072]
形成入口、出口和通气孔的圆柱形突起部的尺寸可被设定成与渐缩鲁尔锁连接器
配合。为了有利于鲁尔锁连接器，这些圆柱形突起部32的外表面可具有两个相对的横向突片80，该横向突片从圆柱形突起部的外部圆形直径延伸并且被设置在该圆柱形突起部的远侧端部附近。突片与凸鲁尔锁定连接器中的螺纹接合。任选地，其他流体连接器诸如软管倒钩也可用于引导流体进出色谱分离装置。
[0073]
色谱分离装置优选地由合适的材料注塑而成。有利地，该材料易于被超声焊接，使得上部壳体和下部壳体可以不透流体的方式接合。用于壳体的合适材料包括热塑性塑料，诸如乙缩醛(pom)、丙烯酸(pmma)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、聚碳酸酯(pc)、聚乙烯(ld/hdpe)、聚苯醚(ppo)、聚苯硫醚(pps)、聚丙烯(pp)等。
[0074]
另选地，可使用将上部壳体紧固到下部壳体的其他装置，诸如例如在通用水管上使用的不透液体的螺纹连接件。上部壳体和下部壳体可由用于螺纹连接的合适材料制成，诸如塑料或金属。
[0075]
另选地，壳体可使用三维打印机进行3d打印。在这种情况下，壳体可使用粘合剂诸如环氧树脂或丙烯酸类树脂粘结在一起以形成不透液体的密封部。
[0076]
间隔环
[0077]
如图9、图10、图11、图13、图14和图15所示，在一些实施方案中，可在色谱分离装置8中任选地使用一个或多个间隔环86。间隔环的功能是在色谱分离装置中的流体流动方向上在前介质层和后介质层之间提供空气间隙。不受理论的束缚，据信空气间隙允许液体更快速地分散到介质的边缘，从而有助于防止隧穿介质的中心。空气间隙可使流体直接流到介质的边缘，而不是依靠毛细作用将流体移动到介质的边缘。
[0078]
诸如官能化非织造物的某些介质可在与液体接触时溶胀，并且这种溶胀作用与边缘压缩密封部结合可导致不期望的隧穿。通过仅将这些层隔开一些，可提供空气间隙，该空气间隙允许离开一个介质层的液体在进入下一个介质层之前横向流动。
[0079]
因此，间隔环的最佳高度取决于可能发生的预期介质溶胀。虽然小至0.001英寸的空气间隙和间隔环高度可与非溶胀介质层一起使用，但一般来讲，较大的空气间隙和间隔环高度与更容易溶胀的官能化非织造物一起使用。
[0080]
在一些实施方案中，间隔环在介质层之间的纵向方向上的高度可等于或大于0.001、0.005、0.010、0.020或0.030英寸。间隔环的最大高度通常受整个壳体长度和内部腔室的高度的限制，在该内部腔室中可放置形成介质叠层的介质层。间隔环的高度过高会减小可放入色谱分离装置中的介质层的厚度。通常，间隔环将在介质层之间的纵向方向上具有小于或等于1.0、0.90、0.80、0.60或0.50英寸的高度。所述高度之间的范围在本发明的范围内。特别合适的间隔环在介质层之间的纵向方向上具有0.030英寸和0.050英寸之间的高度。
[0081]
间隔环可被构造成类似于垫圈、衬套或具有外径、内径、中心孔或开口和高度的短管。外径的尺寸通常被设计成与介质的外部压缩密封部直径相同。这通常对应于压缩延伸部46的外径，如图5和图9所示。
[0082]
内径可小于介质的内部压缩密封部直径；然而，这将减小容量并且增加介质边沿中的压缩边缘效应，因为将覆盖更多的介质表面。因此，该内径与介质压缩延伸部46的内径大致相同或略小于其内径，如图5和图9所示。
[0083]
在许多情况下，间隔环的宽度与压缩延伸部46的宽度相匹配，如例如图9所示。这
提供了足够的密封面积，而没有撤销边缘效应或造成装置容量的损失。
[0084]
间隔环的外径、内径和宽度的合适尺寸可基于特定的壳体设计来确定。当壳体的直径对于色谱分离装置的各种尺寸变得更大或更小时，间隔环的直径同样相应地被调整。在一个实施方案中，间隔环的外径为约1.1英寸，内径为约0.9英寸，并且宽度为0.1英寸。
[0085]
间隔环的数量可变化，并且通常比色谱分离装置中的介质层的数量少一个。因此，双层装置可在介质叠层中的两个介质层之间具有一个间隔环，而三层装置可在介质叠层中的第一介质层和第二介质层之间具有一个间隔环，并且在第二介质层和第三介质层之间具有一个间隔环。由于该层的溶胀，通常更重要的是将官能化非织造物层与下一层隔开，而如果介质叠层的总高度成为适配在所选壳体内的问题，则将官能化膜层与下一层隔开就不那么重要(因为官能化膜层与下一层通常不溶胀)。
[0086]
间隔环可由多种不同的材料构成。材料的选择通常取决于待处理的流体对材料的反应性。适用于模制壳体的相同材料也适用于间隔环。一般来讲，为壳体选择的材料也将用于间隔环。用于模制间隔环的合适材料包括热塑性塑料，诸如乙缩醛(pom)、丙烯酸类(pmma)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、聚碳酸酯(pc)、聚乙烯(ld/hdpe)、聚苯醚(ppo)、聚苯硫醚(pps)和聚丙烯(pp)。这些热塑性材料易于注塑成型并且可用于制造合适尺寸的间隔环。
[0087]
在许多实施方案中，壳体具有压缩延伸部46和凸台60，介质叠层被压缩在该压缩延伸部和该凸台之间以形成封边。在一些实施方案中，接触介质的这些表面的远侧部分是相对平坦的或平面的，如图5所示。在其他实施方案中，接触介质的这些表面的远侧部分包括压紧突起部。如图8所示，上部壳体的压缩延伸部46的远侧端部在靠近内部腔室24处具有较长的长度，并且在朝向壳体外部的方向上长度较短。类似地，下部壳体中的圆形凸台60也具有从其表面延伸的压紧突起部。虽然并未示出，但间隔环86可具有位于这些表面中的一个或两个表面上的压紧突起部，而不是如图所示具有平滑的上表面和平滑的下表面。
[0088]
压紧突起部的功能是咬入介质以防止其从边缘压缩区滑出。优选地，压紧突起部被定位成使得介质的边沿或周边在更靠近内部腔室24的区域中被压缩得更多并且在更远离内部腔室的区域中被压缩得更少。这产生朝向壳体外部的介质的略小的压缩区，该压缩区在介质的任何溶胀期间必须被进一步压缩并且被拉到压紧突起部下方，这种情况不太可能发生。
[0089]
压紧突起部可以是从压缩延伸部、凸台或间隔环的远侧表面凸起的连续环、脊、台阶或其他特征部。另选地，压紧突起部可以是不连续的表面，该不连续的表面由压紧或咬入介质表面的短段或突起部构成。已经发现压紧突起部有效地增强了介质的密封；尤其是官能化非织造物层，其易于在色谱分离装置的使用期间溶胀并从壳体的边缘压缩区拉出。
[0090]
密封层
[0091]
如图12所示，密封层88被定位为流体在色谱分离装置内部的至少两层的介质叠层中从入口到出口所流经的最后一层。该密封层与壳体接触，并且其边沿或周边的至少一部分在色谱分离装置中形成压缩密封部。由于这是流体可在其离开壳体的出口下方或上方通过的层(介质叠层中的最低层)的最后压缩密封部，因此它是色谱分离装置内与壳体密封的最重要的层。
[0092]
密封层是如本文所定义的“非官能化”层。已经发现，如本文所定义的官能化层无
法实现与壳体的良好压缩密封部，并且当层是用于密封的介质叠堆的最后一层时，色谱分离装置的lrv小于具有相同介质叠堆层构造但仅添加非官能化介质的密封层作为与壳体接触的介质叠堆的最后一层的类似构造的色谱分离装置。
[0093]
密封层是非官能化的多孔介质，该非官能化的多孔介质可具有相对光滑的表面和借助其厚度的足够刚度，以支撑其上方的官能化层，防止在压力下由于在使用中由穿过介质层的流动产生的压差而下垂和滑出封边。密封层可以是膜或非织造物层。在优选的实施方案中，密封层是膜，因为膜通常具有更光滑的表面粗糙度。密封层可包括多部件材料，该多部件材料具有膜的一个层片和诸如稀松布层的另一个介质。另选地，密封层可包括膜的两个或更多个层片或其他介质。
[0094]
当密封层是膜时，其可由任何合适的成膜材料形成，诸如聚酰胺(包括尼龙-6或尼龙-6,6)、聚砜(包括双酚a聚砜和聚醚砜)、聚丙烯、聚乙烯以及包括聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯的氟化聚合物。膜可以是有支撑的膜，这意味着其被浇注在多孔支撑层上，诸如非织造物层、纺粘层、织物层、稀松布等。另选地，膜可以是无支撑的膜，这意味着其是在没有支撑层的帮助下由成膜材料形成的。膜可以是对称膜，这意味着在膜的两个外部主表面之间的任何位置处的平均孔径基本上相同。另选地，膜可以是不对称膜或梯度膜，这意味着膜的一个主表面附近的区域中的平均孔径显著大于膜的相对主表面附近的区域中的平均孔径。更进一步地，膜可以是多区膜，这意味着膜在其主外表面之间包括一个全厚度区，该全厚度区的平均孔径不同于膜的主外表面之间的另一个全厚度区的平均孔径。在一些实施方案中，密封层包括有支撑的尼龙-6,6膜，如2001年7月24日公布的名称为“增强型三区微孔膜”(reinforced,three zone microporous membrane)的美国专利号6,264,044中所述，该专利据此全文以引用方式并入。
[0095]
在一个实施方案中，密封层是平均孔径为0.8微米的尼龙-6,6膜。该密封层的厚度在17密耳至20密耳的范围内。适用于密封层的其他材料包括平均孔径为0.8微米并且厚度为8.5密耳至10.0密耳的尼龙-6,6膜；平均孔径为0.65微米并且厚度为6.0密耳至7.0密耳的尼龙-6,6膜；平均孔径为0.2微米并且厚度为6.0密耳至7.0密耳的尼龙-6,6膜；孔径在0.2微米至1.2微米的范围内并且厚度为13.0密耳至15.4密耳的尼龙-6,6膜。
[0096]
在本发明的各种实施方案中，用于密封层的膜可具有0.1微米至5.0微米，或0.1微米至3.0微米，或0.2微米至1.2微米的膜内最小孔径和6.0密耳至20.0密耳的厚度。
[0097]
如将在示例中所见，发现以下材料不增加色谱分离装置的lrv并且不起合适的密封层的作用。平均厚度为9密耳的纺粘非织造物。具有0.2微米的平均孔径和100微米至120微米的厚度的聚醚砜膜和上述纺粘非织造物，两者都超声粘合到实验室装置的出口外壳上以提供刚性支撑结构。
[0098]
不受理论的束缚，据信密封层提供了一致的密封，因为它在与挑战溶液接触时不能像官能化层那样发生形态变化。而且，当膜用作密封层时，介质通常不允许任何显著的切向流动，从而改善密封性能。通常，密封层可由用于制备官能化层的相同介质形成，但不进行任何涂覆或接枝处理以使其官能化。因此，它可具有与色谱分离装置内的官能化层中的一个相对相同的厚度和孔分布。在优选的实施方案中，官能化膜用作色谱分离介质层中的一个，并且在官能化之前的相同前体膜用作密封层。
[0099]
当使用间隔环、密封层或两者时，对介质体积或膜体积为约0.08ml的色谱分离装
置进行评估。使用质量熔体流动速率(mfr)为9.0g/10min的聚丙烯无规共聚物注塑上部壳体和下部壳体和间隔环(高度为0.050英寸)。所选择的色谱分离介质具有三种主要组分：阴离子交换非织造物、阴离子交换膜和密封层。阴离子交换非织造物层由四层片具有共价附接的季铵官能聚合物的聚丙烯非织造物构成。阴离子交换膜层由三层片具有共价附接的胍鎓官能聚合物的高孔隙率聚酰胺膜构成。在一些实施方案中，之后是用作组装的壳体胶囊中的密封层的聚酰胺非官能化膜。
[0100]
实施例，图8至图15
[0101]
为了组装色谱分离装置，对介质部件进行冲压以获得1.0625英寸直径的圆盘。将盘放置在突出环54的内侧的下部壳体14中。在官能化膜和非织造物层之间添加间隔环86。上部壳体被定位在介质的顶部上，使得上部壳体的突出环48在下部壳体的突出环52和54之间滑动。将该组件倒置并置于嵌套件或固定件中，使得下部壳体14的外表面68可与超声焊头接触。为了焊接零件，使用branson 20khz超声焊机(2000xdt型)、黑色增强器和增益为2.5x的焊头。将80psi的气压、10％的下降速度、80％的振幅、2秒的焊接时间和200lbf的开始焊接触发力设定为固定参数。焊接能量从200焦耳至600焦耳变化以获得具有一致压缩水平的样品，具体取决于间隔环和密封层的数量。将具有色谱分离介质的壳体组件放置在焊头正下方的嵌套件中，使得壳体纵向轴线26与超声焊头的轴线对准。当焊接过程开始时，焊头在下部壳体上向下压缩壳体和介质组件，直到达到200lbf的力。此时，剪切导能器处于压缩状态。焊头开始振动，将设定量的能量递送到塑料导能器并引起局部熔融和粘结。在焊接持续时间之后，焊头回缩，使焊接色谱分离装置留在嵌套件中。
[0102]
就聚醚砜(pes)样品而言，如将所见到的，pes膜和薄纺粘非织造物层放置在突出环54内侧的下部壳体14中，使得纺粘非织造物层与下部壳体14接触。下部壳体被定位在下部嵌套件中，使得pes膜可与超声焊头接触。为了焊接膜和支撑非织造物层，使用branson 20khz超声焊机(2000xdt型)、金色增强器和增益为1.5x的焊头。将10psi的气压、10％的下降速度、80％的振幅、0.05秒的焊接时间和10lbf的开始焊接触发力设定为固定参数。发现100j的焊接能量提供良好的均匀焊接而不损坏膜。
[0103]
使用预真空循环将所有色谱分离装置样品在121℃下高压灭菌30分钟。在高压釜灭菌后，在测试前将样品置于室温下完全冷却。
[0104]
为了评估色谱分离装置的病毒清除性能，将cole parmer masterflex蠕动泵与masterflex管一起设置并用0.5m氢氧化钠(naoh)碱消毒至少30分钟。在消毒之后，将灭菌的色谱分离装置连接到蠕动泵。如上所述根据美国专利申请序列号67/783,319测量灭菌样品的氯化物(cl-)dbc。之后，用15ml的ph为8并且电导率为20ms/cm的50mm tris-hcl缓冲溶液冲洗色谱分离装置。接着，通过色谱分离装置灌注15ml的病毒挑战溶液并且收集洗脱液。将输入溶液和洗脱溶液铺板并且使用公式2和3计算lrv。
[0105]
在ge医疗保健生命科学公司的pure系统(pure system，ge healthcare life sciences)上测试色谱分离装置的bsa dbc。280nm下的同轴uv监测用于检测蛋白质穿透。首先如上所述根据美国专利申请序列号67/783,319测量灭菌样品的氯化物(cl-)dbc。之后，用ph为8的25mm tris 50mm nacl缓冲液以1.94(ml/min)/cm2介质冲洗色谱分离装置。然后用前述缓冲液中的约1mg/ml bsa溶液激发色谱分离装置，直到出现10％透过。为了确定测试的终止点，测量bsa测试溶液在280nm下的吸光度并计算10％透过值。使
用公式1计算色谱分离装置在10％穿透时的动态结合能力(dbc)。
[0106]
现在参见图8至图15，在不同的色谱分离装置中示出了如上所述的介质层、间隔环和密封膜的各种组合。
[0107]
对照
[0108]
图8是在从入口到出口的方向上的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层82、官能化非织造物层82和官能化膜层84。未使用间隔环或密封膜，这代表了以下构造的对照装置。发现该装置的cl-dbc为4.07cl-/cm2，bsa dbc为14.73mg/cm2并且lrv为3.83。
[0109]
间隔环
[0110]
图9是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层82、官能化非织造物层82、间隔环86和官能化膜层84。发现该装置的cl-dbc为5.74cl-/cm2，bsa dbc为19.42mg/cm2并且lrv为4.28。
[0111]
图10是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层82、间隔环86、官能化非织造物层82和官能化膜层84。发现该装置的cl-dbc为5.28cl-/cm2，bsa dbc为18.04mg/cm2并且lrv为4.22。
[0112]
图11是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层82、第一间隔环86、官能化非织造物层82、第二间隔环86和官能化膜层84。发现该装置的cl-dbc为6.21cl-/cm2，bsa dbc为20.23mg/cm2并且lrv为4.47。
[0113]
密封层
[0114]
图12是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层82、官能化非织造物层82、官能化膜层84和密封层88。发现该装置的cl-dbc为3.27cl-/cm2，bsa dbc为13.34mg/cm2并且lrv为6.74。
[0115]
密封层和间隔环
[0116]
图13是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层82、官能化非织造物层82、间隔环86、官能化膜层84和密封层88。发现该装置的cl-dbc为5.42cl-/cm2，bsa dbc为19.79mg/cm2并且lrv为7.62。
[0117]
图14是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层82、间隔环86、官能化非织造物层82、官能化膜层84和密封层88。发现该装置的cl-dbc为4.48cl-/cm2，bsa dbc为17.22mg/cm2并且lrv为7.00。
[0118]
图15是从入口到出口的具有介质叠层的色谱分离装置，该介质叠层包括官能化非织造物层82、第一间隔环86、官能化非织造物层82、第二间隔环86、官能化膜层84和密封层88。发现该装置的cl-dbc为5.82cl-/cm2，bsa dbc为19.93mg/cm2并且lrv为7.74。
[0119]
表-1
[0120]
样品间隔环密封层cl-dbcbsa-dbclrv图8无否4.0714.733.83图9一个fnw到fm否5.7419.424.28图10一个fnw到fnw否5.2818.044.22图11双否6.2120.234.47图12无是3.2713.346.74
图13一个fnw到fm是5.4219.797.00图14一个fnw到fnw是4.4817.227.00图15双是5.8219.937.74
[0121]
将图8的对照物与图9至图11进行比较，可以看出，添加一个或多个没有密封层的间隔环使动态结合容量提高了22.5％至52.6％。参见表3。这是在不添加更多官能化介质的情况下性能的显著增加！将图8的对照物与图12进行比较，添加密封层使lrv提高了75.8％。这显著提高了色谱分离装置的病毒清除。相比于图8的对照物，结合地使用两个间隔环与密封层的图15的色谱分离装置的cl-dbc增加43.0％且lrv增加102％。
[0122]
附加密封层示例
[0123]
为了展示密封层对色谱分离装置的病毒清除性能的影响，制备了具有不同密封层的样品。本文讨论的各种实施方案的lrv值总结于表-2中。
[0124]
表2
[0125][0126][0127]
图15例示了一种构造，其中密封层88用作色谱分离装置的邻近出口的最后一层，并且其与壳体压缩密封接触以防止绕过密封层。当流体从入口移动到出口时，色谱分离装置具有两层片的官能化非织造物层82、50密耳厚度的间隔环86、两层片的第二官能化非织造物层82、50密耳厚度的另一个间隔环86、三层片的官能化膜层84和密封层88。
[0128]
图11例示了一种构造，其中官能化膜被用作色谱分离装置的邻近出口的最后一层，并且其与壳体压缩密封接触以防止绕过。当流体从入口移动到出口时，色谱分离装置具有两层片的官能化非织造物层82、50密耳厚度的间隔环86、两层片的第二官能化非织造物层82、50密耳厚度的另一个间隔环86和三层片的官能化膜层84。使用与图15的示例相同的材料和材料重量。
[0129]
参见表2，图15的构造的对数减少值(lrv)为至少6.49，而图11的lrv仅为4.47。当官能化膜用作色谱分离装置的最后一层并且与壳体密封接触时，病毒能够更容易地漏过与壳体压缩接触的介质的下表面，绕过官能化层并进入出口，从而降低装置的lrv。另一方面，当在官能化层正下方的该位置使用密封层时，形成改进的压缩密封部，并且lrv增加惊人的45.2％。在不向装置中添加任何附加的官能化材料的情况下，这些性能惊人地提高。在各种实施方案中，与不具有密封层的对照色谱分离装置中的相同介质叠层相比，使用密封层的色谱分离装置中的介质叠层的lrv可增加至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、
90％或甚至100％百分比。
[0130]
额外的间隔环讨论
[0131]
图9、图10、图11、图13、图14和图15例示了各种构造，其中至少一个间隔环被放置在色谱分离装置中的两层之间。在一些实施方案中，仅使用单个间隔环，并且在其他实施方案中，使用两个间隔环。当流体从入口移动到出口时，色谱分离装置中的每个色谱分离装置具有两层片的官能化非织造物层、两层片的第二官能化非织造物层和三层片的官能化膜层。如图所示，在各层之间放置一个或多个间隔环。
[0132]
图8示出了对照色谱分离装置，当流体从入口移动到出口时，该对照色谱分离装置具有两层片的官能化非织造物层、两层片的第二官能化非织造物层和三层片的官能化膜层。针对各层使用与图9、图10和图11的示例相同的材料和材料重量。图12示出了具有平均孔径为0.8微米的尼龙6,6膜作为密封层的色谱分离装置。该密封层的厚度在17密耳至20密耳的范围内。图13、图14和图15例示了各种构造，其中除了结合密封层之外，在色谱分离装置中的两层之间放置了至少一个间隔环。
[0133]
表-3
[0134][0135]
参见表3，图8对照物的bsa动态结合容量为14.73(mg/cm2)，并且氯化物容量为4.07(ml)。图9、图10和图11中的各种间隔环构造在两个测试下的容量增加了22.5％至52.6％的范围。图13、图14和图15中的具有密封层的各种间隔环构造在两个测试下的容量增加了10.1％至43.2％的范围。考虑到相比于图8中的对照色谱分离装置未向层中添加额外的材料，这显著提高了容量。如上所见，与不具有间隔环的对照色谱分离装置中的相同介质叠层相比，使用一个或多个间隔环的色谱分离装置中的介质叠层在测试色谱分离装置的cl-dbc或bsa dbc时的dbc可增加至少10％、20％、30％、40％或50％百分比。