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CN107029556A - 渗滤系统和渗滤方法 - Google Patents

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Abstract

渗滤系统和渗滤方法。渗滤系统包括：包括两个或更多个流体处理模块的流体处理组件，流体处理组件包括进料入口、渗透液出口和滞留物出口；每个模块包括横流处理组件和渗滤流体分配板，横流处理组件包括超滤膜，并具有进料侧和渗透液侧，渗滤流体分配板包括渗滤流体进给入口和公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口端口；两个或更多个渗滤流体导管，每个导管与相应的单个渗滤流体进给入口流体连通；和渗滤流体泵，渗滤流体泵包括至少第一多通道泵压头，第一多通道泵压头具有至少两个通道，至少两个通道包括用于与相应的单个渗滤流体进给入口流体连通的独立导管的独立通道，其中，泵提供通过每个导管至相应的渗滤流体进给入口的同时受控的渗滤流体流量。

Description

渗滤系统和渗滤方法
技术领域
本发明涉及渗滤系统和渗滤方法。
背景技术
渗滤是使用超滤(UF)膜来从包含期望材料(其例如为诸如蛋白质、肽和核酸这样的期望生物分子)的流体中去除、替换诸如盐和/或溶剂这样的不期望材料或降低诸如盐和/或溶剂这样的不期望材料的浓度的技术。UF膜截留比膜的孔大的分子(包含被截留分子的溶液被称为滞留液或浓缩液)，并且诸如盐、溶剂和水(其100％可渗透)这样的较小分子则自由地通过膜(提供称为渗透液或滤液的溶液)。
连续渗滤(有时称为恒定体积渗滤)涉及通过以与滤液产生速率相同的速率向滞留物添加水或新的缓冲液(buffer)来将滞留液中的原始缓冲盐(和/或其它的低分子量物质)洗出。因此，滞留液体积和产物浓度在渗滤处理期间不会变化。在将水用于渗滤的情况下，盐将被洗出，并且电导率下降。在将缓冲液用于渗滤的情况下，新的缓冲盐的浓度将以与物质被去除的速率成反比的速率增加，并且电导率将上升。相对于滞留液体积，被去除的盐的量与所产生的滤液体积相关。所产生的滤液体积通常被称为术语“渗滤体积”。单个渗滤体积(DV)是当渗滤开始时滞留液的体积。对于连续渗滤而言，以与滤液产生速率相同的速率添加液体。当所收集的滤液体积等于起始的滞留液体积时，则已经处理了一个渗滤体积(1DV)。利用连续渗滤，通过采用所选择的缓冲液进行6个滞留物体积(6DV)的清洗，可以去除超过99.5％的100％可渗透溶质。
然而，需要提供改进的渗滤系统和渗滤方法。
本发明是为了对现有技术的劣势中的至少一些进行改善。本发明的这些和其它优势将从如下所述的说明显而易见。
发明内容
本发明的一个实施例提供了一种渗滤系统，所述渗滤系统包括：(a)包括两个或更多个流体处理模块的流体处理组件，所述流体处理组件包括进料入口、渗透液出口和滞留物出口；(i)每个流体处理模块均包括横流处理组件和渗滤流体分配板，所述横流处理组件包括至少一个超滤膜，并且所述流体处理组件具有至少一个进料侧和至少一个相对的渗透液侧，所述渗滤流体分配板包括渗滤流体进给入口和公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口端口；(b)两个或更多个独立的渗滤流体导管，每个独立的渗滤流体导管与相应的单个渗滤流体进给入口流体连通；和，(c)渗滤流体泵，所述渗滤流体泵包括至少第一多通道泵压头，所述第一多通道泵压头具有至少两个通道，所述至少两个通道包括用于与相应的单个渗滤流体进给入口流体连通的独立的渗滤流体导管的独立通道，其中，所述渗滤流体泵提供通过每个独立的渗滤流体导管至相应的单个渗滤流体进给入口的同时受控的渗滤流体流量。
在另一实施例中，提供了一种渗滤方法，所述方法包括使包含不期望的材料和期望的生物分子的进料流体、和适用于从所述进料流体洗出不期望的材料的渗滤流体通过所述渗滤系统的实施例中的所述流体处理组件，其中，所述方法包括：(a)使进料流体以受控的进料流体流量通过所述流体处理组件的进料入口；(b)使渗滤流体以受控的渗滤流体流量通过与相应的单个渗滤流体进给入口流体连通的每个独立的渗滤流体导管，使得所述渗滤流体从所述进料流体洗出不期望的材料，其中，通过每个独立渗滤流体导管的所述受控的渗滤流体流量是同时受控的；(c)使进料渗透液/渗滤流体渗透液流体通过每个公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口端口；(d)使滞留物流体从所述流体处理组件的滞留物出口经过，所述滞留物流体包括期望的生物分子和浓度比所述进料流体中不期望材料的浓度更低的不期望材料；和(e)使进料渗透液/渗滤流体渗透液流体从所述流体处理组件的渗透液出口经过。
附图说明
图1A是在本发明的一个实施例中使用的包括多个多通道泵压头的渗滤泵的概略图。图1B是打开的多通道泵压头的概略图，其示出了独立的通道。
图1C是根据本发明的渗滤系统的一个实施例的示意图，其中，所示出的渗滤系统包括：包括多个流体处理模块的流体处理组件；多个渗滤流体导管；和包括多个多通道泵压头的渗滤泵。
图2A是包括多个流体处理模块的示例性流体处理组件的分解视图，所述流体处理模块包括横流处理组件。
图2B和2C示出了图2A中所示的流体处理模块中横流处理组件的分解视图。图2B示出了各个部件，并且图2C示出了一些组件被组合以示出子组件。
图2D示出了通过图2A中所示的流体处理组件的流体流动通路。
图3A和图3B示出了用在流体处理模块中的示例性的渗滤流体分配板的顶部透视图，每个渗滤流体分配板包括渗滤流体进给入口、渗滤流体入口端口、渗滤流体进给通道、渗滤流体渗透液端口和渗滤流体渗透液出口。
图4A是2个包括6个流体处理模块的经组装的流体处理组件的正视图，一组模块包括2个串联的横流处理组件；另一组模块包括3个串联的横流处理组件；图4B是图4A中所示的经组装的流体处理组件的后视图，并且图4C示出了通过图4A中所示的包括2个串联的横流处理组件的流体处理组件的流体流动通路。
具体实施方式
根据本发明的一个实施例，提供了一种渗滤系统，所述渗滤系统包括：(a)包括两个或更多个流体处理模块的流体处理组件，所述流体处理组件包括进料入口、渗透液出口和滞留物出口；(i)每个流体处理模块均包括横流(cross flow)处理组件和渗滤流体分配板，所述横流处理组件包括至少一个超滤膜，并且具有至少一个进料侧和至少一个相对的渗透侧，所述渗滤流体分配板包括渗滤流体进给入口和公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口端口；(b)两个或更多个独立的渗滤流体导管，每个独立的渗滤流体导管均与相应的单个渗滤流体进给入口流体连通；和，(c)渗滤流体泵，所述渗滤流体泵包括至少第一多通道泵压头，所述第一多通道泵压头具有至少两个通道，所述至少两个通道包括用于与相应的单个渗滤流体进给入口流体连通的独立的渗滤流体导管的独立通道，其中，所述渗滤流体泵提供通过每个独立渗滤流体导管至相应的单个渗滤流体进给入口的同时受控的渗滤流体流量。
在另一实施例中，提供了渗滤流体分配板，所述渗滤流体分配板包括渗滤流体进给入口、与所述渗滤流体进给入口连通的渗滤流体进给通道、和公共的进料滞留物端口，其中，所述公共的进料滞留物端口具有2种不同的内径。
通常，所述渗滤系统进一步包括进料流体泵和进料流体导管，其中，所述进料流体导管与所述流体处理组件的进料入口流体连通，其中，所述进料流体泵提供通过所述进料流体导管至所述流体处理组件的进料入口的受控的进料流体流量。
在一个实施例中，所述渗滤系统包括至少一个另外的通道泵压头，所述另外的通道泵压头具有用于与单个渗滤流体进给入口流体连通的独立的渗滤流体导管的独立通道，其中，所述泵经由所述第一多通道泵压头和所述另外的通道泵压头提供通过每个独立的渗滤流体导管至相应的单个渗滤流体进给入口的同时受控的渗滤流体流量。
替代地或另外地，所述渗滤系统的一个实施例包括至少一个另外的多通道泵压头，所述另外的多通道泵压头具有至少两个通道，所述至少两个通道包括用于与单个渗滤流体进给入口流体连通的独立的渗滤流体导管的独立通道，其中，所述泵经由所述第一多通道泵压头和所述另外的多通道泵压头提供通过每个独立的渗滤流体导管至相应的单个渗滤流体进给入口的同时受控的渗滤流体流量。
在一些实施例中，所述渗滤系统进一步包括滞留物节流阀，所述滞留物节流阀设置成使所述渗滤系统能够维持进料流量与滞留物流量的所需比例。
在另一实施例中，提供了一种渗滤方法，所述方法包括使包含不期望的材料和期望的生物分子的进料流体、和适用于从所述进料流体洗出不期望的材料的渗滤流体通过所述渗滤系统的实施例中的所述流体处理组件，其中，所述方法包括：(a)使进料流体以受控的进料流体流量通过所述流体处理组件的进料入口；(b)使渗滤流体以受控的渗滤流体流量通过与相应的单个渗滤流体进给入口流体连通的每个独立的渗滤流体导管，使得所述渗滤流体从所述进料流体洗出不期望的材料，其中，通过每个独立的渗滤流体导管的所述受控的渗滤流体流量是同时受控的；(c)使进料渗透液/渗滤流体渗透液流体通过每个公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口端口；(d)使滞留物流体从所述流体处理组件的滞留物出口经过，所述滞留物流体包括期望的生物分子和浓度比所述进料流体中不期望材料的浓度更低的不期望材料；和(e)使进料渗透液/渗滤流体渗透液流体从所述流体处理组件的渗透液出口经过。
通常，例如对于一些应用(其中至少2log(99％)的去除效率是所期望的)，进料流体泵提供的通过进料流体导管至流体处理组件的进料入口的受控的进料流体流量比由渗滤泵所提供的通过每个独立的渗滤流体导管的同时受控的渗滤流体流量低(例如，低至少约10％)。
本发明适用于间断渗滤(包括连续(sequential)稀释和体积减少)，并且更优选地适用于连续渗滤，其中，通过单点的控制来管控渗滤流体流量。另外地，虽然通常所进行的“连续渗滤”涉及将缓冲液连续添加到产物箱中且所关注的产物(例如，期望的蛋白质)在系统内循环，但是本发明的实施例可涵盖“完整的连续渗滤”，使得所关注的产物不在系统内循环；相反地，所关注的产物以单次通过操作模式进行连续处理。
流体可以以单次通过模式或连续通过模式以同向流和反向流的方向通过流体处理组件。
流体处理组件可以包括任何数量的流体处理模块(例如，“级”，诸如2、3、4、5、6、7或更多的级)，其中，独立的模块(级)包括一个或多个横流处理组件。流体处理组件(包括进料和/或渗透液通道)可以以任何流动形式(串行流动和/或并行流动)来设置，以提供所需长度的流体路径(例如，1个串联、2个串联等)。串联式渗滤是优选的。
优势包括以下任意优势中的一个或多个：减少的占地面积、减少的运动部件数、包括简化的操作要求的改进的处理集成、减少的工作体积和减少的滞留体积。
可以获得各种所需的去除效率，例如，约99％(2log)、约99.9％(3log)和约99.99％(4log)，或甚至更高的去除效率。然而，对于一些应用而言，较低的缓冲效率是合适的。
如上面所指出的那样，通常，进料流体泵提供的通过进料流体导管至流体处理组件的进料入口的受控进料流体流量低于由渗滤泵所提供的通过每个独立的渗滤流体导管的同时受控的渗滤流体流量低(即，通过每个通道的渗滤流体流量高于进料流体流量)。说明性地，在包括流体处理组件(其包括以同向流操作的6个级)的渗滤系统的一个实施例中，通过每个独立的渗滤流体导管的受控的渗滤流体流量高至少约13％，从而提供2log的去除效率；通过每个独立的渗滤流体导管的受控的渗滤流体流量高至少约50％，从而提供3log的去除效率；以及，通过每个独立的渗滤流体导管的受控的渗滤流体流量高至少约70％，从而提供4log的去除效率。
下面将更加详细地描述本发明的每个部件，其中，相同的部件具有相同的附图标记。
图1A示出了渗滤系统1000的一个说明性的实施例，该渗滤系统1000包括渗滤泵200，该渗滤泵200包括驱动器210(其优选地被微处理器控制)、多通道泵压头215′(其包括独立的通道215和215a)、215″(其包括独立的通道215b和215c)和215″′(其包括独立的通道215d和215e)(具有独立通道215和215a的泵压头215′在图1B中更加详细地示出)，其中，这些通道适用于接收诸如渗滤流体导管这样的导管，其中，该渗滤系统还包括流体处理组件500。通常，渗滤泵还包括显示屏220。
在图2A-2D和4A-4C中示出的说明性的流体处理组件500包括底部支撑板501、顶部支撑板502、底部歧管板510(例如，进料底部歧管板)和顶部歧管板520(例如，滞留物/渗透液顶部歧管板)，其中，底部歧管板和顶部歧管板包括一个或多个端口(例如，进料入口511、滞留物出口521和渗透液出口522)。在图4A和4B中示出的流体处理组件500中，底部歧管板510包括进料入口511(用于将进料溶液引入到过滤组件中)，并且顶部歧管板包括滞留物出口521(其使经过缓冲液交换的进料(例如，蛋白质)溶液通向收集容器)和渗透液出口522(其排出交换缓冲液)。
如例如图2A中所示，流体处理组件500包括两个或更多个流体处理模块530、(530a、530b、530c、530d、530e)。虽然一个流体处理模块可以包括单个横流处理组件，但是通常，例如如图2A中所示，一个独立的流体处理模块包括多个横流处理组件(550、550′、550a、550a′、550b、550b′、550c、550c′、550d、550d′、550e、550e′)和(如图3A和3B中具体所示的)渗滤分配板570(570a、570b、570c、570d、570e)，每个横流处理组件均包括至少一个超滤膜(膜在图2中示出，示出了位于单个横流处理组件中的膜560、560′、560″、560″′)，并且横流处理组件具有至少一个进料侧(有时称为进料通道或进料层)(其说明性地在图2B中示出，示出了进料通道561、561′)和至少一个相对的渗透液侧(有时称为渗透液通道或渗透液层)(其说明性地在图2B中示出，示出了渗透液通道562、562′、562″)，所述渗滤分配板包括渗滤流体进给入口571(571a、571b、571c、571d、571e)、与渗滤流体进给入口571以及与公共的进料/滞留物端口600(600a、600b、600c、600d、600e)流体连通的渗滤流体进给通道572(572a、572b、572c、572d、572e)、和至少一个(每个板中示出了2个)公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口端口700(700a、700b、700c、700d、700e)。
如果需要，渗滤板可包括公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口通道744(744a、744b、744c、744d、744e)和与公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口端口流体连通的公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液孔745(745a、745b、745c、745d、745e)。在一些应用中，这些孔中的一些孔或所有孔被封盖住，从而防止流体流动通过孔(使得流体流动通过公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口端口700，但是不通过公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口通道744或公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液孔745)。
图3A和3B还示出了渗滤板中公共的进料/滞留物端口和渗滤流体进给通道的不同构造，其用于将渗滤流体以不同的角度引入到进料/滞留物端口中。在一个实施例中，“泪滴形状”的端口600具有2种不同的内径(在板的一个表面处，601具有通向点603的更大的开口，该开口大于下方圆形端口中的开口602，使得在泪滴形状与圆孔之间存在唇部或肩部604)，并且可以例如通过为进料流体流和渗滤(缓冲液)流体流的混合提供更大的表面积来提供改进的结果。
通常，流体处理组件包括至少一个(更优选地，至少两个)垫片，其中，至少一个垫片具有3个孔，并且至少一个垫片具有2个孔。例如，图2A示出了处于第一级530和下部歧管板510之间的垫片510a、处于第六级530e和上部歧管板520之间的垫片520b以及处于渗滤板570和横流处理组件550之间的垫片510b，其中，每个垫片具有2个孔，并且图2A还示出了垫片515(515′、515a、515a′、515a″、515b、515b′、515b″、515c、515c′、515c″、515d、515d′、515d″、515e、515e′)，这些垫片每个具有3个孔，并且这3个孔位于除了第一个和最后一个横流处理组件(其中垫片510b和520a位于第一个和最后一个横流处理组件的一侧)以外的横流处理组件的任一侧。在图2A中所示的实施例的变体(未示出)中，横流处理组件530由第二歧管板510替代。
示出的渗滤系统1000包括多个独立的渗滤流体进给导管590′(590、590a、590b、590c、590d、590e)和渗滤流体进给入口，所述多个独立的渗滤流体进给导管与渗滤流体(例如，缓冲流体)源1570流体连通，其中，渗滤流体进给导管分别设置在多通道泵压头的独立通道中。因此，虽然各个渗滤流体进给导管可以与公共的渗滤流体源流体连通，但是每个渗滤流体进给导管仅与独立的横流处理组件的单个相应的渗滤流体进给入口连通，并且通过各个导管的流体流量受到控制。
流体处理组件可如现有技术中已知的那样进行组装。在图4A和4B中所示的例示性组件中，模块被堆叠。如果需要，流体处理组件可包括例如杆(例如，压缩杆和/或安装杆)、螺栓、螺母和垫圈，包括例如如美国专利US 7,918,999中以及美国专利申请公开US2008/0135499和US 2013/0118971中所公开的那些。在示出的实施例中，流体处理组件包括带螺纹的压缩杆1800(1800a、1800b、1800c)、带螺纹的安装杆1800′、1800a′(其中，安装杆仅仅穿过支撑板，并且压缩杆穿过支撑板、歧管板和渗滤板)、垫圈1801(1801a、1801b、1801c；1801′、1801a′)和带螺纹的螺母1802(1802a、1802b、1802c；1802′、1802a′)，其中，顶部支撑板和底部支撑板、顶部歧管板和底部歧管板以及渗滤分配板包括使杆能够穿过这些板的孔，使得模块可以被堆叠。通常，安装杆在堆叠和组装模块期间提供了对准支撑，并且压缩杆确保了施加所需的载荷和扭矩，以使流体处理组件能够工作。
其它的组件构造在现有技术中已知，例如，其包括例如如美国专利申请公开US2013/0118971中所公开的带式构造或不含保持器的构造。
通常，渗滤系统1000进一步包括进料流体泵1500、进料流体源1510、与进料入口511流体连通的至少一个进料流体导管1511、与滞留物出口521以及与收集容器1621流体连通的至少一个滞留物导管1521、与渗透液出口522以及与渗透液/废液容器1622流体连通的至少一个渗透液导管1522，通常，其中渗透液导管1522还与一个或多个公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口端口流体连通(例如，图2D示出了渗透液通过每个公共的渗透液端口(700、700a、700b、700c、700d、700e)并通过渗透液出口522而至渗透液导管1522))。
另外地或替代地，如果需要(例如，对于涉及反向流操作的一些应用)，渗滤系统可包括一个或多个渗滤流体渗透液导管，所述一个或多个渗滤流体渗透液导管与公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口通道744(744、744a、744b)、公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液孔(745、745a、745b(在图2D中孔示出为被封盖住))、以及渗透液/废液容器1622和/或渗滤渗透液容器流体连通(未示出导管和渗滤渗透液容器)。
渗滤系统还可包括，例如：一个或多个监测装置，所述一个或多个监测装置用于监测以下任意参数中的一个或多个：压力(例如，入口压力、出口压力和/或背压)、流量和电导率；和/或一个或多个阀，例如滞留物和/或渗透液节流阀(有时称为控制阀)，所述一个或多个阀例如用于调节以下任意参数中的一个或多个：进料与滞留物之间的流动比例，和/或调节背压。合适的流量计、压力传感器、电导率传感器和节流阀在现有技术中已知。
在一些实施例中，渗滤系统包括：流量计和压力传感器，所述流量计和压力传感器与每个与流体处理组件连通的入口流体流动路径相关联，并与离开流体处理组件的滞留流体流动路径相关联；以及电导率传感器和节流阀，所述电导率传感器和节流阀与离开流体处理组件的滞留物和渗透液流体流动路径相关联。通常，流量计和压力传感器与进料流体入口流体流动路径相关联，并且流量计和压力传感器与滞留流体流动路径相关联。
例如，图1C中所示的渗滤系统的实施例包括与进料导管1511相关联的流量计800′和压力传感器900′，以及与相应的渗滤流体进给导管590(590、590a、590b、590c、590d、590e)相关联的流量计800(800a、800b、800c、800d、800e)和压力传感器900(900a、900b、900c、900d、900e)，该渗滤系统还包括与滞留物导管1521相关联的流量计821和压力传感器921、与滞留物导管1521相关联的电导率传感器1021和节流阀1121、以及与渗透液导管1522相关联的电导率传感器1022和节流阀1122。在图1C中所示的渗滤系统的变体中，节流阀1122被流量计替代，并且渗滤系统不包括与相应的渗滤流体进给导管相关联的流量计和压力传感器。
各种渗滤流体和进料流体泵(优选为微处理器控制的驱动泵)以及多通道(例如，2、4、8、12和24个通道，或更多通道)泵压头(其包括但不限于可堆叠泵压头和卡式泵压头(cartridge pump head))适合于在本发明中使用，并且合适的泵和泵压头在商业上可获得(例如，来自Cole-Palmer Instrument Company(弗农希尔斯，伊利诺伊州)以MASTERFLEX和ISMATEC为名的产品等)。通常，泵具有多个辊(例如，2、3、4或更多个辊)。优选地，渗滤泵(以及针对一些应用的进料泵)提供调节的流量，并且如果需要提供调节的分配体积。在一些实施例中，多通道泵压头与泵成一体。在具有多个泵压头的一些实施例中，多通道泵压头可以与另外的泵压头一起使用，所述另外的泵压头可为多通道的和/或单通道的。
本发明的实施例可采用各种管尺寸和/或管材料，并且合适的尺寸和材料为本领域技术人员所知。
渗滤分配板可由现有技术中已知的各种材料形成，这些材料包括例如诸如聚丙烯这样的聚合物材料。
用于横流处理组件(其包括处于进料侧(进料通道)与渗透液侧(渗透液通道)之间的UF膜)的各种设置适合于在本发明中使用。通常，进料通道和渗透液通道包括间隔材料和/或穿孔材料(例如，滤网或网状织物)。滤网(screen)或网状织物(mesh)可具有任何合适尺寸的开口，例如，细小尺寸、中等尺寸或大尺寸的开口。
横流处理组件可具有任何数量的膜、进料通道和渗透液通道，包括例如美国专利US 8,980,088中所公开的那些。图2B示出了包括4个UF膜(560、560′、560″、560″′)的一个示例性的横流处理组件550，其中，每个膜设置在渗透液通道(562、562′、562″)和进料通道(561、561′)之间。如果需要，横流处理组件的部件可以被组合以提供横流处理子组件，例如，其中渗透液通道和膜被组合而形成渗透通道/膜子组件。例如，图2C分别示出了顶部渗透液通道/膜子组件550-1、中间渗透液通道/膜子组件550-2和底部渗透液通道/膜子组件550-3，并且一进料通道设置在顶部子组件和中间子组件之间，并且另一进料通道设置在中间子组件和底部子组件之间。图2C示出了与不同的横流处理部件相关联的不同的密封件，其被示出为进料通道密封件561a′、561a″、561′a′、561′a″以及渗透液通道密封件562a′、562a″。
根据本发明的一个实施例，UF膜可由任意的各种材料形成，包括在现有技术中已知的那些材料，其包括例如天然或合成的聚合物(包括，例如再生纤维素、聚醚砜等)。膜可以被支撑或不被支撑。
膜可具有任何合适的孔结构，例如，宽范围的分子截止量(例如，10kDa、30kDa等)或去除率。合适的膜包括现有技术中已知的那些膜。
此外，膜可具有(或可被改变以具有)任意的各种流体处理特性。例如，膜可具有正电荷、负电荷或中性电荷；膜可为疏液的或亲液的(包括疏水的或亲水的，或者疏脂的或亲脂的)；和/或膜可具有诸如配合基或任何其它活性成分这样的附接官能团，所述附接官能团可化学地结合至流体中的物质。膜可由起到以任意的各种方式对流体进行进一步处理作用的各种材料形成、浸渍有这些材料或者包含这些材料。这些功能材料可包括，例如，可以化学地和/或物理地结合、反应、催化、递送或以其它方式影响流体中物质或流体本身的所有类型的吸附剂、离子交换树脂、层析介质、酶、反应物或催化剂。
膜可具有任何所需要的临界湿表面张力(CWST，如例如美国专利US 4,925,572中所定义的那样)。CWST可以如现有技术中已知的那样进行选择，例如，如例如美国专利US 5,152,905、US 5,443,743、US 5,472,621和US 6,074,869中另外公开的那样。
均以同向流的方式操作(图2D和4C示出了在以同向流的方式操作时通过组件的流体流动通路)的这些示例进一步对本发明进行了说明，但是当然这些示例绝不应被认为是限制本发明的范围。
这些示例表明，通过单点的控制，通过流体处理组件的流量分布大体上是均匀的和可管控的，与此同时提供了所需水平的去除效率。
示例1
这个示例展示了：根据本发明的实施例，在(每个通道中的)渗滤流体流量受控的情况下，从具有两种不同的进料流体流量(10mL/min和20mL/min)的进料流实现杂质的99％(2-log；NDV＝7)去除。
渗滤系统设置成包括大体上如图4(A和B)中所示的流体处理组件的，其中，渗滤泵和渗滤系统设置成大体上如图1A和1C中所示，包括MASTERFLEX L/S精密可变速度泵驱动器(型号：EW-07528-30)，以及三个MASTERFLEX L/S多通道泵压头(型号：07536-002)和MASTERFLEX L/S高性能精密2止动件型管组(L/S 15，06421-15)(Cole-Palmer InstrumentCompany，弗农希尔斯，伊利诺伊州)。
流体处理组件具有6个级，每个级具有2个串联的横流处理组件，每个横流处理组件均包括Delta再生纤维素UF膜，每个膜具有30kDA的截止量(cutoff)和186cm2的表面积(用于流体处理组件的总的膜面积为2232cm2)。
进料溶液是在0.025M的醋酸钠加0.5M的氯化钠(NaCl)中的10g/L的多克隆牛IgG(电导率47mS/cm)。渗滤(DF)溶液(缓冲溶液)为0.025M的醋酸钠加0.05M的NaCl(电导率6.7mS/cm)。
在进料流体流量为10mL/min时，每个通道中的渗滤流体流量为约11.7mL/min，并且在进料流体流量为20mL/min时，每个通道中的渗滤流体流量为约23.3mL/min。
通过采用滞留物节流，维持进料流量和滞留物流量之间约1:1的比例。
结果如下：
对于10mL/min的流体流量，每个DF级的流量分布保持大体上均匀，在10mL/min左右。对于DF级1-3，压力分布保持大体上均匀，在12psig左右，对于DF级4-6，朝向滞留物出口，压力从约9psig下降至4psig。
对于20mL/min的流体流量，每个DF级的流量分布保持大体上均匀，在18-20mL/min左右。对于DF级1-3，压力分布保持大体上均匀，在28psig左右，对于DF级4-6，朝向滞留物出口，压力从约25psig下降至约9psig。
示例2
该示例展示了：根据本发明的实施例，在(每个通道中的)渗滤流体流量受控的情况下，从具有两种不同的进料流体流量(5mL/min和10mL/min)的进料流实现杂质的99.9％(3-log；NDV＝13)去除。
渗滤系统、流体处理组件以及进料溶液和DF溶液如示例1中所描述的那样。
在进料流体流量为5mL/min时，每个通道中的渗滤流体流量为约10.8mL/min，并且在进料流体流量为10mL/min时，每个通道中的渗滤流体流量为约22.7mL/min。
通过采用滞留物节流，维持进料流量和滞留物流量之间约1:1的比例。
结果如下：
对于5mL/min的进料流体流量，对于DF级1-6，每个DF级的流量分布保持大体上均匀，在10mL/min左右。DF级1和2的压力分别为15psig和17psig，对于DF级3-5，压力分布保持大体上均匀，在20psig左右，并且对于DF级6，压力下降至约15psig。
对于10mL/min的进料流体流量，DF级2-4中的每个DF级的流量分布的范围是约11-9mL/min，并且DF级5和6中的每个DF级的流量分布的范围是约7psig。压力分布从DF级1的约34psig变化至DF级6的约25psig(朝向滞留物出口，每级下降约1至2psig)。
特别地，对于5mL/min的进料流量而言，为了实现99.9％的目标去除效率，压力和流量二者的管控相对容易和均匀。
示例3
该示例展示了：根据本发明的一个实施例，在(每个通道中的)渗滤流体流量被控制为约18.3mL/min的情况下，从具有5mL/min流体流量的进料流实现杂质的99.99％(4-log；NDV＝22)去除。
渗滤系统、流体处理组件以及进料溶液和DF溶液如示例1中所描述的那样。
通过采用滞留物节流，维持进料流量和滞留物流量之间约1:1的比例。
结果如下：
对于DF级1-6，每个DF级的流量分布保持在约8-12mL/min的范围中。压力分布从DF级1的约34psig变化至DF级6的约26psig(朝向滞留物出口，每级下降约1至2psig)。
示例4
该示例展示了：根据本发明的实施例，在(每个通道中的)渗滤流体流量受控的情况下，从具有10mL/min进料流体流量的进料流实现杂质的99.0％(2-log；NDV＝7)去除，以及从具有6mL/min进料流体流量的进料流实现杂质的99.9％(3-log；NDV＝13)去除。
渗滤系统设置成包括大体上如示例1中所描述的流体处理组件。
流体处理组件具有6个级，每个级具有3个串联的横流处理组件，每个横流处理组件包括Delta再生纤维素UF膜，每个膜具有30kDA的截止量和186cm2的表面积。
进料溶液是处于0.025M的醋酸钠加0.5M的氯化钠(NaCl)中的60g/L的多克隆牛IgG(电导率47mS/cm)。渗滤(DF)溶液(缓冲溶液)为0.025M的醋酸钠加0.05M的NaCl(电导率6.7mS/cm)。
在进料流体流量为10mL/min时，每个通道中的渗滤流体流量为约11.7mL/min，并且在进料流体流量为6mL/min时，每个通道中的渗滤流体流量为约13mL/min。
通过采用滞留物节流，维持进料流量和滞留物流量之间约1:1的比例。
结果如下：
对于10mL/min的进料流体流量，DF级1的流量为约6mL/min，DF级2的流量为约7mL/min，对于DF级3-6，流量保持均匀，在10mL/min左右。DF级1-6的压力分别为33psig、31psig、28psig、16psig、11psig和8psig。
对于6mL/min的进料流体流量，DF级1的流量为4mL/min，DF级2的流量为约8mL/min，对于DF级3-5，流量保持均匀，在10mL/min左右，并且DF级6的流量为约12mL/min。DF级1-6的压力分别为29psig、28psig、24psig、15psig、10psig和8psig。
对于不同的目标去除效率和进料流量，压力和流量二者的管控均是成功的和稳健的。
示例5
该示例示出了利用渗滤标记物来进行测试，以更好地量化目标百分比去除效率。
流体处理组件如示例4中所描述的那样。
进料溶液是具有作为代表性小分子的葡萄糖的60g/L的多克隆牛(polyclonalbovine)IgG。进料溶液是处于0.025M的醋酸钠加0.05M的NaCl加50g/L的葡萄糖中的60g/L的IgG(电导率6.7mS/cm)。DF溶液(缓冲溶液)为0.025M的醋酸钠加0.05M的NaCl(电导率6.7mS/cm)。
结果如下：在(每个通道中的)渗滤流体流量受控的情况下，以5mL/min的进料流体流量实现了作为小分子杂质的葡萄糖分子的99.9％(3-log；NDV＝13)去除。葡萄糖的检测极限为0.03g/L。
本文所引用的所有参考文献(包括公开、专利申请和专利)通过参考而被包含在本文中，就像每篇参考文献单独地且具体地通过参考而被包含且其全文列于本文中一样。
在描述本发明的内容中(尤其是在以下权利要求的内容中)术语“一”和“一个”和“该/所述”和“至少一个”以及类似表达的使用被认为是覆盖单数和复数形式，除非文中另外指出或者明显与内容相矛盾。被一系列的一个或多个条目跟随的术语“至少一个”的使用(例如，“A和B中至少一个”)被认为是意味从所列出条目选择的一个条目(A或B)或者两个或更多个所列出条目的任意组合(A和B)，除非文中另外指出或者明显与内容相矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”被认为是开放性的术语(即，意思是“包括但不限于”)，除非另外指出。本文中数值范围的描述仅仅是用作单独参考落在范围内的每个单独的值的简化方法，除非文中另外指出，并且每个单独的值被包含到说明书中，就像其在本文中被单独引用一样。本文中所描述的所有方法可以以任何合适的顺序进行，除非文中另外指出或者明显与内容相矛盾。本文中所提供的任何和所有示例或示例性语言(如“例如”)的使用仅仅是为了更好地阐明本发明，并且没有对本发明的范围作出限制，除非另外要求。说明书中的语言不应当被认为是表明任何未要求的元件对本发明的实践是必要的。
本发明的优选实施例在本文中进行了描述，包括发明人所知的实施本发明的最佳模式。在阅读了以上描述的情况下，这些优选实施例的变体对于本领域技术人员将变得显而易见。发明人预计本领域技术人员能够适当地实施这些变体，并且发明人希望本发明被实践成与本文中所具体描述的不同。因此，如适用的法律允许，本发明包括在此所附的权利要求中所述及的主题的所有变型和等同形式。此外，本发明的所有可能变体中对上述元件的任意组合均被本发明涵盖，除非文中另外指出或另外明显与内容相矛盾。

Claims (7)

1.一种渗滤系统，其特征在于，所述渗滤系统包括：
(a)包括两个或更多个流体处理模块的流体处理组件，所述流体处理组件包括进料入口、渗透液出口和滞留物出口；
(i)每个流体处理模块包括横流处理组件和渗滤流体分配板，所述横流处理组件包括至少一个超滤膜，并且具有至少一个进料侧和至少一个相对的渗透液侧，所述渗滤流体分配板包括渗滤流体进给入口和公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口端口；
(b)两个或更多个独立的渗滤流体导管，每个独立的渗滤流体导管与相应的单个渗滤流体进给入口流体连通；和，
(c)渗滤流体泵，所述渗滤流体泵包括至少第一多通道泵压头，所述第一多通道泵压头具有至少两个通道，所述至少两个通道包括用于与相应的单个渗滤流体进给入口流体连通的独立的渗滤流体导管的独立通道，其中，所述渗滤流体泵提供通过每个独立的渗滤流体导管至相应的单个渗滤流体进给入口的同时受控的渗滤流体流量。
2.如权利要求1所述的渗滤系统，所述渗滤系统包括至少一个另外的通道泵压头，所述另外的通道泵压头具有用于与单个渗滤流体进给入口流体连通的独立的渗滤流体导管的独立通道，其中，所述渗滤流体泵经由所述第一多通道泵压头和所述另外的通道泵压头提供通过每个独立的渗滤流体导管至相应的单个渗滤流体进给入口的同时受控的渗滤流体流量。
3.如权利要求1或2所述的渗滤系统，所述渗滤系统包括至少一个另外的多通道泵压头，所述另外的多通道泵压头具有至少两个通道，所述另外的多通道泵压头的至少两个通道包括用于与单个渗滤流体进给入口流体连通的独立的渗滤流体导管的独立通道，其中，所述渗滤流体泵经由所述第一多通道泵压头和所述另外的多通道泵压头提供通过每个独立的渗滤流体导管至相应的单个渗滤流体进给入口的同时受控的渗滤流体流量。
4.如权利要求1-3中任一项所述的渗滤系统，所述渗滤系统还包括进料流体泵和进料流体导管，其中，所述进料流体导管与所述流体处理组件的进料入口流体连通，其中，所述进料流体泵提供通过所述进料流体导管至所述流体处理组件的进料入口的受控的进料流体流量。
5.如权利要求1-5中任一项所述的渗滤系统，所述渗滤系统包括滞留物节流阀，所述滞留物节流阀设置成使所述渗滤系统能够维持进料流量与滞留物流量的所需比例。
6.一种渗滤方法，其特征在于，所述方法包括使包含不期望的材料和期望的生物分子的进料流体、和适用于从所述进料流体洗出不期望的材料的渗滤流体通过如权利要求1-5中任一项所述的渗滤系统中的所述流体处理组件，其中，所述方法包括：
(a)使进料流体以受控的进料流体流量通过所述流体处理组件的进料入口；
(b)使渗滤流体以受控的渗滤流体流量通过与相应的单个渗滤流体进给入口流体连通的每个独立的渗滤流体导管，使得所述渗滤流体从所述进料流体洗出不期望的材料，其中，通过每个独立的渗滤流体导管的所述受控的渗滤流体流量是同时受控的；
(c)使进料渗透液/渗滤流体渗透液流体通过每个公共的进料渗透液/渗滤流体渗透液出口端口；
(d)使滞留物流体从所述流体处理组件的滞留物出口经过，所述滞留物流体包括期望的生物分子和浓度比所述进料流体中的不期望材料的浓度更低的不期望材料；和，
(e)使进料渗透液/渗滤流体渗透液流体从所述流体处理组件的渗透液出口经过。
7.如权利要求6所述的方法，所述方法包括使进料流体以受控流量通过所述进料入口，所述受控流量比通过每个独立的渗滤流体导管的同时受控的渗滤流体流量低至少约10％。
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