CN101678244A - 用于连续膜吸附的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的方法和系统用于提供生物制药产品，并涉及色谱分离工艺过程。该方法包括：提供多个膜吸附器筒；提供多个阀，相通地连接至所述多个膜吸附器筒；并切换该阀，使得所述膜吸附器筒互相连接而在逆流流动模式下工作。该系统包含多个相互连接的膜吸附器筒，并被构造成以逆流流动模式进行工作。而且，这种结构包含一组阀组件，其能够通过自动切换这些阀而使这些膜吸附器筒在该工艺过程中经历不同步骤。按照这种方式，这些膜吸附器筒在批料纯化期间进行多次再循环。

Description

用于连续膜吸附的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于色谱分离的方法和装置。具体而言，本发明涉及一种适用于生物制药产品的纯化的膜吸附系统。

背景技术

生物制药产品的生产一般涉及细菌、酵母、动物、植物和/或转基因细胞的培养过程。发酵或培养过程产生在溶液中含有生物质、所需产物和许多其它组分的培养液。在其它组分中，人们会发现污染物和与产物相关的杂质。例如，这些组分可以包括培养基组分(抗生素、葡萄糖、氨基酸)、病毒、内毒素、DNA、聚集体和宿主细胞蛋白。

为了生产具有所要求的安全性和效能要求的生物制药产品，一般需要利用多个纯化步骤来除去污染物和产物相关杂质。对于色谱工艺过程，可以分为两种工作模式：

-流通：处理溶液穿过色谱床，同时一种或多种污染物结合于树脂。其中溶解有所关心产品的处理溶液流动通过色谱床并且被收集，其中的污染物显著降低；

-结合&洗脱：将所关心的产品优先结合于树脂，而其中溶解有大部分污染物的处理溶液流动通过色谱床。然后所关心的产品在随后的阶段中被洗脱并且以较高的纯度进行收集。

膜吸附器的优点在流通工作方式中得到了成功展现。然而，对于结合&洗脱型色谱，膜吸附器的本质表现出了几个显著的缺点，尤其是其低体积容量：每单位体积的膜材料能够结合到膜吸附器的产物的量。因此，人们期望能够提供一种使用膜吸附器而同时改进所关心产物的产率的方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种涉及色谱分离过程的生产生物制药产品的方法，该方法包括：提供多个膜吸附器筒；提供多个阀，连通地连接于所述多个膜吸附器筒；以及切换(或开合)该阀，以使得所述膜吸附器筒互相连接而以逆流模式工作。

根据本发明的另一个方面，所提供的色谱系统包括：多个膜吸附器筒；阀组件，连通地连接于该多个膜吸附器筒；以及处理器，设置用于控制所述阀的切换(或开合)，其中这些膜吸附器筒是互相连接的并且被构造成以逆流模式工作。

通过采用与本文中所描述的系统相结合的膜吸附器，采用这些膜吸附器的工艺方法的经济性对于填充床而言变得更具竞争力，甚至在膜吸附器被设计成一次性使用(即，可抛弃的)时也是如此。

具体实施方式

对于结合&洗脱和流通操作两种工作方式，填充床色谱是常用的实践操作。然而，填充床色谱具有几个主要缺点。最明显的缺点就是填充床色谱不能承受非常高的线性流速。在许多情况下，连续色谱法的通过量都受限于填充床的液压容量，而不受工艺过程动力学或结合容量的限制。

因此，柱直径由工艺方法的体积通过量决定。对于大规模单克隆抗体的生产工艺方法，已经报道了直径高达2米的柱。填充如此大直径的柱所需的树脂体积可能高达几百升，这远远高于流通模式中捕获溶液中所有痕量物质的树脂量。

为此，膜吸附器越来越多地被用于流通色谱。其中，Roper和Lightfoot(Journal of Chromatography A(1995)702，pp.3-26)，C.Boi等(J.Of Chrom.A.(2007)，doi：10.1016/j.chroma.2007.02.008)和Charcosset(Biotechnology Advances，24(2006)pp.482-492)描述了膜吸附器的基本性质。膜吸附器与标准流过滤膜系统基本上相同，其中膜材料用配体进行了功能化。这就使得膜吸附器能够结合流过膜的溶液中的组分。因此，膜吸附器基本上结合了色谱床的功能和标准流过滤膜的流体力学特性。

现在，大多数膜吸附器被设计成一次性使用(即，可抛弃的形式)。这意味着整个筒被设计成用于仅能处理单一一批物料。处理溶液的批料处理完后，该筒就停止工作并被处理掉。对于流通工作模式，其具有的优点在于并不需要为了再利用而冲洗和再生该膜吸附器。这种方法也产生了采用膜吸附器代替填充床色谱用于流通工作模式的几个其他优点。最重要的优点是成本开支降低，并消除了确认工作和成本(例如，Gottschalk et al.，Bioprocess International，2004年5月，pp.56-65)。

流通工艺方法的实例如下。为了除去痕量的污染物，流通色谱是经常采用的。在单克隆抗体生产中污染物的实例是DNA、病毒和内毒素。许多这些污染物在中性pH条件下是带负电的，而单克隆抗体产物基本上呈电中性。这就使得污染物能够结合于阴离子交换树脂如Q Sepharose FF(来自GE Healthcare)或等效的产品。根据这种方法，含有单克隆抗体和痕量污染物的溶液就流过用阴离子交换树脂填充的色谱柱。单克隆抗体产品不会结合于树脂而是随着处理溶液一起流过该柱。柱中的树脂结合了某些类型痕量污染物从而将其从含有单克隆抗体产物的处理溶液中除去。

在流通色谱中，膜吸附器典型地应用于产物溶液的“精制”，其中处理溶液中的痕量污染物和产物相关杂质的量可降低到非常低的水平。在这种情况下，膜吸附器的体积结合容量足以捕获这样的痕量污染物和产物相关杂质。而相对较高的死体积相对来说也不那么重要，因为在这样的精制操作中，在产物收集之前并不需要对膜吸附器进行冲洗和洗脱。

结合&洗脱方法在单克隆抗体的纯化中的实例以蛋白A色谱中的捕获方法为代表。培养过程的澄清上清液含有溶解的单克隆抗体，其一般占溶解物的1％～30％。溶液流过蛋白A色谱床而单克隆抗体结合于色谱介质上的蛋白A配体。处理溶液流过色谱床使得色谱柱基本上不含有单克隆抗体。当色谱柱被单克隆抗体饱和后，对柱子进行冲洗以除去任何非特异性结合的物质，并在不同工艺条件(一般是较低的pH)下洗脱。在这些洗脱条件下，单克隆抗体从蛋白A介质中释放出来而能够在柱子出口处收集。一般而言，这种结合&洗脱方法能够产生仅含有痕量的污染物和与产物相关的杂质的高纯度产物。

在过去十年中，随着已经实现的在培养过程中单克隆抗体表达水平的提高(例如，Wurm，Nature Biotechnology，(2004)vol.22，nr.11，pp 1393-1398)，在很多情况下，用于结合&洗脱色谱的膜吸附器的应用在经济和技术上都是不可行的。膜吸附器具有以下缺点：

-膜吸附器含有相对较小体积的膜材料。即使是非常大的膜筒，也能够处理非常高的流速，但是其几乎不能包含如填充床所含的色谱介质一样多的膜材料；

-筒中的死体积相对较高：即使仔细设计当前的膜吸附器以使其具有最小停滞体积，筒中的死体积相对于膜材料的体积而言仍然不可避免地相对较大。结合&洗脱方式需要在能够产物收集之前对膜吸附器进行冲洗和洗脱。死体积则会导致效能降低，由此使得缓冲液的消耗显著增加而产物浓度则降低。

根据本发明的一个方面，所提供的方法和结构含有多个互相连接的膜吸附器筒并被构造成逆流流动模式工作。而且，这种结构包含一个阀组件，以使得该膜吸附器筒可通过自动切换(或开合)这些阀而在工艺过程中经历不同步骤。这样，在一批物料的纯化期间膜吸附器筒就能够循环利用多次。这样的结构减少了死体积相对较大的缺点，同时提供了高线性流速和低背压的优点。另外，与填充床色谱法相比，省去填充这种填充床柱的冗长准备过程是非常重要的，因为连续色谱系统通常需要多个在一定范围内可再生地填充的床。

参见图1，图1示意性地示出了循环式工艺过程100如何获得所感兴趣的生物制药产品。在第一结合操作110中，在至少一个膜吸附器筒中具有处理流体。处理流体通常含有所关心的组分，尤其是生物制药产物或其前体，而在吸附器筒31中的膜吸附器(如实施例图12～图16所示)具有使所关心组分结合于膜吸附器的功能。

例如，作为一个实例，对于重组蛋白产物的纯化，通过采用亲和色谱、离子交换色谱和/或混合模式的色谱结合和洗脱所关心的产品而使膜具有吸附器功能，其本身在本领域内就是众所周知的。

在另一实例中，例如，对于DNA或病毒载体的纯化，通过利用亲和色谱、离子交换或混合模式配体(ligand)而使所述膜吸附器筒具有吸收器功能。

在还有的另一实例中，例如，对于单克隆抗体的纯化，通过采用蛋白A色谱、阳离子交换和/或混合模式配体而使膜吸附器筒具有吸附器功能。

在结合操作110之后，吸附器筒通过第一切换操作120而切换到另一流体流。该第一切换操作120包括开合阀组件中的至少一个阀而启动洗脱操作130。

洗脱操作130能够包含许多前处理步骤和后处理步骤；其至少包含提供洗脱流体流从至少一个膜吸附器洗脱所关心的产品的步骤。因此，在洗脱操作130期间。所关心的产品从该至少一个膜吸附器洗脱并进一步按惯常的方式收获。

为了控制阀的切换操作120、140而设置了处理器1300(参见图13)。该处理器1300通过定时启动多个阀，优选以图5～图16中进一步所示的形式，基本控制流体流及其方向。具体而言，处理器1300负责处理结合操作110中的处理流体流以及在操作130中按照逆流流动模式的洗脱流体流。

连续逆流方法公开于WO 2004/024284中。所涉及的每一种不同流体都连接到系统的一个进口。阀按照使膜吸附器筒随后经过结合、冲洗、洗脱、再生和平衡的方式来控制以构成工艺方法循环中所涉及的许多步骤。由于多个膜吸附器筒能够串联连接，因此这些步骤中的一个或多个能够按照基本逆流模式实施。通过切换，该筒的模拟传输以与处理流体流动方向相反的方向提供。这使得该工艺方法能够更有效地进行，而可以显著节省化学药品、溶剂和水。洗脱操作130之后，第二切换操作140的实施包括切换(或开合)阀组件中的至少一个阀并按照循环(迭代，iterative)的方式重复所述结合操作110，直至达到预定的停止标准，其可以是时间周期或特定产品或在生物制药产物收获工艺过程100期间所使用的流体的浓度标准。

在优选模式下，图2示出了结合操作110也能包含多个前处理步骤和后处理步骤，即，其可以包括许多相关的操作，尤其是作为预处理操作的再生操作111，也就是在向膜吸附器筒提供处理流体以结合所关心的组分之前实施的操作，该操作包括在所述至少一个吸附器筒中向膜吸附器提供至少一种再生流体。在再生操作111之后，实施第三切换操作112，包括切换阀组件中的至少一个阀从而在步骤113中开始提供用于结合所关心的组分的处理流体。

典型地，该再生流体具有在结合所关心组分之前净化、消毒和/或剥离和/或平衡膜吸附器的功能，由此在该循环工艺过程中并不消耗膜吸附器，从而能够尽可能久地重复利用。

而且，参照图3，洗脱操作130可以进一步包含多个前处理步骤和后处理步骤，具体而言，优选包括冲洗操作131。冲洗操作131典型地包括在所述膜吸附器筒中提供缓冲液从而用所述缓冲流体来置换所述至少一个膜中的死体积，并代替吸附器筒中的处理流体。冲洗操作131之后，实施第四切换操作132，包括切换阀组件的至少一个阀而开始提供步骤133中的所述洗脱流体流。

图4中示出了图1中描述的实施例工艺流程的可替代实施方式。在该工艺流程400中，纯化工艺过程可以重复实施以获得纯净的所关心的生物制药产品。该工艺过程步骤类似于图1的实施方式，然而，在第一结合操作410中，不是如图1中所描述的工艺过程结合所关心的产品，而是将处理流体提供到膜吸附器筒，该膜吸附器筒具有将污染物组结合于所述膜吸附器筒中的膜吸附器的功能。在结合操作之后，通常是在预定时间之后或临界工艺参数达到某值时，实施切换操作420，包括切换阀组件中的至少一个阀而启动再生操作430。该再生操作包括在结合操作之前在所述至少一个吸附器筒中向膜吸附器提供至少一种再生流体。按照这种方式，膜吸附器获得最佳的再生；以使膜能够长时间使用而不损耗。典型地，该再生流体具有解吸功能从而在逆流接触模式下使污染物从所述至少一个膜吸附器上解吸。按照这种方式，就以最有效和最快的方式从膜中提取出污染物。而且，优选该再生流体可以具有在结合所关心的组分之前清洗和/或剥离和/或平衡膜吸附器的功能。

另外，结合操作410和再生操作430每一个都可以包含多个前处理步骤和后处理步骤，例如，通过在许多后续阀切换操作(未显示)中可通过向吸附器提供的多种流体而提供功能。

作为一个实例，该工艺过程400能够用于单克隆抗体、重组蛋白、病毒载体或DNA产品的精制。

在本发明另一方面，这种阀盒是一种包含集流管(manifold)的用于色谱分离的装置，该集流管含有多个用于连接一个或多个色谱分离筒和/或进料或提取管的连接器，其中在至少两个分别形成进口和出口的连接器之间提供至少一个中心导管。该中心导管含有可关闭的导管阀。另外，提供了从中心导管分支到分支连接器的多个分支导管，该分支导管包含可关闭的分支阀。至少一个分支导管位于进口和中心导管阀之间，且至少一个分支导管位于出口和中心导管阀之间。

根据本发明另一方面，该系统包含一个或多个吸附器筒，其中至少一个吸附器筒在进口和出口处连接于阀控集流管(valvemanifold)。而且，该系统可以包含多个进口和出口。系统进口可以连接到能够将所涉及的任何流体传输到色谱工艺过程中的泵。可替代地，系统出口能够连接到纯化过程中的随后步骤的进口，如膜单元或另一色谱步骤。为了方便起见，可以将附加的监测器连接到系统的进口和出口，以监控相关工艺条件，包括(但不限于)压力、传导性、pH或UV吸收率或其它临界工艺参数。

尽管能够以各种方式来解释阀组件，但是在一方面，根据本发明的阀组件优选含有两个或三个如图6所示和进一步在图7～图10中详细描述的独立结构部件。这种阀的安排具有构建简单和成本有效性的优点，适用于单一用途的目的。另外，阀的安排中的死体积非常小，通常为几毫升，或至多为筒体积的2％，取决于构造，有效地提供零死体积。在这样的安排中，优选采用零死角阀(zero-dead-leg valve)。

在这样的实施方式(参见图5)中，集流管1包含可连接到筒的出口(参见例如图12中描述的设计结构)和筒的进口的中心导管2。分支导管3可连接到系统进口和出口，如进料流和提取流。另外，取决于系统的构造，分支导管3可以结合于筒的进口和出口。一般而言，中心导管2提供由连接器4串联和/或并联结合的随后的筒之间的有效流动连接，而使集流管1中的流动阻力(flowimpedance)最小化，尤其是筒之间的主流的流动阻力。优选的，系统进口和出口(未示出)连接到与中心导管2连接的分支导管3。在所示的实施方式中，集流管1能够结合于膜吸附器筒。按照这样的安排，分支连接器5构成系统提取出口，其被中心导管2中的中心阀6与构成物料进口的分支连接器7分开。另外，分支导管阀8将分支导管3与中心导管2分开。典型地，连接器可以是任何类型，优选是卫生型的，如本领域中的三通连接器(tri-clover connector)。尽管示意图描述了作为突出元件的连接器，可替代地这种连接器能够是阴阳型(male-female type)的连接器。然而作为另一替代方式，这种连接器可以是垫片型(gasket type)的连接器。

对于中心阀和分支导管阀，优选的阀类型是如图10中的示例性实施方式所示的隔膜阀。这种类型的阀结构简单，具有优化设计的湿表面，从而使之优选用于对卫生组件要求非常高的生物制药产品的色谱工艺过程。在这方面，术语“优化设计”是指使从卫生要求的角度看很难处理的死角和复杂结构的条件最小化。然而，本发明并不仅限于这种阀，而是能够采用具有类似卫生特性的其它阀。

作为一个实例，阀控集流管1及其部件的典型布置如图6～图10所示。能够想出许多可满足相同条件的可替代结构和设计是很明显的。本文中包含的附图仅仅是举例说明之用。本发明并不限于本文中所示出的设计。

在本发明的一个方面中，如图6所示，集流管1由导管布管部件9和用于关闭该导管布管部件9且用于形成隔膜阀的隔膜10形成，并且包含用于安装相应数目的致动器11的安装座(mounting)。

如随后的图7～图9中所示，导管布管部件9包含结合于基础部件13(图9)和外壳部件14(图7)之间的中心部件12(如图8所示)；中心部件12的一侧对应于分支导管结构15；而中心部件12的另一侧对应于中心导管结构16，中心部件12包含通孔17而与外壳部件14中的通孔17相对应；该外壳部件14结合于用于关闭通孔17而形成中心导管结构16和分支导管结构15之间的隔膜阀8的隔膜10。在图中，为了清楚起见，仅仅标识有限数量的元件，而对应的元件并没有单个进行注明。

具体而言，图7和图8从左至右示出了俯视图(A)、仰视图(B)、侧视图(C)和分别从俯视图A和仰视图B中所示的截面I-I和II-II的截面图D和E。图9从左至右显示了俯视图(A)、仰视图(B)和侧视图(C)。

在图7和图8中可见，中心导管结构16由经由通孔17连接的导管18和19以及中心导管阀6构成。

另外，外壳部件14也可以含有这些阀的隔膜10。可替代地，隔膜10能够由单独的结构部件提供。隔膜10包括柔性隔膜20(参见图10)，其能够关闭或打开系统进口或出口与在集流管1的该部件处的筒的进口或出口之间的连接。

在所述实例中，外壳部件14可以设计成承载能够挤压或释放抵靠所述导管布管部件9的膜的致动器11，从而打开或关闭隔膜阀8。这些致动器11可以是任何类型。常用的致动器由电磁力或气动压力操纵。

图10更加详细地示出了根据本发明的阀隔膜6和/或8的结构。在图10A中，示出了阀的打开位置，在图10B中，示出了阀的关闭位置。此处，示出了外壳部件14具有与分支导管(未示出)和中心导管(未示出)流体连通的通孔。通孔17在由柔性隔膜20覆盖的袋型容器21上形成。通过挤压袋型容器21中的隔膜20，通过该通孔的流动就停止从而关闭阀8。

如果所述第一部件并不包含能够关闭或打开系统进口或出口与在集流管1的该部件处的筒的进口或出口之间的隔膜，则该集流管1可以包含第三部件，该第三部件包含或带有隔膜20。

组装在一起之后，两个或三个部件(基础部件13、中心部件12、外壳部件14)利用多个隔膜阀8组合到一个集流管1。每一个隔膜阀8可以有它们自己的致动器11并且每一个可以单独控制。

只有阀控集流管中的润湿部分为导管布管部件9和-如果适用的话-隔膜10，也就是隔膜阀8的隔膜20。阀控集流管的这些部分优选设计成一次性使用的或专用的。

在本发明一个方面，每一集流管1′的系统进口和系统出口实际上如图11中示意性示出的那样通过集流管。也就是，优选至少一个分支导管3包含另一分支22以形成至少两个分支连接器23之间的分支导管3′，该分支导管3′与中心导管2流体连通并且是可关闭的。这使得不需使用独立的分配器就可以将集流管彼此连接。每一个系统进口和出口都连接到串联集流管的一端，而串联集流管的另一端可由阀关闭或可以永久地封闭。两个后续的集流管之间的这种连接能够通过不同进口和出口之间的卫生连接器完成，例如通过三通连接来完成。在那种情况下，每一系统进口和出口在两个相邻集流管之间都需要一个夹钳(clamp)。

可替代地，垫片的袋型容器可在集流管侧面上模铸而成，这样，这些垫片就能够确保相邻集流管之间无泄漏紧密连接。在这种情况下，应通过一些装置，例如图12中示意性描述的压力器24等，将集流管紧紧地挤压在一起。还有的另一种可替代方式是将所有连接的垫片组合到一层中，该层应该被置于两个相邻的集流管之间。在这种情况下，集流管可以设置有配件以确保垫片的合适定位。在这种情况下，通过将集流管紧紧地挤压到一起再次确保密封。例如，这能够通过包围连接所有朝着泵26、容器、料箱等的系统进口和出口的前部件25以及可包含(手动)阀或甚至可以关闭最后集流管所有进口和出口的后部件27之间的集流管来完成。所述前部件和后部件25、27牢固地紧压到一起，由此将所有集流管压到一起从而确保这些集流管之间连接的适当密封。图12示出了压到一起而形成由模块化构件(modular piece)1构成的单个阀单元28的多个集流管1的示例性实施方式。阀单元28连接于系统进口29和出口30与连接以形成色谱分离系统32的筒31之间。

在本发明的一个方面中，该系统由其间具有阀控集流管的三个筒组成。这些集流管中的每一个都具有最少三个进口和最少两个出口。这种组合使得能够如同一般在旋转木马系统(merry-go-roundsystem)中所实施的连续工艺过程。这涉及至少一个筒的连续进料，一般为两个筒串联。第三个筒被冲洗、洗脱和/或再生，同时第一和第二个筒进行装载。在一段时间后，当第一个筒饱和后，集流管中的阀进行切换使得物料溶液施加到第二个筒上，同时所述第一个筒经历工艺过程的所有其它步骤。第三个筒连接到第二个筒的出口。

在本发明的一方面，系统包含在其间具有阀控集流管的4至8个筒。这些集流管中的每一个都具有至少三个进口和至少三个出口。这种组合使得能够进行连续分馏工艺过程。由于阀是单独控制的，因此在工作过程中不同区域的长度没有必要必须是恒定的，而且在整个工艺过程循环过程中并非所有的流速都必须是恒定的。

在本发明的一个方面中，系统包含8个或更多个其间具有阀控集流管的筒。每一个集流管具有最少5个，优选8个进口和最少2个，优选4个出口。这种组合使得能够利用离子交换色谱或亲和色谱来连续逆流纯化诸如单克隆抗体的复杂蛋白。

在本发明一个方面中，系统包含单个筒和单个阀控集流管。泵连接到阀控集流管的筒进口并从阀控集流管向筒进口输送流体。筒出口连接到阀控集流管的筒出口。该系统进口和系统出口分别连接到产物或废物收集罐。这种系统能够实施传统上采用单个一次性阀控集流管的单筒色谱纯化。控制该阀以使得所有的处理溶液以合适的次序被泵入筒中。连接阀控集流管中的筒进口和筒出口的阀始终保持关闭。

在本发明一个方面中，系统包含多个筒，每一个都采用不同吸附剂。这就使得能够实施全自动多步骤色谱纯化。这可以涉及或不涉及连接到系统出口的中间介质储存，其也连接到系统进口。

实施例

参照图13，示出了用于采用膜吸附器筒31实施色谱分离的单个筒装置。该装置由一个膜吸附器筒31、一个集流管1和一个泵26构成。泵26用于从阀控集流管1向筒31输送流体。阀控集流管用于选择来自储存容器(未示出)的合适溶液并将筒的流出物引导至废物收集容器或产物收集容器(未示出)。在正常操作过程中，阀控集流管1的中心阀6关闭。这种设计能够包含用于分离而所需要的那样多的进口和出口。

处理器1300被设计用于控制集流管1中阀的开合。集流管优选是参照图6～图10所示的类型，因为其具有一次性的润湿部件。具体而言，集流管通过受处理器1300控制的致动器(未示出)而被启动。致动器能够推动隔膜阀的隔膜20处于打开或关闭位置，有效控制阀开合操作。

尽管图13示出的是单个膜，但是一般而言，可以将多个吸附器筒互相连接(参见图14～图16)。处理器经过编程来控制阀的安排，从而分别在操作110、130和410和430中以逆流流动模式工作，正如参照图1和图4所解释的。

优选控制切换时间以使得待吸附组分的引入通量与有效的膜传输速率达到平衡。考虑到体积容量小并且筒中的膜材料体积小，膜吸附器的传输速率应该相对较高，因此，切换时间相对较短。在一种优选的模式下，处理器经过编程以提供作为膜的体积容量，有效膜传输速率和待吸附组分的进入通量的函数的循环速率。

考虑到膜吸附器体积容量相对较低，优选提供用于提供短载入时间以达到高循环速率的硬件和控制算法。这样，能够利用多个膜吸附器来实现连续色谱纯化工艺过程。

在涉及结合&洗脱色谱分离法提供生物制药产品的方法中，能够如图14和图15所示使用系统。在图15中，描述了图14的阀切换设计的不同步骤，从而使所述膜吸附器筒随后经历处理循环的多个处理步骤；由此在逆流流动模式下工作。系统具有冲洗输入流1500，洗脱输入流1501，清洗输入流1502，平衡输入流1503和产物进料输入流1504。此外，还提供了输出流产物1505和废物1506。

该组件包含6个膜吸附器筒31、5个泵26和6个阀控集流管1。在这个设计中，第一区33由2个串联互相连接的膜吸附器筒31构成。第一膜吸附器的进口连接到向系统供给进料溶液的进料泵。在该串联中的第二膜吸附器筒的出口通过一个阀控集流管1引向废弃流出物。第二、第三、第四和第五区仅包含一个单膜吸附器筒31。

第二区中的膜吸附器筒连接到为系统提供平衡的泵。膜吸附器筒的流出物被引向废物出口。第三区中的膜吸附器筒连接到向系统提供清洗溶液或再生剂的泵。膜吸附器筒的流出物被引向废弃物出口。第四区中的膜吸附器筒连接到向系统提供洗脱缓冲液的泵。膜吸附器筒的流出物被引向产物出口。第五区中的膜吸附器筒连接到向系统提供冲洗溶液的泵。膜吸附器筒的流出物被引向产物出口。

如随后的图15a～图15f所示，阀控集流管以使系统所有分支导管相互连接的方式设置。这可以包括阀控集流管之间的管道或管路，或优选与阀控集流管直接互联的。最后一个集流管的出口关闭。

通过运行随后的步骤，每一个膜吸附器筒进行正常的结合&洗脱色谱中的系列步骤。在两个串联连接膜吸附器筒内实施装载，由此使得第一色谱柱基本上是过载的。穿过的任何产物将会被接下来的膜吸附器筒捕获。当第一膜吸附器筒饱和后，就将会经历冲洗步骤(步骤b)，接着进行洗脱步骤以收集产物(步骤c)。在被重新引向装载步骤之前，该膜吸附器筒要进行清洗过程(步骤d)和平衡过程(步骤e)。然后，该膜吸附器筒就作为载入区最后一个筒备用(步骤f)。

原理上，不需要同时开合所有的阀。在本发明的一个方面，这些阀能够不同时切换，由此单独控制每个区中膜吸附器筒的滞留时间(residence time)。

原则上，任何区都可能包含多于一个的通过加入另外的(附加的)阀盒1和膜吸附器筒31而串联连接的膜吸附器筒。按照类似的方式，能够通过采用具有额外进口端口的阀盒并添加另外的泵26而再增加附加区。

而且，图16示出了两个串联切换装置42a和42b，每一装置包含两个并行的筒31。这种切换设计28′由此提供了采用根据本发明的模块化阀控集流管1的一对平行结合的筒31。具体而言，外部回路43有效提供了这些筒31的平行结合。

本发明的各方面在以下条款中进行解释：膜吸附器在多级色谱工艺过程中的应用，包含多个以一种结构连接的膜吸附器，该结构同时能够使得以逆流接触模式结合所关心的组分；用缓冲液冲洗饱和的膜吸附器以从吸附器筒中的死体积中置换出所有的处理流体；以逆流接触模式从膜吸附器洗脱所关心的产物。优选地，构造中存在附加区从而在其再次进入结合区之前清洗和/或洗提并随后平衡膜吸附器。优选地，这样的用法是与模块化一次性形式阀盒组合和/或与所有润湿材料的一次性部件组合来实施的。对于重组蛋白产物的纯化，优选使用亲和色谱；而使用离子交换色谱或混合模式色谱来结合并洗脱所关心的产物。对于单克隆抗体的纯化，优选采用蛋白A色谱、阳离子交换色谱或混合模式配体色谱来结合并洗脱所关心的单克隆抗体。对于DNA或病毒载体的纯化，优选采用亲和色谱和/或离子交换色谱或混合模式配体色谱来结合并洗脱所关心的DNA或病毒载体。

其他方面包含膜吸附器在多级色谱工艺方法中的应用，包含多个以一种结构连接的膜吸附器，该结构同时能够使得以逆流接触模式结合来自处理流体的一种污染物或一组污染物；通过使膜吸附器与从膜吸附器解吸污染物的处理溶液或缓冲液接触而以逆流接触模式再生该膜吸附器。可以在其再次进入结合区之前安排该构造中的用于冲洗、清洗和/或洗提并随后平衡膜吸附器的附加区。这尤其可以用于单克隆抗体、重组蛋白、病毒载体或DNA产物的精制。

尽管已经参照典型的实施方式描述了本发明，但是本发明并不仅限于此。例如，该装置可由具有能够包含各种类型的附加分支和阀控结构的特定导管结构的单个组成部件或几个组成部件制成。本发明并不限于所公开的隔膜阀类型，而是能够引入具有足够功能特性的其他类型的阀。这些和其他修改都被认为是落入本发明的范围内，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (33)

1.一种利用色谱分离工艺提供生物制药产物的方法，所述方法包括：

-提供多个膜吸附器筒；

-提供多个阀，连通地连接于所述多个膜吸附器筒，所述膜吸附器中的至少一些筒串联连接；以及

-切换所述阀，以使得所述膜吸附器筒随后经历处理循环的多个处理步骤；从而以逆流流动模式工作。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理步骤按照迭代方式进行，包括：

-结合操作，包括为所述多个膜吸附器筒的至少一个中提供处理流体而使所关心的组分结合于所述至少一个膜吸附器筒中所具有的膜吸附器；以及

-洗脱操作，包括在所述至少一个吸附器筒中提供洗脱流体流，以从膜吸附器筒中的所述至少一个膜吸附器上洗脱所述所关心的产物；其中

-第一切换操作，包括切换阀组件中的至少一个阀来启动所述洗脱操作；并且其中

-第二切换操作，包括切换阀组件中的至少一个阀来启动所述结合操作。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述结合操作进一步包括：

-再生操作，包括在所述至少一个吸附器筒中向所述膜吸附器提供至少一种再生流体；接着

-第三切换操作，包括切换所述阀组件中的至少一个阀来启动所述提供用于结合所关心的组分的所述处理流体的操作。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在结合所述所关心的组分之前，所述至少一种再生流体具有清洗、消毒和/或洗提和/或平衡所述膜吸附器的功能。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述洗脱操作进一步包括：

-冲洗操作，包括在所述膜吸附器筒中提供缓冲液以利用所述缓冲液在所述至少一个膜吸附器筒中的死体积置换所述处理流体；接着

-第四切换操作，包括切换所述阀组件中的至少一个阀来启动提供洗脱所述所关心的产品的所述洗脱流体流。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个阀组合于至少一个模块化的一次性形式的阀盒中。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述膜吸附器筒采用亲和色谱、离子交换色谱和/或混合模式色谱而具有结合并洗脱所述所关心的产物的吸附器功能。

8.根据权利要求7所述的方法在用于纯化重组蛋白产物中的用途。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述膜吸附器筒具有利用蛋白A色谱、阳离子交换色谱和/或混合模式配体色谱的吸附器功能。

10.根据权利要求9所述的方法在用于纯化单克隆抗体中的用途。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述膜吸附器筒具有利用亲和色谱、离子交换色谱或混合模式配体色谱的吸附器功能。

12.根据权利要求11所述的方法在用于纯化DNA或病毒载体中的用途。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理步骤以迭代方式进行，包括：

-结合操作，包括在所述多个膜吸附器筒的至少一个中提供处理流体，以使一组污染物结合于设置在所述至少一个膜吸附器筒中的膜吸附器；以及

-再生操作，包括在所述结合操作之前，在所述至少一个吸附器筒中向所述膜吸附器提供至少一种再生流体，其中第一切换操作包括切换所述阀组件中的至少一个阀而启动所述再生操作；而其中第二切换操作包括切换所述阀组件中的至少一个阀而启动所述结合操作。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，至少一种再生流体具有从所述至少一个膜吸附器解吸所述污染物的解吸功能。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，在结合所述所关心的组分之前，所述至少一种再生流体具有清洗、消毒和/或洗提和/或平衡所述膜吸附器的功能。

16.根据权利要求13所述的方法在用于精制单克隆抗体、重组蛋白、病毒载体或DNA产物中的用途。

17.一种色谱系统，包括：

-多个膜吸附器筒；

-阀组件，连通地连接于所述多个膜吸附器筒，所述膜吸附器筒中的至少一些为串联连接；以及

-处理器，设置以用于控制所述阀的切换，以便使所述膜吸附器筒随后经历处理循环的多个处理步骤，从而以逆流流动模式工作。

18.根据权利要求17所述的色谱系统，其中，所述处理器经过编程处理以提供作为所述膜的体积容量、所述有效膜传输速率和待吸附组分的进入通量的函数的循环速率。

19.根据权利要求17所述的色谱系统，其中，所述膜吸附器通过模块化的阀盒而相互连接，每一个所述模块化的阀盒包含：

-集流管，包含用于将一个或多个色谱分离筒和/或进料或提取管路连接起来的多个连接器；

-在分别形成进口和出口的至少两个连接器之间的至少一个中心导管，所述导管包含可关闭的导管阀；以及

-从所述中心导管向分支连接器分支出来的多个分支导管，所述分支导管包含可关闭的分支阀，

-其中至少一个分支导管位于所述进口和所述中心导管阀之间，并且其中至少一个分支导管位于所述出口和所述中心导管阀之间。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，至少一个分支导管包含另一个分支以形成至少两个分支连接器之间的分支导管，所述分支导管与所述中心导管是流体连通的也是可关闭的。

21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述分支连接器设置在彼此相对的位置。

22.根据权利要求19所述的系统，其中，所述装置通过将所述连接器和阀组合在紧凑单件集流管中而形成。

23.根据权利要求19所述的系统，其中，所述单件集流管以一次性产品的形式形成。

24.根据权利要求19所述的系统，其中，至少一个所述导管阀和/或分支阀包含隔膜阀，其由独立的致动器启动。

25.根据权利要求19所述的系统，其中，所述装置形成为包含连接器的可连接模块化构件，以连接到第二可连接的模块化构件，从而形成多个并联和/或串联结合的中心导管，以使得至少一个结合的分支导管可经由所述模块构件中所选择的多个分支阀而连接至可选择的多个中心管。

26.根据权利要求25所述的系统，其中，所述连接器通过将设置在所述模块化构件侧壁上对应的垫片通过压力挤压在一起并在各个分支导管和/或中心导管之间提供流体连通而形成。

27.根据权利要求25所述的系统，其中，所述装置进一步包含前部件，所述前部件用于向所述模块构件提供系统进料和提取流体；和/或后部件，用于在所述模块构件中选择性地关闭导管而提供停止部件。

28.根据权利要求19所述的系统，其中，所述集流管由导管布管部件和用于关闭所述导管布管部件并用于形成所述隔膜阀的隔膜来形成，并包含用于安装相应数目的致动器的安装座。

29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述导管布管部件包含结合于基础部件和外壳部件之间的中心部件；所述中心部件的一侧对应于分支导管结构；而所述中心部件另一侧对应于中心导管结构，所述中心部件包含通孔，用于与外壳部件中设置的通孔连通；所述外壳部件结合于所述隔膜，所述隔膜用于关闭通孔从而形成所述中心导管和所述分支导管之间的隔膜阀。

30.根据权利要求28所述的系统，其中，形成所述致动器从而与在所述导管布管部件中形成的隔膜阀相对应。

31.根据权利要求19所述的系统，其中，所述连接器由卫生联结器构成。

32.根据权利要求19所述的系统，其中，三个提取支管结合于所述进口和所述导管阀之间的所述中心导管，而其中两个进料支管结合于所述导管阀和所述出口之间的所述中心导管。

33.根据权利要求19所述的系统，其中，四至六个提取支管结合于所述进口和所述导管阀之间的所述中心导管，而其中六至八个进料支管结合于所述导管阀和所述出口之间的所述中心导管。

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