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    公开号:WO1989000285A1
    申请号:PCT/DE1988/000394
    申请日:1988-06-28
    公开日:1989-01-12
    发明作者:Martin Siegert
    申请人:Martin Siegert；
    IPC主号:B01D63-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren und Vorrichtung zum Konzentrieren makromolekularer Lösungen
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und Filter zur Durchführung des Verfahrens.
    [0003] In der Publikation Nr. 1/130 F der AMICON Devision, W.R. Grace & Co - AMICON GMBH witten, wird ein im Handel erhältlicher Wegwerf-Ultrafilter zur statischen Konzentration kleiner Mengen makromolekularer Lösungen beschrieben. Dieser Ultrafilter weist acht getrennte, senkrecht stehenden Kammern auf, die zu verschiedenen Zeitpunkten für verschiedene Lösungen verwendet werden können. Die Kammern sind von senkrecht stehenden Membranen mit selektiver Permeabilität begrenzt. Auf der Rückseite dieser Membranen ist ein absorbierendes Mate- rial angeordnet. Dieses absorbierende Material saugt durch seine Kapillarwirkung die flüssige Phase aus den Lösungen in den Kammern heraus und in das absorbierende Material hinein. Dadurch werden in den, in den Kammer verbleibenden Lösungen die makromolekularen Bestandteile konzentriert. Der Spiegel der Lösungen in den Kammern sinkt. Die Kammern sind mit Marken versehen, die den Grad der Konzentration anzeigen. Sobald in einer Kammer während der Konzentrierung die gewünschte Marke erreicht ist, wird die noch vorhandene Lösung mit dem makromolekularen Bestandteilen aus der Kammer abgezogen. Ein unterer Abschnitt der Membran ist impermeabel gemacht, um eine weitere Konzentration zu verhindern. Bei diesem bekannten Konzentrationsverfahren wird satz- oder chargenweise gearbeitet. Es erfolgt ein örtliches Eindicken einer stationären Lösung durch Absaugen der flüssigen Phase. Der Vorgang des Konzentrierens wird durch die Kapazität des saugenden Materials begrenzt. Sollen größere Lösungsmengen konzentriert werden, führt dies mit der bekannten Vorrichtung zu außerordentlich umständlichen Arbeitsweisen. Ein beliebig hoher Konzentrationsgrad kann nicht erreicht werden. Bei diesem Verfahren wird durch das Absaugen der flüssigen Phase durch die Membran hindurch ein Teil der Makromoleküle an der Membran abgelagert. Sie bleiben an dieser haften und gelangen bei weiterem Absinken der Lösung nicht in das Konzentrat. Durch diesen Substanzverlust wird die Effektivität des Konzentrationsverfahren irreversibel herabgesetzt.
    [0004] In der US-PS 46 32 761 wird in Spalte 1, Zeilen 37 bis 41 ausdrücklich darauf hingewiesen, daß bei dem im vorstehend beschriebenen Ultrafilter durch Oberflächenspannungen, die auf das Konzentrat im Bereich des impermeabel gemachten Abschnittes des Filters zusammen mit Kapillar-Saugkräften einwirken, eine völlige Trocknung der filtrierten Bestandteile erfolgt. Das Präparat wird dadurch unbrauchbar. Auf die Gefahr dieser Austrocknung wird vom Hersteller durch eine, den Ultrafiltern beigepackte Warnung hingewiesen.
    [0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Filter zu schaffen, mit denen Lösungen auf ein vorgegebenes Maß, bis zu 15 μl , konzentriert werden können.
    [0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Inhalte der Patentansprüche 1, 11 und 28 gelöst.
    [0007] Mit Vorteil wird in der Lösung ein einstellbarer Druck erzeugt, mit dem Lösungsmengen im Konzentrierungsraum kontinuierlich durch das Filterblatt gedrückt werden. Die beim Absaugen auftretende Kapazitätsbegrenzung wird ausgeschaltet. Durch Wahl des einstellbaren Druckes und des Filtermaterials kann der Filtervorgang optimal ein- gestellt werden. In der Lösung wird in vorteilhafter Weise durch eine Filtration in einem Abschnitt des an sich gegenüber dem Filterblattes abgeschirmten Konzentratraumes unterhalb des Konzentrierungsraumes eine in diesen gerichtete Strömungskomponente erzeugt, durch die abgefilterte makromolekulare Bestandteile in diesen transportiert werden. Das Verfahren ist kontinuierlich und es ist nicht erforderlich, daß der Spiegel der Lösung im Konzentrierungsraum zum Konzentrieren abgesenkt und beobachtet wird, so daß auch die Gefahr einer Austrocknung ausgeschaltet werden kann. Es kann eine kontinuierliche Konzentration, beispielsweise zur Durchführung einer präparativen Arbeit, erfolgen. Das Konzentrieren kann aber auch durchgeführt werden, um anschließend analytische Arbeiten durchzuführen, die nur mit höheren Konzentrationen die notwendige Genauigkeit ermöglichen.
    [0008] In vorteilhafter Weise wird die Konzentrierung dadurch begünstigt, daß im Konzentrierungsraum die Lösung in diskreten, an einer Stelle an der Grenze zwischen Kon- zentrierungs- und Konzentratraum strahlenförmig zusammenlaufenden Bereichen durch das Filterblatt gedrückt wird. Dabei wird im Konzentratraum unterhalb dieser Stelle örtlich eine weitere Filtration durchgeführt, um die in diesen hineingerichtete Strömungskomponente zu erzeugen .
    [0009] Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet die vorteilhafte Möglichkeit, die Lösung in zumindest einem Vorfilter größerer Kapazität vorzukonzentrieren. Die Vorkon- zentrierung kann beispielsweise in kaskadenartig angeordneten Vorfiltern durchgeführt werden. Um den Konzentratraum gegenüber dem Filterblatt abzuschirmen und das Filterblatt in diesen Bereich inaktiv zu machen, wird mit Vorteil dieser zu inaktivierende Teilbereich des Filterblattes mittels einer Maske abgedeckt.
    [0010] Da erfindungsgemäß die Lösung nicht durch das Filter- blatt hindurch in ein saugendes Material gefördert wird, sondern durch das Filterblatt hindurchgedrückt wird, besteht die vorteilhafte Möglichkeit, das Filterblatt rückzuspülen, um am Filterblatt haftende makromolekulare Bestandteile von diesem zu lösen und dem Konzentrat zuzuführen. Ein besonders einfaches Verfahren besteht darin, das Auslaufniveau der flüssigen Phase aus dem Filter in entsprechender Weise anzuheben. Dadurch wird ein zum Filterungsdruckgradienten entgegengesetzer Druckgradient erzeugt.
    [0011] Die Erfindung bietet die Möglichkeit, den einstellbaren Druck in der Lösung mittels eines feder- oder gewichtsbeaufschlagten oder pneumatisch, hydraulisch oder mittels eines Motors angetriebenen Kolbens oder einer Kolbenpumpe zu erzeugen.
    [0012] Um die Sedimentation der abgefilteren Makromoleküle im Konzentrierungsraum - falls dieses gewünscht oder erforderlich ist - zu beschleunigen, wird mit Vorteil auf die Lösung zumindest im Konzentrierungsraum eine Zentrifugalkraft ausgeübt. Hierzu können eine Zentrifuge oder ein Pendel verwendet werden. Die Zentrifugalkraft kann mit Vorteil auch noch den einstellbaren Druck in der Lösung erzeugen. Hierzu wird beispielsweise in einer Dosiereinrichtung ein in der Lösung den Druck erzeugender, entsprechend bemessener Bauteil - insbesondere ein Kolben - durch eine Zentrifugalkraft beaufschlagt.
    [0013] Eine vorteilhafte Ausführungsform eines Filters zur Durchführung des Verfahrens ist als Sandwich-Baugruppe ausgebildet, die eine Filterkammerscheibe aufweist, in der ein mit Masken ausgerüsteter Konzentrierungsraum ausgebildet ist. Ferner weist diese Sandwich-Baugruppe eine starre Filterstützscheibe auf, die Kanäle zur Aufnahme der flüssigen Phase der Lösung aufweist und ein zwischen der Filterstützscheibe und der Filterkammerscheibe abdichtend eingespanntes Filterblatt. Ein derartiger Filter wird als Modul hergestellt und in den Handel gebracht. Bei dieser Ausführungsform wird mit Vorteil die Maske als Segment ausgebildet, dessen Rand eine Sekante für eine innere Umfangskante einer in der Filterkammerscheibe ausgebildeten Ringschulter bildet, und einen Konzentratraum mit definiertem Volumen unterhalb des Koπzentrierungsraumes begrenzt. Dabei sind in der Filterstützscheibe in der gegen das Filterblatt anliegenden Frontseite von einem Abfluß strahlenförmig sich erstreckende offene Kanäle ausgebildet. Das Filterblatt ist zwischen der Filterstützscheibe und dieser Ringschulter der Filterkammerscheibe eingespannt. Bei einer anderen Ausführungsform eines Filters zur Durchführung des Verfahrens weist die Maske zwei Abschnitte auf, deren eine Kanten parallel zu und im Abstand voneinander verlaufen und den Konzentratraum mit definiertem Volumen seitlich begrenzen und deren anderen Kanten einen V-förmigen Boden des Konzentrierungsraumes bilden. Die Filterstützscheibe weist einen zwischen den parallelen Kanten der Abschnitte verlaufenden, mit einem Abfluß verbundenen Kanal auf, in den die strahlenförmigen Kanäle münden. Bei dieser Ausführungsform ist das Filterblatt zwischen den parallelen Kanten der Maskenabschnitte selektiv abgeschirmt, um den Konzentratraum mit definiertem Volumen zu bilden und dem Abschnitt, in dem noch eine weitere Filtrierung durchgeführt wird, um die in den Konzentratraum gerichtete Strömungskomponente in der Lösung zu erzeugen.
    [0014] Bei einer weiteren Ausführungsform eines Filters zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Boden des Konzentrierungsraumes durch zwei V-förmig konvergierende Seiten gebildet, von deren Schnittstellen sich ein Konzentratkanal nach unten erstreckt. Hinter dem, den Konzentrierungsraum begrenzenden Filterblatt sind im Bereich des Konzentrierungsraumes diskrete, offene Kanäle ausgebildet, die strahlenförmig an einer Stelle zusammenlaufen, die hinter dem Filterblatt oberhalb des Eingangs in den Konzentratraum liegt. Von dieser Stelle aus verläuft hinter dem Filterblatt ein zum Konzentratkanal paralleler offener Kanal zu einem Abfluß. Das Filterblatt ist im Bereich des Konzentratkanals selektiv durch eine Maske abgedeckt. Mit besonderem Vorteil wird der Konzentratkanal als Kapillare ausgebildet.
    [0015] Diese Ausführungsform wird mit Vorteil als Sandwich- Baugruppe hergestellt, die aus einer Filterkammerscheibe besteht, in der ein offener Konzentrierungsraum ausgebildet ist. Der Grundriß dieses Konzentrierungsraumes hat die Form eines Sechsecks, das zwei parallele Seiten und zwei gleichschenklige konvergierende Seitenpaare aufweist. In der durch das untere Seitenpaar des Konzentrierungsraums gebildeten Ecke beginnt der Konzentratkanal. Mit der diametral gegenüberliegenden Ecke des Konzentrierungsraums ist ein Füllkanal verbunden.
    [0016] Ferner weist diese Sandwich-Baugruppe eine auf die Filterkammerscheibe aufgelegt Maske auf, die einen mit dem Umriß des Konzentrierungsraumes und einem Abschnitt des Konzentratkanals kongruente Aussparung aufweist. Auf diese Maske wird ein Ultrafilterblatt aufgelegt. Ferner ist eine Filterkammerscheibe vorgesehen, die auf die Fflterstützscheibe aufgelegt wird. In dieser Filterkammerscheibe sind die Kanäle zum Abzug des Lösungsmittels aus der Lösung ausgebildet.
    [0017] Am unteren gleichschenkligen Seitenpaar des Konzentrierungsraumes kann das sich vor dem Filter in dieser Kammer sammelnde Material weiter abwärts in Richtung zum Konzentratkanal gleiten. Das mit den oberen Enden der parallelen Seiten dem Konzentrierungsraum verbundene gleichschenklige, konvergierende Seitenpaar ermöglicht auf einfache Weise das Abführen von Luft- oder Gasblasen, falls sich diese im Konzentrierungsraum bilden sollten.
    [0018] Mit besonderem Vorteil ist am Rand des sechseckigen Konzentrierungsraumes und des mit diesem verbundenen Konzentratkanals eine Randwulst ausgebildet, die eine sichere Abdichtung des Konzentrierungsraumes und des Konzentratraumes am Filterblatt gewährleistet.
    [0019] Um die Konzentrierung zu optimieren, nimmt die Tiefe des Konzentrierungsraumes vom Füllkanal zum Konzentratraum hin ab. Damit die Austrittsspitze eines Dosierkolbens sicher aufgenommen werden kann, ist mit Vorteil der Füllkanal mit einem Luer-Lock-Verschluß ausgerüstet. Um die Abdichtung des Konzentrierungsraumes zu optimieren, ist auf der Filterstützscheibe ein den Randwulst an den Konzentrierungsraum und am Konzentratkanal überdeckender Andrucksockel ausgebildet. Dieser Andrucksockel weist im innerhalb des Randwulstes des Konzentrierungsraumes liegenden Flächenbereich wenigstens drei parallele, offene Kanäle auf. Diese offenen Kanäle münden mit ihren unteren Enden in einen, im innerhalb des Bereichs des Randwulstes des Konzentratkanals liegenden Flächenbereichs ausgebildeten, offenen Kanal, der seinerseits mit einem geschlossenen, innerhalb des Filterkammerkörpers ausgebildeten Abflusses verbunden ist. Der Andrucksockel drückt bei einem Zusammenspannen der Sandwich-Baugruppe ein eingelegtes Rechteckfilterblatt zur sicheren Abdichtung gegen den in der Filterkammerscheibe ausgebildeten Randwulst. Zur Fixierung der in die Sandwich- Baugruppe einzulegenden Elemente, beispielsweise des Filterblattes und/oder der Maske, sind an der Filterkammerscheibe wengistens zwei Fixierstifte ausgebildet, die in fluchtende Bohrungen in der Filterstützscheibe eingreifen.
    [0020] Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die im vorstehenden beschriebene Filterkammerscheibe eine parallelepipedische, offene Aussparung auf, in deren Boden der Konzentrierungsraum und der Konzentratkanal ausgebildet sind. Die Filterstützscheibe ist mit einem, in die Aussparung passend einfügbaren, parallelepipedischen Steg ausgerüst, auf dessen Oberfläche der Andrucksockel angeordnet ist. Diese Ausführungsform gewährleistet auf einfachste Weise ein Zusammensetzen der Bauelemente der Sandwich-Baugruppe. Besondere Erfahrung oder Handfertigkeiten sind hierfür nicht erforderlich. Um beim Zusammenbau das Einlegen des Ultrafilters und nach der Filtrierung das Herausnehmen des Filterblattes und der Maske zu erleichtern, ist am oberen Ende der parallelepipedischen Aussparung in deren Seitenwände ein Paar Auswölbungen ausgebildet, durch die beim Einlegen des Filterblattes die unter dem Filterblatt befindliche Luft ausströmen kann. Im Boden der parallelepipedischen Aussparung sind an deren offenem Ende zwei Nuten ausgebildet. In diese Nuten werden Hilfswerkzeuge eingeführt, um Filterblatt und Maske aus der Aussparung herauszuheben. Um die zusammengesetzte Sandwich-Baugruppe in diesem Zustand zu halten, sind in der Filterkammerscheibe und in der Filterstützscheibe mindestens zwei miteinander fluchtende Bohrungspaare ausgebildet, die eine Spanneinrichtung für die Sandwich-Baugruppe aufnehmen. Zum Einlegen der im vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele eines Filters in eine Zentrifuge oder eine andere, eine zusätzliche Schwerkraft erzeugende Vorrichtung, sind mit Vorteil die Filterkammerscheibe und die Filterstützscheibe als komplementäre Teilzylinder ausgebildet.
    [0021] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Fig. der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    [0022] Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines Filtermoduls,
    [0023] Fig. 2 + 3 eine perspektivische und eine Seitenansicht einer Filterkammerscheibe,
    [0024] Fig. 4 + 5 eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer Filterstützscheibe,
    [0025] Fig. 6 eine Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Filters,
    [0026] Fig. 7 + 8 eine Draufsicht und eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Filterkammerscheibe,
    [0027] Fig. 9 + 10 eine Draufischt und eine Seitenansicht auf eine dazu passende Filterstützscheibe,
    [0028] Fig. 11 eine Draufsicht auf eine Maske
    [0029] und
    [0030] Fig. 12 eine Seitenansicht einer verspannten Sandwich-Baugruppe eines Filters Wie Fig. 1 zeigt, wird der Filter von einer Sandwich- Baugruppe gebildet. In die Filterkammerscheibe 1 ist gegen die Ringschulter 7 anliegend das Filterblatt 8 eingelegt. Das Filterblatt 8 wird mittels der Filterstützscheibe 9 gegen diese Ringschulter 7 gedrückt. In der Filterkammerscheibe 1 ist der Konzentrierungsraum 2 ausgebildet. Durch den Einlaß 3 wird dieser Konzentrierungsraum 2 kontinuierlich mit der zu konzentrierenden Lösung beschickt. Zur Beschickung dieses Konzentrierungsraumes 2 kann ein nicht dargestellter, mittels einer Feder beaufschlagter Arbeitskolben verwendet werden. Der Konzentrierungsraum 2 wird am unteren Ende durch die Maske 5 begrenzt, deren Rand 6 eine Sekante für die Umfangskante 22 der Ringschulter 7 bildet.
    [0031] Wie Fig. 3 zeigt, befindet sich vor der Maske 5 ein Konzentratraum 4 mit definiertem Volumen. Die Filterstützscheibe 9 weist in der Frontseite 10 Kanäle 11 auf, die zu einem Abfluß 12 hin konvergierend zusammenlaufen. Die flüssige Phase der Lösung, die durch das Filterblatt 8 hindurchgedrückt wird, wird von den Kanälen 11 aufgenommen und fließt über den Abfluß 12 ab. In dem Konzentratraum 4 mit definiertem Volumen sammeln sich die zurückgehaltenen makromolekularen Bestandteile der Lösung. Nach Erreichen der gewünschten Konzentration wird die konzentrierte Lösung aus diesem Konzentratraum 4 abgezogen.
    [0032] Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform wird die Maske 5 durch zwei Abschnitte 13 und 14 gebildet. Die einen Kanten 17 und 18 dieser Abschnitte 13 und 14 ver- laufen parallel und im Abstand voneinander in Richtung der Schwerkraft. Diese Kanten 17, 18 begrenzen einen Konzentratraum 4 mit definiertem Volumen. Die Kanten 15, 16 der Abschnitte 13, 14 bilden den Boden des Konzentrierungsraumes 2. Die Filterstützscheibe 9 ist in entsprechender Weise ausgebildet und weist einen Kanal 20 auf, der im zusammengebauten Zustand des Filters zwischen den Kanten 17, 18 der Abschnitte 13, 14 verläuft. Die Filterstützscheibe 9 weist strahlenförmige Kanäle 19 auf, die sich vom oberen Ende des Kanals 20 in den Bereich erstrecken, der von den Abschnitten 13, 14 nicht bedeckt wird. Das Filterblatt 8 wird wieder mittels der Filterstützscheibe 9 gegen die Filterkammerscheibe 1 gepreßt.
    [0033] Am unteren Ende des Kanals 20 ist der Abf luß 21 ange ordnet. Falls gewünscht, kann das Filterblatt 8 im Bereich des Konzentratraumes 4 bzw. des Kanals 20 selektiv inaktiviert werden, um beliebig veränderlich ein definiertes Volumen festlegen zu können.
    [0034] Die in Fig. 1 dargestellte Filterkammerscheibe 1 weist eine unten offene, parallelepipedische Aussparung 45 auf. Im Boden 46 dieser Aussparung 45 ist ein Konzentrierungsraum 2 ausgebildet, der einen sechseckigen Grundriss hat. Der Konzentrierungsraum 2 wird durch zwei parallele Seiten 26 und 27 begrenzt. An die oberen Enden dieser parallelen Seiten 26, 27 schließt sich ein gleichschenkliges Seitenpaar 28 an. Die von diesem Seitenpaar 28 gebildete Ecke des Konzentrierungsraumes 2 ist mit einem Füllkanal 41 verbunden, der mit einem Luer-Lock-Verschluß 43 ausgerüstet ist. An die unteren Enden der parallelen Seiten 26, 27 des Konzentrierungsraumes 2 schließt sich ein gleichschenkliges Seitenpaar 29 an. Vorzugsweise sind die Seitenlängen in diesem Seitenpaar 29 größer als die Seitenlängen im diametral gegenüberliegenden Seitenpaar 28. Die von dem nach unten konvergierenden Seitenpaar 29 gebildete Ecke des Konzentrierungsraumes 2 steht mit einem Konzentratkanal 31 in Verbindung, dessen unteres Ende abgeschlossen ist. Im Boden 46 der Aussparung 45 sind zu beiden Seiten des unteren Seitenpaares 29 des Konzentrierungsraumes 2 Fixi erst ifte 48 für e in nicht dargeste l ltes rechteckiges Ultrafilterblatt und eine Maske angeordnet.
    [0035] Wie Fig. 8 zeigt, weist die Filterstützscheibe 35 einen parallelepipedischen, in die Aussparung 45 der Filterkammerscheibe 1 mit Paßsitz einfügbaren Steg 53 auf. Auf der Oberseite 54 des Steges 53 ist ein Andrucksockel 44 ausgebildet, der im zusammengebauten Zustand den Randwulst 42 in der Filterkammerscheibe 1 überdeckt. Der größer dimensionierte Umriß dieses Andrucksockels 44 ist konform zur Form des Randwulstes 42 ausgebildet. In diesem Andrucksockel 44 sind drei parallele, offene Kanäle 36, 37, 38 ausgebildet, deren untere Enden in einen Kanal 39 münden, der im zusammengebauten Zustand dem Konzentratkanal 31 gegenüberliegt und mit diesem durch einen Filterblattabschnitt und einen Abschnitt der Maske getrennt ist. Die Kanäle 36, 37, 38, 39 sind oben offen. Der Kanal 39 ist mit einem geschlossenen, im Körper der Filterstützscheibe 35 verlaufenden Abfluß 40 verbunden. Die Filterkammerscheibe 1 und die Filterstützscheibe 35 weisen Bohrungspaare 51 auf, in die im zusammengebauten Zustand der Sandwich-Baugruppe eine Spanneinrichtung eingesetzt wird, die die Filterkammerscheibe 1 und die Filterstützscheibe 35 zusammenpressen.
    [0036] Zum Zusammenbau der Sandwich-Baugruppe wird zunächst auf den Randwulst 42 die in Fig. 9 dargestellte Maske 33 aufgelegt. Diese Maske 33 weist eine Aussparung 34 auf, die kongruent mit den Seiten des Konzentrierungsraumes 2 und damit kongruent mit dem Randwulst 42 ist und am unteren Ende eine Aussparung 55 aufweist, die lediglich einen Abschnitt 32 des Konzentratkanals 31 abdeckt. Die Längendifferenz zwischen dieser Aussparung 55 und der Länge des Konzentratkanals 31 bestimmt das definierte Volumen.
    [0037] Auf diese Maske 33 wird ein nicht dargestelltes rechteckiges Ultrafilterblatt aufgelegt, das durch die Fixi erst if t e 48 zentriert wird .
    [0038] In einfacher Weise wird der Steg 53 der Filterstützscheibe 35 in die Aussparung 45 der Filterkammerscheibe 1 passend eingesetzt, wobei die Bohrungen 49 die Fixierstifte 48 aufnehmen.
    [0039] Nunmehr kann die Sandwich-Baugruppe unter Verwendung des Bohrungspaares 51 zusammengepreßt werden.
    [0040] Über den Luer-Lock-Verschluß 43 wird unter Druck dee Lösung in den Konzentrierungsraum 2 eingeben und durch das zwischen den Randwulst 42 der Filterkammerscheibe 1 und dem Andrucksockel 44 der Filterstützscheibe 35 zusammengedrückten, nicht dargestellten Filterblattes in die Kanäle 36, 37, 38 gedrückt. Die im Konzentratraum 4 des Konzentrierungsraumes 2 abgefilterten Makromoleküle sinken in dem Konzentrierungsraum 2 nach unten und gleiten weiter längs des konvergierenden Seitenpaares 29 abwärts. Im Abschnitt 32 des Konzentratkanals 31 findet noch eine Filtrierung statt. Dadurch wird im Sammelbereich der nach unten sinkenden Makromoleküle eine in den Konzentratkanal 31 gerichetet Strömungskomponente erzeugt, durch die diese Makromoleküle zusätzlich zur Schwerkraft in den Konzentratkanal 31 transportiert werden. Falls beim Konzentrieren sich Makromoleküle auf dem Filterblatt 8 festsetzen sollten, kann das mit dem Abfluß 40 in Verbindung stehende Austrittsniveau ausreichend angehoben werden, um am Filterblatt 8 ein entgegengesetzten Druckgradienten zu erzeugen, durch den die Makromoleküle vom Filterblatt 8 abgehoben und in den Konzentrierungsraum 2 zurückgeführt werden, in der sie dann nach unten sinken können.
    [0041] Wie Fig. 7 zeigt, sind am oberen Ende der Aussparung 45 in deren Seitenwandungen zwei Auswölbungen 61 vorgesehen, durch die Luft beim Einlegen eines rechteckigen Filterblattes entweichen kann. Am unteren Ende sind am Boden 46 der Aussparung 45 zwei Nuten 57 ausgebildet. Ein in diese Nuten eingesetztes Hilfswerkzeug kann nach Beendigung des Abfilterns die Maske und das Filterblatt herausheben. Wie Fig. 12 zeigt, sind in die im vorstehenden beschriebenen Bohrungen 51 Spannzapfen 60 eingesetzt, die einen Spannsteg 58 tragen, in den eine Spannschraube 59 eingeschraubt ist, mit der die Teile der Sandwich-Baugruppe zusammengepreßt werden.
    [0042] Nach Beendigung der Konzentration wird das Konzentrat aus dem Konzentratkanal 31 , beispielsweise mittels einer über den Füllkanal 41 eingeführten Kanüle abgezogen.
    权利要求:
    Claims

    Patentanspruche
    1. Verfahren zum Konzentrieren makromolekularer Lösungen, insbesondere Lösungen von Proteinmolekülen, auf ein definiertes, im jul-Bereich liegendes Endvolumen, sowie für die Bestimmung der Bindungskapazität oder der Affinitätskonstanten von Stoffen an Proteine, bei dem
    1. die Lösung in einen, von einem ebenen, senkrecht stehenden Filterblatt begrenzten Konzentrierungsraum eingegeben wird und
    2. das Konzentrat in einem, am unteren Ende des Konzentrierungsraumes ausgebildeten Konzentratraum, der gegenüber dem Filterblatt abgeschirmt ist und ein definiertes Endvolumen aufweist, gesammelt werden kann,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    3. in der Lösung ein einstellbarer Druck erzeugt wird, mit dem
    4. Lösungsmengen im Konzentrierungsraum kontinuierlich durch das Filterblatt gedrückt werden, und
    5. in der Lösung durch eine fortgesetzte Filtration in einem Abschnitt des Konzentratraumes unterhalb des Konzentrierungsraumes eine in den Konzentratraum gerichtete Strömungskomponente erzeugt wird, durch die abgefilterte makromolekulare Bestandteile in diesen transportiert werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    4.1 im Konzentrierungsraum die Lösung in diskreten, an einer Stelle an der Grenze zwischen Konzentrierungs- und Konzentrat- räum strahlenförmig zusammenlaufenden Bereichen durch das Filterblatt gedrückt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    4.1.1 im Konzentratraum unterhalb dieser Stelle örtlich eine weitere Filtration durchgeführt wird.
    4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    6. die Lösung in zumindest einem Vorfilter größerer Kapazität vorkonzentriert wird.
    5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis
    dadurch gekennzeichnet, daß
    4.2 der gegenüber dem Filterblatt abzuschirmende Teil des Konzentratraumes mittels einer Maske aus hydrophoben abgedeckt wird.
    6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
    7. das Filterblatt rückgespült wird.
    7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    7.1 durch Anheben des Auslaufniveaus der flüssigen Phase hinter dem Filterblatt ein zum Filterungsdruckgradienten entgegengesetzter Druckgradient erzeugt wird.
    8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    3.1 der einstellbare Druck in der Lösung mittels eines feder- oder gewichtsbeaufschlagten oder pneumatisch, hydraulisch oder mittels eines Motors angetriebenen Kolbens oder einer Kolbenpumpe erzeugt wird.
    9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    8. zumindest im Konzentrierungsraum auf die Lösung eine Zentrifugalkraft ausgeübt wird.
    10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    3.2 der einstellbare Druck durch eine Zentrifugalkraft erzeugt wird.
    11. Filter zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10
    gekennzeichnet durch
    eine Sandwich-Baugruppe bestehend aus
    1. einer Filterkammerscheibe (1), in der ein mit Masken (5, 13, 14) ausgerüsteter Konzentrierungsraum (2) ausgebildet ist,
    2. einer starren Filterstützscheibe (9), die Kanäle (11, 19, 20) für die flüssige Phase der Lösung aufweist
    und
    einem zwischen der Filterstützscheibe (9) und der Filterkammerscheibe (1) abdichtend eingespanntes Filterblatt (8).
    12. Filter nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    1.1 die Maske (5) ein Segment ist, dessen Rand (6) eine Sekante für eine innere Umfangs- kante (22) einer in der Filterkammerscheibe
    (1) ausgebildeten Ringschulter (7) bildet
    und
    1.2 einen Konzentratraum (4) mit definiertem Volumen unterhalb des Konzentrierungsraumes
    (2) begrenzt und daß
    2 . 1 in der F i lt erstützsche ibe ( 9 ) in der gegen das Filterblatt (8) anliegenden Frontseite (10) von einem Abfluß (12) strahlförmig sich erstreckende offene Kanäle (11) ausgebildet sind.
    13. Filter nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    3.1 das Filterblatt (8) zwischen der Filterstützscheibe (9) und der Ringschulter (7) der Filterkammerscheibe (1) eingespannt ist.
    14. Filter nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    1.3 die Maske (5) zwei Abschnitte (13, 14) aufweist,
    1.4 deren eine Kanten (17, 18) parallel zu- und im Abstand voneinander verlaufen und den Konzentratraum (4) mit definiertem Volumen seitlich begrenzen
    und
    1.5 deren andere Kanten (15, 16) einen V-förmigen Boden des Konzentrierungsraumes (2) bilden, und daß
    3.2 die Filterstützscheibe (9) einen, zwischen den parallelen Kanten (17, 18) der Abschnitte (13, 14) verlaufenden, mit einem Abfluß (21) verbundenen Kanal (20) aufweist,
    3.3 in den die strahlenförmig verlaufenden Kanäle (19) münden.
    15. Filter nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    4. das Filterblatt (8) zwischen den parallelen Kanten (17, 18) der Abschnitte (13, 14) selektiv abgeschirmt ist.
    16. Filter zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    1. der Boden des Konzentrierungsraumes (2) durch zwei V-förmig konvergierende Seiten (15, 16; 29) gebildet wird,
    2. von deren Schnittstellen sich ein Konzentratkanal (4, 31) nach unten erstreckt, daß
    3. hinter dem den Konzentrierungsraum (2) begrenzenden Filterblatt (8) im Bereich des Konzentrierungsraumes (2) diskrete offene Kanäle (19; 36, 37, 38) ausgebildet sind, die
    3 . 1 strahlenförmig an einer Stelle zusammenlaufen, die hinter dem Filterblatt (8) oberhalb des Eingangs in den Konzentratkanal (4, 31) liegt und
    3.2 von dieser Stelle aus hinter dem Filterblatt (8) ein zum Konzentratkanal (31) paralleler offener Kanal (20, 39) zu einem Abfluß (21, 40) verläuft, und daß
    4. das Filterblatt (8) im Bereich des Konzentratkanals (20, 31) selektiv durch eine Maske abgedeckt ist.
    17. Filter nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    2.1 der Konzentratkanal (4, 31) als Kapillare ausgebildet ist.
    18. Filter nach einem der Ansprüche 16 oder 17,
    gekennzeichnet durch
    eine Sandwich-Baugruppe bestehend aus
    1.1 einer Filterkammerscheibe (1), in der ein offener Konzentrierungsraum (2) ausgebildet ist,
    1.2 dessen Grundriß die Form eines Sechsecks mit zwei parallelen Seiten (26, 27) und zwei gleichschenkligen, konvergierenden Seitenpaaren (28, 29) aufweist und
    2.1 dessen durch das untere Seitenpaar (29) gebildete Ecke mit dem Konzentratkanal (31) verbunden ist,
    5. einem mit der diametral gegenüberliegenden Ecke des Konzentrierungsraumes (2) verbundenen Einfüllungskanal (41),
    6. einer auf die Filterkammerscheibe (1) aufgelegten Maske (33) mit einer mit dem Umriß (26, 27, 28, 29) des Konzentrierungsraumes (2) und einem Abschnitt (32) des Konzentratkanals (31) kongruenten Aussparungen (34, 55),
    7. einem auf die Maske (33) aufgelegtes Ultrafilterblatt und
    8. einer auf die Filterkammerscheibe (1) aufgelegten Filterstützscheibe (35),
    8.1 in der Kanäle (36 bis 40) für die flüssige Phase der Lösung ausgebildet sind.
    19. Filter nach Anspruch 18,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    9. am Rand des sechseckigen Konzentrierungsraumes (2) und des mit diesem verbundenen Konzentratkanals (31) eine Randwulst (42) ausgebildet ist.
    20. Filter nach Anspruch 18 oder 19,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    5.1 der Füllkanal (41) mit einem Luer-Lock- Verschluß (43) ausgerüstet ist.
    21. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    1.3 die Tiefe des Konzentrierungsraumes (2) vom Füllkanal (41) zum Konzentratkanal (31) hin abnimmt.
    22. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 21,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    8.2 auf der Filterstützscheibe (35) ein den Randwulst (42) am Konzentrierungsraum (2) und am Konzentratkanal (31) überdeckender Andrucksockel (44) ausgebildet ist, der
    8.2.1 im innerhalb des Randwulstes (42) des Konzentrierungsraumes (2) liegenden Flächenbereich wenigstens drei parallele, offene Kanäle (36 bis 38) aufweist, die
    8.2.2 in einen, im innerhalb des Randwulstes (42) des Konzentratkanals (31) liegenden Flächenbereich ausgebildeten offenen Kanal (39) münden, der mit einem geschlossenen Kanal (40) verbunden ist.
    23. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 22,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    10. die Filterkammerscheibe (1) wenigstens zwei Fixierstifte (48) und
    10.1 die Filterstützscheibe (35) wenigstens zwei mit diesen fluchtende Bohrungen (49) aufweisen.
    24. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 23,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    11. die Filterkammerscheibe (1) eine parallel- epipedische, offene Aussparung (45) aufweist, in deren Boden (46) der Konzentrierungsraum (2) und der Konzentratkanal (31) ausgebildet sind, und daß
    11.1 die Filterstützscheibe (35) mit einem in die Aussparung (45) passend einfügbaren, parallelepipedischen Steg (53) ausgerüstet ist, auf
    11.1.1 dessen Oberfläche (47) der Andrucksockel (44) angeordnet ist.
    25. Filter nach Anspruch 24,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    11.2 am oberen Ende der parallelepipedischen Aussparung (45) zwei Auswölbungen (61) und
    11.3 in deren Boden (46) am offenen Ende zwei Nuten (57) ausgebildet sind.
    26. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 25,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    12. in der Filterkammerscheibe (1) und in der Filterstützscheibe (35) mindestens zwei miteinander fluchtende Bohrungspaare (50, 51) ausgebildet sind, die eine Spanneinrichtung (58 bis 60) für die Sandwich-Baugruppe aufnehmen.
    27. Filter nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Filterkammerscheibe (1) und die Filterstützscheibe (9, 35) als komplementäre Teilzylinder ausgebildet sind.
    28. Filter zum Konzentrieren makromolekularer Lösungen auf ein, insbesondere im ul-Bereich liegendes definiertes Endvolumen, bei dem der Konzentratraum, insbesondere ein Kapillarspalt, gegenüber einem senkrecht stehenden Filterblatt abgeschirmt ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Konzentratraum (4, 31) gegenüber dem Filterblatt (8) mittels einer Folie oder Maske (5, 33) aus Teflon abgeschirmt ist.
    29. Filter nach Anspruch 28,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Folie oder Maske (5, 33) aus Teflon eine Dicke im Bereich von 0,25 mm bis 0,75 mm, insbesondere von 0,5 mm aufweist.
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