[发明专利]用于流体样品的微流过滤系统和流过滤方法

说明书

本发明涉及用于提高流体样品中所含组分的浓度的微流过滤系统和流过滤方法。该系统包含具有切向流过滤模块(TFF模块)的流体通道，该模块具有能在流体样品经过时将该流体样品分离成渗余流和渗透流的半透膜。该流体可双向流过该通道，以经过TFF模块并由此提高该流体的浓度。

为提纯或浓缩而使用半透膜过滤流体样品的流过滤系统是现有技术状况中公知的。这些系统在提纯的情况下用于除去微粒或分子污染物或用于提高例如用于实验室分析的流体中的组分浓度。这样的过滤系统的膜可以与流体样品流垂直布置，这被表征为垂直流过滤，或该膜表面可以与流体样品流基本平行布置，这被称作切向流过滤系统(TFF-系统)。

切向流过滤系统的优点在于，由于基本平行于膜表面的样品流向，发生自动清扫和清洁，以致借助此类系统通常可实现与相应的垂直流过滤系统相比更高的通量和更高的吞吐量。此外，大量样品连续流经膜表面以致在此类系统中不容易发生堵塞、结垢或局部提高的浓度。考虑到这些和其它优点，切向流过滤系统(TFF-系统)常用于工业药物制造法和其它工业方法，如生物技术或食品饮料工业。

在流体经过具有半透膜的切向流过滤模块的过程中，小于膜孔径的溶液组分作为渗透流流过该膜，而较大组分留在渗余流中。渗余流在流动线路中再循环或转向并以连续方式被再泵过该膜。这样的TFF-系统用于在从该系统中排出渗透流时显著降低样品溶液的体积。因此，当以浓缩模式驱动该系统时，样品溶液变浓。

切向流过滤系统常用于制造生物技术剂和治疗剂。该过滤法常用于提高活性成分，例如蛋白质、粒子、聚集体、离子、细菌、病毒、核酸、糖 类等的浓度。在新蛋白质的开发中，含有要浓缩的蛋白质的流体样品通常只能以几毫升(ml)的少量获得。此外，这些蛋白质溶液通常成本密集或难制造。因此，希望也使用大约20毫升或更少的量作为浓缩过程的起始体积。

这样少量的流体样品的处理相当困难。只有少数流过滤系统能用这样小的流体体积运行。通常，使用包含具有切向流过滤模块、容纳流体样品的储器、一个或多个压力传感器、阀和驱动流体样品经过该线路的泵的线路的流过滤系统。驱动流体循环经过该线路以创建该线路中的单向流。具有环形线路和内部储器的此类过滤系统的缺点在于内部储器对该线路的最低工作体积带来额外的大份额。

为实现小流体体积的预定浓缩率，要求最低工作体积必须极小。可以作为该线路的起始体积与最低工作体积的比率估算所需浓缩率。因此，如果例如起始体积为20毫升且所需浓缩率为20，则该线路的最低工作体积最多只能为1毫升。最低工作体积是在不会泵入空气(以便可以设置经过该线路的连续流)的情况下可被驱动经过该线路的流体的量。经过切向流过滤模块的单向流的另一缺点是无法穿过该膜的分子在膜长度上的分布不均匀。渗余液通道下游侧的分子数常常比上游侧高。因此，在TFF模块的渗余液出口附近，随浓缩过程的运行时间经过，会发生结垢或堵塞。

因此，如果必须浓缩少量流体样品，可以使用双向过滤系统。这样的系统包含集成在具有两个末端的线性流体通道中的切向流过滤模块。在两个末端都存在活塞泵或注射泵，以便利用这两个泵泵送流体双向经过TFF模块。活塞泵具有用于容纳要浓缩的流体样品的储器。该储器相当于该泵的活塞工作容积。因此，为活塞泵设计分立的体积范围以使该泵最好在与活塞泵的活塞工作容积相同范围内的小体积范围内工作。要处理的体积越小，用于驱动流体经过该过滤系统的活塞行程长度越小。其带来的缺点在于，在要加工小流体体积时，在过滤过程的最后，活塞行程长度也非常小，这造成相对较大的偏差和相对较高的不精确度。

因此，尤其在制药学和生物技术工业中，仍然强烈地需要能用少量流体样品(优选小于20毫升起始体积)运行并能将溶液的组分浓缩大浓缩系数的切向流过滤系统。这样的过滤系统此时不可购得。本发明的一个目的是提供既能处理少量流体又能提供所要求的浓缩系数的优化TFF-系统。此外，应在过滤过程中的长时期内避免TFF模块中的堵塞和结垢。

通过具有根据权利要求1的特征的用于实施流体法的微流过滤系统解决了该问题。也通过根据权利要求11的流过滤方法解决该目的。