這一申請(qǐng)要求于2014年6月25日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第62/017,084號(hào)的權(quán)益。上文申請(qǐng)案的全部教示內(nèi)容是以引用方式并入本文中。

背景技術(shù)：

生物制藥過(guò)濾系統(tǒng)通常利用盒式過(guò)濾器進(jìn)行高分子、例如單克隆抗體的超濾和透析過(guò)濾。盒式過(guò)濾器(例如3盒(EMD密理博公司(EMD Millipore Corp.)，比爾里卡，馬薩諸塞州))由于其緊湊性、高質(zhì)量轉(zhuǎn)移率、低交叉流要求和可接受的低壓力降而用作所需系統(tǒng)性能的標(biāo)準(zhǔn)。然而，盒式過(guò)濾器必須在壓縮夾持器組合件中運(yùn)行，所述組合件通常由厚不銹鋼夾持器板和對(duì)齊桿組成。通過(guò)擰緊螺母或向液壓活塞賦能來(lái)向過(guò)濾器施加壓縮。對(duì)于一次性應(yīng)用，通常將這些盒與昂貴的殼體組合件分離，以防止這些殼體組合件與工藝流體接觸。所述分離是通過(guò)使用封裝這些盒的襯層板或塑料夾套來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些殼體組合件和襯層板/塑料夾套二者都使用不便并且增加了過(guò)濾系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

因?yàn)槁菪p繞膜模塊不需要使用壓縮夾持器組合件，所以其是一種有吸引力的盒式過(guò)濾器的替代品。然而，常規(guī)螺旋纏繞膜元件的通量遠(yuǎn)低于盒式過(guò)濾器，并且要以相同交叉流率獲得與盒式過(guò)濾器類似的通量會(huì)需要不實(shí)用的大泵或長(zhǎng)過(guò)濾流徑，導(dǎo)致一個(gè)系統(tǒng)既不緊湊也不易使用。因此，需要有效、緊湊、可縮放并且改良的螺旋纏繞過(guò)濾器元件和提供盒式過(guò)濾器的性能優(yōu)點(diǎn)的元件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明部分地是基于提供盒式過(guò)濾器的性能屬性的改良的螺旋纏繞過(guò)濾器元件。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種螺旋纏繞過(guò)濾器元件，其所具有的滲透物通量為一個(gè)在相同交叉流通量下操作的參照盒式過(guò)濾器的質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制的滲透物通量的至少約70％，并且進(jìn)料通道壓力降不超過(guò)在相同交叉流通量下操作的該參照盒式過(guò)濾器的進(jìn)料通道壓力降的約1.2倍。在其他實(shí)施例中，滲透物通量為該參照盒式過(guò)濾器的質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制的滲透物通量的至少約80％或90％。在其他實(shí)施例中，一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的進(jìn)料通道長(zhǎng)度為約6英寸(15.24cm)到約18英寸(45.72cm)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的進(jìn)料通道長(zhǎng)度為約12.5英寸(31.75cm)或更小。

在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種TFF系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)本發(fā)明的螺旋纏繞過(guò)濾器元件。在一個(gè)特定實(shí)施例中，該TFF系統(tǒng)可以一種單程模式操作。在一些實(shí)施例中，該TFF系統(tǒng)中可包括兩個(gè)或更多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)流體連接的螺旋纏繞過(guò)濾器元件。該TFF系統(tǒng)一般可包括一個(gè)閥或流量計(jì)，其定位于一個(gè)滲余物出口或?qū)B余物從該系統(tǒng)運(yùn)送到一個(gè)滲余物容器的管道上，以控制再循環(huán)的滲余物的量。該TFF系統(tǒng)還可包括一個(gè)用于透析過(guò)濾溶液的儲(chǔ)器和一個(gè)用于將透析過(guò)濾溶液輸送到進(jìn)料儲(chǔ)器的管道。

在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種用于過(guò)濾一種液體進(jìn)料的工藝，其包括使一種液體進(jìn)料通過(guò)至少一個(gè)本發(fā)明所述的螺旋纏繞過(guò)濾器元件，在該過(guò)濾器元件中將該液體進(jìn)料分離為滲透物和滲余物，并且從該過(guò)濾器元件回收該滲透物和至少一部分的該滲余物。該工藝可為一種切向流過(guò)濾(TFF)工藝(例如，一種單程TFF(SPTFF)工藝)。在某些實(shí)施例中，可在該TFF系統(tǒng)中將該液體進(jìn)料通過(guò)至少兩個(gè)流體連接的本發(fā)明的螺旋纏繞過(guò)濾器元件。該滲余物的一部分(包括該滲余物的約10％或更少)可再循環(huán)通過(guò)這些過(guò)濾器元件中的至少一者。該工藝可進(jìn)一步包括一個(gè)透析過(guò)濾步驟，其包括濃縮和稀釋步驟。

在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生一種高湍流促進(jìn)性進(jìn)料篩網(wǎng)的方法，其包括通過(guò)沿該編織纖維進(jìn)料篩網(wǎng)的一個(gè)外表面使切向點(diǎn)變平或移除這些切向點(diǎn)將該進(jìn)料篩網(wǎng)熱輥壓延到最終高度為約350μm。

本發(fā)明提供具有若干個(gè)優(yōu)點(diǎn)的改良的螺旋纏繞過(guò)濾器元件。例如，本發(fā)明的這些螺旋纏繞過(guò)濾器元件可實(shí)現(xiàn)接近或約為盒式過(guò)濾器在相同交叉流下操作時(shí)提供的滲透物通量的滲透物通量。另外，本發(fā)明的這些螺旋纏繞過(guò)濾器元件能在沒(méi)有進(jìn)料通道壓力降顯著增加的損失的情況下實(shí)現(xiàn)所述滲透物通量，這種損失在常規(guī)螺旋纏繞過(guò)濾器中出現(xiàn)。本發(fā)明的這些螺旋纏繞過(guò)濾器元件還提供呈一種緊湊設(shè)計(jì)以確保易于納入過(guò)濾系統(tǒng)中的盒的性能屬性。另外，與盒不同，本發(fā)明的這些螺旋纏繞過(guò)濾器元件不需要壓縮殼體或襯層，并且尤其對(duì)于一次性系統(tǒng)，可置于與盒相比增加易用性的可棄式套管或襯層中。因此，本發(fā)明的這些螺旋纏繞過(guò)濾器元件提供用于過(guò)濾系統(tǒng)和工藝(包括TFF系統(tǒng)和工藝)中的適宜的盒式過(guò)濾器替代品。圖1將市售過(guò)濾裝置(包括一個(gè)P3B030A01盒式過(guò)濾器(EMD密理博，比爾里卡，馬薩諸塞州)和多種可得螺旋纏繞過(guò)濾器元件)的相對(duì)于本發(fā)明的螺旋纏繞過(guò)濾器元件的比較性質(zhì)制表。

附圖說(shuō)明

如在附圖中所說(shuō)明，根據(jù)下文對(duì)本發(fā)明實(shí)例性實(shí)施例的更具體描述，以上內(nèi)容將變得明顯，其中在所有不同圖中，相似參考符號(hào)是指相同部分。這些圖不一定是按比例繪制，而是著重展示本發(fā)明的實(shí)施例。

圖1是列示市售過(guò)濾裝置(包括一個(gè)盒式過(guò)濾器和多種可得的螺旋纏繞過(guò)濾器元件)相對(duì)于本發(fā)明的螺旋纏繞過(guò)濾器元件的比較性質(zhì)的表格

圖2是一種參照盒式過(guò)濾器和一種比較螺旋纏繞過(guò)濾器元件的滲透物通量對(duì)交叉流的圖。

圖3是圖2中圖的外推圖。

圖4是串聯(lián)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的示意圖。

圖5是一種參照盒式過(guò)濾器(P3B030A01)和一種比較螺旋纏繞過(guò)濾器元件(Prep/Scale，CDUF006，12”長(zhǎng)度過(guò)濾器)的壓力降對(duì)交叉流的圖。

圖6是一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的橫截面圖。

圖7是圍繞一個(gè)常規(guī)螺旋纏繞膜元件的旁通流(環(huán)形)空間的橫截面圖。

圖8是描繪一種氣脹機(jī)制的示意圖。

圖9是描繪具有一個(gè)厚滲透物篩網(wǎng)(隔離片)的氣脹的示意圖。

圖10是描繪具有一個(gè)薄滲透物篩網(wǎng)的氣脹的示意圖。

圖11是描繪比較在用厚(左)和薄(右)滲透物篩網(wǎng)進(jìn)行氣脹后的旁通的示意圖。

圖12是描繪將一個(gè)進(jìn)料篩網(wǎng)壓印到一個(gè)膜中和氣脹減輕的示意圖。

圖13是描繪一個(gè)膨脹進(jìn)料篩網(wǎng)和氣脹減輕的示意圖。

圖14是描繪進(jìn)料流如何滲透穿過(guò)最外層進(jìn)料通道中的一個(gè)膜并滲透穿過(guò)一個(gè)內(nèi)部進(jìn)料通道中的兩個(gè)膜的示意圖。

圖15是一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的透視圖。

圖16是一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的膜包封的示意圖。

圖17是一個(gè)切向流過(guò)濾(TFF)系統(tǒng)的圖式。

圖18是顯示不同構(gòu)造因素對(duì)螺旋纏繞過(guò)濾器效率的影響的圖。

圖19是在一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器中獲得36lmh所需的交叉流比率對(duì)跨膜壓力(TMP)的圖。

圖20是一個(gè)常規(guī)盒式過(guò)濾器、一個(gè)常規(guī)prep/scale螺旋纏繞過(guò)濾器和根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的螺旋纏繞過(guò)濾器元件的滲透物通量對(duì)交叉流的圖。

圖21是一個(gè)未改變、未壓延的a型篩網(wǎng)(a-screen)進(jìn)料篩網(wǎng)的圖像。

圖22是一個(gè)經(jīng)改變a型篩網(wǎng)進(jìn)料篩網(wǎng)的圖像，其已經(jīng)過(guò)壓延以移除切點(diǎn)并減小篩網(wǎng)高度。

圖23是本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的滲透物通量和壓力降的圖，這些實(shí)施例包括一個(gè)12”螺旋纏繞過(guò)濾器元件(從兩個(gè)6”螺旋纏繞過(guò)濾器元件形成并且具有a型篩網(wǎng)用于進(jìn)料隔離物)和一個(gè)6”螺旋纏繞過(guò)濾器元件(具有一個(gè)經(jīng)壓延的a型篩網(wǎng)用于進(jìn)料隔離物)。

圖24是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的螺旋纏繞過(guò)濾器元件的滲透物通量對(duì)壓力降的圖，這些實(shí)施例包括一個(gè)12”螺旋纏繞過(guò)濾器元件(從兩個(gè)6”螺旋纏繞過(guò)濾器元件形成并且具有a型篩網(wǎng))和一個(gè)6”螺旋纏繞過(guò)濾器元件(具有一個(gè)經(jīng)過(guò)壓延的a型篩網(wǎng)用于進(jìn)料隔離物)，其各自具有Biomax膜。

圖25是根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例并且包括PLCTK膜和a型篩網(wǎng)進(jìn)料篩網(wǎng)的兩個(gè)6”螺旋纏繞過(guò)濾器子元件的串聯(lián)(形成一個(gè)12”螺旋纏繞過(guò)濾器元件)的滲透物通量對(duì)交叉流的圖。

圖26是根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例并且包括PLCTK膜和c型篩網(wǎng)進(jìn)料篩網(wǎng)的兩個(gè)6”螺旋纏繞過(guò)濾器子元件的串聯(lián)(形成一個(gè)12”螺旋纏繞過(guò)濾器元件)的滲透物通量對(duì)交叉流的圖。

圖27是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有Biomax-30膜的12.5”螺旋纏繞過(guò)濾器元件的滲透物通量對(duì)交叉流的圖。

圖28是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有PLCTK(PLC30)膜的12.5”螺旋纏繞過(guò)濾器元件的滲透物通量對(duì)交叉流的圖。

圖29是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的兩個(gè)6”PLCTK膜螺旋纏繞過(guò)濾器子元件的串聯(lián)(形成一個(gè)12”螺旋纏繞過(guò)濾器元件)在暴露于γ輻照之前和之后的滲透物通量對(duì)交叉流的圖。

圖30是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的螺旋纏繞過(guò)濾器元件的滲透物通量對(duì)交叉流的圖，所述元件包括一個(gè)6”PLCTK(標(biāo)稱30kD膜)和一個(gè)6”交聯(lián)100膜(PLCHK)以產(chǎn)生一個(gè)交聯(lián)30kD膜。

圖31是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有0.22m²或按比例縮小的0.11m²大小的單一12.5”長(zhǎng)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的滲透物通量對(duì)交叉流的圖。

圖32是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括PET進(jìn)料篩網(wǎng)的螺旋纏繞過(guò)濾器元件的滲透物通量對(duì)交叉流的圖。

圖33是在一個(gè)使用一種具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的螺旋纏繞過(guò)濾器元件的TFF系統(tǒng)的分批濃縮步驟中，通量對(duì)Bgg濃度的圖。

圖34是在一個(gè)使用一種具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的螺旋纏繞過(guò)濾器元件的TFF系統(tǒng)的分批濃縮步驟中，通量和壓力降對(duì)Bgg濃度的圖。

圖35是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的螺旋纏繞過(guò)濾器元件的殘留鹽分?jǐn)?shù)對(duì)透析過(guò)濾體積數(shù)的圖。

圖36是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的按比例縮小的螺旋纏繞過(guò)濾器元件的殘留鹽分?jǐn)?shù)對(duì)透析過(guò)濾體積數(shù)的圖。

具體實(shí)施方式

定義

除非另外指明，本文所用的所有科學(xué)技術(shù)術(shù)語(yǔ)具有如本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同意義。

除非上下文另有明確指示，否則如本文所用的單數(shù)形式“一個(gè)(a)”、“一個(gè)(an)”和“該”包括復(fù)數(shù)含義。

表述“螺旋纏繞過(guò)濾器元件”是指一個(gè)圍繞一個(gè)核心螺旋纏繞的過(guò)濾膜。一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件可含于一個(gè)殼體內(nèi)并且可被替代地稱作一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器模塊。

“盒樣性能”或“盒式過(guò)濾器樣性能”意指滲透物通量為一個(gè)參照盒式過(guò)濾器的質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制的滲透物通量的至少約70％，并且進(jìn)料通道壓力降不超過(guò)一個(gè)在相同交叉流通量下操作的參照盒式過(guò)濾器的進(jìn)料通道壓力降的約1.2倍的性能。

“壓力降”是指在該過(guò)濾器元件的長(zhǎng)度上的一個(gè)進(jìn)料通道內(nèi)的壓力的降低(例如，psid)。

“通量”是面積歸一化的流速。

“滲透物通量”是一個(gè)滲透物通道中滲透物的面積歸一化流速(例如，升/hr/m2，lmh)。

“交叉流通量”是一個(gè)進(jìn)料通道中滲余物的面積歸一化平均流速(例如升/min/m2，lmm)。

“質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制的通量”是不管跨膜壓力多大，可達(dá)到的最大通量。其與質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)成比例，該系數(shù)通常描述為溶質(zhì)擴(kuò)散性對(duì)邊界層厚度的比率，通過(guò)進(jìn)料通道中的流體力學(xué)條件來(lái)測(cè)定。

“跨膜壓力降”是與一個(gè)膜的表面垂直的壓力降。

“交叉流”是一個(gè)過(guò)濾器或一系列過(guò)濾器中進(jìn)料通道的入口與出口之間的滲余物流速。除非另有陳述，否則“交叉流”是指一個(gè)平均交叉流。

術(shù)語(yǔ)“進(jìn)料”、“進(jìn)料樣品”和“進(jìn)料物流”是指引入一個(gè)過(guò)濾模塊以供分離的溶液。

術(shù)語(yǔ)“分離”通常是指將進(jìn)料樣品分成兩個(gè)物流，即滲透物物流和滲余物物流的行為。

術(shù)語(yǔ)“滲透物”和“滲透物物流”是指進(jìn)料中已經(jīng)滲透穿過(guò)膜的部分。

術(shù)語(yǔ)“透析過(guò)濾物”、“透析過(guò)濾緩沖液”和“透析過(guò)濾物物流”是指在一個(gè)透析過(guò)濾工藝期間用于從進(jìn)料物流洗出滲透物溶質(zhì)的溶液。

術(shù)語(yǔ)“滲余物”和“滲余物物流”是指溶液中被膜截留的部分，并且滲余物是富含被截留物質(zhì)的物流。

“進(jìn)料通道”是指一個(gè)過(guò)濾組合件、模塊或元件中的一個(gè)用于一種進(jìn)料的管道。

“滲透物通道”是指一個(gè)過(guò)濾組合件、模塊或元件中的一個(gè)用于一種滲透物的管道。

表述“流徑”是指一個(gè)包含一個(gè)過(guò)濾膜(例如，超濾膜、微孔過(guò)濾膜)的通道，所過(guò)濾的溶液通過(guò)該膜(例如，以一種切向流動(dòng)模式)。該流徑可以具有任何支持切向流動(dòng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(例如筆直的、卷曲的、以Z字形排列的)。一個(gè)流徑可以是開(kāi)放的，如在一個(gè)由中空纖維膜形成的通道的實(shí)例中；或具有一或多個(gè)流動(dòng)障礙物，如在例如由編織或非織隔離片間隔開(kāi)的由平片膜形成的矩形通道的情形中。

“TFF組合件”、“TFF系統(tǒng)”和“TFF設(shè)備”在本文中可互換使用，是指一種切向流過(guò)濾系統(tǒng)，其經(jīng)配置以按一種單程模式和/或一種再循環(huán)模式(例如，完全或部分再循環(huán))來(lái)操作。

“SPTFF組合件”、“SPTFF系統(tǒng)”和“SPTFF設(shè)備”在本文中可互換使用，是指一種TFF系統(tǒng)，其經(jīng)配置以按單程TFF模式來(lái)操作。

“單程模式”和“單程TFF模式”是指用于一種TFF系統(tǒng)/組合件的操作條件，在所述條件下，全部或一部分滲余物不通過(guò)該系統(tǒng)再循環(huán)。

“單葉”螺旋是可形成有一個(gè)連續(xù)進(jìn)料通道的螺旋纏繞過(guò)濾器元件。其一般是由一片膜制得。

“多葉”螺旋是具有多個(gè)進(jìn)料通道的螺旋纏繞過(guò)濾器元件。其一般是由多于1片膜制得；但也可由1個(gè)膜片制得。

一個(gè)“盒夾持器”是指一個(gè)用于一或多個(gè)盒的壓縮組合件。通常，在一個(gè)盒夾持器含有多于一個(gè)盒時(shí)，這些盒經(jīng)配置以并聯(lián)加工，但在一些實(shí)施例中，這些盒可經(jīng)配置用于串聯(lián)加工。

一個(gè)“盒”是指一個(gè)濾筒或平板模塊，其包含一或多個(gè)適用于TFF工藝的過(guò)濾(例如，超濾或微孔過(guò)濾)膜片。

“濾膜”是指能用于一個(gè)過(guò)濾系統(tǒng)、例如一個(gè)TFF系統(tǒng)中的一個(gè)可選擇性滲透的膜。

術(shù)語(yǔ)“超濾膜”和“UF膜”一般定義為一種孔徑介于約1納米到約100納米范圍內(nèi)的膜，或替代地通過(guò)這些膜的“分子量截止值”來(lái)定義，該分子量截止值是以道爾頓(Dalton)為單位來(lái)表示，并且縮寫為MWCO。在不同實(shí)施例中，本發(fā)明利用MWCO評(píng)級(jí)在約1,000道爾頓到1,000,000道爾頓范圍內(nèi)的超濾膜。

如本文中所用的術(shù)語(yǔ)“微孔過(guò)濾膜”和“MF膜”是指孔徑介于約0.1微米到約10微米范圍內(nèi)的膜。

如本文所用術(shù)語(yǔ)“高湍流促進(jìn)性篩網(wǎng)”是指一種篩網(wǎng)，其增加一個(gè)通道(例如，一個(gè)進(jìn)料通道)中的交叉流速度并在膜表面附近促進(jìn)混合。

術(shù)語(yǔ)“可膨脹進(jìn)料篩網(wǎng)”或“膨脹進(jìn)料篩網(wǎng)”意指一種進(jìn)料篩網(wǎng)，其隨著進(jìn)料通道的氣脹而膨脹以維持與一個(gè)膜面的接觸。

術(shù)語(yǔ)“多個(gè)”是指兩個(gè)或更多個(gè)單元、元件或模塊。

“流體連接”是指多個(gè)通過(guò)一或多個(gè)用于一種液體的管道(例如一個(gè)進(jìn)料通道、滲余物通道和/或滲透物通道)彼此連接的螺旋纏繞膜TFF模塊。

“產(chǎn)物”是指一種存在于進(jìn)料物流中的目標(biāo)化合物。通常，一種產(chǎn)物將為一種存在于該進(jìn)料物流中的所關(guān)注的生物分子(例如，蛋白質(zhì))，例如一種單克隆抗體(mAb)。

“加工”是指過(guò)濾(例如，通過(guò)TFF)一種含有一種所關(guān)注產(chǎn)物的進(jìn)料，隨后以一種濃縮和/或純化形式回收該產(chǎn)物的行為。該濃縮產(chǎn)物可從過(guò)濾系統(tǒng)(例如，一個(gè)TFF組合件)的滲余物物流或滲透物物流中回收，這取決于該產(chǎn)物的大小和過(guò)濾膜的孔徑。

表述“并聯(lián)加工”、“以并聯(lián)方式加工”、“并聯(lián)操作”和“以并聯(lián)方式操作”是指在一個(gè)含有多個(gè)流體連接的加工單元的TFF組合件(例如，SPTFF組合件)中加工一種產(chǎn)物，該加工是通過(guò)將進(jìn)料從一個(gè)進(jìn)料通道或歧管直接分配到該組合件中的每個(gè)加工單元來(lái)進(jìn)行。

表述“串聯(lián)加工”、“以串聯(lián)方式加工”，“串聯(lián)操作”和“以串聯(lián)方式操作”是指在一個(gè)含有多個(gè)流體連接的加工單元的TFF組合件(例如SPTFF組合件)中加工一種產(chǎn)物，該加工是通過(guò)將進(jìn)料從進(jìn)料通道直接分配到該組合件中的僅第一加工單元來(lái)進(jìn)行。在串聯(lián)加工中，該組合件中的其他后續(xù)加工單元中的每一者從前一個(gè)加工單元的滲余物管線接收其進(jìn)料(例如來(lái)自第一加工單元的滲余物用作相鄰的第二加工單元的進(jìn)料)。

表述“轉(zhuǎn)化率”、“單程轉(zhuǎn)化率”和“每程轉(zhuǎn)化率”在本文中用于表示在一個(gè)通過(guò)多個(gè)流動(dòng)通道的單程中滲透穿過(guò)膜的進(jìn)料流動(dòng)通量的分?jǐn)?shù)，其表示為進(jìn)料物流流動(dòng)通量的百分比。

下文闡述本發(fā)明的實(shí)例性實(shí)施例。

常規(guī)螺旋纏繞過(guò)濾器元件與盒式過(guò)濾器的比較

常規(guī)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的通量一般遠(yuǎn)低于盒式過(guò)濾器，使得其在若干個(gè)過(guò)濾應(yīng)用中不如盒式過(guò)濾器。一個(gè)實(shí)例顯示于圖2中，其中將一個(gè)基準(zhǔn)盒(P3B030A01C2JA48465-6945-.11m2)和一個(gè)常規(guī)螺旋纏繞過(guò)濾器元件(Prep/Scale CDUF006TT-C1KA07028-09-.54m2)的滲透物通量制圖。對(duì)于圖2中所示的實(shí)例，在一個(gè)TFF系統(tǒng)中使用40g/L牛γ球蛋白(Bgg)評(píng)估該常規(guī)螺旋纏繞過(guò)濾器元件隨歸一化平均交叉流率而變的質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制的通量和壓力降。該TFF系統(tǒng)是以完全再循環(huán)模式運(yùn)行。將滲余物壓力調(diào)節(jié)到15psi，以確保達(dá)到質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制的通量。圖2顯示一個(gè)常規(guī)6”長(zhǎng)盒式過(guò)濾器和一個(gè)常規(guī)12.5”長(zhǎng)螺旋纏繞過(guò)濾器元件中的滲透物通量對(duì)交叉流。在一個(gè)6L/min-m2的典型交叉流下，該常規(guī)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的通量比該常規(guī)盒式過(guò)濾器低約2.7倍。

圖3顯示圖2中所示結(jié)果的外推。為了達(dá)到所需的6L/min·m²盒式過(guò)濾器通量，該常規(guī)螺旋纏繞過(guò)濾器模塊的交叉流通量必須增加約4倍，達(dá)到24L/min·m²。

高于6L/min·m²的交叉流通量對(duì)于一次性TFF系統(tǒng)來(lái)說(shuō)較不合意，因?yàn)槠湫枰蟮谋?這并非總是可以得到的)和更大的管系，從而得到一個(gè)具有更大足跡、更高資金成本和更大滯留體積的系統(tǒng)。更大滯留體積減小最大濃度因子并且可降低產(chǎn)物回收率或?qū)е伦罱K產(chǎn)物池的稀釋。

交叉流通量(例如，L/min·m²)可通過(guò)延長(zhǎng)一個(gè)進(jìn)料通道流徑的長(zhǎng)度來(lái)降低，這可通過(guò)串聯(lián)置放過(guò)濾器元件或通過(guò)使用具有一個(gè)更長(zhǎng)進(jìn)料通道的過(guò)濾器元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于典型的低每程轉(zhuǎn)化率應(yīng)用(例如，約10％的濃縮高分子)，兩種方法都可在維持接近的進(jìn)料速度的同時(shí)，針對(duì)一個(gè)給定泵送速率增加膜面積，并因此增加滲透物通量。圖4說(shuō)明這種原理。例如，為使交叉流通量降低到四倍，進(jìn)料通道路徑長(zhǎng)度必須增加4倍。然而，這會(huì)導(dǎo)致進(jìn)料通道流徑極長(zhǎng)，通常伴隨更多連接，并導(dǎo)致系統(tǒng)更復(fù)雜，這是人們所不需要的。

另外，加長(zhǎng)進(jìn)料通道流徑成比例地增加過(guò)濾器元件兩側(cè)的壓力降。圖5顯示圖6和7中所示的參照盒(P3B030A01C2JA48465-6945-.11m2)和常規(guī)螺旋纏繞過(guò)濾器元件(Prep/Scale CDUF006TT-C1KA07028-09-.54m2)隨交叉流而變的壓力降。如上文所討論，為了滿足盒式過(guò)濾器的6L/min·m²的滲透物通量，該螺旋纏繞過(guò)濾器元件需要高4倍的交叉流率。螺旋纏繞過(guò)濾器元件在高4倍的交叉流率下的壓力降為約24psid。在該螺旋纏繞過(guò)濾器元件的進(jìn)料路徑長(zhǎng)度增加4倍時(shí)(以將交叉流降低到4倍，降到6L/min·m²的盒式過(guò)濾器目標(biāo))，壓力降成比例地增加。因此，在該常規(guī)螺旋纏繞過(guò)濾器元件中，4倍的壓力降給予總進(jìn)料通道路徑96psid的壓力降，這是該盒式過(guò)濾器的6.5倍。

具有盒樣性能的螺旋纏繞過(guò)濾器元件

如本文所述，本發(fā)明提供緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器元件，其提供盒樣性能。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的滲透物通量為一個(gè)在相同交叉流通量下操作的參照盒式過(guò)濾器的質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制的滲透物通量的至少約70％(例如，至少70％、75％、80％、85％、90％、95％、98％、99％、100％、105％或110％)，并且進(jìn)料通道壓力降不超過(guò)在相同交叉流通量下操作的該參照盒式過(guò)濾器的進(jìn)料通道壓力降的約1.2倍(例如，1.2、1.1、1.0、0.8或0.5倍)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的滲透物通量為一個(gè)在相同交叉流通量下操作的參照盒式過(guò)濾器的質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制的滲透物通量的至少約80％。在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的滲透物通量為一個(gè)在相同交叉流通量下操作的參照盒式過(guò)濾器的質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制的滲透物通量的至少約90％。

用于本發(fā)明的螺旋纏繞過(guò)濾器元件的典型操作條件包括在約0.1L/min·m²與約12L/min·m²范圍內(nèi)的交叉流通量。在4到8L/min·m²范圍內(nèi)的交叉流通量是用于再循環(huán)分批過(guò)濾的典型通量，而在0.1到2L/min·m²范圍內(nèi)的通量是用于單程過(guò)濾的典型通量。在一個(gè)特定實(shí)施例中，平均操作交叉流通量為約6L/min·m²。典型操作溫度可在約15℃到約30℃范圍內(nèi)，或更通常為約20℃到約25℃。典型滲余物壓力可在約10-20psig范圍內(nèi)。

交叉流通量可通過(guò)測(cè)量TFF裝置(例如，一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件或盒式過(guò)濾器)中的平均進(jìn)料流速和將該平均值除以該TFF裝置中的膜面積來(lái)測(cè)定。平均進(jìn)料流速等于進(jìn)料和滲余物流量的和除以二。平均進(jìn)料流速通常是作為滲余物流速和滲透物流速的一半的和來(lái)測(cè)量。交叉流通量通常是以升/分鐘/平方米(L/min-m²)的單位來(lái)表示。流速可用流量計(jì)來(lái)測(cè)量。流速可通過(guò)在一個(gè)器皿中經(jīng)已知時(shí)間段收集已知體積(或?qū)τ谝阎芏?，收集已知重?來(lái)測(cè)量。

滲透物通量可通過(guò)測(cè)量TFF裝置中的滲透物流速和將該流速除以該TFF裝置中的膜面積來(lái)測(cè)定。滲透物流速可通過(guò)在一個(gè)器皿(例如一個(gè)量筒)中經(jīng)已知時(shí)間段收集已知體積(或?qū)τ谝阎芏?，收集已知重?來(lái)測(cè)量。滲透物通量通常是以升/小時(shí)/平方米(例如，L/hr/m²)的單位來(lái)表示。

橫跨TFF裝置的進(jìn)料通道壓力降可通過(guò)從所測(cè)量的進(jìn)料壓力減去所測(cè)量的滲余物壓力來(lái)測(cè)定。進(jìn)料和滲余物壓力可用壓力計(jì)或壓力傳感器來(lái)測(cè)量。

在給定交叉流率下，對(duì)于給定進(jìn)料溶液，一個(gè)TFF裝置的質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制的通量是通過(guò)增加所觀察到的跨膜壓力直到滲透物通量不再增加為止來(lái)測(cè)定。

跨膜壓力降可通過(guò)取進(jìn)料和滲余物壓力減去滲透物壓力的平均值來(lái)測(cè)定。

在一些實(shí)施例中，一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的平均交叉流通量介于約2與約12L/min·m²之間，例如約0.1到約2L/min·m²。在其他實(shí)施例中，該螺旋纏繞過(guò)濾器元件的進(jìn)料通道壓力降可為約5到約30psid，例如約5到20psid。

參照盒式過(guò)濾器可用作基準(zhǔn)，可相對(duì)于該基準(zhǔn)測(cè)量本發(fā)明的緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器元件的性能。所述盒可替代性地稱為基準(zhǔn)盒式過(guò)濾器。適宜參照盒的實(shí)例包括但不限于由EMD密理博公司(比爾里卡，馬薩諸塞州)供應(yīng)的各種TFF盒，例如具有膜或膜的盒。參照盒的具體實(shí)例包括3微型盒，0.11m²，經(jīng)制備具有一個(gè)膜、標(biāo)稱6”端口到端口進(jìn)料路徑、一個(gè)“a型篩網(wǎng)”進(jìn)料篩網(wǎng)和一個(gè)“b型篩網(wǎng)”滲透物篩網(wǎng)(P3B030A01)；以及3微型盒，0.11m²，經(jīng)制備具有一個(gè)膜，標(biāo)稱6”端口到端口進(jìn)料路徑，一個(gè)“c型篩網(wǎng)”進(jìn)料篩網(wǎng)和一個(gè)“b型篩網(wǎng)”滲透物篩網(wǎng)(P3C030C01)。

本發(fā)明的螺旋纏繞過(guò)濾器元件的性能可相對(duì)于一個(gè)參照盒的性能來(lái)評(píng)估。例如，在約6L/min·m²交叉流下，基于40g/L Bgg，在23℃下，螺旋纏繞過(guò)濾器元件的性能可為至少30L/hr·m²滲透物通量和不超過(guò)14.5psid的進(jìn)料通道壓力降，以及大于99％的Bgg滯留，用于提供盒樣性能。

螺旋纏繞過(guò)濾器元件通常包含例如一個(gè)滲透物排泄管(核心)、過(guò)濾膜、進(jìn)料隔離物篩網(wǎng)、滲透物隔離物篩網(wǎng)和粘合劑(例如，膠水、環(huán)氧樹(shù)脂)。該滲透物核心可為例如一個(gè)聚砜管，其具有多個(gè)沿該滲透物包封開(kāi)口端的預(yù)期寬度定位的小孔，以容許從該過(guò)濾器元件排放滲透物。

圖6顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件100的一個(gè)實(shí)例的橫截面圖。該螺旋纏繞過(guò)濾器元件100包括圍繞一個(gè)多孔中空核心滲透物收集管140纏繞的膜層160、進(jìn)料通道組件120(例如進(jìn)料隔離物)和滲透物通道組件130(例如滲透物隔離物)。箭頭150指示滲透物的流向。該過(guò)濾器膜層160與該進(jìn)料隔離物120的外表面呈平面接觸。該進(jìn)料隔離物120用作一個(gè)用于通道幾何結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定器和一個(gè)用于降低該膜表面附近的極化現(xiàn)象的湍流促進(jìn)器二者。該滲透物隔離片130為該過(guò)濾器膜層160提供支持并維持一個(gè)流動(dòng)通道用于排放滲透物。

可用于本文所述的螺旋纏繞過(guò)濾器元件中的濾膜為業(yè)內(nèi)已知并且包括例如超濾膜、微孔過(guò)濾膜、反滲透膜或納米濾膜。所述膜一般具有一種非織背襯材料或微孔膜支持物。濾膜可由例如以下物質(zhì)形成：再生纖維素、聚芳砜、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯、聚酯、聚醚砜(PES)、聚乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、尼龍、乙烯-三氟氯乙烯、聚酰亞胺、聚酰胺、氟化乙丙烯、全氟烷氧基、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚硫化共二烯(polysynidilenesulfide)和聚碳酸酯。適宜過(guò)濾膜的具體實(shí)例包括膜和膜。膜是在非織聚烯烴背襯上的經(jīng)修飾聚醚砜膜，且標(biāo)稱分子量截止值為30千道爾頓。膜是在高密度聚乙烯0.6μm微孔基材上的再生纖維素膜，且標(biāo)稱分子量截止值為30千道爾頓。

進(jìn)料隔離物或篩網(wǎng)為業(yè)內(nèi)已知且可包括多種適宜材料(例如，聚乙烯、聚丙烯和聚酯)，并且可具有多種幾何結(jié)構(gòu)(例如，擠出雙面和編織單絲聚丙烯網(wǎng)，呈方織或斜織)。滲透物隔離片或篩網(wǎng)為業(yè)內(nèi)已知并且材料和幾何結(jié)構(gòu)通常類似于進(jìn)料篩網(wǎng)，但經(jīng)環(huán)氧樹(shù)脂浸漬的特里科(Tricot)雙面針織聚酯除外?？捎米鬟M(jìn)料隔離物和/或滲透物隔離物的篩網(wǎng)的具體實(shí)例包括例如a型篩網(wǎng)、b型篩網(wǎng)和c型篩網(wǎng)(篩網(wǎng)，賽發(fā)(Sefar)，魁北克，加拿大)。一個(gè)a型篩網(wǎng)是一個(gè)編織的200μm(近似值)直徑單絲聚丙烯纖維篩網(wǎng)，其采用以51股/英寸方斜織2蓋1(2-over-1)右手編織，總標(biāo)稱編織厚度為420μm并且開(kāi)放面積為約36％。一個(gè)b型篩網(wǎng)是一個(gè)編織的150μm(近似值)單絲聚丙烯纖維篩網(wǎng)，其采用以70股/英寸方斜織2蓋1右手編織并且總標(biāo)稱編織厚度為320μm并且開(kāi)放面積為約34％。一個(gè)c型篩網(wǎng)是一個(gè)編織的250μm(近似值)直徑單絲聚丙烯纖維篩網(wǎng)，其采用以42股/英寸方斜織2蓋1右手編織并且總標(biāo)稱編織厚度為525μm并且開(kāi)放面積為約34％。

粘合劑為業(yè)內(nèi)已知并且包括但不限于膠水、聚氨酯或環(huán)氧樹(shù)脂。

在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的螺旋纏繞過(guò)濾器元件具有與盒式過(guò)濾器大致相同的短路徑長(zhǎng)度，其長(zhǎng)度可為約6”-18”(例如，6”、8”、10”、12”、12.5”、14”、16”和18”)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的進(jìn)料通道長(zhǎng)度為約12.5”(例如，12”、12.5”和12.55”)或更短。在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的進(jìn)料通道長(zhǎng)度為約6”(例如，5.95”、6”、6.25”)。

在一些實(shí)施例中，一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件可包括長(zhǎng)度較短的子元件，以形成所需的螺旋纏繞過(guò)濾器元件長(zhǎng)度。例如，一個(gè)長(zhǎng)度為12”的螺旋纏繞過(guò)濾器元件可由兩個(gè)6”螺旋纏繞過(guò)濾器子元件形成。

如本文所述，提高進(jìn)料通道效率可提升螺旋纏繞膜元件的性能，使得該螺旋纏繞過(guò)濾器元件可提供盒樣性能。本發(fā)明實(shí)施例包括具有高湍流促進(jìn)性進(jìn)料篩網(wǎng)的螺旋纏繞過(guò)濾器元件。高湍流促進(jìn)性篩網(wǎng)可為網(wǎng)狀編織網(wǎng)篩，其增加該螺旋纏繞過(guò)濾器元件的進(jìn)料通道中的交叉流速度并在膜附近促進(jìn)混合。例如，上述a型篩網(wǎng)和c型篩網(wǎng)可為高湍流促進(jìn)性進(jìn)料篩網(wǎng)。高湍流促進(jìn)性進(jìn)料篩網(wǎng)可從賽發(fā)公司(希庫(kù)蒂米，加拿大)購(gòu)得。

為了在一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器模塊中在維持短路徑長(zhǎng)度的同時(shí)提高效率，過(guò)濾器元件可使用薄進(jìn)料篩網(wǎng)和薄滲透物篩網(wǎng)來(lái)構(gòu)造。例如，一個(gè)適宜的進(jìn)料篩網(wǎng)的未壓縮高度(厚度)可為約600μm或更小(例如，600μm、550μm、500μm、450μm、400μm、300μm等)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，該進(jìn)料篩網(wǎng)的未壓縮高度為約350μm或更小(例如，350μm、320μm、300μm)。一個(gè)滲透物篩網(wǎng)的未壓縮高度(厚度)可為約200μm到約800μm。在具體實(shí)施例中，該滲透物篩網(wǎng)的未壓縮高度為約600μm或更小(例如，600μm、560μm、510μm)。在某些實(shí)施例中，該滲透物篩網(wǎng)的未壓縮高度為約300μm或更小(例如，300μm、260μm、130μm)。在一些實(shí)施例中，該進(jìn)料通道長(zhǎng)度小于進(jìn)料通道高度的約800倍。

一個(gè)滲透物通道或進(jìn)料通道的高度通常將由含于該通道中的篩網(wǎng)(或“隔離片”)(如果存在)的高度來(lái)限定(例如，在不存在氣脹時(shí))。在一些情況下，一個(gè)篩網(wǎng)(例如，進(jìn)料篩網(wǎng))可壓印到一個(gè)膜中，例如在每一側(cè)上壓印到一個(gè)相鄰膜中至多65μm。一個(gè)壓縮或壓印篩網(wǎng)(例如，進(jìn)料篩網(wǎng))可為所需的，因?yàn)槠湓诓僮髌陂g能彈開(kāi)或膨脹以與相鄰膜的表面維持接觸并限制氣脹。這可防止交叉流或一部分交叉流繞過(guò)該進(jìn)料篩網(wǎng)。

或者或另外，厚和/或剛性進(jìn)料滲透物篩網(wǎng)在操作期間提供極小壓縮，也可用于確保高壓進(jìn)料不會(huì)引起滲透物通道崩塌。滲透物通道支持從該裝置排放滲透物，并且可進(jìn)一步提供支持以防止一個(gè)進(jìn)料通道發(fā)生氣脹。例如，使用一個(gè)壓縮進(jìn)料篩網(wǎng)或一個(gè)在每一側(cè)上壓印到一個(gè)相鄰膜中至多65μm的進(jìn)料篩網(wǎng)，支持性滲透物篩網(wǎng)應(yīng)壓縮小于130μm(例如，在23℃下約50psi)以在該進(jìn)料通道經(jīng)進(jìn)料壓力賦能時(shí)限制該進(jìn)料通道的氣脹和/或在氣脹期間保持該進(jìn)料篩網(wǎng)在該壓痕內(nèi)。

在操作溫度(例如，23℃)下，在約50磅/平方英寸的壓縮下，剛性進(jìn)料篩網(wǎng)的高度一般壓縮小于約130μm。更厚滲透物篩網(wǎng)一般需要更大剛度，以例如保持壓縮低于所需水平。拉伸模量提供剛度的一個(gè)量度并且是通過(guò)用壓縮壓力(每面積的力)乘以篩網(wǎng)厚度并除以壓縮分?jǐn)?shù)(初始厚度中的壓縮距離)來(lái)測(cè)定。例如，在一個(gè)260μm厚(薄)篩網(wǎng)上壓縮到130μm的50psi壓縮壓力需要100psi的所需拉伸模量。更厚的篩網(wǎng)(例如一個(gè)520μm厚的篩網(wǎng))需要更高的拉伸模量(例如200psi)，以保持壓縮低于所需水平。

在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生一個(gè)可納入一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件中的高湍流促進(jìn)性進(jìn)料篩網(wǎng)的方法。在一些實(shí)施例中，該方法可用于產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)料篩網(wǎng)，其幾何結(jié)構(gòu)類似于盒式過(guò)濾器的進(jìn)料通道幾何結(jié)構(gòu)。該方法包含將一個(gè)編織纖維進(jìn)料篩網(wǎng)熱輥壓延到最終高度為約350μm或更小和沿該進(jìn)料篩網(wǎng)的外表面使切向點(diǎn)變平或移除這些切向點(diǎn)的步驟。本文實(shí)例3中提供一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)高湍流進(jìn)料篩網(wǎng)的實(shí)例。

本文所述的螺旋纏繞過(guò)濾器元件具有在過(guò)濾期間減小或消除氣脹的優(yōu)點(diǎn)。如圖7中所示，螺旋纏繞過(guò)濾器元件可在該螺旋過(guò)濾器元件與殼體之間含有一個(gè)旁通區(qū)域。圖8中說(shuō)明的氣脹在進(jìn)料通道中在從進(jìn)料通道到滲透物通道的正跨膜壓力(TMP)(用于驅(qū)使?jié)B透物流動(dòng)穿過(guò)該膜)下的高壓向外推膜時(shí)發(fā)生，并且可容許該進(jìn)料篩網(wǎng)周圍的旁通流。如圖9中所示，使用一個(gè)更厚和/或易于壓縮的滲透物篩網(wǎng)可在操作期間增加氣脹。如圖10中所示，使用一個(gè)更薄和/或更硬滲透物篩網(wǎng)可降低氣脹。另外，如圖11右圖中所示并且與圖11左圖中所示的一個(gè)厚滲透物篩網(wǎng)箱相比，使用一個(gè)薄滲透物篩網(wǎng)箱可降低進(jìn)料隔離物材料與膜之間的間隙的產(chǎn)生。圖12和13說(shuō)明減少因氣脹所致的進(jìn)料篩網(wǎng)旁通的其他方法，包括將一個(gè)進(jìn)料隔離物壓印到膜中和在生產(chǎn)期間壓縮進(jìn)料隔離物材料。

因此，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供螺旋纏繞過(guò)濾器元件，其具有預(yù)壓縮、可膨脹和/或壓印到膜中的進(jìn)料篩網(wǎng)。

除了減少氣脹以外，進(jìn)料通道效率可通過(guò)阻斷一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件的最外層進(jìn)料通道來(lái)改良。圖14說(shuō)明來(lái)自位于一個(gè)殼體內(nèi)的膜層的進(jìn)料流向和滲透物流向。外層進(jìn)料流通道一般未充分利用，因?yàn)槠鋬H驅(qū)使通量穿過(guò)一個(gè)膜壁。因此，在一些實(shí)施例中，阻斷(例如用膠水、環(huán)氧樹(shù)脂等)該螺旋纏繞過(guò)濾器元件的最外層進(jìn)料通道層，使得進(jìn)料選路到位置更接近該螺旋纏繞元件的核心的更有效進(jìn)料通道。

通過(guò)降低氣脹效應(yīng)和使進(jìn)料選路到螺旋纏繞過(guò)濾器元件中的更有效進(jìn)料通道，可獲得提高的效率。隨著進(jìn)料通道效率增加，具有一個(gè)短路徑長(zhǎng)度的螺旋纏繞過(guò)濾器元件可用于TFF系統(tǒng)(例如SPTFF系統(tǒng))中。因此，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，將效率和緊湊性構(gòu)建到該螺旋元件的設(shè)計(jì)中?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量在所需平均交叉流通量下達(dá)到目標(biāo)通量所需的壓力降來(lái)提供估計(jì)效率。

裝配螺旋纏繞過(guò)濾器元件的方法為業(yè)內(nèi)已知。例如，一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件可通過(guò)以下方式來(lái)裝配：鋪疊一個(gè)膜(通過(guò)圍繞一個(gè)進(jìn)料篩網(wǎng)折疊一個(gè)膜產(chǎn)生至少一個(gè)膜葉)，將該膜葉(或多個(gè)膜葉)附接到一個(gè)滲透物核心，并圍繞該核心纏繞該膜葉。圖15顯示一個(gè)多葉螺旋纏繞過(guò)濾器元件的組合件，其中多個(gè)箭頭指示進(jìn)料流向并且多個(gè)箭頭指示一個(gè)膜包封215內(nèi)的滲透物流?？稍谝朐撃ぶ霸诶p繞期間圍繞該核心纏繞其他滲透物隔離片層(即，核心包裝)(圖15中未顯示)。螺旋纏繞過(guò)濾器元件可為單葉(含有一個(gè)單膜包封)或多葉(含有兩個(gè)或更多個(gè)膜包封)。如圖16中所示，制備側(cè)邊接縫和末端接縫以密封該膜包封，使得進(jìn)料無(wú)法繞過(guò)該膜到達(dá)該滲透物通道。引導(dǎo)滲透物流動(dòng)到該過(guò)濾器元件的該核心。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，可能需要在螺旋纏繞過(guò)濾器元件裝配期間減小或消除膜尾和/或篩網(wǎng)尾。減小或消除膜尾和篩網(wǎng)尾的方法為業(yè)內(nèi)已知并且包括例如提供補(bǔ)償、修整或折疊以減少在該螺旋纏繞過(guò)濾器元件的纏繞完成后殘留的過(guò)多膜或篩網(wǎng)的量。減小或消除膜尾和篩網(wǎng)尾在本文中稱作“精簡(jiǎn)”。

本發(fā)明實(shí)施例包括在一個(gè)殼體(例如，可重復(fù)使用的殼體、可棄式殼體)、套管或襯層中的螺旋纏繞過(guò)濾器元件。將螺旋纏繞過(guò)濾器元件置于殼體中，置放方式應(yīng)使得能連接到一個(gè)過(guò)濾系統(tǒng)(例如一個(gè)TFF系統(tǒng))，限制壓力并使進(jìn)料、滲余物和滲透物物流保持分離?；谥T如以下等考慮因素，殼體可為不銹鋼、塑料或其他適宜材料：用于計(jì)劃應(yīng)用的可提取材料的強(qiáng)度、化學(xué)相容性和安全性。可將若干個(gè)個(gè)別模塊在一個(gè)歧管網(wǎng)絡(luò)中連接在一起。這些歧管提供進(jìn)料、滲余物和滲透物通過(guò)該模塊網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)、串聯(lián)或混合流動(dòng)。

本發(fā)明的可棄式或一次性螺旋纏繞過(guò)濾器元件尤其適合于生物技術(shù)工業(yè)中的應(yīng)用，因?yàn)橐淮涡允褂每杀苊庵貜?fù)使用的過(guò)濾器的清潔、清潔驗(yàn)證和性能驗(yàn)證的需要。此外，一次性螺旋纏繞過(guò)濾器元件和模塊完全消除了交叉污染的可能性，這是藥劑加工中的重要方面。

包含本發(fā)明螺旋纏繞過(guò)濾器元件的切向流過(guò)濾系統(tǒng)

本發(fā)明的這些螺旋纏繞過(guò)濾器元件適用于多種過(guò)濾系統(tǒng)和方法。在一個(gè)具體實(shí)施例中，一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件用于一個(gè)TFF系統(tǒng)中。TFF系統(tǒng)為業(yè)內(nèi)已知。在一個(gè)特定實(shí)施例中，該TFF系統(tǒng)可以一種單程模式(SPTFF)來(lái)操作。在另一個(gè)實(shí)施例中，該TFF系統(tǒng)是以一種再循環(huán)模式來(lái)操作。該TFF系統(tǒng)可具有一個(gè)或一個(gè)以上本文所述的螺旋纏繞過(guò)濾器元件。在具有一個(gè)以上螺旋纏繞過(guò)濾器元件的系統(tǒng)中，這些螺旋纏繞過(guò)濾器元件可串聯(lián)或并聯(lián)流體連接，或以兩種方式流體連接。

TFF系統(tǒng)一般提供一個(gè)流徑和控制器以輸送有時(shí)候需要的濃縮和透析過(guò)濾過(guò)程，以將進(jìn)料轉(zhuǎn)化為一種所需的中間體或最終產(chǎn)物以及以可接受的濃度和純度回收該產(chǎn)物。一個(gè)含有本發(fā)明螺旋纏繞過(guò)濾器模塊的TFF裝置一般將包括所需的連接、分離能力和膜面積，以在要求時(shí)間內(nèi)完成切向流過(guò)濾。

一個(gè)實(shí)例性TFF系統(tǒng)顯示于圖17中。將來(lái)自再循環(huán)罐的加壓進(jìn)料連接到螺旋纏繞過(guò)濾器模塊或歧管(TFF裝置)的進(jìn)料端口。進(jìn)料在所施加的跨通道壓力降下流動(dòng)穿過(guò)所述TFF裝置的襯有膜的進(jìn)料通道，所述壓力降通常是通過(guò)使用一個(gè)泵對(duì)該進(jìn)料加壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)自該進(jìn)料物流的一些溶劑流動(dòng)穿過(guò)該膜面進(jìn)入該滲透物通道，并且載有一部分可滲透物質(zhì)。剩余濃縮進(jìn)料物流從該模塊或歧管流出穿過(guò)滲余物端口。將從該模塊的滲透物端口流出的滲透物引導(dǎo)到一個(gè)位置，根據(jù)該工藝，將其在該位置保留或棄去。

這些用于再循環(huán)TFF方法中的含有螺旋纏繞過(guò)濾器元件的TFF系統(tǒng)可包括至少一個(gè)泵或控制閥用于使?jié)B余物再循環(huán)通過(guò)該系統(tǒng)的全部或一部分，并且包括至少一個(gè)管道用于再循環(huán)(例如，運(yùn)送)滲余物。再循環(huán)滲余物的量可使用例如泵或閥來(lái)控制。可使用一個(gè)流量計(jì)來(lái)提供用于控制再循環(huán)滲余物的量的該泵或閥的工藝值。因此，在一些實(shí)施例中，本文所述的用于本發(fā)明的部分再循環(huán)TFF方法的TFF系統(tǒng)還可包含一個(gè)閥或泵和/或一個(gè)流量計(jì)，用于控制滲余物的再循環(huán)。優(yōu)選地，將該閥或泵和/或流量計(jì)定位于滲余物出口或?qū)B余物從該系統(tǒng)中運(yùn)送至滲余物容器的流動(dòng)管線上。

在TFF系統(tǒng)操作期間可實(shí)現(xiàn)的最大通量是通過(guò)選擇足夠跨膜壓力(TMP)用于滲透物排放來(lái)獲得。這適用于操作的壓力依賴性和質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制性區(qū)域。對(duì)于螺旋纏繞過(guò)濾器，所需TMP的達(dá)到是通過(guò)在該模塊末端處測(cè)量來(lái)測(cè)定。對(duì)于具有兩個(gè)滲透物出口的盒，所需TMP的達(dá)到是通過(guò)平均進(jìn)料通道壓力來(lái)測(cè)定。跨膜壓力必須足夠以支持通過(guò)該膜的壓力降和從該滲透物通道排放滲透物的最大壓力二者。

本發(fā)明的TFF工藝

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種使一種液體進(jìn)料通過(guò)本發(fā)明的一個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件，在該過(guò)濾器元件中將該液體進(jìn)料分離為滲透物和滲余物；以及從該過(guò)濾器元件回收該滲透物和該滲余物的至少一部分的方法。

本文所述的該TFF系統(tǒng)通常還可用于單程TFF(SPTFF)方法和部分再循環(huán)TFF方法。在一個(gè)特定實(shí)施例中，該TFF工藝包含在單獨(dú)容器中從該系統(tǒng)回收滲透物和該滲余物的一部分而不再循環(huán)通過(guò)該TFF系統(tǒng)，以及使該滲余物的剩余部分至少一次再循環(huán)通過(guò)該TFF系統(tǒng)。

在啟動(dòng)期間使該滲余物的全部或一部分再循環(huán)提供一種通過(guò)其來(lái)確保系統(tǒng)已達(dá)到平衡并且該滲余物在將其收集到產(chǎn)物器皿中之前已實(shí)現(xiàn)所需濃度的方法。還提供了一種在處理過(guò)程中響應(yīng)系統(tǒng)擾亂的便捷方式而提供更穩(wěn)固的工藝。再循環(huán)滲余物的分?jǐn)?shù)可通過(guò)調(diào)整該泵或控制閥來(lái)調(diào)節(jié)，作為一種方式來(lái)調(diào)諧該系統(tǒng)，以確保即使原料蛋白質(zhì)濃度、新膜滲透性、膜結(jié)垢、膜滲透性或膜質(zhì)量轉(zhuǎn)移或壓力降在不同批次中變化，每次運(yùn)行時(shí)滲余物濃度一致和/或滲余物進(jìn)入產(chǎn)物收集器皿的流速一致。在連續(xù)加工，并且后續(xù)操作的成功取決于先前一次操作的輸出的情況下，這種策略尤其有利。滲余物的再循環(huán)可通過(guò)增加交叉流速度來(lái)提高清潔有效性，并且通過(guò)再循環(huán)來(lái)減少清潔液。

通常，在單程后收集至少約50％的滲余物，而使該滲余物的剩余部分再循環(huán)。優(yōu)選地，在第一次通過(guò)該TFF系統(tǒng)后使約10％或更少(例如，約0.5％、約1％、約2％、約5％、約10％)的滲余物再循環(huán)。

可使正在再循環(huán)的滲余物返回該TFF系統(tǒng)中或之前的任一上游位置。在一個(gè)實(shí)施例中，使該滲余物再循環(huán)到進(jìn)料罐。在另一個(gè)實(shí)施例中，使該滲余物再循環(huán)到該TFF系統(tǒng)上在進(jìn)料入口之前的進(jìn)料泵附近的進(jìn)料管線中。

在一些實(shí)施例中，本文所述的這些方法還包含執(zhí)行透析過(guò)濾(例如，以移除或降低該液體進(jìn)料中的鹽或溶劑的濃度，或完成緩沖液交換)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該透析過(guò)濾是通過(guò)以下方式來(lái)執(zhí)行：濃縮該液體進(jìn)料(例如，通過(guò)TFF)以減小透析過(guò)濾體積，然后通過(guò)添加透析過(guò)濾溶液(例如透析過(guò)濾緩沖液)將該進(jìn)料恢復(fù)到其起始體積，這種工藝在業(yè)內(nèi)稱為不連續(xù)或分批透析過(guò)濾。在另一個(gè)實(shí)施例中，該透析過(guò)濾是通過(guò)以下方式來(lái)執(zhí)行：將該透析過(guò)濾溶液添加到滲余物以增加該透析過(guò)濾體積，隨后濃縮樣品以使其恢復(fù)到其初始體積。在另一個(gè)實(shí)施例中，該透析過(guò)濾是通過(guò)以下方式來(lái)執(zhí)行：以與從該TFF系統(tǒng)移除該滲透物相同的速率將該透析過(guò)濾溶液添加到未過(guò)濾的進(jìn)料，該工藝在業(yè)內(nèi)稱為連續(xù)或定容透析過(guò)濾。適宜透析過(guò)濾溶液為人所熟知，并且包括例如水和各種水性緩沖溶液。為執(zhí)行透析過(guò)濾，該TFF系統(tǒng)可包括一個(gè)用于透析過(guò)濾溶液的儲(chǔ)器或容器以及一或多個(gè)用于將透析過(guò)濾溶液從該透析過(guò)濾溶液容器運(yùn)送到該液體進(jìn)料罐的管道。

為了避免作為透析過(guò)濾工藝的一部分的濃縮和在線稀釋的極端情況(例如，>90％)，優(yōu)選地將透析過(guò)濾物注入過(guò)濾組合件的多個(gè)區(qū)段中以使?jié)B余物區(qū)段中的流量恢復(fù)到與初始進(jìn)料中相同的流量。這要求添加透析過(guò)濾緩沖液的速率與移除滲透物的速率相匹配。一個(gè)優(yōu)選方法是使用單一泵，其具有多個(gè)泵壓頭，含有透析過(guò)濾物添加和滲透物移除流動(dòng)管線(例如蠕動(dòng)泵來(lái)自伊斯馬特(Ismatec)(奧普菲孔，瑞士))。每一泵壓頭將具有密切匹配的泵送速率，因此使這個(gè)過(guò)程平衡并維持有效緩沖液交換。建議通過(guò)使用含有最多24個(gè)通道的泵來(lái)匹配多個(gè)區(qū)段中每一區(qū)段的流量?？蓪⒃撏肝鲞^(guò)濾物注射到歧管或分隔板中的滲余物端口中。

本發(fā)明提供具有若干個(gè)優(yōu)點(diǎn)的改良的螺旋纏繞過(guò)濾器元件。本發(fā)明的這些螺旋纏繞過(guò)濾器元件可實(shí)現(xiàn)接近或約為盒式過(guò)濾器在相同交叉流下操作時(shí)提供的滲透物通量的滲透物通量。另外，本發(fā)明的這些螺旋纏繞過(guò)濾器元件能在沒(méi)有進(jìn)料通道壓力降顯著增加的損失的情況下實(shí)現(xiàn)所述滲透物通量，這種損失在常規(guī)螺旋纏繞過(guò)濾器中出現(xiàn)。本發(fā)明的這些螺旋纏繞過(guò)濾器元件還提供呈一種緊湊設(shè)計(jì)以確保易于納入過(guò)濾系統(tǒng)中的盒的性能屬性。另外，與盒不同，本發(fā)明的這些螺旋纏繞過(guò)濾器元件不需要壓縮殼體或襯層，并且尤其對(duì)于單程系統(tǒng)，可置于與盒相比增加易用性的可棄式套管或襯層中。因此，本發(fā)明的這些螺旋纏繞過(guò)濾器元件提供用于過(guò)濾系統(tǒng)和工藝(包括TFF系統(tǒng)和工藝)中的適宜的盒式過(guò)濾器替代品。

例證

出于測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例的目的，參照以下基準(zhǔn)盒式過(guò)濾器：3微型盒，0.11m²，經(jīng)制備具有一個(gè)膜、標(biāo)稱6”端口到端口進(jìn)料路徑、一個(gè)“a型篩網(wǎng)”進(jìn)料篩網(wǎng)和一個(gè)“b型篩網(wǎng)”滲透物篩網(wǎng)(P3B030A01)；和一個(gè)3微型盒，0.11m²，經(jīng)制備具有一個(gè)膜標(biāo)稱6”端口到端口進(jìn)料路徑、一個(gè)“c型篩網(wǎng)”進(jìn)料篩網(wǎng)和一個(gè)“b型篩網(wǎng)”滲透物篩網(wǎng)(P3C030C01)。

在螺旋纏繞過(guò)濾器元件中，還利用prep/scale(P/S)篩網(wǎng)。出于測(cè)試本發(fā)明實(shí)施例的目的，參照以下P/S篩網(wǎng)：一個(gè)高密度聚乙烯并且以33x 33股/英寸采用1蓋1方平織的P/S進(jìn)料篩網(wǎng)，其標(biāo)稱篩網(wǎng)厚度為508μm并且開(kāi)放面積為約42％；以及一個(gè)以32.5x 32.5股/英寸具有雙平面聚丙烯的P/S滲透物篩網(wǎng)，其標(biāo)稱篩網(wǎng)厚度為508μm并且開(kāi)放面積為約39％，如通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)所測(cè)量。

對(duì)于下文所述實(shí)例，使用一種典型TFF測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。該TFF標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定用于總循環(huán)并且包括以下特征：一個(gè)標(biāo)稱4L傾斜排泄到底部的罐，其具有頂置式葉輪混合器；約0.4至4lpm Quattroflow隔膜泵；用于滲余物和滲透物物流的質(zhì)量流量計(jì)；用于進(jìn)料、滲余物和滲透物管線的壓力計(jì)；隔膜型滲余物閥；以及進(jìn)料管線中通過(guò)一個(gè)同心管熱交換器作用的溫度控制器和一個(gè)冷卻器驅(qū)動(dòng)的回路中的一個(gè)雙壁進(jìn)料罐，罐中具有一個(gè)熱電偶溫度計(jì)。管系為316L不銹鋼，如果需要，具有分段三蓋衛(wèi)生連接器和倒鉤到柔性管道的軟管。TFF過(guò)濾器夾持器(EMD密理博，比爾里卡，馬薩諸塞州)包括用于微型盒的扭轉(zhuǎn)至約190in-lbs的不銹鋼微型夾持器，和用于比較螺旋纏繞過(guò)濾器模塊、Prep/Scale和安置在Prep/Scale殼體中的原型螺旋纏繞過(guò)濾器元件的Prep/Scale夾持器。

實(shí)例1：具有盒樣性能的緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器元件的實(shí)例

制備五個(gè)螺旋纏繞過(guò)濾器元件樣品用于交叉流、能量和壓力降比較。所有樣品都裝配有膜和含有a型篩網(wǎng)(高湍流促進(jìn)性篩網(wǎng))的薄進(jìn)料通道。此外，所有樣品都具有在該螺旋與該殼體套管之間的環(huán)形空間，該空間內(nèi)裝有2部分固化膠水以防止該螺旋過(guò)濾器元件周圍的旁通流并阻斷進(jìn)料流進(jìn)入外層進(jìn)料通道。緊湊螺旋1和2經(jīng)制備有prep/scale(P/S)滲透物篩網(wǎng)。使螺旋2另外在膠水包封固化過(guò)程期間通過(guò)一系列在圓周周圍并且沿過(guò)濾器元件的長(zhǎng)度(不包括末端接縫區(qū)域)置放的軟管夾經(jīng)歷壓縮。螺旋3、4和5經(jīng)制備具有特里科(“T”)滲透物篩網(wǎng)，其比螺旋1和2的P/S滲透物篩網(wǎng)更薄。樣品3和4是在無(wú)壓縮的情況下制備。在樣品4和5制備期間，消除延伸超出滲透物包封末端接縫的進(jìn)料篩網(wǎng)和膜尾片，以消除進(jìn)料篩網(wǎng)尾中的流動(dòng)。所有樣品都是使用0.22μm過(guò)濾的40g/L±2g/L牛γ球蛋白(Bgg)磷酸鹽緩沖鹽水溶液來(lái)測(cè)試。操作條件為23℃±1℃和15psig的滲余物壓力。

圖18顯示實(shí)現(xiàn)與參照盒(具有膜的3微型盒，P3B030A01)相同的通量所需的相對(duì)交叉流、壓力降和能量。如通過(guò)圖18中螺旋1和2之間的比較可見(jiàn)，壓縮過(guò)濾器元件改良效率并且壓力降幾乎不減小。即使不經(jīng)壓縮，通過(guò)使用較薄滲透物篩網(wǎng)獲得額外效率增益，如在螺旋3和4中可見(jiàn)，其中壓力降和能量消耗二者都有所降低。通過(guò)精簡(jiǎn)該裝置借助消除膜尾和篩網(wǎng)尾進(jìn)一步提高薄滲透物篩網(wǎng)原型的效率，如螺旋4所指示。壓縮一個(gè)流線化的薄滲透物篩網(wǎng)原型不會(huì)增加任何額外效率。

圖19顯示通過(guò)螺旋壓縮或通過(guò)使用一個(gè)較薄進(jìn)料篩網(wǎng)，使用一個(gè)較薄滲透物通道的益處。如圖19中所指示，在螺旋1(未壓縮P/S篩網(wǎng))與螺旋3、4和5之間觀察到氣脹流量的2x降低。

實(shí)例2至12中所述的緊湊螺旋經(jīng)構(gòu)建具有與圖18中的緊湊螺旋4類似的效率特征，其包括適用于這些膜的湍流促進(jìn)性進(jìn)料篩網(wǎng)、用于最小化膜尾(流線化)的膜折疊補(bǔ)償、瓶裝環(huán)形件(potted annulus)和滲透物通道中的特里科篩網(wǎng)。

實(shí)例2：兩個(gè)6”緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器元件的連續(xù)操作

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，測(cè)試本發(fā)明的6”長(zhǎng)螺旋原型以測(cè)定隨平均交叉流率而變的通量和壓力降。將兩個(gè)6”螺旋原型子元件串聯(lián)置放以形成每個(gè)12”螺旋纏繞原型元件。對(duì)于比較，還在相同條件下測(cè)試一個(gè)參照盒(具有膜的3微型盒，0.11m²，P3B030A01)和一個(gè)常規(guī)螺旋纏繞過(guò)濾器(12.5”Prep/Scale螺旋過(guò)濾器，0.54m²，CDUF006TT)。所有樣品都是使用40g/L±2g/L牛γ球蛋白(Bgg)的磷酸鹽緩沖鹽水溶液在23℃下測(cè)試。

盒樣性能是通過(guò)串聯(lián)連接兩個(gè)該6”長(zhǎng)螺旋原型來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖20中所示，原型緊湊螺旋(緊湊螺旋串聯(lián)1和2)實(shí)現(xiàn)比較常規(guī)螺旋纏繞過(guò)濾器的通量加倍和該參照盒的通量性能的80％并且壓力降有所降低。

實(shí)例3：高湍流促進(jìn)性進(jìn)料篩網(wǎng)

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，使一個(gè)進(jìn)料篩網(wǎng)類似于在具有一個(gè)高湍流促進(jìn)性進(jìn)料篩網(wǎng)(a型篩網(wǎng))的3盒式過(guò)濾器的盒樣壓縮下預(yù)期的進(jìn)料通道幾何結(jié)構(gòu)。按該進(jìn)料篩網(wǎng)高度來(lái)估計(jì)盒壓縮后的通道高度，其小于a型篩網(wǎng)在膜中的壓痕深度的兩倍。一個(gè)進(jìn)料篩網(wǎng)是通過(guò)以下方式來(lái)產(chǎn)生：通過(guò)加熱絞扭機(jī)熱輥壓延一個(gè)a型篩網(wǎng)，以熔除該篩網(wǎng)面上的切點(diǎn)并產(chǎn)生一個(gè)最終高度為約340μm的進(jìn)料篩網(wǎng)。所測(cè)量高度為397.6μm的初始未壓延篩網(wǎng)顯示于圖21中(在圖21中標(biāo)記為“長(zhǎng)度”)，并且在兩個(gè)位置所測(cè)量高度為331.1和343.0μm的最終經(jīng)壓延a型篩網(wǎng)顯示于圖22中(在圖22中標(biāo)記為“長(zhǎng)度”)。

上文所述經(jīng)制備具有該薄進(jìn)料篩網(wǎng)的6”螺旋纏繞過(guò)濾器的所得性能類似于通過(guò)具有一個(gè)常規(guī)a型篩網(wǎng)進(jìn)料篩網(wǎng)的12”長(zhǎng)螺旋(從兩個(gè)6”螺旋制得)所獲得者，如圖23和24中所示。

實(shí)例4：兩個(gè)具有膜的串聯(lián)緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器元件

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，評(píng)估一個(gè)使用一個(gè)30膜(與先前實(shí)例中的膜相反)的緊湊、有效螺旋纏繞過(guò)濾器元件的發(fā)展。圖25顯示一個(gè)納入一個(gè)a型篩網(wǎng)進(jìn)料通道隔離片的緊湊螺旋的結(jié)果。發(fā)現(xiàn)該a型篩網(wǎng)進(jìn)料篩網(wǎng)過(guò)緊，產(chǎn)生良好通量但高壓力降不可接受。圖26顯示一個(gè)納入一個(gè)c型篩網(wǎng)進(jìn)料通道隔離片的緊湊螺旋的結(jié)果，該c型篩網(wǎng)進(jìn)料通道隔離片比a型篩網(wǎng)進(jìn)料通道隔離片更厚并且更開(kāi)放。該c型篩網(wǎng)原型生成可接受的通量和壓力降，從而提供盒樣性能。

實(shí)例5：一個(gè)具有膜的12.5”緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器元件的操作

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，使一個(gè)經(jīng)制備具有膜的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)料篩網(wǎng)的螺旋纏繞過(guò)濾器元件更長(zhǎng)，以排除串聯(lián)運(yùn)行兩個(gè)6”螺旋纏繞過(guò)濾器元件以獲得盒樣性能的需要。對(duì)于給定直徑，一個(gè)12.5”螺旋纏繞過(guò)濾器元件的膜面積約為一個(gè)經(jīng)制備具有相同薄進(jìn)料篩網(wǎng)的6”螺旋纏繞過(guò)濾器元件的兩倍。在一個(gè)單一螺旋纏繞過(guò)濾器元件中，在維持相同直徑的同時(shí)提供更大膜面積具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如減少用于按比例放大一個(gè)TFF系統(tǒng)的大小的連接和減少部件數(shù)。

結(jié)果顯示于圖27中。該12.5”緊湊螺旋纏繞原型實(shí)現(xiàn)足夠通量和壓力降，從而提供盒樣性能，這與兩個(gè)6”螺旋的串聯(lián)的性能類似。

實(shí)例6：一個(gè)具有膜的12.5”緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器模塊的操作

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，使一個(gè)經(jīng)制備具有一個(gè)c型篩網(wǎng)進(jìn)料隔離物和膜(PLCTK)的螺旋纏繞過(guò)濾器元件更長(zhǎng)，以排除串聯(lián)運(yùn)行兩個(gè)6”螺旋纏繞過(guò)濾器元件以獲得盒樣性能的需要。結(jié)果顯示于圖28中。如在先前實(shí)例中，結(jié)果指示足夠通量和壓力降，從而提供盒樣性能，這類似于或略高于實(shí)例3中所示的兩個(gè)6”螺旋的串聯(lián)。

實(shí)例7：用于滅菌的γ輻照不影響具有膜的6”長(zhǎng)緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器模塊的性能

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，測(cè)試本發(fā)明的原型螺旋膠囊在Bgg溶液上的性能，用0.1N NaOH清潔，沖洗，經(jīng)歷25kGyγ輻照(廣泛接受的滅菌劑量下限)，然后再次在Bgg上測(cè)試。在用于一次性應(yīng)用的預(yù)滅菌裝置中存在價(jià)值；例如，其在使用前無(wú)需消毒，從而節(jié)省時(shí)間，降低成本，并減少消毒劑廢物。由于在預(yù)滅菌后不需要防腐劑，因此可需要較少?zèng)_洗體積。因?yàn)棣幂椪站哂写┻^(guò)大多數(shù)樣品的極佳穿透性，所以其是用于滅菌程序的現(xiàn)行金標(biāo)準(zhǔn)。然而，γ輻照可影響構(gòu)造材料以及生物負(fù)荷目標(biāo)物質(zhì)。

原型模塊在輻照之前和之后的性能顯示于圖29中。在兩個(gè)樣品中都獲得盒樣性能。在輻照后，樣品中的通量未減小并且維持壓力降。

實(shí)例8：具有原位膜的6”長(zhǎng)緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器模塊的操作

使交聯(lián)溶液在目標(biāo)濃度和溫度下通過(guò)一個(gè)原型螺旋纏繞過(guò)濾器模塊循環(huán)，以將膜轉(zhuǎn)化為膜。這個(gè)程序可用于產(chǎn)生膜的在卷筒存貨中無(wú)法得到的可能更強(qiáng)的形式。

由于僅得到一個(gè)6”交聯(lián)螺旋纏繞過(guò)濾器元件，將其與一個(gè)先前串聯(lián)測(cè)試并顯示盒樣性能的6”螺旋纏繞過(guò)濾器元件相比較。結(jié)果顯示于圖30中。一個(gè)膜的交聯(lián)形式的性能與該具有卷筒存貨膜的緊湊螺旋幾乎相同，且滯留略有降低。

實(shí)例9：一個(gè)按比例縮小的緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器模塊

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，縮短螺旋葉(滲透物包封)的長(zhǎng)度以制備一個(gè)對(duì)于相同進(jìn)料通道長(zhǎng)度具有較小面積的按比例縮小的緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器模塊，用于與一個(gè)0.11m²的標(biāo)準(zhǔn)參照盒大小相比較，并容許較小體積的進(jìn)料溶液的超濾。

評(píng)估TFF裝置，包括參照3盒(P3C030C01)、0.22m²和0.11m²12.5”長(zhǎng)原型螺旋纏繞過(guò)濾器模塊。結(jié)果顯示于圖31中。該按比例縮小的原型螺旋纏繞過(guò)濾器模塊緊湊螺旋3(0.11m²)具有盒樣性能，但質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制的通量比該大面積(0.22m²)原型緊湊螺旋1和2低約10％。

實(shí)例10：在γ和二甲基乙酰胺(DMAc)暴露后的具有膜和替代材料進(jìn)料篩網(wǎng)的12.5”長(zhǎng)緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器模塊

由于高潤(rùn)濕表面積，進(jìn)料篩網(wǎng)是來(lái)自經(jīng)歷γ輻照的一個(gè)裝置的可提取物水平的一個(gè)重要因素。對(duì)于一次性TFF裝置，低可提取物是優(yōu)選的以減少所需沖洗量并防止產(chǎn)物池的污染。先前實(shí)例(實(shí)例1-8)中所用的基線進(jìn)料篩網(wǎng)材料是聚丙烯(PP)，已知其可通過(guò)γ輻照來(lái)附接。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，使用一個(gè)類似于該c型篩網(wǎng)進(jìn)料隔離物的聚酯(PET)進(jìn)料篩網(wǎng)07-350/34(篩網(wǎng)，來(lái)自賽發(fā)，魁北克，加拿大)來(lái)保持高質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，同時(shí)可能降低γ相關(guān)的可提取物。

結(jié)果顯示于圖32中。該P(yáng)ET進(jìn)料篩網(wǎng)原型(緊湊螺旋3和4)顯示盒樣性能，Bgg滯留與具有PP進(jìn)料篩網(wǎng)的緊湊螺旋1和2類似。

實(shí)例11：使用一個(gè)30kD再生纖維素12.5”長(zhǎng)緊湊螺旋纏繞過(guò)濾器模塊的Bgg溶液的分批濃縮

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，使用一個(gè)滲余物再循環(huán)罐將牛γ球蛋白(Bgg)從4g/L濃縮到約40g/L，然后從40g/L濃縮到約200g/L。將滲透物輸送到排泄管以濃縮，并輸送回該再循環(huán)罐以穩(wěn)定，用于測(cè)量和樣品收集。將交叉流保持在5L/min·m²并將滲余物保持在10psi，以模擬典型的盒系統(tǒng)操作，直到進(jìn)料壓力達(dá)到約60psi的最大值為止。然后使交叉流降低到2.5L/min·m²，直到進(jìn)料壓力再次達(dá)到60psi為止。然后完全打開(kāi)滲余物閥并繼續(xù)濃縮，直到進(jìn)料壓力再次達(dá)到60psi為止。

圖33顯示大小為0.11m²和0.23m²的緊湊螺旋纏繞原型的極為類似但略低的通量概況。由于需要10psi滲余物，較長(zhǎng)滲透物通道原型(0.23m²)的通量顯著較低。在較低通量下，瓶頸消失并且通量仍為與較短滲透物通道原型(0.11m²)相同的水平。將滲余物壓力升高到15psi可足以將0.22m²原型的通量維持在至多為最高通量的0.11m²水平，如圖34中所示。

圖34顯示該緊湊螺旋纏繞原型(0.11m²)的極為類似的壓力降概況，和即使在最高壓力和壓力降下，相當(dāng)于該盒的通量。盡管該緊湊螺旋纏繞原型未經(jīng)一個(gè)夾持器壓縮，但其在最高壓力和壓力降下仍然能足夠好地維持其進(jìn)料通道幾何結(jié)構(gòu)以匹配盒通量。

實(shí)例12：用具有膜的12.5”緊湊螺旋纏繞膜模塊對(duì)模型鹽水溶液進(jìn)行的透析過(guò)濾

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將一個(gè)緊湊螺旋纏繞模塊的鹽移除效率與一個(gè)使用定容分批透析過(guò)濾的盒進(jìn)行比較。將1升5g/L氯化鈉溶液加載到該TFF系統(tǒng)再循環(huán)罐中。使?jié)B余物再循環(huán)到充分混合的再循環(huán)罐，同時(shí)將滲透物排放到一個(gè)單獨(dú)的收集罐。將純化水以等于滲透物速率的目標(biāo)速率添加到該再循環(huán)罐，由此在該系統(tǒng)中維持基本上恒定的體積。

用一個(gè)Oakton電導(dǎo)探針監(jiān)測(cè)該罐中的濃度。將剩余鹽分?jǐn)?shù)的自然對(duì)數(shù)對(duì)滲透的透析過(guò)濾體積數(shù)繪圖，產(chǎn)生斜率為負(fù)的篩分系數(shù)(即，ln(C/Co)＝-SN)的線。在對(duì)數(shù)標(biāo)尺上對(duì)剩余鹽分?jǐn)?shù)繪圖，使得可易于評(píng)價(jià)該鹽的“對(duì)數(shù)減少值”，其中1對(duì)數(shù)減少為10倍，2對(duì)數(shù)減少為100倍，等等。圖35和36顯示，這些緊湊螺旋(緊湊螺旋1和緊湊螺旋2)得到與基準(zhǔn)3盒類似的鹽減少率。這適用于所測(cè)試的兩種緊湊螺旋原型設(shè)計(jì)，包括該0.11m²(短滲透物通道，緊湊螺旋2)和該0.24m²(長(zhǎng)滲透物通道，緊湊螺旋1)原型。

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