(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディストリビュータプレート（２；３２）、エンドプレート（３；３３）、前記ディストリビュータプレートを前記エンドプレートと連結する複数の本質的に平行なタイロッド（４，６；３４，３６）、及び前記ディストリビュータプレートと前記エンドプレートの間で前記タイロッドに摺動自在に装着された圧縮プレート（５；３５）を含むクロスフロー濾過カセットホルダ（１；３１）であって、前記タイロッドの少なくとも１つ（６；３６）はその全体が、フィルターカセット（９；３９）の装着又は取り外しを可能にする開放位置又は配置（７；３７）と、可動のタイロッドがカセットのロック手段（１０；４０）と係合連結し、ロック手段（１０；４０）によりカセットをホルダ内にロックする閉鎖位置又は配置（８；３８）との間で横方向又は回転可能に可動である、クロスフロー濾過カセットホルダ（１；３１）。
【請求項２】
前記可動のタイロッド（６；３６）が単体として形成されている、請求項１記載のクロスフロー濾過カセットホルダ（１；３１）。
【請求項３】
前記可動のタイロッド（６；３６）が鉄金属を含み、及び／又は前記可動のタイロッド（６；３６）が約２０ｍｍ未満の直径を有する、請求項１又は請求項２記載のクロスフロー濾過カセットホルダ（１；３１）。
【請求項４】
前記タイロッド（４，６；３４，３６）の少なくとも２つ（６；３６）はその全体が開放位置又は配置と閉鎖位置又は配置の間で可動である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のクロスフロー濾過カセットホルダ（１；３１）。
【請求項５】
前記ディストリビュータプレート（２；３２）が、フィルターカセット（９；３９）上の穴に対応する保持液（１６）及び透過液（１７）穴と流体連結した保持液（１４；４４）及び透過液（１５；４５）入口及び出口コネクターを含む、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のクロスフロー濾過カセットホルダ（１；３１）。
【請求項６】
前記可動のタイロッド（６）が横方向に可動であり、前記可動のタイロッド（６）の端部が、エンドプレート及びディストリビュータプレートに摺動自在に連結する、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のクロスフロー濾過カセットホルダ（１）。
【請求項７】
さらに、ディストリビュータプレート及びエンドプレートに設置されたピン（１１）を含み、前記ピンが前記横方向に可動のタイロッドを開放位置と閉鎖位置との間で移動させるように配置され、前記ピン（１１）が前記横方向に可動のタイロッド（６）と係合する凹み（１２）を含む、請求項６記載のクロスフロー濾過カセットホルダ。
【請求項８】
前記可動のタイロッド（３６）が、その長さ軸の回りで回転可能であり、ディストリビュータプレート（３２）及びエンドプレート（３３）と接触する領域（４２）で円形の断面を有し、ディストリビュータプレートとエンドプレートの間の領域の少なくとも一部（４１）で先端を切った円形断面を有する、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のクロスフロー濾過カセットホルダ（３１）。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のクロスフロー濾過カセットホルダ（１；３１）及び前記ホルダ内に装着された少なくとも１つのフィルターカセット（９；３９）を含むクロスフロー濾過モジュール。
【請求項１０】
フィルターカセット（９；３９）を請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のクロスフロー濾過カセットホルダ（１；３１）内に装着するための方法であって、カセットを前記ホルダ内に配置し、少なくとも１つのタイロッド（６；３６）の全体を開放位置又は配置からカセットとのロック係合を有する閉鎖位置又は配置に横方向又は回転可能に移動させることを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロスフロー濾過に関し、具体的にはバイオプロセス分離で使用されるクロスフロー濾過カセットホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】
懸濁した固体又は溶解した巨大分子を濾過により流体から分離するには、全量濾過（ノーマルフロー濾過ともいわれる）とクロスフロー濾過（タンジェンシャルフロー濾過ともいわれる）との２通りの基本的方法が使用される。
【０００３】
全量濾過の場合、流体はフィルター表面に垂直に導入された後直接フィルターを通過する。
【０００４】
一方、クロスフロー濾過の場合、流体流はフィルター表面に沿って接線方向に通過する。フィルターの孔径より小さい粒子／分子は透過物（濾過物）として膜を通り抜け、それ以外のものは保持物として膜の供給側に保持される。通常流体流はフィルター表面を横切って再循環される。保持された物質はタンジェンシャルフローにより表面に沿って押し流され、全量濾過のようにはフィルター表面に蓄積しないので、クロスフロー濾過は固体物質により遮断されることなく比較的高い固体充填量で連続的に作動することができる。
【０００５】
クロスフロー濾過システムは通例、濾過モジュール、供給タンク、供給タンクから供給ラインを介して濾過モジュールに液体を供給するためのポンプ、保持液を供給タンクに循環するための戻りライン、保持液戻りライン内の圧力を加えるためのバルブ、及び透過液を濾過モジュールから取り出すための透過液ラインを含む。
【０００６】
フィルター（通例、膜）の孔径に応じて、クロスフロー濾過は精密濾過（ＭＦ）又は限外濾過（ＵＦ）プロセスのいずれかに分類される。濾過膜は一般に平らなシートのフィルターカセットとして構成され、これは通例、例えば米国特許出願公開第２００８／０２６４８５２号及び米国特許第４７３５７１８号に記載されているように、多孔質の膜シート要素並びに透過液及び保持液フロースクリーン要素の積み重ねたアセンブリを含む。濾過モジュールでは、通常幾つかのかかるフィルターカセットが、例えば米国特許第７６３５４２６号に記載されているように、クロスフロー濾過カセットホルダに一緒に固定される。
【０００７】
クロスフロー濾過カセットホルダは通例ディストリビュータプレートを含み、これはディストリビュータプレートに対して固定されたカセットの対応する穴と接触している保持液及び透過液の入口及び出口穴を有する。ディストリビュータプレートの保持液入口穴は通常プレートの内部の保持液入口チャンネルと連結され、これは保持液入口コネクターで終わる。同様に、保持液出口、透過液入口及び透過液出口穴はプレート内部の対応するチャンネルと連結され、各々コネクターで終わる。ディストリビュータプレートはタイロッドでエンドプレートと連結されてケージ状構造体を形成し、その中に複数のカセットがそれらの穴を位置合わせして配置され、タイロッドがカセット側の凹みに係合して正しい位置にロックする。次に、カセットのスタックがディストリビュータプレートに固定されて、例えばエンドプレートとカセットスタックとの間のコンプレッサプレートにより効率的なシールを得る。
【０００８】
ホルダの組み立て及び解体は、全てのタイロッドからエンドプレートを取り外すことを含めて時間がかかる可能性がある。代わりの選択肢は構造体内にちょうつがい式のタイバーを含ませることであり、これはホルダを解体することなくカセットの設置及び取り出しができるように開放することができる。かかる解決策は国際公開第２０１０／１５１２１２号の図２に記載されている。しかし、ちょうつがい式の構造体は機械的に敏感で製造が高価であり、従って改良された解決策が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７６３５４２６号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの態様は、フィルターカセットの装着及び取り外しを容易にする頑健なクロスフロー濾過カセットホルダを提供することである。これは、請求項１に記載のカセットホルダにより達成される。１つの利点は、このカセットが、解体することなく装着及び取り外しすることができ、一方その構造が完全なシールを確実にするのに必要な高い締め付け力に耐えるほど十分に頑強なことである。
【００１１】
本発明のさらなる態様は、頑健なクロスフロー濾過モジュールを提供することである。これは請求項１４に記載のモジュールにより達成される。このモジュールの１つの利点は、解体することなくカセットを装着し及び取り外すことができ、一方その構造が完全なシールを確実にするのに必要とされる高い締め付け力に耐えるほど十分に頑強なことである。
【００１２】
本発明の別の態様は、フィルターカセットをクロスフロー濾過カセットホルダに装着するための便利な方法を提供することである。これは、請求項１５に記載の方法により達成される。
【００１３】
本発明のさらに別の適切な実施形態は従属請求項に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明による空のクロスフロー濾過カセットホルダの透視図を示す。
【図２】図２は、タイロッドがａ）開放位置、ｂ）閉鎖位置にある本発明のカセットホルダの断面を示す。
【図３】図３は、ピン及びタイロッドがａ）閉鎖位置、ｂ）開放位置にある本発明のカセットホルダの端面図を示す。
【図４】図４は、回転可能なタイロッドがａ）閉鎖配置、ｂ）開放配置にある本発明のカセットホルダの上面図及び側面図を示す。
【図５】図５は、先端を切った（切頭の）円形断面を有する回転可能なタイロッドを透視図及び投影図で示す。
【図６】図６は、回転可能なタイロッドがａ）開放配置、ｂ）閉鎖配置にある本発明のカセットホルダの断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図５に示す態様では、本発明は、ディストリビュータプレート２；３２、エンドプレート３；３３、ディストリビュータプレートとエンドプレートを連結する複数の本質的に平行なタイロッド４，６；３４，３６、及びディストリビュータプレートとエンドプレートとの間でタイロッドに摺動自在に装着された圧縮プレート５；３５を含むクロスフロー濾過カセットホルダ１；３１を開示する。タイロッド４，６；３４，３６の少なくとも１つ６；３６は、その全体が、ａ）１以上のフィルターカセット９；３９を装着又は取り外すことが可能な開放位置７又は配置３７と、ｂ）可動のタイロッドがカセットと係合結合しロック手段１０；４０によりホルダ内にロックする閉鎖位置８又は配置３８との間で移動することができる。ロック手段は例えばカセット９；３９上の１以上の凹み１０；４０であることができ、これらは可動のタイロッド６；３６と係合するように適合される。１又は複数の可動のタイロッドが開放位置／配置にあるとき、カセット又はカセットスタックは、タイロッドにより形成されたケージ構造内のタイロッド間に配置されることができ、ロック手段が１以上の可動のタイロッドに面するように方向付けられる。１以上の可動のタイロッドが閉鎖位置／配置に移動したとき、カセット又はカセットスタックは正規の位置にロックされ、タイバーに対して垂直な平面内での動き（使用中に漏れを起こす原因となる）が妨げられる。
【００１６】
本発明の１つの利点は、タイバーを分解することなくカセットホルダを開放するのが容易であること、及びタイバーが確実にシールするのに必要な締め付け力に耐えるほど十分に頑健であることである。クロスフローフィルターカセットで使用される典型的な締め付け力は、液体圧力（例えば０〜４バール）及びカセットの断面積（例えば１００〜３５０ｃｍ2）に応じて４〜１５ｋＮの範囲であることができる。より大きいカセットを使用する場合、締め付け力は３０ｋＮまでになり得る。締め付け力はホルダを分解することなく圧縮プレートに容易にかけられ、このことがカセットを装着したり取り外したりするための容易な方法に対する必要性を際立たせる。
【００１７】
幾つかの実施形態では、１以上の可動のタイバー６；３６は単体建造物として形成することができる。タイバーにジョイント、ちょうつがい又は同様な弱い要素の使用を回避することの利点は、その強度が増大すること、また例えば腐食又は湯垢に起因するジャミング（食い込み）のリスクが減少することである。
【００１８】
幾つかの実施形態では、プレート２，３，５；３２，３３，３５及び／又は１以上の可動のタイバー６；３６を含めたタイバー４，６；３４，３６はステンレス鋼のような鉄金属を含むことができる。ステンレス鋼、例えば３１６Ｌ及び類似のものはバイオプロセス設備に日常的に使用されており、可動のタイバーにもそれらを使用することができるのが望ましい。従来技術によるちょうつがい式のタイバーを使用すると、ちょうつがいの弱さはチタンのような高強度耐食性材料を使用することで補わなければならないが、これは極めて高価であり、また機械加工が困難である。
【００１９】
幾つかの実施形態では、１以上の可動タイロッド６；３６は約２０ｍｍ未満、例えば約１０〜１５ｍｍの直径を有する。たいていの市販のフィルターカセットにある凹み１０；４０は１０〜１５ｍｍのタイロッドと係合するようになっており、ロッドの直径に対する実際的な制限となっている。重量及び価格の理由からも、直径が約２０ｍｍ未満のタイロッドを使用するのが望ましい。本発明のタイロッドの利点は、限られたロッドの直径でも、締め付け力に耐えるのに充分な強度が得られることである。
【００２０】
幾つかの実施形態では、タイロッド４，６；３４，３６の少なくとも２つ６；３６はその全体が開放位置又は配置と閉鎖位置又は配置との間で可動である。各々の側に２以上の凹み１０；４０があるより大きいカセットの場合、少なくとも２つのタイロッドが可動でカセットの装着及び取り出しが可能であるべきである。各側に１つの凹みだけがあるより小さいカセットの場合、１つの可動タイロッドで充分であり得るが、カセットの各々の側に１つずつで２つの可動タイロッドを有することも可能である。後者の場合、２つの可動タイロッドを有する利点は、閉鎖位置／配置と開放位置／配置との差が各タイバーに対してより少なくなり得ることである。これによって、より便利な構築が可能になり得る。
【００２１】
幾つかの実施形態では、ディストリビュータプレート２；３２は、フィルターカセット９；３９上の穴１０；４０に対応する保持液１６及び透過液１７の穴と流体結合している保持液１４；４４及び透過液１５；４５の入口及び出口コネクターを含む。カセット又はカセットスタックをホルダ内に装着するとき、カセット上の穴がディストリビュータプレートの穴と合い、追加のカセットをそれらの穴を位置合わせして積み重ねられるように配置することができる。こうして流体結合した保持液及び透過液ループが形成されてクロスフロー濾過が可能になる。プレートの両側に保持液及び透過液の穴を有するディストリビュータプレートを使用することも可能である。この場合、２つのエンドプレートを使用し、１つのカセット又はカセットスタックを各エンドプレートとディストリビュータプレートとの間に入れる。保持液入口は代わりに供給口といってもよい。
【００２２】
幾つかの実施形態では、カセットホルダ１；３１はまた圧縮手段４９も含み、これは圧縮プレート５；３５に作用するように配置される。圧縮手段は、例えば液圧シリンダー又は１以上のネジ、ボルト、ネジ付きロッド、片持ちばり、傍心クランプ等を含むことができる。圧縮手段はエンドプレート３；３３内の開口１８；４８を介して圧縮プレート５；３５に作用し得る。圧縮手段は、カセット間及びカセットとディストリビュータプレートとの間の漏れのない連結を可能にするのに必要とされる締め付け力を提供することができる。
【００２３】
図１〜図３に示す幾つかの実施形態では、１以上の可動タイロッド６は横方向に、すなわちディストリビュータ２及びエンド３プレートに本質的に平行な及び／又はタイロッド４，６の長さ軸に対して本質的に垂直な平面内で可動である。タイロッドは、本質的にホルダ１内のカセット９に向かいかつそれから離れる方向に可動であることもできる。かかる動きは、例えば各可動タイロッド６の端部をエンドプレート２及びディストリビュータプレート３に摺動自在に連結することにより、例えばプレート内の細長い開口１３を介して装着することによって達成することができる。開口１３は、本質的にホルダ内に配置されたカセット９に向かいかつそれから離れる方向に細長くすることができ、これによりタイロッドがこの方向に摺動することが可能である。可動のタイロッドはバネで荷重をかけることができて、外力により動き、その後バネの作用によって、例えばロック位置に戻ることができる。開口の形状は、例えば２つの対向する端部が半円のような円弧によって覆われたほぼ長方形でよい。可動のタイロッドは、締め付け力がかけられていないときは自由に摺動可能で、圧縮手段が圧縮プレートに作用しているときは正規の位置にロックされ得る。
【００２４】
図１及び図３に示す幾つかの実施形態では、カセットホルダ１はディストリビュータプレート２及びエンドプレート３に設置されたピン１１を含む。これらのピンは１以上の横方向に可動なタイロッド６を開放７及び閉鎖８位置の間で動かすように配置される。ピンは１以上の横方向に可動なタイロッド６と係合する凹み１２を含むことができる。ピンがプレート２，３の方に押されると可動のタイロッドは閉鎖位置８に対して内方に動くが、ピンを押した際にタイバーが外方に動くように凹み及び例えばバネで荷重をかけたタイバーと共にピンを配置することも可能である。また、ピン１１の回転の際にタイバー６が横方向に動くようにピン１１及び凹み１２を配置することも可能である。
【００２５】
図４〜図６に示す幾つかの実施形態では、１以上の可動タイロッド３６はその長さ軸の回りで回転可能であるように設置される。これらは適宜、ディストリビュータプレート及びエンドプレートと接触する領域４２に円形の断面を、かつディストリビュータプレート３２とエンドプレート３３の間の領域４１の少なくとも一部に先端を切った円形断面を有することができる。こうして、これらのタイロッドはディストリビュータ及びエンドプレートにより支持され、長さ軸の回りで回転すると、円形の先端を切った部分がカセットと面する開放配置３７から、円弧がカセットと面し、カセットの凹み４０に係合する閉鎖配置３８まで動く。円形から先端を切った円形断面への移行は、締め付け力がかけられたときに局部応力集中を回避するために、ある曲率半径を有するように段階的であることができる。
【００２６】
図１〜図６に示す態様では、本発明は、クロスフロー濾過カセットホルダ１；３１及びホルダ内に装着された少なくとも１つのフィルターカセット９；３９を含むクロスフロー濾過モジュールを開示する。ホルダは、上記実施形態のいずれかに従って構築することができ、モジュールは１つのカセット又は積み重ねた複数のカセットを含み得る。１以上の可動タイバー６；３６の全体を閉鎖位置８又は配置３８に移動させることによってカセットが正規の位置にロックされると、モジュールは例えばバイオ医薬品又はその他の生体高分子のバイオプロセスにおいて例えば流体の限外濾過又は精密濾過に使用し得る。かかるモジュールの応用の例には、透析濾過モードでの限外濾過によるバッファー交換、タンパク質溶液の濃縮、タンパク質、ワクチン等からの小分子汚染物質の除去、及びタンパク質溶液からの微粒子の除去がある。
【００２７】
１つの態様では、本発明は、フィルターカセット９；３９をクロスフロー濾過カセットホルダ１；３１に装着する方法を開示する。この方法は、カセットをホルダ内に配置し、少なくとも１つのタイロッド６；３６全体を開放位置７又は配置３７から、タイロッドがカセットとロック係合する閉鎖位置８又は配置３８に移動させることを含む。ホルダは上記実施形態のいずれかに従って構築することができる。この方法は、カセットをホルダ内に配置する前に、少なくとも１つのタイロッド全体を閉鎖位置又は配置から開放位置又は配置に移動させるステップを含んでいてもよい。
【００２８】
本明細書では例を用いて、最良の態様を含めて本発明を開示し、また、当業者が装置又は系を作成し使用し、援用された方法を実行することを含めて本発明を実施できるようにした。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲に定義されており、当業者には自明の他の例を包含し得る。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言と実質的な差のない等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内に入ると考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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