(57)【要約】  高速液体クロマトグラフィーのカートリッジ又はカラムで示されるような、厚さにおいて、流動方向に孔径の減少する平均孔径をもった傾斜を有する傾斜フィルターを備えて構成されている連続流動システム用プレフィルター部材。このプレフィルター部材は、他の任意の機能性構成材を妨害することなくプレフィルターが置き換えられ得るように他の機能性構成材から分離可能であり、連続流システムのプレフィルター部材自体を除く任意の機能性構成材から分離して筺体中に保持されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続流動システム用のプレフィルターであって、そのプレフィルターを通る規定された液体流動方向を有し、かつ前記流動方向で寸法の低減する傾斜を形成する傾斜した間隙通路を有する焼結不織ステンレス鋼繊維で形成された傾斜フィルター部材を含み、前記傾斜フィルター部材は、前記プレフィルター以外の連続流動システムの任意の機能性構成材から分離して筺体中に備わっており、そして前記プレフィルターは、前記他の機能性構成材を妨害することなく前記傾斜フィルター部材の置き換えを可能とするように前記他の機能性構成材から分離可能である、連続流動システム用プレフィルター。
【請求項２】
前記傾斜フィルター部材が、平均孔径が実質的に均一である細孔を含有する多孔性部材によって前記流動方向に関して上流側に隣接されている請求項１に記載のプレフィルター。
【請求項３】
前記傾斜フィルター部材が、平均孔径が実質的に均一である細孔を含有する多孔性部材によって前記流動方向に関して下流側に隣接されている請求項１に記載のプレフィルター。
【請求項４】
前記傾斜フィルター部材が、平均孔径が実質的に均一である細孔を含有する多孔性部材によって前記流動方向に対して上流および下流の両側に隣接されている請求項１に記載のプレフィルター。
【請求項５】
前記傾斜フィルター部材が第１傾斜フィルター部材として規定され、寸法傾斜を形成する傾斜した間隙通路を持つ焼結不織ステンレス鋼繊維で形成された第２傾斜フィルター部材をさらに含み、前記第１傾斜フィルター部材および第２傾斜フィルター部材のいずれもが前記筺体中に備わっていて、平均孔径が実質的に均一である細孔を含有する多孔性部材をさらに含み、前記多孔性フィルター部材が前記流動方向において前記第１フィルター部材と第２フィルター部材との間に備わっている請求項１に記載のプレフィルター。
【請求項６】
前記第２傾斜フィルター部材の傾斜が、前記流動方向において寸法が増加している請求項５に記載のプレフィルター。
【請求項７】
前記第２傾斜フィルター部材の傾斜が、前記流動方向において寸法が減少している請求項５に記載のプレフィルター。
【請求項８】
前記傾斜フィルター部材が、約４ｘ１０−１３〜約１ｘ１０−１０の透過性因子を有する請求項１に記載のプレフィルター。
【請求項９】
前記傾斜フィルター部材が約４ｘ１０−１３〜約１ｘ１０−１０の透過性因子を有し、そして前記多孔質部材が約４ｘ１０−１２〜約１ｘ１０−６の透過性因子を有する請求項２又は３に記載のプレフィルター。
【請求項１０】
前記傾斜フィルター部材が約４ｘ１０−１３〜約４ｘ１０−１２の透過性因子を有し、そして前記多孔性部材が約１ｘ１０−１０〜約１ｘ１０−８の透過性因子を有する請求項２又は３に記載のプレフィルター。
【請求項１１】
前記プレフィルターが、前記第１フィルター部材と前記第１傾斜フィルター部材および前記第２傾斜フィルター部材のそれぞれと約１：１〜約３０：１の厚さ比を有する請求項２又は３に記載のプレフィルター。
【請求項１２】
前記傾斜フィルター部材が最小孔径面を有し、そして前記プレフィルターが、前記最小孔径面の平均孔径と前記多孔性部材の平均孔径との約１：１〜約２０：１の比を有する請求項２又は３に記載のプレフィルター。
【請求項１３】
前記第１傾斜フィルター部材および第２傾斜フィルター部材がそれぞれ最小孔径面を有し、そして前記プレフィルターが、前記第１傾斜フィルター部材および第２傾斜フィルター部材のそれぞれの平均孔径と前記多孔性部材の平均孔径との約１：１〜約２０：１の比を有する請求項４に記載のプレフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラムクロマトグラフィーを含めた連続流動システムに関し、特に、固形分も含有するか又は分離カラム内あるいはプレフィルター媒体内で詰まるかさもなければカラムを通る溶質の自由な流れ（流動）を妨げるか又は限定された回数の分離後にカラムに背圧上昇をもたらす沈殿物を形成する傾向がある試料混合物中の成分を分離するように意図されたクロマトグラフィーのカラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）やその他の形態のクロマトグラフィーを含めて連続流動システムは、複数の化学種の分析的および予備的な分離に幅広く用いられている。例えば、典型的なＨＰＬＣは、特に自動クロマトグラフシステムで数多くの回数で用いられている。単一のカラムの繰り返し使用は複数の注入間の分離媒体の清浄化又は使用されたカラムの同一組成の新しいカラムとの交換によって導かれるエラーのない直接的な試料間の比較を可能とする。しかし、単一の分離の間は、試料中に存在するか又はサンプリングあるいは分析装置で生成した固体破片が試料又はキャリア液体により同伴されるのが一般的である。例えば、溶解全血の試料では、破片は細胞壁断片、不溶性タンパク、及び凝集又は沈殿した可溶性タンパクからなり得る。バルブ及びポンプシールが例えば崩壊を生じ、そしてキャリア液体中に粒子状物質を放つか、又は試験管あるいは隔膜がサンプリング用探針に突き通されるとき断片が試料管又は隔膜からはがれるときに、クロマトグラフ装置自体でも断片が発生し得る。同伴した断片はしばしばカラムに入り、カラムに蓄積し、液体のカラムでの自由な流れを妨げそしてカラムでの背圧上昇をもたらす。
【０００３】
ＨＰＬＣカラムの分離媒体として用いられる樹脂は、典型的には固体破片用のフィルターとしても作用するガラス（フリット）によって所定の位置に保持される。しかし、このガラス自体は、特にガラスと樹脂との間の界面部分で断片により目詰まりし、再びカラムの背圧上昇をもたらす。また、界面領域での目詰まりは非常に小さいタンパク物質の通過を妨害し、それによってタンパク質が同定および／又は定量化しようとする成分中にあるときに分離を妨げる。
【０００４】
破片の蓄積とその結果生じる背圧上昇は連続流動システムにおける最も大きい関心事項である。これらのシステムにおいて、破片のいくつかは試料がシステムに注入される前にオフラインで試料のろ過又は遠心分離によって除かれ得る。しかしながら、ろ過および遠心分離は時間のかかる工程であり、そして操作ミス源が加わる。また、ろ過は保護カラム及び樹脂と直接接触しないプレフィルターを用いることによってオンラインで実施され得る。全血試料に用いるために設計されるプレフィルターの一例が米国カリフォルニア州、ハーキュリースのバイオ−ラド・ラボラトリーズ社から購入可能なカタログ番号２７００２７０号の孔径０．５μｍ、厚さ１．９ｍｍの焼結スレンレス鋼製のプレフィルターである。あいにくと、プレフィルター自体は同じ理由により、目詰まりと背圧上昇を起こしやすい。保護カラムが用いられるとき、背圧上昇は、用途に依存するが、典型的には５０〜２００回の注入後の保護カラムの取替えの必要性をもたらす。プレフィルターが分離樹脂用の保護部として用いられるとき、しばしばより長い間隔で樹脂の取り換えを行い得るが、それでも樹脂は典型的には取り換えなしで５００回以上の注入には依然として耐えられない。
【０００５】
先に公開された背圧上昇の問題に対する取り組みがデュワールの１９９９年１１月１６日付で発行された発明の名称「傾斜ろ材使用によるクロマトグラフィーの背圧上昇の低減」という米国特許第５９８５１４０号明細書に記載されている。しかし米国特許第５９８５１４０号明細書における傾斜フィルターは一般的な管内の樹脂と直接的な接触にあるが、フィルターの取り換えは樹脂製管の取り外し、そしてしばしば樹脂ならびにフィルターの取り換えを必要とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
傾斜したろ材が連続流動システムの他の機能的構成材、例えば分離樹脂と結合されるよりむしろシステムの外部保護装置（プロテクター）として構成されるとき、傾斜ろ材は連続流動システムのクロマトグラフィーカラム、分析カートリッジ、又は任意の構成材を保護し得ることがこのたび分った。“機能的構成材”とは単に液体をシステムの１つの位置から他の位置に移動させること以外の機能を果たす構成材を意味する。背圧が上昇し始めるとき、傾斜ろ材は外部保護装置として、連続流動システムの樹脂又は他の構成材を妨げることなく取り外し及び交換され得て、そして樹脂へのダメージ又は樹脂粒子の貫通およびろ材との混じり合いを起こさせるリスクを伴うことなく機械的締め付けによってその筺体にしっかりと固定され得る。それ故、ろ材自体は交換を必要とする頻度が少なくなりそして交換が必要なときに容易に交換され得る。傾斜ろ材が上流末端、下流末端、又はそれらの両方で、構造支持体としての役割を持つ短尺の非傾斜ろ材によって支持されるとき、更なる利点が達成される。ある場合に、傾斜ろ材が非傾斜ろ材によって長さが２つに又は厚さが２つに分割されるときにはさらに別の利点が達成される。どちらの場合にも、非傾斜ろ材は、存在するときは支持機能に加えて、傾斜ろ材によって提供されるろ過効果を補うろ過効果を提供し得る。これらの構造のいずれにおいても、保護するためにフィルターが設計されているシステム又は構成材の外部にある筺体での傾斜ろ材の配置は、システム内を流動している試料から任意の破片を取り除くであろうし、また、間に入る清浄工程を必要とすることなく従来のフィルターに比べて連続して多くの試料に繰り返して用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施例であるプレフィルターの分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施例である第２のプレフィルターの分解斜視図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施例である第３のプレフィルターの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
上記のように、本発明のプレフィルターにおける傾斜ろ材は、試料液体および任意の他の液体がより大きい隙間状の空間を有する側部を通過し次いでろ材を通過しそしてより小さい隙間状の空間を有する側部を通って離脱するように配置されている。２つの傾斜媒体層が存在するとき、両層はより大きい隙間状の空間を有する側が液体の入口となり、より小さい隙間状の空間を有する側が液体の出口として配置され得、又はその代わりに、２つの傾斜媒体層はプレフィルターが流れの向きに対してどちらの方向にも取り付けられるように、それらの傾斜を反対向きの対称的にして配置され得る。しかしながら、２つ以上の傾斜媒体層が存在するすべての場合、上流の傾斜媒体層は流れの向きに減少する孔径を有するであろう。また、これらの実施態様のいくつかにおいて、プレフィルターは、空隙率が実質的に均一である、すなわち傾斜がないことを除いては、傾斜ろ材に似ている１つ以上の多孔性部材を含む。これらの非傾斜多孔性部材は、傾斜媒体の構造支持材として役立ち、そして傾斜媒体の上流側、その下流側、又はそれらの両方、又は２つの傾斜媒体層の間に存在し得る。また、非傾斜多孔性部材は３つのすべての位置に存在し得る。
【０００９】
本発明の範囲内において、傾斜媒体における孔径傾斜の程度及び空間的変化率は孔径自体が変わり得るように変わり得るが、一般的に傾斜媒体における孔径は傾斜媒体が接している任意の非傾斜多孔性部材におけるそれらと等しいか又はそれらより大きい。好適な実施態様において、各傾斜層の最小孔径端における平均孔径と非傾斜部材における平均孔径との比は約１：１〜約２０：１、より好適には約１：１〜約１２：１、最も好適には約１：１〜約１０：１である。０．５μｍ程度の粒子を保持できる傾斜層も用いられ得るが、傾斜層又は２つ以上存在するときは各傾斜層が直径１０μｍ、好適には直径５μｍ、そして最も好適には直径１〜３μｍの粒子を保持するのに十分な程狭い最終の径に減少する孔径を有しているときに最も良い結果が得られるであろう。明記されているなしを問わず、本明細書での孔径への言及は、所定の厚さ又は領域全体で平均された孔径への言及であり、そして均一な又は実質的に均一な孔径を有している部材の特性とは、孔径の分布が実質的に均一であるか、又は距離、体積又は領域全体に亘って一律であることを意味し、そしてそれ故に記述された孔径は平均的な孔径である。それ故、孔径又は隙間状空間における傾斜とは、平均孔径又は平均隙間状空間の傾斜を示す。
【００１０】
プレフィルターの傾斜又は非傾斜部材の他の関連のある要因は、孔径が変化し得ると変化し得る部材の厚さ、透湿性そしてそれらの両方である。１つ以上の非傾斜部材が存在するとき、それらの非傾斜部材は、それらが接している傾斜層よりも厚く（大きな試料の流れの方向での寸法を示す）あり得る。好適な厚さは、約０．５ｍｍ〜約６．０ｍｍのもの、最も好適には約１．０ｍｍ〜約３．０ｍｍのものである。各傾斜層は約０．１ｍｍ〜約１．０ｍｍの好適な厚さを有し、好ましくは約０．２ｍｍ〜約０．６ｍｍ、最も好ましくは約０．３ｍｍ〜約０．６ｍｍの範囲である。各非傾斜多孔層の厚さと各傾斜層の厚さとの比は好適には約１：１〜約３０：１、さらに好適には約１：１〜約１５：１、最も好適には約１：１〜約１０：１である。透過性因子ｋは、ダーシー（Ｄａｒｃｙ）の法則で規定される。
ΔＰ／Ｌ＝（μ／ｋ）Ｖ
（式中、ΔＰは圧力低下、Ｌはフィルターの厚さ、μは液体の粘度、そしてＶは見掛け速度を示す。）
各傾斜層の透過性因子は好適には約４ｘ１０−１３〜約１ｘ１０−１０、さらに好適には約４ｘ１０−１３〜約１ｘ１０−１１、最も好適には約４ｘ１０−１３〜約４ｘ１０−１２の範囲である。非傾斜層の透過性因子の好適な範囲は約１ｘ１０−１２〜約１ｘ１０−６であり、最も好適な範囲は約１ｘ１０−１０〜約１ｘ１０−８である。
【００１１】
各傾斜層内の傾斜は、段階的か又は連続的であり得、そして大孔径側から小孔径側への変化量は幅広く変わり得る。それ故、孔径差（すなわち、最も大きい孔径と最も小さい孔径との差）は約１μｍ〜約５０μｍ、又は好適には約２〜約２０μｍの範囲であり得る。傾斜が段階的であるとき、傾斜層は２つ以上、好適には３〜６の傾斜を含み、そして層の粗い（上流）側（層の最も粗い部分）の孔径は約２μｍから約５０μｍの範囲、好適には約２μｍから約６μｍの範囲であり得る。
【００１２】
各傾斜フィルター部材は焼結不織ステンレス鋼繊維からなる。本発明には特定のステンレス鋼は臨界的ではなく、そして種々の異なるステンレス鋼合金が用いられ得る。オーステナイトステンレス鋼、すなわちその主要な合金元素がクロムおよびニッケルである鋼が好適である。特に好適なステンレス鋼は、その組成が凡そ０．０３％炭素、２．００％マンガン、１．００％珪素、１６．０−１８．０％クロム、１０．０−１４．０％ニッケル、０．４５％リン、０．０３％イオウ、および２．０−３．０％モリブデン（すべて重量％）である３１６Ｌステンレス鋼である。他の有用なステンレス鋼の例は、３０４、３０４Ｈ、３０４Ｌ、３０４ＬＮ、３１６、３１６Ｆ、３１６Ｈ、３１６ＬＮ、３１６Ｎ、３１７、３１７Ｌ、３２１、３２１Ｈ、３４７、３４７Ｈ、３４８、３４８Ｈ、および３８４である。
【００１３】
傾斜部材として用いられ得る現在好適なろ材は、ベルギー、ツベーベゲム（Ｚｗｅｖｅｇｅｍ）のベカルトファイバーテクノロジーヨーロッパ社、および米国、ジョージア州、アトランタのベカルト社を通して購入可能なベルギーのＮＶ  ベカルトＳＡの製品であるＢＥＫＩＰＯＲ（登録商標）ＳＴろ材、そして特にＢＥＫＩＰＯＲ（登録商標）ＳＴ  ３ＡＬ３である。このろ材は３１６Ｌステンレス鋼繊維で造られていて、不織構造にランダム圧縮されそして焼結されていて、そして典型的な側面寸法が１１８０ｍｍｘ１５００ｍｍで厚さが０．４ｍｍの薄板で供給される。この特定の製品は３μｍの絶対ろ過等級、１２３００Ｐａの沸点圧力（ＡＳＴＭ  Ｅ１２８０６１、ＩＳＯ４００３に相当）、２００Ｐａで９Ｌ／ｄｍ２／分の平均透気度（ＮＦ  Ａ９５−３５２、ＩＳＯ４０２２に相当）、４．８０ｘ１０−１３の透過性因子ｋ、９７５ｇ／ｍ２の重量、６５％の空隙率、８”の初期差圧でのマルチパス法ＩＳＯ４５７２による６．４０ｍｇ／ｃｍ２のよごれ保持容量を有する。同様の特性及び同様の材料で作製された他のろ材も用いられ得る。
【００１４】
本発明に基づく特定のプレフィルターにおいて、傾斜フィルター媒体は、ＨＰＬＣ又は連続流動システムの他の形態で用いられるカートリッジあるいはカラムの上流に配置されるサンドイッチタイプのプレフィルターの、非傾斜多孔層と結合された別個の２層の形状である。このサンドイッチタイプのプレフィルターでは、複数の傾斜層が非傾斜多孔部材上で層状化されている、すなわち各傾斜層の平坦な面は非傾斜多孔部材の平坦な面と全面に接している。ここに記載のサンドイッチタイプのプレフィルターは図１および図２に示されている。図１のプレフィルター１１は、流体密封シールを形成し得る登録商標ＴＥＦＬＯＮ（登録商標），登録商標ＴＥＦＺＥＬ又は任意の他の不活性材料であり得る支持リング１３に保持されている実質的に均一な孔径、又は均等に分布した孔径を持つ（すなわち、非傾斜の）中央の多孔性部材１２と、非傾斜部材の上流側の傾斜フィルター層１４および非傾斜部材の下流側の第２傾斜フィルター層１５からなる。流れ分散ディスク１６、１７は、プレフィルター筺体内で、プレフィルターサンドイッチの上部および底部の外表面の次に含まれる。プレフィルターを通る流れの方向は矢印２１、２２で示される。この実施態様における非傾斜層１２は孔径０．５μｍ、および厚さ１．９ｍｍを有する前記のビオラドラボラトリー社（Ｂｉｏ−Ｒａｄ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、Ｉｎｃ．）の焼結ステンレス鋼部材である。前記以外の非傾斜多孔部材は孔径２．０μｍおよび同じ厚さを有するものである。図２のプレフィルター２５は、流れ分散ディスク１６、１７が除かれている他は図１のものと同じである。
【００１５】
図３は、２つの傾斜フィルター部材３２、３３が含まれそして互いに全面的に接して隣接して配置されている異なる配置を持つサンドイッチタイプのプレフィルター３１を図示している。非傾斜多孔部材３４、３５が複数の組み合わされた傾斜部材の上流側および下流側にそれぞれ位置されている。
【００１６】
図１、図２および図３に示された各実施態様において、上流の傾斜部材１４、３２（すなわち、各図面における上端に最も近いもの）は矢印で示される方向に粗から微細へ継続（孔径の低下）する空隙率傾斜を有する。下流側の傾斜部材１５、３３は、両部材が流れ方向に減少する孔径を有するように同じ方向に空隙率傾斜を有するか、又はサンドイッチ構造全体が液体流れの通路をどちらの方向にも挿入されることを可能としそして使用者に構造の一方向のみ使用させることを防いで反対方向の空隙率傾斜を有し得る。
【００１７】
請求項において、用語の“１つ（ａ又はａｎ）”は“１つ以上”を意味すると意図されている。用語の“含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）”およびその変形の“含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）”および“含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”は、工程又は部材の記載の前に置かれるとき、更なる工程又は部材の追加は任意であり、排除されるものでないことを意味することを意図している。本明細書で引用されたすべての特許、特許出願および他の公開された文献は、それらをここで参照することによりすべてが本明細書の開示に組み込まれたものとする。本明細書で引用された引用文献と本明細書の明確な開示との相違点は、本明細書の開示にとって有利に解決されることを意図している。このことは、技術を理解した単語又は熟語の定義と本明細書で明確に規定された同じ単語又は熟語との間の相違点を含む。
【００１８】
以上の記載は説明の目的でなされたものである。本発明の範囲内であるさらなる変形、修正、および置き換えは当業者にとって容易に明らかとなるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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