(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロマトグラフィカラムを作製および装填する方法であって、
所望の体積の充填媒体を収容するために適切な弾性と、内径と、および長さとを有するカラム管を選択するステップと、
適切にサイズ決めされた前記カラム管に液体を運び込む／カラム管から液体を運び出す第１および第２のフローディストリビュータを選択するステップとを備え、少なくとも前記第２のフローディストリビュータは、前記カラム管の前記内径よりも大きい直径を有し、前記方法はさらに、
前記第１のフローディストリビュータを前記カラム管の第１の端に永久的に固定するステップと、
前記カラム管の中に充填媒体を装填するステップと、
軸方向力を加えて前記第２のフローディストリビュータを前記カラム管の第２の端に挿入して前記第２のフローディストリビュータを前記カラム管の最初の位置に押込んで前記カラム管の内面と前記第２のフローディストリビュータの外周面との間に締り嵌めを確立し、前記カラム管の内部で前記第１および第２のフローディストリビュータ同士の間に封止されたチャンバを形成するステップとを備え、前記締り嵌めは、前記カラム管が永久的に固定されることなく、操作圧力に耐えかつ液用シールを維持するのに十分なフープ張力を生じさせ、前記方法はさらに、
（ｉ）前記第２のフローディストリビュータが前記カラム管の内部の所望の場所に達するまで、前記第２のフローディストリビュータに付加的な軸方向力を加えることによって、または（ｉｉ）前記チャンバに液体を押入れて水圧力を加え、前記第２のフローディストリビュータを前記カラム管の前記第２の端に向けて戻すことによって、または（ｉ）と（ｉｉ）との任意の組合わせによって、前記カラム管の内部の前記第２のフローディストリビュータの長手方向の最初の位置を調整するステップと、
前記第２のフローディストリビュータが適切に位置決めされると、前記第２のフローディストリビュータを前記カラム管の内部に永久的に固定するステップとを備える、方法。
【請求項２】
前記カラム管はプラスチックを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のフローディストリビュータは溶接によって永久的に固定される、請求項１および２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のフローディストリビュータの前記直径は、前記カラム管の前記内径よりも約０．２５％〜５％大きい、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記締り嵌めの結果、前記第２のフローディストリビュータの外周面と前記カラム管の内面との間には隙間が形成されない、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のフローディストリビュータは、前記カラム管の前記内径よりも大きい直径を有し、前記第１のフローディストリビュータを前記カラム管の第１の端に固定するステップは、軸方向力を加えて前記第１のフローディストリビュータを前記カラム管の前記第１の端に挿入して前記第１のフローディストリビュータを前記カラム管に押込んで締り嵌めを確立するステップを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
クロマトグラフィカラムを作製および装填する方法であって、
適切な弾性と、所望の体積の充填媒体を収容するための内径および長さとを有するカラム管を選択するステップと、
適切にサイズ決めされた第１および第２のフローディストリビュータを選択するステップとを備え、少なくとも前記第２のフローディストリビュータは、前記カラム管の前記内径よりも大きい直径を有し、前記方法はさらに、
前記第１のフローディストリビュータを前記カラム管の第１の端に永久的に固定するステップと、
前記カラム管の中に充填媒体を装填するステップと、
軸方向力を加えて前記第２のフローディストリビュータを前記カラム管の第２の端に挿入して前記第２のフローディストリビュータを前記カラム管に押込んで締り嵌めを確立し、前記カラム管の内部で前記第１および第２のフローディストリビュータ同士の間に封止されたチャンバを形成するステップと、
（ｉ）前記第２のフローディストリビュータが前記カラム管の内部の所望の場所に達するまで、前記第２のフローディストリビュータに付加的な軸方向力を加えることによって、または（ｉｉ）前記チャンバに液体を押入れて水圧力を加え、前記第２のフローディストリビュータを前記カラム管の前記第２の端に向けて戻すことによって、または（ｉ）と（ｉｉ）との任意の組合わせによって、前記カラム管の内部の前記第２のフローディストリビュータの長手方向の位置を調整するステップと、
前記第２のフローディストリビュータが適切に位置決めされると、前記第２のフローディストリビュータを前記カラム管の内部に永久的に固定するステップとを備え、
前記第２のフローディストリビュータを前記カラム管に押込んで前記カラム管の内部に前記締り嵌めを確立するための前記軸方向力は、約４４４８．２Ｎ〜約４４４８２Ｎである、方法。
【請求項８】
前記カラム管の内面は、前記カラム管の少なくとも一端の周りに形成される面取部を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のフローディストリビュータは、前記カラム管の一体部品として形成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記充填媒体は、約４０％〜約７０％の固体を含むスラリーを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記軸方向力は、静圧シールを生成するのに十分な誘起フープ張力を確立する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
クロマトグラフィカラムを作製および装填する方法であって、
特定の体積の充填媒体を収容するための内径および長さと、特有の弾性および壁厚とを有するカラム管を選択するステップと、
前記カラム管に液体を運び込む／カラム管から液体を運び出す第１および第２のフローディストリビュータを選択するステップとを備え、少なくとも前記第２のフローディストリビュータは、前記カラム管の前記内径よりも大きい外径を有し、前記方法はさらに、
前記第１のフローディストリビュータを前記カラム管の第１の端に永久的に固定するステップと、
前記カラム管の中に充填媒体を装填するステップと、
軸方向力を加えて前記第２のフローディストリビュータを前記カラム管の第２の端に挿入して、前記カラム管の内面と前記第２のフローディストリビュータの外周面との間の締り嵌めで、前記第２のフローディストリビュータを最初の長手方向の位置にまで前記カラム管に押込むステップとを備え、前記締り嵌めは、前記カラム管が永久的に固定されることなく、操作圧力に耐えかつ液用シールを維持するのに十分なフープ張力を生じさせ、前記方法はさらに、
装填された前記クロマトグラフィカラムの性能を試験するステップと、
（ｉ）前記第２のフローディストリビュータに付加的な軸方向力を加えることによって、または（ｉｉ）チャンバに液体を押入れて水圧力を加え、前記第２のフローディストリビュータを前記カラム管の前記第２の端に向けて戻すことによって、または（ｉ）と（ｉｉ）との任意の組合わせによって、前記カラム管の内部の前記第２のフローディストリビュータの最初の長手方向の位置を随意に調整するステップと、
前記第２のフローディストリビュータが最終の長手方向の位置に動かされると、前記第２のフローディストリビュータを前記最終の長手方向の位置で前記カラム管の内部に永久的に固定するステップとを備える、方法。
【請求項１３】
前記第２のフローディストリビュータの前記最初の長手方向の位置は、前記最終の長手方向の位置と異なる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２のフローディストリビュータの前記最初の長手方向の位置は、前記最終の長手方向の位置と同じである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のフローディストリビュータが前記カラム管の内部に永久的に固定される前、前記クロマトグラフィカラムの性能を試験するステップをさらに備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のフローディストリビュータの前記カラム管の内部の長手方向の位置を調整した後、前記クロマトグラフィカラムの性能を再試験するステップをさらに備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記クロマトグラフィカラムの性能が指定された性能レベルを満たすと、前記第２のフローディストリビュータが永久的に固定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記クロマトグラフィカラムの性能試験は、（ｉ）理論段相当高さ試験、（ｉｉ）非対称性分析試験、または（ｉ）と（ｉｉ）との任意の組合わせを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記軸方向力は、前記第２のフローディストリビュータの外径が圧縮され、前記カラム管の内径が圧縮されることにより誘起される誘起フープ張力を克服するのに十分大きい、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記カラム管には前記第２のフローディストリビュータとの間にＯリングが設けられな
い、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本願は、２０１２年１月３０日に出願された米国仮出願番号第６１／５９２，５６９号の利益を主張し、この米国仮出願番号第６１／５９２，５６９号は、全文が引用によって本明細書に援用される。
【０００２】
技術分野
本発明は、クロマトグラフィカラム、ならびに製造および使用の方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
カラムクロマトグラフィは、充填媒体の固定「ベッド」が剛性管に入れられる分離および／または精製技術である。充填媒体は、固体（「固定相」）または液体固定相でコーティングされた固体担体材料の粒子の形態であり得る。いずれにせよ、充填媒体は典型的にカラム管の内部体積を満たす。
【０００４】
分離クロマトグラフィでは、液体試料（「移動相」）がカラムを通過する際、試料中の異なる化合物が固定相と異なって結び付き得るため、移動相に対して減速してカラムの中を異なる速度で進む。ゆえに、固定相とより結び付くそれらの化合物は、それほど結び付かない化合物よりもカラムの中をゆっくりと進み、この速度差によって、化合物はカラムを通過してカラムから出る際に互いに分離される。異なる結び付きを促進する固定相の特徴は、イオン電荷（イオン交換クロマトグラフィ）、疎水性（疎水性相互作用クロマトグラフィ）、および多孔率（サイズ排除クロマトグラフィ）であり得る。
【０００５】
さらに別の種類のカラムクロマトグラフィであるアフィニティクロマトグラフィでは、充填媒体は、液体試料中の１つ以上の所望の化合物または分子と特異的に結合する結合剤、たとえば抗原、抗体、またはリガンドを含む。ゆえに、液体試料が充填媒体を流れると、所望の化合物または分子のみがカラム内に残る。その後、溶出液が充填媒体を流れて、充填媒体に付着した結合剤から所望の化合物もしくは分子を分離するか、または充填媒体から結合剤を分離する。いずれにせよ、所望の化合物または分子がカラムからすすぎ落とされて溶出流体に収集される。アフィニティクロマトグラフィは、核酸精製、無細胞抽出液からのタンパク質精製、および血液からの精製を含む多数の用途に用いることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
クロマトグラフィカラムの主な構成要素は、金属、ガラス、または高剛性のプラスチック材料からなることが多い管と、一対のフローディストリビュータとであり、フローディストリビュータは典型的に管の２つの端に挿入されて、管の内部でフローディストリビュータ同士の間に空間またはチャンバを形成し、この中に充填媒体が装填される。そのようなカラム内では、小さな空間または空隙が、Ｏリングがフローディストリビュータとカラム管の内壁との間にシールを形成している点まで、フローディストリビュータの外縁とカラム管の内壁との間に形成され得る。この空隙は、いわゆる「デッドゾーン」または「デッドスペース」を作り出し、流体および汚染物質は、カラム管内の媒体を流れるのではなく、これらのゾーンまたはスペースに入り、閉込められて停滞し得る。また、そのようなデッドゾーンは汚染されることがあり、カラムを再利用しようとするときに洗浄するのが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
要約
発明は、弾性的プラスチック／熱可塑性物質ならびに／または複合材料（ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド、アセタール、またはガラス充填もしくは炭素充填プラスチック、たとえばガラス繊維および炭素繊維プラスチック等）でクロマトグラフィカラム管を製造し、２つのフローディストリビュータの少なくとも一方を緊密な締り嵌めまたはプレス嵌めでカラム管の内部に固定する場合、フローディストリビュータと管壁との間の締り嵌めに対抗する誘起フープ張力によって、漏れを防止するのに十分な密封が提供され、結果として得られるクロマトグラフィカラムを、プレス嵌めされたフローディストリビュータの周りのデッドゾーンを大幅に減少させて製造できるという発見に少なくとも一部基づいている。発明の第２の有用な特徴は、本明細書中の説明に従って作製されたカラムは、媒体「ベッド高さ」としても公知の、無限に調整可能な充填媒体体積を有することである。
【０００８】
一局面では、開示は、クロマトグラフィカラムを作製および充填する方法を特徴とする。これらの方法は、１）所望の体積の充填媒体を収容するのに適切な内径および長さを有する、たとえばプラスチックまたは別の適切な弾性材料からなるカラム管を選択するステップと、２）適切にサイズ決めされた第１および第２のフローディストリビュータを選択するステップとを含み、少なくとも第２のフローディストリビュータ（または第１および第２のフローディストリビュータの両方）は、管の内径よりも大きい、たとえば管の内径よりも約０．２５〜５．０％大きい直径を有し、方法はさらに、３）第１のフローディストリビュータを管の第１の端に永久的に固定するステップと、４）カラム管に充填媒体を添加するステップと、５）軸方向力を加えて第２のフローディストリビュータを管の第２の端に挿入して第２のフローディストリビュータをカラム管に押込んで締り嵌めを確立し、たとえばそれによって、管の内部で第１および第２のフローディストリビュータ同士の間に封止された、たとえば静圧封止されたチャンバを形成するのに十分効果的なフープ張力を誘起するステップと、６）（ｉ）第２のフローディストリビュータがカラム管の内部の所望の場所に達するまで、第２のフローディストリビュータに付加的な軸方向力を加えることによって、または（ｉｉ）チャンバに液体を押入れて水圧力を加え、第２のフローディストリビュータを管の第２の端に向けて戻すことによって、または（ｉ）と（ｉｉ）との任意の組合わせによって、管の内部の第２のフローディストリビュータの長手方向の位置を調整するステップと、７）第２のフローディストリビュータが適切に位置決めされると、第２のフローディストリビュータを管の内部に永久的に固定するステップとを含む。
【０００９】
この新たな方法は、軸方向力を加えて第１および第２のフローディストリビュータを管に押込んで、静圧シールを生成するのに十分な誘起フープ張力を確立することによって、両フローディストリビュータを管の内部に固定するステップを含んでもよい。フローディストリビュータと管壁との間の締り嵌めによって生じるこの誘起フープ張力は、第１および／または第２のフローディストリビュータの外周面と管の内面との間のすべての隙間の形成を減少させるか回避する。いくつかの実施形態では、第１および／または第２のフローディストリビュータは、たとえば溶接または他の手段によって管の内部に永久的に固定されてもよい。
【００１０】
いくつかの実施形態では、第２のフローディストリビュータを管に押込んで管の内部に締り嵌めを確立するための軸方向力は、約１０００ｌｂｆ〜約１０，０００ｌｂｆである。
【００１１】
いくつかの実施形態では、管の内面は、管の少なくとも一端の周りに形成される面取部を含み、フローディストリビュータをカラム管に挿入して中央に置くことを助ける。新たな方法のうちのいくつかでは、第１のフローディストリビュータは、管の一体部品として形成されてもよい。
【００１２】
ある実施形態では、充填媒体は、約４０％〜約７０％の固体を含むスラリーを含んでもよい。
【００１３】
別の局面では、開示は、第１の端、第２の端、および内径ＤTiを有するプラスチック管を含むクロマトグラフィカラムを特徴とし、内径ＤTiは、管の第２の端において端直径ＤTeまで徐々に増加して面取部を形成し、クロマトグラフィカラムはさらに、プラスチック管の第１の端に固定される第１のフローディストリビュータと、ＤTiよりも大きい（たとえば少なくとも０．２５％、たとえば約０．０５〜約３．０，１．０．１．５，２．０．２．５，３．０または３．５％大きい）外径Ｄfdを有する第２のフローディストリビュータとを含み、第２のフローディストリビュータは、締り嵌めによって管の第２の端の内部に固定され、十分な誘起フープ張力を直接生じさせ、管の内部で第１および第２のフローディストリビュータ同士の間に静圧封止されたチャンバを形成する。
【００１４】
いくつかの実施形態では、プラスチック管はさらに、第１の端において増加した端直径ＤTeを有して面取部を形成し、第１のフローディストリビュータは、ＤTiよりも大きい外径Ｄfdを有し、第１のフローディストリビュータは締り嵌めによって管の第１の端の内部に固定され、十分な誘起フープ張力を直接に生じさせる。ある実施形態では、第１のフローディストリビュータは管に永久的に接着されるか、または第１および第２のフローディストリビュータの両方が溶接接合部などの永久的な接着部によって管の内壁に固定されてもよい。
【００１５】
ある実施形態では、この新たなクロマトグラフィカラムは、チャンバの内部に充填媒体を含んでもよい。いくつかの実施形態では、チャンバは静圧封止される。ある実施形態では、チャンバは、少なくとも５０ポンド／平方インチの内圧に耐えるように構成される。いくつかの実施形態では、これら３つの特徴のすべてが存在する。
【００１６】
いくつかの実施形態では、プラスチック管および第２のフローディストリビュータは同じ種類のプラスチックからなり、第１のフローディストリビュータは、管と一体化した特徴である。
【００１７】
本明細書中に用いられる「ベッド高さ」という用語は、完成したクロマトグラフィカラムに入れられた充填クロマトグラフィ媒体粒子のベッドの直線高さを指す。
【００１８】
本明細書中に用いられる「充填ベッド」とは、クロマトグラフィカラムの内部のクロマトグラフィ媒体粒子の最終状態を指す。この最終状態はさまざまな方法で達成される。たとえば、１つの方法は、流体の流れを組合わせた後、フローディストリビュータの一方または両方によってベッドを軸圧縮することである。当該技術において公知の他の方法は、粒子の重力沈降、振動沈降、および／または機械的な軸圧縮のみを含む。
【００１９】
本明細書中に用いられる「フローディストリビュータ」とは、クロマトグラフィカラムの各端でまたは各端の近くに固定される部品、たとえば円筒形部品である。フローディストリビュータは、複数の目的を果たす複数の部分からなる組立品であってもよい。１つの機能は、カラムに液体を送り込むかカラムから液体を送り出す異なるパイプ／配管と噛合うことが可能な出入口によって、カラムに液体を運び込む／カラムから液体を運び出すことである。別の機能は、１つまたは複数のより小さなチャネルからの液体の流入を導いて、充填ベッドの断面積全体にわたってできるだけ均一に液体を広げることである。逆に、カラムの出口側のフローディストリビュータは、断面積全体にわたって広がった液体を効率的に集め、当該液体を１つまたは複数のより小さなチャネル（たとえば２００ｍｍのカラムは直径６ｍｍの入口／出口を有し得る）を通じてカラムから運び出さなければならない。
【００２０】
本明細書中に用いられる「ベッドサポート」とは、さまざまな液体の通過を許可するが、充填ベッドを含む充填媒体の小粒子を保持するネット、スクリーン、メッシュ、またはフリットである。これらのベッドサポートは、フローディストリビュータに直接に接続されてもよい。
【００２１】
本明細書中に用いられる「永久的な接着部」および「永久的に接着される」という用語は、２つの構成要素同士の間のそのような接着部を、その接着部または接着された構成要素（たとえば管およびフローディストリビュータ）の一方または両方を壊さない限り切離すことができないことを示すために用いられる。
【００２２】
本明細書中に用いられる「誘起フープ張力」という用語は、管の内径よりも大きい外径を有するフローディストリビュータを挿入することによって管の壁に生じる周方向応力を指す。本明細書中では、これらの値同士の直径差を締り嵌めと称する。誘起フープ張力は、フローディストリビュータが強制的に圧縮して内向きにたわみ、管壁が外向きに延びると、締り嵌めによる内部応力によって引起こされる。
【発明の効果】
【００２３】
誘起フープ張力によって生じるフローディストリビュータと管壁との緊密な嵌合によって、新たなクロマトグラフィカラムは、フローディストリビュータの近傍にデッドゾーンが形成されることを回避し、流れ効率、およびカラムを再利用のために適正に洗浄する能力の面で大きい利点をもたらす。
【００２４】
新たな製造方法の別の特有の利点は、完全にカスタマイズ化可能な可変のベッド高さおよび直径を有する、予め充填された使い捨てのカラムを構成する能力である。特定のカラムベッド高さの変化は、フローディストリビュータをカラム管の長さにわたってプレス嵌めするために用いられる、利用可能なプレスおよび線形アクチュエータ技術によってのみ制限される。現在の技術は、管内のフローディストリビュータの正確な場所を、千分の数インチよりも小さく変化可能である。フローディストリビュータが所望の位置に入り込むと、誘起フープ張力によって、カラムは、所定の位置に永久的に固着されることなく、大きい操作圧力に耐え、かつ液用シールを維持することができる。この当初のシールによって、第２のフローディストリビュータを永久的に固定する前にカラムの性能を試験する機会が与えられる。フローディストリビュータの位置を軸方向に調整することによってカラム性能を向上可能であることが試験によって明らかになった場合、そのような調整を行ってカラムを再試験してもよい。所望の位置が確定すると、フローディストリビュータは所定の位置に永久的に固定されてもよい。フローディストリビュータを所定の位置に永久的に固定するため、いくつかの実施形態では、フローディストリビュータは管壁に頑強に溶接されてもよい。フローディストリビュータを永久的に固着する他の方法を用いてもよい。
【００２５】
特に定義がない限り、本明細書中に用いられるすべての技術科学用語は、本発明が属する技術の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を持つ。本明細書中に記載されるのと同様または均等の方法および材料が本発明の実施または試験において用いられ得るが、好適な方法および材料を以下に記載する。本明細書中に言及されるすべての刊行物、特許出願、特許、および他の引例は、全文が引用によって援用される。抵触する場合、定義を含む本願明細書が支配する。また、材料、方法、および例は例示的なものに過ぎず、限定的であるように意図されていない。
【００２６】
発明の１つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面および以下の説明に記載する。発明の他の特徴、目的および利点は、説明および図面から、ならびに請求項から明らかになるであろう。
【００２７】
さまざまな図面における同様の参照符号は同様の要素を示す。
図面の説明
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本明細書中に記載されるクロマトグラフィカラムのうちの１つの概略図である。
【図２ａ】図１のカラムの概略断面図である。
【図２ｂ】図１のカラムの分解概略断面図である。
【図３ａ】カラム管の概略図である。
【図３ｂ】断面で示すカラム管の概略図である。
【図４ａ】本明細書中に記載される新たなクロマトグラフィカラムにおいて使用され得るフローディストリビュータの一例の概略上面図である。
【図４ｂ】本明細書中に記載される新たなクロマトグラフィカラムにおいて使用され得るフローディストリビュータの一例の概略正面図である。
【図４ｃ】本明細書中に記載される新たなクロマトグラフィカラムにおいて使用され得るフローディストリビュータの一例の概略底面図である。
【図５】断面で示す、カラム管に挿入された後のフローディストリビュータの概略図である。
【図６】断面で示す、上部フローディストリビュータに軸方向力を加えてカラム管に押込んで緊密な締り嵌めを提供するために用いられるプレス中のカラム管の概略図である。
【図７】上部フローディストリビュータが所定の位置に溶接された後のクロマトグラフィカラムの概略図である。
【図８】本明細書中に記載されるクロマトグラフィカラムのうちの１つの製造時の基本的なステップのフローチャート図である。
【図９ａ】面取り端部を有する管にフローディストリビュータを圧入して締り嵌めを形成するときに生じる力の概略図である。
【図９ｂ】面取り端部を有する管にＯリングを用いてフローディストリビュータを圧入して締り嵌めを形成するときに生じる力の概略図である。
【図１０ａ】締り嵌めを形成した後に管にフローディストリビュータを圧入するときに生じる力の概略図である。
【図１０ｂ】締り嵌めを形成した後にＯリングを用いて管にフローディストリビュータを圧入するときに生じる力の概略図である。
【図１１】管にフローディストリビュータを圧入して締り嵌めを形成するときに生じる力の例を示すプロット図である。
【図１２】管に押込まれているときのフローディストリビュータの概略図である。
【図１３】圧力試験時に用いられるエンドピースの概略図である。
【図１４ａ】管およびエンドピースの異なるプレス嵌め構成についてのプレス嵌めシール性能を示すプロット図である。
【図１４ｂ】誘起フープ張力に対する、管にフローディストリビュータを挿入するのに必要な漏れ圧力および軸方向力を示すプロット図である。
【図１５】管およびエンドピースの異なるプレス嵌め構成についての溶接強度性能を示すプロット図である。
【図１６】媒体材料で充填された管にフローディストリビュータを圧入するのに必要な、観察された軸方向力のプロット図である。
【図１７】図１６に示されるデータの拡大プロット図である。
【図１８】１００ｃｍ／時の充填評価のクロマトグラムプロット図である。
【図１９】カラムからの小分子除去を示すプロット図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
詳細な説明
本明細書中に記載される新たなクロマトグラフィカラムは比較的安価なプラスチック材料で作ることができるため、使い捨てであると見なすことができるが、繰返しの洗浄および再利用を可能にするのに十分頑強であるように特別に設計される。本明細書中に記載される新たな製造方法は、プレス嵌めされたフローディストリビュータの周りのデッドゾーンの形成を減少させ、および／または回避することによって、新たなクロマトグラフィカラムを現在入手可能なクロマトグラフィカラムよりもはるかに効果的で、有用で、容易に洗浄できるようにする。
【００３０】
クロマトグラフィカラム
発明の目的は、広く入手可能なプラスチック／熱可塑性物質ならびに／または複合物（ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（さまざまなナイロン等）、アセタール、またはガラス充填もしくは炭素充填プラスチック、たとえばガラス繊維および炭素繊維プラスチック）またはエラストマー成分で完全に作られる、生物薬剤用途に用いられる予め充填されたクロマトグラフィカラムである。カラムの設計は、たとえば限定されないが、１０，２０，３０，４０，５０または６０ｃｍ以上、最大で約８０，９０または１００ｃｍ以上であり得る所与の内径の範囲内で、０〜５０ｃｍ以上の間で無限に変動する「ベッド高さ」まで、カラムにさまざまな種類のクロマトグラフィ充填媒体または樹脂を充填できるようなものである。
【００３１】
本明細書中に記載されるクロマトグラフィカラムは、主に、カラム管と一対のフローディストリビュータ（または１つのフローディストリビュータおよび１つのエンドキャップ）とからなる。フローディストリビュータは、円筒形の円盤と、液体が円盤に流れ込んで円盤の中を流れることができるようにする１つ以上の入口／出口パイプとを含む。さらに、フローディストリビュータは、フローディストリビュータ円盤の充填媒体側に取付けられるベッドサポート、スクリーン、および／またはフィルタを含んでもよい。カラムはさらに、フローディストリビュータとカラム管との間にＯリングを組込んでもよいし組込まなくてもよいが、本発明は概してＯリングの必要性を完全に回避するために用いられ得る。
【００３２】
フローディストリビュータの流路は、標準的な技法および公知の設計に従って設計することができ、フローディストリビュータ自体は、たとえば、管と同一または同様のプラスチック材料で作られてもよいが、カラムに流す液体および試薬に対して不活性な金属、セラミック、および他の材料で作られてもよい。
【００３３】
管は中空の円筒部材であり、典型的に、第１の端（たとえば上端）から第２の端（たとえば下端）に流体（たとえば液体）が流れることを可能にする円形シリンダである。管の内径は、管に流体を送って管から流体を取出すためのフローディストリビュータを受けるようにサイズ決めされ、構成される。さまざまなクロマトグラフィカラム性能仕様に基づいて、管は多様な異なるサイズおよび構成で作ることができる。いくつかの実施形態では、管は、最大で約１８５ｐｓｉ（たとえば約２０，３０，４０，５０または６０ｐｓｉ）もの内圧に耐えることが可能である一方で、システムの誘起内部操作圧力下で構造的完全性を維持するようにサイズ決めされ、構成される。いくつかの実施形態では、管は典型的に、内径が約１０ｃｍ〜約１００ｃｍで長さが約１０〜約９０ｃｍの円筒部材である。管は当初、所望の最終的なベッド高さの約２倍であるように選択され、両フローディストリビュータがカラム管の内部の所定の位置に固定されると、切断して短くされる。
【００３４】
一般に、さまざまな要因に基づく管の全体的な誘起フープ張力は、クロマトグラフィカラムがさらされる予想内圧などの、エンドユーザの仕様に基づいて異なり得る。たとえば、管は、フローディストリビュータの挿入時に管が降伏するのを回避するのに十分厚いまたは頑強な壁を有する必要がある。たとえば、管の壁厚は、管が所望の誘起フープ張力を得ることによって最大操作圧力よりも高い適正な安全係数に耐え得るように十分大きくてもよい。たとえば、材料の性質に依存して、たとえばポリプロピレンについては、２０ｃｍのカラムは、公称内径が１９９．９０ｍｍで公称壁厚が１０．０ｍｍの管を有する。３０ｃｍのポリプロピレンカラムは、公称内径が３００．００ｍｍで公称壁厚が１３．０ｍｍの管を有する。いくつかの例では、材料の性質に依存して、内径が２００ｍｍの管の壁厚は、約７．５ｍｍ〜１５ｍｍ、たとえば約８，９，１０，１１，１２または１３ｍｍであるべきである。直径が３００ｍｍの管の壁厚は、約１０〜２０ｍｍｍ、たとえば約１２，１３，１４，１５，１６，１７または１８ｍｍであるべきである。管の壁厚は、管が使用時の内圧（たとえば約２０ｐｓｉ〜約４０ｐｓｉ、たとえば２０，２５，３０または３５ｐｓｉ）に耐えるのに好適な強度を有するように指定されてもよい。さらに、適正な壁厚は、意図された操作圧力の範囲全体にわたってカラム形状（たとえば体積）を維持するのに役立ち、これによってカラム壁のたわみ量を制限することができるため、カラムの適切な機能を保証するのに役立つ。ガラスまたは炭素繊維または粒子などの付加的な構造材料で強化される熱可塑性物質からなる管においては、壁はより薄くてもよい。
【００３５】
いくつかの例では、管の誘起フープ張力は、２５ＰＳＩ〜２５０ＰＳＩ、たとえば約５０，７５，１００，１２５，１５０，１７５，２００，２２５または２５０ＰＳＩであるべきである。管の誘起フープ張力は、管が使用時の内圧（たとえば約２０ｐｓｉ〜約４０ｐｓｉ、たとえば２０，２５，３０または３５ｐｓｉ）に耐えるのに好適な材料特性を有するように指定されてもよい。さらに、適正な誘起フープ張力は、意図された操作圧力の範囲全体にわたってカラム形状（たとえば体積）を維持するのに役立ち、これによってカラム壁のたわみ量を制限することができるため、カラムの適切な機能を保証するのに役立つ。適正な誘起フープ張力によってさらに、カラムは、所定の位置に永久的に固着されることなく、大きい操作圧力に耐え、かつ液用シールを維持することができる。
【００３６】
さらに、管の内壁を、両端でまたは少なくとも一端で薄くするか厚みを減少させて、約０．０〜約２０度、たとえば約１，３，５，７，９，１１，１３，１５または１７度の傾斜または面取部を形成してもよく、これによってフローディストリビュータの挿入を容易にすることができる。面取部は、管の端から内向きに約１０ｍｍ〜約３０ｍｍ延びるべきである。以下に詳細に述べるように、フローディストリビュータは管の内径よりも大きい外径を有し、面取部は製造時にフローディストリビュータを管の中に並べるのに役立つ。
【００３７】
図３ａおよび図３ｂに示されるように、いくつかの実施形態では、管２０は、管２０の各端の内面に沿って形成された面取部２２を有するシリンダである。この例では、管２０の長さは約６８ｃｍ、内径は約２０ｃｍ、および壁厚は約１０ｍｍである。面取部２２はこの例では約２０度であり、管の端から内向きに約２０ｍｍ延びる。
【００３８】
管２０に受けられるようにサイズ決めされ構成されるフローディストリビュータは、出口穴に水力学的に接続される入口穴と、入口穴からフローディストリビュータの充填媒体側まで延在する溝などの流体分散導管網とを有する。ゆえに、フローディストリビュータは、フローディストリビュータの第１の側から１つ以上の入口場所で流体を受け、管に挿入されると充填媒体に対向するフローディストリビュータの第２の側に沿って径方向外向きに流体を分散させるように構成される。また、典型的に流れ方向を反対にすることによって、フローディストリビュータは自身の第２の側全体に沿って流体を受け、第１の側の１つ以上の出口場所に向けて内向きに流体を導くことができる。
【００３９】
典型的に、フローディストリビュータは、自身が挿入される管の内径よりもやや大きい外径を有する円形の円盤状部材であるため、フローディストリビュータを挿入すると、最大で所望の内圧まで漏れを防止するのに効果的なフープ張力を誘起するのに十分な締り嵌めが生じる。フローディストリビュータは比較的非圧縮性であり、管壁は比較的弾性的であるため、締り嵌めによって管が拡張し、液密シールが形成される。たとえば、内径が２００ｍｍのポリプロピレン管については、ポリプロピレンフローディストリビュータの外径は２０１〜２０４ｍｍ（たとえば約２０２ｍｍ）であってもよい。内径が３００ｍｍの場合、フローディストリビュータの外径は約３０２〜３０６ｍｍであってもよい。管２０およびフローディストリビュータ２４は両方とも、組立時の誘起フープ張力が材料の降伏強度よりも小さいように設計される。ゆえに、管壁は、および多くの実施形態ではより少ない程度にフローディストリビュータが、塑性変形を受け、カラムの寿命の間自身のフープ張力を維持する。管２０とフローディストリビュータ２４との界面における漏れ止めシールを保証し、カラムの最大操作圧力を制限するのは、このフープ張力値である。
【００４０】
方程式（１）に示すように、フープ張力の値は、プレス嵌めの締め代の大きさ、管壁の厚み、ならびに管２０およびフローディストリビュータ２４の材料の比ヤング率およびポアソン比に直接関連する。
【００４１】
【数１】
0006427007.tif 000002
【００４２】
式中、σhoop tensionは誘起フープ張力であり、δintは（フローディストリビュータの外径と管の内径との差である）締り嵌めであり、Ｄfdはフローディストリビュータの外径であり、Ｄtube,oは管の外径であり、εtubeは管材料のヤング率であり、εfdはフローディストリビュータ材料のヤング率であり、νtubeは管材料のポアソン比であり、νfdはフローディストリビュータ材料のポアソン比である。連続体力学を考慮すると、誘起フープ張力は単に管壁および／またはフローディストリビュータの本体に生じる応力であり、これは、外力の印加、ならびにその後の管壁およびフローディストリビュータの変形の際にしか生じない。
【００４３】
たとえば、ポリプロピレンを用いる１つの特定の実施では、さまざまな製作方法による利用可能な部品の公差を考慮して漏れなしに６０ＰＳＩ以上の操作条件を保証するのに適正なフープ張力を提供するためには、２０ｃｍのカラムは、公称管壁厚が１０．０ｍｍの、１９９．９０ｍｍの公称内径の管２０を必要とすることが分かった。フローディストリビュータ２４の公称直径は、２０２．３０ｍｍでなければならない。これによって、最悪の場合の締め代状態において、各フローディストリビュータ２４で８０ＰＳＩの誘起フープ張力が保証される。その対極では、管２０の内径公差およびフローディストリビュータ２４の外径の許容公差を用いた最大の締め代状態を考慮すると、これによって各フローディストリビュータ２４において最大で２５０ＰＳＩの誘起フープ応力が生じる。
【００４４】
図４ａ〜図４ｃは、いくつかの実施において、フローディストリビュータ２４は、第１の側２８に沿って中心領域に形成されたフィッティング穴２６と、第２の側３２に沿って形成された複数の溝およびチャネル３０のシステムとを有する円盤状部材であることを示す。フィッティング穴２６は、フィッティングを受けるようにサイズ決めされ構成された止まり穴である。フィッティング穴２６は、フィッティングを受けるための１つ以上の特徴を含む。１つの具体的な実施では、フィッティング穴２６は、ねじフィッティング（たとえばＭ３０×３．５のねじフィッティング）を受けるようにねじ山を付けられる。いくつかの実施形態では、フィッティングは、接着剤、溶接、差込ピンもしくはルアー接続、または他の十分な接続技術などのさまざまな他の方法でフローディストリビュータ２４に接続される。いくつかの実施形態では、フィッティングはフローディストリビュータ２４の一体部品として製造される。フローディストリビュータ２４はさらに、フィッティング穴２６をフローディストリビュータ２４の第２の側３２に水力学的に接続して、流体がフローディストリビュータ２４の第２の側３２とフィッティング穴２６に挿入されたフィッティングとの間を通ることができるようにする流体通路３４を含む。
【００４５】
示されるように、複数の溝およびチャネル３０は流体通路３４から実質的に径方向に延在し、フローディストリビュータ２４の場所に依存して、流体を径方向内向きおよび外向きに導く。溝の高さまたは深さは、中心／送り口（たとえば流体通路３４）からフローディストリビュータ２４の外周領域におけるより低い高さにかけてテーパ状である。このテーパのアスペクト比は、一般的な設計ガイドラインを提供するさまざまな刊行物の主題である（たとえば、Gebauerら、“Efficiency of Preparative and Process Column Distribution Systems,” Journal of Chromatography 1006 (2003) 45-60を参照）。このテーパ形状は、充填ベッドの中を進む標的分子の分散によってカラム性能（たとえば効率）に悪影響を与えることがある圧力勾配を径方向および軸方向において最小化するのに役立つことができる。
【００４６】
いくつかの実施形態では、フローディストリビュータ２４は、自身の外径に沿って凹部３６を規定する。凹部３６は、封止部材（たとえばＯリング）を受けるようにサイズ決めされ、構成されてもよい。
【００４７】
フローディストリビュータ２４は、成形、鋳造、機械加工、または他の方法などの任意のさまざまな製造技術によって形成することができ、市販されているものを用いてもよい。いくつかの実施形態では、フローディストリビュータ２４の概略形状が鋳造または成形され、その概略形状から溝およびチャネル３０が機械加工される。管の内径と密接に噛合うように、いくつかの実施形態では、フローディストリビュータの外径は、外縁が確実に円形で公差に従うように、旋盤を用いて形成される。
【００４８】
フィッティングは、フローディストリビュータに締結または固定されて、フローディストリビュータおよびフローディストリビュータが内部に配置される管に液体を送るかフローディストリビュータおよび管から液体を取出すための、機械的なアタッチメントである。流体を送るために、フィッティングは、フィッティングの中心軸に沿ってフィッティングを貫通して形成された流体送り穴を有する。フィッティングはさらに、フローディストリビュータのフィッティング穴に受けられてフィッティングを保持する１つ以上の特徴を含む。図１、図２ａおよび図２ｂに示されるように、この例では、フィッティング３８は、フィッティング穴２６に係合するねじ端４０（たとえばＭ３０×３．５のねじ端）を有する。フィッティング３８はさらに、フィッティング穴２６の中でフィッティング３８を回転させて固定するための工具（たとえばトルクレンチ）によって把持可能なナット部４２を有する。いくつかの実施形態では、フィッティング３８は、接着剤、溶接、差込ピンもしくはルアー接続、または他の十分な接続技術などの、他の種類の接続機構を含む。
【００４９】
フィッティング３８は、自身の設置場所に基づいて異なる付加的な特徴を有してもよい。たとえば、上部フローディストリビュータ２４ａに設置される入口フィッティング３８ａは、ねじ端と反対側のフィッティングの端に接続特徴を有してもよい。ホース接続などの接続特徴によって、ホースまたは配管をフィッティングに容易に接続することができる。この例では、入口フィッティング３８ａは、衛生フィッティング（たとえば３連クランプ接続またはカムロック）形式のホースフィッティングなどのホースフィッティングに受けられるようにサイズ決めされ構成される凹部４４を規定する。
【００５０】
または、下部フローディストリビュータ２４ｂに接続される出口フィッティング３８ｂは、入口フィッティングとは異なる形式の接続を有してもよい。この例では、出口フィッティング３８ｂはホース４６に固定され、出口フィッティング３８ｂを離れた急速着脱式出口フィッティング４８に水力学的に接続する。離れた急速着脱式出口フィッティング４８は、ユーザが出口フィッティング３８ｂよりも便利に接近できる領域内に装着または配置されてもよい。
【００５１】
説明したクロマトグラフィ構成要素（たとえば管２０、フローディストリビュータ２４ａ，２４ｂ、フィッティング３８ａ，３８ｂ、および他の構成要素）は、さまざまな構造的および化学的に好適な材料のいずれかで作られてもよい。たとえば、構成要素は、さまざまなプラスチック、たとえば熱可塑性物質（たとえばアクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、他の熱可塑性物質、または複合材料）および熱硬化性プラスチック（たとえばエポキシ樹脂）、および繊維強化プラスチックで作られてもよい。材料選択の際に考慮すべき事項は、材料の特有の機械的特性、および材料がシステムの誘起内部操作圧力に耐えるか否か、を含んでもよい。
【００５２】
ある具体的な実施形態では、管は、効果的な誘起フープ張力を提供する十分な弾性を有する金属、たとえばある一定の鋼、ベリリウム銅合金、チタン合金、ニッケル合金、コバルトクロム、他の種類の金属、またはこれらもしくは他の金属の合金で作られてもよい。金属または他の材料を用いることができるが、プラスチック材料で管を形成するとコストを低減することができ、場合によっては使い捨てのクロマトグラフィカラムを作製することができる。
【００５３】
いくつかの例では、構成要素のほとんど（たとえば管、フローディストリビュータ、およびフィッティング）が熱可塑性および／またはポリオレフィン材料（たとえばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド、アセタール、またはガラス充填もしくは炭素充填プラスチック、たとえばガラス繊維および炭素繊維プラスチック等）で作られる。管およびフローディストリビュータなどの構成要素のうちのいくつかは、同じ種類の熱可塑性物質で作られてもよく、ゆえに互いに溶接されてもよい。たとえば、ＵＳＰ Ｃｌａｓｓ ＶＩ認定のポリプロピレン（たとえばFlint Hills社の製品番号Ｐ９Ｇ１Ｚ−０４７）または同等物を使用してもよい。クロマトグラフィカラム構成要素は、成形、鋳造、機械加工、複合テープ布設、または他の方法などの、当該技術において公知の多数の製造工程のうちのいずれかによって製造されてもよい。
【００５４】
クロマトグラフィカラム５０はさらに、基部、たとえば、管２０および他の構成要素をほぼ垂直な向きに好適に支持および配置するようにサイズ決めされ構成されるボトムエンドキャップ５２を含んでもよい。基部５２は、管２０の一部（たとえば下部）を受けて固定するための特徴（たとえば穴または凹部）を含む。
【００５５】
実質的に水平な支持面をクロマトグラフィカラム５０に提供するために、基部５２の下面から延在する足状の突起部を含んでもよい。ボトムエンドキャップまたは基部５２はさらに、簡単に持ち上げるおよび／または運ぶことができないより大きいカラム直径の場合には、キャスタを含んでもよい。基部５２は、金属、プラスチック、または複合材料などの、任意のさまざまな構造的に好適な材料で作られる。この例では、基部は、ＡＢＳ、ＰＥ、ＰＰ、またはガラス充填もしくは炭素充填プラスチック、たとえばガラス繊維および炭素繊維プラスチック、複合ＰＰで作られる。場合によっては、基部は安定性を増すための滑り止め材料または特徴（たとえば軟質ゴムの足状の突起部）を含む。
【００５６】
クロマトグラフィカラム５０はさらに、管２０および上部フローディストリビュータ２４ａを囲むトップエンドキャップ５４を含んでもよい。トップキャップ５４は、管２０の一部（たとえば上部）を受けて固定する特徴（たとえば穴、凹部、または把持要素）を含む。トップキャップ５４は、入口フィッティング３８ａおよび離れた急速着脱式出口フィッティング４８をそれぞれ受けるようにサイズ決めされ構成される入口フィッティング穴５６および出口フィッティング穴５８を含む。トップキャップ５４はさらに、クロマトグラフィカラム５０を持上げて運ぶために用いられ得るか、または一体型キャスタを有するか回転式カート／台車上に一旦置かれたより大きいカラムをある方向に向ける／導くために用いられ得る、１つ以上のハンドル６０を含んでもよい。トップキャップ５４は、クロマトグラフィカラムがハンドルによって持上げられたときにカラムの重量を支えることができる金属、プラスチック、または複合材料などの、任意のさまざまな構造的に好適な材料で作られる。この例では、トップキャップは、ＡＢＳ、ＰＥ、ＰＰ、またはガラス充填、たとえばガラス繊維プラスチックで作られる。
【００５７】
シュラウドまたはサイドガード部６２をさらに含んでもよい。シュラウド部６２は、基部５２からトップキャップ５４まで延在するように、かつクロマトグラフィカラム５０の内部構成要素のうちのいくつか（たとえば出口フィッティング３８ｂを離れた出口フィッティング４８に接続するホース４６）を覆うようにサイズ決めされ、構成されてもよい。シュラウド６２は、金属、プラスチック、または複合材料などの、任意のさまざまな好適な材料で形成されてもよい。
【００５８】
上部および下部フローディストリビュータ２４ａ，２４ｂは、カラムの製造および充填時に管２０の上部および下部内に設置される（たとえばプレス嵌めされる）。いくつかの実施形態では、管２０と、フローディストリビュータ２４ａ，２４ｂの一方または両方とが、上部フローディストリビュータ２４ａの挿入および管２０への媒体材料の充填の前に永久的に接着される。カラムの満足のいく試験の後、第２の、たとえば上部のフローディストリビュータ２４ａが所定の位置に永久的に接着される。
【００５９】
そのような永久的な接着部は、接着部または接着された物（たとえば管２０およびフローディストリビュータ２４ａ，２４ｂ）を壊さない限り、容易に切離すことができない。上端では、付加的なキャップ（たとえばトップキャップ）５４が随意に管２０に着座して固定され、カラムの上端のフローディストリビュータ２４ａに設置された入口フィッティング３８ａが付加的なトップエンドキャップ５４の入口フィッティング穴５６を通るように並べられてもよい。主として美的な特徴であるそのような随意のトップキャップ５４は、ファスナ、接着剤、管とトップキャップとの間の摩擦、または他の機構などのさまざまな固定機構を用いて管２０に固定されてもよい。
【００６０】
下端では、管２０は随意にボトムキャップ（たとえば基部）５２に着座して固定されてもよい。基部５２は、ファスナ、接着剤、管とボトムキャップとの間の摩擦、または他の機構などのさまざまな固定機構を用いて管２０に固定されてもよい。随意の基部５２を用いる場合、管２０の下部のフローディストリビュータ２４ｂに設置された出口フィッティング３８ｂは随意の基部５２の空洞内に延在してもよく、下部フローディストリビュータ２４ｂから出口フィッティング３８ｂに接続されるホース４６は、管２０の周囲の外側の領域に向かって外向きに導かれる。示されるように、ホース４６は、随意の基部５２から出て、管２０の側部に沿って上向きに引回されて、カラム５０の上部にまたは上部の近くに固着される離れた急速着脱式出口フィッティング４８に接続してもよい。ホース４６を使用し、離れた出口フィッティング４８をカラム５０の上部の近くに配置することによって、ユーザは管２０の下側に接近する必要がなくなり、クロマトグラフィカラム５０をより容易に使用することができる。
【００６１】
本明細書中に記載されるクロマトグラフィカラムの管は、エンドユーザによって指定される、カラムクロマトグラフィで使用される任意の固相媒体材料で充填されてもよい。可能性のある充填媒体材料のこの多様性は、ベース粒子の組成、ならびにそれらの機能的な化学的性質（たとえば親和性、イオン交換、および疎水性相互作用）の両方に及ぶ。充填媒体材料は、溶出溶媒に添加される固定相粒子のスラリーを含んでもよい。固定相粒子は、シリカゲル（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セルロース、およびさまざまなメッシュサイズの他の好適な材料を含んでもよい。溶出剤は、脱イオン水、エタノールまたはアセトンなどの、さまざまな溶媒のうちの１つ以上を含んでもよい。
【００６２】
充填媒体の例は、アガロース（たとえばGE Health Care社のSepharose（登録商標）Fast FlowおよびCapto（商標））、制御ポアガラス（Millipore社のProSep（登録商標））、セラミックハイドロキシアパタイト、ポリメタクリレート（たとえばTosoh Bioscience社のToyoPearl（登録商標）媒体）、ならびに他の合成高分子樹脂（たとえばEMD社のLife TechnologiesのPoros（商標）媒体およびFractogel（商標）媒体）を含むが、これらに限定されない。
【００６３】
充填クロマトグラフィカラムの作製方法
ある一定のプラスチック／熱可塑性物質の１つの公知の特徴は、それらに固有のたわみ性、すなわち力を加えても砕けずに変形する能力である。新たなクロマトグラフィカラムは、カラム管２０を作製するために使用される、誘起フープ張力によって規定されるプラスチックの「流動能力」、たとえば弾性を利用する組立工程を用いて作製される。カラム管２０は、指定された内側および外側寸法を有する、押出成形、鋳造、成形（射出成形、ロトモールド、もしくは他）、または機械加工されたプラスチック／熱可塑性もしくはテープ布設複合材料で作られる。フローディストリビュータ２４について本明細書中に記載される設計および方法は、カラム管２０の公称内径よりも大きい外径を含み、以下ではこれを締り嵌めと称する。
【００６４】
円筒カラム管２０とともに用いられる場合、均一な誘起フープ張力と、フローディストリビュータ２４が管２０内にプレス嵌めされると管２０の内壁の表面に対するフローディストリビュータ２４の十分な液密噛合および封止とを保証するために、フローディストリビュータ２４も、外面の不均一性ができる限り少ない（たとえば無い）円形でなければならない。十分な程度の均一な丸みまたは真円度は、フローディストリビュータ２４を旋盤上で回転させることによって容易に達成できるが、この程度の均一な丸みを達成する他の方法も当業者にとって公知である。
【００６５】
許容できる締り嵌めの程度は、管２０およびフローディストリビュータ２４を囲む特定のプラスチック／熱可塑性物質または複合構成要素の機械的特性、すなわち弾性または流動能力によって、したがってポリプロピレンの場合は管２０の壁の厚みによって決定されるが、すべての場合において、フローディストリビュータ２４の外径は管２０の公称内径よりも大きく、フローディストリビュータ２４が管２０に押込まれると満足のいく誘起フープ張力を保証するのに必要な締り嵌めを生じさせる。
【００６６】
この組立工程は、特有の利点を新たなクロマトグラフィカラムに提供する。より寸法的に安定した材料（鋼、ガラス等）で構成される従来のカラムは、フローディストリビュータ２４がカラム管よりもやや小さいように設計され、これは、組立時にこの構成要素を容易にカラムに挿入してカラム内の所望の位置まで動かすことができるようにするために必要である。Ｏリングまたは同様の封止機構をフローディストリビュータ２４の周りに用いて、フローディストリビュータ２４と管２０の壁との間の液密シールを達成する。これらの従来の設計では、管内径よりも小さい外径を有するフローディストリビュータと、Ｏリングを含める必要性との組合わせによって、「デッドスペース」と称される領域が、Ｏリングが着座している点まで、フローディストリビュータ２４と管２０の壁との間に必然的に生じる。これらの「デッドスペース」はカラム流れにさらすのが困難であるため、カラムの清掃性およびその結果として得られる清浄度にとってリスクとなる。締り嵌め設計は、従来のカラムの「デッドスペース」を無くすか大幅に減少させ、これによって、カラムを再利用する際に汚染物質を持越すリスクを最小限にすることができる。締り嵌めはさらに、いくつかの実施形態では、Ｏリングの完全な除去を可能にし、これによって、カラムの複雑度、コスト、およびシール破壊による完全性に対するリスクを最小限にすることができる。この特徴の別の利点は、カラムクロマトグラフィによって精製中の貴重な製品を、そのようなＯリング（典型的にエラストマー製）から放出され得る汚染物質にさらすことを減少させることである。汚染物質にさらされると、抽出物および浸出物の調査という形態での高価な時間のかかるリスク評定が必要になる。
【００６７】
図８に示されるように、新たなクロマトグラフィカラム５０の作製方法はいくつかのステップを含む。
【００６８】
第１に、本明細書中の他の箇所で説明されるように、最終的なカラムに望まれる媒体材料の体積を収容するのに適切な直径および長さと、適切な弾性とを有するプラスチックカラム管２０を指定する（８０２）。管の長さは、最終的なカラムの中の媒体材料の長さ、すなわち「ベッド高さ」の約２倍であるべきである。管２０の最終的な長さは内径とほぼ同じであってもよく、たとえば、２００および／または１９９．９０ｍｍの内径の管２０の最終的な長さは、約１５０〜２５０ｍｍ、たとえば約２００ｍｍであってもよい。管の各端の内面に沿って形成される面取部も選択される。この面取部は、カラム管２０の中に押込まれるフローディストリビュータ２４を揃え、挿入するのを助けるために必要である。
【００６９】
第２に、適切にサイズ決めされるフローディストリビュータ２４は、管の内径（「ＩＤ」）よりもやや大きい、たとえば約.２５％，０．０５〜約３．０，１．０．１．５，２．０．２．５，３．０または３．５％大きい外径を有するように指定されるべきである。たとえば、内径が２００および／または１９９．９０ｍｍのポリプロピレン管については、フローディストリビュータ２４の外径（「ＯＤ」）は２０１．９０ｍｍよりも大きく、たとえば２０２〜２０４，２０２．５，２０３，２０３．５，２０４，２０４．５，２０５，２０５．５ｍｍ）であるべきである。フローディストリビュータ２４は、管２０の壁内に十分なフープ張力を誘起するように、特定の公称ＯＤに設計される。適切な公称ＯＤを選択する際、考慮すべき要因は、カラム管のＩＤおよびその壁厚の両方の公差とフローディストリビュータ２４のＯＤの公差とを含む形状と組合わされた、構成材料の物理的特性（たとえば摩擦係数、ヤング率、弾性率、および降伏点伸び）を含む。組立品を互いにプレス嵌めするのに必要な力は（たとえば有限要素解析などの高度な分析ツールによって）理論的に決定することができ、代替案として、この評定は特定の構成材料を用いた実証的研究によって行われてもよい。
【００７０】
いくつかの実施形態では、フローディストリビュータは、使用時の適合性を保証するため、かつ、たとえば溶接時にフローディストリビュータを管の内壁に固定することを単純化するために、管と同じ材料で作られてもよい。
【００７１】
第３に、図５に示されるように、第１の、たとえば下部のフローディストリビュータ２４ｂを、管２０の第１の端、たとえばボトムエンドに固定する（８０６）。これは任意の公知の手段によって行われてもよいし、または、第１のフローディストリビュータと関連付けられるすべてのデッドスペースを回避するか減少させるのに役立つように、本明細書中に記載される締り嵌め法を用いてもよい。たとえば、第１のフローディストリビュータ２４ｂは、金属クランプ、管２０（内壁または外壁のいずれか）およびフローディストリビュータ周壁へのねじ切り、接着剤、およびさまざまな種類の溶接を用いて固定することができる。要点は、この第１のフローディストリビュータ２４ｂを管２０の第１の端に一旦固定すると動かさなくてもよいことである。いくつかの実施形態では、第１のフローディストリビュータ２４ｂは管２０の一体部分として形成される。たとえば、第１のフローディストリビュータは公知の技術を用いて管２０の特徴として成形されてもよい。
【００７２】
第１の、たとえば下部のフローディストリビュータに締り嵌め法を用いる場合、当該フローディストリビュータは当初、必要な圧力で効果的な液用シールを提供するための誘起フープ張力によって所望の場所に保持され、次いで、溶接、ねじ、または接着剤を含む任意の公知の手段を用いてその場所に永久的に固定されてもよい。特に、適切な締り嵌めを確立するために、フローディストリビュータ２４は管の面取りされたボトムエンドと並べられ、次いで、約１０００ｌｂｆ〜１０，０００ｌｂｆ（たとえば１０００，２０００，３０００，４０００，５０００，６０００，７０００，８０００，９０００または１０，０００ｌｂｆ）の軸方向力がフローディストリビュータ２４に加えられてフローディストリビュータ２４をカラム管２０に押込むことによって、管の内径が広がる。たとえば、フローディストリビュータ２４が管２０に挿入される間、管２０およびフローディストリビュータ２４の両方が塑性変形して互いに嵌合し、管２０の変形の大きさはフローディストリビュータ２４の変形の大きさよりも大きい。
【００７３】
フローディストリビュータを管に押込むのに必要な力は、数ある要因の中でも、管内に形成される面取部の角度と、（上述の）構成材料の形状寸法と組合わされた当該材料に特有の他の物理的特性とに依存する。たとえば、第２のフローディストリビュータを管に押込んで管の内部に締り嵌めを確立するための軸方向力は、締り嵌めと、管壁の厚みと、管およびフローディストリビュータの材料の特定の機械的特性との関数である。フローディストリビュータを管のいずれかの端に押込むのに必要な力は、ロードセル、または同様の張力試験計器によって測定することができ、フローディストリビュータと管壁との間の適正な締り嵌めを保証するために、組立のたびに検査されるべきである。フローディストリビュータを管に押込むのに必要な軸方向力は、管壁とフローディストリビュータ外周縁との間の接着および変形摩擦力によって生じる対抗力よりも大きく、かつ反対方向でなければならない。
【００７４】
以下の方程式２は、挿入力をさらに説明する。
【００７５】
【数２】
0006427007.tif 000003
【００７６】
式中、Ｆappliedはフローディストリビュータの管への挿入に対抗する摩擦力を克服するのに必要な軸方向力であり、Ｆfriction,insertionはフローディストリビュータおよび管壁の材料同士の接着による摩擦力であり、Ｆfriction,deformationはフローディストリビュータおよび／または管壁の変形による摩擦力であり、Ｆfriction,netは正味の摩擦力である。必要であれば、潤滑油を塗布して接着摩擦力を除去し、その結果として得られる、フローディストリビュータを挿入するのに必要な軸方向力を、潤滑油を用いずにフローディストリビュータを挿入するのに必要な全軸方向力から減じることによって、２つの対抗摩擦力を区別することができる。
【００７７】
または、フローディストリビュータを管に押込んで、その結果として得られる十分な誘起フープ張力を生じさせるための、最少軸方向力を決定することができる。この誘起フープ張力は、フローディストリビュータを管の内部の指定場所に保持する径方向力として作用する。周知の締り嵌めの方程式を考慮して、上記の方程式１によって表される、すべての管およびフローディストリビュータのサイズについての誘起フープ張力を表す式を導出した。
【００７８】
誘起フープ張力は、誘起フープ張力に、管壁と接触しているフローディストリビュータの周方向面積を乗じることによって、管壁によってフローディストリビュータの壁に及ぼされる全径方向力と関連し得る。以下の方程式３は、これをさらに説明する。
【００７９】
【数３】
0006427007.tif 000004
【００８０】
式中、Ｆradialは、フローディストリビュータの壁に向かって径方向内向きに作用する、管壁の回りに等しく分散する径方向力であり、Ａcontact,fdは、管壁と接触しているフローディストリビュータの面積である。さらに、この径方向力は、フローディストリビュータと管の内壁との間の垂直方向の摩擦力Ｆfriction,netと直接関連することも分かる。ゆえに、摩擦力を克服してフローディストリビュータを管に押込むのに必要な力Ｆappliedを、フローディストリビュータを管の内部の所望の場所に保持する誘起フープ張力σhoop tensionと関連させることができる。以下の方程式４，５および６は、この関係をさらに説明する。
【００８１】
【数４】
0006427007.tif 000005
【００８２】
式中、μfrictionは、フローディストリビュータ材料と管壁材料との間の摩擦係数である。
【００８３】
この相関の結果、所与の誘起フープ張力が、推奨される最大操作圧力よりも高い、たとえば２倍、３倍、または４倍の適正な安全係数まで漏れ止めシールを提供することが経験的試験によって保証される限り、カラムの適正な操作圧力を保証し、ロードセルまたは同様の計器を用いて組立時に確認することができる。ほこり、湿度、酸化膜、表面仕上げ、摺動速度、温度、振動、ならびにカラムおよびフローディストリビュータ壁の汚染程度は、摩擦係数μfrictionの値の変動に寄与することによって、記録された挿入力に影響を及ぼし得ることに留意することが重要である。この誤差を減らすために、必要な誘起フープ張力を達成するための正確な摩擦係数（μfriction）および後で加えられる荷重（Ｆapplied）を決定するすべての初期試験は、安定した、繰返し可能な製造／実験環境、すなわちクリーンルームで行われることが推奨される。究極的に、設備はほこりをほとんど有さず、低湿度、最少の紫外線（材料の機械的特性に影響を及ぼし得る）、最少の振動、一定温度（室温状態に近い）、低い汚染程度、および一定の挿入速度を有することが好ましい。
【００８４】
また、以下の方程式を用いて、結果として得られる締り嵌めに対する表面仕上げの大きさを求め、（我々の場合は材料についての）表面仕上げは全体の締り嵌めに対して無視できることが示された。
【００８５】
【数５】
0006427007.tif 000006
【００８６】
式中、δeffは事実上の締め代であり、Δδは管内壁およびフローディストリビュータの周囲面の表面仕上げを考慮した、測定締め代に対する補正である。
【００８７】
【数６】
0006427007.tif 000007
【００８８】
式中、Ｒz,tubeは管の内壁の表面仕上げであり、Ｒz,fdはフローディストリビュータの外壁の表面仕上げである。
【００８９】
この圧力を包含するのに十分な誘起フープ応力を保証するため、ある一定の圧力まで漏れを防止するためにフローディストリビュータと管壁との間の締め代の量の関係を展開させるための実験をまず行ってもよい。方程式（１）は、誘起フープ張力がフローディストリビュータと管壁との間の漏れ止めシールを作り出すのに直接関与していることを示す。管およびフローディストリビュータの材料が一定であることを考慮すると、３つの主な変数、すなわち締り嵌めδint、管の外径Ｄtube,oおよびフローディストリビュータの外径Ｄfdが誘起フープ張力の大きさに寄与する。これらの値のうちの２つが選択されると、３番目の変数を変えることによって、漏れに対する内圧に対する、フローディストリビュータを挿入するために加える力Ｆappliedのいくつかのケースを試験することができる。フローディストリビュータを越えた漏れがまったくない状態で適正な内圧が達成されると、加えた力の値を用いて、所望の圧力を包含するのに必要な誘起フープ張力を逆計算することができる。ある一定のクロマトグラフィカラムサイズ（管内径）について必要な誘起フープ張力が見つかると、誘起フープ張力に寄与する３つの主な変数を再び変更して、それらが同じ最終の誘起フープ張力値を最終的に達成する限り、設計を最適化することができる。
【００９０】
図９ａおよび図９ｂは、フローディストリビュータ２４が管２０に最初に押込まれて面取部２２に達する前に生じる力の概略自由物体図を示す。フローディストリビュータ２４が管２０に最初に入ると、管２０はまだ膨張していない。フローディストリビュータ２４と管２０の壁との間の締め代によって、強制的に管２０が拡大され、フローディストリビュータ２４が圧縮する。管２０の壁厚はフローディストリビュータ２４の直径および厚みよりも小さいため、全体的な正味の力によって管壁が膨張する（なお、フローディストリビュータ２４はそれに応じて少量の圧縮を受ける）。これが起こるためには、軸方向の力は、誘起フープ張力によって生じる力を克服するのに十分大きい必要がある。軸方向力は線形アクチュエータからのものであり、水平方向または径方向力は誘起フープ応力からのものである。軸方向力は単に摩擦力を克服している。摩擦力は、誘起フープからの力の値に直接関連する。
【００９１】
図１０ａおよび図１０ｂは、フローディストリビュータ２４が管２０の軸長に沿って押込まれて面取部２２を通過した後に生じる力の概略自由物体図を示す。軸方向力のいくつかの成分は管２０を膨張させるのに寄与しているが、応力はフローディストリビュータ２４と管２０との最初の接触点から３〜５の特性寸法だけ離れて分散しており、管２０はフローディストリビュータ２４の前ですでに膨張している。ゆえに、フローディストリビュータ２４が管２０の長さに沿ってさらに軸方向に挿入されると、フローディストリビュータ２４を押圧する軸方向力はさらに大きくなり、フローディストリビュータ２４との接触点だけでなく、フローディストリビュータ２４の前の３〜５の特性寸法でも生じるより高い誘起フープ張力を克服する。いくつかの実施形態では、面取部は管壁のまさに端で始まり、たとえば管の全長に沿って延在してもよい。
【００９２】
図１１は、一実施形態における、フローディストリビュータ２４が管２０内に進む際にフローディストリビュータ２４を管２０に圧入するのに必要な軸方向力を示すチャートである。示されるように、力は当初、フローディストリビュータ２４の第１の部分が入って管面取部２２の最初の部分を通過する間、ピークまで増加する。当初、フローディストリビュータ２４および管壁は静摩擦を受けており、静摩擦を克服するための力は最大である。フローディストリビュータ２４および管２０の壁の変形が、フローディストリビュータ２４の管２０内への摺動に取って代わられると、フローディストリビュータ２４を管に圧入し続けるのに必要な力は、動摩擦を受けているため低下する。動摩擦は、克服すべき静摩擦よりもはるかに小さい。このグラフには、２つのさらなるピークも存在する。約２１ｍｍにおける第１のピークは、面取部２２の下部がフローディストリビュータ２４のＯリング溝２６内にあるとき（図１２に示す）に対応する。第２のピークは、フローディストリビュータ２４全体が面取部を越えて管２０の領域内に係合している点に対応する。示されるように、この例では、最大軸方向力は約１２００〜１３００ｌｂｆである。
【００９３】
ある実施形態については、フローディストリビュータ２４の外壁のＯリング溝２６内に配置されたＯリングを用いることによってシールを向上させることができる。ある実施形態では、フローディストリビュータを所定の位置に保持するのにプレス嵌めまたは締り嵌めで十分であるが、他の実施形態ではより永久的な接着部が望ましい。
【００９４】
フローディストリビュータ２４が管の第１の端、たとえばボトムエンドに約１〜１０ｃｍ、たとえば６．０，６．５，７．０，７．５，８．０または８．５ｃｍ押込まれると、フローディストリビュータ２４は、たとえばフローディストリビュータ２４および管が同一のまたは実質的に同様の材料からなる場合、たとえば溶接によって所定の位置に永久的に固定されてもよい。フローディストリビュータとカラム管との間の溶接を形成するために、熱ジグ溶接、（たとえば４２０℃での）熱ガス溶接、超音波、押出成形、レーザ、導電率、高周波数等を含むがこれらに限定されないさまざまな溶接技術を用いてもよい。これら２つの部分が異なる材料からなる場合、それらは、外部に取付けられて管を圧縮し、かつフローディストリビュータを管の内部のその場所にアンカー固定する力を加える金属ホースクランプなどの機械クランプを用いることによって、または接着剤もしくは管壁を通過してフローディストリビュータに入る機械ファスナによって、接続されてもよい。
【００９５】
第４に、入口および出口フィッティング３８ａ，３８ｂを第１の（たとえば下部）および第２の（たとえば上部）フローディストリビュータ２４ａ，２４ｂに取付ける（８０８）。入口および出口フィッティング３８ａ，３８ｂはねじ山領域４０を有し、これらは上部および下部フローディストリビュータ２４ａ，２４ｂのねじフィッティング穴２６に螺合される。各フィッティングのボトムエンド（すなわちフローディストリビュータと噛合う端）またはフローディストリビュータのねじフィッティング穴２６の末端に、凹部（たとえばＯリンググランド）が形成されてもよい。この例では、フィッティング３８とフローディストリビュータ２４との間にＯリングが配置されて、フィッティング３８とフローディストリビュータとが互いにねじ止めされるとそれらの間にシール（たとえば液密シール）が形成される。この境界面に十分なシールを作るためのＯリングの適正な圧縮を保証するためにトルクレンチを用いてもよい。
【００９６】
第５に、液体スラリーの形態の充填媒体を、カラム管２０の内部の、下部フローディストリビュータ２４ｂの上方の空間（チャンバ）に装填する（８１０）。
【００９７】
第６に、図６および図７に示されるように、第２の、たとえば上部のフローディストリビュータ２４ａを管類で配管すると（かつ随意に液体源にすでに接続すると）、第１のフローディストリビュータ２４ｂを締り嵌め法を用いて挿入するのとほぼ同じやり方でフローディストリビュータ２４ａを管２０に挿入する（８１２）。第２のフローディストリビュータに締り嵌め法を用いることが重要である。なぜなら、この第２の（たとえば上部）フローディストリビュータ２４ａが管２０に押込まれる最初の場所は、第２のフローディストリビュータの最初の位置を試験後に再調整することが望ましい場合があるため、すぐに確定すべきでないからである。ゆえに、第２の、たとえば上部のフローディストリビュータ２４ａを管２０の内部で動かして最終調整を行うことができるように、締り嵌め法が用いられる。また、締り嵌めは、カラムの試験時に用いられる圧力で液密シールを保証するように設計および実施されることも重要である。
【００９８】
この時点で、充填媒体を、特定の媒体に好適な方法、たとえば、適切に調合された溶液（「移動相」もしくは「充填バッファ」）もしくはカラム出口フィッティング３８ｂから適用される吸引を用いたフロー、または任意の他の好適な公知の技術もしくは方法を用いて、充填ベッドの内部に積極的に沈降させることができる。第２の、たとえば上部のフローディストリビュータは、当該フローディストリビュータが充填媒体に接触して充填媒体を圧縮して所望の位置に達し得るまで当該フローディストリビュータにさらなる軸方向力を加えることによって、管にさらに押込まれ得る。そのような圧縮は、充填媒体の性質に依存して、充填ベッド高さのまったくのゼロ〜３０％以上に及び得る。ＨＥＴＰ（理論段相当高さ）試験および非対称性分析によって測定されるカラムの性能は、一部、ベッドの圧縮の関数である。適切な場合、挿入したフローディストリビュータ２４ａを管の端に向けて出してベッドの圧縮を減少させることも可能である。これは、第１および第２のフローディストリビュータ同士の間に形成されるチャンバの内部の液体に力を加えることによって、静水圧を用いて行われる。第１のフローディストリビュータ２４Ｂは永久的に固定されるため、プレス嵌めを用いて固定される第２のフローディストリビュータ２４Ａは、プレス嵌めを克服するのに十分な力がカラム管の内部の液体によって自身に及ぼされると移動する。
【００９９】
第７に、保持されておらず、かつ容易に検出可能な試験品（たとえばＵＶモニタリングによるアセトンまたは導電率モニタリングによる塩化ナトリウム）のパルス注入によって、カラム充填媒体の適合性を試験してもよい（８１８）。充填試験の結果に基づいて、上部フローディストリビュータ２４ａは充填ベッド内にさらに進む（たとえば押込まれる）ことができ、充填試験を繰返すことができる。上部フローディストリビュータが管の中に入り過ぎて充填ベッドの過剰圧縮を引起こす可能性がある場合、出口フィッティングを密封した状態で入口フィッティングからチャンバに液体を押入れることによって、水圧力を用いて上部フローディストリビュータ２４ａを管のトップエンドに向けて戻し、充填ベッドの圧縮を減少させることができる。カラム充填の適合性が判定されると、カラムは次いで、エンドユーザの仕様に従って、静菌性保存溶液で衛生化され、および／または洗い流され得る。
【０１００】
第８に、第２の、たとえば上部のフローディストリビュータ２４ａを適切に位置決めすると、第１のフローディストリビュータを固定するための溶接または上述の他の手段などによってフローディストリビュータ２４ａを永久的に固定してもよい（８１８）。いくつかの実施形態では、上部（または第２の）フローディストリビュータ２４ａを管２０の内壁に固定するのに締り嵌めが十分であり得る。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、装填された最終的なクロマトグラフィカラムは、次いでトップキャップ、基部、および／またはサイドガードが取付けられてもよい。クロマトグラフィカラムは次いで最後の消毒を受け、使用されてもよいし出荷用に包装されてもよい。
【０１０２】
充填カラムの試験
充填カラムの評価は、ＨＥＴＰ（理論段相当高さ）試験および非対称性分析を含んでもよい。ＨＥＴＰ／非対称性試験は、カラム樹脂と相互に作用しない容易に検出可能な化学試験品（たとえばアセトン、ＮａＣｌ）を少量注入することによって、充填ベッドの品質を測定する。良好に充填されたベッドでは、試験品はカラムの中を均一に進み、細い対称ピークとして溶出する。結果はプレート／メートル（Ｎ／ｍ）として表される。
【０１０３】
カラム内のプレートの数（Ｎ）は
【０１０４】
【数７】
0006427007.tif 000008
【０１０５】
によって与えられ、式中、Ｗｈは保持容量ピーク応答曲線の半分の高さにおけるピーク幅であり、Ｖeは保持容量である。
【０１０６】
プレート／メートル（Ｎ／ｍ）は
【０１０７】
【数８】
0006427007.tif 000009
【０１０８】
として計算され、式中、Ｌ（ｍ）はメートルで表される充填ベッド高さである。
【０１０９】
【数９】
0006427007.tif 000010
【０１１０】
式中、Ｌは充填ベッド高さであり、Ｎは上記のように計算される理論段数である。
非対称性（Ａｓ）はｂ／ａと定義され、「ａ」は保持容量ピーク応答曲線の立上がりの１０％の点からピークの垂直の中心線までの水平方向の距離であり、「ｂ」は垂直の中心線から保持容量ピーク応答曲線の立下りの１０％の点までの水平方向の距離である。
【０１１１】
クロマトグラフィに関するさらなる一般的な詳細については、引用によってここに援用される、Hagel、JagschiesおよびSoferによるHandbook of Process Chromatography第２版を参照されたい。
【０１１２】
使用方法
本明細書中に記載されるシステムおよび方法は、かなりの設備投資を必要とする耐久性のあるハードウェア装置内に典型的に存在する他のクロマトグラフィカラムと性能面で同等の、使い捨ての、予め装填された、事前認定されたクロマトグラフィカラムをエンドユーザに提供する。カラム管が高分子材料で構成されるため、カラム管は、最大で１０〜２０回以上の使用サイクルにわたって頑強な形状および機能および単純な操作を維持しつつ、迅速に、容易に、かつより安価に製造可能である。新たなカラムは他の公知のクロマトグラフィカラムと同じ態様で用いられるが、使い捨て可能性を考えると、新たなカラムは有毒またはそうでなければ有害な試薬、たとえばウイルス、病原体、および爆薬などを分離および精製するのに特に有用である。
【０１１３】
しかし、新たなクロマトグラフィカラムは驚くほど頑強であり、繰返し使用可能である。さらに、新たなクロマトグラフィカラムの設計ではそのような再利用のための洗浄が容易であり、新たなクロマトグラフィカラムは少なくとも５〜１０回の使用サイクルを提供する。
【０１１４】
実施例
以下の実施例で発明をさらに説明するが、実施例は請求項に記載の発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【０１１５】
実施例１−プレス嵌めシールおよび溶接シールの圧力試験
この実施例の目的は、Ｏリングを用いずに、押出成形されたポリプロピレン（ＰＰ）カラム管および機械加工されたＰＰエンドピースのプレス嵌め組立品の圧力試験を行う（たとえばフローディストリビュータをシミュレートするために）ことである。プレス嵌めの封止能力の試験後、カラムを両端で溶接して再加圧し、熱ガス溶接取付法の強度を試した。
【０１１６】
材料
・ＩＤ２００ｍｍ（公称）のＰＰカラム管（ＩＤおよびＯＤ機械加工済み）
‐図１３に従って２００ｍｍ、２０１ｍｍ、２０２ｍｍ、２０３ｍｍ、２０４ｍｍのＰＰエンドピースを２つずつ。エンドピースはフローディストリビュータの構造的特性に似るようにサイズ決めされ構成される。
【０１１７】
・Exlar社の線形アクチュエータ（ＧＳＸ５０）、Repligen社のＥＣＮ番号：Ｅ０３７６
・Harbor Freight社の２０トン油圧プレス
・Leister社の熱ガス溶接機
・５ｍｍ×３ｍｍの三角形状の溶接ロッド
・２００ＰＳＩ油圧試験組立品
方法
すべての機械加工したカラム管を８箇所で測定して、最少、最大、および平均内径を得た。
【０１１８】
Exlar社の線形アクチュエータ（ミネソタ州Exlar社）を用いて、第１の（「下部」）エンドピースをカラム管にプレス嵌めした。
【０１１９】
すべてのカラム組立品について、下部プレス嵌め部分を所定の位置に熱ガス溶接し、水で満たし、再びExlar社の線形アクチュエータを用いて、第２の（「上部」）エンドピースをカラム管にプレス嵌めした。
【０１２０】
カラム管上端を油圧プレスで拘束し、水がプレス嵌めシールをバイパスするのが目視観察できるまで静水圧を徐々に上昇させた。
【０１２１】
プレス嵌めシールの破綻後、組立品を減圧し、「上部」エンドピースを所定の位置に熱ガス溶接した。
【０１２２】
溶接圧力組立品の静水圧試験を再び行い、液用シールを行うための溶接の有効性および機械的強度を評定した。
【０１２３】
結果
表１は、この一連の実験から得られたデータを要約している。加圧時、管からエンドピースへの接合領域に漏れがないか目視観察しながら内圧を測定した。
【０１２４】
【表１】
0006427007.tif 000011
【０１２５】
プレス嵌めの液用封止を、直径締め代０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの間で直線的に増加させ、ミリメートルを追加する毎に封止能力が約３０ｐｓｉ（〜２バール）向上した。締め代が２．５ｍｍから３．５ｍｍに増加すると、封止能力が約１１ｐｓｉ（〜０．７６バール）増加した。図１４Ｂは、直径締め代量に基づいた漏れ圧力のプロットであり、観察された封止傾向をグラフで表している。
【０１２６】
表１はさらに、完全に溶接された（すなわちトップおよびボトムエンドピースが所定の位置に溶接された）プレス嵌め組立品を再加圧して溶接強度を試したときに得られたデータを要約している。２０１ｍｍのエンドピースを有するカラム管の溶接部分は、１６５ｐｓｉ（１１．４バール）で降伏した。他の組立品の溶接部は、破損に至るまで試験不可能であった。溶接隙間および／またはねじ山入口／出口を越えた過剰な漏れによって、表１に報告される点を超える加圧は不可能であった。さらに、エンドキャップ直径が２０２ｍｍの試験対象を除いたすべてのカラムにおいて、溶接部は、溶接継ぎ目が溶接の前に観察された漏れ圧力で／漏れ圧力のあたりで漏れることを防止しなかった。図１５は、４つの組立品の観察溶接強度をグラフで表している。
【０１２７】
図１５は、さまざまな程度の締め代に基づく観察溶接強度のプロットである。圧力に降伏した唯一の組立品は、エンドキャップ直径が２０１ｍｍの試験対象であった。他の組立品における溶接隙間および／またはねじ山入口／出口を越えた過剰な漏れによって、さらなる加圧は不可能であった。
【０１２８】
結論
この調査で収集されたデータに基づいて、プレス嵌めのみで、３．５ｍｍの直径締め代距離で８５ｐｓｉ（５．９バール）の、および４．０ｍｍの直径締め代距離で１００ｐｓｉもの漏れ圧力（静水封止圧力）を達成することができ、これらは両方とも、正常な操作条件下でのカラム試験に有効なフローディストリビュータの最初のアタッチメントを提供するのに十分過ぎるものである。溶接強度試験（溶接圧力保持）は、１６５ｐｓｉを超えるシールが達成可能であることを示しており、フローディストリビュータをカラム管の内壁面に永久的に固定して、これらのカラムの使用時に生じ得る正常な操作圧力よりもはるかに高い十分な安全係数を提供するための実行可能な方法として、このアプローチを支持している。
【実施例２】
【０１２９】
実施例２−誘起フープ張力および溶接パック（ｐｕｃｋ）（フローディストリビュータ）の圧力試験
この実施例の目的は、さまざまな外形寸法を有するパック（フローディストリビュータと同様の外形寸法を有する中実円筒形の円盤）を管を用いて組立てることである。パックはポリプロピレン（ＰＰ）のブロックから機械加工し、液体の導入を可能にするための出入口を取付けた。すべての管を押出成形によって公称内径および壁厚にＰＰ製造した。これらの試験は、各締り嵌めについて正確な誘起フープ張力値を得ることを目指して、ＯリングまたはＯリング溝を含まないパックを用いて行った。パックを軸方向に管に押入れ（各管に２つのパック、各端に１つずつ）、各カラムを水で加圧し、漏れがないか観察した。締り嵌めの封止性能を試験した後、パックを両端で管に溶接し、再加圧し、熱ガス溶接取付法の強度を試した。
【０１３０】
材料
・１０．０ｍｍの公称壁厚を有するＩＤ１９９．９０ｍｍ（公称）のＰＰ管
・図１３に従って各々が２５．４ｍｍの厚みの各パックサイズを２つずつ
−２００．０ｍｍ公称直径
−２０１．０ｍｍ公称直径
−２０２．０ｍｍ公称直径
−２０３．０ｍｍ公称直径
−２０４．０ｍｍ公称直径
・Exlar社の線形アクチュエータ（ＧＳＸ５０）
・Harbor Freight社の２０トン油圧プレス
・Leister社の熱ガス溶接機
・５ｍｍ×３ｍｍの三角形状のＰＰ溶接ロッド
・２００ＰＳＩ油圧試験組立品
方法
すべてのＰＰ管を８箇所で測定して、管の軸長に沿って最少、最大、および平均内径を得た。
【０１３１】
Exlar社の線形アクチュエータを用いて、１つのパックを軸方向に管の一端に押入れた。この第１のパックを、すべての組立品について所定の位置に熱ガス溶接した。カラムを水で満たした後、Exlar社の線形アクチュエータを用いて、（同一の公称外径を有する）第２のエンドピースを管の反対の端に押入れた。次いで、油圧プレスを第２のパックと整列させた。第２のパックは、カラムが加圧される際にパックが軸方向の移動をまったく経験しないことを保証するように、所定の位置にまだ溶接されていなかった。油圧プレスは、漏れ源を最小化すること、および漏れがパックと管壁との間の誘起フープ張力を克服する直接の結果であることを保証することに役立った。
【０１３２】
漏れを観察した後、カラムを減圧し、第２のパックを所定の位置に溶接した。最後に、カラムを２回目に加圧して、漏れが観察された新たな圧力を調べた。すべての圧力試験の間、内圧を周囲圧力から５ＰＳＩずつ増加させ、新たな各圧力で３０秒間安定化させてから、漏れがないか確認し、漏れが検出されなければ内圧を再び増加させた。
【０１３３】
結果
表２は、図１４ａ、図１４ｂおよび図１５とともに、この一連の実験から得られたデータを要約している。加圧時、管からエンドピースへの接合領域に漏れがないか目視観察しながら内圧を測定した。
【０１３４】
【表２】
0006427007.tif 000012
【０１３５】
プレス嵌めの液用封止を、直径締め代０．５ｍｍ〜２．５ｍｍの間で直線的に増加させ、ミリメートルを追加する毎に封止能力が約３０ｐｓｉ（〜２バール）向上した。締り嵌めが２．５ｍｍから３．５ｍｍに増加すると、封止能力が約１１ｐｓｉ（〜０．７６バール）増加した。図１４ａは、直径締め代量に基づいた漏れ圧力のプロットであり、観察された封止傾向をグラフで表しており、図１４ｂは、観察された漏れ圧力およびパックを挿入するのに必要な軸方向に加える荷重に対する誘起フープ張力（ＰＳＩ）を示す。実験のこの局面は、操作条件を決定する際に重要である。たとえば、この作業は、最大で８５ＰＳＩの操作圧力を達成するために、２０ｃｍのカラムは１５０ＰＳＩ以上の誘起フープ張力を包含するように設計される必要があることを示している。
【０１３６】
この値の誘起フープ張力が達成されたことを保証するために、図１４ｂは、組立時に、パックを管に挿入するために５３５０Ｎ以上の軸方向荷重があれば望ましいことを示している。方程式４から、誘起フープ張力の結果として及ぼされる径方向力は、摩擦係数によってパックを管に押入れるのに必要な加えられる力に対して直線的に関連することに留意することが重要である。この作業で用いられる２つの材料について、初期実験を行って、これらの材料同士の間の正確な摩擦係数が０．２３であると判定した。これをさらに探究すると、誘起フープ張力、および直接の結果として、パック（フローディストリビュータ）を挿入するための軸方向力が公知の値よりも大きい限り、材料の特性を考慮しつつ、異なる管壁厚、管内径、およびパック（フローディストリビュータ）外形寸法を有するさまざまなカラムを構築することができる。
【０１３７】
表２はさらに、完全に溶接された（すなわち上部および下部のパックの両方が管壁に溶接された）プレス嵌め組立品を再加圧して溶接強度を試したときに得られたデータを要約している。２０１ｍｍのエンドピースを有するカラム管の溶接部分は、１６５ｐｓｉ（１１．４バール）で降伏した。他の組立品の溶接部は、破損に至るまで試験不可能であった。溶接隙間および／またはねじ山入口／出口を越えた過剰な漏れによって、表２に報告される点を超える加圧は不可能であった。さらに、エンドキャップ直径が２０２ｍｍの試験対象を除いたすべてのカラムにおいて、溶接部は、溶接継ぎ目が溶接の前に観察された漏れ圧力で／漏れ圧力のあたりで漏れることを防止しなかった。図１５は、４つの組立品の観察溶接強度をグラフで表している。
【０１３８】
図１５は、さまざまな大きさの締め代に基づく観察溶接強度のプロットである。圧力に降伏した唯一の組立品は、エンドキャップ直径が２０１ｍｍの試験対象であった。他の組立品における溶接隙間および／またはねじ山入口／出口を越えた過剰な漏れによって、さらなる加圧は不可能であった。
【０１３９】
結論
この調査で収集されたデータに基づいて、締り嵌めのみによって生じた誘起フープ張力は、３．５ｍｍの直径締め代で８５ＰＳＩ（５．９バール）の、および４．０ｍｍの直径締め代で１００ＰＳＩ以上の漏れ圧力（静水封止圧力）を達成することができ、これらは両方とも、正常な操作条件下でのカラム試験に有効なフローディストリビュータの最初のアタッチメントを提供するのに十分過ぎるものである。溶接強度試験（溶接圧力保持）は、１６５ＰＳＩを超えるシールが達成可能であることを示しており、フローディストリビュータをカラム管の内壁面に永久的に固定して、これらのカラムの使用時に生じ得る正常な操作圧力よりもはるかに高い十分な安全係数を提供するための実行可能な方法として、このアプローチを支持している。
【実施例３】
【０１４０】
実施例３−カラム管充填媒体の試験
疎水性相互作用（ＨＩＣ）性質を有するように官能化された合成ポリマー（たとえばポリメタクリレート）粒子系の市販の充填媒体材料を用いて、カラム管を充填した。カラム管とフローディストリビュータとの間の締り嵌めの大きさの結果として好適な程度の誘起フープ張力を達成するのに必要な軸方向力を記録し、プロットした。カラム充填評価試験は、この特定の媒体種類の機能的要件に従っている。
【０１４１】
材料
・１０．０ｍｍの公称壁厚を有するＩＤ１９９．９０ｍｍ（公称）のＰＰ管
・ＯＤ２０２．３ｍｍ（公称）のＰＰフローディストリビュータ
・ポリメタクリレート系のＨＩＣクロマトグラフィ媒体
・Instron社（登録商標）の力フィードバック発生ピストン
・２０トン油圧プレス
・Wedgewood社の導電率計
・ＵＳＢデータ収集モジュール（導電率対時間トレースをプロットするため）
方法
図８を参照して本明細書中に記載の順序に従って、カラムを充填した。管に充填媒体を充填した後に第２のフローディストリビュータを管に押入れるのに必要な連続的な軸方向力を測定し、記録した。また、ＮａＣｌのパルス注入が充填カラムベッドの長さにわたって流れる際に当該パルス注入を検出することによって、第２のフローディストリビュータの場所を確定した後にカラム充填効率評価を行った。
【０１４２】
結果
図１６は、フローディストリビュータを充填管に圧入するのに必要な、観察された軸方向力のプロットである。図１７は、図１６から、管の内部の４０〜７０ｍｍの変位を拡大している。図１６および図１７から、２つの重要な結論を引出すことができる。
【０１４３】
１．フローディストリビュータを管に押込むのに必要な軸方向力は、フローディストリビュータを管に押込めば押込むほど増加した。上述のように、かつ図１０ａおよび図１０ｂに示されるように、これは、フローディストリビュータ壁、およびカラム壁内のフローディストリビュータの上下の３〜５の特性寸法の周りで経験する増大したフープ張力（および関連応力）に起因する。
【０１４４】
２．フローディストリビュータおよび管壁は２．４ｍｍの直径締め代を経験することによって、実施例２で説明したように、漏れなしで約７０ＰＳＩの達成可能な操作内圧に関連する。実施例２の妥当性をさらに調べると、７０ＰＳＩの漏れ圧力に対応する誘起フープ張力は、約４０００Ｎの軸方向力にも関連することが分かる。図１６を見ると、フローディストリビュータが管の中に進むためには約４５００Ｎの軸方向力が必要であった。もちろん、この値は、フローディストリビュータと管との接触点の前後の補助的な誘起応力３〜５の特性寸法のために、管にさらに押込まれると増加した。
【０１４５】
図１８は、充填管に対して行った１００ｃｍ／時の充填評価のクロマトグラムプロットである。
【０１４６】
表３は、カラム充填調査から得られたデータを要約している。
【０１４７】
【表３】
0006427007.tif 000013
【０１４８】
結論
収集されたデータは、本明細書中に記載される締り嵌め接続法の結果としての誘起フープ張力が高性能のクロマトグラフィカラムを充填するのに好適な性能特性を提供することを裏付けている。充填に必要な、観察された軸方向力は、従来の方法を用いて生じ得る力を超えず、媒体製造業者によって示される機能的要件と一致する。
【実施例４】
【０１４９】
実施例４−ポリプロピレンカラムの認定された洗浄および衛生化
内径（ＩＤ）が２０ｃｍのポリプロピレンカラムの清掃性および衛生化を、小分子、エンドトキシン、および細菌について評定した。
【０１５０】
材料
清掃性：予め充填されたポリプロピレンカラム内の小分子間隙の評定
１．無機リン酸塩
２．Sepharose（登録商標）6FFで充填された２０ｃｍ×２０ｃｍのポリプロピレンカラム
３．１Ｍリン酸ナトリウム
４．脱イオン水
５．リン酸塩をμＭレベルまで検出可能な高感度比色法を行うのに必要な材料
予め充填されたポリプロピレンカラムからのエンドトキシンおよびバイオバーデンの除去
１．Sepharose（登録商標）6FFで充填された２０ｃｍ×２０ｃｍのポリプロピレンカラム
２．０．５ＯＤ（光学密度）の濃度の病原性大腸菌
３．逆浸透脱イオン（ＲＯＤＩ）
４．１Ｍ水酸化ナトリウム０．２μｍフィルタユニット
５．０．１％ペプトン水
６．トリプシン大豆寒天（ＴＳＡ）プレート
７．インキュベータ
８．感度が０．２５ＥＵ／ｍＬのゲル凝固リムルスアメボサイトライセート（ＬＡＬ）試験に必要な材料
方法
１．清掃性：予め充填されたポリプロピレンカラム内の小分子間隙の評定
無機リン酸塩を小分子トレーサとして使用した。Sepharose（登録商標）6FFで充填された２０ｃｍ×２０ｃｍのポリプロピレンカラムを、１００ｃｍ／時の流量で１カラム体積の１Ｍリン酸ナトリウムで装填した。飽和を確実にするため、リン酸を全部で４．５カラム体積分だけ再循環させた。カラムを次いで１０カラム体積分だけ脱イオン水で洗い、リン酸の痕跡をすべて除去した。装填、再循環、および洗浄の際に試料を回収し、リン酸塩について化学分析した。リン酸塩をμＭレベルまで検出可能な高感度比色法を行った。この方法は当該技術において公知であり、さらなる詳細については、全文が引用によって本明細書に援用される、Chen PS, Toribara TY, Warner H (1956)らのMicrodetermination of phosphorus. Anal Chem 28: 1756-1758を参照されたい。
【０１５１】
２．予め充填されたポリプロピレンカラムからのエンドトキシンおよびバイオバーデンの除去
水酸化ナトリウムを洗浄剤として用いて定量的な洗浄調査を行い、衛生化の有効性を実証した。衛生化処理は以下の通りである。
【０１５２】
・１Ｍ水酸化ナトリウムを用いて上降流で１００ｃｍ／時で３０分間洗い流す
・１Ｍ水酸化ナトリウムを用いて下降流で１００ｃｍ／時で３０分間洗い流す
・１Ｍ水酸化ナトリウムを上降流で１００ｃｍ／時で２時間再循環させる
・１Ｍ水酸化ナトリウムにカラムを１時間インキュベーションする（エンドトキシンを完全に除去するための静的衛生化）
・中性ｐＨが達成されるまでＲＯＤＩ水を用いて１００ｃｍ／時で洗い流す
接種および衛生化の前後の試料を収集し、微生物コロニーフォーミングユニット（ＣＦＵ）およびエンドトキシンについて化学分析した。
【０１５３】
微生物試験は、試料１ｍＬを０．２μｍのフィルタユニットで濾過し、フィルタを０．１％ペプトン水１００ｍＬで洗い、フィルタをユニットから外してトリプシン大豆寒天（ＴＳＡ）プレートに置くことによって行った。オーバーナイトインキュベーション後のフロースルーを濾過前に１：１０６に希釈し、衛生化後の水洗浄は希釈なしで濾過した。ＴＳＡプレートを４日間３２℃のインキュベータに入れ、２日目および４日目にコロニーを数えた。
【０１５４】
エンドトキシン試験は、感度が０．２５ＥＵ／ｍＬのゲル凝固リムルスアメボサイトライセート（ＬＡＬ）試験を用いて行った。
【０１５５】
結果
１．清掃性：予め充填されたポリプロピレンカラム内の小分子間隙の評定
図１９は、技術的に優れたカラム設計および充填手順の結果、ポリプロピレンカラムから小分子を容易に除去できることを実証するグラフである。２カラム体積未満の洗浄で６ログの減少が達成され、検出不可能なレベルのリン酸塩は２．５カラム体積未満で達成される。
【０１５６】
２．予め充填されたポリプロピレンカラムからのエンドトキシンおよびバイオバーデンの除去
微生物チャレンジからのバイオバーデンおよびエンドトキシンレベルについての結果の概要を表４に示す。表４は、衛生化手順によって、衛生化後の水洗浄において何百万ものＣＦＵからＣＦＵゼロにまでバイオバーデンが完全に除去されたことを示す。さらに、エンドトキシンレベルは化学分析の検出限界（０．２５ＥＵ／ｍＬ）未満になった。
【０１５７】
【表４】
0006427007.tif 000014
【０１５８】
結果
リン酸塩除去実験によって、本明細書中に記載されるカラムの革新的な設計は、下流処理に必要な洗浄用途に認定された。洗浄実験の結果は、カラム設計における大きなデッドスペースの不在と、予め充填されたポリプロピレンカラムの洗浄の容易さを実証している。そのようなカラムはしたがって、標準的な下流処理用途での使用に好適であり、今日の下流処理用途に必要な洗浄プロトコルに耐え得る。
【０１５９】
本説明に従って作製したポリプロピレンカラムの衛生化の有効性を試験するために、カラムを過剰な大腸菌培養物（グラム陰性、エンドトキシン産生細菌）で装填した最悪のシナリオを考案した。衛生化プロトコルの結果は、バイオバーデンおよびエンドトキシンの汚染の効果的な除去を実証している。
【０１６０】
他の実施形態
発明をその詳細な説明とともに記載したが、上記の説明は発明の範囲を限定するのではなく例示するよう意図されており、発明の範囲は添付の請求項の範囲によって定義されると理解される。他の局面、利点、実施形態および修正も、以下の請求項の範囲内にある。
【図１】
0006427007.tif 000015
【図２Ａ】
0006427007.tif 000016
【図２Ｂ】
0006427007.tif 000017
【図３Ａ】
0006427007.tif 000018
【図３Ｂ】
0006427007.tif 000019
【図４Ａ】
0006427007.tif 000020
【図４Ｂ】
0006427007.tif 000021
【図４Ｃ】
0006427007.tif 000022
【図５】
0006427007.tif 000023
【図６】
0006427007.tif 000024
【図７】
0006427007.tif 000025
【図８】
0006427007.tif 000026
【図９Ａ】
0006427007.tif 000027
【図９Ｂ】
0006427007.tif 000028
【図１０Ａ】
0006427007.tif 000029
【図１０Ｂ】
0006427007.tif 000030
【図１１】
0006427007.tif 000031
【図１２】
0006427007.tif 000032
【図１３】
0006427007.tif 000033
【図１４Ａ】
0006427007.tif 000034
【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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