(57)【要約】  分子分離装置は、入口と出口とを有しており水溶性の懸濁液が通流するチャンバーと、前記水溶性の懸濁液の流れに対して実質的に直交するように前記チャンバー内に配置された多孔性の分離膜と、を備えている。電気的帯電装置が、周期的な帯電を適用すべく前記分離膜に接続されており、前記多孔性の分離膜によってブロックされた成分を収集するようになっている。関連する方法も開示されている。
2015511531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口と出口とを有しており水溶性の懸濁液が通流するチャンバーと、
前記水溶性の懸濁液の流れに対して実質的に直交するように前記チャンバー内に配置された多孔性の分離膜と、
周期的な帯電を適用するために前記分離膜に接続されており、前記多孔性の分離膜によってブロックされた成分を収集するようになっている電気的帯電装置と、
を備えたことを特徴とする分子分離装置。
【請求項２】
前記チャンバーを通流する前記水溶性の懸濁液の流れを制御するためのポンプ
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ポンプ及び前記帯電装置に接続された制御装置
を更に備え、
前記制御装置は、前記チャンバーを通流する前記水溶性の懸濁液の流れと、前記多孔性の分離膜への前記周期的な帯電の適用と、を同期させるようになっている
ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記多孔性の分離膜によってブロックされた成分を収集するために、当該多孔性の分離膜の外周上に配置された少なくとも１つの収集穴
を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
収集された成分を保持容器に移送するために、前記収集穴の各々に関連付けられた流路
を更に備えたことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記多孔性の分離膜は、有孔グラフェンである
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
所望の分子の移動をもたらす前記周期的な帯電は、当該所望の成分の非対称的な標準モードに調整されており、これによって隔離のために前記分離膜の外周に向かってそれらの直線運動を引き起こすようになっている
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
所望の分子の移動をもたらす前記周期的な帯電は、前記膜の内径から当該膜の外径に向かって発する定常波によって制御されるようになっており、これによって隔離のために前記分離膜の外周に向かってそれらの直線運動を引き起こすようになっている
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
チャンバー内に多孔性の分離膜を配置する工程と、
前記分離膜に向かって水溶液を流す工程と、
前記分離膜によってブロックされた前記水溶液の成分をその外周に移動するべく当該分離膜に帯電を適用する工程と、
を備えた水溶液から分子成分を分離するための方法。
【請求項１０】
ポンプを用いて前記水溶液の前記流れを制御する工程と、
帯電装置を用いて前記帯電の適用を制御する工程と、
を更に備えたことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
水溶液の前記ブロックされた成分を動かすために、前記流れと前記帯電の適用とを同時に制御する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ブロックされた成分の調整された非対称的な標準モードで前記帯電を周期的に適用して、これによって前記分離膜の外周へのそれらの直線運動を引き起こす工程
を更に備えたことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記膜の内径から当該膜の外径に向かって発する定常波において前記ブロックされた成分の移動をもたらすために、前記帯電を周期的に適用して、これによって隔離のために前記膜の外周に向かっての前記ブロックされた成分の直線運動を引き起こす工程
を更に備えたことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記分離膜の外周上に配置された少なくとも１つの収集穴の中に前記移動した成分を収集する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記多孔性の分離膜として有孔グラフェンを利用する工程
を更に備えたことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年３月２１日に出願された米国仮出願Ｎｏ．６１／６１３，５７８の優先権を主張し、当該仮出願は、参照によってここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、帯電種（charged species）を分離するために、穿孔され且つ選択的に帯電された膜を使用する。特に、本発明は、分子の重量、大きさ、及び、分子の共振モード動特性（resonant mode dynamics）、によって溶液から生理活性タンパク質を分離するために前記帯電された膜を利用する。具体的には、本発明は、実効的な収率で溶液から除去することが現在非常に困難で、且つ、広範なエネルギー使用を必要とする、イオン、ポリマースラリ及び生理活性タンパク質等の化合物を分離するために前記帯電された膜を利用する。
【背景技術】
【０００３】
生理活性タンパク質の分離及び回収は、現在非常に困難である。現在の解決策は、蒸発性／拡散性の電気泳動法及び多孔性チューブへの粘着等のエネルギー集中的な方法によっている。これらの方法は、不所望のイオンまたは化合物を溶液から除去するために利用される。そのような方法の一例は、逆浸透である。いくつかの例では、不所望のイオンまたは化合物を除去するための方法が存在しない。
【０００４】
自己免疫欠陥、ＡＩＤＳ、血友病ループス（Hemophilia Lupus）等の処置のために生理活性タンパク質を回収するための現在のシステムは、低い収率、労働集中的な操作の必要及びコストのために不十分である。これらの２０乃至５０ｎｍの長さで５０，０００ダルトンのタンパク質という特定の例は、インターフェロン、インシュリン及び凝固第VIII因子である。多孔性チューブへの粘着等の現在の方法は、前記タンパク質を分離してその後に手作業で採取するために、限外濾過を使用する。残念なことに、チューブの厚みが、血漿溶液（solvent plasmas）の流れを妨害し、且つ、前記タンパク質の一体性を崩壊させてしまい、プロセスの低収率という結果をもたらす。
【０００５】
最も生理活性のあるタンパク質は、それらの先端でイオン的に帯電されている。前記タンパク質は、適度に水に溶解可能であり、その状態で極性を残している。多くの病気処置（desease-treating）タンパク質は、生体組織から、または、ビトロ溶液内のバルク内で、採取される。これらは、限定されないが、インターフェロン（ヒト及び選択されたヒト科の動物）、インシュリン（ウシ属の動物及び合成ヒト科の動物）及び血友病用のカスケード凝固第VIII因子（cascade clotting factor VIII）を含む低級の動物血漿スラリーを含む。対象の分離されたタンパク質を徐々に回収するために、現在の方法は、前記所望のタンパク質を特定の位置で「立ち往生させる」ための毛管作用に依存しており、更に、その後の動作（例えば水洗い及び／または拡散等）を伴う。その結果として生じるタンパク質の除去は、頻繁に前記タンパク質を傷つけ、且つ、変性させてしまう。水洗いは、前記タンパク質が保持されている数千ナノメートルの深さの多孔性の表面から、当該タンパク質を「剥ぎ取る」必要がある。典型的な浸透物（採取器のアウトプット）は、薬剤級の試薬にするために更に遠心分離されなければならない。現在の隔離膜及び多孔性チューブは、極めて厚いと信じられており、従ってそれらの厚さの比率は、流れの効率でより劣る。
【０００６】
従って、本分野において、より薄いにも関わらずタンパク質の効率的な収集を許容する隔離膜に対するニーズがある。更には、本分野において、収集工程及び除去工程の間にタンパク質を傷つけることなく当該タンパク質を分離する装置に対するニーズもある。
【発明の概要】
【０００７】
前述の観点から、分子分離装置を提供することが、本発明の第１の特徴である。
【０００８】
入口と出口とを有しており水溶性の懸濁液が通流するチャンバーと、前記水溶性の懸濁液の流れに対して実質的に直交するように前記チャンバー内に配置された多孔性の分離膜と、周期的な帯電を適用するために前記分離膜に接続されており、前記多孔性の分離膜によってブロックされた成分を収集するようになっている電気的帯電装置と、を備えたことを特徴とする分子分離装置、の第１の実施の形態を提供することが、本発明の他の特徴である。
【０００９】
前記チャンバーを通流する前記水溶性の懸濁液の流れを制御するためのポンプを提供することが、前述の実施の形態に対する本発明の他の特徴である。
【００１０】
前記ポンプ及び前記帯電装置に接続された制御装置を提供することが、前述の実施の形態に対する本発明の更に他の特徴であり、前記制御装置は、前記チャンバーを通流する前記水溶性の懸濁液の流れと、前記多孔性の分離膜への前記周期的な帯電の適用と、を同期させるようになっている。
【００１１】
前記多孔性の分離膜によってブロックされた成分を収集するために、当該多孔性の分離膜の外周上に配置された少なくとも１つの収集穴を提供することが、前述の実施の形態に対する本発明の更に他の特徴である。
【００１２】
収集された成分を保持容器に移送するために、前記収集穴の各々に関連付けられた流路を提供することが、前述の実施の形態に対する本発明の更なる特徴である。
【００１３】
前記多孔性の分離膜として有孔グラフェンを提供することが、本発明の前記第１の実施の形態の１つの特徴である。
【００１４】
所望の分子の移動をもたらす前記周期的な帯電を提供し、それが当該所望の成分の非対称的な標準モードに調整されており、これによって隔離のために前記分離膜の外周に向かってそれらの直線運動を引き起こすようになっているということが、本発明の前記第１の実施の形態の他の特徴である。
【００１５】
前記膜の内径から当該膜の外径に向かって発する定常波によって制御することによって、所望の分子の移動をもたらす前記周期的な帯電が提供され、これによって隔離のために前記分離膜の外周に向かってそれらの直線運動を引き起こすようになっているということが、本発明の前記第１の実施の形態の更に他の特徴である。
【００１６】
チャンバー内に多孔性の分離膜を配置する工程と、前記分離膜に向かって水溶液を流す工程と、前記分離膜によってブロックされた前記水溶液の成分をその外周に移動するべく当該分離膜に帯電を適用する工程と、を備えた水溶液から分子成分を分離するための方法を提供することが、本発明の他の特徴である。
【００１７】
ポンプを用いて前記水溶液の前記流れを制御する工程と、帯電装置を用いて前記帯電の適用を制御する工程と、を提供することが、前述の実施の形態に対する本発明の更に他の特徴である。
【００１８】
水溶液の前記ブロックされた成分を動かすために、前記流れと前記帯電の適用とを同時に制御する工程を提供すること、あるいは、前記ブロックされた成分の調整された非対称的な標準モードで前記帯電を周期的に適用して、これによって前記分離膜の外周に向かってそれらの直線運動を引き起こす工程を提供すること、あるいは、前記膜の内径から当該膜の外径に向かって発する定常波において前記ブロックされた成分の移動をもたらすために、前記帯電を周期的に適用して、これによって隔離のために前記膜の外周に向かっての前記ブロックされた成分の直線運動を引き起こす工程を提供すること、が前述の実施の形態に対する本発明の更に他の特徴である。
【００１９】
選択的に、前述の実施の形態は、前記分離膜の外周上に配置された少なくとも１つの収集穴の中に前記移動した成分を収集する工程、または、前記多孔性の分離膜として有孔グラフェンを利用する工程、を備え得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明の、これら及び他の特徴及び利点は、後述の説明、添付の特許請求の範囲、及び、付随する図面、を参照することで、より良く理解されるであろう。
【図１】本発明のコンセプトに従った、分子分離装置の概略図である。
【図２】本発明のコンセプトに従った、分離膜を保持したチャンバーの概略図である。
【図３】本発明のコンセプトに従った、分離膜によって収集されたタンパク質の概略表示である。
【図４】本発明のコンセプトに従った、装置の作動中のタンパク質の「ウォーキング」または帯電移動（charged migration）を図示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１を参照すると、本発明のコンセプトに従った分子分離装置が数字１０によって全体として示されているのが確認できる。装置１０は、除去されるべき材料または成分を含有する水溶性の懸濁液を受け入れる入口１４を一方の端部に有する、チャンバー１２を備えている。本実施の形態では、当該懸濁液からタンパク質が分離される。チャンバー１２にはまた、入口とは反対側に出口１６が設けられており、当該出口１６において、２次生成物または「不濾過」生成物がチャンバーから廃棄または排出される。
【００２２】
分離膜１８が、チャンバー１２によって水溶性の懸濁液の流れに対して直交するように保持されている。本実施の形態では、分離膜は、例えば炭素膜のような多孔性の材料である。更に他の実施の形態では、グラフェン膜が使用され、他の実施の形態では、多層のグラフェン材料が使用され得る。
【００２３】
本実施の形態では、分離膜１８は、米国特許第８，３６１，３２１号で説明されているようなグラフェン膜であり、当該特許は、参照によってここに取り込まれる。グラフェン膜は、炭素原子の単一原子層厚の層であり、シートを規定するべく互いに結合されている。単層のグラフェン膜の厚さは、１層または１シートとして参照され得るが、約０．２乃至０．３ナノメートル（ｎｍ）である。いくつかの実施の形態では、複数のグラフェン層が形成され得て、より大きな厚さ及び対応するより大きな強度を有している。多層のグラフェンシートは、膜が成長または形成されるに従って多層に提供され得て、少ない層のグラフェンとして一般に知られている。あるいは、多層グラフェンシートは、１枚のグラフェン層を他のグラフェン層の上に積層または配置することによって、達成され得る。ここで開示されるすべての実施の形態について、単層のグラフェンまたは多層のグラフェンが使用され得る。おそらく自己粘着性の結果として、グラフェンの複数の層がそれらの一体性及び機能を維持するということを、試験が明らかにしている。このことは、膜の強度、及び、いくつかの場合では電流性能（flow performance）、を向上させる。高流量の処理能力（スループット）を持つ材料である有孔グラフェンは、ポリアミドまたは他の高分子材料の濾過材料とは対照的に、有意に改善された濾過特性を与える。グラフェン層の炭素原子は、６個の炭素原子から構築される六角形の環状構造（ベンゼン環）の繰り返しのパターンを規定しており、これが炭素原子のハニカム格子を形成している。各６個の炭素原子の環状構造によって格子間開口がシート内に形成されており、この格子間開口は、１ナノメートル未満の幅である。実際、当業者は、格子間開口はその最長の寸法に亘っては約０．２３ナノメートルであると信じられているということを、理解するであろう。従って、格子間開口の寸法及び形態、並びに、グラフェンの電子特性（electron nature）は、孔が無いならば、当該グラフェンの厚みを横切るあらゆる分子の移動を排除する。この寸法は、水やイオンの通過を許容するには、あまりにも小さい。
【００２４】
有孔グラフェン膜を形成するために、１またはそれ以上の孔が作られる。代表的な、全体的にまたは名目上は円形の開口または孔１９が、グラフェン膜１８を貫いて規定される。全体として円形状の開口１９は、グラフェン膜１８の六角形の炭素の環状構造によって開口の縁部が部分的に規定されるという事実に影響される。開口の大きさは、受け入れられる水溶性の懸濁液の成分、及び、ブロックまたは濾過されることが所望される懸濁液の成分または構成要素、に依存して選択され得る。従って、いくつかの実施の形態では、開口１９は０．５ｎｍから１．２ｎｍの大きさに亘り得る。あるいは、他の実施の形態では、１．０ｎｍから１０ｎｍの大きさに亘り得る。また、他の実施の形態では、開口の大きさは１０ｎｍから１００ｎｍに亘り得る。いくつかの開口は、いくつかの実施の形態では約２０ｎｍであり、他の実施の形態では直径において約５０ｎｍである。
【００２５】
グラフェン膜内の開口は、選択的酸化によって作られ得て、当該選択的酸化とは、選択された時間に亘り酸化剤に曝すことが意味される。開口３１２は、レーザードリルによっても開けられ得ると信じられている。刊行物Nano Lett. 2008, Vol.8, No. 7, pp 1965-1970で説明されているように、最も簡単な穿孔手法は、アルゴン内に希釈された酸素を用いて、高温でグラフェンフィルムを処理することである。そこで説明されているように、５００℃で２時間に亘り１気圧（ａｔｍ）のアルゴン内の３５０ｍＴｏｒｒの酸素を用いると、２０から１８０ｎｍの範囲の貫通孔がグラフェン内にエッチングされる。文献は、孔の数がグラフェンシート内の欠陥に関連し、孔の寸法が滞留時間に関連する、ということを合理的に提唱している。このことは、グラフェンの構造内に所望の孔を形成するための好ましい方法であると信じられている。前記構造は、グラフェンナノプレートレット（graphen nanoplatelets）及びグラフェンナノリボンであり得る。従って、所望の範囲の孔が、より短い酸化時間によって形成され得る。Kimらの“Fabrication and Characterization of Large Area, Semiconducting Nanoperforated Graphene Materials,”Nano Letters 2010 Vol.10, No. 4, 2010年3月1日, pp 1125-1131に記載されたような、より入り組んだ他の方法は、反応性イオンエッチングを使用したパターニングに好適なマスクを生成する自己組織化ポリマー（self assembling polymer）を使用する。Ｐ（Ｓ−ブロックＭＭＡ）ブロック共重合体は、再構築（redeveloping）の際にＲＩＥのためのビアを形成するＰＭＭＡコラムの配列を形成する。孔のパターンは、非常に密集している。孔の数及び大きさは、ＰＭＭＡブロックの分子量及びＰ（Ｓ−ＭＭＡ）内のＰＭＭＡの重量分率によって、制御される。どちらの方法も、有孔グラフェンシートを生産するための可能性を有している。開口を形成する他の方法も採用され得る。ここで開示される実施の形態によれば、開口は、懸濁液の選択された成分をブロックし、且つ、他の成分の通過を許容するように寸法決めされるということが認められるであろう。更に、選択された成分のブロックまたは通過を助けるために、開口の縁部は変形され得る。
【００２６】
帯電装置が、数字２０によって全体として示されており、水溶性の懸濁液が前記材料を通流する時に当該材料に選択的に帯電を適用するために、分離膜１８に接続されている。この過程の詳細は、本説明が進むに従って説明されるであろう。
【００２７】
チャンバー１２を通る水溶性の懸濁液の流れを制御するために、入口１４にポンプ２４が連結され得る。
【００２８】
帯電装置２０は、数字２８によって全体として示されている制御装置を有している。制御装置２８は、ポンプ２４及び分離膜１８の作動を制御するために、必要なハードウエア、ソフトウエア、メモリ及び機能性を有しており、説明されるような態様で装置を運転するようになっている、ということを当業者は認識するであろう。制御装置２８に接続されているのは、例えばキーボードのような入出力装置３０であり、技術者が装置１０を操作することを許容するようになっている。これは、チャンバーを通流する懸濁液の量を制御するためにポンプの作動を制御することによって、及び／または、分離膜１８に適用される電圧及び／または電流の量を制御するために帯電装置の作動を制御することによって、行われ得る。一般的に、制御装置２８は、デジタル／アナログ変換器３２を通じて適切な制御信号を送信し、当該デジタル／アナログ変換器３２は、駆動回路３４に適用される電荷勾配（charge gradient）を生成する。駆動回路３４は、駆動導線３６Ａ及び３６Ｂに沿って分離膜１８の位置へ送られる信号を生成する。分離膜を接地するために接地接続４０が設けられる一方で、帰還導線（return lead）４２もまた分離膜に接続されており、作動中に分離膜の状況を監視する手段を提供するようになっている。特に、帰還導線４２は、技術者による観察のためにデジタル信号を制御装置２８に戻すアナログ／デジタル変換器４４に接続されている。
【００２９】
図２において最も良く見られるように、チャンバー１２は、分離膜１８を直交性に支持しており、当該チャンバーに通流する懸濁液に完全に曝されるようになっている。分離膜１８は、チャンバー１２の内部に支持された適切な、棚状部、隆起部または他のあらゆる支持構造によって保持または支持されている、ということを当業者は認識するであろう。開口１９よりもさらに大きな開口を有する重合体の支持層がまた、膜の下に配置され得る。分離膜の外周まわりに配置されているのは、分離膜によってブロックまたは集められたタンパク質の収集を許容する極小の捕獲穴５０である。これらの穴５０は、所望のタンパク質材料を収集容器５４に送る捕獲流路５２に結合されている。残りの捕獲されない材料は、出口１６から出ていく。
【００３０】
作動に当たり、分離膜は、無菌で、疎水性で、選択的に穿孔されていて、且つ、耐電性の、材料である。孔または開口１９の大きさは、目標のタンパク質の所望のクラスにおける所望の隔離（捕獲）と共に不要な材料をサイズ排除（すなわち通過）するための最もよく知られた実務に従って選択される。水溶性の懸濁液は、最も大きな且つ無用なタンパク質、すなわち不所望且つ膜を閉塞させ得る混合物または成分、を除去するために、粗く遠心分離または前濾過される、ということを当業者は認識するであろう。前述したように、分離膜は、水溶性の懸濁液のバルク混合流（bulk mix flow）に対して直交に配置されている。いくつかの実施の形態では、懸濁液は、関心のある所望のタンパク質を含有する溶媒和血漿（solvated plasma）であり得る。従って、懸濁液は、分離部材を通流して、採取用の目標のタンパク質のクラスと共に不要なより小さい予備のタンパク質の輸送を許容する。これは、分離膜に対して、対流性の圧力によって目標のタンパク質と不要なタンパク質との両者を分離する結果になる。いくつかの実施の形態では、懸濁液は、分離膜１８の表面に沿って接線方向に方向付けられ得る。開口１９よりも小さい懸濁液内の成分は、膜を通流して適宜に処理される。
【００３１】
本発明は、静的な定電位（電圧）の電気泳動分離法のために一般的に使用される生理活性タンパク質の電気機械的な励起反応を利用する。本実施の形態では、駆動回路３４は、図３において概略的に示されているように、分離膜１８の外周に当該膜によって保持された関心のある特定の個々のタンパク質―タンパク質６０として特定されている―を徐々に移動するように、分離膜１８を励起し、且つ、経時の周期的な帯電を生じる。確かに、選択的な時間で導線３６Ａ、Ｂに選択された電荷を適用することは、タンパク質の「ウォーキング」運動の発生を許容する。例えば、タンパク質のウォーキング動作を起こすために、各導線に電荷が間接的に適用される。従って、ポンプ２４によって生成される同期された対流流圧（convective flow pressure）と共に、一時的な各ステップで帯電タンパク質（charge protein）を捕獲する通常の力を許容する、非対称なタンパク質のモードの特定の帯電対時間の励起を用いることによって、関心のある選択されたタンパク質が分離膜の外周へ駆動される。換言すると、帯電の適用は、タンパク質の一方の端部の膜の周縁に向かう外方への伸長を引き起こす。帯電の除去は、当該帯電の適用中に移動しなかったタンパク質の端部が、移動した当該タンパク質の端部に向かって移動することを引き起こす。周期的な帯電の適用は、管状または紐状の形状のタンパク質に好適であると信じられている。
【００３２】
本実施の形態の他の特徴において、前述の帯電それ自体は、駆動回路３４による定常波パターンで生成され得て、当該定常波パターンの外方への正味の動きは、帯電位相の適切な制御によって引き起こされ得る。結果的に、タンパク質１６は、それが膜１８の周縁に向かって外方へ移動するにつれて、定常波に効果的に乗る。定常波の適用は、球形状のタンパク質にとって好適であると信じられている。ひとたびタンパク質が外周に駆動されると、それらは弱い重力及びファン・デル・ワールス力によって駆動されるので、それらはＵ形の捕獲穴５０に落下し、当該選択されたタンパク質を捕獲及び濃縮するようになっている。
【００３３】
駆動回路３４と共にある制御装置２８は、分離膜を横切って捕獲穴５０へ向かうそれらの特定のタンパク質を移動するために必要とされる、空間及び時間において所望の帯電の効果的な生成を提供する。前記材料はその後、穴から流路を通じて適切な保持容器５４内に移動する。換言すると、所望の分子またはタンパク質６０の移動をもたらす周期的な帯電は、所望の成分の非対称の通常モードに同調させられ、これによって隔離のための分離膜の外縁に向かうそれらの直線運動を引き起こす。あるいは、選択的に、所望の分子またはタンパク質６０の移動をもたらす周期的な帯電は、膜の内径から当該膜の外径に向かって発する定常波によって制御され、これによって隔離のために分離膜の外縁に向かうそれらの直線運動を引き起こす。
【００３４】
いくつかの実施の形態では、分離膜は、選択された孔径及び間隔を有する単原子の炭素グラフェン膜である。膜へのその後の一時的な帯電によって、所望の収穫された分子及び／またはタンパク質の非常に特殊で選択的な促進が分離膜の表面に沿って生じ、それらは、外周で待ち受ける捕獲窪地（capture basin）へ移動するようになっている。図４において概略的に表されているように、開口１９よりも大きい、タンパク質６０の一方の端部は、膜の外縁に向かって延びている。タンパク質は、タンパク質の形状における一時的な物理的な変化を引き起こす２次の調和モードを生成する、選択的な帯電によって移動させられる。やがてタンパク質の他方の端部は、膜の表面からわずかな損傷と共にまたは損傷無く離れ、タンパク質の第１の端部に向かって移動する。タンパク質が穴５０に捕獲されるまで、この過程が繰り返される。これは、ＡからＥまでの時系列によって図４に表されており、Ａは帯電の最初の適用を表しており、Ｅはタンパク質が膜の外縁に到達した際の帯電の最後の除去を表している。
【００３５】
孔径及び帯電対時間のプロファイルを制御することによって、装置１０は、先行技術の装置によっては獲得されなかった正確な選択性、純度及びスループット（処理能力）を獲得する。この装置の適用は、限定されないが、薬理学、炭化水素スラリーの精製及び生体医学を含む。薬理的な応用は、大量の水から高価値のタンパク質を回収することを許容する。炭化水素スラリーの精製は、熱／エネルギー集中的な蒸留プロセスの代わりに、極小の精製装置のようにして炭化水素の鎖の大きさに基づいた段階濾過を許容する。生体医学のプロセスは、血液流から不純物を濾過するために、装置１０の透析濾過での使用を許容する。
【００３６】
材料の厚みをグラフェン分離膜のような１原子に減少させることによって、現在の技術における膜と比較して流れ抵抗及び表面摩擦が有意に減少させられ、これによって必要とされるポンプの圧力及びエネルギーを低下させる。時間依存の帯電を支持するための膜に特有の大きな導電率と共に、この特性は、高効率で選択的で活動的な保持／収穫膜システムを許容する。加えて、低い表面摩擦と高い導電率との組み合わせと共に、より大きな不要な成分が、濾過コンポーネントの汚損を有意に減少させてグラフェン膜材料から速やかに除去され得る。
【００３７】
当業者は、開示された本装置を生物学的材料の濾過膜及び分離膜を作り出すために提供するということを認めるであろう。この膜は、必要な際に隔離対象となる、選択された且つ特定の生理活性タンパク質の、独自の予想可能且つ効果的な移動を許容する。本装置は、要求された目標分子の正確な分子特性及び電気活性特性（electro-active nature）を制御することも可能である。開示された本装置は、現在の装置と比較して有意に改善された割合及び量的な効率で作動し得る、ということも更に信じられている。
【００３８】
従って、本発明の目的は、以上に示された構造及びその使用方法によって満足させられることが理解され得る。特許法に従って、最良の形態及び好ましい実施の形態のみが詳細に示されて説明されているが、本発明がそれによって限定されないということが理解されるべきである。従って、本発明の真の範囲及び幅の認識について、以下に続く特許請求の範囲が参照されるべきである。
【図１】
2015511531.tif 000003
【図２】
2015511531.tif 000004
【図３】
2015511531.tif 000005
【図４】
2015511531.tif 000006
【国際調査報告】
2015511531.tif 000007
2015511531.tif 000008