(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
限外ろ過容器であって、
中空の、円滑な、連続的な、流体保持用の胴部にして、長さと、近接側の入口端と、閉じた遠方端と、該遠方端に向けて伸延する実質的に円錐状の部分と、を有し、該実質的に円錐状の部分の、前記閉じた遠方端に近接する領域に位置付けたポートとを有する流体保持用の胴部と、
限外ろ過容器の内側の周囲及び前記ポートを覆ってシールされたフィルタ膜にして、ポートから遠方に短距離伸延して流体静力学的なデッドストップを形成する部分を有するフィルタ膜と、
を有し、
所定条件下に遠心分離処理した場合に所定分子量範囲の流体及び溶質がフィルタ膜を通過してポートから排出され、
所定分子量よりも分子量の大きい残留物が、閉じた遠方端から伸延してデッドストップに至る領域に蓄積される限外ろ過容器。
【請求項２】
フィルタ膜がその周囲に沿って、流体保持用の胴部の円錐状の部分の壁に及びポートを覆ってシールされ、前記壁とフィルタ膜との間にポートと連通する間隙を確定し、フィルタ膜を通過する材料が該間隙を介してポートから排出される請求項１の限外ろ過容器。
【請求項３】
分離システムを形成し、限外ろ過容器を座入させる合致する受け用のウェルを含み、ポートを出た流体及び溶質が、該合致する受け用のウェル内に排出される請求項１の限外ろ過容器。
【請求項４】
合致する受け用のウェルが、キャップを使用して閉鎖する遠心分離管であり、該遠心分離管と流体保持用の胴部との間の圧力を内部的に通気する釈放通路を更に含んでいる請求項３の限外ろ過容器。
【請求項５】
遠心分離管内の高い圧力に応じて選択的に開放し、遠心分離管と流体保持用の胴部との間の圧力を内部的に通気する、変形自在の部材の如き釈放弁を更に含んでいる請求項３又は４の限外ろ過容器。
【請求項６】
ｉ）閉じた遠方端が、流体保持用の胴部の容積の２パーセント未満の受け用容積を有し、
ｉｉ）フィルタ膜の面積対流体保持用の胴部の容積比が０．７５／ｃｍより大きく、
ｉｉｉ）流体保持用の胴部の容積が約１．５〜２００立方センチメートルの間である請求項１の限外ろ過容器。
【請求項７】
閉じた遠方端が、流体保持用の胴部の容積の約１．０パーセント以下の容積を有するデッドストップを形成するように位置決めされた請求項１の限外ろ過容器。
【請求項８】
閉じた遠方端が、流体保持用の胴部の容積の約０．０４〜０．３パーセントの間の容積のデッドストップを形成するように位置決めされた請求項７の限外ろ過容器。
【請求項９】
フィルタ膜が、シールされた場合に切頭円錐状の作用フィルタ膜領域を形成する請求項１の限外ろ過容器。
【請求項１０】
フィルタ膜が、その７０パーセント以上が作用フィルタ膜領域を有する約０．５〜約１２０平方センチメートルの面積を有する請求項１の限外ろ過容器。
【請求項１１】
フィルタ膜が０．５平方センチメートルよりも大きい作用フィルタ膜領域を有し、遠心分離中に発生する剥離引力による分離を防止するための複数の個別のスポット位置で、傾斜した境界壁に接着される請求項１の限外ろ過容器。
【請求項１２】
フィルタ膜がその周囲に沿って、流体保持用の胴部の壁に及びポートを覆ってシールされ、前記壁とフィルタ膜の間にポートと連通する間隙空間を確定し、フィルタ膜を通過した溶媒及び溶質が前記間隙空間を介してポートから排出される請求項１の限外ろ過容器。
【請求項１３】
限外ろ過容器の形成方法であって、
中空の、流体保持用の胴部リザーバ胴部にして、長さと、近接側の入口と、閉じた遠方端に向けて伸延する実質的に円錐状の部分と、流体保持用の胴部の、前記閉じた遠方端に近接する実質的に円錐状部分の壁を貫いて伸延するポートと、とを有する流体保持用の胴部を提供すること、
流体保持用の胴部の内側で且つ前記ポート部分を覆って、ポートから遠方に短距離伸延して流体静力学的なデッドストップを形成するフィルタ膜を設け且つシールすること、
を含み、
所定条件下で遠心分離した場合に、所定分子量以下の材料がフィルタ膜の幅広部分を通過し、壁に沿って流動してポート部分から排出され、前記所定分子量以上の分子量を有する溶質が流体保持用の胴部内で前記フィルタ膜により保持され、前記閉じた遠方端内に蓄積されるようにすること、
を含む限外ろ過容器の形成方法。
【請求項１４】
フィルタ膜が０．５平方センチメートルよりも大きい作用フィルタ膜領域を有し、遠心分離中に発生する剥離引力による分離を防止するための複数の個別のスポット位置で、傾斜した境界壁に接着される請求項１３の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項１５】
ｉ）閉じた遠方端が、流体保持用の胴部の容積の２パーセント未満の受け用容積を有し、
ｉｉ）フィルタ膜の面積対流体保持用の胴部の容積比が０．７５／ｃｍより大きく、
ｉｉｉ）流体保持用の胴部の容積が約１．５〜２００立方センチメートルの間であるようにすることを含む請求項１３の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項１６】
閉じた遠方端が、流体保持用の胴部の容積の約１．０パーセント以下の容積を有するデッドストップを形成するように位置決めされた請求項１５の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項１７】
閉じた遠方端が、流体保持用の胴部の容積の約０．３〜１．０パーセントの間の容積のデッドストップを形成するようにした請求項１６の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項１８】
フィルタ膜が、シールされた場合に切頭円錐形状の作用フィルタ膜領域を形成する請求項１５の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項１９】
流体保持用の胴部の内側で且つ前記ポート部分を覆ってフィルタ膜をシールする段階が、フィルタ膜が流体保持用の胴部の壁により支持された場合にフィルタ膜の大半の表面を貫いてのポートへのろ過を許容するところの、狭幅のバンドセグメントにおける軸方向の釈放方向に沿ってフィルタ膜をシールすることを含んでいる請求項１８の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項２０】
フィルタ膜が約０．５〜約１２０平方センチメートルの面積を有し、その７０パーセント以上が作用フィルタ膜領域を有するように取り付けられる請求項１３の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項２１】
所定条件下に遠心分離した場合に、所定分子量以下の材料がフィルタ膜の幅広部分を通過し、流体保持用の胴部の壁に沿って流動してポートから排出される請求項１９の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項２２】
流体保持用の胴部の内側で且つ前記ポート部分を覆ってフィルタ膜をシールする段階が、先ず、フィルタ膜のシール領域から水分を排出し、次いでシール容易機と分離容器とを融着するステージにおいて実施される請求項１３の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項２３】
中空の流体保持用の胴部を提供すること及びフィルタ膜を提供し及びシールすることが、
各チャンバ領域がポート部分と、該ポート部分から遠い部分とを有する多数のチャンバ領域を有する複数の流体保持用の胴部の半分体を提供すること、
各チャンバ領域の少なくともポート部分を覆うフィルタフィートを提供すること、
複数の流体保持用の胴部の半分体を相互にシールし且つフィルタ膜にシールして、チャンバ列としての、複数の、中空の、流体保持用の胴部を形成し、フィルタ膜が各ポートを完全に覆い、ポートから遠い部分を、チャンバの閉じた遠方端を形成するようにすること、
を含む請求項１３の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項２４】
各チャンバにおけるフィルタ膜が、その７０パーセント以上がフィルタ作用領域である約１〜３平方センチメートルの面積を有するようにした請求項２３の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項２５】
チャンバが、熱、振動、溶媒或いは接着性シール及びＲＦ溶接による１つ以上の成型段階により形成されることを含む請求項２３の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項２６】
チャンバ内にシールされた場合に、シールされたフィルタ膜が、軸線方向に２等分された一対の円筒状の及びあるいは切頭円錐状のフィルタ作用領域を形成するようにした請求項２５の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項２７】
限外ろ過容器が、遠心分離管に挿通するための形態とされ、
流体保持用の胴部の内側と遠心分離管との間を通気するための、流体保持用の胴部のフランジ内に釈放通路を設けること、
を含む請求項１３の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項２８】
遠心分離管がキャップで閉鎖され、フランジ内の釈放通路を介して通気するための釈放弁を提供し、該釈放弁が、遠心分離管内の高い圧力に応じて選択的に開放して遠心分離管から圧力を内部的に通気するようにした請求項２７の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項２９】
フィルタ膜を設け且つシールする段階が、フィルタの成型部片としてのフィルタを提供し、該成型部片を、その側縁が流体保持用の胴部の壁の隆起リブと接触して成型部片をその挿入に際して整列状態に案内するように挿通することを含む請求項１３の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項３０】
フィルタ膜を設け且つシールする段階が、フィルタ膜を、流体保持用の胴部の壁の棚部に捕捉されるように挿通することを含む請求項１３の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項３１】
フィルタ膜を設け且つシールする段階が、
フィルタ膜及びワークピースを加圧部材及びヒートシンク間に相互に位置決めし、
加圧部材を定義された時間、溶融温度以上の温度を有する過熱部材と接触させ、
前記定義された時間の後加熱部材を除去し、加圧部材を通して移行する熱を、熱及び圧力が、フィルタ膜を損傷させることなくフィルタ膜及びワークピース部分に付加されるように制御しすること、
を更に含む請求項１３の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項３２】
加圧部材が、部分接触位置と完全熱移行位置との間で軸線方向に沿って移動するようにして、前記完全熱移行位置における融合に先立ち、前記部分接触位置において蒸気を逃出させ得るようにすることを含む請求項３１の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項３３】
フィルタ膜と、流体保持用の胴部とを、ヒートシンク及び加圧部材間でクランプすること、
加圧部材を、該加圧部材を加熱して流体保持用の胴部を融合させるために有効な時間、過熱した接触ヒータと接触させること、
過熱した接触ヒータを、加圧部材を移動させることなく過熱接触状態から抜き出して流体保持用の胴部を急速に冷却させ、ヒートシンク及び加圧部材を、フィルタ膜を損傷させることなく或いはワークピースを変形させることなく釈放すること、
を更に含む請求項３２の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項３４】
過熱した接触ヒータとの接触が、
第１の位置或いは第１の圧力下に熱移行部材を先ず接触させて作用パラメータを達成すること、
次に、更に強く加圧して最終的なシールを実施すること、
により実行される請求項３２の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項３５】
第１の位置或いは第１の圧力下に熱移行部材を先ず接触させて作用パラメータを達成することが、蒸気を選択的に駆動するための有効時間において実施される請求項３４の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項３６】
更に強く加圧して最終的なシールを実施することが、接着ラインを加圧してフィルタを締着するために実施される請求項３４の限外ろ過容器の形成方法。
【請求項３７】
加圧部材が、容器壁をかわすための起伏した外側表面を有し且つ接着領域に於いて突出表面特徴を有する伝熱シンブルを含むようにすることを含む請求項３３の限外ろ過容器の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は限外ろ過装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
（従来の技術）
遠心限外ろ過を使用して、ＤＮＡ或いはタンパク質といった高分子量の材料を含む残留物を分離するための様々な装置が知られている。こうした技法を使用して達成される残留物の収率や量は、フィルタ膜の形状及び位置、装置の出口位置及び又は棚部（レッジ）、角部或は画室の存在によって大きく変動する。
これらの装置には関連する制限事項或いは欠点がしばしばある。例えば、装置は、残留物が溢出して乾燥しそうになるのを防げず、或いは、チャンバ幾何学、表面張力拡散その他により、残留物へのアクセスが、あるいはピペットによる残留物の完全回収が妨害され得る設計形状を有している。また、装置の達成し得る収率は低い、即ち分離度の小さいものでしかなく、或いは装置の要求遠心時間は長くなりことができる。しかも、装置或いは技法は、例えば、フィルタ膜の利用面積及び又は製造コストの効率が低いこと、及び又は長い遠心時間などによって非経済的なものともなりことができる。
【０００３】
（解決しようとする課題）
信頼下に製造及び使用することのできる遠心限外ろ過装置を提供することであり、
高速の、効率的な、また自動処理に適した分離技法を提供することであり、
ろ過容器或いは濃縮容器の改良アセンブリあるいはその製造のための改良方法を提供することである。
【０００４】
（課題を解決するための手段）
本発明によれば、上述の課題の１つ以上を解決することができる分離容器であって、閉鎖端部に延びる円錐状部分と、この円錐状部分の壁の、フィルタで覆われた部分とを有する分離容器が提供される。フィルタは、遠心分離処理に際して閾値水準以下の分子量の溶剤や溶質がフィルタを通過してポート部分から排出されるような孔寸法及び孔構造を有している。
円錐状部分は、フィルタの内面に付着した残留物が閉鎖端部内に剥落するような角度を有する。フィルタは、ポート部分よりも実質的に大きな面積を覆い、フィルタの下側の壁によって支えられることで、大きな実用フィルタ面と、詰まり抵抗性とを得、かくしてろ過を迅速化するのが有益である。また、円筒状の近接部分即ち胴部の上方部分から円錐状部分が伸延されることで、容器内に材料の大型リザーバを確定し、一方、受け端部の寸法が、比較的小さい、即ち、比較的少ない画分、例えば、残留物の合計容積の２パーセント以下、或いは１２分の１以下にさえにも維持され得る。フィルタはその縁部に沿って容器の壁に、熱融着或いは溶着により溶接或いは締着され、ポート部分の上方から、下方の少なくともポート部分にまで至る部分を覆うのが好ましい。容器は上方フランジを有し、この上方フランジは標準の濃縮管内に降下するようになっている。かくして、容器を出たろ液は濃縮管内に維持され、更にプロセス処理され、分析され或いは移送され得る。１実施例において、逸らせ部材或いは容器胴部の一部が濃縮管の内側と分離容器内部との間の圧力ベントとして作用して遠心分離中の容器を密封する。この特徴により容器は、共通の傾斜ロータアセンブリを使用して、溢出あるいは噴出を生じることなしに一杯にまで充填して安全裡にプロセス処理するためにも適合したものとなる。
【０００５】
分離容器は、フィルタの周囲領域の、容器胴部に融着するべき位置に接合セグメントを確定するように成型した１つ以上の加熱部分を有する工具を使用して、成型したフィルタシートを容器の円錐状部分内に位置決めすることにより組み立てることができる。フィルタシートは台形を有し、容器内に導入した場合に湾曲して容器壁の切頭円錐状部分の内面全体を覆うのが好ましい。容器の内面に沿ってフィルタシートが導入されるに際してフィルタシートの縁部と係合し、フィルタシートが容器の湾曲した内側壁に接触して湾曲するように配向し且つ整列させるための整列リブその他の構造を形成することができる。容器に全体が導入され、かくして湾曲され且つ然るべき位置に整列されたフィルタシートを捕捉するための棚部を設けることができる。フィルタシートの壁への接着は、高温のアイロンを容器内面に押し付けてフィルタシートの裏当て膜を容器壁に融着させつつ、加熱器内で容器を支持することにより有益に実施することができる。
【０００６】
本発明は、別の様相では遠心分離用の濃縮管が提供される。濃縮管はこの濃縮管の軸線を通る平面内を伸延する整列構造、例えばリブを有する。整列構造は、楔形状の膜を濃縮管に挿通するに際して軸線に沿って直角に整列させ、フィルタシートの縁部が濃縮管のポート部分から離れて位置付けられることを保証する。フィルタシートは実質的に濃縮管の全周に伸延され、仮付け溶接機、例えば、円錐状の先端部及び又は長孔付きの挿通／加熱シール工具を使用して軸線方向に沿って押圧した場合に、良好に整列された各縁部が接触する状態で精密にシールされる。挿通／加熱シール工具は、突き合わせ状態で座着された濃縮管縁部をも溶融する。濃縮管壁には、フィルタの上縁部と係合して切頭円錐状のフィルタ膜の配向或いは位置決めを更に助成し、また、取り扱い、即ち組み立て中のフィルタ位置を安定化する座着用の棚部が設けられる。
【０００７】
本発明の更に他の様相によれば、ろ液収集管に嵌入し且つ支持される形態を有し、ろ液収集管のキャップを接触シールする撓み性のシールリップを備えた上部シール面を有する濃縮管が提供される。シールリップはキャップを取り付けたろ液収集管内の外側への圧力に応じて撓み、遠心分離中は開放してバイパスチャンネルを介しての通気を許容し、かくして圧力は、エアロゾルを遠心分離ドラムに溢出或いは噴出させることなくろ液収集管から分離容器に逃出することができる。これにより、濃縮管を一杯に充填する、即ち、固定角度キャリヤ内の、流体内容物がキャップを湿らせるずっと高い充填水準にして、しかも尚、溢出或いは溢出を生じることなくプロセス処理される充填水準に充填することが可能となり、かくして、達成し得る濃縮比が増大され、濃縮プロセスの速度及び収率が増長される。
【０００８】
本発明の更に他の様相によれば、２つ以上の容器のストリップ或いは列の形態を有する容器列の一部としての、クラムシェル構造を有する状態で製造される分離容器が提供される。本発明のこの様相に於いて、好適な高分子材料シートが番号ｎの同一形状のトラフを使用して形成される。各トラフは所望のチャンバ形状の半分に相当し、１つ以上のポート部分がトラフの切頭円錐状の傾斜部分に形成される。次いで、第１のフィルタ材料シートを多数のトラフの高分子材料シートを覆って配置され、随意的にトラフ内に押し込まれ、各ポート部分を被覆してシールする状態で取り付けられる。プレスモールド或いは熱線ダイのような工具の１つ以上が前進される。この前進は、高分子材料シートの平面と直交する方向で実施し、フィルタ材料シートの表面を剪断させる移動が生じるのを回避するのが有益である。次いで、対称形状の第２のフィルタ材料シートを載置して容器チャンバの各々を完成させ、２つのフィルタ材料シートを、例えば熱融着、溶剤溶接或いは超音波溶接その他により相互に接着してｎ個の容器ストリップを形成する。容器ストリップの幾何学は、例えば、標準のマイクロタイタプレート或いはマルチウェル受け用トレーの格子面間隔と好ましく合致し、容器列自体を遠心分離のために装填するための標準のｎ×ｍ列或いはラックに嵌入する間隔の、ｎ或いはｍ列の容器を形成する。多数の異なる容器ストリップのセットを、例えば、ｋｎ×ｊｍ（ｋ及びｊは整数）の寸法形状を有し得る同一列に装填できるようにするための、マトリクス列の単一列或いは単一カラムの一部分に嵌入する基本列をも製造することができる。
【０００９】
組み立てた容器列における別個の各容器或いはチャンバが切頭円錐状の先端部の周囲に中心付けされ、残留物が確定された規定の格子位置にあることから、各容器或いはチャンバに直接的な且つ妨害のない軸線方向移動によりアクセスすることができる。かくして、容器列をロボットプロセス処理、ピペット移送分析、あるいは機械化した取り扱い設備を使用する操作に適合させるのが有益である。  本発明の容器は、容器の有効容積に関する表面積が有益に大きく、高速の回転速度下に作動しつつ、運転中にフィルタ表面を開放状態に維持する。フィルタは隣接する容器の壁と広い範囲で接触し、格子空間を介して、ポート部分から排出されるろ液をのための大きな流れ面積を提供し、また、流体を捕捉して効率を低下させことができる妨害構造を内部に持たない。
【００１０】
本発明の好ましい様相に於いて、容器とフィルタ膜との組み立ては、成形した加熱工具を挿入して、フィルタを容器壁に接触して位置決めした状態下にフィルタ膜の周囲部分を加熱することで達成される。フィルタは多孔質のポリエチレン製の裏当てに再生セルロース材料を載置したものであり得る。かくして、工具は、セルロース系材料に粘着することなく接触して裏当てを容器壁に溶着させることができる。容器及びフィルタを熱源とプレス板との間に配置し、加熱工具をプレス板と接触させ、制御された熱特性を有する定義量の熱エネルギーを溶接領域に移行させことができる。過熱ロッド及びシンブルを用いる実施例では、ヒータを２段階で前進させて前加熱した後、フィルタを然るべく溶接する。容器或いはプレス板には、過熱ロッドを容器内で自動調心させ、エリア内で意図された溶接ラインの溶接を確実に完了させてフィルタを各ポート部分にシールすると共に、フィルタの中央部分の膨出を防止する突起或いは部分リブを設けることができる。
【００１１】
（発明の実施の態様）
一般に、本件出願人の発明は、円錐状部分を有し全体に細長の或いは管状のチャンバを形成する分離容器を意図したものである。円錐状部分内の限外フィルタ膜が溶質及び低分子量の材料を通過させて出口ポート部分に向かわせ、一方、高分子量の材料が残留物領域に送られる。本発明は、構造上、フィルタ領域対リザーバ容積の比が高く、単位時間当たりのろ液スループットが高く、残留物の分離効率が高い。単数或いは複数の出口ポート部分を円錐の頂部付近に位置付けることで、アセンブリの遠心分離サイクルの全部或は主要部分におけるろ過率が高率に維持され得、しかも尚、初期流体容積の１或いは２パーセント未満を含む残留画分が分離される。各フィルタは、フィルタ膜の利用効率を非常に高める形状を有し、大きな連続シート或いはロールから出る無駄な廃棄部分が最小限あるいは全くないようにカットされたモザイク模様を有している。更には、フィルタが、ラインセグメントに沿っての周囲溶接により周囲壁に取り付けられることで、フィルタ面積の７０パーセント以上が実際に使用され得る。この点は、例示された実施例及び、ポート部分付きの分離容器の円錐状部分に取り付けた代表的なフィルタ形状から認識されよう。
【００１２】
図１を参照するに、限外ろ過用のフィルタ膜１０の１例が示されている。フィルタ膜１０は実質的に楔形状を有し、近接端１２と、遠方端１４と、２つの側部１６及び１８とを有している。近接端１２及び遠方端１４は全体に湾曲され或いは弧状とされ、側部１６及び１８は実質的に直線状である。フィルタ膜１０は作用領域２０及び非作用領域２２を有し、作用領域２０は、フィルタ膜を遠心分離管内に配置してシールした場合に限外ろ過能力を持つ部分に相当する。つまり作用領域２０は、フィルタ膜を遠心分離管あるいは遠心分離容器内に位置決めして遠心分離するに際し、少量の流体成分が透過する領域である。装置設計上のフィルタ膜の利用効率は、作用領域を、作用領域と、非作用領域と、カッティング廃棄面積の合計面積で除算することで算出され得る。図１の実施例では、フィルタ膜の作用領域はおよそ１．０平方センチメートル、非作用領域はおよそ０．２２平方センチメートルであり、カッティング廃棄面積はゼロであった。この場合、製造時の利用効率はおよそ０．８２つまり８２パーセントとなる。楔形のフィルタ膜におけるこの利用効率水準は斯界で現用される円盤形状のフィルタ膜設計のそれよりもずっと高いものである。図２には図１のフィルタ膜１０の別態様が全体を番号１０’で例示されている。フィルタ膜１０’もやはり実質的に楔状に設計されたものであるが、近接端１２’及び遠方端１４’は実質的に直線形態の２つの縁部から形成されている。側部１６’及び１８’は近接及び遠方の各端１２’及び１４’を連結するが、図１の側部１６及び１８と全体的に同じものである。図２の楔状のフィルタ膜１０’は図１のフィルタ膜と実質的に類似の寸法形状を有し、その利用効率もおよそ８２パーセントである。
【００１３】
図１或いは図２の各フィルタ膜は、図２Ａ及び図２Ｂに示すようにフィルタ膜ストリップに沿って交互に向かい合わせた状態にロールダイによって予めスリット付けしたものを、切り屑部分を生じることなくカッティングすることにより入手される。当業者には、図１或いは図２のフィルタ膜形状を変更することができることを、また、本発明に於いて、付随する有益性と共にその他のフィルタ膜形状を使用することができることを認識されよう。しかしながら、一般に、フィルタ膜１０或いは１０’は、その形状にかかわらず、閾値以上の、例えば少なくとも約１０，０００ダルトンの分子量を持つ球状溶質を保持することができる。ＤＮＡ精製あるいは濃縮のためには、フィルタ膜１０あるいは１０’は少なくとも約３０，０００ダルトン以上〜約１５０，０００ダルトン以上の球状溶質を保持するための孔構造レートを有するべきであるのが好ましい。
【００１４】
図３を参照するに、本発明の遠心分離管或いは分離容器３０が示され、図１或いは図２のフィルタ膜１０或いは１０’が内部に配置されている。分離容器３０は全体的には、近接部分３２と、遠方部分３４と、長手方向軸線３６とを有する管である。分離容器３０の近接部分３２は円筒状、例えば、実質的に直径が一定の円筒状であり、一方、遠方部分は実質的に円錐状であり、閉鎖先端３７に向けて傾斜している。遠方部分３４は少なくとも１つのポート部分３８を有し、好ましくは２つ〜４つのポート部分３８を有する。
【００１５】
本発明で使用する分離容器３０の１例は、ポリプロピレン製の、従来からのマイクロ遠心分離管と類似のものであり、約０．６ミリリットルの材料を保持し、結局、約１．５〜約２．０ミリリットルの間の容量を持つもっと大きなマイクロ遠心分離管内で収受され得るものである。分離容器３０は広範囲の角度及び力に於いて遠心分離され得、２０，０００Ｇまでの力に耐えることができるように形成するのが好ましい。分離容器３０は４５°の固定角度ロータで使用し得、或いは、回転プラットフォーム装置のフィクスチャ孔内に配置することができる。分離容器３０は長手方向長さが約１．０〜約５．０センチメートルの間であり、約０．５センチメートルを除くその殆どの部分がポート部分３８の上方に位置付けられる。
【００１６】
しかしながら、各ポート部分３８は、多数含まれてはいても全体的には同一輪郭のものであり、作用するところの分離容器３０の長手方向に沿って同じ高さ或いは変化する高さ位置に位置付けることができる。以下に図４及び図５を参照してもっと詳しく説明するように、フィルタ膜１０は、大きなフィルタ領域を遠心力ベクトルと実質的に整列し且つポート部分３８を覆うように配向した状態で分離容器３０に取り付けられる。ここでは例示されないが本発明は、これに限定することなく、実質的に円筒状の管、或いは全体に円錐形で近接部分３２を持たず、先端部４７以外のフィルタ膜で本来覆われた部分全体が濡れ壁領域である複数の管を含む異なる形状の管の利用をも意図している。
【００１７】
分離容器３０の遠方部分３４には端部を閉じた残留物領域４０が含まれる。この残留物領域４０内で所望の残留物が高率で分離され、かくして、ろ過や乾燥すること無く回収され得る。図３に示されるように残留物領域は、軸線３６が遠心分離力のベクトルと整列する角度に依存してポート部分３８から部分的に或いは全体的に遠い位置に位置付けられる。残留物領域４０は所望の残留物が予め決定された量に於いて維持され、この残留物が、一般に斯界に既知の、例えばピペッティングあるいはロボット装置あるいはそうでない場合は自動装置を介して除去され得るような形状及び配置とされるべきである。例えば、容量が６ミリリットルの容器では各ポート部分は残留物領域４０の容積が２〜２０マイクロリットルとなる高さに位置決めされ得る。
【００１８】
図４を参照するに、図１のフィルタ膜１０が、図３の分離容器３０内に配置する組み立て状況で示されている。フィルタ膜１０の縁部は分離容器３０内に嵌入するように丸められる。フィルタ膜は楔形状であることから実質的に自己案内性を有している。詳しくは、フィルタ膜１０の狭幅の先端部を分離容器３０内に導入すると、分離容器３０の入口から円錐状の遠方部分３４に向けて移動するにつれ、フィルタ膜はこの遠方部分の形状と合致して良好に整列する切頭円錐状のシェル形状に丸められて側部１６及び１８が寄せ合わされ、近接端１２と遠方端１４とが完全な周縁部を形成する。
【００１９】
フィルタ膜１０は、任意の好適な或いは適宜形状のロッド、マンドレル、フォークその他を使用して分離容器３０の遠方部分３４に導入され、この遠方部分３４を通して遠方に移動される。フィルタ膜は、以下に説明するような、フィルタ膜をシールするためのそれと同じ機器を使用して、分離容器３０の遠方部分３４に導入され得る。図４には特に示されないが、図２のフィルタ膜１０’を分離容器３０の遠方部分３４内に同様に導入し、この遠方部分を通して移動させることができる。
【００２０】
フィルタ膜１０は、遠方部分３４の予め決定した遠方位置に移動した後、随意的には分離容器３０の外側表面に真空を適用してポート部分３８にぴったりと接触する状態でポート部分から引き出し（或いは挿入マンドレルの先端に真空を適用することにより引き出し）、次いでその周囲部分を分離容器にシールすることができる。図５に示すように、一般に、フィルタ膜と、近接シール部分５０と、遠方シール部分５２と、少なくとも１つの垂直縁部シール部分５４とをシールする３つのバンドが設けられる。フィルタ膜１０は色々な方法でシールすることができる。例えば、接着材或いは、非作用領域２２のあるいは非作用領域に沿った溶融ポリマー、或いは、非作用領域及び容器胴部との熱融着によってシールすることができる。しかしながら、シール方法に拘わらずフィルタ膜１０を非作用領域２２の周囲で分離容器３０にシールしてフィルタ膜全体が単数或いは複数のポート部分３８を覆うようにし、材料がフィルタのみを通して排出され、次いで単数或いは複数のポート部分を通過するようにすべきである。更には、フィルタ膜１０の最遠端は単数或いは複数のポート部分３８に向けて伸延し、それらポート部分のすぐ遠方部でシールされ得、或いはもっと伸延して残留物領域４０に入るようにしても良い。
【００２１】
フィルタ膜１０は図６に示されるような熱溶接挿入工具（以下、単に加熱工具とも称する）６０によりシールされ得る。上述したように、加熱工具６０は細長いハンドル６２と、円錐状先端６４とを有するのが好ましく、円錐状先端６４は、加熱工具がフィルタ膜１０を分離容器３０の遠方部分３４に導入し、次いで遠方部分の壁に押し当て、外側に押圧してフィルタ膜をその場でシールすることができるような形状を有する。更に、加熱工具６０及びフィルタ膜１０は、フィルタ膜が加熱工具６０によってひび割れを生じたり擦傷が付かないよう、また加熱工具に粘着することなく加熱工具６０によってシールされ得るような、それぞれ形状及び材料製のものとするべきである。
【００２２】
例示的実施例において、加熱工具６０は分離容器３０の遠方部分３４と実質的に同じ形状或いは輪郭を有する遠方端６６を有する。加熱工具６０の遠方端６６の表面には加熱工具のハンドル６２に収納された導体によって賦活される複数のヒータ線或いはヒータリボン６８も含まれる。これらのヒータ線或いはヒータリボン６８は、電気的に作動されて確定領域を過熱し、短時間、例えばおよそ２秒でフィルタ膜１０に所望のシールを創出するニクロム線或いはニクロムリボン或いはセラミックリボンバンドであり得る。加熱工具６０の表面は、フィルタ膜１０の把持及び位置決めを改善するための、格子型押しのような特徴、あるいは真空通路のみならず整列タブを有し得る。加熱工具は先端位置に複数の真空通路を有し、この真空通路に真空を適用してフィルタ膜１０の前カッティングした部片を取り上げるようにするのが好ましい。次いで、フィルタ膜は容器に挿入され、容器のポート部分の外側から真空を適用するに際して加熱工具から釈放され、真空によって容器壁にしっかりと接触する位置に引き込まれ、次いで、先に説明したように溶接される。しかしながら、当業者には、ＲＦその他手段を使用して加熱工具６０を加熱し得、加熱工具の把持能力を他の方法で増大させことができることを認識されよう。
【００２３】
図７には、シールされたフィルタ膜１０を有する分離容器３０の斜視図が示される。分離容器３０は遠心分離のためのマルチウェルトレーの１つのウェル内に配置されるようになっており、分離容器３０の近接部分３２はフランジ７０を含んでいる。フランジ７０は、分離容器３０を個々のウェル或いは遠心分離用のマルチウェル容器に挿入させことができるに好適な任意の形状を有し得、図７の実施例では実質的に四角形とされている。
【００２４】
本発明の分離容器３０は任意の従来通りの単独ウェル型の或いはマルチウェル型の遠心分離装置で使用することができる。マルチウェル型の遠心分離装置には、これに限定するものではないが、回転プラットフォーム装置が含まれる。図７に示す形式の複数の分離容器３０（１つ、２つ或いは必要に応じて多数の）をマルチウェルキャリヤ内に別個に配置することができる。次いで随意的に、マルチウェルキャリヤを受け用のマルチウェルトレー８５（図１０Ｄ参照）の上方に配置する。受け用のマルチウェルトレー８５は、各遠心分離管の下方位置で合致するこれら受け用のマルチウェルキャリヤの内側に配置した各遠心分離管の先端３７の底端部位置から滴下するろ液を量的に収集するために使用される。より一般的には、分離容器３０を８（図８参照）個〜１２個からなる容器ストリップとして製造し、各容器ストリップが従来からの９６ウェルプレートホルダの１つの列或いはカラムを充填することができる。しかしながら、本発明の分離容器３０は、遠心分離管の数あるいはマルチウェルのマトリクス方向に拘わらず、マルチウェル型の任意の遠心分離機で使用することができる。更には、例えば、４つ以上のそうした分離容器３０を大型の単独ウェル内に配置するための特別のアダプタプレートを形成し、ろ過セルを既存の容器或いは遠心分離機に適合させ、あるいは従来からのバッチ寸法を収受させることが可能である。
【００２５】
図１０Ａ〜図１０Ｄに示すように、シート或いは個別の楔形状のフィルタ膜１０を溶接あるいはそうでなければ軸方向平面７５に沿って２つの半分体に接着し、必要であれば各遠心分離管間の記号“ｅ”の位置で余分なフィルタ膜を切り離して連結或いはシールの信頼性を保証し、次いで、半分体を相互に溶接し、各ウェル半分体が中心平面位置或いはそのすぐ隣の番号５４の位置で２つの垂直シール縁部を有してなる一体ストリップを形成することにより、複数のチャンバを含むストリップ８０を作成する実施例配列も本発明の範囲に含まれる。この実施例ではフィルタ膜は容器の壁全体と実質的に同延され、線７６で示すように、チャンバ表面積全体がろ過に係わるものとなる。
【００２６】
本発明の単数或いは複数の分離容器３０或いはそのストリップ８０は個別ウェル型遠心分離機への、或いはマルチウェル型遠心分離機のストリップ或いはカートリッジへのそれらの配置を、ロボット若しくは自動化装置を使用して行えるような形状とされる。同様に、残留物領域が妨害なく軸線方向に位置決めされることで、残留物エリアへのサンプル材料の追加と残留物エリアからの残留物の除去とがロボットその他の自動化装置を使用して実施され得る。随意的には、残留物は蛍光測光、分光測光あるいは照度計測光を使用して残留物エリア内で直接分析され得る。更には、本発明は定容連続ろ過に適合させることができる。
【００２７】
この場合、円錐状端部を有するポート部分付きの管にその縁部に沿ってシールされた形態のフィルタ膜が、同中心の、しかもフィルタ膜から離れた中央の小さい遠方部分に所望の残留物を有益に配置せしめる。かくして、ピペットはフィルタ膜と接触することなく残留物に正確に達することができる。円錐状端部それ自身は約１０〜約３５度の角度、最も好ましくは約１０〜２０°の角度の頂部を有し、フィルタ膜がこの円錐状端部内で遠心力ベクトルに関し僅か約５〜約１０度の急角度で配置されるようにするのが好ましい。これにより、フィルタ膜面に堆積した濃密な、ゲル状の、分子量のずっと大きい残留物の、円錐状端部の頂部への移動を効率化するための、それら残留物の連続的な剥落が促進される。更には、濃度分極された大きな残留溶質の蓄積が最小化されることで、遠心分離サイクルを通しての流動率の高率化及び小分子量の残留物の最小化が達成される。
【００２８】
図９には図３の分離容器３０の別態様が番号３０’で示され、フィルタ膜１０’がポート部分３８から幾分遠方に延長されている。これにより、残留物容積が所望量に近づく遠心分離サイクルの終了直前にも作用し続けるフィルタ膜１０’の範囲部分２０が有益に増大される。更には、フィルタ膜１０’の、ポート部分を越えた延長部分が流体静力学的なデッドストップを創出し、結局、米国特許第４，６３２，７６１号に完全に説明されるような機構を使用しての所望容積への接近がずっと速くなる。或いは、遠方シール部分５２を最遠方のポート部分３８の本来シルの高さに位置付けることもできる。この場合にはデッドストップは、シーケスタリング（ｓｅｑｕｅｓｔｅｒｉｎｇ）つまり、残留物を遠心分離管の残留物領域４０のコップ形状の小さい頂部内に隔離することによってのみ提供される。
【００２９】
説明された実施例を０．６ミリリットルのマイクロ遠心分離管を使用して作成し、これを回転プラットフォーム装置上で旋回させた場合、最終的な残留物容積はおよそ０．００６ミリリットルとなる。４５°ロータで旋回させた場合の残留物容積は約０．００２ミリリットルである。図９の概略的な縮尺上からも分かるように、０．６ミリリットルの容積のおよそ７５パーセントはフィルタ膜１０’の近接シール部分５０よりも上方の部分であり、かくしてこの設計形状でのフィルタ膜の、この容積範囲の従来装置のそれの２倍である１．０平方センチメートルの作用領域が、容積減少過程全体を通しての、例外的に高いフィルタ膜の作用領域対流体容積比を実現する。これにより、タンパク質の限外ろ過速度は既知の装置のそれの少なくとも２倍になることが予測される。分離容器３０の、作用膜領域２０に隣り合う内側壁部分に粗いモザイク模様を成形し、ろ液がフィルタ膜と遠心分離管の壁との間の間隙に沿って単数或いは複数のポート部分に向けて横方向に流れるようにすることで、タンパク質の、特に、１２，０００ｒｃｆ以上で遠心分離する場合に得られる１．０３４ＭＰａ（１５０ｐｓｉ）を越える膜圧でのろ過速度が更に改善される。
【００３０】
図１０に示す装置ではフィルタ膜面積は、有益には図９の装置のそれの３倍であり、サンプル容積の容量は２／３倍である。かくして、ＤＮＡの定量連続ろ過のスループット及び速度は共に一段と増大される。更に、プラスチック製のチャンバの、先端部を除く全部を覆うセルロース系の膜が高分子の容器壁面へのＤＮＡの吸着損失を有効に防止する。またフィルタ膜は、図９を参照して先に説明したように、終端位置への到達をより迅速化させるための静力学的デッドストップ創出のために位置決めされ得る。かくして、本実施例の発明によれば、未使用のプライマを除去し、増幅後のＰＣＲ製品を採集するための、ＤＮＡ増幅のための新規且つ有効な方法が提供される。
【００３１】
この点に関し、Ｃｅｎｔｒｉｃｏｎ（登録商標）１００装置でＹＭ−１００再生セルロース膜を使用する場合、約５００ｂｐよりも大きな最適のＰＣＲＤＮＡ製品を残留させ、もっと小さいオリゴヌクレオチドプライマを除去するためには、ろ過速度を毎分１ミリメートル以上とする必要があることが報告（Ａｍｉｃｏｎ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ３−４）された。図９に示す本発明の装置のフィルタ膜の作用領域は、ＤＮＡを高率回収するために必要な再生セルロース膜を使用する、現在入手することのできる任意のマイクロ遠心分離装置におけるそれの３倍であることから、毎分１ミリメートルのろ過速度でのＤＮＡ定量連続ろ過に要する時間は３倍も短くなることが予測され得る。
【００３２】
本発明の１つの好ましい実施例において、フィルタ膜１０は２層フィルタ媒体から形成される。この２層フィルタ媒体には、超高分子量の微孔質ポリエチレン（ＵＨＭＷＯＥ）からなる外側多孔質フィルムに載置した内側再生セルロース限外ろ過キャストが含まれる。１つの好適な材料は、ミリポア社から浄化システム用フィルタシート材料ＰＬＣＣＣ、ＰＬＧＣＤ、ＰＬＣＧＣ、ＰＬＣＴＫあるいはＰＬＣＨＫとして販売されるものであり、各フィルタシート材料は、平均分子量が夫々５０００、１０，０００、３０，０００、７０，０００あるいは２００，０００を越えるダルトンの球状溶質を維持することが見出された。別の好適な材料は、ＦｒｅｕｄｅｎｂｅｒｇあるいはＴｙｖｅｋの裏当てに再生セルロースを載置した、ドイツ国のＫａｌｌｅ社から入手することのできる、或いはミリポア社のＡｍｉｃｏｎ事業部からＹＭライン膜として入手することができるものである。
【００３３】
フィルタ膜の再生セルロース膜は溶融せず、一方、ポリオレフィンからなる裏当て材料は従来からのポリプロピレンからなるマイクロ遠心分離管の融点よりも高い或いは類似の融点を有し、このマイクロ遠心分離管に親和的に自己溶接する。この特性により、先に説明したような過熱された円錐状の加熱工具６０を使用して簡単且つ清浄な装置を作成することが可能となる。有益には、フィルタ膜１０を容器の円錐状に傾斜した壁面に自己溶接させた後、加熱工具６０を、フィルタ膜の非粘着性の内面（例えばセルロースからなる）に沿ってよりはむしろ、この内面から離して抜き出す。かくして、過熱した加熱工具を使用して軸線方向に押圧して溶接させたフィルタ膜の表面に擦り傷が付かず、デリケートなフィルタ膜表皮が損傷することがない。つまり、円錐状表面に沿って接触する幾何学上、加熱工具は円錐状表面を釈放する方向に沿って引き込まれ、デリケートなフィルタ膜材料の剪断或いは引き裂きの発生が回避される。この装置を試作して試験したところ、製造の容易性を実証する、フィルタ膜の驚くべき高い一体性が示された。
【００３４】
上述したような有益なろ過速度や効率特性は、分離容器３０の円筒状部分内或いはその延長部分に位置決めしたフィルタ膜１０を使用することによっても達成される。その場合、分離容器３０の円錐状の先端３７をもっと短くし得、一方、円錐の角度をもっと大きくし、或いは遠心分離管を所望の残留物容積を保持する形態のものとすることができる。何れにせよ、フィルタ膜は遠心分離管、即ち、分離容器の周囲壁を越えて延長され且つこの周囲壁によって支持される。容器の周囲壁を越えるフィルタを使用するこの構造は、円筒状の遠心分離管或いは上述したような純粋に円錐状の管に対しても適用することができる。そうした場合、中実壁によって主に支持された比較的大きなフィルタ膜が、フィルタ膜の作用領域対リザーバ容積比を高め、一方、小さいポート部分がろ液のための逃出口を提供する。
【００３５】
フィルタ膜を周囲壁部分と同じ高さとし、残留物を円錐状の先端部に捕捉するようにした分離容器を提供するに際し、本件出願人の分離容器によれば、フィルタの入手可能な面積及び開放性が共に増大される一方、極めて少量が高効率下に有効回収され得る。サンプル容量対残留物容量の比は、ポート部分の相対高さと、リザーバの近接側の円筒状部分に大きなサンプル容量を設けることにより制御され得る。更に、膜の有効孔寸法を選択することにより最高割合での回収及び必要な旋回休止時間にわたる高度の制御が可能となる。
【００３６】
図９に示す装置は既存の分離容器或いは沈殿管のそれと同一の標準寸法において実施され得る。例えば、装置は市販の０．６ミリリットルのマイクロ遠心分離管を使用して残留物リザーバを形成した形態のものとすることができる。この寸法の管は従来の４５°の固定角度のマイクロ遠心分離機内で数の少ないサンプルと共に使用するための１．５〜２ミリリットルのろ液管内で収受され得るものである。或いは、同じ基本装置を、揺動プラットホームロータと共に使用するマイクロリットルトレーの９６のウェルの上方で８×１２の棚状に配列することができる。先に言及したように、開放された円錐状の残留物領域はロボットによるサンプル追加及び従来の実験室的なロボット設備を使用しての採集のために好適なものである。更に、０．６ミリリットルのサンプル容量と、５マイクロリットルの残留物領域とを使用することにより、濃縮機は１００倍を越える濃縮を達成する。
【００３７】
しかしながら、分離容器の寸法を大きくし、この分離容器に既存の遠心分離設備に対する互換性を持たせようとすると幾つかの重要な制限事項に遭遇する。かくして、例えば、類似の管を１５ミリリットルのサンプル管或いは沈殿管と共に使用すると、残留物領域の下方のろ液受けがマイクロ遠心分離容器の寸法及び内容物を制限し、一方、５０ミリリットルのサンプル管を使用すると、必要な大容量の遠心分離機の回転速度がずっと遅くなり、５，０００から２０，０００ダルトンの範囲の分子を保持するための孔寸法の小さいフィルタ膜を使用する装置の分離速度が著しく制限される。
本件出願人は、これらの制限事項を図１２Ａ〜図１２Ｃに例示される本発明の更に別の実施例において解決する。本実施例によれば、もっと大きな有効バッチ寸法が提供され、一方、極めて薄いサンプルを濃縮するために或いは改善された定量連続ろ過のために好適な、２０００：１を越えもするずっと高い濃縮比が達成される。
【００３８】
図１２Ａ及び図１２Ｂには本発明に従う構造の７ミリリットルの遠心分離管１３０が例示され、従来形式の、閉鎖キャップ或いは蓋１４１を有する１５ミリリットルサンプル管１４０内に位置決めされている。図示されるように、組み立てた一対の容器を角度が２８度のロータ内に配置した場合、容器１３０の、３マイクロリットルの残留物領域を確定するべく位置決めしたポート部分の下方の、残留物エリア内の静力学的デッドストップと同じ高さ位置に達する以前に受け容器１４０内に通過され得るろ液の最大容積は６．０６ミリリットルである。更に、図１２Ａに同じ角度で示されるように、合計容量が７ミリリットルであるマイクロ遠心分離容器に５．２ミリリットル或いはそれ以上が充填されると、有角のロータ内でのメニスカスは内側容器１３０の上部位置或いはその上方に位置付けられる。かくして、マイクロ遠心分離管内に収受されるサンプル容量のみならず、マイクロ遠心分離管の下方の受け用器内に収受されるべきろ液容量は共に、容器内でサンプルの溢出或いは傾瀉を生じることなく容器内でプロセス処理され得る材料量に明らかに制限を与えるが、これらの制限は固定角度ロータを使用すると減少する。例示された３マイクロリットルの残留物容量に対し、容器の達成し得る濃縮比は２ミリリットルサンプルからは６６６：１であり、７ミリリットルサンプルからは２３３３：１である。かくして、遠心分離管の溢出ライン（図１２Ａ）によって付与される５．２ミリリットルの制限が、達成し得る濃縮比を中間値である約１７３３：１に制限する。
【００３９】
本件出願人は、この制限を更に別の実施例の分離容器において解決する。この分離容器は、キャップを有する大型の受け用管内に嵌入され、過充填したサンプルを斜め配置状態に維持し且つ初期の遠心分離動作中に高い圧力状況を維持するため、そして、遠心分離中に分離容器内でのサンプル高さが低下し、受け用管内の圧力が上昇するに際して生じる負圧状況下にフィルタチャンバから残留物チャンバに空気圧力を循環させるための内側の安全弁として作用する逆止シールを備えた形態を有する。
【００４０】
図１２Ｃは図１２Ｂの分離容器１３０の釈放シール構造の好ましい実施例における部分拡大断面図である。図示されるように、分離容器１３０の外壁１３１は、受け容器１４０の胴部に載置されたフランジ１３２に向けて伸延される。受け容器１４０はシールガスケット１４２を有するキャップ１４１により閉鎖され、フランジ１３２はシールガスケット１４２を接触支持する上面１３４に向けて伸延している。ガスケット材料は圧縮性のウレタンフォーム材料であり得る。図１２Ｃに拡大して示されるように、分離容器の上面１３４はガスケットと接触し、内側に向く角度で上方に伸延し、ガスケットと接触して分離容器１３０の上部を閉じる液密バンドを形成する逆止シールリップ１３４ａを含む。逆止シールリップ１３４ａは、分離容器の外壁１３１と周囲の受け容器１４０の内壁との間を圧縮空気が上昇せしめられるに従い、増大する圧力により下方に偏倚され、かくして、受け容器１４０から分離容器１３０に空気圧力が送られるような十分な薄さ及び角度で配置される。この操作のために、図１１Ｂ及び図１１Ｃに通路２１２として最も良く示される成型されたバイパス通路が、受け容器と逆止シールリップ１３４ａを取り巻く空間との間を連通する。
【００４１】
図１２Ａに示すように、このシール配列構成により、分離容器１３０を過充填することが可能となる。つまり、分離容器を傾斜角度ロータ内に配置した場合にこの分離容器の上方に位置付けられたシールガスケット１４２の実質部分を濡らす程の高さに充填することができる。かくして、逆止シールリップは、分離容器１３０から受け容器１４０への或いはキャップから遠心分離機ドラム内への溢出を生じることなく、高速回転中に流体高さが低下する以前にシール部分に初期に発生する外側方向への比較的大きな圧力に対するシールを提供する。分離容器１３０は従って、ずっと低い５．２ミリリットルの、角度付きのオーバーフロー容量よりはむしろ７ミリリットル装填することができるために、３４パーセント大きい有効リザーバ容量と、相当して増大された濃縮比２３３３：１とを実現する。この目的上、分離容器１３０は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す既存の市販の１５ミリリットル管よりも容量の大きい円筒状の受け用器内で使用される。例えば、傾斜角度ロータにおいて分離容器１３０のポート部分の下方に７ミリリットルのろ液を保持するために有効な幾何学を有する、図１１Ｃに点線で例示するように改変した管状のヒートシンク２４０のような受け容器を使用すれば、通気される大容量の分離容器１３０を固定角度ロータにおいて完全に利用することができる。そのような受け容器は簡単な改変により既存のロータ或いはフィクスチャに収受され得る。キャップガスケットは、撓み性のリップと共に好適な正圧シール性及び負圧釈放性を実現するために、遠心分離管、即ち分離容器のキャップで使用する従来からの高分子材料よりも高弾性の材料で形成することができる。
【００４２】
図１２Ｃに示されるように、分離容器１３０のリムの外側部分１３４ｂはシールガスケット１４２にしっかりと接触して座着し、一方、フランジ１３２の底部周囲縁部１３４ｃは受け容器１４０の上部を接触シールし、かくして、受け容器１４００からの溢出を防ぐ二重シールを提供する。例示した７ミリリットルの受け容器は、面積が５．５平方センチメートルの、増長されたバッチ寸法を使用しての旋回休止時間を短縮させるフィルタを有し得る。
【００４３】
本発明の分離容器及び方法は、極めて高い回転速度下での運転を含む点が重要であり、従って、溢出通路が生じる恐れを回避するためのフィルタを下側の容器の壁に良好に取り付けると共に、だれ（ｓａｇｇｉｎｇ）やフィルタ膜破裂を防止するために壁によって良好に支持される必要がある。分離容器の内壁は粗い表面で形成し、その全領域でフィルタを支持する一方で、フィルタの外側と分離容器の内壁との間にろ液を流動させ或いはろ過させるようにするのが好ましい。残留物はフィルタの内壁から残留物領域に剥落し、ろ液は分離容器の外壁に沿って各ポート部分に浸透し、かくしてフィルタ流路とろ液流路とを共に開放状態に維持するのが効果的である。
【００４４】
分離容器の円錐状の表面と接触してフィルタ膜を組み込むために、本件出願人は、分離容器の内面に、図１１Ａから図１１Ｃに例示したような１つ以上の整列構造部分を設けることを更に意図している。図１１Ａには、分離容器そのものが、図１１Ｂにはフィルタ膜を有するアセンブリとして、また図１１Ｃには、受け容器に取り付けた完成状態での分離容器が示される。これらの各図には、リブ、ポート部分、シールリップなどの容器の各部材の方向或いは相対位置を例示する上方からの平面図と、相当する平面図の矢印方向での垂直側方断面図とが含まれる。
【００４５】
図１１Ａには、図１２の分離容器のような、７ミリリットル容量の分離容器２３０の平面図（上方パネル）と垂直側方断面図とが示される。平面図に最も良く示されるように、分離容器は周囲方向に沿って等間隔に設けた４つのポート部分２３８を有し、直径方向の平面に沿って容器壁から半径方向内側に突出するリブ或いはブレード２３１の形態の整列ガイドを更に含んでいる。リブ２３１は分離容器２３０の開口部（上部）付近からポート部分２３８の底部のやや上方の位置に伸延する。リブ２３１は、また、例えば幅が１．５〜２ミリメートルであり、各ポート部分間のセクタ内に位置決めさ得れ、半径方向に伸延してフィルタ膜２１０（図１１Ｄ）が分離容器内に挿通されるに際し、フィルタ膜の縁部２１０ａ及び２１０ｂを捕捉し且つ整列させる隆起壁部分を形成することができる。
【００４６】
フィルタ膜２１０は、フィルタ膜の縁部２１０ａ及び２１０ｂがリブの各側でリブと当接し、フィルタ膜２１０が分離容器の壁と整列する状態で外側方向に曲がるように寸法付け或いは角度を範囲付けするのが好ましい。例示されるように、フィルタ膜はシールバンド２１５ａ及び２１５ｂの夫々によって縁部２１０ａ及び２１０ｂに沿って分離容器の壁に付着され、周囲シールバンド２１５ｃ及び２１５ｄにより上縁部２１０ｃ及び底縁部２１０ｄの位置で更に取り付けられる。分離容器２３０には、フィルタ膜を初期に分離容器に挿入する際にフィルタ膜を捕捉し、整列させ、維持する高さ位置で分離容器の壁を押し込んで形成した円周棚部分２３４も形成するのが好ましい。つまり、フィルタ膜の上縁部は、フィルタ膜が分離容器に挿通されて降下し、ポート部分２３８を覆う高さに達した後に、この円周棚部分２３４の下方に然るべく弾発係入する。これにより、フィルタ膜は完全に安定化され且つ位置決めされ、接着材（もし使用する場合）を固化させ、或いは溶融工具或いは溶接工具（もし使用する場合）を挿通して、フィルタ膜が外れるあるいは非整列状態となる恐れを生じることなく、分離容器と連結させるべく移動させることができる。
【００４７】
シールバンド２１５ａ〜２１５ｄのフィルタ膜における専有面積は比較的小さいのが有益である。予備試験によれば、幅０．５〜０．７５ミリメートル、正味の表面積が１平方センチメートル以下のバンドが、図１２Ａ〜図１２Ｃに示され先に議論した大きな分離容器の壁に対し、前記表面積の５倍の面積のフィルタ膜を信頼下にシールすることが示された。図１１Ｄに点線で例示される追加のバンドａ、ｂ、ｃ、を更に設け、フィルタ膜の中央部分を分離容器壁に固定し、フィルタ膜が最終的なデッドストップ容積に近づくに際して露出されるに従い、自重で膨出しないようにすることができる。
【００４８】
上述したように、分離容器１３０内のフィルタ膜はフィルタ膜を損傷することなくその周囲部分に沿って分離容器にシールされる必要がある。この作業は、本発明の分離容器製造のために高度に自動化されることが望ましい。この目的上、熱作動線要素或いは熱作動リボン要素を有するマンドレル形状のインパルス溶接を使用して選択的に熱を加え、一方、溶融作業後は速やかに冷却することができる。他の方策は、フィルタ膜に接触させて成形プレス鉄を挿入することである。何れの場合でも分離容器は変形を防ぐために外部から支持され得る。
【００４９】
フィルタ膜を分離容器に熱溶接するために好適な１つの工具セットと、この作業の各段階が図１３Ａ〜図１３Ｆに例示される。図１３Ａには、上述した任意の分離容器と同一或いは類似のものであり得る分離容器２３０が例示され、ポート部分２３８を覆って容器内部に位置決めされたフィルタ膜２１０を有している。分離容器内へのフィルタ膜２１０の締着は以下の如くである。先ず、分離容器２３０を図１３Ｂに示すように受け用のヒートシンク２４０に接触させた状態で配置する。ヒートシンク２４０は銅のような伝熱性の材料ブロックであり得、分離容器２３０を受け且つ分離容器２３０のフィルタ膜を接着させるべき部分、例えば切頭円錐状の先端に合致するための形状とされた凹所を有する。入口穿孔が分離容器２３０の挿通を許容し、ヒートシンク２４０の入口穿孔は幾分大きく、かくして、分離容器を取り巻く上方アクセス部分２４１の円周方向に狭い間隙或いは逃げを提供する。
【００５０】
次いで、分離容器の軸線に沿ってシンブル状の或いは細長の中空の伝熱工具２５０を分離容器の下方に向けて挿入する。伝熱工具２５０は全体に細長のシャフト部分２５１と、先端部２５２とを有し、先端部は切頭円錐状に内側に向けてテーパ付けされその外側表面には突起を有する、以下に詳しく説明する肉厚の壁が、熱を受け且つ伝達する部材として機能し、また、フィルタ膜を被溶接部分に選択的に押圧するための幾分肉厚の中空のシンブル要素として作用する。先端部２５２の外側輪郭は半径方向に於いては対称的ではないが、図１１Ｄのシールバンド２１５ａ、２１５ｂに沿ってのフィルタ膜の突き合わせ溶接部に相当する、垂直方向に延びる突出嶺部２５２ａ、２５２ｂを含み、図１１Ｄの追加のバンドａ、ｂ、ｃに相当する位置に嶺部或いは隆起部を有し得、更に、図１１Ｄの周囲シールバンド２１５ｃに相当する円周方向嶺部２５２ｃと、フィルタ膜の下方縁部（図１１Ｄの底縁部２１０ｄの位置のシールバンド２１５ｄの部分）位置で分離容器２３０の内壁でフィルタを接触させ且つ押し当てるための、半径方向に突出する下方の拡開先端部２５２ｄとを含む。
【００５１】
各嶺部は急勾配の縁部と、ウェルが確定された上表面とを有し、伝熱工具の、シンブル要素として作用する先端部の外側表面の非接触部分から外側に約３０ミル突出する狭幅のストリップからなる接触領域を形成する。かくして、伝熱工具の先端部の外側表面の溶接ラインの外側に、フィルタ膜の非溶接領域を過熱しないようにするために有効な逃げが創出される。突出嶺部２５２ａ、２５２ｂは調心リブ２３１（図１１Ａ）を跨ぎ、例えば、リブを接触することなく収受するための狭幅の長孔を有する単一の嶺部から構成され得る。加熱工具２５０を分離容器内に降下させるとこの長孔が加熱工具を分離容器内で配向することができる。溶接ライン位置の様々の嶺部と隆起とは、高水準の熱を後付加した場合に意図された溶接が一様化され、また、伝熱工具を分離容器に降下させた場合に伝熱工具を調心させ、分離容器自体が破壊されないことを保証するよう作用する。
【００５２】
伝熱工具２５０は、熱アプリケータを挿通させる中央穿孔２５５を有する。中央穿孔２５５に挿通した熱アプリケータは次いで下方に前進され、伝熱工具２５０の先端部２５２の内壁と接触し、その接触部分２５３に沿って伝熱工具の壁に熱を伝達する。上述したように、伝熱工具の先端部は肉薄の壁を有し、この壁が、最小の熱質量と、急速加熱特性及び急速冷却特性とを提供する。次いで、熱は周囲のフィルタ膜に伝達される。ロッド状の熱アプリケータ２６０は伝熱工具の先端部と密着してその温度を一様且つ急速に上昇させるが、フィルタ膜は、伝熱工具２５０の外側表面の、分離容器の壁に接近した或いは接触して支承される突出嶺部或いは隆起部の位置で優先的に加熱される。熱アプリケータ２６０の先端部はその周囲の伝熱工具内に精密に嵌合され、また、伝熱工具２５０及び熱アプリケータ２６０は、加熱アセンブリのこれら２つの要素を絡まらせることなく正確に挿入しそして取り出せるように、また、熱アプリケータ２６０を、接着させたフィルタ膜を冷却させ固定する際に破壊せずに取り出せるように、各々その上端部位置で個別に保持される。
【００５３】
伝熱工具２５０或いはその先端部２５２は、分離容器２３０に挿入するに先立ち中庸温度に前加熱或いは前加温することができる。しかしながら、本発明の主たる様相に従えば、熱アプリケータ２６０は主たる熱源を形成し、過熱、即ち、例えば分離容器の材料或いはフィルタ膜の裏当ての融点よりも数百度高い非常に高温に加熱され、それ故、伝熱工具を溶融温度以上に過熱するための素早く且つ制御された熱インパルスを提供する。例えば、熱アプリケータ２６０は伝熱工具２５０に挿通された場合にこの伝熱工具に素早く且つ有効に熱エネルギーを付加するために、約４００〜４７５℃（７５０〜８７５°Ｆ）に維持され得る。伝熱工具２５０の使用は初期の周囲温度及び８０℃の間の低い温度から開始され得る。
【００５４】
一般に、本件出願人は、フィルタ膜をこの様式で位置決めするに際しての熱溶接を図１４に示すような段階で実行することを意図している。先ず、フィルタ膜を分離容器内に位置決めし、フィルタ膜の一方側に伝熱工具を配置し、一方、ヒートシンクがフィルタ膜の他方側で分離容器を支持する状態でフィルタ／分離容器を配置する。次いで２ステージに於いて溶接を好ましく実施する。即ち、フィルタ膜を、伝熱工具の嶺部と接触する部分を部分的に加圧する前加熱ステージを実施し、次いで、伝熱工具を前進させてフィルタ膜にもっと強く押し当て、意図した接着ラインに沿って確実に連続溶融させる加圧及び加熱ステージを実施する。加熱ステージでは、熱アプリケータ２６０を５〜１０ミル前進させる及び又は熱アプリケータ２６０を介してもっと大きな圧力を付加することで、或いは同等には、ヒートシンク２４０を若干距離上昇させることで、増大された圧力が付加され得る。次いで、熱アプリケータ２６０を抜き出してアセンブリを固定し、冷却後、分離容器から伝熱工具２５０を取り出し、伝熱性の材料ブロックであるヒートシンクから分離容器を取り出す。
【００５５】
これらの段階は図１３Ｃ〜図１３Ｆに詳しく例示されている。図１３Ｃに示されるように、前加熱段階では熱アプリケータ２６０は中庸の或いは弱い圧力である委は加圧されて伝熱工具２５０内に前進され、その切頭円錐状の先端部が伝熱工具２５０の内壁に接触する状態に於かれ、様々の突出嶺部２５２ａ、２５２ｂ〜が周囲のフィルタ膜と接触する状態となる。例えば、フィルタ膜の厚さが約１０ミルであると、突出嶺部は縁部溶接ライン２８３の部分の下方の且つ円周方向バンド２８１、２８２の位置でフィルタ膜を例えば２〜５ミル加圧し得、伝熱工具のそれ以外の外側表面は、非接着部分２８４のように、フィルタ膜の上方のその他の部分の上方にあってフィルタ膜に認識し得る熱を伝達することがない。この段階に於いて、伝熱工具の外側表面の非突出部分はフィルタ膜上方の約０．０２〜０．１２センチメートル（１０〜５０／１０００インチ）の位置にあり、それ故、僅かな熱が、直接的な接触或いは伝熱を生じない輻射或いは対流手段によって非効率的に伝達されるに過ぎない。その結果、フィルタ膜は接着部分が優先的に加熱されてフィルタ膜の溶接部分内の水は蒸気となり、かくして、伝熱工具２５０と分離容器２３０及びフィルタ膜の内壁との間の間隙は逃出するための空間として十分なものとなる。例示上、初期温度が３９３．３〜４８２．２℃（７４０〜９００°Ｆ）である熱アプリケータ２６０は、再生セルロース膜をポリプロピレン製の分離容器に取り付け、接着ストリップを１０〜８０ミルの幅において前加熱するための前加熱段階中、伝熱工具温度を約１２１．１〜１４８．８℃（約２５０〜３００°Ｆ）とする。
【００５６】
前加熱位置に数分間維持して蒸気を逃出させた後、熱アプリケータ２６０或いはヒートシンク２４０を更に加圧或いは移動させ、伝熱工具と熱アプリケータとを分離容器２３０内に更に前進させてしっかっりとした伝熱接触を確立させると共に、フィルタを周囲その他の溶接を意図するバンドに沿って分離容器壁にシールする。図１３Ｄには、完全に加圧した状態での溶接状況が例示される。この時点での伝熱工具の温度は例えば約１７６．７〜２０４．４℃（３５０〜４００°Ｆ）の範囲であり、一方、熱アプリケータ２６０の温度は、例えば約２４８．９〜３４５．６℃（約４８０〜６００°Ｆ）に低下され得る。クランプ２７０を閉じて熱アプリケータ２６０を引抜き、分離容器の温度をヒートシンク２４０への伝熱によって低下させると共に、伝熱工具２５０のシャフトを接着が固化するまで立てておく。このように、フィルタそのものを擦過するあるいは損傷させることなく、制御された熱塊がデリケートなフィルタの溶接部分に優先的に移行される。次いで、伝熱工具が除去され、完成した分離容器２３０がヒートシンクから引き出される。図１３Ｆに例示されるように、接着ライン２１５ａ、２１５ｃ、２１５ｄ、ａ、ｂ、は分離容器壁及びこれらの部分の裏当て材料と相互に融合されることから、完成したアセンブリにおいて明瞭に目視することができる。
【００５７】
この製造方法には、伝熱工具２５０及び熱アプリケータ２６０の熱質量が精密に決定されることに加え、アセンブリ温度が上昇した際に、フィルタの実際の移動或いは剪断動作を伴わずに前加熱及び融着の双方のためにフィルタに付加される熱量が精密に制御されるように、これら伝熱工具及び熱アプリケータの出発温度と、伝熱工具２５０内での熱アプリケータの滞留時間とを共に設定することができるという大きな利点がある。ヒートシンク２４０は分離容器壁を通して急な熱勾配を確立し、分離容器２３０の胴部を無傷に保ち且つ素早い硬化時間を保証する一方、分離容器の狭幅の接着ラインとフィルタの接着部分に沿っての確実な融合を保証するための高水準の圧力を付加することができる。
【００５８】
熱アプリケータ２６０は、この熱アプリケータ２６０を、例えば約４８２．２℃（９００°Ｆ）に維持した銅ブロックのような大きな加熱ブロック内にしっかりと取り付けることで所望温度に維持することが可能であり、また、例えば、先端温度を好都合にモニターし、再加熱サイクル或いは対流サイクルを制御するための内部熱電対を設けることができる。随意的には、熱アプリケータ２６０に内部加熱要素を組み込み、各溶接サイクル間の熱回収時間を短縮することができる。更には、溶接するべき膜材料から水分を選択的に排出させることにより、融合部の欠陥をもたらす気泡の発生或いはフィルタ膜の座屈が防止され、また、セルロース系材料からなるフィルタ膜の関連部分が、フィルタ膜の作用に影響を受けることなく乾燥され、何ら機能を損なうことなく水和状態に維持される。
【００５９】
図１３及び図１４のフィルタ膜の取り付け方法は、もっと一般的に、その他の幾何学形態、例えば、平坦な窓形態、或いは開放状態に湾曲させたシート、或いは図１０Ａ〜図１０Ｃのクラムシェル形態の幾何学形態のものにも適用することができる。この場合、図１０Ａ〜図１０Ｃの多数のクラムシェル形態の一方に適用する場合は、伝熱工具は、所望の溶接を生じさせるための型押し突起を有する分離容器の全体形状と合致する凸状輪郭を有するシート状部材とすることができる。この場合、熱アプリケータは、円錐状の先端を有するロッドではなく、伝熱工具の、フィルタ膜を押圧する部分の裏面に合致する接触部分を持つ相当形状に形状付けされ得る。何れの場合でも、移行プレートを使用して分離容器とフィルタとのアセンブリを最小移動量の下にフィルタ膜面に対して保持し、また、前加熱開始位置に一時的に移動した過熱された加熱用アセンブリの伝熱特性を中庸化することで、フィルタ膜と分離容器壁との間に一様且つ信頼下の接着ラインを形成する間のフィルタの一体性が保証される。
【００６０】
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなすることができることを理解されたい。
【００６１】
信頼下に製造及び使用することのできる遠心限外ろ過装置が提供される。
高速の、効率的な、また自動処理に適した分離技法が提供される。
ろ過容器或いは濃縮容器の改良アセンブリあるいはその製造のための改良方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明で使用するフィルタ膜のための成形フィルタの平面図である。
【図２】  別態様の成形フィルタの平面図である。
【図２Ａ】  大きな連続シートから図１のフィルタ膜をことができるための切断模様の例示図である。
【図２Ｂ】  大きな連続シートから図２のフィルタ膜をことができるための切断模様の例示図である。
【図３】  本発明の１実施例における分離容器の概略図である。
【図４】  図３の分離容器へのフィルタ膜の組み込み段階を例示する例示図である。
【図５】  図３の分離容器へのフィルタ膜の別の組み込み段階を例示する例示図である。
【図６】  図５の段階を実施するための熱溶接挿通工具の１実施例の概略図である。
【図７】  四角形のフランジを有する完成状態での分離容器の斜視図である。
【図８】  別態様での分離容器のストリップ列或いはカート嶺部列の斜視図である。
【図９】  フィルタ膜が出口ポート部分の末端に向けて伸延する別態様の分離容器の部分断面側面図である。
【図１０Ａ】  図８のストリップ列に類似するストリップ列の製造段階の例示図である。
【図１０Ｂ】  図８のストリップ列に類似するストリップ列の製造段階の例示図である。
【図１０Ｃ】  図８のストリップ列に類似するストリップ列の製造段階の例示図である。
【図１０Ｄ】  図８のストリップ列に類似するストリップ列の製造段階の例示図である。
【図１１Ａ】  本発明の濃縮容器及びフィルタの他の実施例の例示図である。
【図１１Ｂ】  本発明の濃縮容器及びフィルタの他の実施例の例示図である。
【図１１Ｃ】  本発明の濃縮容器及びフィルタの他の実施例の例示図である。
【図１１Ｄ】  本発明の濃縮容器及びフィルタの他の実施例の例示図である。
【図１２Ａ】  図１１Ａ〜図１１Ｃの実施例の通気操作状況の例示図である。
【図１２Ｂ】  図１１Ａ〜図１１Ｃの実施例の通気操作状況の例示図である。
【図１２Ｃ】  図１１Ａ〜図１１Ｃの実施例の通気操作状況の例示図である。
【図１３Ａ】  別の製造方法及びその実施状況のための工具の例示図である。
【図１３Ｂ】  別の製造方法及びその実施状況のための工具の例示図である。
【図１３Ｃ】  別の製造方法及びその実施状況のための工具の例示図である。
【図１３Ｄ】  別の製造方法及びその実施状況のための工具の例示図である。
【図１３Ｅ】  別の製造方法及びその実施状況のための工具の例示図である。
【図１３Ｆ】  別の製造方法及びその実施状況のための工具の例示図である。
【図１４】  本発明の方法の段階の例示図である。
【符号の説明】
１０、１０’  フィルタ膜
１２、１２’  近接端
１４、１４’  遠方端
１６、１６’、１８、１８’  側部
２０  作用領域
２２  非作用領域
３０  分離容器
３２  近接部分
３４  遠方部分
３６  長手方向軸線
３８  ポート部分
４０  残留物領域
４７  先端部
５０  近接シール部分
６０  加熱工具
６２  ハンドル
６６  遠方端
６８  ヒータリボン
７０  フランジ
７５  軸方向平面
８０  分離容器のストリップ
８５  受け用マルチウェルトレー
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１４】
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