用于蛋白质分离的步进式切换多柱式连续逆流液－固层析设备制造技术

一种多柱式连续逆流液固层析设备，它包括装有多个层析柱和上下两个盘的动组件、具有与动组件上下盘外侧紧密接触的两个盘的静组件以及步进式切换控制装置。各个层析柱用与静组件中孔道外端连通的软管串联成吸附段、洗涤段、洗脱段和再生平衡段等的层析系统。静组件小孔距离轴心的分布半径与动组件盘面上各小孔的分布半径相同，静组件上下盘中的孔道数与动组件上下盘中的孔道数相同，且位置一一对应。本发明专利技术的设备可用于连续逆流层析分离和纯化蛋白质，与固定床层析技术相比，可以明显减少吸附载体的用量和流动相用量，提高分离后的产品浓度；连续操作也有利于分离操作的稳定性，提高产品质量和单位时间内处理能力。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出了一种步进式切换多柱式连续逆流液-固层析设备，特别是用于蛋白质层析分离的步进式切换多柱式连续逆流液-固层析设备。
技术介绍
柱层析技术具有很高的分离效率，是蛋白质产品分离纯化的主流分离技术。通常采用固定床间歇操作方式，操作简单，便于实施，成功应用于为数众多的分离过程。然而由于间歇操作方式需要先后进行上柱、展开和洗脱操作，操作周期长，每个时刻床层内只有一小部分固定相在工作，所以间歇操作存在着载体利用率低和过程效率低的问题，影响了过程的经济性。间歇操作的缺点推动了连续吸附技术的发展。随着吸附分离技术研究的深入，相继开发了多种用于实现连续吸附操作的设备形式，包括移动床、模拟移动床、旋转木马吸附系统等。(1)模拟移动床技术，将吸附柱分成多段，通过各股液流进出位置阀门的切换，来实现流动相和固定相之间的模拟逆流操作，以提高吸附操作的过程效率和分离效果。对于模拟移动床吸附层析，一般需要有一个整体的流动相循环，多采用三段操作或四段操作的封闭系统。对于如蛋白质分离这样的层析工艺，需要较多的进料、出料安排，包括目标产物的吸附、洗涤、洗脱，洗脱后的载体，还需要进行平衡处理，才能返回吸附重新使用；洗脱段和再生段的流动相不可避免地要与吸附段流动相发生一定程度的混合，具有较高离子强度的洗脱液和再生液与吸附段的流动相部分混合，会改变吸附段载体对蛋白质的吸附和分离性能，从而使得整个层析分离流程的操作效果偏离原先设计要求。而且蛋白质层析过程中物料的进、出口较多，应用模拟移动床来进行操作，在流程安排上很不方便。(2)移动床操作，流动相和固定相之间逆流运动，但由于载体在运动过程磨损破碎很快，不适用于蛋白质等生物产品的层析分离过程。(3)1997年10月14日授予的美国专利5,676,826公开了一种“旋转木马”连续吸附设备，其“旋转木马”结构由旋转盘及上、下两端分配器组成。通过机械装置的连续旋转来实现吸附柱连续切换，柱内一直有流动相通过，但旋转而上各切换口与固定盘面切换口的数目不同，切换过程中有时会出现两只孔道的液流同时流入一只层析柱，经过层析后，再分别流入两只不同的出口，造成了柱间混合和分离效率的降低。蛋白质层析分离所用载体多为凝胶，凝胶载体是软载体，容易被压缩变形造成较大的床层压力降；因此需要采用适当的操作方式，来实现固定相和流动相的逆流流动。
技术实现思路
本专利技术在综合考虑了蛋白质层析分离的特点，以及现有的连续逆流吸附设备中存在局限的基础上，提出了一种采用步进式转盘液流切换方式的新型多柱式连续逆流液-固层析设备，它包括动组件，所述动组件的中央部分固定装有环形支架，支架的内圈固定在转轴上，外圈上均匀分布了多个用于安装固定多根层析柱的固定装置，支架的上、下两侧各有一个盘，也固定在转轴上，该盘上开有多个与转轴呈同心圆形均匀分布的小孔道，孔道数目与层析柱数目相同，每个孔道的一端可与静组件盘上各个对应的小孔相通，另一端与各只层析柱相通，静组件，它包括与动组件上、下盘外侧紧密接触的两个盘，盘中有多个与转轴呈同心圆形均匀分布的小孔，孔道的内端分别与动组件盘上各孔道的外端相通，各个外端通过软管相互串联，将与孔道一一对应的各只层析柱分别组合成吸附段、洗涤段、洗脱段、再生段和平衡段，构成一个多柱层析系统，切换控制装置，由推动动组件转动的驱动电机、控制驱动电机和液流输送泵电源通断的时间控制器、定位装置组成；正常层析操作时，通过时间控制器切断驱动电机电源，接通液流输送泵电源；开始切换时，通过时间控制器的动作，接通驱动电机电源，切断液流输送泵电源，切换到位时，立即使驱动电机停转，恢复正常层析操作，静组件小孔距离轴心的分布半径与动组件盘面上各小孔的分布半径相同，静组件上下盘中的孔道数与动组件上下盘中的孔道数相同，且每次切换到位之后，位置一一对应。切换过程中，静组件和液流进出口位置不变，而动组件和层析柱转过一定的角度，相当于发生了流动相和层析载体之间的逆流相对运动。本专利技术设备中，为了实现多只层析柱间液流的连通和组合，可以采用液流流向控制面板；液流流向控制面板上有数目为静组件上或下盘中孔道数目的2倍的小孔道，每个孔道贯穿控制面板，在该控制面板的正、反两面均有一个开口，一端开口分别与上、下静组件盘上的各个小孔的外端相连接，作为液流进出各层析柱上下端的通道；另一端开口则用软管相互连接，把静组件各个外端串接起来，从而使得对应的各只层析柱柱依次首尾相连，分别组合成吸附段、洗涤段、洗脱段和再生平衡段，或者连接到进、出层析系统的液流管路上，作为液流进入、或离开多柱层析系统的关口。本专利技术设备中，为了可靠地实现层析柱切换后准确的定位，可采用步进式切换控制装置。通过控制装置实现动组件中层析柱的切换，造成流动相和固定相之间的逆流运动。而且，绝大部分时间内，本专利技术设备的转子部分(包括安装在其上的各层析柱)是静止的，流体流过层析柱，进行正常状态的层析分离；经过某一确定时间(由固定相运动速度决定)后，流体停流，转子迅速转动到下一位置，再恢复上述操作，不像传统的旋转木马设备为连续转动，减少了柱间返混，有利于得到更高的分离效率；这是本设备与传统旋转木马设备之间的重要区别。本专利技术设备提供了一种开放的层析系统，可以通入多股洗涤、洗脱和再生液流；通过在液流控制面板上，把对应于各层析柱的进、出口通道的各个孔道按不同组合方式连接起来，既可以实现闭环层析流程，又可以实现开环的层析流程；总的层析柱数目、层析各段过程中的不同工作段(吸附、洗脱、再生等)包括的层析柱数目、各种进出液流的相对位置等条件，都可以改变。采用本专利技术设备，可以明显减少吸附载体的用量和流动相用量，提高分离后的产品浓度；连续操作也有利于分离操作的稳定性，提高产品质量和单位时间内处理能力。附图说明图1是本专利技术连续逆流液固层析设备主体结构的示意图。图2是基因工程人血清白蛋白和杂质的连续逆流液固层析流程的示意图。图3是人血清白蛋白和卵清蛋白混合的连续逆流液固层析流程的示意图。图4是本专利技术连续逆流液固层析设备进行切换时定位控制的原理示意图。具体实施例方式如图1所述，本专利技术所提出的步进切换多柱式连续逆流液固层析设备100包括动组件101A，101B、静组件102A，102B、转轴103、液流流向控制面板104和步进式切换控制部分。动组件101A，101B的主要部分固定在一根转轴103上。转轴上、下两末端分别以轴承固定，一端与驱动电机相连；当驱动电机处于通电状态时，在电机驱动下，可以实现动组件的旋转切换。动组件101A，101B之间的中央部分固定装有环形支架，支架的内圈固定在转轴103上，外圈上均匀分布了多只用于安装固定多根层析柱105的固定装置，优选是凹槽。固定装置的数目一般为4-50，优选为4-32，更好为4-16，然而只要支架上有足够的位置，可以固定更多的层析柱。层析柱在支架上的分布外形可以是任何形状，如正方形、长方形、棱形、平行四边形、圆形、椭圆形等，但优选是圆形。支架的上、下两侧分别是一只盘，盘上开有多个与转轴呈同心圆形均匀分布的小孔道，孔道的数目与层析柱的数目相同，孔道的一端与静组件盘上各个对应的小孔相通，另一端与各只层析柱相连。每根层析柱的上、下出口分别用软管与动组件上、下两侧盘上的孔道一一对应相连。正常操作时，动组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多柱式连续逆流液固层析设备，它包括：　　　　动组件，所述动组件的中央部分固定装有环形支架，支架的内圈固定在转轴上，外圈上均匀分布了多个用于安装固定多根层析柱的固定装置，支架的上、下两侧各有一个盘，该盘上开有多个与转轴呈同心圆形均匀分布的小孔道，孔道数目与层析柱数目相同，每个孔道的一端与静组件盘上各个对应的小孔相通，另一端与各只层析柱相通，　　　　静组件，它包括与动组件上、下盘外侧紧密接触的两个盘，盘中有多个与转轴呈同心圆形均匀分布的小孔，孔道的内端分别与动组件盘上各孔道的外端相通，各个外端通过软管相互串联，将与孔道一一对应的各只层析柱分别组合成吸附段、洗涤段、洗脱段、再生段和平衡段，构成一个多柱层析系统，　　　　切换控制装置，它包括推动动组件转动的驱动电机、控制驱动电机和液流输送泵电源通断的时间控制器、定位装置；正常层析操作时，通过时间控制器切断驱动电机电源，接通液流输送泵电源；开始切换时，通过时间控制器的动作，接通驱动电机电源，切断液流输送泵电源，切换到位时，立即使驱动电机停转，恢复正常层析操作，　　　　其特征在于，静组件小孔距离轴心的分布半径与动组件盘面上各小孔的分布半径相同，静组件上下盘中的孔道数与动组件上下盘中的孔道数相同，每次切换到位之后，位置一一对应。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱家文，武斌，陈葵，纪利俊，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]