Способ очистки биологических растворов методом диафильтрации
Патент 1126308
Авторы
Способ очистки биологических растворов методом диафильтрации
Иллюстрации
Реферат
СПОСОБ ОЧИСТКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ МЕТОДОМ ДИАФШТЬТРАЦИИ, включающий промывку раствора растворителем под давлением при постоянном тангенциальном потоке раствора в апIпарате над поверхностью мембраны, о тличающийс, я тем, что, с целью повьшения производительности процесса, промывку раствора растворителем осуществляют путем воздействия на него создаваемыми в аппарате импульсами давления продолжительностью 0,1-20 с с интервалом 0,1-20 с, при этом скорость тангенциального потока на входе в аппарат составляет 0,05-0,2 м/с. (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET CCCe
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21 ) 35501 1 7/28-1 3 . (22) 02.12.82 (46) 30. 11.84. Бюл. Р 44 (72) В.П.Жемков, Н.Б.Иванов, В.И.Громов, Г.А.Меркулов, Ю.В.Лапыкин, А.Е.Полоцкий, А.Н.Черкасов, В.А.Пасечник и В.И.Огарков (71) Всесоюзный научно-HccstegosaTesm ский институт особо чистых биопрепаратов (53) 663.15(088.8) (56) 1. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос,и ультрафильтрация. М., "Химия" > 1978.
2. Жемков В. П. и др. Исследование з акономерно стей микрофильтр ации биологических суспензий. Третья Всесоюз. ная конференция по мембранным методам разделения смесей. — Тезисы докладов. Владимир,.1981.
3. Bruin S., Kikket А., Meldring J. А.G. Overuew of concentration polarization in ultrafiltratioq, " Оеза1 пагхоп", 1980, 35, У 1-3, 223-242.
4. Valeri А., Gazzei G., Morandi М., Pende В., Neri. P. Large-scale
porification of inactivated дnfluenza часс1ne using membrane molecular filtration. — "Ехрегипеп1 а", 1977, 33, Ф 10. 1402-1403.
„„SU„„3 126308 A
3(Я) В 01 D 13/00, С 12 N 1/02 (54)(57) СПОСОБ ОЧИСТКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ
РАСТВОРОВ МЕТОДОМ ДИАФИЛЬТРАЦИИ, включающий промывку раствора растворителем под давлением при постоянном тангенциальном потоке раствора в ап1парате над поверхностью мембраны, о т л и ч а ю щ и и с, я тем, что, с целью повьппения производительности процесса, промывку раствора растворителем осуществляют путем воздействия на него создаваемыми в аппарате импульсами давления продолжительностью
0,1-20 с с интервалом 0,1-20 с, при, этом скорость тангенциального потока на входе в аппарат составляет
0 05-0,2 м/с.
11263
Изобретение отнЪсится к прикладной вирусологии и микробиологии, а именно к процессам глубокой очистки растворов методом диафильтрации.
Известно применение диафильтрации для разделения растворов, содержащих крупнодисперсный компонент (на ример, вирусы, бактерии, клетки) и примесные мелкодисперсные компоненты (например, балластные белки, пеп- 10 тиды, аминокислоты, соли и т.д.), при этом исходные или сконцентрированные растворы или суспензии промывают физиологическим или буферным раствором в непрерывном режиме для вымывания мелкодисперсных частиц и низкомолекулярных примесей Щ, Недостатком процессов диафильтрации данных систем является то что в результате действия гелевой концент- 20 рационной поляризации не обеспечивается высокой степени разделения крупно- и мелкодисперсного компонента и достаточной производительности процесса, так как расходуется большое 25 .количество буфера.
Для повышения эффективности разделения прибегают к значительным скоростям танГенциального потока и повышению рабочего давления. Это при- 30 водит к усложнению фильтрационного оборудования, требует применения мощных высокопроизводительных насосов, резко повышает энергетические затраты и, в то же вРемя, не пРиводит к существенному улучшению процесса разделения (2) и $3J .
Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигае мому результату сПособ очистки биоло 40 гических растворов методом диафильтрации, включающий промывку раствора растворителем под давлением при пос тоянном тангенциальном потоке .Растчора в аппарате над поверхностью мемб- 45 раны f4) .
Недостатком известного способа является низкая эффективность процесса диафильтрации, обусловленная малой производительностью процесса очистки раствора и большими энергетйческими затратами.
Цель изобретения — ускорение процесса очистки растворов.
Поставленная цель достигается Tåì>Ì что согласно способу очистки биоло° гических растворов методом диафильтрации, включающему промывку раство08 ра растворителем под давлением при постоянном тангенциальном потоке раствора в аппарате над поверхностью мембраны, промывку раствора растворителем осуществляют путем воздействия на него создаваемыми в аппарате импульсами давления продолжительностью 0,1-20 с интервалом О, 120 с, при этом скорость тангенциального потока на входе в аппарат составляет 0,05-0,2 м/с.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом, Процесс очистки биологических растворов (вирусов, бактерий) проводят в ультрафильтрационных аппаратах типа фильтр-пресс, укомплектованных полупроницаемыми мембранами "Биопор".
На входе в фильтрационный модуль создают скорость тангенциального потока жидкости 0,05-0,2 м/с при рабочем давлении порядка 0,05 ИПа. По мере удаления фильтрата через полупроницаемую мембрану промывочный раствор (буфер) подают в исходную камеру.
Процесс диафильтрации проводят в неп. рерывном режиме, при этом в ходе процесса периодически перекрывают линию отвода фильтрата, что создает в аппарате импульсы давления про" должительностью 0,1-20 с с интерва лом 0,1-20 с за счет выравнивания давления между зоной тангенциального потока (над мембраной) и зоной сбора фильтрата (под мембраной). Возникающий в аппарате гидродинамический режим препятствует возникновению над поверхностью мембраны гелеподобного концентрационного слоя, что, в свою очередь, приводит к ускорению прохождения раствора через мембрану, т.е. к повышению производительности процесса диафильтрации и улучшению его разделяющих характеристик.
Пример 1. Используют фильтрационный модуль типа фильтр-.пресс с рабочей поверхностью 11440 см, укоплектованный ацетатцеллюлознымн мембранами "Биопор" (производство
ВНИИ ОЧБ) со средним размером 30 нм.
Исходная биологическая суспензиясконцентрированная аллантоисная жидкость (ВАЖ), содержащая вирус гриппа А2/Бангкок. Объем концентрата 1000 мл, титр вируса по реакции геммагглютинации (РГА) 1:8192, содержание общего белка по Лоури
4,65 мг/мл.
1126308
Диафильтрацию концентрата проводят. т «с -буфером (С =, 0,5 М, рН 7,2). Кратность отмывки 10.
Диафильтрацию проводят в режиме подачи импульсов давления с амплитудой 0,033 МПа. Длительность импульсов 10 с, интервалы между ними
10 с. Скорость тангенциального потока над поверхностью мембран 0,05 м/с.
Производительность процесса 10
32 л/ч м . Объем концентрата ВАЖ после очистки диафильтрацией
1000 мл, титр вируса по РГА 1:8192, содержание общего белка по Лоури
0,130 мг/мл, степень очистки вируса 15 по белку 36.
Пример 2. Используют Фильтрационный модуль типа фильтр-пресс с рабочей поверхностью 520 см . Мем1брана типа Биопор (по приме- 20 ..ру 1). Биологическая суспензия— сконцентрированная ВАЖ, содержащая штамм вируса гриппа А,/Ленинград.
Объем концентрата 1200 мл, титр вируса по РГА 1:16384, содержание 25 общего белка 5,0 мг/мл, концентрация овальбумина, измеренная методом реакции непрямой гемагглютинации (РНГА), 200 мкг/мл. Диафильтрацию концентрата ВАЖ ведут тр«с -буфе 30
-ром. Кратность отмывки 13.
Диафильтрацию проводят в режиме подачи импульсов давления с амплитудой О, 1 МПа. Скорость тангенциального потока над мембраной 0,18 м/с.
Длительность импульсов давления 0,1 с, интервал между импульсами 0,1 с. Производительность процесса 36 л/ч м .
Объем концентрата после диафильтрации 1200 мл, титр вируса 1:32768. 4О
Содержание общего белка по Лоури
0,230 мг/мл, содержание овальбумина
1 мкг/мл. Степень очистки по белку
22, степень очистки по овальбумину 200.
Пример 3. Используют фильтрационный модуль типа фильтр-пресс с рабочей поверхностью 3000 см . Мемб рана типа "Биопор" (аналогична примеру 1). Исходная биологическая сус- 5О пензия — сконцентрированная питатель. ная среда, содержащая бактерии Е.Coli в концентрации 72 10 1/мл. Содер10 жание общего белка в надосадочной жидкости после центрифугирования
2000 мкг/мп, объем суспензии 350 мл.
Диафильтрацию проводят физиологическим раствором. Кратность диафильтрующего объема 5. Диафильтрацию проводят. в режиме подачи импульсов давления величиной 0,08 МПа, длительность импульсов 20 с, промежутки между импульсами 20 с. Скорость тангенциального потока над мембраной
0,1 м/с. Производительность процесса 27 л/ч м . После диафильтрации содержание. общего белка в надосадочной жидкости 80 мкг/мл. Степень очистки по белку 25.
Пример 4. Для проведения контрольного опыта по способу-прототипу использовали оборудование и мембраны, аналогичные примеру 1. Площадь модуля 11440 см . Исходная биологическая суспензия — сконцентрированная аллантоисная жидкость (ВАЖ), содержащая вирус гриппа A2/Бангкок.
Объем концентрата 1000 мл, тигр вируса по реакции гемагглютинации (РГА) 1:8192, содержание общего белка по Лоури 4,65 мг/мл.
2000 мл концентрата ВАЖ разделили поровну — для примера 1 и примера 4.
Очистку концентрата ВАЖ вели до содержания общего белка по Лоури
0,130 мг/мл. Диафильтрацию проводили по режиму способа †прототи. Скорость тангенциального потока над поверхностью мембраны 1,7 м/с при давлении 0,35 МПа. Диафильтрующий растеор — Трис -буфер (C=0,5 М, рН 7,2).
Кратность отмывки 38. Производительность процесса 17 л/ч м . Объем концентрата ВАЖ после очистки диафильтрацией 1000 мл, титр вируса по РГА
1:8192, содержание общего белка по
Лоури 9,132 мг/мл. Степень очистки
36.
В результате осуществления предла. гаемого способа при выбранных параметрах проведения его значительно увеличивается производительность процесса, о чем свидетельствуют данные, представленные в таблице.
По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет в 2 раза ускорить процесс очистки биологических растворов без потери их начальной активности вследствие исключения образования гелеподобного концентрационного слоя над поверхностю мембраны.
1126308
1
I
I
I
I
I !
1 d3 д О
Cl Э
& Э
ХОР
k(Р E
0Х вдхй е 61 °
0 u dI W
0,0 Х х
1
1
1
1 х
Р
Ф
6»
CJ
Э
Р1
1 д 1 0
E & х
Vma0e
0 0 4 11 0 х е х э х
Е Э 6
Р, Ю Х
ЬС 0ЦР.Х о и о л л л (\
a o л о о о о- и л л о
СЧ С 3 о л л о о о о <ч л л л л о о о ,м ч е»
1
I
I
I х
Р, Э х
Э 4 a)
Х э Р
ХООХ
c6 - Х С(K
Р, 1Х О Cl
Э Э аи Р0
0 Э 0
vXm4 сч л
С 1 С 1 С 1 л л л о о о о
С ) л о о и
Сч С1 \ С 1 л л л о о о в о
N С1 ) л л о о л (4 ь
СЧ ЧО 0
С ) С 1 СЧ л л л л о о о о (» 4 I д Е 1
Ц
Х Г-1 л
6 Е Э
Э х х
Х 1Х
Я QJ ф U Э
0 Рiа
v a
И И И 0 "О О л л л 3 б
И И ч;) О л л б Ф
И И И И Р Р Р Р л л л л
И И И И О 0 О 0 л л л л .1 1 Ф
0 Р
Z0C
Э а Е
1
Ф ч о о о о о ь ь!
И И о о л л о о д
&4 I 0 ë о ххах
0 Х
И а Х 0
I ОЕgйй
И И И о о о л о о о
И о л о
И И о о о л л л о о о
И
О О ° с1 л л л л о о о о
С4
1
I л о
С 1 л л о о
М
Ю Ф
Ц е
0 V х э
СР Р
I ф, Р 1 х
I
Ж х
0 х се д и
1 (,1 э х
1 Х Э
)Лm
cd Э
I C4 — — — -тСЧ Р СЧ Со О со О с О л л л л л л С ) л л л л л л
Q Q Cl С И Р - л CV W Yl N СЧ О
СЧ С4 СМ CV CV > 00 N R N с» .
О О О О О - О О о о
О О О О О " л л О О Q СЧ О О
° — ч е O Q Q w СЧ С 1 С 1
И И И И И И И И И И И И
О О О О О О О О О О О О л л л л л л л л л л л
О О О О О О О О . О О О О
1126308
И С1 м л л л
СЧ О О Ф
СО С СЧ N СЧ
Ю СЧ л л CO
Л СЧ Ф
СЧ С/ СЧ И.
СЧ л л
СЧ i iO л- О1 СЧ
O л
СЧ л
О О л л > С1 ь л л л
/- О О О
СЧ л л т 01
О О л л
Ф с") СЧ О Л
С 1 СЧ л л
О О О л Ф
О О л
О О
Ю О
00 О
O O л л
Ю Ю
Л И
Ф 00
О О л
Ю .О
Р 1
С/1 Р 1 л л
О О
О
00 Ф
О О л л
O O
С ) л Ф
О О л
О О
С 1 О л 0
O O л
О О
И И И О О О л л б -- /
О О О О О O О O О О О О л л л л л л л л л
СЧ СЧ СЧ СЧ CV C4 CV C4 СЧ СЧ С 1 СЧ
О О с Ъ
СЧ СЧ
О . О О О О л О О О O О О л- - - О ч- - л» л СЧ лО
И И И И
О .О О М л л л
О О Ю О
И И И И И л» И И И И И И
О О О О О О О О О О О О л л л л л л л л л л
О О О О О О О О О О О О
И И
О - О л л л
О О О
< ) И
О О л л л
О О О
И И
О О л л
О О
СЧ О л л
О О
И И
О О л A
О О.
СЧ С 1 л л
О О
)k
И
О л л
Е» ф g ч»
9 и » 6) 4л
_#_ L H О
Э $ ».
1 С» О
Ж ООСЧ
О ° Л
М 0Ы
О СЧ О Р СЧ л л л л Я )
О - О
СЧ л сЧ O n e
Л
О О
О О О сЧ
О O О - CV CV C
ll26308
О О О л л л
00 00 СЧ
СЧ СЧ M
СЧ л
СЧ
О л л л
О О с ) CV СЧ
CV 0O л л л
С 1 . СЧ ь
И л
И
Ср С 1 л
CV О.
aO Q л л а» л CO с ) Ch СЧ л л л
С
00 л
С"1
СЧ
И л л
СЧ Ch
СЧ ч»
О СЧ л л СГ
О л
° » caa о (л л л е»
0Q О О О О л л л л
Щ ч» ° а
CV С °
Сг CV л
Е О О л
О л
Q an
00 о О
О" О а» О
00 00
О О О л л л
О Р О
И л
И И Л И л % %, л л л л л л л л
О О О О О О О. О
О О
О О О О О л л л .л л
СЧ СЧ СЧ СЧ CV
О О О, О л л л
СЧ СЧ СЧ СЧ
О О О О л л л
СЧ СЧ СЧ СЧ
О О л л
СЧ СЧ
О О О
° 1 л л
CV СЧ СЧ л °
О. с 1 О O О, O O a О
O O СЧ CV ч ч» » О
О О О
СЧ
О
О О О. О Q О О О Q Q л - л
Ю Q О
О О О сЧ сЧ СЧ СЧ
И И И an И
О О O С Ъ О л л л . л л
О О О О О
И И И
О О О О О О л л л л л л
O О О О О О
И И И И И.
О О О О О л л л л л
О О О О О
an И
Ю Ю л л
О О
И И
O О - О л л л
О О О О
И an
О О л л л л
О О О О
СЧ л
Э С
И зС с И
О О О О О л л л л л л л
О О О О O - О O
I I сЧ 0 О СЧ
1126308
v о и о о л л о о, ю
С»Ъ о
61
0I о
М
cd х х
Ц о и л о о о
В» о
ЕС
Э
/3 х
Г» о
Ц х о
1 !
1
1
С6
С4 о
Р
Е»
v ф
С4 о о л л
СЧ СЧ <Ч
Ю с >
СЧ N I
В л о о о о о о о о о о в а.а о о с л л л о о о о
4 ж
И и ж
Р о
М х
Е» о
Е» о
6й
И
I о
М о и
* а и о а л л л о о р а а о о о л л л о о о
Сб
Р, о е3 д ф
Л 1 00 ц1 с ) О л л л л O N < Ch
00» — С ) (Ч
СЧ С С 1 л л л о
СЧ СЧ д л и
» л л о о о о
o o o л л л
СЧ СЧ СЧ о о о о л л л о о о
Е
I1J
Ф о о
I
1
Ф о
Е о, 1 и (б
1 х
1 а
И
1 ! E»
v о
Ц о ф
2 о
Р