DE3342703C2 - Filtrationsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur statischen Filtration von Flüs­ sigkeiten mit einer Ultrafiltrationsmembran gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die statische Filtration ist bekanntlich das einfachste Filtrationsver­ fahren. Hierbei steht das zu filtrierende Medium ohne erzwungene Strömungen unter einem Überdruck mit der Membrane in Kontakt. Sie kann nach dem Stand der Technik dann mit Erfolg angewandt werden, wenn nur sehr geringe Substanzmengen aus der Suspen­ sion oder Lösung abgeschieden werden müssen, wie dies beispielsweise bei der Gewinnung von sterilen Filtraten aus schwach verkeimten Lösungen der Fall ist.

Je höher jedoch die Konzentration der abzutrennenden gelösten oder suspendierten Substanzen ist, um so mehr werden bei der statischen Filtration die erzielbaren Filtrationsraten (Filtratmenge pro Fläche und Zeit) durch die Anreicherung der abzutrennenden Komponenten an der Membranoberfläche beeinträchtigt.

Ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist z. B. aus der DE-PS 19 06 179 bekannt. Bei diesem Gerät zur Abtrennung von Makromolekülen aus einer flüssigen Zusammensetzung wird nach einer Ausführungsform eine Membran um die Außenwand eines porösen Aufnahmekolbens herum angeordnet. Dieser Aufnahme­ kolben wird mittels einer Trageinrichtung aus einem aufgeschäum­ ten Stoff in einem Zentrifugenröhrchen gehaltert. Im Betrieb der Membrananordnung sammelt sich das Filtrat innerhalb des Auf­ nahmekolbens an, während das Konzentrat um den Außenumfang des Aufnahmekolbens herum aufgefangen wird. Bei dieser Aus­ führungsform wird zumindest der untere Abschnitt der Membran durch Sedimente bzw. durch Aufkonzentration der gelösten Ma­ kromoleküle belegt, so daß nicht die volle Filterfläche zur Verfü­ gung steht. Gemäß einer weiteren in der DE-PS 19 06 179 offen­ barten Ausführungsform wird eine kegelförmig nach unten zulau­ fende Filtervorrichtung mittels einer Manschette an einem Zen­ trifugenrohr gehalten. Die Filtervorrichtung ist mit einer Ultrafil­ trationsmembran versehen. Zur Abtrennung der Makromoleküle wird die Ausgangslösung in diesen kegelförmigen Filtereinsatz eingebracht. Anschließend wird zentrifugiert. Hierdurch gelangt das Filtrat in das Zentrifugenröhrchen, und die aufkonzentrierte Lösung verbleibt in dem Filtereinsatz. Durch die Aufkonzentrierung und gegebenenfalls abgelagerte Sedimente ist die Membran zumindest im unteren Teil sehr schnell belegt, so daß während des Filtervorganges nicht durchgehend die volle Filterfläche zur Ver­ fügung steht.

Die Verwendung entsprechend größerer Filterflächen zum Aus­ gleich der Belegung der Membran ist jedoch nicht nur wegen des höheren technischen Aufwands vielfach undurchführbar. Insbeson­ dere bei analytischen Filtrationsaufgaben, bei denen es auf eine möglichst vollständige Gewinnung von Konzentrat oder Filtrat und auf deren unverfälschte Zusammensetzung ankommt, müssen möglichst kleine Filterflächen angewandt werden. Denn große Filterflächen haben zum einen entsprechend große Verluste an an­ haftendem Filtrat oder Konzentrat zur Folge. Andererseits enthal­ ten die meisten Filtermaterialien, insbesondere Ultrafiltrationsmem­ branen, auswaschbare Hilfsmittel (Netzmittel, Weichmacher, Gly­ cerin, Baktericide u. a.), die in höheren Konzentrationen stören können, deren vorherige Auswaschung aber zur Verdünnung der Probe führen würde. Somit kann insbesondere bei großen Mem­ branen die Zusammensetzung von Konzentrat oder Filtrat durch das Filtermaterial in unerwünschter Weise verändert werden. Ein weiterer Grund, größere Filterflächen zu vermeiden, liegt darin, daß Filtermaterialien durch spezifische oder unspezifische Adsorp­ tionseffekte die Zusammensetzung der Probe sowohl in ihrer Ge­ samtkonzentration als auch im Konzentrationsverhältnis der einzel­ nen Komponenten zueinander verändern können. Beispiele hierfür sind die Adsorption von ungebundenen Pharmaka bei der Ultrafil­ tration von Serum und die partielle Proteinadsorption bei der Auf­ konzentrierung der Proteine im Harn.

Die Nachteile der statischen Filtration könnten als weitere Alterna­ tive zwar durch das Prinzip der tangentialen Überströmung unter Verwendung von Pumpen weitgehend behoben werden. Diese Maßnahme ist jedoch im Bereich kleiner und kleinster Volumina wegen der auftretenden Verluste ebenfalls nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur statischen Filtration von Flüssigkeiten mit einer Ultrafiltrations­ membran anzugeben, bei welchem sich die Membran während der Filterung möglichst wenig zusetzt.

Diese Aufgabe wird durch ein Gerät mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Als treibende Kraft der Filtration wird erfindungsgemäß der sich aus dem Niveauunterschied zwischen Flüssigkeit und Filtrat sowie der Zentrifugalbeschleunigung ergebende hydrostatische Druck­ unterschied von mindestens 0,5 bar ausgenutzt, wobei das Gerät so ausgelegt ist, daß die Zentrifugalbeschleunigung von der zu fil­ trierenden Lösung aus gesehen keinen Vektor in Richtung der Membran aufweist. Mit anderen Worten wird die statische Filtra­ tion im Beschleunigungsfeld einer Zentrifuge so ausgenutzt, daß die Wanderungsrichtung des Filtrats von der Richtung der Be­ schleunigung verschieden ist. Dadurch wird vermieden, daß vor­ handene sedimentierbare Bestandteile auf der Membran abgelagert werden oder sich das gebildete Konzentrat, welches im allgemei­ nen eine höhere Dichte aufweist als die Ausgangslösung, auf der Membran anreichern kann. Es ergibt sich eine hohe Filtrations­ geschwindigkeit durch wirksame Vermeidung der Konzentrations­ polarisation. Die Makromoleküle werden mechanisch nicht bean­ sprucht.

Im übrigen wird durch die Maßnahme nach der Erfindung erreicht, daß im Laufe der Filtration die am Schwimmer angeordnete Mem­ bran dem sinkenden Probenniveau folgen kann und bis zur Beendi­ gung des Konzentrierungsvorganges in voller Fläche vom Filtra­ tionsmedium (Flüssigkeit) benetzt wird. Das heißt, die wirksame Filtrationsfläche bleibt während des gesamten Vorganges unver­ ändert.

Zum weiteren ist das erfindungsgemäße Filtrationsgerät von be­ sonders einfachem Aufbau. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Fertigung von Einweggeräten von Bedeutung, da es zu niedri­ gen Produktionskosten führt.

Zweckmäßig weist der Schwimmer anschließend an die aufgekleb­ te Membran eine Bohrung auf, von der aus der Filtereinsatz sich innen bis auf die Wandstärke des dünnen hohlen Schwimmers erweitert.

Als besonderer Vorteil ist das bei einigen Ausführungsformen verwirklichte Baukastensystem zu nennen.

So sind vorzugsweise für größere Probenmengen Schwimmer mit herausnehmbarer Filterunterstützung und auswechselbarer Mem­ bran vorgesehen, wobei der Boden des Schwimmers offen mit Fortsatz zum Einschieben der Filterunterstützung ausgebildet ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Problemstellung kommt häufig in der biochemischen bzw. medizinischen Analytik und in der phar­ mazeutischen Forschung vor.

Ein Beispiel ist die Abtrennung von Proteinen vor der säulenchro­ motographischen Bestimmung von Aminosäuren (Proteine machen die Säulenfüllung durch irreversible Bindung unbrauchbar. Enzyma­ tische Proteinhydrolysate und biologische Flüssigkeiten müssen daher vor der Aminosäureanalyse von Proteinen befreit werden).

Ein weiterer Anwendungsfall ist die Bestimmung von freien (nicht proteingebundenen) Substanzen (z. B. Pharmaka) in Patientenblut.

Weitere Anwendungsbeispiele sind die Anreicherung von Enzymen, Pyrogenen oder Viren zur Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit.

Ausführungsformen der Erfindung bei denen durch Verwendung eines Konzentratgefäßes ein hoher und definierter Konzentrie­ rungsfaktor erreicht wird, können zur Aufkonzentrierung der Pro­ teine im Harn oder Liquor cerebrospinalis vor ihrer elektrophoreti­ schen Untersuchung verwendet werden, was in der medizinischen Diagnostik von Bedeutung ist.

Schließlich führt die Maßnahme nach der Erfindung zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen zu einer kleinen Filterfläche, wo­ durch Adsorptionsverluste vermieden werden. Es stellt sich ein minimaler Luftkontakt der Probe und dadurch praktisch kein Gas­ austausch mit der Atmosphäre ein. Die Filtration kann mit einer Laborzentrifuge ohne weitere Hilfsmittel durchgeführt werden. Die gleichzeitige Filtration einer Vielzahl von Proben ist möglich. Während normalerweise Winkel- und Schwingkopfzentrifuge glei­ chermaßen verwendbar sind, muß in Gegenwart emulgierter Lipde, wie beispielsweise bei Milch, eine Winkelkopfzentrifuge verwendet werden, um die Belegung der Membran zu vermeiden.

Aus der US-A-3 960 727 ist weiterhin eine Vorrichtung zum Isolie­ ren der löslichen (flüssigen) von den unlöslichen (festen) Bestand­ teilen von Blutmischungen bekannt. Die Vorrichtung weist einen Blutsammelbehälter auf, in welchen die Blutmischung eingefüllt wird. In den Blutbehälter wird eine Trenneinrichtung eingeführt, die einen kleineren Durchmesser hat als der Innendurchmesser des Sammelbehälters. Die Trenneinrichtung besteht aus einem läng­ lichen hohlen Körper. Das obere Ende des Körpers ist offen und an dem unteren Ende des Körpers ist ein Filterelement angeordnet. Das Filterelement hat üblicherweise Porengrößen von etwa 50 µm.

Bei der Trennung der flüssigen von den festen Bestandteilen ge­ schehen im wesentlichen zwei Vorgänge. Zum einen findet auf­ grund der Gravitationskräfte eine Trennung der Blutmischung in einen oberen Flüssigkeitsabschnitt und einen unteren festen Ab­ schnitt statt. Zum anderen dringt die Trenneinrichtung in die Blut­ mischung ein. Während des Einsinkens strömt der obere flüssige Bestandteil der Blutmischung aufgrund der Porengröße nahezu ungehindert in das Innere der Trenneinrichtung ein. Das Absinken der Trenneinrichtung endet, wenn die Trenneinrichtung auf den unteren festen Abschnitt der Blutmischung trifft. Aufgrund des geringen hydraulischen Widerstandes des Filterelementes können sich bei dieser bekannten Vorrichtung im Gegensatz zur Erfindung selbst bei Zentrifugierung keine nennenswerten Druckdifferenzen aufbauen.

Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfin­ dung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform;

Fig. 3 eine Variante;

Fig. 4 eine Variante mit einem zusätzlichen Element;

Fig. 5 eine Variante für einen besonderen Zweck;

Fig. 6 eine besondere, für die Praxis besonders geeignete Ausführungsform mit minimalem Restvolumen;

Fig. 7 eine Ausführungsform für intermittierende Zentrifuga­ tion;

Fig. 8 eine Ausführungsform für größere Probenmengen;

Fig. 9 eine Ausführungsform, die besonders für Diafiltration geeignet ist.

Eine Ausführungsform zur direkten Gewinnung von Ultrafiltrat aus Blut ist in Fig. 1 dargestellt (Zustand nach Beginn der Filtration). Die geformten Bestandteile (Blutkörperchen) 2 befinden sich be­ reits am Boden des Zentrifugenröhrchens 1, der Filtrationseinsatz (Höhlkörper/Schwimmer) 4 mit Membran 8 schwimmt auf dem Plasma 3. Der seitliche Abstand 140 zwischen Einsatz 4 und Röhrchen 1 ist zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt und beträgt etwa 0, 1 mm (bei den meisten konischen Röhrchen ist das Innenmaß im unteren Teil maßgebend). Die Abdrehung 15 dient als Speicher für aufsteigende Flüssigkeit und unterbindet die Kapil­ larwirkung nach Abschalten der Zentrifuge. Die Membrane 8, vorzugsweise eine asymme­ trische Ultrafiltrationsmembrane mit einer Trenngrenze von 20 000 Daltons, ist mit der aktiven (filtrationswirk­ samen) Seite nach außen mittels eines Schweiß- oder Klebe­ randes 9 derart mit dem Einsatz 4 verbunden, daß die Querdurchströmbarkeit der Membrane in diesem Bereich unter­ bunden ist. (Asymmetrische Ultrafiltrationsmembranen wei­ sen bekanntlich unter der filtrationswirksamen Schicht eine relativ grobporige proteindurchlässige Stützschicht auf. Wenn also der Stanzrand der Membrane offen bleibt, was bei Verwendung von Klebern, die nicht in die Stütz­ schicht eindringen, der Fall ist, kann die aktive Schicht durch die Proteinlösung "unterwandert" werden. Bei dem bevorzugten Verfahren, der thermischen Verschweißung, ist die Dichtigkeit gewährleistet.

Das Filtrat 6 durchströmt nach Passieren der Membrane 8 ein in bekannter Weise ausgeführtes System von feinen Kanälen 10 und die Bohrung 11 und sammelt sich im Innen­ raum des Einsatzes 4. Der untere Teil des Innenraums ist zur Erleichterung der vollständigen Filtratentnahme vor­ zugsweise konisch ausgebildet.

Die treibende Kraft der Filtration ist die hydrostatische Druckdifferenz, die sich aus dein Niveauunterschied 13 zwischen Plasmaniveau 7 und Filtratniveau 5 unter dem Einfluß der Zentrifugalbeschleunigung ergibt. Mit Fort­ schreiten der Filtration wird die Druckdifferenz zwar immer niedriger, doch wird davon die Filtrationsgeschwin­ digkeit nicht in diesem Maße beeinflußt, weil bei asymme­ trischen Ultrafiltrationsmembranen eine Steigerung der filtrationswirksamen Druckdifferenz über ein gewisses Maß hinaus, das von der Trenngrenze der verwendeten Mem­ bran abhängt, keine nennenswerte Steigerung der Filtra­ tionsleistung bewirkt. (Ein Niveauunterschied von 3 mm entspricht bei einer Zentrifugalbeschleunigung von 3000 g einer Druckdifferenz von 0,9 bar).

Eine Anreicherung des aufkonzentrierten Proteins an der Membranoberfläche wird dadurch vermieden, daß das Konzen­ trat infolge seiner höheren Dichte (eine Erhöhung der Proteinkonzentration um 1 g/100 ml entspricht etwa einer Dichtezunahme von 0,004 g/ml) in Richtung der Zentrifugal­ beschleunigung Z durch Konvektion zurück in die Ausgangs­ lösung wandert und sich mit ihr vermischt.

In dem hier beschriebenen Anwendungsfall ist es wünschens­ wert, möglichst viel Ultrafiltrat aus möglichst wenig Blut zu bekommen. Bei Blut ist hier der limitierende Fak­ tor der im aufkonzentrierten Plasma auftretende onkotische (kolloidosmotische) Druck, weil die Filtration dann zum Stillstand kommt, wenn onkotischer Druck des Konzentrats und wirksame hydrostatische Druckdifferenz gleich sind. In der Praxis liegt die obere Grenze des Anteils an ultra­ filtrierbarer Flüssigkeit hier bei etwa 50% des Ausgangs­ volumens, wobei dieser Wert selbstverständlich von Häma­ tokritwerten, Proteinkonzentration der Probe, der Um­ drehungszahl der Zentrifuge sowie der Geometrie von Vor­ richtung und Zentrifuge abhängig ist.

Bei der Filtration von verdünnten Proteinlösungen kann die Filtration schon vorzeitig zum Stillstand kommen, wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Röhrchen mit rundem Boden benutzt wird, weil der Einsatz 4 an der Rundung anstößt. Da die meisten handelsüblichen Zentrifugen­ röhrchen einen runden Boden aufweisen, muß in diesen Fäl­ len ein halbkugeliger Verdrängungskörper mit ebener Oberseite auf den Boden des Röhrchens gelegt werden, wenn ein Maximum an Filtratvolumen erzielt werden soll.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit flachem Schwimmer 4 und flachbödigem Zentrifugenröhrchen 100. Der Schwim­ mer sinkt durch Filtrataufnahme immer tiefer; auch wenn zuviel Ausgangslösung vorhanden ist, fließt diese nicht über den Rand des Schwimmers ins Filtrat, wenn der Schwim­ mer aus einem Material von einer Dichte, die geringer als die der Lösung ist, hergestellt ist. Wenn das nicht der Fall ist, muß die Menge der vorhandenen Probe begrenzt werden. Bei konzentrierten Lösungen, wie beispielsweise Blut oder Serum, kommt die Filtration schon einer be­ stimmten Proteinkonzentration zum Stillstand, so daß eine größere Probenmenge gewählt werden kann.

In Fig. 3 ist wie in Fig. 1 im oberen Teil des Schwimmers, wo keine Druckfestigkeit erforderlich ist, die Wandstärke durch die Abdrehung 15 vermindert. Dadurch ist im Zeit­ punkt des Aufsitzens am Boden noch Ausgangslösung vor­ handen, die noch filtriert werden kann, ohne daß etwas über den Rand steigt.

Nach Fig. 4 erfüllt den gleichen Zweck der Stopfen 16, der mittig über eine Entlüftungsbohrung verfügt und in der rohrförmigen Verlängerung 17 endet. Der Schwimmer kann nach Beendigung der Filtration zur Gänze gefüllt sein. Bei dieser Ausführungsform steigt der hydrostatische Druckunterschied nach dem Absinken des Schwimmers zum Boden des Zentrifugenröhrchens noch einmal abrupt an, bis er im Verlauf der weiteren Filtration schließlich zu null wird.

Nach der Variante der Fig. 5 ist das maximale Filtratvo­ lumen vorgegeben. Der Stopfen ist an sich hohl (nach oben offener Hohlraum 19); das mittige Entlüftungsröhrchen 20 ist wieder vorhanden. Hierbei muß auch nicht die Dichte des Wandwerkstoffs niedriger als die der zu filtrierenden Lösung gewählt werden. Der Schwimmer ist also immer schwimm­ fähig. Sobald im Rohr das Filtrat das Außenniveau der Pro­ be erreicht hat, kommt die Filtration zum Stillstand.

Eine besonders wichtige Ausführungsform zeigt Fig. 6. Unter der Membran kann auf den Schwimmer ein eigenes Kon­ zentratgefäß 21 aufgesteckt werden. Die Zielsetzung dieser Ausführungsform ist es, die Verluste an gelöster Substanz, die in erster Linie von der Größe der durch das Konzentrat benetzten Oberfläche abhängen, klein zu halten. Das wird dadurch erreicht, daß die Aufkonzentrierung nicht im Probenbehälter erfolgt, sondern in einem mit diesem in Verbindung stehenden Konzentratbehälter, dessen Volumen der gewünschten Konzentratmenge entspricht. Dabei ergibt sich gleichzeitig der Vorteil, daß nicht irrtümlich zu weit aufkonzentriert werden kann. Um trotz dieser Maßnahme zu niedrigen Filtrationszeiten zu kommen, muß die Probe an die Membran gelangen, ohne sich mit dem bereits ge­ bildeten Konzentrat zu vermischen. Das Konzentratgefäß wird aus einem Material niedriger Dichte als der des zu filtrierenden Mediums, im allgemeinen eine wäßrige Lösung, hergestellt und wird somit durch seinen eigenen Auftrieb an den Schwimmer gepreßt, so daß es keiner festen Ver­ bindung bedarf. Das Konzentrat sammelt sich im Hohlraum 23, dessen Volumen das zu erreichende Konzentratvolumen bestimmt. Die Seitenwand 22 des Gefäßes ist über das Niveau der Membran 8 hochgezogen, wodurch vermieden wird, daß gebildetes Konzentrat, das im Fall von Proteinlösungen eine höhere Dichte aufweist, entweichen kann. Für den Zu­ fluß der Ausgangslösung brauchen keine besonderen Maß­ nahmen getroffen werden, sofern das Konzentratgefäß nicht absolut dicht mit dem Schwimmer verbunden ist.

Die Filterunterstützung 10 ist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise leicht konvex ausgeführt, wodurch verhindert wird, daß sich unterhalb der Membran 8 eine Luftblase ausbildet. Es ist dann nicht erforderlich, daß das Konzen­ tratgefäß vor der Filtration mit Flüssigkeit gefüllt wird, weil die Luft am Rand vollständig entweichen kann. Dadurch, daß die Ausgangslösung eine niedrigere Dichte als das bereits gebildete Konzentrat aufweist, breitet sie sich unmittelbar unterhalb der Membran 8 aus und wird dort auf­ konzentriert, ohne sich vorher mit dem bereits gebildeten Konzentrat vermischt zu haben. Um das Abnehmen des Konzen­ tratgefäßes 21 nach Beendigung der Filtration zu er­ leichtern und das Verschütten von Konzentrat bei abruptem Abziehen vom Schwimmer zu vermeiden, kann der Rand 22 bei 222 mit sägezahnartigen Abziehschrägen versehen sein, die mit entsprechenden Ausnehmungen in der Wand des Schwimmers in Eingriff stehen. Das Abziehen des Konzentratgefäßes erfolgt in diesem Fall durch eine Drehbewegung. Die Ab­ ziehschrägen können auch in der Weise ausgebildet sein, die einen Eingriff in verschiedenen Stellungen ermöglicht, wodurch unterschiedliche Konzentratvolumina vorgewählt werden können. Die Pfeile verdeutlichen den Strömungs­ verlauf, wobei sich eine Aufkonzentrierung in einem be­ stimmten Verhältnis aufgrund des Zulaufs aus der Probe 211 ergibt. Bei sämtlichen Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleichwirkende Teile.

Beim Arbeiten mit intermittierend laufender Zentrifuge, wie bereits oben erwähnt, kann die Ausführungsform der Fig. 7 Vorteile bringen. Bleibt noch bei Fig. 6 eine kleine Menge der Ausgangslösung unfiltriert im Spalt zwischen Schwimmer und Außenröhrchen, kann es wünschenswert sein, die in der Lösung befindlichen hochmolekularen Substanzen vollständig zu gewinnen. Dies wird dadurch erreicht, daß mit einer geeigneten Flüssigkeit nachgespült wird. Wird dazu bereits gebildetes Filtrat benutzt, so ist eine Ver­ fälschung der Probe durch Anwesenheit zusätzlicher nieder­ molekularer Komponenten oder das Fehlen von vorhandenen auszuschließen. Es wird beispielsweise der Stopfen der Fig. 4 benutzt, der zusätzlich auf der Unterseite im Filterraum über das Steigrohr 27 verfügt. Füllt sich das Innere des Schwimmers mit Filtrat, kann die vorhandene Luft solange ungehindert entweichen, bis das Filtratniveau das untere Ende des Steigrohrs 27 erreicht hat. Schreitet die Filtration fort, so wird die restliche Luft bei 28 zu einem Luftkissen komprimiert. Fällt der hydrostatische Druck durch Abstellen der Zentrifuge fort; es expandiert das komprimierte Luftkissen 28 und verdängt jenen Teil des Filtrats, der sich über dem unteren Ende des Steig­ rohrs 27 befindet. Das Filtrat steigt nun durch das Steig­ rohr und die Bohrung 29 im Stopfen zurück in die Ausgangs­ lösung. Bei neuerlichem Einschalten der Zentrifuge gelangt ein weiterer Teil der gelösten Substanz in das Konzen­ tratgefäß. Bei öfterem intermittierendem Lauf kann die in der Lösung vorhandene gelöste Substanzmenge mit be­ liebiger Vollständigkeit in das Konzentratgefäß überführt werden. Die Verhältnisse bei Stillstand sind durch den Pfeil 213 verdeutlicht.

Ging es bisher um besonders kleine Probenmengen, so ist die Ausführungsform der Fig. 8 für größere Probemengen geeignet. Der Schwimmer 30 verfügt über einen unten offenen Boden und einen ringförmigen Fortsatz 36, in den die Filter- Unterstützung 31 eingeschoben wird. Darauf wird die Membran 33 und sodann ein O-Ring 34 gelegt. Die Dichtkraft wird durch einen Klemmring 32 aufgebracht, der den O-Ring gegen die Membran 33 und die Innenwand des Fortsatzes 36 drückt. Der Klemmring 32 seinerseits wird durch die Reibung zwischen seiner Außenfläche 35 und der Innenfläche des Fortsatzes 36 in seiner Lage gehalten. Natürlich ist auch ein einschraubbarer Klemmring möglich. Klemmring 32 und Filterunterstützung 31 werden aus einem Material einer Dichte niedriger als der der Ausgangslösung ge­ fertigt, so daß sie während der Zentrifugation infolge ihres Auftriebs gegen den Schwimmer 30 gedrückt werden.

Das Grundgerät der Fig. 8 läßt sich in vielfacher Weise variieren.

Fig. 9 ist besonders für die Diafiltration mit inter­ mittierender Zentrifuge, wieder mit Steigrohr und Proben­ gefäß ausgestattet. Andererseits ist auch die Entsalzung oder adsorptive Abtrennung niedrig molekularer Anteile möglich. Außen am Schwimmer 30 ist ein analog aufgebautes weiteres Gefäß (Schwimmer) 40 angeordnet, der aus einem Material niedrigerer Dichte als des zu filtrierenden Me­ diums gefertigt ist. Dieser verfügt unten wieder über eine Filterunterstützung mit Membran 41. Der kleine Schwimmer 40 enthält jetzt die Probe und wird durch die Membran 33 in den großen Schwimmer hinein filtriert.

Die abnehmbare Filterunterstützung ist hier entscheidend wichtig, da man das Gerät umdrehen kann; dann ist der Schwimmer 40 oben offen; die Probe kann von oben einge­ füllt werden und dann Filterunterstützung, Membran auf­ gesteckt werden, ohne daß sich innen eine Luftblase be­ findet. Beim Ausführungsbeispiel trägt der Schwimmer 40 eine Membran 41 mit einem cut-off von 20 000 Dalton, die Membran 33 am Schwimmer 30 100 000 Dalton. Wenn also die Probe Proteine mit einem Molgewicht von weniger als 100 000 Dalton enthält, können diese die Membran 33 passieren und gelangen ins Filtrat. Das Filtrat wird nach dem Mechanismus der intermittieren laufenden Zentrifuge bei Stillstand nach außen gedrückt und gelangt auf diesem Weg zur Membran 41 und wird beim Passieren der Membran 41 von den Proteinen mit einem Molgewicht von mehr als 20 000 befreit; reines Wasser bzw. Lösungsmittel wandert zurück in die Probe. Wird dieser Vorgang oft genug wiederholt, so wird durch Diafiltration das betreffende Protein aus der Probe ausgewaschen und bleibt im Außen­ raum zurück.

Es liegt auf der Hand, daß zwischen dem Gefäß 30 und dem Schwimmer 40 in gleicher Weise noch weitere Gefäße 30 angeordnet werden können, wenn die Probe in mehrere Fraktionen aufgetrennt werden soll. Die Anordnung der Membranen wird dann zweckmäßig so gewählt, daß die Probe zunächst durch die Membran mit dem höchsten cut off fil­ triert wird und in den folgenden Gefäßen die Membranen
mit den jeweils nächst niedrigen cut offs eingesetzt wer­ den. Die für die Aufnahme der einzelnen Fraktionen vorge­ sehenen Gefäße werden vor Beginn der Zentrifugation luft­ frei mit einer geeigneten Flüssigkeit gefüllt.

Beim Entsalzen einer Eiweißprobe beispielsweise kann der Filtratraum des Schwimmers 30 teilweise mit einem Misch­ bettionenaustauscher gefüllt werden. Das Filtrat durchsteigt dann den Ionenaustauscher, bevor es bei Stillstand der Zentrifuge durch das Steigrohr wieder nach außen gelangt; d. h. das Filtrat, das in den Außenraum gelangt, ist ent­ salzt und dringt bei neuerlicher Zentrifugation durch die Membran 41 wieder in die Probe ein. Man kann auch Aktiv­ kohle statt dem Ionenaustauscher in den Schwimmer 30 einführen.

Claims (12)

1. Gerät zur statischen Filtration von Flüssigkeiten (3) mit einer Ultrafil­ trationsmembran (8), welches als Außengefäß ein Zentrifugenröhrchen (1) zur Aufnahme von Flüssigkeit (3) und eine innerhalb des Zentrifu­ genröhrchens (1) angeordnete Filtereinheit (4) aufweist, zwischen deren Außenwand und der Innenwand des Zentrifugenröhrchens (1) ein durchgehender Abstand vorhanden ist, wobei die Flüssigkeit (3) unter einem Überdruck im Kontakt mit der an der Filtereinheit (4) mit der filtrationswirksamen Schicht nach außen angebrachten Ultrafiltrations­ membran (8) steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheit (4) als Schwimmer zum Eintauchen in die Flüssigkeit (3) ausgebildet ist und die Ultrafiltrationsmembran (8) an der dem Boden des Zentrifugen­ röhrchens (1) zugewandten Seite des Schwimmers (4) angebracht ist.

2. Filtrationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmer (4) anschließend an die aufgeklebte Membran (8) eine Bohrung (11) aufweist, von der aus der Schwimmer (4) sich innen konisch bis auf die Wandstärke des Schwimmers (4) erweitert.

3. Filtrationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden sowohl des Zentrifugenröhrchens (1) als auch der des mit der Ultrafiltrationsmembrane abgeschlossenen Schwimmers (4) eben ausgebildet ist.

4. Filtrationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdrehung (15) am offenen Ende des Schwimmers (4) außen dessen Wandstärke vermindert.

5. Filtrationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen eine mittige Entlüftungsbohrung aufweisenden in einer Verlängerung (17) endenden Stopfen (16) zum Abschluß des Schwim­ mers (4).

6. Filtrationsgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsbohrung (20) in einem hohlen (19) nach oben offenen Stop­ fen (16) untergebracht ist.

7. Filtrationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Ultrafiltrationsmembran (8; 33) auf den Schwimmer ein Konzentratgefäß (21) aus einem Material niedriger Dichte als das der zu filtrierenden Flüssigkeit aufgesteckt ist.

8. Filtrationsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Filterunterstützung (10) für die Ultrafiltrationsmembran (8) leicht kon­ vex ausgebildet ist.

9. Filtrationsgerät nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Konzentratgefäßrand (22) hochgezogen und säge­ zahnartig (220) mit korrespondierenden Ausnehmungen in der Wand des Schwimmers (4) versehen ist.

10. Filtrationsgerät nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei intermittierend geschalteter Zentrifuge der Stopfen (16) auf der Unterseite ein Steigrohr (27) trägt.

11. Filtrationsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für größere Probenmengen Schwimmer (30) mit herausnehmbarer Filter­ unterstützung (31) und auswechselbarer Membran (33) vorgesehen sind, wobei der Boden des Schwimmers offen mit Fortsatz (36) zum Einschieben der Filterunterstützung (31) ausgebildet ist.

12. Filtrationsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterunterstützung der Ultrafiltrationsmembran und der ihr nächst liegende Teil des Schwimmers auf einen Außen­ druck von mindestens 3 bar ausgelegt sind und die Eintauchtiefe im senkrechten freischwimmenden Zustand in einer flüssigen Probe der Dichte 1 g/cm³ mindestens 10 mm beträgt.