JP2009511900A - クロマトグラフ分離のための装置 - Google Patents

Abstract

１つ若しくは複数のクロマトグラフィ分離カラム及び／又は材料供給管もしくはは抽出管に接続するための複数のコネクタを有したマニホルドを備える、クロマトグラフ分離のための装置が提供される。少なくとも一つの中央のダクトが、それぞれ注入口および吐出口を形成している少なくとも２つのコネクタの間に形成される。この中央ダクトは、閉鎖可能なダクト弁と、中央ダクトから分岐コネクタへと分岐する複数の分岐ダクトとを有している。分岐ダクトは、閉鎖可能な分岐弁を有し、少なくとも一つの分岐ダクトが注入口と中央ダクト弁との間に配置され、かつ少なくとも一つの分岐ダクトが吐出口と中央ダクト弁との間に配置される。この装置は、単一カラムおよび（連続）複床カラムクロマトグラフ分離を実施するように構成される。このことは、弁の洗浄手順の開発、実証、および確認することなしに生物薬剤製品の精製を可能とする。

Description

本発明は、クロマトグラフ分離のための装置に関する。より詳しくは、本発明は、生物薬剤製品の精製に適した、単一あるいは複数のカラムのためのモジュール式クロマトグラフィシステムに関する。

［背景技術］
クロマトグラフィは、バイオテクノロジー製品の精製において最も重要かつ便利なものの一つである。これは、とりわけイオン交換クロマトグラフィ、親和クロマトグラフィー、サイズ排除（もしくはゲル濾過）クロマトグラフィ、疎水性相互作用クロマトグラフィ、あるいは逆相クロマトグラフィをベースとすることができる。

伝統的に、クロマトグラフィ精製はバッチモードで実行されている。これは、引き続いて装填され、精製され、溶出される単一カラムを必要とする。大きな容量を処理しあるいは大量の製品を精製するためには、きわめて大型のカラムを必要としあるいは注入の反復を必要とする。これは、比生産性の低い相対的に非効率的な運転法となる。そのようなクロマトグラフィプロセスは、大量の吸着剤および大量の緩衝剤を必要とする。

比生産性が高く、かつ向流モードで実行する場合には緩衝剤の消費が非常に少ない連続法が公知である。連続した向流クロマトグラフィプロセスは、一般的に複数のカラムをベースとしている。これには、従来のメリーゴーランドシステム、回転ラックタイプシステム、および静的タイプのＳＭＢシステムが含まれる。

一般的にそのようなＳＭＢ（疑似移動床）システムは、周期的に移動する注入排出口を有した一連のカラムを用いる。これらの技術は、石油化学製品および糖の生成において成功のうちに用いられてきた。しかしながら、生物薬剤の生成は、依然としてバッチプロセスをベースとしている。それでいて、このバッチプロセスはまた、本質的に連続モードで実行される複数のステップを含み得る。例えば、遠心分離は、多くの場合に連続したプロセスとして実行される。いくつかのプロセスにおいては、細胞培養あるいは発酵プロセスのための連続した還流システムが用いられている。

装置の洗浄を回避するために、今日の生物薬剤学的な生産プロセスは、使い捨ての、あるいは１つの製品の１つの生産工程に専用する、濡れた部品を用いる。このことは、洗浄の必要性を劇的に減少させる。使い捨ての濡れた部品の場合、洗浄は完全に回避することができる。緩衝剤および中間生成物を格納する容器に代えて使い捨てのバッグを使用することは、生物薬剤業界における使い捨て部品のきわめて成功した実例の一つである。相対的に小さいバッチを処理する際には、使い捨てのバイオリアクタ、使い捨ての薄膜カートリッジおよび管材料を使用することが一般的である。

既存の複床カラムクロマトグラフィシステムは、全てのカラムに対する全ての流れの適切な分配を保証するために、複雑なバルブ構造を必要とする。バイオテクノロジーにおいては、このことは望ましくない。洗浄の問題を必然的に伴うからである。生物薬剤生産プロセスにおけるシステムの洗浄は、全ての潜在的に濡れ得る表面からの全ての汚染化合物が除去されることを保証するように設計されなければならない。この点において、複雑な内部幾何学的形状を有する装置は、その洗浄がきわめて困難である。

ChinおよびWangの「疑似移動床装置の設計」（Separation And Purification Reviews, Vo 33. No. 2, pp 77-155, 2004.）は、実行領域をバイパスすることの可能性を含むとともに、領域の数が少なくとも３つから９つに変動する構造を可能とし、かつ構造の変更を容易にする、真に用途が広いＳＭＢシステムにおけるいくつかの要件を与えた。

本発明の一態様においては、形成できる接続の数および追加できるカラムの数を柔軟なものとすることができる弁装置を提供することが望ましい。本発明の別の態様においては、特有の構造を用いて汚染を制限する弁装置を提供することが望ましい。一つのカラムだけがシステムに接続される場合、このシステムはまた従来の単一カラムクロマトグラフィのプロセスにも適することになる。

［定義］
この文書において、以下の用語は以下の意味を有している。
連続複床カラムクロマトグラフィ： 連続複床カラムクロマトグラフィは、複数のクロマトグラフィカラムを相互に接続して供給溶液の連続操作を可能とする方法である。これには、疑似移動床クロマトグラフィおよびメリーゴーランドアプローチが含まれる。
吸着剤： 吸着剤はクロマトグラフィプロセスの固定相である。一般に、これは粒子から構成されるが、構造化された充填物（例えば、機能膜あるいはモノリシック構造）とすることもできる。吸着剤は、一般的にマトリックス（二酸化ケイ素、ポリマー、多糖類、他）から構成され、かつ（例えばイオン交換あるいは親和クロマトグラフィの場合には）機能化することができる。
カラム： カラムは、吸着剤を含む単一のモジュールである。微粒子吸着剤の場合、吸着剤は充填床内に置き、あるいは操作の間に流動化させる。
領域： 並列に及び／又は直列に接続された１つ若しくは複数のカラムであり、各カラムは本質的に同じ流量を受け、領域へのおよび領域からの中間の注入口および吐出口はない。
精製： 興味のある生成物を吸着剤に結合させることによってその環境から分離し、あるいは興味のある生成物の環境から混在物質を取り除くプロセスである。
生物薬剤： バイオテクノロジープロセスを介して生み出される製薬生成物である。これには、全ての組換型タンパク質、（単一クローン）抗体、ワクチン、血液／プラズマ誘導製品、遺伝的組換の結果を示さない培養変性タンパク質、培養された細胞および組織が含まれる。
精留クロマトグラフィ： 分離は、床を介した伝搬速度の差をベースとしている。これは、一般的に吸着剤に対する親和性の相違によって生じる。例えばサイズ排除媒質の場合、伝搬速度の差は、小さな微粒子が大きな微粒子よりも容易に媒質を透過することができ、したがって保持されるという事実から生じる。この種のクロマトグラフィの実例は、サイズ排除、イオン排除、逆相クロマトグラフィ、および疎水性相互作用クロマトグラフィである。
溶出クロマトグラフィ： 溶出クロマトグラフィは、吸着剤を続けて装填しかつ溶出させる動作である。通常、この種の動作はプロセスサイクルに１つあるいは複数の洗浄段階含み、いくつかのケースにおいては再生、洗浄及び／又は平衡化の段階すらあり得る。分離は、１つ若しくは複数の成分の溶液からの選択的な吸着をベースとしたもので、他の成分は本質的に保持されずにカラムを通って移動する。このモードのクロマトグラフィには、 例えばイオン交換および親和クロマトグラフィが含まれる。生物薬剤の精製において最も一般的な親和クロマトグラフィ媒質は、プロテインＡをベースとしている。それにもかかわらず、固定金属親和クロマトグラフィ（IMAC）、ヘパリン、レクチン、トリアジン染料、その他といった、様々な他のアフィニティー配位子が商業的に入手可能であり、あるいは現在開発されている。
置換クロマトグラフィ： より強い結合成分は、より弱い結合成分を吸着剤から追い出す。これは、例えば、疎水性相互作用あるいはイオン交換に基礎をベースとするクロマトグラフプロセスにおいて発生する。本発明明細書では、これは溶出クロマトグラフィの部分集合と考えられる。
一回だけの使用： モジュール、部分、機器、あるいは構成部品は、それらが生産バッチの終了あるいは完了後に捨てられる場合には一回だけの使用となる。一回だけ使用する部品は、多くの場合に使い捨て部品と呼ばれる。一回だけ使用する部品の良く知られている実例は、剛性容器の代わりに緩衝剤、溶液あるいは中間生成物を格納するための、Stedim S. A. (Aubagne, フランス)によって供給されるようなプラスチック袋である。他の実例は、Pall (East Hills, ニューヨーク州)あるいはMillipore (Bedford、マサチューセッツ州）によって供給される薄膜カートリッジである。
専用使用： モジュール、部分、機器、あるいは構成部品は、その利用が１つの製品の精製に限定される場合は専用使用となる。これには複数のバッチ及び／又は複数の生産期間が含まれる。

［発明のサマリー］
本発明の一態様においては、１つもしくは複数のクロマトグラフ分離カラム及び／又は供給もしくは抽出チュービングへの接続のための複数のコネクタを有したマニホルドを備える、クロマトグラフ分離のための装置が提供される。それぞれ注入口および吐出口を形成する少なくとも２つのコネクタの間に、少なくとも一つの中央ダクトが設けられる。この中央ダクトは閉鎖可能なダクト弁を有する。加えて、中央ダクトから分岐コネクタへと分岐する、閉鎖可能な分岐弁を有した複数の分岐ダクトが設けられる。注入口と中央ダクト弁との間に少なくとも一つの分岐ダクトが配置され、かつ吐出口と中央ダクト弁との間に少なくとも一つの分岐ダクトが配置される。

［発明の説明］
従来のクロマトグラフィプロセスは、一般的に、吸着剤を含んでいる１つ、時には２つのカラムを用いて実行される。単一カラムシステムにおいては、プロセスは、異なるプロセス流体をカラムに導くための単一のポンプを含む。一般的に、クロマトグラフィシステムは、ポンプの注入口にある１つ若しくは複数の入口弁と、カラムの吐出口にある出口弁とを備える。これらの弁は、入って来る溶液の適切な選択、およびカラムの吐出口における廃棄物と生成物の別個の収集を可能とする。

生物薬剤は、一般的に、バッチ処理でのカラムクロマトグラフィプロセスによって精製される。そのようなシステムは、通常はダイヤフラム弁を必要とする。ダイヤフラム弁の利用は、それを容易に浄化することができるという事実に依存している。そのような弁は、商業的に、例えばRobolux AB (Lidingo,スウェーデン)、Alfa-Laval (Lund,スウェーデン)あるいは、GEMU Gebr. Muller Apparatebau GmbH & Co. KG (Ingelfmgen-Criesbach,ドイツ)によって供給されている。

クロマトグラフ分離を実施するためのより効率的な方法は、いわゆるメリーゴーランドプロセスである。そのようなシステムは、一般的に、相互に接続できる３つのカラムを備えている。この構造は、直列に接続された２つのカラムにおいて供給溶液を連続して処理するのと同時に、第３のカラムを洗浄し、溶出させ、再生しあるいは状態を平衡化させることができる。

疑似移動床（ＳＭＢ）クロマトグラフィは、相互に接続された複数のカラムに依存する運転法である。これらのカラムは、典型的に複数の領域にわたって分配されるとともに、それぞれそれ自身の注入口および吐出口を有している。最も一般的なＳＭＢプロセスは４つの領域を有している。このことは、供給溶液の２つの生成物溶液への連続した分別を可能とし、その一方は主により強い結合成分を含んでおり、他方はより弱い結合成分を含んでいる。最も周知の大規模なＳＭＢプロセスの一つは、キシレンの混合物からパラキシレンを抽出する、いわゆるParex プロセスである。このプロセスは、UOP LLC (Des Plaines, イリノイ州)によって開発され商業化されたSorbex SMB技術をベースとしている。他の顕著な実例は、ブドウ糖および果糖の混合物からの果糖の精製、廃糖蜜からの蔗糖の回収、廃糖蜜からのベタインの回収、様々なカルボキシル酸の精製、および多くのキラル体の分離である。

時がたつにつれて、ＳＭＢクロマトグラフィから導き出された、別のプロセス構成が開示されてきた。これには、オルガノ（東京、日本）によって説明されているアプローチ、NovaSepのVariColプロセス、Applexionの連続ＳＭＢ、および日本錬水の改良ＳＭＢが含まれる。全てのシステムは、事実上、供給溶液を二つ以上の生成物溶液へと連続的に精留することを意図したものである。

ＳＭＢ技術はまた溶出クロマトグラフィに用いることができるが、それには異なる条件下において成分を結合しかつ溶出することが含まれている。カラムの構造は、従来の４領域ＳＭＢプロセスにおけるものとは異なるものとなる。全ての領域を相互に接続する必要がないからである。これに加えて、溶出クロマトグラフィは、特に溶出の後に再生処置が続く場合には、不可逆的に結合された全ての材料を吸着剤から取り除くために４つ以上の段階を必要とし得る。これは、例えば、発酵プロセスあるいは細胞培養プロセスから誘導される生成物の回収に当てはまる。

連続クロマトグラフィあるいはＳＭＢクロマトグラフィの多くの異なるシステムが開発されてきており、かつ多くの異なる設計がこの業界において用いられている。ここで、最も関連性のあるシステムおよびその利用について簡潔に議論する。この短い概説のために、ChinおよびWangによって提示された分類を採用する。

ＳＭＢシステムの１番目に重要な部類は、回転する中央ＳＭＢ弁に依存している。これにはUOPによって開発されたSorbexシステムが含まれる。Sorbex弁の基本設計は１９６１年に開示された。それ以来、この設計の多くの変形例および改良が特許権を得てきた。ChingおよびWangによると、ＵＯＰは世界中に約１３０の工業用のユニットを取り付けてきた。

中央ＳＭＢ弁に依存する他の顕著な設計は、現在はCalgon Carbon Corporationの一部門であるAdvanced Separation Technologies（Lakeland、フロリダ州）により、早期の設計をベースとして開発されたSEP弁およびその変形物である。Calgon Carbon Corporationは、世界中において４０を越える異なる用途に３００の設備を設けたと主張している。同じ概念に基づいて、Torus B. V.（Haarlem, オランダNL)は類似の装置を開発した。Millipore Corporation（Bedford，マサチューセッツ州）は、衛生的なものにできると主張される類似の弁を米国特許第５，４６５，７４８号に開示している。それは、生物薬剤業界における精製へのＳＭＢの利用を可能にするが、この装置の実際のな経験は報告されていない。

これらのシステムの主要な不都合は、その全体的なシステムが、吸着剤が充填されているカラムを移動させる回転ターンテーブルを伴っているという事実にある。このため、これらのシステムは、時にはメリーゴーラウンドタイプＳＭＢシステムと呼ばれる。ターンテーブルに関連する機械的な問題にもかかわらず、１００立方メートル以上の吸着剤を有したシステムが設置されてきた。これらのシステムの商業上の用途には、培養液からリジンの回収、硝酸カリの生産、砂糖脱灰、ビタミンＣ生産、牛乳乳清からのウシイムノグロブリンの精製、および抗生物質の精製が含まれる。

メリーゴーラウンドタイプＳＭＢシステムの短所は、もはやカラムが回転しない中央回転弁の変形例の開発に結びついた。Calgon Carbon Corporation (Pittsburgh, ペンシルバニア州)は、中央の部分だけが回転する３つの部分から成る弁の特許を受けた。また、Puritech b.v. (Dessel, ベルギー)は基本的に類似の装置の特許を受けた。しかしながら、これらの弁は、回転ラック型ＳＭＢシステムにおける柔軟性が欠如している。

ＳＭＢシステムの２番目に重要な部類は、分配された弁機構に依存している。これらのシステムは、複数の一般的な弁、一般的には２方弁、３方弁、あるいは複数ポート弁に依存している。２方弁は、流れが通過するか或いは通過しないようにする。それらは、１つの注入口および１つの吐出口を有しており、したがってオンオフ弁として知られている。複数ポート弁は、多くの構造のものが入手可能である。最も一般的なものは、１つの吐出口および複数の注入口を有した、いわゆる選択行き止まり(Select Dead-end)（ＳＤ）構造である。このＳＤ弁は、選択された注入口だけを吐出口に接続しつつ、他の全ての注入口を閉じる。最も一般的なＳＤ弁は、Valco Instruments Co. (Houston, テキサス州)によって供給される回転弁である。

分配された弁機構をベースとする最初のＳＭＢ設計は、Sorbex技術をサポートする実験室あるいはパイロット規模の機器としてＵＯＰによって開発された。このアプローチは、多成分分離のための日本オルガノプロセスあるいはNovaSepによって商業化されているVaricolコンセプトを含む、様々な構造あるいは機構を実施するために採用されてきた。このコンセプトはまた、キラル分離のためのNovaSep S.A.S.によって商業化されたシステムのベースてあった。ChinおよびWangは、これらのための多数の参考文献を提供している。

２方弁を利用すると、４つの領域を有する従来の精留クロマトグラフィを実施する際には１つのカラムにつき複数の弁を必要となる。従来のＳＭＢプロセスにおいては、これは選択された構造に応じて４つあるいは６つとなり得る。より複雑な操作においては、二方弁の数はより多くなり得る。弁の数は、３方弁を利用することによって減少させることができる。このことは、例えばGolem, Green および Moranによって解説されたシステムに開示されている。

生物薬剤タンパク質および関連した生成物のための連続複床カラムクロマトグラフィプロセスは、実験室規模のみにおいて研究されてきた。これには、主としてサイズ排除クロマトグラフィーの研究が含まれる。プロテインＡ親和クロマトグラフィは、メリーゴーランドシステム、回転ラック型ＳＭＢ、および静的タイプＳＭＢにおいて実証されてきた。親和クロマトグラフィによる遺伝子組換えヒト血清アルブミンの精製は、大規模な生産のものについて記載されてきた。これらのプロセスのいずれもが、生物薬剤生産に適した装置において実施されてこなかった。牛乳乳清からのウシイムノグロブリンの精製は、回転ラックタイプＳＭＢシステムにおいて開示されてきた。

本発明の態様は、以下に続くパラグラフにおいて判り易く説明される。モジュール式のクロマトグラフィシステムは、供給混合物からの生物薬剤の精製が可能となるように構成されたポンプ、カラム、および弁マニフォールドを備える。弁マニホルドは、クロマトグラフィプロセスのために必要な弁を組織化する。弁マニホルドの濡れた部分は、使い捨てあるいは専用使用として設計される。モジュール式のクロマトグラフィシステムは、供給混合物からの生物薬剤生成物の単一カラムクロマトグラフィ精製を可能とするように構成された、単一ポンプ、単一カラム、および単一マニホルドを備える。中央弁は運転中は閉じられたままであるが、他の弁は全ての関連流体が適切な順番でカラムに負荷されるように操作される。水洗及び／又は洗浄の間には、中央弁を開くことができる。２つの別個のマニホルドを有した前述のシステムは、１つがシステムの注入口の役割を果たし、１つがシステムの吐出口の役割を果たす。前述したシステムを有した基本的に連続する精製工程においては、 基本的に同一な複数のカラムが適切な吸着剤を支持している。そのようなプロセスは次の工程、すなわち充填、洗浄、溶出、再生、および１つ若しくは複数のカラムの平衡化のうち、少なくとも２つを同時に実施する。上述したシステムによる基本的に連続した精製プロセス においては、基本的に同一な複数のカラムが適切な吸着剤を支持している。そのようなプロセスは、供給溶液の少なくとも２つの吐出口流への連続した分留を含むが、少なくともその１つがほぼ完全に精製された生成物を含んでいる。精製工程は複数のクロマトグラフ分離から構成されるが、そのうちの１つ以上が前述したシステムにおいて実行される。このシステムは異なるカラムを備えており、それぞれに少なくとも１つのクロマトグラフィの段階が関連し、かつその特定の段階に適した吸着剤がそれぞれ充填されている。使い捨てあるいは専用使用である、複数の注入口および吐出口を有した弁マニホルドは、ａ．クロマトグラフィカラムの出口に接続できる１つの注入口；ｂ．次のクロマトグラフィカラムの注入口あるいは同一のクロマトグラフィカラムの注入口に接続できる１つの吐出口；ｃ．（ｂ）で言及したカラムへとそこを通って溶液が移動する少なくとも２つ、好ましくはより多くの注入口；ｄ．（ａ）で言及したカラムから溶出物を収集するためにタンクに接続できる少なくとも２つ、好ましくはより多くの吐出口；ｅ．（ｃ）で言及したシステムの注入口を（ｂ）で言及したカラムの注入口に接続するとともに、（ｄ）で言及した吐出口を（ａ）で言及したカラムの吐出口に接続するダイヤフラム弁；ｆ．（ｅ）で言及したダイヤフラム弁を開閉できるアクチュエータ；を備え、（ｆ）で言及したアクチュエータを除く全ての部分が使い捨てあるいは専用使用である。前述した弁マニホルドにおいては、ダイヤフラムおよびダクト(conducts)が一体部品として構成される。前述した弁マニホルドにおいては、ダイヤフラムおよびダクト(conducts)が２つの別個の部品として構成され、１つがダクト(conducts)を支持し、か第２の部品がダイヤフラムを支持する。前述した弁マニホルドにおいては、言及した注入口および吐出口が、マニホルドを直列に積み重ねることができるようにマニホルドを貫通し、個々のシステム注入口あるいは吐出口のための１つの共通する注入口あるいは吐出口がある。前述した弁マニホルドにおいては、ダイヤフラムおよびダクト(conducts)が単一部品として組立てられる。前述した弁マニホルドにおいては、ダイヤフラムおよびダクト(conducts)が２つの別個の部品として構成され、１つがダクト(conducts)を支持し、第２の部品がダイヤフラムでありあるいはダイヤフラムを支持する。

本発明によると、このシステムは１つ若しくは複数のカラムを備え、その少なくとも一つが注入口および吐出口において弁マニホルドに接続される。さらに、このシステムは、複数の注入口および吐出口を備えることができる。システム注入口は、必要とする任意の流体をクロマトグラフィプロセスに移動させることができるポンプに接続することができる。あるいは、システム吐出口は、膜ユニットあるいは他のクロマトグラフィ段階のような、精製プロセスにおいて後続の工程の注入口に接続することができる。便宜上、圧力、伝導率、ｐＨ、あるいは紫外線吸収度（これらには限定されない）を含む関連プロセス条件を監視するために、追加の監視装置をシステム注入口および吐出口に接続することができる。

弁装置は様々に解釈することができるが、一つの態様において、本発明の弁装置は、図２に示されるとともに図３〜図６に詳しく描かれているように、好ましくは２つあるいは３つの別個の構造部品から構成される。

そのような実施形態において、マニホルド１は、カラム（例えば図８に描かれている構成を参照）の吐出口およびカラムの注入口に接続可能な中央ダクト２を備えている。分岐ダクト３は、供給材料が流れかつ抽出物が流れるようなシステムの注入口および吐出口に接続可能である。加えて、この分岐ダクト３は、システムの構成に応じて、カラムの注入口および吐出口に連結することができる。全般的に、中央ダクト２は、コネクタ４によって直列に及び／又は並列に連結される後続のカラムとの間の効率的な流れの接続をもたらし、特にマニホルド１内におけるカラム間の主流のインピーダンスを最小化する。好ましくは、システム注入口および吐出口（図示せず）は、中央ダクト２に接続している分岐ダクト３に接続される。図示した実施形態では、マニホルド１はクロマトカラムに連結することができる。この構成では典型的に、カラム内の流れは重力方向において上から下となる。このことは、概ね、弁マニホルド１内の流れの向きが、図１中の矢印Ｐのように底部から上部となることを意味する。そのような構成において、分岐コネクタ４は、供給材料注入口７を形成している分岐コネクタ４から中央ダクト２内の中央弁６によって切り離された、システム抽出吐出口５を形成している。加えて、分岐ダクト３は、分岐ダクト弁８によって中央ダクト２から切り離されている。典型的に、これらのコネクタは任意のタイプとすることができるが、好ましくは、三つ葉クローバーコネクタとして従来技術において周知のコネクタのような、衛生的なタイプとすることができる。概咯図はコネクタを突出要素として描いているけれども、それに代えて、コネクタを雌雄タイプとすることができる。それに代えて、コネクタは、図８においてさらに詳述するように、ガスケットタイプとすることができる。

中央弁および分岐ダクト弁の両方において好ましい弁のタイプは、例示的な実施形態として図６に示されているダイヤフラム弁である。このタイプの弁は、単純な形状と最適に設計された濡れ面と有し、衛生的な部品における要求がきわめて高い生物薬剤製品のためのクロマトグラフプロセスにおける使用を好ましいものにしている。この点で、「最適に設計される」という用語は、衛生的な要件の観点から扱いにくいデッドスペースおよび複雑な形状が最小である状態を指す。しかしながら、本発明は、そのような弁には限定されず、類似の衛生的な特徴を有する他の弁を組み込むことができる。

一例として、弁マニホルド１およびその部品のための典型的なレイアウトが、図２〜図６に示されている。同じ要求を実現する多くの代わりの構造および設計を考え得ることは明らかである。この文書に含まれている図面は例示の役割をするだけである。本発明は、ここに示されている設計に限定されない。

本発明の一態様においては、図２に示したように、マニホルド１は、ダクトレイアウト部９と、このダクトレイアウト部９を閉じるとともに膜弁８を形成する膜部分１０とから形成され、かつ対応する数のアクチュエータ１１を取り付けるための取付部を有している。

図３〜図５に示したように、ダクトレイアウト部９はベース部１３（図５）とカバー部１４（図３）との間に連結された中央部１２（図４）を備えている。そして中央部１２の一側が分岐ダクト構造１５に対応し、かつ中央部１２の反対側が中央ダクト構造１６に対応している。中央部１２は、カバー部１４に設けられた貫通穴１７に対応する貫通穴１７を有している。カバー部１４は、貫通穴１７を閉じるための膜部分１０に連結されて、中央ダクト構造１６と分岐ダクト構造１５との間に膜弁８を形成している。これらの図においては、明暸性のために限られた数の部品だけが特定され、対応する部品は個々には参照されていない。

具体的には、図３および図４は、その左から右へと、上面図（Ａ）、下面図（Ｂ）、側面図（Ｃ）、上面図（Ａ）および下面図（Ｂ）に示されている破断線I−IおよびII−IIにおける断面図（Ｄ）および（Ｅ）を示している。図５は、その左から右へと、上面図(Ａ)、下面図（Ｂ）、および側面図(Ｃ)を示している。

図３および図４から判るように、中央ダクト構造１６は、貫通穴１７および中央ダクト弁６を介して接続されたダクト１８および１９によって形成されている。

加えて、カバー部１４はまた、これらの弁のダイヤフラム１０を含むことができる。それに代えて、ダイヤフラム１０は、別個の構造部分として設けることができる。ダイヤフラム１０は、システム注入口あるいは吐出口とマニホルド１のこの部分のカラム注入口あるいはカラム吐出口との間の接続を開閉できる、柔軟な膜２０（図６を参照）を有している。

この実施形態において、カバー部１４は、ダクトレイアウト部９に対して膜を押圧しあるいは解放し、それによって膜弁８を開閉するアクチュエータ１１を支持するように構成することができる。これらのアクチュエータ１１は、任意の種類とすることができる。一般的に用いられるアクチュエータは、電磁力あるいは空気圧で作動する。

図６は、本発明による弁膜６及び／又は８の構造の詳細を示している。図６Ａにおいては弁が開いた状態で示され、図６Ｂにおいては弁が閉じた状態で示されている。ここで、カバー部１４は、分岐ダクト（図示せず）および中央ダクト（図示せず）と流体的に連通する貫通穴を有していることが示されている。膜２０をポケット２１内に押圧することにより、貫通穴を介した流れが止められて弁８が閉じられる。

第１の部分が、システム注入口あるいは吐出口とマニホルド１のこの部分のカラム入口あるいは吐出口との間の接続を開閉できるダイヤフラムを含んでいない場合、マニホルド１は、ダイヤフラム２０を構成しあるいは支持する第３の部分を備えることができる。

共に組立てられると、２つあるいは３つの部品（ベース部１３、中央部１２、カバー部１４）は、一体に結合して複数のダイヤフラム弁８を有したマニホルド１になる。各ダイヤフラム弁８は、それ自身のアクチュエータ１１を設けて個別に制御することができる。

バルブマニフォールドの唯一の濡れ部分は、ダクトレイアウト部９であり、当てはまるならば、ダイヤフラム弁８の膜２０としての膜部分１０である。弁マニホルドのこれらの部品は、好ましくは使い捨てあるいは専用使用として設計される。

本発明の一態様において、各マニホルド１’のシステム注入口およびシステム吐出口は、図７に模式的に描かれているように、実際にマニホルドを貫通している。すなわち、好ましくは、少なくとも一つの分岐ダクト３が他の分岐２２を有して、少なくとも２つの分岐コネクタ２３の間に分岐ダクト３’を形成し、かつこの分岐ダクト３’は中央ダクト２と流体的に連通するとともにかつ閉鎖可能である。このことは、別個のディストリビュータなしにマニホルドを互いに接続できるようにする。各システム注入口および吐出口は、一連のマニホルドの一端に接続されるが、その他端は弁によって閉じあるいは永久に閉じることができる。２つの連続するマニホルド間のこの接続は、異なる注入口および吐出口の間の衛生的な継手によって、例えば三つ葉のクローバー型の接続によって実行することができる。その場合、全ての注入口および吐出口は、隣接する２つのマニホルドの間に一つのクランプを必要とする。

あるいは、ガスケットのためのポケットは、これらのガスケットが隣接するマニホルド間の密封接続を保証するように、マニホルドの側面にモールド成形することができる。この場合、マニホルドは、図８に模式的に描かれているように、プレス２４等のようないくつかの手段によって互いにタイトに押し付けられなければならない。あるいは、全ての接続のガスケットは、隣接する２つのマニホルド間に設置されなければならない１つの層に結合される。その場合、マニホルドは、ガスケットの適切な配置を保証するための取付部品を備えることができる。この場合、密封は、マニホルドを互いにタイトに押し付けることによって保証される。このことは、例えば、全てのシステム注入口および吐出口をポンプ２６、器、容器、その他に向けて接続する前側部材２５と、（手動の）弁を含むことができあるいは全ての注入口および吐出口を最後のマニホルドから閉鎖できる後側部材２７との間に、マニホルドを封じ込めることによって実行することができる。前側部材２５および後側部材２７は互いに堅固に押し付けられ、それによって全てのマニホルドを互いに押し付けるとともにこれらのマニホルドの間の接続の適切な密封を保証する。図８は、複数のモジュール片１から構成されるとともに互いに押し付けられて単一の弁ユニット２８を形成する、複数のマニホルド１の例示的な実施形態を示している。この弁ユニット２８は、システム注入口２９および吐出口３０と、連結されてクロマトグラフ分離システム３２を形成しているカラム３１との間、に連結される。

本発明の一態様において、システムは、それらの間に弁マニホルドを有する３つのカラムから構成されている。これらのマニホルドはそれぞれ、最小で３つの注入口および最小で２つの吐出口を有する。この組合せは、通常はメリーゴーランドシステムで実行される連続したプロセスを可能にする。このことは、少なくとも一つのカラム、一般的には連続する２つのカラムの連続した供給を必要とする。第３のカラムが洗浄され、溶出され、及び／又は再生されている間、第１および第２のカラムは装填される。ある時間の後、第１のカラムが飽和すると、供給溶液が第２のカラムに負荷されるようにマニホルド弁が切り換わり、かつ第１のカラムはそのプロセスにおける他の全ての段階を受ける。第３のカラムは、第２のカラムの吐出口に接続されている。

本発明の一態様において、このシステムは、それらの間に弁マニホルドを有した４〜８のカラムを備える。これらのマニホルドは、それぞれ少なくとも３つの注入口および少なくとも３つの吐出口を備える。この組合せは、従来のＳＭＢプロセスに類似した連続分別プロセスを可能にする。これらの弁が個別に制御されるので、ＳＭＢプロセスにおける異なる領域の全長が、運転の間、必ずしも一定である必要はなく、かつプロセスサイクルの全体にわたって全ての流量が必ずしも一定である必要はない。したがって、本発明のこの態様のシステムは、改良ＳＭＢ、連続ＳＭＢ、Varicol、あるいはオルガノ運転法のような従来のＳＭＢクロマトグラフィよりも進歩した運転を可能にする。

本発明の一態様において、このシステムは、それらの間に弁マニホルドを有した８つ以上のカラムを備える。各マニホルドは、最小で５つ、好ましくは８つの注入口と、最小で２つ、好ましくは４つの吐出口を有する。この組合せは、イオン交換あるいは親和クロマトグラフィを用いた、モノクローナル抗体のような複雑なタンパク質の連続した向流精製を可能にする。必要とする異なる流体は、それぞれシステムの１つの注入口に接続される。マニホルド上の弁は、カラムが充填、洗浄、溶出、およびそのプロセスサイクルにおいて必要とされる他の全ての段階を続けて受けるように制御される。複数のカラムを直列に接続することができるので、これらの段階の１つ若しくは複数を基本的に向流モードで実行することができる。このことは、より効率的なプロセスを可能とするので、化学薬品、溶剤、および水の大幅な節約につながることになる。

本発明の一態様において、このシステムは、単一のコラムと単一の弁マニホルドを備える。ポンプは、弁マニホルドのカラム入口に接続されて、弁マニホルドからカラム入口へと流体を移動させる。カラム吐出口は、弁マニホルドのカラム吐出口に接続される。システム注入口およびシステム吐出口は、それぞれ製品あるいは廃棄物収集タンクに接続される。このシステムは、１つの使い捨ての弁マニホルドによって、従来の単一カラムクロマトグラフィ精製の実行を可能にする。これらの弁は、全てのプロセス溶液が適切な順番でカラムにポンプ送りされるように制御される。弁マニホルドのカラム入口およびカラム吐出口を接続する弁は、全ての時間において閉じられたままである。

本発明の一態様において、このシステムは、それぞれが異なる吸着剤を支持している複数のカラムを備える。このことは、完全に自動化された多段階式クロマトグラフィ精製の実行を可能にする。このことが、システム吐出口に接続され、かつシステム注入口にも接続される中間貯槽必要としあるいは必要としない。

［実施例］
図９を参照すると、従来のクロマトグラフ分離を実行する単一カラム組立体が示されている。この組立体は、一つのカラム３１、一つのマニホルド１、および一つのポンプ２６を備えている。ポンプ２６は、弁マニホルド１からカラム３１に向けて流体を移送するために用いられる。この弁マニホルドは、貯蔵容器（図示せず）からの適切な溶液を選択するとともに、廃棄物あるいは製品収集コンテナ（図示せず）にカラム廃液を導くために用いられる。正常運転時には、弁マニホルド１の中央弁６は閉じられている。この構造が、分離のために必要とされる多くの注入口および吐出口を含むことは明らかである。

図１０および図１１を参照すると、精留ＳＭＢ組立体（２−２−２−２構造）のためのより複雑な機構が図示されている。この組立体は、直列に接続された８つのカラム３１、４台のポンプ２６、および８つのマニホルド１を備えている。この機構において、第１領域３３は、脱離剤を含む貯蔵タンク３４に接続されている直列に連結された２つのカラム３１によって形成されるとともに、抽質流３５を提供する吐出口に接続されている。第２領域３６もまた、第１領域３３に接続された、連続して連結されている一組のカラム３１を備えている。第２領域３６には、第１領域の廃液の一部が供給される。第３領域３７には、第２領域３６の廃液および供給溶液容器３８からの流れが供給される。第３領域３７は、ラフィネート生成物の流れを提供する吐出口３９に接続されている。第４領域４０は、第３の領域に連続的に接続されるとともに、リサイクルすることができるきれいな脱着剤４１を提供する。

図１１に示したように、これらのバルブマニホルドは、システムフローのための全ての分岐ダクトが互いに接続されるように組織化されている。このことは、ディストリビュータ（図示せず）によって、あるいは好ましくは（図７に示すように）相互に接続できる弁マニホルドを用いて実行することができる。後者のオプションは、図８に示されている。最後の弁マニホルドの吐出口は閉じられている（図示せず）。

クロマトグラフ分離プロセスを含む生物薬剤製品の提供方法においては、図１１に示すように、このシステムを用いることができる。この図１１においては、後続するカラム３１を交互に切り換えることによって疑似移動床を効果的に提供する、弁スイッチ装置の最初の４つの段階が特に描かれている。具体的には、図Ａにおいて、第１のカラムには脱着剤の流れ３４が供給され、第５のカラムには供給溶液３８が供給される。リサイクル、抽出およびラフィネート流は、本発明の連結モジュール式バルブマニフォールド１にある適切な切換装置により、第２、第６および第８カラムから提供される。その後の段階においては、この切換構造は図Ｂ〜図Ｄに示されているように適合され、各カラムおよび後続するカラムが切り換えられて、疑似移動床の構造を効果的に提供する。

さらに、図１２は連続的に切り換えられる２つの組４２ａ，４２ｂを示しているが、これらの組は２つの並列なカラム３１を有している。したがって、この切換装置２８’は、本発明によるモジュール式バルブマニフォールド１を用いて一対の平行に連結されたカラム３１を提供する。より詳しくは、外部ループ４３がカラム３１の平行連結を効果的に提供する。

図１３は、本発明の範囲に含まれると考えられる多くの弁マニホルドの構成を示しているが、それらは並列にあるいは直列に連結されて、以下を備えるマニホルドを提供する。複数のコネクタ；それぞれ注入口および吐出口を形成している少なくとも２つの対向するコネクタの間にあり、かつ閉鎖可能なダクト弁を有した、少なくとも一つの中央ダクト；および中央ダクトから分岐コネクタへと分岐する、閉鎖可能な分岐弁を有した、少なくとも一つの分岐ダクト。これらのバルブ構造は、より複雑なバルブマニフォールドを提供するために連結されるが、中央ダクトへの材料供給および排液のために複数の供給材料および水抜きが設けられる。

例示的な実施形態を参照することによって本発明を説明してきたが、本発明はそれには限定されない。例えば、この装置は、特有のダクト構造を有した単一の構成部品あるいは複数の部品から製造することができる。本発明は、開示されたタイプの膜弁には限定されず、適切な機能的特性を有する他の種類の弁を組み込むことができる。これらのまたその他の変更は、添付の請求の範囲に記載されているような本発明の範囲に含まれると考えられる。

Claims (17)

1. クロマトグラフ分離のための装置であって、
   １つ若しくは複数のクロマトグラフィ分離カラム及び／又は供給管若しくは抽出管への接続のための複数のコネクタを有したマニホルドと、
   それぞれ注入口および吐出口を形成する少なくとも２つのコネクタの間にある中央ダクトであって、閉鎖可能なダクト弁を有している少なくとも１つの中央ダクトと、
   前記中央ダクトから分岐コネクタへと分岐するとともに閉鎖可能な分岐弁を有している複数の分岐ダクトと、を備え、
   少なくとも一つの分岐ダクトが前記注入口と前記中央ダクト弁との間に配置され、かつ、少なくとも一つの分岐ダクトが前記の吐出口と前記中央ダクト弁との間に配置されていることを特徴とする装置。
2. 少なくとも一つの分岐ダクトが、少なくとも２つの分岐コネクタ間に分岐ダクトを形成する他の分岐からなり、この分岐ダクトは前記中央ダクトと流体的に連通するとともに前記中央ダクトから閉鎖可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記分岐コネクタが互いに反対の側に位置していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記複数のコネクタおよび前記複数の弁をコンパクトな一体のマニホルドにまとめるように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の装置。
5. 前記一体のマニホルドが使い捨て部品として形成されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
6. 前記ダクト弁及び／又は前記分岐弁の少なくとも１つが、別個のアクチュエータによって操作される膜弁からなることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の装置。
7. 前記装置は接続可能なモジュール片として形成され、このモジュール片は、第２の接続可能なモジュール片に接続されて並列にあるいは直列に連結された複数の中央ダクトを形成するための複数のコネクタを備え、これにより少なくとも一つの連結された分岐ダクトが前記モジュール片の選択された数の分岐弁を介して選択可能な複数の中央ダクトへと接続可能となっていることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の装置。
8. 前記コネクタは、プレスによって互いに押圧されるモジュール片の側壁に設けられる対応するガスケットによって形成されて、各分岐ダクトの間及び／又は中央ダクトの間に流体的な連通をもたしていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記モジュール片に対してシステム供給材料および抽出流れを提供する前側部材、及び／又は、
   前記モジュール片のダクトを選択的に閉じるための停止部材を提供する後側部材、
   をさらに備えることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
10. 前記マニホルドは、ダクトレイアウト部分と、このダクトレイアウト部分を閉じるとともに前記膜弁を形成するための膜部分とから形成され、かつ、対応する数のアクチュエータを取り付けるための取付具を有していることを特徴とする請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の装置。
11. 前記ダクトレイアウト部分は、ベース部とカバー部分との間に連結された中央部分を有し、
    前記中央部分の一側が分岐ダクト構造に対応し、
    前記中央部分の反対側が中央ダクト構造に対応し、
    前記中央部分はカバー部分に設けられている貫通穴と対応する貫通穴を有し、
    前記カバー部分は、前記中央ダクトと前記分岐ダクトとの間に膜弁を形成するべく貫通穴を閉じるための膜部分に連結されている
    ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記アクチュエータは、前記ダクトレイアウト部分に形成されている膜弁に対応するように形成されていることを特徴とする請求項１０および１１に記載した装置。
13. 前記コネクタは、衛生的な継手から形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載の装置。
14. ３つの抽出分岐が注入口とダクト弁との間で中央ダクトに連結され、かつ、２つの供給分岐がダクト弁と吐出口との間で中央ダクトに連結されていることを特徴とする請求項１〜１３のうちのいずれか一項に記載の装置。
15. ４つ〜６つの抽出分岐が注入口とダクト弁との間で中央ダクトに連結され、かつ６つ〜８つの供給分岐がダクト弁と吐出口との間で中央ダクトに連結されていることを特徴とする請求項１〜１４のうちのいずれか一項に記載した装置。
16. クロマトグラフ分離を提供するためのシステムであって、
    請求項１〜１５のちのいずれか一項に記載された１つ若しくは複数の装置と、
    前記少なくとも１つ若しくは複数の装置がその注入口及び／又は吐出口に接続される、１つ若しくは複数のクロマトグラフ分離カラムと、
    そのいくつかが分岐ダクトに接続されている供給管及び／又は抽出管と、
    前記カラム及び／又は前記管のいずれにも流れを提供する複数のポンプと、
    を備えたことを特徴とするシステム。
17. クロマトグラフ分離プロセスを含む生物薬剤製品を提供する方法であって、請求項１６に記載したシステムの使用を含むことを特徴とする方法。

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