JP3822902B2 - フィルタウエルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液相から固相を分離するのに有用なフィルタウエルの製造に関する。
溶液からの固相の分離はバイオテクノロジー研究所における共通の方法であって、遠心分離によって、またはフィルタに固相を集めることによって主として行われる。例として、バクテリア、バクテリオファージからの核酸の精製、ＤＮＡ合成、ＰＣＲ生成化合物等をあげることができる。通常はそのような濾過はいわゆるフィルタウエル、すなわち、フィルタを含んでいる細い管等で行われる。フィルタの下側を真空にすることによって、またはフィルタの上側に圧力を加えることによって、液相がフィルタを通して濾過される。ガス圧によって溶液がフィルタを通して濾過される場所である、マイクロタイタープレート（microtitre plate）において生化学反応を行うための装置が米国特許第５２７３７１８号に記載されている。減圧することに対して、フィルタの上側に正圧を加えることには、特に、固相および液相を容易に収集することができ、かつフィルタの上側と下側の間に大きな圧力差を生じることが可能である（１バールより高い）という利点があるが、他方ではフィルタを通過する液体の漏れを防ぐためにフィルタとフィルタウエルの壁の間に非常に厳重にシールする必要がある。
真空による濾過を行う時に必要なシールを行う方法がＷＯ８６／０７６０６号に記載されている。その方法では、フィルタの膜を上部と下部の間に置き、その後でフィルタの膜と上部および下部を一緒に圧着して、フィルタが設けられているいくつかのウエルが形成されるようにして、マイクロタイターウエル型の試験プレートを製造する。ウエル部分の間の上部と下部に一致する突起と窪みを設け、それらの部分を一緒に押した時に突起が対応する窪みの中に押し込まれて、フィルタの膜が破られるようにすることによって、ウエルの間のシールが確保される。その後で上部と下部は、例えば、超音波の使用による加熱によって一緒に融着される。しかしこの方法は固定した壁を有するマイクロタイターウエル様式に限定される。
別々のフィルタウエルを基にしたシステムはより高い柔軟性を提供する。同じ一つの型の数が変化するフィルタウエルに対してホルダを特に供給できる。しかし、この場合には、あらゆる面で十分なシール方法はこれまで記述されていない。したがって、少なくともある条件の下では、ウエルの中にフィルタを接着して固定すると、通過する液体に汚染物質を放出することになる。上記のＷＯ８６／０７６０６号におけるような超音波溶接はフィルタを破壊することが判明している。Ｏリング型のシール構造自体は可能であるが、ほとんどの目的に対して複雑すぎ、そのためにコストが高くつく構造になる。
欧州特許ＥＰ−Ａ−３２８０３８号には、フィルタウエルを一体的に射出成形すると同時に、フィルタ端部をウエルの壁と一体化して注型することによってフィルタウエルを製造することが記載されている。この方法は、フィルタのどのような支持面も形成できないことが欠点である。更に、成形作業中にフィルタが圧縮されるために、フィルタの動作濾過面に損傷を与えることがある。また、特記されている方法では、フィルタの一つの側のみがフィルタウエルの壁に固定される。
米国特許第４１１３６２７号には、フィルタを間に挟んで固定するあらかじめ成形した二つのフィルタハウジング対を、熱可塑性樹脂の射出成形によって外縁部をシールする、注射液用フィルタの製造が記載されている。この製造法が比較的複雑であるという事実以外に、ハウジング部分の間にフィルタを挟むるとフィルタの表面に損傷を与えることがある。更に、フィルタの一つの側のみが熱可塑性樹脂で一体化して注型される。
本発明は、上記の欠点および不便を示さないと同時に、フィルタの上側に正圧が加えられた時にフィルタを通過する漏れの危険性がないように、フィルタの縁部または膜の密閉性が非常に優れたシールを簡単な作業との組合わせで実現する、別々のフィルタウエルを製造する方法に関する。更に、このフィルタウエルは高い圧力でフィルタを支持する。
上記の欧州特許ＥＰ−Ａ−３２８０３８号の方法と同様に、本発明は、プラスチックの成形と同時に、フィルタをフィルタウエルに固定することによってフィルタウエルを製造するという着想を基にしている。しかし、本発明によれば、実際の成形作業中にウエルの壁にフィルタ縁部の両側を埋め込み、または溶着すると同時に、前もって形成され、フィルタの支持面を持つ底部によってフィルタを支持するようにして、フィルタを固定する。
より詳しくいえば、フィルタの支持面、および好ましくは液体を自由に滴らせるための中央出口開口部とが設けられている底部を最初に成形することによって、フィルタウエルを製造する。その後で、フィルタ（または膜）を底部の支持面に取り付けて、フィルタが少なくとも底部の全面をほぼ覆うようにする。最後に、フィルタウエルの円筒形壁部が底部に対して形成され、壁部の下部がフィルタの縁部と底部の上縁部とを囲んで、底部と壁部が融着したユニットを形成し、フィルタの外縁部がフィルタウエル材料に融着させられる。
好ましくは、支持面は円筒壁の内側の内部に延びて、フィルタの動作濾過面の少なくとも一部分を支持するようにする。
好ましくは、フィルタは底部よりいくらか大きくて、円筒壁部の形成前は、フィルタが底部の周辺部を越えて延びるようにする。
好適な実施例によれば、底部は支持面の細かい流路パターンで製造され、その結果として液相の回収時に非常に僅かな損失が生ずることになる。
したがって、フィルタウエルを製造するための工具は、底部を形成するための手段と、フィルタを底部に取り付けるための手段と、フィルタウエルの壁部分を底部に対して形成するための手段とを有する。その工具はいくつかの部分からなる一つの成形装置の形にできるので有利である。
射出成形が好適な形成方法である。
好ましくは、フィルタの壁部と底部は同じ材料、特に熱可塑性樹脂から製造する。
以下、添付図面を参照して本発明の方法の好適な実施例をより詳細に説明する。
第１図から第７図は本発明のフィルタウエルの各製造段階における射出成形装置の部品の横断面図である。
第８図は完成したフィルタウエルの横断面図である。
第９図はフィルタの一部を切り欠いた第８図のＡ−Ａ線で切った断面図である。
第１０図は第１図から第７図の工具部品を備える射出成形装置の概略分解図である。
第１図から第７図に示す工具部品は、フィルタウエルの製造における全ての工程を実行するための一体化した装置に含まれる。明確にするという理由から全体を示していないこの工具は、図の１番上に示し、以後上部と呼ぶ固定部と、下部と呼ぶ図の下側の可動部とを有する。その下部は、水平方向に回すことによって上部の各部分まで動かすことができる。
第１図はフィルタウエルの底部を射出成形するための工具部分を示す。上記の上側の固定工具部に含まれている部分を１で示し、下側の可動部を２で示す。二つの部分１と２は、工具の下部２が上部１から離れるように動かされた時に、例えば、回転することによって、分割面３中で水平方向に相対的に変位できる。（他の図全体にわたって、上部工具部分と下部工具部分に同じ参照番号を用いる。）
上部工具部分１は円筒形の上部成形要素４を有する。この上部成形要素は中央ねじ穴５を有する。このねじ穴は途中で急に直径がより小さい穴６になる。穴６は成形要素の下端７まで延びている。穴５と６に適合したピン８が穴５にねじ込まれ、成形要素端部７の下まで延びるニードル部９を有する。縁部の内側のある場所から始まって穴６まで半径方向に延び、かつ、おそらく横方向に、例えば環状に延びる細長い突起１０のパターンが端部７に形成されて、フィルタウエルの底に流路を形成する。フィルタウエルに流路の対応する細かいパターンを形成するための突起の細かいパターンを、エッチングによって形成する方法が、スウェーデン特許出願第９４００４３７−１号（参照によりその内容を本明細書に取り込む）と同日に出願され、その出願に基づくわれわれのＰＣＴ出願「フィルタウエルおよびその製造方法」に記載されている。
一致する円筒形の下部成形要素１１が、成形要素４の正面の下部工具部分２中で垂直に移動できる。成形要素４の端部７および下部工具部分２の隣接する主要部分の最も上の部分と一緒に、この成形要素１１の上部１２が、フィルタウエルの底部を形成するためのモールドキャビティ１３を構成するように設計されている。成形要素４のニードル部９が延びているとがったくぼみ１４が成形要素１１の中央の穴１５の中で終っている。下記の説明でいっそう明らかになる理由から、穴１５を真空源に連結できる。
第１図には、明確にするという理由でここでは示していない開口部を通じて注入された所望の射出成形材料、例えばポリプロピレンで、モールドキャビティ１３が充たされている様子を示している。図示の場合には、完成した底部１６は、中央穴１８を囲む垂下先端部（a drop tip）１７と、周辺環状（a peripheral collar portion）部１９とを有する。更に、底部１６は、成形要素４の端部７内部の上記の突起１０によって形成されて、パターン化されていない周辺部２１から開口１８まで半径方向に延びる流路２０の列を上側に有する。また、半径方向通路の間に、例えば、底部１６の開口１８と同心状の環状通路の形の連結部を設けることができる。
底部１６を射出成形した後で、下部成形要素１１の中央の穴１５を真空にして、工具を特定の面３に沿って開いた時、すなわち、下側の可動工具部２が図で下に移動した時に、底部１６が成形要素上に留まるようにする。同時に、下部成形要素１１も工具部２に対していくらか上昇させて、底部１６の側縁部が下部工具部２の隣接する部分から自由にされるようにする。その後で射出成形装置の下部２を移動させ、下部成形要素１１の上に依然として保持されている底部１６が上部工具部分１内の、第２図に示すフィルタ取付け部分になる。
このフィルタ取付け部分では、下部成形要素１１は、工具部１の穴２３の中を通る垂直パンチ２２の前を右へ移動させる。パンチ２２内の中央の穴２４を圧縮空気／真空源に連結できる。その中央の穴は、例えば、十字形または星形の端部窪み２５で終端する。
パンチ２２は、パンチ穴２３の上を上部工具部分の水平の隙間２７を通して送られたフィルタシートまたはフィルタストリップ２６、例えば、いわゆる無菌フィルタまたは微細孔を有するポリアミドの膜、ポリプロピレンフィルタまたはガラス繊維フィルタ、からフィルタ円板を打ち抜く。第２図は、パンチ２２がフィルタ円板２８を打ち抜いたところである。そのフィルタ円板は、パンチの中心の穴２４に連結されている真空源に、よって、パンチに対して保持される。フィルタ２８を備えているパンチ端部が底部１６に接触する直前に、真空を正圧に変更して、フィルタが底部１６に押しつけられ、その後でフィルタが、穴１５に前に連結されている真空源によって底部に吸いつけられたままにする。この部分では、底部の中央の穴１８を通じて真空はフィルタに達する。
その後パンチ２２を引き上げ、下部工具部分２を上部工具部分１の他の部分まで移動させて、フィルタウエルの円筒形壁部の射出成形を行う。第３図は、下部工具部分の問題の部分がこの射出成形部へ移動している途中にあるところを示す。穴１５の内部は依然として減圧されているので、フィルタ２８はフィルタウエルの底部１６に常に吸いつけられている。
第４図は、先に射出成形された底部１６を有する下部工具部分が、次の射出成形部においても依然としてその場所にあることを示す。上部工具部分はここでは上下に重ねて配置され、相対的に動くことができる二つの部分を有する。それらの部分のうちの下部工具部分２９はキャビティ３０を構成する。そのキャビティは射出成形された底部１６の直前に配置され、開くことができる。上部工具部分３１はキャビティ３０に整列させられた穴３２を有する。その穴は垂直円筒形要素３３を滑り可能に受ける。要素３３の下部がキャビティ３０の内部に延びて金型のコアを構成する。キャビティ３０の壁と、工具部分３１の下部縁部と、下部工具部分２の上部と、既に射出成形されている底部１６と共にその金型コアはフィルタウエルの円筒形壁部を射出成形するための金型キャビティ３４を構成する。第４図から明らかなように、金型キャビティが底部１６の上縁部を越えて延び、その上縁部を囲むようにするために、底部１６は下部工具部分２より多少上方へ持ち上がる。底部１６のパターン化されていない（すなわち、流路がない）周辺部２１にフィルタ２８を固定することによって、円筒形コア３３の端部における、対応する垂直に延びる周辺部３５を介して、円筒形コア３３と射出成形された底部１６の間の効果的なシールが確保される。しかし、フィルタ２８の最も外側の部分と、既に射出成形されている底部１６の下側の部分とは、円筒形コア３３によっては覆われず、図から明らかなように、金型キャビティ３４の中に延びる。
ここで、フィルタウエルの円筒形部３６を形成するために、第５図に示すように、溶融プラスチック、たとえばポリプロピレンに高圧を加えて穴（図示せず）から金型キャビティ３４の中に注入する。第５図から明らかなように、溶融プラスチックは底部１６の上縁部を囲み、フィルタ２８の上をある距離だけ拡がって、フィルタが円筒壁に埋め込まれるすなわち円筒壁に成形されるようにする。溶融プラスチックが固まると、射出成形された円筒形部３６は先に射出成形された底部１６に対して収縮しようとする。そのために、埋め込まれているフィルタ縁部が圧縮されて、フィルタに対する強固なシールが行われる。
溶融プラスチックが固まると、完成したフィルタウエル３７が円筒形コア３３の周囲に保持されており、第５図の工具部分２９が開かれている状態を示す第６図から明らかなように、底部１６に融着されているフィルタ２８の外側部分に、そのプラスチックが底部１６を一体型ユニットにして組合わせている。
その後で、第７図に示すように工具部分３１を下方向に移動することによって、フィルタウエル３７を円筒形コア３３から取り出す。
第８図には、フィルタが融着されている完成したウエル３７が射出成形装置から取り出された様子を示す。したがって、フィルタウエル３７は、一緒に融着されて一体化された底部１６と円筒部３６とを含む。ウエル底には流路２０が設けられ、フィルタの支持面１６ａを形成している。フィルタの両側の周縁部が円筒形部に適切に融着すなわち融合されている。フィルタをこのように融合することによって、非常に効果的で確実なシールが行われ、その結果、液体がフィルタ２８を通して底部開口１８から圧入された時に、フィルタを通る液体が漏れるおそれはない。
流路パターンの例を第９図に示す。出口開口１８まで半径方向に延びる放射状流路２０以外に、流れを等しくする横断路３８もいくつか設けられている。それらの横断路は開口１８と同心円状に延びている。流路２０、３８と中間突起部（すなわち、フィルタ支持部）３９の幅は、例えば０．１ｍｍ程度に非常に狭いことが好ましい。既に述べたように、そうすると濾過の後にフィルタチューブに残っている液体の量が非常に少なくなり、フィルタとの接触面が非常に小さくなって、濾過時にはフィルタ表面のほとんど全てが機能するようになる。
第１０図に、第１図から第７図に示す工具部を有する前述した一体化射出成形装置を射出成形機にどのようにして配置できるかを概略的に示す。第１図から第７図には、それぞれの工具部分が、上の固定工具部１と下の可動工具部２とを有するものとして示すが、それら二つの工具部は第１０図に示すように水平に配置されていることに注目すべきである。したがって、固定工具部１は図の左側に配置され、可動工具部２は右側に配置される。
固定工具部１は第一のステーション４０と、第二のステーション４１と、第三のステーション４２とを有する。第一のステーションは第１図に示す工具部に対応するものであって、フィルタの底部を射出成形するためのものである。第二のステーションは第２図に示す工具部に対応するものであって、フィルタを打抜き、そのフィルタを底部に取り付けるためのものである。第三のステーションは第４図から第７図に示す工具部に対応するものであって、フィルタウエルの円筒形部を射出成形するためのものである。
横に移動できる可動工具部は回転可能要素４３を有する。この要素は、固定工具部における部分４０〜４２の間の距離と同じ周辺距離だけ相互に離れている四個の同一の工具部４４〜４７を有する。部分４４〜４７のうちの三つは、各作業時に一方の固定工具１の部分４０〜４２と能動的に係合する。したがって、可動工具部２を固定工具部１に押しつけると、工具部４４における底部の射出成形と、既に射出成形された底部の工具部４５へのフィルタの取り付けと、フィルタが設けられている底部の円筒形部の工具部４６における射出成形とが同時に行われる。その後で、二つの工具対１、２を引き離し、回転可能要素４３を９０°回す。底部には４７で射出成形され、フィルタが４４で底部に取り付けられ、円筒形部が４６で射出成形、等されている。
装置の大きさは、希望するならば、大きくでき、各部分４０、４１、４２にはそれに含まれている装置部品がいくつか、例えば四組設け、各工具部４４〜４７に同数、例えば四組のそれらの工具部品をそれぞれの部分の右前に設けてもよい。もちろん本発明は上記で説明し図示した実施例のみに限定されるものではなく、添付した請求の範囲に定義した一般的な発明思想から逸脱することなしに、多くの変形や変更を加えることができる。

Claims (9)

1. 出口を有し、出口の一番上に設けられているフィルタ（２８）を支持する底部（１６）を有するプラスチックのフィルタウエルの製造方法であって、
   （ｉ）フィルタ（２８）の支持面（１６ａ）と出口開口（１８）とを有する底部（１６）を形成するステップと、
   （ii）フィルタ（２８）が底部全体を少なくともほとんど覆うようにフィルタを底部（１６）の上に取り付けるステップと、
   （iii）フィルタウエルの底部（１６）と円筒形壁部（３６）が融着したユニットとを形成するように、壁部の下部がフィルタの縁部と底部の上縁部を囲むようにして、壁部を底部に対して形成するステップと
   を含み、フィルタ（２８）の外縁部がフィルタウエル材料に融着されることを特徴とするフィルタウエルの製造方法。
2. フィルタウエル（３７）の底部および壁部（１６、３６）の形成を射出成形によって行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 底部（１６）と壁部（３６）を同じ材料で形成することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 壁部（３６）の形成中に、融着すべき縁部内部のフィルタ（２８）を底部（１６）の上側の周辺部（２１）に押しつけることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 底部（１６）の上側に出口開口（１８）へ向かって延びる放射状流路（２０）と、おそらく出口開口と同心円状で、放射状流路（２０）とフィルタ（２８）を支持する流路（３８）の間の突起部を相互に連結する流路も形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. ステップ（ii）がフィルタ材料（２６）からフィルタ（２８）を打抜くことを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. ステップ（ｉｉ）におけるフィルタ（２８）が底部（１６）の周辺部を越えて延びることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. フィルタ（２８）の底部（１６）の支持面（１６ａ）が円筒壁（３６）の内側の内部に延びて、フィルタ（２８）の動作濾過面の少なくとも一部を支持することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 出口開口（１８）が底部（１６）の中央に配置されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

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