Способ очистки биологических растворов методом диафильтрации
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
