JP2017156231A - クロマトカラムの充填前空気抜き方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カラム内に充填剤を充填するに先立って、カラム内から空気を容易かつ十分に抜き取ることができるクロマトカラムの充填前空気抜き方法を提供する。
【解決手段】カラム２内に固定栓１０のポート１１ｂを介して水を導入すると共に可動栓２０を上昇させ、その後、可動栓２０を押し下げて水を配管２４，２７から排出する。次いで、配管２６，２４を介してカラム２内に水を加圧供給し、バルブ１７を開けて配管１８から一気に流出させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、医薬品やファインケミカル、機能性成分などの分離・精製工程で用いられるクロマトカラムに充填剤を充填する前に空気を抜き出す方法に関する。

バイオテクノロジー分野での近年の進歩に伴って、タンパク質のような生体物質及び生化学物質を回収、精製及び分離するための迅速で一段と精密な技術が必要とされている。医薬品やファインケミカル、機能性成分などの分離・精製工程ではクロマトグラフィーが広く用いられている。

例えば、ゲル濾過カラムクロマトグラフィー（以下ゲル濾過と略）は、タンパク質や多糖類、核酸などの生体分子を精製する際に用いられる代表的な方法の一つである。ゲル濾過では、カラムに充填されたゲル粒子状の充填剤層にサンプルを通すことにより、様々な大きさの分子を分子量（ここでは溶液中での分子の大きさの意味）に従って分離することができる。担体には小さな孔が開いてあり、小さい分子はその孔に入り込むため、長い間カラム内にとどまることになる。そのため、高分子ほど早く溶出され、低分子ほど溶出されるまで時間がかかる。その他様々な方式のクロマトグラフィーが知られている。

一般に、一連のクロマト構成操作、分離精製操作と、メンテナンス作業は、例えば以下のように行われる。なお、以下の説明は、２０％エタノールに浸漬され保存された湿潤型のゲル状の充填剤を用いる場合を例にとったものである。
（１） カラム準備
カラムを組み立て、水やエタノールなどで満たし、気泡を除去する。
（２） 充填剤準備
ゲル粒子状の充填剤を純水あるいは平衡化バッファーで洗浄してエタノールから置換した後に、純水あるいは平衡化バッファーを所定量加えて充填剤スラリーを調製する。
（３） 充填剤のカラム充填
スラリーを気泡が入らないようにカラムに注入し、その後、スラリー注入口をシールする。
（４） クロマト分離精製
カラムをクロマト送液システムに接続し、精製目的成分の分離精製を繰り返す。
（５） 充填剤洗浄
所定回数の精製を行った後、またはゲル状の充填剤が汚れた際に、カラムをクロマト送液システムから外し、充填剤をカラムから抜き出してＮａＯＨなどの洗浄液で洗浄する。
（６） 前記工程（１）〜（５）を繰り返す。

上記工程（１）において、クロマトカラムに充填剤を充填する前に内部の空気を除去する工程は重要である。空気を除去する目的は、以下の２点である。
（ｉ） クロマトカラムへの通液時の偏流を防止し、良好な分離ピークを得ること。
（ii） 空気だまりがあると、使用後のＣＩＰ工程において苛性ソーダと接液しない部位が生じる。これを排して、良好な殺菌効果を得ること。

クロマトカラムの充填前に空気を抜く方法として、特開２０１２−１５９４６１には、カラム上端テーパー部に可動栓を挿入する時に、カラムからオーバーフローする水流にのって空気を抜く方法が記載されている。

しかし、この方法では、カラムの上部フィルターに付着した空気を除くのは難しい。特に、カラム口径が大型化した場合、付着空気を除くことは困難である。

特開２０１２−１５９４６１号公報

本発明は、カラム内に充填剤を充填するに先立って、カラム内から空気を容易かつ十分に抜き取ることができるクロマトカラムの充填前空気抜き方法を提供することを目的とする。

本発明のクロマトカラムの充填前空気抜き方法は、カラム軸心方向を上下方向としたカラムと、該カラムの一端側に設けられた固定栓と、該カラム内に設けられた可動栓と、を有するクロマトカラムから充填剤充填前に空気を抜き出す方法において、該固定栓又は可動栓を介して該カラム内に水を導入する第１工程と、可動栓を固定栓に当接するまで移動させ、可動栓又は固定栓を介して空気及び水を排出する第２工程と、可動栓及び固定栓の一方を介してカラム内に水圧を加える第３工程と、可動栓及び固定栓の他方から水圧によって水を流出させる第４工程とを有することを特徴とする。

本発明の一態様では、前記可動栓及び固定栓の一方の栓に、該栓を貫通する、カラム内への充填剤スラリー導入用の配管が設けられており、前記第４工程では、該配管を介してカラム内の水を流出させる。

本発明の一態様では、前記可動栓及び固定栓は、カラム内に臨む面にフィルタが設けられており、該フィルタを挟んでカラム内と反対側に水路が設けられており、前記第１工程では、可動栓又は固定栓の水路及びフィルタを通してカラム内に水を導入し、第２工程では、可動栓又は固定栓のフィルタ及び水路を通してカラム内の水を排出し、第３工程では、可動栓又は固定栓の水路及びフィルタを通してカラム内に水圧を加える。

本発明の充填剤抜き取り方法によれば、カラムからの空気抜き作業は、バルブの開閉と可動栓の昇降及び加圧水の供給で行うことができ、作業が簡単である。また、カラム口径が大きい場合でも、空気抜きを容易に行うことができる。

本発明方法を説明するクロマトカラムの模式的な断面図である。 本発明方法を説明するクロマトカラムの模式的な断面図である。 本発明方法を説明するクロマトカラムの模式的な断面図である。

以下、図１〜３を参照して実施の形態について説明する。図１〜３は、実施の形態に係るクロマトカラムの充填前空気抜き方法を説明する、クロマトカラムの模式的な断面図である。

図１の通り、クロマトカラム１は、筒軸心方向を鉛直方向とした円筒状のカラム２と、該カラム２の下端に取り付けられた固定栓１０と、該カラム２内に上下方向移動可能に設置された可動栓２０と、該可動栓２０を上下移動させるジャッキ（図ではジャッキロッドのみが示されている。）３等を備えている。可動栓２０はジャッキロッドの下端に取り付けられている。

固定栓１０は、カラム２の下端のフランジ部２ａにクランプやボルト等の取付手段（図示略）によって取り付けられた円盤状の固定栓本体１１と、該固定栓本体１１の上面の凹所１１ａに被さる、多孔質材よりなる円盤状のフィルタ１２等を備えている。また図示しないが、凹所１１ａ底面には中心から外周方向に放射状に延在する複数の突起が設けられており、段部１１ｄと略同じ高さに設計されている。フィルタ１２は、該突起及び凹所１１ａの周囲の段部１１ｄに係止されており、フィルタ１２と凹所１１ａ底面との間に液の流通用の水路としてのスペース１３が設けられている。

固定栓本体１１には、該スペース１３に連通する液流通用のポート１１ｂが設けられており、該ポート１１ｂにバルブ１４を介して配管１５が接続されている。

フィルタ１２の中央にはスラリー排出管１６が設けられ、この配管１６の先端に平板栓３６が設けられている。平板栓３６の上面はフィルタ１２の上面と面一となっている。平板栓３６は、弁体を弁座に対し下方から接離させることにより閉・開が行われるよう構成されている。スラリー排出管１６の先端側は短い管状であり、管軸方向を上下方向とし、フィルタ１２、スペース１３及び固定栓本体１１を貫通している。スラリー排出管１６の末端にはバルブ１７を介して配管１８が接続されている。

可動栓２０は、外周面がカラム２の内周面にＯリング（図示略）等を介して水密的にかつ摺動可能に接している円盤状の可動栓本体２１と、該可動栓本体２１の下面の凹所２１ａに被さる、多孔質材よりなる円盤状のフィルタ２２等を備えている。また固定栓と同様、図示しないが凹所２１ａの天井面には中心から外周方向に放射状に延在する複数の突起が設けられており、段部１２ｄと略同じ高さに設計されている。フィルタ２２は、該突起及び凹所２１ａの周囲の段部２１ｄに係止されており、フィルタ２２と凹所２１ａ天井面との間に液の流通用の水路としてのスペース２３が設けられている。

可動栓本体２１には、該スペース２３に連通する液流通用のポート２１ｂが設けられており、該ポート２１ｂに配管２４を介してバルブ２５及び配管２６が接続されている。配管２６にはポンプ３０及びバルブ３１が設けられている。配管２６からは配管２７が分岐しており、該配管２７にバルブ２８が設けられている。

図示は省略するが、充填剤が充填された後のクロマトカラム１にあっては、固定栓１０と可動栓２０との間に充填剤層が形成されている。バルブ１４，２５を開、バルブ１７，２８、平板栓３６を閉とした状態で移動層溶媒が配管１５からスペース１３及びフィルタ１２を介して充填剤層に流通され、溶離液がフィルタ２２、スペース２３及び配管２４，２６を介して流出する。

このクロマトカラム１に充填剤を充填するのに先立って、カラム２内から空気を抜き出す手順について次に説明する。

図１の通り、バルブ１７，３１、平板栓３６を閉、バルブ１４，２５，２８を開とし、配管１５から水をカラム２内に導入する。また、可動栓２０をジャッキ３で上昇させる。配管１５からの水は、スペース１３からフィルタ１２を通ってカラム２内に流入し、カラム２内に溜まる。カラム２の高さの１０〜６０％の位置にジャッキ３を利用して可動栓２０を移動させ、可動栓２０を固定して、カラム２内に水Ｗを導入する。これにより、配管１５、スペース１３及びフィルタ１２の気孔内の空気の大部分が排出される。

次に、図２の通り、バルブ１４，１７，３１、平板栓３６を閉とし、バルブ２５，２８を開とし、可動栓２０を固定栓１０に重なるまで下降させる。

これにより、カラム２内の空気及び水は、フィルタ２２、スペース２３、配管２４，２７を通って排出され、フィルタ２２内の気孔やスペース２３、配管２４，２７内も水で満たされる。

次に、図３（ａ）の通り、バルブ１４，１７，２８、平板栓３６を閉、バルブ２５，３１を開とし、ポンプ３０を作動させ、配管２６，２４、スペース２３及びフィルタ２２を介してカラム２内に供給する。このとき通水圧によってカラム内部は昇圧される（０．０４〜０．１０ＭＰａ程度）。

次に、図３（ｂ）のように、図３（ａ）の状態で、バルブ１７、平板栓３６を開とする。配管２６を介してポンプ３０からの水の供給は継続する。これにより、スペース２３からフィルタ２２、フィルタ１２，２２に挟まれた狭いスペース、平板栓３６、バルブ１７、配管１８を介して水が一気に排出され、これに伴って、フィルタ１２，２２に挟まれた狭いスペース内の空気が水と共に排出される。可動栓が固定栓に当接している場合も装置構造上はフィルタ１２，２２の間に微小な隙間が存在しているからである。可動栓と固定栓を近接させる（例えば５ｍｍ以下）ことにより、フィルタ１２，２２に挟まれた流路は狭くなり、空気の逃げ場がなくなる上に流速が速くなる空気が水に巻き込まれて効率よく排出される。なお、５ｍｍを超えると狭小スペースの上部に空気が溜まる上に狭小スペース内の流速が遅くなるので平板栓を介して下方に排出することは困難になる。

その後、必要であれば、上記の一連の工程を１回又は２回以上繰り返す。

図３（ｂ）のように、カラム２内からの空気が十分に排出されたならば、図３（ｂ）の状態でポンプ３０を停止し、バルブ２５を閉とし、配管１８を充填剤スラリー供給部（図示略）に接続し、充填剤スラリーをカラム２内に導入する。可動栓２０はこれに伴って上昇する。次いで、バルブ１７、平板栓３６を閉とし、バルブ１４を開とするか、又はバルブ２５，２８を開とし、可動栓２０を押し下げ、充填剤スラリー中の液分を搾り出して充填剤層をカラム２内に形成する。このようにして形成された充填剤層は、空気溜りがなく、それに起因した偏流等が防止される。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記以外の形態とされてもよい。上記実施の形態では、可動栓２０を上側、固定栓１０をカラム２の下部としているが、逆に固定栓１０をカラム２の上部に配置し、可動栓２０を下側に配置してもよい。

上記平板栓３６の弁体及び弁座は、テーパ形となっているが、円柱形の弁体を円筒形の弁座に挿抜して閉・開する構成としてもよい。

１ クロマトカラム
２ カラム
３ ジャッキ
１０ 固定栓
１２ フィルタ
２０ 可動栓
２２ フィルタ
３０ ポンプ

Claims (3)

1. カラム軸心方向を上下方向としたカラムと、
   該カラムの一端側に設けられた固定栓と、
   該カラム内に設けられた可動栓と、
   を有するクロマトカラムから充填剤充填前に空気を抜き出す方法において、
   該固定栓又は可動栓を介して該カラム内に水を導入する第１工程と、
   可動栓を固定栓に当接するまで移動させ、可動栓又は固定栓を介して空気及び水を排出する第２工程と、
   可動栓及び固定栓の一方を介してカラム内に水圧を加える第３工程と、
   可動栓及び固定栓の他方から水圧によって水を流出させる第４工程と
   を有することを特徴とするクロマトカラムの充填前空気抜き方法。
2. 請求項１において、前記可動栓及び固定栓の一方の栓に、該栓を貫通する、カラム内への充填剤スラリー導入用の配管が設けられており、
   前記第４工程では、該配管を介してカラム内の水を流出させることを特徴とするクロマトカラムの充填前空気抜き方法。
3. 請求項１又は２において、前記可動栓及び固定栓は、カラム内に臨む面にフィルタが設けられており、
   該フィルタを挟んでカラム内と反対側に水路が設けられており、
   前記第１工程では、可動栓又は固定栓の水路及びフィルタを通してカラム内に水を導入し、
   第２工程では、可動栓又は固定栓のフィルタ及び水路を通してカラム内の水を排出し、
   第３工程では、可動栓又は固定栓の水路及びフィルタを通してカラム内に水圧を加えることを特徴とするクロマトカラムの充填前空気抜き方法。

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