JPH07198701A - 低圧高速液体クロマトグラフィー用カラム、低圧高速液体クロマトグラフィー用カラム装置及び同カラム装置の使用方法 - Google Patents

低圧高速液体クロマトグラフィー用カラム、低圧高速液体クロマトグラフィー用カラム装置及び同カラム装置の使用方法

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JPH07198701A
JPH07198701A JP6289944A JP28994494A JPH07198701A JP H07198701 A JPH07198701 A JP H07198701A JP 6289944 A JP6289944 A JP 6289944A JP 28994494 A JP28994494 A JP 28994494A JP H07198701 A JPH07198701 A JP H07198701A
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佐一 山田
Hideki Takeuchi
英樹 竹内
Kazunari Yamada
和成 山田
Takeshi Majima
剛 馬島
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Abstract

(57)【要約】 【目的】被処理液がさび等で汚染されず、通液・分離時
に担体中の気泡の存在や被処理液の通液状態を目視する
ことが可能で、軽量で取り扱い・取り付けが容易な低圧
高速液体クロマトグラフィー用カラム。 【構成】一端が解放され他端に流出口が形成され、内部
にカラム空間を有する透明又は半透明樹脂製のカラム本
体と、該カラム空間に粒状充填剤を閉じ込めるための1
対の上流側及び下流側フィルタ−と、該カラム本体の解
放端部内側に密封状態で装着され、内部に流入貫通口を
有する樹脂性の頭部とからなる低圧高速液体クロマトグ
ラフィー用カラム。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、物の分離・精製、特に蛋白質、
ペプチド等の生理活性物質の分離・精製に使用される低
圧高速液体クロマトグラフィー用カラム、低圧高速液体
クロマトグラフィー用カラム装置及び同カラム装置の使
用方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】蛋白質、ペプチド等の生理活性物質の分離
・精製は、従来は通常低圧クロマトグラフィーによって
行われていた。この方法では、軟質ゲルをガラス製の円
筒カラムに充填し、自然落下により原料液を流して目的
物質の分離・精製を行う。しかし、このようなオープン
システムと呼ばれる方法は、実用規模の分離・精製を行
う場合膨大な分離・精製時間を要するため、最近では高
速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて短時間
に分離・精製を行うことが研究されている。
【0003】近年、開発・使用されている高速液体クロ
マトグラフィーでは、耐圧性に優れたステンレス製の細
長いカラムに粒状充填剤を充填し、カラム内部に原料液
を流して分離・精製する方法が取られている。しかしな
がら、このステンレス製カラムでの分離・精製には以下
のような問題がある。即ち、(1)ステンレス製であっ
てもサビが生ずることがあり、被原料液が汚染される可
能性がある。(2)ステンレス製カラムは不透明である
ので、通液中に充填剤に気泡が存在するかどうかあるい
は通液状態が正常かどうかを外部から目視観察はできな
いので、測定結果のバラツキあるいは測定結果の悪化を
未然に防止することができず、また測定結果が多少ブロ
ードな形になったとしてもその原因を正しく把握するの
が困難であった。(3)さらに、従来の高速液体クロマ
トグラフィーは長尺でカラムに充填される粒状充填剤の
粒径は小さいので、カラムに充填して通液した場合の圧
損が大きいため、高速で分離・精製するためにはカラム
内に高圧状態下で原料液を供給しなければならない。こ
のため、ステンレス製カラムに十分な耐圧性を持たせ、
かつ高圧ポンプを用い必要があり、設備が非常に高価と
なる。(4)大量の分離・精製のため設備をスケールア
ップする場合には、重量が大きくなり、かつコストの面
からも採用し難くなる。(5)また、高圧状態下で分離
・精製すると、精製目的物である蛋白質等が失活してし
まうことがある。
【0004】一方、分離膜を用いた膜クロマトグラフィ
ーでは比較的低圧での通液が可能であり、高流量で通液
しても高圧の圧力がかかることはない。このため、膜ク
ロマトグラフィー装置の耐圧性をステンレス製カラムの
ものよりも低減させることができ、設備を安価にするこ
とができる。しかし、膜クロマトグラフィー装置の吸着
量は高速液体クロマトグラフィー用の粒状充填剤の吸着
量に比較して非常に小さく、高速流量で迅速に分離・精
製することができるが、回収量は少ない問題がある。ま
た、被処理液から血液製剤を分離する場合のように、無
機ガラス製のカラムを用いるとガラスのシラノール基が
血液製剤の蛋白質を失活させる問題がある。
【0005】
【本発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した
従来技術の有する問題点を解決し、被処理液がさび等で
汚染されず、通液・分離時に担体中の気泡の存在や被処
理液の通液状態を目視することが可能で、軽量で取り扱
い・取り付けが容易な低圧高速液体クロマトグラフィー
用カラム、低圧高速液体クロマトグラフィー用カラム装
置及び同カラム装置の使用方法を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー用
カラムは、一端が解放され他端に流出口が形成され、内
部にカラム空間を有する透明又は半透明樹脂製のカラム
本体と、該カラム空間に粒状充填剤を閉じ込めるための
1対の上流側及び下流側フィルタ−と、該カラム本体の
解放端部内側に密封状態で装着され、内部に流入貫通口
を有する樹脂製の頭部とからなることを特徴とする。
【0007】本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー
用カラムの好ましい態様としては以下のものが挙げられ
る。 (1)頭部が透明又は半透明樹脂性であり、カラム本体
と該頭部とが、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、
ポリサルフォンあるいはポリ塩化ビニルから選ばれたい
ずれかの材料で形成されている。 (2)カラム本体と頭部との密着接触面に周方向に伸び
る段差を設ける。 (3)頭部が大径部と該大径部から軸方向に伸びる挿入
部とからなり、挿入部がカラム本体の解放端部内側に密
封状態で装着される。 (4)頭部挿入部が円筒形状を有し、挿入部の外周面に
ネジ部が形成され、円筒状カラム本体の解放端部が円筒
状とされ、該解放端部内周面に対応するネジが形成さ
れ、該ネジ部同志が密封状態で螺合している。 (5)頭部がキャップ形状を有し、キャップ側部の円筒
状内周面ににネジ部が形成され、カラム本体の解放端部
外周面が円筒状とされ、該解放端部の円筒状外周面に対
応するネジが形成され、該ネジ部同志が密封状態で螺合
している。 (6)カラム本体の解放端部端面と対向する頭部の面に
周方向に溝部が設けられ、該溝部にカラム本体の解放端
部端面と対向する頭部との間をシールするO−リングが
装着されている。 (7)頭部のカラム本体内部に対面する面部が頭部中央
部内部方向にテーパ状形成されている。 (8)頭部が装着されているカラム本体の外周に耐圧リ
ングが圧入されている。 (9)カラム空間が円筒形状を有し、軸方向長さ/直径
の比が2以下である。 (10)カラム本体の外周面及びカラム空間を形成する
内周面が円筒形状である。
【0008】また、本発明の低圧高速液体クロマトグラ
フィー用カラム装置は、上記いずれかの低圧高速液体ク
ロマトグラフィー用カラムとカラム空間に充填された粒
状充填剤とからなることを特徴とする。
【0009】さらに、本発明の生理活性物質を分離・生
成する方法は、上記低圧高速液体クロマトグラフィー用
カラム装置を使用して高流量50−200カラム容積/
hrかつ低圧0.2−7kgf/cm2 条件で分離・精
製することを特徴とする。
【0010】
【作用効果】本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー
用カラム装置は、通常のカラム同様カラム内部に原料液
を通液して、このカラム空間に充填された粒状充填剤に
よって蛋白等の浮遊物質を吸着を行わせる。上記低圧高
速液体クロマトグラフィー用カラム、低圧高速液体クロ
マトグラフィー用カラム装置及び同カラム装置の使用方
法によれば、以下の効果が得られる。
【0011】(1)本発明の低圧高速液体クロマトグラ
フィー用カラムの円筒状カラム本体及び頭部は樹脂で作
製されているので、被処理液がさび等で汚染されること
がない。 (2)少なくともカラム本体が透明又は半透明樹脂で作
製されているので、カラム本体のカラム空間に充填され
た粒状充填剤に気泡が混入した場合でも外部から容易に
発見できる。したがって、気泡が混入した場合でも、カ
ラム頭部の流入口あるいはカラム本体の流出口に注入シ
リンジを取り付けシリンジ中に吸い込んだ溶媒を加圧下
にカラム本体中に注入することによって容易に気泡を除
去でき、分離・精製を良好に行うことができる。さら
に、頭部も透明又は半透明樹脂によって作製すれば、気
泡の混入をより効果的に発見できる。 (3)また、カラム本体及び頭部が樹脂で作製されてい
るので、軽量であり、取り扱いに便利で、低圧高速液体
クロマトグラフィー用カラム装置を容易に分離・精製シ
ステムに装着できる。 (4)カラム本体及び頭部が樹脂で作製されているの
で、低圧高速液体クロマトグラフィー用カラム及びカラ
ム装置が安価に製造できる。 (5)頭部のカラム本体内部に対面する面部を頭部中央
部内部方向にテーパ状形成することによって、気泡が混
入した場合であっても、容易に外部に押し出し、除去で
きる。 (6)頭部が装着されているカラム本体の外周に耐圧リ
ングを圧入することによって、カラム空間内に作用する
内圧によってカラム本体が半径方向に膨張することを防
止し、カラムの破壊やカラムからの液漏れを効果的に防
止することができる。 (7)カラム空間が円筒形状を有し、軸方向の長さ/直
径の比を2以下とすることによって、蛋白質等の生理活
性物質を分離・精製する場合に高速かつ低圧下に効率的
に分離・精製することができる。
【0012】
【発明の一般的記載】本発明の円筒状カラム本体及び頭
部に用いられる透明又は半透明の樹脂としては、ポリプ
ロピレン、高密度ポリエチレン、ポリサルフォンあるい
はポリ塩化ビニル等が挙げられる。かかる樹脂は、光透
過度及び耐薬品性の点から好ましい。上記材料の中で、
ポリプロピレンが好ましい。カラム本体及び頭部の厚さ
は、用いる分離・精製圧力・使用する形成材料を考慮し
て適宜決定する。本願発明の低圧高速液体クロマトグラ
フィー用カラム装置で直径1mm以上の気泡が外部から
目視できるのに必要とされる直線透過率は、8%以上で
ある。
【0013】半透明性のポリプロピレン樹脂の場合、外
部から液の流れを観察するのに必要な直線透過率は2%
以上で、厚みが6mm以下であることが必要で、外部か
ら直径1mm以上の気泡が目視できる直線透過率は8%
以上であるが、その時の厚みは3mm以下であることが
必要である。
【0014】円筒状カラム本体内部には、カラム空間が
形成されるが、カラム空間の形状は一般には円筒形とさ
れるが、カラム内の通液を均一なものとすれば、この形
状には限定されない。また、カラム本体の流出口側の内
部形状は原料液の通液を円滑にするため、かつ気泡の除
去を容易にするため流出口を頂点とする円錐形状として
ある。
【0015】円筒状カラム本体及び頭部の装着形状・寸
法は、用いる分離・精製圧力を考慮して適宜決定する。
例えば、頭部が大径部と該大径部から軸方向に伸びる挿
入部とからなり、挿入部が円筒状カラム本体の解放端部
内側に密封状態で装着される場合には、挿入部外周部の
外径がカラム本体の解放端部内周面の内径より若干大き
めに設定され、かつ圧入された場合の挿入(圧入)長さ
を所定の数値に設定することによって、挿入部は解放端
部内側に装着されたとき、所定の内圧に耐え得るように
設定されている。
【0016】1対の上流側及び下流側フィルターは、テ
フロン製等の多孔質樹脂材料からなり、カラム空間の内
径より若干大きい外径を有しカラム空間内に圧入固定さ
れる。
【0017】本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー
用カラム内の上流側及び下流側の間に充填される充填剤
としては、イオン交換クロマトグラフィー担体、疎水ク
ロマトグラフィー担体、逆相クロマトグラフィー担体及
びアフィニティクロマトグラフィー担体等の各種のクロ
マトグラフィー担体が使用できる。高流速で分離・精製
するには、多孔質ポリマーやシリカなどを素材とした硬
質で高吸着容量を有する高速クロマトグラフィー担体を
用いる。この担体は、高流速50−200カラム容積/
hrで被処理液を供給しても高収率でロスなく分取する
のを可能とし、破過10%での吸着容量が抗体(マウス
IgG)の場合で10mg−IgG/ml−ゲル以上と
できる。ただし、この能力は200カラム容積/hrを
越えると、この能力は著しく低下する。本発明で用いる
担体の粒径としては、高速で圧損が小さくして通液する
ことがが可能という観点から20−50μmとすること
が好ましい。
【0018】充填剤としては、ポリスチレンとジビニル
ベンゼンコポリマー架橋体を素材とし比較的大きな、即
ち太い孔(貫通孔)とその貫通孔から多数枝分かれして
いる細い孔(吸着孔)とを有するものを用いることがで
きる(図8a参照)。このような物としては、例えばポ
ロスTMゲルの商品名のもとに市販されている充填剤(バ
イオセプラ社製)を用いることができる。このポロスTM
ゲルは、パーフュージョンクロマトグラフィー用ゲルと
して用いることができる。さらに、上記充填剤として
は、ポリスチレンの格子の中に吸着基を有するヒドロゲ
ルが充填されている複合体構造材料を用いることができ
る。このような物としては、強固な組成物マトリックス
を有しハイパーDTM(図8b参照)の名のもとで市販さ
れている充填剤(パーセプティブハイオシステムス社)
を用いることができる(バイオセプラ社)。このハイパ
ーDTMは、ハイパーディフュージョン用ゲルとして用い
ることができる。以下の表1にポロスTMゲルとハイパー
TMの物性を示す。
【0019】
【表1】
【0020】本発明で用いることができる吸着(及び洗
浄)用溶媒としては、例えば、各種クロマトで使用でき
る塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム等の塩濃度の高い緩
衝液が用いられる。例として、近年、診断薬用途で抗体
が生産スケールで分取されているが、マウスIgG1と
いう抗体種をプロテインAをリガンドとしたアフィニテ
ィクロマトグラフィー担体で分取する場合に、吸着用緩
衝液として高粘度の溶媒(1.5Mグリシン+3M−N
aCl,pH8.9)が使用される。溶出溶媒について
は、所定の塩濃度で目的物質が溶出されることが多く、
その場合は同様の塩濃度の高い緩衝液がイオン交換クロ
マトグラフィーやアフィニティクロマトグラフィーなど
で用いられる。
【0021】また、本発明の低圧高速液体クロマトグラ
フィー用カラム装置は、種々の物質の分離・精製に用い
られるが、本発明のカラム装置で特に分離・精製する対
象として適するものとしては、血液凝固因子、組換えタ
ンパク、抗体タンパク、糖タンパク質などの各種タンパ
ク質があげられる。
【0022】
【実施例】以下に本発明を図示の実施例によってさらに
詳細に説明する。図1と図2は、本発明の低圧高速液体
クロマトグラフィー用カラム装置を示す断面図であり、
1は透明又は半透明の樹脂製の円筒状カラム本体、2は
円筒状カラム本体の解放端部3に挿入される透明又は半
透明の樹脂製の頭部である。円筒状カラム本体1は、肉
厚e1が0.5mm以上である注射器の先端部のような
形状をしており、一端3は解放され他端は漏斗状に絞ら
れて細い流出口4が形成されている。頭部2は、大径部
5と大径部5の中央部から軸方向に伸び、円筒状カラム
本体1の解放端部分の内径とほぼ等しいが若干大きい外
径を有する挿入部6とを有し、図2に示すように円筒状
カラム本体1の解放端部3に密着状態で挿入される。頭
部2の中央部にはカラム本体内部と外部に連通する貫通
孔Aが設けられている。挿入部6は、その外周面の全長
にわたって円筒状カラム本体の内周面と密着し、広い接
触面積を確保しており、大径部5の下面はカラム本体1
の解放端面に当接している。図2に示すように、円筒状
カラム本体1の内部に頭部2が挿入され、円筒状カラム
本体1の内部にカラム空間7が形成される。カラム空間
7の両端部には1対のフィルター8、8’が装着され、
1対のフィルターの間に高速液体クロマトグラフィー用
の粒状充填剤9が充填されている。
【0023】円筒状カラム本体1に頭部2を装着した
後、頭部2の挿入部6が装着されたカラム本体1の解放
端部外周には耐圧リング10が圧入される。頭部2の大
径部6の外径をカラム本体1の外径R1より大きくして
あり、リング10はカラム本体1の半径方向外方に伸び
る大径部5の下面に当接し、カラム本体1の外周面に安
定して保持される。耐圧リング10は、円筒状カラム本
体1がカラム空間7の内部に作用する内圧によって膨張
するのを防止する。耐圧リング10の内径R2を円筒状
カラム本体1の外径R1よりも若干小さく設定してあ
り、材料等にもよるがその差R1−R2を例えば0.4
−0.6mmに設計・加工することによって液漏れを効
果的に防止できる。この耐圧リング10によって円筒状
カラム本体1と頭部2とを補強し、所望の内圧力に耐え
られるようになっている。また、挿入部6はその外周面
全長にわたって円筒状カラム本体1の内周面と密着し、
大きい接触面積を持たせてある。挿入部6の長さは、所
望の圧力を考慮して適宜決定されるが、例えば、7kg
/cm2 までの耐圧性を持たせるためには挿入部6の長
さL1は4mm以上とする。
【0024】円筒状カラム本体1と頭部2は、強度と硬
度が大きく、かつクロマトグラフィー工程において使用
される酸やアルカリに強く、かつオートクレーブでの殺
菌の際の温度に耐える耐熱性を有し、内部を確認できる
程度の透明性、半透明性を有する材質で形成される。ま
た、被処理液と反応しない材質である必要がある。例え
ば、蛋白質等の生理活性物質を分離・精製する場合には
該生理活性物質と反応しない材質である必要がある。こ
れらの特性を満足させる樹脂としては、熱可塑性樹脂の
ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリサルフォン
あるいはポリ塩化ビニルを用いることが好ましく、本実
施態様では、円筒状カラム本体1と頭部2とをポリプロ
ピレンで形成している。一方、耐圧リング10の材質は
特に限定されないが、樹脂製とする場合には強度と硬度
が必要とされる。以上の観点から、本実施態様では、耐
圧リング10としてポリ塩化ビニルを使用している。耐
圧リング10をポリ塩化ビニルで形成する場合には、例
えば7kg/cm2 の内圧に耐えるには幅L2が3mm
以上、厚みe2が3mm以上とする。フィルター8、
8’としては、例えば、蛋白質等の吸着しにくいテフロ
ン等の多孔質樹脂材料によって形成され、液体、溶液は
通すが、粒状充填剤は通さない多数の細孔を有する。
【0025】粒状充填剤9は、イオン交換クロマトグラ
フィー担体、疎水クロマトグラフィー担体、逆相クロマ
トグラフィー担体及びアフィニティクロマトグラフィー
担体等の各種のクロマトグラフィー担体が使用できる。
高流速で分離・精製するには、多孔質ポリマーやシリカ
などを素材とした硬質ゲルを用いる。担体の粒径として
は、高速で圧損が小さい通液が可能という観点から20
−50μmとすることが好ましい。
【0026】本実施態様では、カラム空間7の長さL/
直径Dとの比を2以下と偏平な形としてある。このよう
にすることによって、高速で通液をする場合でも圧力損
失を低く抑えることができ、高圧力を付与する必要がな
くなり、樹脂性の円筒状カラム本体1や頭部2が破壊し
たり、液漏れが生じるのを防止できる。
【0027】図3は、カラム本体及び頭部の形状を除
き、図1と図2に示す低圧高速液体クロマトグラフィー
用カラム装置と同一とした実施態様を示す。図3のカラ
ム装置では、カラム本体1及び頭部挿入部6のそれぞれ
の接触内周面及び外周面には段差が設けられ、これらの
段差は互いにかみ合い接触面からの液漏れをより効果的
に防止する。
【0028】図4−図7は、頭部をカラム本体に取り付
ける構造を変えた本発明に係るさらに別の実施態様を示
す。図4では、頭部2aの大径部の外周部に環状の突部
20を設け、突部20の内周面及び対応するカラム本体
1aの外周面とにネジ部を設け、これらのネジ部を螺合
させてある。21は、頭部の環状溝に嵌合したO−リン
グを示し、液密性を確保している。本実施例では、頭部
の挿入部6aの円筒状カラム本体1a内部に対面する面
部が頭部中央部内部方向にテーパ22が形成されてお
り、気泡を除去し易くなっている。図5の実施態様は、
図4での挿入部を除去したもので、その他も構成は図4
のものと実質的に同一である。図6の実施態様では、カ
ラム本体1cと頭部2cの挿入部6cのそれぞれの接触
内周面と外周面とにネジ部を設け互いに螺合して締め付
けている。カラム本体の解放端部に頭部大径部に沿って
半径方向外側に伸びる環状の突起23を設けてあり、頭
部の挿入部をカラム本体の解放端部に螺合した場合に頭
部大径部の下面とカラム本体の環状突起23の上面とが
密着して液密を保つようになっている。この実施例で
は、図4、図5に示すO−リングを設けていないが、O
−リングを設けてさらに液密を保つこともできる。ま
た、図7は、図6のものにO−リングを設けると共に、
頭部の大径部とカラム本体の環状突起部とをボルトとナ
ットによって締め付け、液密性をより向上させたもので
ある。
【0029】図8は、原料液が充填剤粒子中を流れる様
子を模式的に示すもので、原料液は粒状の充填剤粒子の
中に形成された貫通孔を通り、原料液中の目的成分は吸
着孔に吸着される。
【0030】図9と図10は、それぞれアフィニティク
ロマトグラフィー担体及びイオン交換クロマトグラフィ
ー担体を用いた場合の気泡が分離結果に与える影響を模
式的に示すものである。これらの図において、左側の測
定チャートは正常な分離精製結果を示し、右側は気泡の
存在によって、測定結果のチャートが崩れてブロードな
形状となったものである。本発明の低圧高速液体クロマ
トグラフィー用カラム装置では、気泡が存在する場合、
外部から目視でき、容易に除去して、正常な分離操作を
行うことが可能となる。
【0031】図11は、図1と図2に示す低圧高速液体
クロマトグラフィー用カラム装置を使用する分離・精製
システムの1例(低圧高速液体クロマトグラフィー装
置:ミリポア社製、ConsepLC100)を示す。
シリンジ31内のサンプル液が混合容器32に供給さ
れ、ポンプ33によってビン34A、34B,34C,
34D,・・・内のバッファー液、洗浄液が混合容器3
2内に供給され、サンプル液とバッファー液とが混合さ
れる。得られた混合液はカラム装置に内に供給され、被
分離物質が充填剤に吸着される。バッファー液の供給を
適時切り替え通液することによって、目的とする物質を
コレクタービン35A,35B,35C,・・・分離・
精製・集液する。36はUVセルを示す。37は、CP
Uを示し、所定のプログラムに沿って、ポンプの作動、
バッファー液供給、UVセルの作動、コレクタービンの
切り替えを制御する。38は、記録計を示し、UVセル
36で測定された結果を表示・記録する。本分離・精製
システムでは、本発明の低圧高速液体クロマトグラフィ
ー用カラム装置を横方向に取り付けてあるが、垂直方
向、あるいは斜め方向、あるいは逆さ方向に取るつける
ことも可能である。
【0032】なお、従来、抗体等の有用蛋白質を精製す
る場合、バッファー液を供給するのにペリスタ系のチュ
ーブをしごく形式のポンプ(限界圧損:3kgf/cm
2 )を使用して、低圧・低流速条件下で分離・精製を行
っていた。低圧・低流速条件下とする理由は、従来用い
られていた担体は軟質ゲルのため、高速流速で通液する
とゲルが圧密化され液が流れなくなったり、高速流量下
では、担体の吸着能力が低下してしまうからによる。ま
た、高圧条件下で蛋白質等の生理活性物質を分離・精製
すると、蛋白質の高次元構造が崩れて蛋白質の活性が低
下することもあり、低圧条件下での分取が望まれる。一
方、従来の高速液体クロマトグラフィー用カラム装置で
は、耐圧性に優れたステンレス製カラムと高圧ポンプを
用い、高圧・高流量で蛋白質の分離・精製を行ってい
た。しかしながら、上述のように高圧条件下で蛋白質等
の生理活性物質を分離・精製すると、蛋白質の高次元構
造が崩れて蛋白質の活性が低下することもあり、低圧条
件下での分取が望まれる。
【0033】本発明は、従来の高速液体クロマトグラフ
ィー用カラム装置の欠点に着目して、低圧・高流量で蛋
白質等生理活性物質の分離・精製を行うことを可能とす
るのものである。かかる目的のため、ポンプとしてギア
ポンプ、ローラポンプ(供給量:3リッター/分)を使
用する。例えば、低圧高速液体クロマトグラフィー装置
ConsepLC100システム(ミリポア社製)で用
いられるギアポンプは流速を圧力で制御するもので、5
0ml/分までの高流速を出せるが、その限界圧損は流
速の定量性から7kgf/cm2 と設定されている。
【0034】蛋白質を分離・精製する場合、圧力を7k
gf/cm2 以下に設定することが好ましい。一方、流
速は実用的な分離・精製操作の観点から設定され、カラ
ム形状もかかる低圧力及び実用流速を満足させる必要が
ある。本発明者は、圧損と流速との関係を調査した結
果、カラム空間の長さ/直径の比が2より小さい偏平な
形状の場合、圧損が7kgf/cmでより小さく、高流
速200カラム容積/hrで良好な分離・精製が行える
ことを発見した。また、高流速200カラム容積/hr
で、高速タイプのクロマトグラフィー担体が、従来のソ
フトゲルと同等以上の吸着容量を有する為には少なくと
も5mm以上の長さが必要である。このような高速クロ
マトグラフィー担体には、高速タイプのポロスTM(Po
rosTM)(パーセプティブバイオシステム社製)ゲル
を用いることができる。
【0035】カラム圧損は、実験的に以下の式によって
表されることが分かった。この実験式は粘性の高い溶媒
(1.5Mグリシン+3MNaCl,pH8.9)を通
液した時のカラム圧損の実測データから求めたものであ
る。この溶媒は、マウスIgG1等の抗体を、プロテイ
ンAをリガンドとしたアフィティクロマトグラフィー担
体で分取する場合に、吸着用の緩衝液として用いられる
ものである。
【0036】担体としては、ポリスチレンとジビニルベ
ンゼンのコポリマー架橋体(ポロスTM20A,平均粒径
20μm。“20”と“A”は、それぞれプロテインA
と平均粒径20μmとを表わす。ポロスTM20Aは、プ
ロテインAをリガンドとして用いる平均粒径20μmの
リガンドとしてアフィニティクロマトグラフィ担体であ
る)が使用される。 P=AxUxLxμ ここに、P:カラム圧損(kfg/cm2 ) U:空塔速度(cm/hr) L:カラム空間の長さ(cm) μ:溶媒の粘度(cSt)
【0037】粘度は、一定であるから、P=A’xUx
Lとできる。いま、Bカラム容積/hrで通液すれば上
記式はU=BxLであるからP=A’xBxL2とで
き、圧損を所定の圧力Poより低くするためにはL2
Po/A’xBとすればよいことが分かる。したがっ
て、所望の圧損及び通液速度を達成するためのカラム空
間長さを随時決定することができる。なお、ここに単位
『カラム容積/hr』とは1時間当たりカラム空間と同
一の容積の量の液体を流すことを意味する。
【0038】本発明者は、カラム空間(容積10ml、
内径26mm,カラム空間長さ18.8mm,限界圧4
0kgf/cm2 のカラムを用い、溶媒(1.5Mグリ
シン+3MNaCl,pH8.9)を通液した時の実測
データから、A’=0.0025を得た。すなわち、L
2 ≦Po/0.0025xB。いま、蛋白質等の生理活
性物質の高速、高流量の分離・精製の実用的な圧損(ギ
ヤポンプの限界圧)及び流量をそれぞれ7kgf/cm
2 以下、200カラム容積/hrと設定すればL2 ≦1
4、すなわちL≦3.74cmとなる。
【0039】上記のようにして、流速と圧損との関係を
調べたところ、カラム空間の長さ/直径との比が2以下
であると7kgf/cm2 以下の圧損で、高速流量20
0カラム容積/hrでの分離・精製処理を行うために場
合好ましいことが分かった。図12は、それぞれのカラ
ムに溶媒(1.5Mグリシン+3MNaCl,pH8.
9)を2種類の流速で通液した時の圧損を示す。L/D
が2以下のBの場合には、流速が200カラム容積/h
rの場合でも、圧損は2kgf/cm2 以下と低いが、
L/Dが2より大きいAの場合には、流速が200カラ
ム容積/hrの場合、圧損が9kgf/cm2 以上と高
くなっているのが分かる。
【0040】本発明者の実験により、本発明のカラム装
置は高速、高性能な各種クロマトグラフィー担体を充填
して分離・精製を行うのに適する。これらクロマトグラ
フィー担体を本カラムに充填して、線速度と吸着容量の
関係を調べた結果、スケールアップについては滞留時間
で整理できることが判明した。即ち、線速度(cm/h
r)の影響を受けず、流速(カラム容積/hr)を一定
にして、10%破過吸着容量を基準としてカラム空間容
積を大きくしていくことでスケールアップが容易に行え
ることが分かった。一般的な線速度の流速表示では、同
じカラム内容積でもカラム空間の直径により流量(ml
/hr)が変化する。したがって、滞留時間での流速表
示(cv/hr)により分離・精製条件の最適化を行う
のが良いと考えられる。
【0041】
【実施例】(抗体分取試験1)本発明の低圧高速液体ク
ロマトグラフィ用カラム装置を、第3図に示す低圧高速
液体クロマトグラフィ装置にセットし、80カラム容積
/hrの処理流速で、予め0.8μmのフィルターによ
り濾過した抗血清250μlを4ml/分の流速で通液
し、粒状充填剤に吸着させ、その後、洗浄液(20mM
リン酸バッファーpH7.4)を12分間通液しカラム
内を洗浄し、溶離液(0.1Mクエン酸+0.15Mの
NaCl,pH4)を10分間通液し粒状充填剤に吸着
されている抗体IgGを溶出させた。カラムからの流出
液の成分を紫外線検出器により測定した所、図13のチ
ャートが得られた。このチャートから、抗体IgGの吸
着と溶出とが極めて効率良く行われていることが分か
る。カラム空間内に充填した粒状充填剤として、粒径3
0μm、細孔径1000Åのシリカゲルを基材とし、プ
ロテインAをリガンドとした高速アフィニティクロマト
グラフィー担体を湿潤状態で充填した。液を、頭部の中
心部の流入口→カラム空間→円筒状カラム本体の流出口
の順番でカラム装置内を流した。抗血清を流す前に、ま
ず流速のキャリプレーションを行ったところ、4ml/
分(80カラム容積/hr)において3kgf/cm2
の圧力がカラム空間に発生した。
【0042】本クロマトグラフィ装置に内蔵されていた
ギアポンプの最大流量は50ml/分であり、処理は8
0カラム容積/hrの処理流速で分離・精製処理を行っ
た。この場合、カラム容積が最大37.5mlまでのカ
ラムを装着可能であるが、粒状充填剤の吸着容積と被処
理液中の精製目的物質の量(処理量)から粒状充填剤の
量を選択し、本実験例では充填剤の必要量は1ml程度
であるが、精製時間を30分とするためカラム空間容積
が3mlでカラム空間の長さ/直径が0.6のカラムを
使用した。なお、円筒状カラム本体の外径R1は23m
m,耐圧リングの内径R2は22.57mmであり、頭
部挿入部の長さLは10mmであり、流入口及び流出口
の直径はそれぞれ4mm,2mmであった。
【0043】(抗体分取試験2)次に上記と同じカラム
に、ポリスチレンとジビニルベンゼンのコポリマーを素
材としたパーフュージョンクロマトグラフィ用担体を粒
状充填剤として充填し、第3図に示す低圧高速液体クロ
マトグラフィ装置にセットし、10ml/分の処理流速
で、予め0.8μmのフィルターにより濾過した抗血清
250μlを2分間通液し、粒状充填剤に吸着させ、そ
の後、洗浄液(20mMリン酸、バッファーpH2.
4)を通液しカラム内を洗浄し、溶離液(0.1Mクエ
ン酸+0.15MのNaCl,pH4)を2分間通液し
粒状充填剤に吸着されている抗体IgGを溶出させた。
カラムからの流出液の成分を紫外線検出器により測定し
た所、図14のチャートが得られた。このチャートか
ら、抗体IgGの吸着と溶出とが極めて効率良く行われ
ていることが分かる。なお、使用したパーフュージョン
タイプの担体は、図8に断面を示すように内部に多数の
貫通孔や吸着孔をもつ多孔質のもので、平均粒径は20
μmであった。流速のキャリプレーションを行った所、
10ml/分(200カラム容積/hr)において0.
7kgf/cm2 の圧力がカラム空間に生じた。
【0044】(抗体分取試験3)抗体分取試験1と同様
にプロテンAをリガンドとした高速アフィニティクロマ
トグラフィー担体を粒状充填剤としてカラムに充填し、
第3図に示す低圧高速液体クロマトグラフィ装置にセッ
トし、10ml/分の処理流速で、予め0.45μmの
フィルターにより濾過した血清含有培養上清1.5リッ
トルからの抗体IgGの分取テストを行った。カラムと
して、カラム空間容積10ml,カラム空間長さ/直径
が0.81のものを使用した。円筒状カラム本体の外径
R1は30mm,耐圧リングの内径R2は29.57で
あり、頭部挿入部の長さLは13mmであり、流入口及
び流出口の直径はそれぞれ4mm,2mmであった。1
7ml/分(圧力2kgf/cm2 )の流速で通液を行
ったが、抗体分取試験1,2と同様に抗体IgGの吸着
と溶出とが極めて効率良く行われたことが確認できた。
【0045】(分取試験4−6)以下の条件で、分取試
験を行った。結果をそれぞれ図15−17に示す。
【0046】分取試験4:アフィニティクロマトグラフ
ィー サンプル・・・マウス腹水(マウス1gG1)、7.5
mg−IgG(25ml) 使用カラム・・・カラム空間容積20ml、カラム長さ
/直径(1.46)、プロテインAプラスチックカラム
(ゲル20ml,26x38mmL) 流速・・・吸着:20ml/分(60カラム容積/h
r) 洗浄:20ml/分(60カラム容積/hr)x20分 溶出:10ml/分(30カラム容積/hr) バッファー液・・・吸着、洗浄液:1.5Mグリシン+
3MNaCl(pH8.9) 溶出液:リン酸−クエン酸バッファー(pH6) 精製時間:25分 収率:96%(マウスIgG180.4mg)
【0047】分取試験5: サンプル・・・血清培養上清(マウス1gG1)、0.
73mg/ml(400ml) 使用カラム・・・カラム空間容積50ml、カラム長さ
/直径(1.0)、プロテインAプラスチックカラム
(ゲル50ml,40x40mmL) 流速・・・吸着:50ml/分(60カラム容積/h
r) 洗浄:50ml/分(60カラム容積/hr)x10分 溶出:20ml/分(24カラム容積/hr) バッファー・・・吸着、洗浄液:1.5Mグリシン+3
MNaCl(pH8.9) 溶出液:リン酸−クエン酸バッファー(pH6) 精製時間:45分 収率:95%(マウスIgG277mg)
【0048】分取試験6:イオン交換クロマトグラフィ
ー(条件を確認ください) サンプル・・・オボアルブミンと牛アルブミンの混合物 使用カラム・・・カラム空間容積(5ml)、カラム長
さ/直径0.8、Poros(R) 20HQ(強アニオン
交換体)、圧損6kgf/cm2 流速・・・120カラム容積/hr 吸着:10ml/分(120カラム容積/hr) 洗浄:10ml/分(120カラム容積/hr)×2分 溶出:10ml/分(120カラム容積/hr) バッファー・・・吸着、洗浄液:50mM トリスーH
Cl(pH8.5)溶出液:50mM トリスーHCl
+0.5M−NaCl(pH8.5) 精製時間:(8分) 収率:96%(オボアルブミン)、95%(BSA:牛
アルブミン)
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー用カ
ラム装置の1実施態様を分解状態で示す断面図である。
【図2】図1に示す低圧高速液体クロマトグラフィー用
カラム装置の1実施態様を組み立て状態で示す断面図で
ある。
【図3】本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー用カ
ラム装置の別の実施態様を組み立て状態で示す断面図で
ある。
【図4】本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー用カ
ラム装置のさらに別の実施態様を示す断面図である。
【図5】本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー用カ
ラム装置のさらに別の実施態様を示す断面図である。
【図6】本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー用カ
ラム装置のさらに別の実施態様を示す断面図である。
【図7】本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー用カ
ラム装置のさらに別の実施態様を示す断面図である。
【図8】原料液が充填剤粒子中を流れる様子を示す。
【図9】アフィニティクロマトグラフィー担体を用いた
場合の気泡が分離結果に与える影響を模式的に示すもの
である。
【図10】イオン交換クロマトグラフィー担体を用いた
場合の気泡が分離結果に与える影響を模式的に示すもの
である。
【図11】図1及び図2に示す低圧高速液体クロマトグ
ラフィー用カラム装置を使用する分離・精製システムの
1例を示す。
【図12】カラムに溶媒(1.5Mグリシン+3MNa
Cl,pH8.9)を種々の流速で通液した時の圧損を
示す。
【図13】抗体分取試験1の結果を溶出時間と紫外線検
出量とで示すグラフである。
【図14】抗体分取試験2の結果を溶出時間と紫外線検
出量とで示すグラフである。
【図15】本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー用
カラム装置を用いてアフィニティクロマトグラフィを実
施した場合の結果を溶出時間と紫外線検出量とで示すグ
ラフである。
【図16】本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー用
カラム装置を用いてを血清培養上清ついて分離・精製し
た場合の結果を溶出時間と紫外線検出量とで示すグラフ
である。
【図17】本発明の低圧高速液体クロマトグラフィー用
カラム装置を用いてをイオン交換クロマトグラフィを実
施した場合の結果を溶出時間と紫外線検出量とで示すグ
ラフである。
【符号の説明】
1,1a,1b,1c,1d…カラム本体、2,2a,
2b,2c,2d…頭部、3…解放端部、4…流出口、
5,5a…大径部、6…挿入部、7…カラム空間、8,
8′…フィルター、9…粒状充填材、10…耐圧リン
グ、20…突起、21…テーパ、22…O−リング、2
3,23′…突起、31…シリンジ、32…混合容器、
33…ポンプ、34A,34B,34C,34D…バッ
ファ液ビン,洗浄液ビン、35A,35B,35C…コ
レクター、36…UVセル、37…CPU、38…記録
計、A…貫通孔
フロントページの続き (72)発明者 馬島 剛 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一端が解放され他端に流出口が形成され、
    内部にカラム空間を有する透明又は半透明樹脂製のカラ
    ム本体と、該カラム空間に粒状充填剤を閉じ込めるため
    の1対の上流側及び下流側フィルタ−と、該カラム本体
    の解放端部内側に密封状態で装着され、内部に流入貫通
    口を有する樹脂製の頭部とからなる低圧高速液体クロマ
    トグラフィー用カラム。
  2. 【請求項2】頭部が透明又は半透明樹脂製であり、カラ
    ム本体と該頭部とが、ポリプロピレン、高密度ポリエチ
    レン、ポリサルフォンあるいはポリ塩化ビニルから選ば
    れたいずれかの材料で形成されていることを特徴とする
    請求項1に記載した低圧高速液体クロマトグラフィー用
    カラム。
  3. 【請求項3】カラム本体と頭部との密着接触面に周方向
    に伸びる段差を設けたことを特徴とする請求項1または
    2に記載した低圧高速液体クロマトグラフィー用カラ
    ム。
  4. 【請求項4】頭部が大径部と該大径部から軸方向に伸び
    る挿入部とからなり、挿入部がカラム本体の解放端部内
    側に密封状態で装着されることを特徴とする請求項1乃
    至3のいずれかに記載した低圧高速液体クロマトグラフ
    ィー用カラム。
  5. 【請求項5】頭部挿入部が円筒形状を有し、挿入部の外
    周面にネジ部が形成され、カラム本体の解放端部の円筒
    状内周面に対応するネジが形成され、該ネジ部同志が密
    封状態で螺合していることを特徴とする請求項4に記載
    した低圧高速液体クロマトグラフィー用カラム。
  6. 【請求項6】頭部がキャップ形状を有し、キャップ側部
    の円筒状内周面ににネジ部が形成され、カラム本体の解
    放端部の円筒状外周面に対応するネジが形成され、該ネ
    ジ部同志が密封状態で螺合していることを特徴とする請
    求項1乃至3のいずれかに記載した低圧高速液体クロマ
    トグラフィー用カラム。
  7. 【請求項7】カラム本体の解放端部端面と対向する頭部
    の面に周方向に溝部が設けられ、該溝部にカラム本体の
    解放端部面と対向する頭部の面との間をシールするO−
    リングが装着されていることを特徴とする請求項1乃至
    6のいずれかに記載した低圧高速液体クロマトグラフィ
    ー用カラム。
  8. 【請求項8】頭部のカラム本体内部に対面する面部が頭
    部中央部内部方向にテーパ状に形成されていることを特
    徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載した低圧高速
    液体クロマトグラフィー用カラム。
  9. 【請求項9】頭部が装着されているカラム本体の外周に
    耐圧リングが圧入されていることを特徴とする請求項1
    −5並びに7−8のいずれかに記載した低圧高速液体ク
    ロマトグラフィー用カラム。
  10. 【請求項10】カラム空間が円筒形状を有し、軸方向長
    さ/直径の比が2以下である請求項1−9いずれかに記
    載した低圧高速液体クロマトグラフィー用カラム。
  11. 【請求項11】請求項1−10いずれかにに記載した低
    圧高速液体クロマトグラフィー用カラムとカラム空間に
    充填された粒状充填剤とからなる低圧高速液体クロマト
    グラフィー用カラム装置。
  12. 【請求項12】請求項11に記載した低圧高速液体クロ
    マトグラフィー用カラム装置を使用して高流量50−2
    00カラム容積/hrかつ低圧0.2−7kgf/cm
    2 条件で生理活性物質を分離・精製する方法。
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