DE19540431C1 - Adsorptionssäule - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Adsorptionssäule, die eine mit einem Adsorbens gefüllte Adsorptionskammer aufweist, wobei das Adsorbens sich zwischen zwei in der Säule angeordneten Filtern befindet.

Derartige Adsorptionssäulen sind bekannt und werden beispielsweise in der Apheresetherapie verwendet. Dabei kommen die in den Fig. 2a und 2b dargestellten Adsorptionssäulen zum Einsatz. Fig. 2a (Pocard-Typ) zeigt eine Säule bestehend aus einer mit einem Adsorbens gefüllten Adsorptionskammer, die einen zylindrischen Querschnitt aufweist, und oben und unten jeweils einen Ein- bzw. Auslaß hat. Das Adsorbens in der Kammer befindet sich zwischen zwei Filterplatten, die oben und unten der Adsorptionskammer angeordnet sind, so daß die Säule gänzlich mit dem Adsorptionsgel gefüllt ist. Der in Fig. 2b dargestellte Typ 2 (Baxter-Typ) zeigt eine zylindrische Säule, die ebenfalls einen oben angeordneten Einlaß und einen unten angeordneten Auslaß aufweist, wobei die Adsorptionskammer der Säule nur in ihrem unteren Bereich eine Filterplatte aufweist, auf der das Adsorptionsgel bis zu einer gewissen Säulenhöhe geschichtet ist. Die Zufuhr des zu behandelnden Fluids erfolgt über ein Einlaßrohr, das kurz vor einer oberhalb des Adsorptionsgels angeordneten Tropfplatte mündet. Wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist, ist die Adsorptionssäule des Typs 2 nur teilweise mit dem Adsorbens gefüllt, wobei der Fluidspiegel des Fluids in Höhe der Tropfplatte liegt (angedeutet durch die unterbrochene Linie), d. h. der Fluidspiegel überdeckt das Adsorbens. Somit weist die Adsorptionssäule der Fig. 2a oberhalb des Fluidspiegels einen mit Luft gefüllten Raum auf, wobei der in dem Raum herrschende Druck über eine Entlüftungsöffnung einstellbar ist.

Beispielsweise können die obigen Säulen zur Senkung des Blutcholesterienspiegels verwendet werden. Dabei kommen sie in einem extracorporalen Kreislauf zum Einsatz, wobei einem Patienten Blut entnommen wird, das Blutplasma in einer Zentrifuge oder mit Filtern von den Zellen getrennt und durch eine der mit einem geeigneten Adsorbens gefüllten obigen Adsorptionssäulen geleitet wird. Dabei wird Lipoprotein niedriger Dichte (LDL) oder Lipoprotein (a) (Lp(a)) aus dem Plasma in der Säule adsorbiert, wodurch der Cholesterinpegel des Blutes erniedrigt wird. Nach einem Adsorptionszyklus wird die Säule mit einer Regenerationsflüssigkeit gereinigt und kann wieder beladen werden. Es ist daher auch üblich, zwei parallele Säulen zu verwenden, so daß eine Säule sich in einem Adsorptionszyklus befindet, während die andere entsprechend einen Reinigungszyklus durchläuft.

Die beschriebene Anwendung wird bei Patienten durchgeführt, deren LDL-Cholesterin- oder Lp(a)-Gehalt im Blut stark erhöht ist und die auf keine Diät ansprechen bzw. bei denen Medikamente nicht mehr wirken. Bei dieser Anwendung wirken die Adsorptionssäulen quasi als Filter für bestimmte Bestandteile des Plasmas. Das oben dargestellte Prinzip ist aber nicht auf diese Anwendung begrenzt, sondern kann bei allen Substanzen angewendet werden, die aus Körperflüssigkeiten an ein spezifisches Adsorbens gebunden werden können. So werden z. B. die gleichen Adsorptionssäulen, gefüllt mit einem anderen Adsorbens, zur Entfernung von Immunglobulin G (IgG) aus dem Plasma verwendet.

Die Nachteile des ersten Säulentyps sind darin begründet, daß keine Entlüftung vorhanden ist, so daß Luft, die zwischen die Glasfritten (Filter) gelangt, nicht bzw. nur sehr schwer entfernt werden kann, da die Fritten Luft nur solange passieren lassen, bis sie an einer Stelle Kontakt mit der Flüssigkeit haben. Ferner läßt sich das Adsorbens nicht in der Säule bewegen, so daß es keine Möglichkeiten nach dem Befüllen gibt, Ablagerungen zu verteilen oder das Adsorbens neu zu schichten.

Die Nachteile der Säule des zweiten Typs sind darin zu sehen, daß die Säule sehr empfindlich ist, da die Tropfplatte, die an dem Einlaßrohr befestigt ist, bei Erschütterung der Säule abbrechen kann. Ferner ist das System nach oben offen, so daß das Adsorbens über den Belüftungsanschluß oder den Einlaßanschluß ausgespült werden kann. Dadurch besteht die Gefahr, daß Adsorbens in den Kreislauf des Patienten eingespült wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Adsorptionssäule zu schaffen, die unempfindlich gegen äußere Erschütterungen ist, bei der das Adsorbens nicht in den Fluidkreislauf gelangen kann, und die eine einfache Handhabung des Adsorbens erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Adsorptionssäule weist eine Adsorptionskammer auf, die ein zwischen zwei Filtern angeordnetes Adsorbens und mindestens einen Ein- und einen Auslaß aufweist, wobei die Adsorptionssäule eine von der Adsorptionskammer getrennte Vorkammer aufweist, so daß die Adsorptionskammer und die Vorkammer durch einen der Filter miteinander verbunden sind, wobei die Querschnittsfläche der Vorkammer am Übergang zur Adsorptionskammer kleiner als die Querschnittsfläche der Adsorptionskammer ist. Mit anderen Worten dieser Querschnitt entspricht dem Filterquerschnitt des Filters zwischen Vorkammer und Adsorptionskammer.

Durch den kleineren Querschnitt der Vorkammer wird vorteilhafterweise für den Patienten bei der klinischen Anwendung ein kleines Totvolumen erzielt.

Vorzugsweise reicht die Vorkammer zumindest teilweise in die Adsorptionskammer hinein. Die Verbindung zwischen der Adsorptionskammer und der Vorkammer wird durch die einlaßseitige Filterplatte bewirkt, die vorzugsweise ein integraler Bestandteil der Vorkammer ist.

Vorteilhafterweise reicht die Vorkammer derart in die Adsorptionskammer hinein, daß in der Adsorptionskammer ein Pufferraum entsteht, der um die Vorkammer herum verläuft. Dieser Pufferraum ist im Betrieb mit Luft gefüllt und kann vorteilhafterweise als Druckpuffer wirken. Dadurch wird die erfindungsgemäße Adsorptionssäule vorteilhafterweise autoklavierbar.

Zum Einlaß des Fluids weist die Vorkammer weiterhin ein Einlaßrohr auf, das in die Vorkammer hineinragt, so daß die Rohröffnung des Einlaßrohrs mit einem gewissen Abstand gegenüber dem Einlaßfilter gegenüber angeordnet ist. Dadurch wirkt der Einlaßfilter bzw. der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer quasi als Tropfplatte. Je nach Verwendung kann der Einlaß auch mehrere Einlaßrohre umfassen. Um die Höhe des Flüssigkeitsspiegels bzw. des Drucks in der Vorkammer kontrollieren zu können, weist die Vorkammer ferner eine Entlüftungsöffnung auf.

Weiterhin ist die Adsorptionssäule im allgemeinen so angeordnet, daß sie in vertikaler Richtung durchflossen wird. D.h. die Säule kann mittels der Gravitatonskraft oder einer Pumpenkraft betrieben werden.

Ferner weist die Adsorptionskammer der Adsorptionssäule eine Befüllöffnung zum Befüllen der Säule mit dem entsprechenden Adsorbens auf, die beispielsweise seitlich angebracht und verschließbar ist. Die Befüllhöhe der Säule richtet sich nach den entsprechenden Begebenheiten, im allgemeinen wird die Säule bis kurz unterhalb des oberen Filters (einlaßseitig) befüllt. Im Betriebsfall überdeckt der Fluidpegel den Adsorbenspegel und ist mit der unteren Oberfläche des Einlaßfilters bündig.

Die Adsorptionssäule hat vorzugsweise eine Zylinderform und als Säulenmaterial wird im allgemeinen Glas verwendet, jedoch sind andere geeignete Materialien wie Kunststoff oder Metalle je nach Art der Anwendung möglich. Dies gilt auch für die Filter, die aus Glas, Papier, Keramik oder anderen geeigneten Materialien bestehen können.

Weitere Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß die geschlossene Vorkammer ein Drucksystem darstellt, über das Regelkreise gesteuert werden können, so daß beispielsweise Warnungen ausgegeben bzw. die Pumpengeschwindigkeit gesteuert werden kann. Weiterhin bildet der in der Adsorptionskammer eingeschlossene, mit Luft gefüllte Raum eine Art Druckpuffer.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Adsorptionssäule ist nicht auf die oben beispielhaft aufgeführten klinischen Anwendungen begrenzt. Da die erfindungsgemäße Säule als Teil eines geschlossenen Systems eingesetzt werden kann, wobei sie in beide Richtungen betrieben werden kann, lassen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Säule auch zur Affinitätschromatographie, beispielsweise in der Forschung oder der präparativen Chemie nutzen. So kann die Säule zur Reinigung von Enzymen oder gentechnisch hergestellten Materialien verwendet werden, bei denen eine Sekundärkontamination vermieden werden muß. Dadurch wird es bei der Behandlung derartiger Substanzen möglich, die Reinraumerfordernisse zu verringern oder eventuell auf einen Reinraum verzichten zu können. Ferner kann in der erfindungsgemäßen Säule bei Verwendung in einem geschlossenen System infektiöses Material verarbeitet werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, in denen

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Adsorptionssäule zeigt; und
die Fig. 2a und 2b schematische Querschnittsansichten durch bekannte Adsorptionssäulen darstellen.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Adsorptionssäule 1, die eine Vorkammer 2 und eine Adsorptionskammer 3 aufweist. Üblicherweise ist die Säule 1 als Zylinder ausgelegt. Die Grenze zwischen der abgeschlossenen Vorkammer 2 und der Adsorptionskammer 3 bildet eine obere Filterplatte 4, die durch eine Glasfritte gebildet wird, wobei der Querschnitt der Filterplatte 4 kleiner als der Querschnitt der Adsorptionskammer 3 ist. Die Säule 1 weist am Boden eine weitere untere Filterplatte 5 auf, die die Säule abschließt. Zwischen diesen beiden Filterplatte ist das Adsorptionsgel 6 angeordnet, wobei üblicherweise zwischen der unteren Oberfläche des oberen Filters 4 und der Füllhöhe des Adsorptionsgels ein Abstand h verbleibt. Die Adsorptionskammer 3 der Adsorptionssäule 1 wird durch einen Einfüllstutzen 7 befüllt, der mit einem Stopfen 8 verschlossen werden kann. Die Adsorptionssäule 1 weist oben einen in die Vorkammer 2 führenden Einlaß 9 und unten einen Auslaß 10 auf. Der Einlaß 9 hat ein in die Vorkammer 2 hineinreichendes Einlaßrohr 11, das kurz vor der Oberfläche des oberen Filters 4 endet, so daß der Filter 4 bzw. der Fluidspiegel als Tropfplatte wirken kann. Weiterhin hat die Vorkammer 2 eine als Stutzen ausgebildete Entlüftungsöffnung 12. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Vorkammer 2 im Inneren des von dem Zylinder der Säule gebildeten Adsorptionskammer 3 als abgeschlossene Kammer angeordnet, so daß zwischen der Zylinderwand 13 der Säule und der Wand 14 der Vorkammer 2 ein die Vorkammer 2 umgreifender abgeschlossener Raum 15 verbleibt, der im Betrieb der Adsorptionssäule 1 mit Luft befüllt ist. Die Vorkammer 2 ist nach oben mit einer Wand 16 verschlossen.

Zum Betrieb wird die Säule mit einem Adsorptionsgel durch den Einfüllstutzen 7 bis zu einer Höhe H befüllt, so daß zwischen der oberen Filterplatte 4 und dem Gel der Abstand h verbleibt, der in Abhängigkeit von der Fläche der oberen Filterplatte zu wählen ist. Dabei gilt als Erfahrungswert, daß der Abstand h größer zu wählen ist, wenn der Filterquerschnitt der oberen Filterplatte kleiner gewählt wird. Die sonstigen Dimensionen der Säule richten sich natürlich nach den verlangten Anforderungen. Im Betrieb wird der Flüssigkeitspegel des durchströmenden Fluids in der Adsorptionskammer so eingestellt, daß er mit dem Filter 4 bündig ist. Dieser das Adsorptionsgel überstehende Fluidpegel ist notwendig, um eine gleichmäßige Verteilung des mit dem zu adsorbierenden Stoff beaufschlagte, über die Vorkammer einlaufende Fluid über den Querschnitt des Adsorbens zu erzielen.

Das Entlüftungsrohr 12 ist mit einem Luftfilter verschlossen, und der Einlaß 9 sowie der Auslaß 10 sind mit dem Kreislauf verbunden. Als Material für das Gehäuse und die Filter wird im allgemeinen Glas (Duran) verwendet. Andere geeignete Materialien können ebenfalls verwendet werden.

In Betrieb ist der Flußwiderstand sehr gering. In Abhängigkeit von der Flußrate erreicht er nur 10 bis 50 mm Quecksilbersäule. Als antreibende Kraft kann einerseits die Gravitationskraft verwendet werden, andererseits können ebenfalls Pumpen zum Durchführen der Chromatographie benutzt werden. Die Vorkammer 2 kann auf irgendeinen beliebigen Pegel mit dem Fluid gefüllt werden, der durch die Entlüftung 12 eingestellt werden kann. Bei geschlossener Entlüftung bleibt der justierte Pegel konstant. Die Vorkammer 2 hat in diesem Zustand die Funktion einer Tropfkammer, wodurch die Adsorptionskammer 3 vor dem Eintreten von Luft geschützt wird. Es ist auch möglich, die Adsorptionssäule 1 in der entgegengesetzten Flußrichtung, d. h. von dem Auslaß 10 zum Einlaß 9 hin zu betreiben.

Die zwei Kammern, nämlich Vorkammer 2 und Adsorptionskammer 3, sind ein miteinander kommunizierendes Drucksystem. Der Druck in diesem System kann entweder direkt über die Entlüftung 12, die Vorkammer 2 oder über eine Verbindung mit der Eintropfkammer des Einlaßsystems gemessen werden.

Die in den beiden Kammern eingeschlossene Luft wirkt als ein Druckpuffer, was dem System eine Elastizität verleiht. Dieses Merkmal macht das System geeignet zum Überwachen des Drucks.

Die Fig. 2a zeigt eine Adsorptionssäule 1 mit einer mit einem Gel 6 gefüllten Adsorptionskammer 3, wobei die Kammer 3 oben und unten mit Filterplatten 4, 5 begrenzt ist, so daß das Gel 6 zwischen den Filtern 4, 5 eingeschlossen ist. Die Kammer 3 hat einen Einlaß 9 und einen Auslaß 10.

Die Fig. 2b zeigt eine Adsorptionssäule 1 mit einer Adsorptionskammer 3, die teilweise mit einem Gel gefüllt ist. Die Säule weist eine untere Filterplatte 5 auf, die oberhalb eines Auslasses 10 angeordnet ist. Die Säule 1 wird mittels eines Einlaßrohrs 11 mit Fluid beschickt, wobei gegenüber der Rohröffnung eine Tropfplatte 17 angeordnet ist, die mit Halterungen 18 an den Einlaßrohren 11 befestigt ist. Der Fluidspiegel wird so eingestellt, daß er mit der Tropfplatte 17 bündig ist, so daß die Säule 1 teilweise einen Luftraum aufweist. Zu dessen Steuerung bzw. zur Drucksteuerung weist die Säule eine Entlüftung 12 auf. Die Wirkungsweise der Säulen nach den Fig. 2a und 2b ist bereits in der Einleitung beschrieben.

Claims (11)

1. Adsorptionssäule mit einer Adsorptionskammer (3), die ein zwischen zwei Filtern (4, 5) angeordnetes Adsorbens (6) und mindestens einen Ein- (9) und einen Auslaß (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionssäule (1) eine von der Adsorptionskammer (3) getrennte Vorkammer (2) aufweist, so daß die Adsorptionskammer (3) und die Vorkammer (2) durch einen der Filter (4) miteinander verbunden sind, wobei die Querschnittsfläche der Vorkammer (2) an dem Übergang zur Adsorptionskammer (3) kleiner als die der Adsorptionskammer (3) ist.

2. Adsorptionssäule nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (2) zumindest teilweise in die Adsorptionskammer (3) hineinreicht.

3. Adsorptionssäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (2) derart in die Adsorptionskammer (2) hineinreicht, daß in der Adsorptionskammer (3) ein Pufferraum (15) verbleibt, der um die Vorkammer (2) herum verläuft.

4. Adsorptionssäule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einlaßseitige Filter (4) integraler Bestandteil der Vorkammer (2) ist, so daß der Filter (4) den Fluidübergang zwischen der Vorkammer (2) und der Adsorptionskammer (3) bildet.

5. Adsorptionssäule nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (2) ein Einlaßrohr (11) aufweist, das in die Vorkammer (2) hineinragt, so daß die Rohröffnung des Einlaßrohrs (11) in einem gewissen Abstand gegenüber dem Einlaßfilter (4) angeordnet ist.

6. Adsorptionssäule nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (2) eine Entlüftungsöffnung (12) aufweist.

7. Adsorptionssäule nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionssäule (1) so angeordnet ist, daß sie in vertikaler Richtung durchflossen wird.

8. Adsorptionssäule nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionskammer (3) der Adsorptionssäule (1) eine Befüllöffnung (7) aufweist.

9. Adsorptionssäule nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbens (6) bis kurz unterhalb des Einlaßfilters (4) in die Adsorptionskammer (3) eingefüllt ist.

10. Adsorptionssäule nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorptionssäule (1) eine Zylinderform aufweist.

11. Adsorptionssäule nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Säulenmaterial Glas ist.