[发明专利]分子分离装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年3月21日提交的第61/613578号美国临时申请的优先权，其通过引用并入本文。

技术领域

本发明使用穿孔的且选择性带电的膜来分离带电粒种。特别地，本发明利用带电的膜通过分子质量、分子大小和分子共振模式动态从溶液中分离生物活性蛋白。具体地，本发明利用带电的膜来分离混合物(如离子、聚合物悬浮液和生物活性蛋白)，这些混合物目前很难从溶液中以有效的产率移除，并且需要使用大量的能量。

背景技术

目前，生物活性蛋白质的隔离和回收是非常困难的。目前的解决方案依赖于能量密集型方法，如蒸发/扩散、电泳和多孔管粘附。这些方法用于从溶液中移除不期望的离子或混合物。该方法的一个示例为反渗透。在某些情况下，不存在移除不期望的离子或混合物的方法。

由于产量低、需要劳动密集型操作以及成本，目前用于回收生物活性蛋白质以治疗自身免疫缺乏、艾滋病(AIDS)、血友病狼疮等的系统是不充分的。这些20-50纳米长、50000道尔顿的蛋白质的具体示例为干扰素、胰岛素和凝血因子VIII。目前的方法如多孔管粘附使用超过滤进行分离，然后手动地获取蛋白质。遗憾的是，管的厚度妨碍溶剂血浆的流动并破坏蛋白质的完整性，从而导致该方法的低产率。

大多数生物活性蛋白质的末端是离子带电的。蛋白质是可适度溶于水的并且在该情况下保持极性。许多治疗疾病的蛋白质从活体组织获取或者大量存在于体外溶液中。这包括低动物血浆的悬浮液，包括但不限于干扰素(人类和选定的人科动物)、胰岛素(牛科动物和合成的人科动物)以及用于血友病的级联凝血因子VIII。目前的方法依赖于毛细管作用以使期望的蛋白质在特定的位置“停止”并唤起随后的动作(如漂洗和/或扩散)，从而逐渐地回收所关注的分离蛋白质。所产生的蛋白质脱除经常使蛋白质损伤或变性。漂洗必须将蛋白质从其上拥有蛋白质的、数千纳米深的孔隙表面“撕离”。典型的渗透(采集器的输出)必须被进一步离心以递送医药级的试剂。目前的隔离膜和多孔管被认为是相当厚的，因此它们的厚度比的流动效率较低。

因此在该领域中需要更薄但仍允许有效地收集蛋白质的隔离膜。此外，在该领域中需要在收集和脱除期间不损坏蛋白质的分离蛋白质的装置。

发明内容

根据以上所述，本发明的第一方面是提供分子分离装置。

本发明的另一方面是提供分子分离装置的第一实施方式，其包括：室，具有入口和出口，其中水悬浮液流经该室；多孔分离膜，与水悬浮液的流动基本正交地放置在室中；以及充电装置，连接到该分离膜以施加周期性电荷从而收集由多孔分离膜阻止的成分。

本发明的用于上述实施方式的另一方面提供控制水悬浮液通过室的流动的泵。

本发明的用于上述实施方式的又一方面是提供连接到泵和充电装置的控制器，其中该控制器使水悬浮液通过室的流动和向多孔分离膜施加周期性电荷同步。

本发明的用于上述实施方式的再一方面是提供设置在多孔分离膜的外围上的至少一个收集井以收集由多孔分离膜阻止的成分。

本发明的用于上述实施方式的再一方面是提供与每个收集井相关的导管以将所收集的成分传输至保持容器。

本发明的第一实施方式的一个方面是提供为多孔石墨烯的多孔分离膜。

本发明的第一实施方式的另一方面是提供使期望的分子发生迁移的周期性电荷以便这种迁移被调整为期望成分的不对称标准模式，从而使期望的分子朝着用于分离的分离膜的外围进行直线运动。

本发明的第一实施方式的又一方面是通过控制从膜内径向膜外径散发的驻波来提供使期望的分子发生迁移的周期性电荷，从而使期望的分子朝着用于分离的分离膜的外围进行直线运动。

本发明的另一方面是提供用于从水溶液分离分子成分的方法，其包括将多孔分离膜放置在室中，使水溶液流动到分离膜上，以及向分离膜施加电荷以将由分离膜阻止的水溶液的成分迁移至分离膜的外围。

本发明的用于上述实施方式的又一方面是利用泵控制水溶液的流动，以及利用充电装置控制电荷的施加。

本发明的用于上述实施方式的再一方面是同时控制电荷的流动和施加以移动水溶液中被阻止的成分；或者以被阻止成分的经调整的不对称标准模式来周期性地施加电荷，从而使被阻止的成分朝着分离膜的外围进行直线运动；或者周期性地施加电荷以使被阻止的成分在驻波中进行迁移，从而使这些被阻止的成分朝着用于分离的膜的外围进行直线运动，其中驻波从膜内径散发至膜外径。