多孔濾筒的製作方法

2023-05-18 08:29:16 2

專利名稱：多孔濾筒的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多孔濾筒，其具有帶底圓筒形蓋和保持在蓋的底部的多孔濾片。
背景技術：
多孔濾片廣泛用於實驗室和工廠的研究和分析中，以過濾液體或者分離和淨化液 體中的特定物質。例如，以這樣的方式使用多孔濾片將其固定在均具有液體通道的兩個部 件之間，從而使其保持在液體流中。由於這種類型的多孔濾片通常用於精確實驗和測定中， 因此該多孔濾片必須是清潔的。即，通常將多孔濾片設計為使用一次後便扔掉。因此，從清 潔性和用戶便利性的角度考慮，方便的做法是以可以使液體直接通過的濾筒的形式來提供 多孔濾片。在用具有多孔膜的濾筒來過濾或提取液體時，為了使液體通過多孔濾片，通常需 要藉助於泵、重力、或離心機中產生的離心力、或者利用壓縮空氣對液體施壓。使濾液(即， 已通過多孔膜的液體)能夠被順暢地排出不僅可防止液體的損失，而且還可提供下述優 勢。例如，在血液或細胞中的核酸等吸附於多孔膜上並隨後被回收的情況中，當吸附之後的 操作涉及液體的更換(例如，使用洗滌液的洗滌步驟或使用回收液的回收步驟)時，濾液被 順暢地排出可減少更換之前殘留的液體。這樣便可提取到高純度的核酸。如果濾液流動不 順暢，則預計會發生濾膜的破裂，從而導致性能大幅降低。如果在過濾和提取步驟中發生了 部分過濾失效，則濾片的過濾面積減少且不能顯示出預期的能力。以下是常規多孔濾筒的實例。專利文獻1(文獻如下所示)公開了一種具有肋 (ribs)的構造，其中多孔濾片置於該肋上，並且該肋沿著圓周方向延伸且同心地設置。這些 肋以粗網狀的形式形成在筒外殼的內壁上。專利文獻2 (文獻如下所示)公開了這樣的構 造其具有被引入到膜支承件中的填料，所述膜支承件用以支承多孔濾片。專利文獻3(文 獻如下所示)公開了這樣的構造其中多孔支承材料被引入到用於支承多孔濾片的膜支承 件中。專利文獻1 美國專利5792354專利文獻2 美國專利公開No. 2002/0012982專利文獻3 美國專利658658
發明內容
本發明所要解決的問題專利文獻1中所公開的常規多孔濾筒的問題在於由於液體易於殘留在中央出口 的上遊處，因此可能會發生汙染，從而難以進行有效的測定。專利文獻2中所公開的常規多孔濾筒的問題在於由於壓力阻力增加，因此需要 增加液體量，並且容易出現液體殘留的問題並造成汙染，從而難以實現有效的測定。根據專利文獻3的常規多孔濾筒具有與專利文獻2相同的壓力阻力增加的問題。 即，需要增加液體量，並且容易出現液體殘留的問題並造成汙染，從而難以進行有效的測定、並最終導致成本增加。此外，在專利文獻1至3中的任意一個多孔濾筒中，都是在壓力下使液體流動，因 此多孔濾片可能會在壓力作用下而發生破裂。特別是，用來提取核酸的多孔濾筒需要能夠從少量的樣品中回收得到高純度且高 濃度的核酸。尤其是在從細胞樣品中回收核酸時，該樣品容易堵塞多孔膜，因此需要使用過 濾面積更大的濾片。在這種情況下，減少支承肋的數量或面積容易導致應力集中在濾片上， 從而造成濾片破裂。鑑於上述情況，本發明的目的是提供一種多孔濾筒，這種多孔濾筒幾乎不會涉及 汙染問題、具有經濟上的優勢、並且能夠實現有效的過濾和提取而不會發生破裂。解決問題的手段通過下面的構造實現了本發明的上述目的。(1) 一種多孔濾筒，包括圓筒形蓋，其具有底部以及位於所述底部的出口開孔; 以及所述底部上的多孔濾片，其保持在所述蓋的內側，所述蓋具有多個肋，在所述蓋的底 部，所述肋以凸起的方式(ina standing conditon)徑向地布置在所述出口開孔的周圍，至 少一部分所述肋在所述出口開孔的中心處相互連接，從而橫跨所述出口開孔、並在所述肋 之間形成連接部，並且所述連接部具有向所述多孔濾片側凸起的頂面。根據本發明的多孔濾筒的構造，由於肋的連接部具有凸形面，因此肋的頂面與多 孔濾片之間的接觸面積被減至最小，從而增加了有效過濾面積。(2)根據上述(1)所述的多孔濾筒，其中所述肋在其頂面上具有朝向所述多孔濾 片側鼓出的一系列凸起。根據該實施方案，在肋的頂部設置凸起可減小肋的頂面與多孔濾片之間的接觸面 積。結果可增加有效過濾面積。(3)根據上述(1)或(2)所述的多孔濾筒，其中，所述各肋在其頂側具有與所述多 孔濾片接觸的圓形邊緣。通過使肋在其頂側上的邊緣呈圓形，可使得與肋接觸的多孔濾片難以發生應力集 中。這樣便可防止多孔濾片的損壞(例如破裂)。(4)根據上述(1)至(3)中任意一項所述的多孔濾筒，其中，所述各肋的頂面距離 所述蓋的底部的高度沿著徑向而發生改變，使得與所述肋的頂面接觸的所述多孔濾片呈現 朝向所述出口開孔的凹形狀。根據上述實施方案，由於肋的高度被設計為使得多孔濾片呈現朝向出口開孔的凹 形狀，因此使通過濾片的液體最後聚集於濾片的中心處。結果，防止出現殘留液體的問題， 從而保證了有效的液體流通。此外，當對濾筒施加負壓時，可防止多孔濾片抬起從而造成回流。(5)根據上述(1)至(4)中任意一項所述的多孔濾筒，其中，位於所述蓋的底部的 肋包括距離所述蓋的中心處的徑向長度不同的肋。在朝向外周的方向上，徑向延伸的肋之間的周向間距增加。然而，根據上述構造， 可以通過在徑向方向上交替地設置短肋和長肋，從而使得肋的布置密度從中心側到外周側 均等。(6)根據上述⑴至(5)中任意一項所述的多孔濾筒，其中，所述多孔濾片和所述蓋形成一體，並且是通過嵌件成型而形成的。根據上述實施方案，易於使所述蓋和多孔濾片緊密接觸並形成一體。(7)根據上述(1)至(6)中任意一項所述的多孔濾筒，其中，所述多孔濾片包括核 酸吸附性多孔膜。具有上述構造的多孔濾筒可用於下面的特殊用途。將含有核酸的樣品溶液注入多 孔濾筒中，並對該濾筒施加壓力，以使所述樣品溶液通過多孔濾片，由此核酸被吸附到所述 多孔濾片上。隨後，先後注入洗滌液和洗脫液，以提取出吸附於多孔濾片上的核酸。發明效果本發明的多孔濾筒幾乎不會涉及汙染問題、具有經濟上的優勢、並且能夠實現有 效的過濾和提取而不會發生破裂。附圖簡單說明

圖1是本發明的多孔濾筒的透視圖。圖2是圖1中所示的多孔濾筒的分解圖。圖3是用來構成多孔濾筒的蓋的平面圖。圖4是圖3中所示的蓋沿線I-I所截取的截面圖。圖5是圖3中的蓋的局部剖切透視圖。圖6是示出圖1的多孔濾筒的用法的截面圖。圖7是說明具有多孔濾片的多孔濾筒的作用的截面圖。圖8是另一個蓋的局部剖切透視圖(相當於圖5)。圖9是另一個多孔濾筒的另一個蓋沿線I-I所截取的截面圖(相當於圖4)。圖10是通過(a)到(d)逐步地說明製造本發明的多孔濾筒的蓋的部分截面圖。圖11是銷的末端的放大透視圖。圖12是另一個銷的末端的放大透視圖。圖13通過各步驟(a)到(e)來說明本發明的多孔濾筒的製造方法。圖14是核酸提取系統的構造的示意框圖。圖15示出提取核酸的步驟(a)到(g)。圖16是具有連接部(其具有平坦的頂面)的蓋的截面圖。圖17是不具有交叉狀肋的蓋的平面圖(a)和部分截面透視圖(b)。標號的名稱1 多孔濾筒3 筒部5 蓋7 多孔濾片19 進口27 肋29出口開孔35交叉狀肋37輔助肋39輔助肋
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41 凸面43連接部49 凸起本發明的最佳實施方式將參照附圖詳細描述本發明的多孔濾筒的優選實施方案。[I]第一實施方案圖1是本發明的多孔濾筒的透視圖，圖2是圖1的多孔濾筒的分解圖。如圖1和2所示，第一實施方案的多孔濾筒主要包括筒部3、蓋5和多孔濾片7。筒部3由諸如聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚氯乙烯之類的可嵌件注塑成型的 樹脂材料製成。筒部3具有位於其圓筒狀上部的進口 19和通過鉸鏈23連接於進口 19上 的蓋子21。筒部3由大直徑部分11、小直徑部分13、以及熔合部17構成，其中所述熔合部 17與位於小直徑部分13下方的蓋5熔合。蓋5為帶底的圓筒，與筒部3類似，蓋5也由諸如聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚 氯乙烯之類的可嵌件注塑成型的樹脂材料製成。蓋5具有圓筒部25，其中筒部3的熔合部 17被插入並固定在圓筒部25中。固定方法將在下面進行描述。蓋5具有位於圓筒部25底 部的肋27和位於肋27的徑向中心部分的出口開孔29。出口開孔29具有從出口開孔延伸 出來的管嘴31。在蓋5的內部，多孔濾片7保持在肋27的頂面上。各肋27在其頂側上具有圓弧 形邊緣，以防止與該肋接觸放置的多孔濾片7發生破裂。多孔濾片7為由(例如)聚四氟乙烯(PTFE)、聚醯胺、聚丙烯或聚碳酸酯製成的圓 形多孔膜，並且其被切成與蓋5的內徑幾乎相同的尺寸。多孔濾片7為多孔膜，其由有機聚合物製成且具有許多微孔，這些微孔用於液體 過濾，從而將液體純化或分離(通過吸附加以分離)並收集目標物，例如核酸。多孔濾片7 的恰當厚度為10 500μπι。為了用作核酸吸附性多孔膜，適當的是，多孔膜由表面皂化的 乙醯纖維素製成，該乙醯纖維素的皂化度優選為至少5%。乙醯纖維素可以是單乙醯纖維 素、二乙醯纖維素和三乙醯纖維素中的任意一種，特別優選為三乙醯纖維素。核酸吸附性 多孔膜的最小孔徑優選為0. 22 μ m以上，最大孔徑與最小孔徑的比值為2以上，孔隙度為 50% 95%，泡點為9.8 980迚&(0. 1 10kg/cm2)，壓力損失為0. 1 IOOkPa,並且每毫 克膜的核酸吸附容量至少為0. 1 μ g。本文中所使用的術語「壓力損失」表示允許水通過時 每100 μ m厚度的多孔膜所需要的最小壓力。圖3是用以組裝圖1的多孔濾筒的蓋的平面圖。圖4是圖3中所示的蓋沿線I-I 所截取的截面圖。圖5是圖3的蓋的局部剖切透視圖。如圖3、4和5所示，肋27徑向地布置在蓋5的內側底部。肋27包括多個(示例 性實施方案中為6個)交叉狀肋35，它們在出口開孔29的中心處連接從而橫跨出口開孔 29 ；以及徑向長度不同的兩種輔助肋37和39。輔助肋37和39以相等間距(圓心角度間隔 相等)沿圓周方向布置在相鄰的交叉狀肋35之間。各輔助肋37具有這樣的徑向長度使 得肋37的靠近蓋中心的端部朝向出口開孔29的內徑的徑向向內方向。各輔助肋39具有 這樣的徑向長度使得肋39的靠近蓋中心的端部朝向出口開孔29的內徑的徑向向外方向。 各輔助肋37布置在相鄰的交叉狀肋35之間，並且各輔助肋39被布置在各交叉狀肋35和
6各輔助肋37之間。可將蓋5的內側底部描述為朝向出口開孔29傾斜向下的傾斜表面45。 將交叉狀肋35與輔助肋37和39設置為凸起於傾斜表面45並朝向多孔濾片側。位於蓋5 中心處的交叉狀肋35的連接部43具有凸形面41，該凸形面朝向多孔濾片側鼓出(凸出)。分別將各交叉狀肋35與輔助肋37和39形成為厚度Tl為(例如)0. 2mm的板狀 形狀，並具有從圓筒部25向蓋的中心傾斜向下的頂面。如圖4所示，連接部43位於出口開孔29的中心上方，交叉狀肋35在連接部43處 相互交叉。連接部43呈圓柱狀，其與交叉狀肋35連接在一起。連接部43的外徑Ll大於 交叉狀肋35的厚度Tl。圖6是示出圖1的多孔濾筒的用法的截面圖。圖7是說明其內保持有多孔濾片的 多孔濾筒的作用的截面圖。圖6所示的具有上述構造的多孔濾筒1的用法如下。下面將舉例說明其在核酸提 取中的應用。由生物材料製備包含核酸的樣品溶液，所述生物材料為(例如)作為試樣而 採集的全血、血漿、血清、尿液、糞便、精液或唾液等體液；植物(或其一部分)、動物(或其 一部分)；或其溶解物或勻漿等。用水溶液來處理這些樣品溶液，該水溶液包含溶解細胞膜 並使核酸可溶的溶解試劑，從而，細胞膜和核膜溶解，使得核酸分散在該水溶液中。例如，當 樣品是全血時，向其中添加鹽酸胍、Triton-XlOO和蛋白酶K(由SIGMA製造)，隨後在60°C 培養10分鐘，從而完成了紅血球的去除、各種蛋白質的去除、白血球的溶解和核膜的溶解。向所得到的其中分散有核酸的水溶液中添加水溶性有機溶劑(例如，乙醇)，從而 製得樣品溶液100。將樣品溶液100注入到入口開孔19中，並在壓力下使其朝向位於管嘴 31末端的出口開孔29流動。這使得樣品溶液中的核酸吸附在多孔濾片7上。與通過離心力迫使樣品溶液通過的離心系統相比，在迫使樣品溶液100在壓力下 通過多孔濾片的上述加壓系統中，樣品溶液100更容易朝向多孔濾片7的周緣流動。然而， 由於多孔濾片7的周緣部分以擠壓的方式被保持在嵌件成型的熔合部17與蓋的圓筒部25 之間，因此防止了樣品溶液100滲透到多孔濾片7的圓周邊緣。因此，樣品溶液100中的核 酸僅吸附在多孔濾片7的被熔合部17的末端所包圍的部分上。然後，將洗滌核酸的洗滌緩衝液注入多孔濾筒1的進口開孔19，並使其在壓力下 向管嘴31的出口開孔29流動。所述洗滌緩衝液具有這樣的組成，即其不會將多孔濾片7 所吸附的核酸洗脫下來，但是能夠將雜質解吸附。所述洗滌緩衝液為包含主要成分和緩衝 劑的水溶液，如果需要，還可以包含表面活性劑。含有乙醇、Tris和Triton X-100作為主 要成分的洗滌緩衝液是優選的。通過該操作，從多孔濾片7上去除掉除了核酸以外的其它 雜質。在上述操作中，洗滌緩衝液充分地通過多孔濾片7上的與樣品溶液所通過的相同 部分，即，被熔合部17的末端所包圍的部分。結果，雜質被除去而不會殘留在多孔濾片7的 周緣部。然後，使純化後的蒸餾水、TE緩衝液等在壓力下從進口 19流向管嘴31的出口開 孔29，以洗脫多孔濾片7上的核酸。收集流出液，即，含有核酸的溶液。如圖7所示，當將多孔濾片7安裝在蓋5內時，多孔濾片7的中心部分與連接部43 的凸形面41之間形成了近似於點接觸。由此在多孔濾片7和凸形面41之間提供了空間 47。空間47的形成使得多孔濾片7和連接部43的頂面之間的接觸面積減小，從而增加了
7有效過濾面積。由此，空間47有助於很好地排出溶液。這樣，幾乎不會產生汙染，不需要單 獨使用用於支承濾片的元件，並且即使當對多孔濾片7施加高壓時，也可有效地進行過濾 和提取操作，而不會發生多孔濾片7的破裂。根據第一實施方案的多孔濾筒1的構造，由於連接部43的外徑Ll大於交叉狀肋 35的厚度Tl，因此，在蓋的中心處，多孔濾片7被支承在外徑大於交叉狀肋35的厚度的連 接部43上。通過該支承方式可以進行穩定的過濾和提取操作。根據第一實施方案的多孔濾筒1的構造，由於交叉狀肋35、輔助肋37和輔助肋39 均等地支承多孔濾片7，因此，在多孔濾片7中不會發生應力集中。由此防止了破裂的發生， 從而穩定地支承多孔濾片7。[II]第二實施方案下面對本發明的多孔濾筒的第二實施方案進行描述。第二實施方案的多孔濾筒在結構上與第一實施方案相同，不同之處在於，交叉狀 肋35、輔助肋37和39的形狀不同。圖8是用於第二實施方案的蓋的局部剖切透視圖(相當於圖5)。圖9是該蓋沿線 I-I所截取的截面圖(相當於圖4)。如圖8所示，在第二實施方案的蓋中，使交叉狀肋35、輔助肋37和39形成為它們 在頂面上具有一系列朝向多孔濾片側鼓出的凸起49。各凸起49的高度小於交叉狀肋35、 輔助肋37和39的頂部的厚度。各凸起均具有平滑的曲線。雖然在所示例子中，各肋在其 頂部具有一系列半月狀凸起49，但是凸起的形狀並不局限於此。例如，一系列凸起49可以 具有連續波的形狀(例如，正弦波)。根據第二實施方案的構造，安裝在蓋5中的多孔濾片7不僅在其中心處與連接部 43的凸形面41形成近似點接觸，而且還與肋35、37和39的頂部上的凸起49形成近似點接 觸。這樣便在多孔濾片7與肋35、37和39之間形成了多個額外的空間51。結果，通過這些 空間51以及由連接部43的凸形面41所限定的空間(圖7中的空間47)，使溶液得以很好 地排出。[III]蓋的製造下面對製造多孔濾筒1的蓋5的方法進行描述。圖10是通過(a)到(d)逐步地說明製造本發明的多孔濾筒的蓋的部分截面圖。如圖10(a)所示，銷501為用於製造蓋的芯模(core mold)，將銷501固定於第一 夾具505上，其中第一夾具505以可滑動的方式支承在杆503上。銷501的內部形成有用 以供入樹脂材料的流道(runner) 511，並將銷501構造為可從位於其末端的澆口注入樹脂 材料。圖11中示出了銷501的末端的放大透視圖。第二夾具507以可滑動的方式支承銷 501的末端。第三夾具509被設置為相對於第二夾具507可縮回和可前進，並且第三夾具 509具有杯狀物502，該杯狀物502可在第三夾具509和芯模501之間提供模腔。在圖10(b)所示的步驟中，使第二夾具507和第三夾具509向第二夾具507側移 動，並將樹脂材料從銷501的澆口注入到覆蓋銷501的末端的杯狀物502的模腔中。經過一段規定的時間，使杯狀物502中的樹脂材料冷卻並固化，隨後如圖10 (c)所 示，使第三夾具509從第二夾具507撤回，並使成型後的蓋5留在銷501的末端上。在圖10(d)所示的步驟中，使第二夾具507向第三夾具509移動，從而使在銷501的末端上成型的蓋5發生脫落並取出。下面給出圖10所示的銷501的詳細結構。如圖11所示，銷501具有大致呈圓錐狀的凸起513。該大致呈圓錐狀的凸起513具 有用以形成交叉狀肋35的凹部515、以及分別用以形成輔助肋37和39的凹部517和519， 這些凹部布置在凸起513的圓周方向上。大致呈圓錐狀的凸起513在其中心部分處具有用 以形成連接部43的孔521。孔521的內周壁形成為弧形，這樣可將連接部43形成為圓柱 狀。連接部43的形狀並不局限於圖11中所示的由銷501的形狀所限定的形狀，可對 其形狀進行恰當地改變。例如，通過使用圖12所示的銷501A，可以形成這樣的連接部43 在連接部43的外周面和每一個交叉狀肋35的各側壁之間具有凸緣(fillet)。即，在圖12 中，用於限定孔523的邊緣呈圓形，從而使得交叉狀肋35的側壁和連接部43的外周面在它 們的連接處可以形成為光滑的曲面。[IV]製造多孔濾筒的方法下面對製造具有蓋5的多孔濾筒的方法進行描述。圖13通過各步驟(a)到(e)來說明多孔濾筒的製造。這些圖是製造步驟的概念 圖，其中示意性示出了多孔濾筒。圖13示出了多孔濾片((a))的放置、嵌件((b))、閉模((c))、樹脂注射((d))、以 及注射完成((e))。如圖13(a)所示，將多孔濾片7放置在蓋5底部的肋27上，以製備嵌件(insert)。 在通過自動化系統的吸附墊601吸附並保持多孔濾片7的同時，將多孔濾片7插入到蓋5 的圓筒部25的內部。插入的多孔濾片7平坦地放置在肋27上而不會起來。如圖13(b)所示，將所製得的嵌件裝入到注射模具(蓋側模具)603的模腔605內。如圖13(c)所示，將注射模具(筒側模具)607與其中放置有嵌件的蓋側模具603 組合，並進行合模。筒側模具607在與多孔濾筒1的進口 19(參見圖1)對應的位置處具有圓柱形芯 銷609。當將兩個模具603和607閉合時，芯銷609的末端面與多孔濾片7的上側接觸，由 此多孔濾片7被保持在蓋5與芯銷609的末端之間、並且多孔濾片7在其間被壓制為規定 的厚度，該規定的厚度足以防止在隨後的步驟中所注射的樹脂J發生洩漏。換言之，這樣設 計芯銷609的長度，以將多孔濾片7壓制為這樣的厚度，該厚度足以防止在隨後的步驟中所 注射的樹脂J發生洩漏。筒側模具607具有澆口 611，該澆口 611被構造為將樹脂J注射到 模腔605內。如圖13(d)所示，將熔融的樹脂J從澆口 611注入到由蓋側模具603、筒側模具607 和嵌件所限定的模腔605內。在填充模腔605的樹脂J的注入壓力作用下，多孔濾片7的 周緣部分發生變形。換言之，向注入到模腔605中的熔融的樹脂J所施加的注入壓力應該 足以使多孔濾片7的周緣部發生恰當的變形。如圖13(e)所示，待樹脂J注入結束、並且樹脂J冷卻並固化形成筒部3之後，打 開模具、取出多孔濾筒1，在該多孔濾筒1中，多孔濾片7的周緣部被保持在注射成型的筒部 3和蓋5之間，從而使多孔濾片7固定在蓋5的肋27上。[V]核酸的提取
下面，將對採用核酸提取系統的提取操作和用於該操作的材料進行詳細說明。圖14是用於核酸提取的裝置構造的示意性框圖。圖15示出了提取核酸的步驟 (a)到(g)。圖14所示的核酸提取系統701具有運動頭703，該運動頭相對於多孔濾筒1垂直 運動。運動頭703經由電磁閥705與空氣泵707連接。所述電磁閥705通過管路711與加 壓嘴709連接。在管路711中設置壓力傳感器713，以監測管路711中的壓力並將結果反饋 至控制器715。核酸提取系統701中所使用的多孔濾筒1的多孔濾片7為核酸吸附性多孔膜。將 樣品溶液注入到具有核酸吸附性多孔膜的多孔濾筒1中，並迫使其在從多孔濾筒1的進口 側所施加的壓力下通過多孔濾片7。由此，樣品溶液中的核酸被吸附於核酸吸附性多孔膜 上。其後，注入洗滌液和洗脫液，以洗滌並洗脫核酸，並將洗脫的核酸收集在規定的容器717 中。更具體而言，核酸提取系統701基本上根據圖15中所示的步驟(a)至(g)進行核 酸的提取。在下面的說明中也參照圖14。在圖15的步驟(a)中，將廢液容器731設置在濾筒1的下方，並使用(例如)吸液 管連續地將含有裂解後的核酸的樣品溶液S注入到濾筒1內。將運動頭703的加壓嘴709 置於濾筒1的正上方，並使加壓嘴709下移直至加壓嘴709末端的周邊以與濾筒1緊密接 觸。在步驟(b)中，將壓縮空氣引入濾筒1中以施加壓力。在控制器715的指令下，當 電磁閥705關閉時驅動空氣泵707，隨後打開電磁閥705，以將預定量的壓縮空氣通過加壓 嘴709從空氣泵707供給到濾筒1內。由此，使樣品溶液S通過核酸吸附性多孔膜7，使得 核酸被吸附於核酸吸附性多孔膜7上。通過了多孔膜7的液體被排放到廢液容器731內。在步驟(c)中，將洗滌液W分配到濾筒1內。在步驟(d)中，將壓縮空氣引入到濾 筒1內以施加壓力，由此，可以在使吸附於核酸吸附性多孔膜7上的核酸被保留的同時洗去 雜質。通過了多孔膜的洗滌液W被排放到廢液容器731內。步驟(c)和(d)可以重複多次。在步驟(e)中，用回收容器733替換濾筒1下方的廢液容器731。在步驟(f)中， 將回收液R分配到濾筒1內。在步驟(g)中，將壓縮空氣引入到濾筒1內以施加壓力，以便 削弱核酸與核酸吸附性多孔膜7之間的結合力，由此釋放所吸附的核酸，並將含有核酸的 回收液R收集在回收容器733內。從系統中取出使用過的濾筒1和廢液容器731並將它們 丟棄。在回收液體後，必要時，可以用蓋子蓋上回收容器733。[VI]多孔濾片的材料下面將對多孔濾筒1中的多孔濾片7所具有的核酸吸附性固相(例如，核酸吸附 性多孔膜)進行詳細說明。核酸吸附性固相可以包含二氧化矽或其衍生物、硅藻土、或氧化鋁。所述固相可以 包含有機聚合物。所述有機聚合物優選具有多糖結構。所述有機聚合物可以是乙醯纖維素。 所述有機聚合物也可以是乙醯纖維素的皂化產物、或者為具有不同乙醯值的乙醯纖維素混 合物的皂化產物。所述有機聚合物也可以是再生纖維素。下面對這些聚合物材料進行詳細 說明。多孔濾片7所具有的核酸吸附性固相基本上是多孔的，以使核酸能夠通過，並且多孔濾片7的表面被構造為可通過化學鍵合力吸附樣品溶液中的核酸，當用洗滌液進行 洗滌時，多孔濾片可保留所吸附的核酸，並且當用回收液進行處理時，核酸的吸附性降低， 由此釋放出待回收的核酸。多孔濾片7所具有的核酸吸附性固相優選為多孔固相，該多孔固相通過基本上不 涉及離子鍵合的相互作用來吸附核酸。這意味著在多孔固相側的使用條件下不會發生離子 化，並可以推定通過改變環境的極性使核酸和多孔固相而彼此吸引。通過這樣的構造，多 孔固相顯示出優異的分離性能和良好的洗滌效率，從而實現核酸的分離和純化。優選的是， 核酸吸附性多孔固相為具有親水基團的多孔固相，在這種情況下可以推定通過改變環境 的極性，核酸的親水基團與多孔固相的親水基團彼此吸引。此處所使用的術語「親水基團」是指與水相互作用的極性基團(原子團)，其包括 核酸吸附中所涉及的所有基團(原子團)。優選為這樣的親水基團其與水的相互作用的 強度處於中等水平(見由共立出版株式會社發行的《化學大詞典》中「親水基團」章節下的 「親水性不太強的基團」)。這種親水基團的實例包括羥基、羧基、氰基、以及氧乙烯基，優選
為羥基。上述具有親水基團的多孔固相可以是由本身具有親水基團的材料製成的多孔固 相、或者經處理或塗布而具有引入到其中的親水基團的多孔固相。形成多孔固相的材料可 以是有機物或者無機物。即，多孔固相可以是由本身具有親水基團的有機材料製成的多孔 固相；由本身不具有親水基團的有機材料製成的多孔固相，其中該有機材料經處理而具有 引入其中的親水基團；由本身不具有親水基團的有機材料製成的多孔固相，其中該有機材 料經具有親水基團的材料塗布而具有引入其中的親水基團；由本身具有親水基團的無機材 料製成的多孔固相；由本身不具有親水基團的無機材料製成的多孔固相，其中該無機材料 經處理而具有引入其中的親水基團；或者由本身不具有親水基團的無機材料製成的多孔固 相，其中該無機材料經具有親水基團的材料塗布而具有引入其中的親水基團。就易加工性 而言，優選使用諸如有機聚合物之類的有機材料來製造多孔固相。作為由具有親水基團的材料製成的多孔固相，可以列舉由具有羥基的有機材料制 成的多孔固相。由具有羥基的有機材料製成的多孔固相的實例包括由如下材料構成的多孔 固相聚羥乙基丙烯酸、聚羥乙基甲基丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚甲 基丙烯酸、聚氧乙烯、乙醯纖維素、以及具有不同乙醯值的乙醯纖維素的混合物。特別優選 使用由具有多糖結構的有機材料製成的多孔固相。由具有羥基的有機材料製成的多孔固相優選為由具有不同乙醯值的乙醯纖維素 的混合物形成的有機聚合物所製成的多孔固相。具有不同乙醯值的乙醯纖維素混合物的優 選實例包括三乙醯纖維素和二乙醯纖維素的混合物；三乙醯纖維素和單乙醯纖維素的混 合物；三乙醯纖維素、二乙醯纖維素和單乙醯纖維素的混合物；以及二乙醯纖維素和單乙 醯纖維素的混合物。特別優選使用三乙醯纖維素和二乙醯纖維素的混合物。三乙醯纖維素和二乙醯纖 維素的混合比例(質量比)優選為99 1至1 99，更優選為90 10至50 50。作為更優選的具有羥基的有機材料，可以列舉專利文獻JP2003-128691A中所述 的表面皂化的乙醯纖維素。所述表面皂化的乙醯纖維素是通過將具有不同乙醯值的乙醯纖 維素的混合物皂化而獲得的產物。優選的表面皂化的乙醯纖維素的實例包括三乙醯纖維
11素和二乙醯纖維素混合物的皂化產物；三乙醯纖維素和單乙醯纖維素混合物的皂化產物； 三乙醯纖維素、二乙醯纖維素和單乙醯纖維素混合物的皂化產物；以及二乙醯纖維素和單 乙醯纖維素混合物的皂化產物。更優選使用三乙醯纖維素和二乙醯纖維素混合物的皂化產 物。三乙醯纖維素和二乙醯纖維素的混合比例(質量比)優選為99 1至1 99，更優選 為90 10至50 50。在這種情況下，可以通過皂化處理的程度(皂化率)來控制固相表 面上的羥基數量(密度)。羥基數量(密度)越大，核酸分離效率越高。在使用諸如三乙 醯纖維素之類的乙醯纖維素的情況下，皂化率(表面皂化率)優選為約5%以上，更優選為 10%以上。從增加具有羥基的有機高分子的表面面積的角度考慮，優選將由乙醯纖維素構 成的多孔固相皂化。由表面皂化的乙醯纖維素製成的多孔固相可以是對稱的或不對稱的， 但是優選為對稱的。皂化處理是指乙醯纖維素與皂化處理溶液(例如，氫氧化鈉水溶液)接觸。乙醯 纖維素的與皂化處理溶液接觸的部分變成再生纖維素，其中有羥基引入其中。這樣產生的 再生纖維素在結晶狀態等方面與原來的纖維素不同。可通過改變氫氧化鈉的濃度來改變皂化率。可通過NMR、IR或XPS容易地測定皂 化率。例如，可通過羰基峰值的減少程度來確定皂化率。可以通過如下方法將親水基團引入到由不具有親水基團的有機材料構成的多孔 固相中，該方法為將主鏈或側鏈上具有親水基團的接枝聚合物鏈鍵合到多孔固相上。將接枝聚合物鏈鍵合到由有機材料構成的多孔固相上的方法有兩種。一種是將接 枝聚合物鏈化學鍵合到多孔固相上，另一種是使具有可聚合雙鍵且在多孔固相表面處可引 發聚合的化合物進行聚合，從而形成接枝聚合物鏈。在將接枝聚合物鏈通過化學鍵合附著到多孔固相的第一種方法中，使用末端或側 鏈上具有能夠與多孔固相發生反應的官能團的聚合物。使聚合物的官能團與多孔固相的官 能團發生化學反應。對於能夠與多孔固相發生反應的官能團沒有特別的限定，只要其能夠 與多孔固相的官能團反應即可。其實例包括諸如烷氧矽烷等矽烷偶聯基團、異氰酸酯基、 氨基、羥基、羧基、磺酸基、磷酸基、環氧基、烯丙基、甲基丙烯醯基、以及丙烯醯基。特別可用作在其末端或側鏈上具有反應性官能團的聚合物的化合物的實例包括 在其末端具有三烷氧基甲矽烷基的聚合物、在其末端具有氨基的聚合物、在其末端具有羧 基的聚合物、在其末端具有環氧基的聚合物、以及在其末端具有異氰酸酯基的聚合物。用作 該化合物時，可使用任何的具有可參與核酸吸附的親水基團的聚合物。其實例包括聚羥乙 基丙烯酸及其鹽、聚羥乙基甲基丙烯酸及其鹽、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸及其 鹽、聚甲基丙烯酸及其鹽、以及聚氧乙烯。通過使具有可聚合雙鍵且在多孔固相表面處可引發聚合的化合物進行聚合而形 成接枝聚合物鏈的第二方法通常稱為「表面接枝聚合法」。表面接枝聚合法是這樣的技術 通過等離子體處理、光照射、加熱等方法，將活性物質引入到聚合物基材的表面上，然後使 具有可聚合雙鍵並且設置為與多孔固相接觸的化合物發生聚合併鍵合到多孔固相上。可用於形成與基材鍵合的接枝聚合物鏈的化合物應具有可聚合雙鍵以及參與核 酸吸附的親水基團。這種化合物可以是分子內具有親水基團和雙鍵的聚合物、低聚物和單 體中的任意一者。特別有用的化合物為具有親水基團的單體。特別有用的具有親水基團的單體的具體實例包括含有羥基的單體，例如，丙烯酸2-羥乙酯、甲基丙烯酸2-羥乙酯和單甲基丙烯酸甘油單酯。此外，也優選使用含有羧基的 單體，例如，丙烯酸和甲基丙烯酸、以及它們的鹼金屬鹽和胺鹽。將親水基團引入到由不具有親水基團的有機材料構成的多孔固相上的另一種方 法是用具有親水基團的材料來塗布多孔固相。雖然可以使用任何的含有參與核酸吸附的親 水基團的材料，但是從易操作性的觀點來看，優選為有機材料的聚合物。有用的聚合物的實 例包括聚羥乙基丙烯酸及其鹽、聚羥乙基甲基丙烯酸及其鹽、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、 聚丙烯酸及其鹽、聚甲基丙烯酸及其鹽、聚氧乙烯、乙醯纖維素、以及具有不同乙醯值的乙 醯纖維素的混合物。在這些聚合物中，具有多糖結構的聚合物是優選的。可將塗布到由不具有親水基團的有機材料構成的多孔固相上的乙醯纖維素或者 具有不同乙醯值的乙醯纖維素的混合物進行皂化。在這種情況下，皂化率優選為約5%以 上，更優選為約10%以上。作為由具有親水基團的無機材料製成的多孔固相，可以列舉含有二氧化矽或其衍 生物、硅藻土、或氧化鋁的多孔固相。作為含有二氧化矽化合物的多孔固相，可以列舉玻璃 濾片。此外還包括日本專利3058342中所述的二氧化矽多孔薄膜等。該二氧化矽多孔薄膜 可通過下述方法來製造，所述方法包括將能夠形成雙分子膜的陽離子型兩性物質的展開 液鋪展在基板上，從基板上的液體膜中去除溶劑，從而形成兩性物質的多層雙分子膜，使該 多層雙分子膜與含有二氧化矽化合物的溶液接觸，隨後提取除去所述多層雙分子膜。通過兩種方法可以將親水基團引入到由不具有親水基團的無機材料構成的多孔 固相上。其中一種方法是將接枝聚合物鏈化學鍵合到多孔固相上。另一種方法是從多孔固 相的聚合引發點開始，使分子內具有雙鍵和親水基團的單體聚合而形成接枝聚合物鏈。在將接枝聚合物鏈通過化學鍵合附著到多孔固相上時，將能夠與接枝聚合物鏈的 末端處的官能團發生反應的官能團引入到無機材料中，並使接枝聚合物化學鍵合到所引入 的無機材料的官能團上。在從多孔固相的聚合引發點開始，使分子內具有雙鍵和親水基團 的單體聚合而形成接枝聚合物鏈的情況中，將起到具有雙鍵的化合物的聚合引發點作用的 官能團引入到無機材料中。此處，作為無機材料的多孔固相，優選使用與上述相同的具有親水基團的接枝聚 合物(包括將接枝聚合物鏈化學鍵合到由不具有親水基團的有機材料構成的多孔固相上 的方法中所用的接枝聚合物)和與上述相同的分子內具有雙鍵和親水基團的單體。將親水基團引入到由不具有親水基團的無機材料構成的多孔固相上的另一種方 法是用具有親水基團的材料來塗布多孔固相。雖然可以使用任何的具有參與核酸吸附的親 水基團的材料，但是從易操作性的角度來看，優選使用有機材料的聚合物。有用的聚合物 的實例包括聚羥乙基丙烯酸及其鹽、聚羥乙基甲基丙烯酸及其鹽、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷 酮、聚丙烯酸及其鹽、聚甲基丙烯酸及其鹽、聚氧乙烯、乙醯纖維素、以及具有不同乙醯值的 乙醯纖維素的混合物。可將塗布到由不具有親水基團的無機材料構成的多孔固相上的乙醯纖維素或者 具有不同乙醯值的乙醯纖維素的混合物進行皂化。皂化率優選為約5%以上，更優選為約 10%以上。由不具有親水基團的無機材料構成的多孔固相的實例包括通過對諸如鋁之類的 金屬、玻璃、水泥、諸如陶瓷器之類的陶瓷、或新型陶瓷、矽、或活性炭等進行加工而製得的
13多孔固相。核酸吸附性多孔膜可以是多孔膜、無紡織物、或織物中的任意一種形式。核酸吸 附性多孔膜能夠使溶液通過(即，可滲透溶液)，並且其厚度為ΙΟμπι 500μπι，更優選為 50 μ m 250 μ m。從易洗滌的觀點考慮，膜越薄越好。可滲透溶液的核酸吸附性多孔膜的最小孔徑為0. 22 μ m以上，更優選為0. 5 μ m以 上。最好使用最大孔徑與最小孔徑的比值為2以上的多孔膜。採用所述的比例，可以確保 有吸附核酸所需的足夠表面積，並且幾乎不會發生堵塞。甚至更優選的是，最大孔徑與最小 孔徑的比值為5以上。可滲透溶液的核酸吸附性多孔膜的孔隙率為50 % 95 %，更優選為65 % 80 %。 泡點優選為 0. Ikgf/cm2 10kgf/cm2(9. 8kPa 980kPa)，更優選為 0. 2kgf/cm2 4kgf/ cm2 (19. 6kPa 392kPa)。可滲透溶液的核酸吸附性多孔膜的壓力損失為0. IkPa lOOkPa。在該壓力損失 下，施壓時可獲得均勻的壓力。更優選的是，壓力損失為0. 5kPa 50kPa。本文中所使用的 術語「壓力損失」表示允許水通過時每100 μ m厚度的膜所需要的最小壓力。當在水溫為25°C、水壓為lkg/cm2(98kPa)下測量時，可滲透溶液的核酸吸附性多 孔膜的透水率優選為每平方釐米膜每分鐘Iml 5000ml (ml/cm2/分鐘)，更優選為5ml/ cm2/ 分鐘 1000ml/cm2/ 分鐘。可滲透溶液的核酸吸附性多孔膜的核酸吸附容量優選為每毫克多孔膜為0. 1 μ g 以上，更優選為每毫克多孔膜為0. 9μ g以上。可滲透溶液的核酸吸附性多孔膜優選由具有這樣的溶解性的纖維素衍生物製成， 其中所述溶解性為當將5mm的正方形多孔膜浸在5ml三氟醋酸中時，該多孔膜在1小時內 不溶解，但是在48小時內溶解。更優選地，纖維素衍生物具有這樣的溶解性當將5mm的正 方形多孔膜浸在5ml的三氟醋酸中時，該多孔膜在1小時內溶解，但是當將其浸在5ml 二氯 甲烷中時，該多孔膜在24小時內不溶解。當使含有核酸的樣品溶液穿過核酸吸附性多孔膜時，從使樣品溶液與該多孔膜均 勻接觸的角度考慮，優選使樣品溶液從多孔膜的一側通過而到達另一側。當使含有核酸的 樣品溶液穿過核酸吸附性多孔膜時，從防止堵塞的角度考慮，優選使樣品溶液從多孔膜的 孔徑較大的一側通過而到達孔徑較小的另一側。當使含有核酸的樣品溶液通過核酸吸附性多孔膜時，為了確保溶液與多孔膜的適 當接觸時間，流速優選為每Icm2的膜為2μ 1/秒 1500μ 1/秒。當溶液與多孔膜的接觸時 間過短時，不能獲得充分的核酸提取效果。從操作性的觀點考慮，接觸時間過長是不利的。 流速更優選為每Icm2的膜為5 μ L/秒到700 μ L/秒。可滲透溶液的核酸吸附性多孔膜可以單獨使用，或者可以兩個以上的這種膜組合 使用。兩個以上的核酸吸附性多孔膜可以相同或者不同。兩個以上的核酸吸附性多孔膜可以是無機材料的核酸吸附性多孔膜與有機材料 的核酸吸附性多孔膜的組合。例如，可以使用玻璃濾片與再生纖維素的多孔膜的組合。還 可以使用無機材料的核酸吸附性多孔膜與有機材料的核酸非吸附性多孔膜的組合，例如， 玻璃濾片與尼龍或聚碸多孔膜的組合。由於用於提取核酸的膜通常是幾十微米到幾百微米 的薄膜，因此在一些情況下，該膜被支持在位於膜下方的多孔支承體上。在這種情況下，通過膜與支承體的組合可以增強膜的強度。實施例1對本發明的多孔濾筒的效果進行測試。下面描述所獲得的結果。耐破裂性的試驗實施例1是具有6個交叉狀肋的多孔濾筒。交叉狀肋的連接部具有凸形面。蓋的 出口開孔的直徑為2mm。比較例1是不同於實施例1的多孔濾筒，不同之處在於肋的連接部 具有平坦的頂面。比較例2是不同於實施例1的多孔濾筒，不同之處在於未形成交叉狀肋。 將這些濾筒放置在離心機(MX-300，得自Tomy Seiko株式會社)中，進行旋轉並逐漸增加轉 速(SOOOrpm和15000rpm)，檢測這些濾筒中多孔濾片的破裂情況。結果示於下表1中。所 示結果為10次試驗中未發生破裂的次數。即，分母為總的測定次數，分子為未發生破裂的 試驗次數。表 1 從表1可清楚地看出，在未形成交叉狀肋的比較例2的濾筒中，多孔濾片發生了破 裂，而在具有交叉狀肋且交叉狀肋的連接部具有凸形面的實施例1的濾筒中，多孔濾片在 各轉速下均未破裂。比較例1的濾筒中的多孔濾片在高轉速(15000rpm)下易於破裂。在 比較例2中，在兩種轉速下均觀察到多孔濾片發生破裂。對本發明的多孔濾筒的所述實施方案可以適當地進行各種修改和改進。例如，在 對多孔濾片所施加的壓力負荷較小的情況下，如圖16中所示，其中連接部43的頂面為平面 的濾筒構造也是足夠適用的。此外，如圖17(a)和(b)所示，只要將肋以較小的間距進行周 向排列，那麼即使當肋僅由輔助肋構成(沒有交叉狀肋)時，施加在多孔濾片上的壓力也可 得以分散，從而產生防止破裂的效果。儘管參照具體的實施方案描述了本發明，但是對本領域技術人員顯而易見的是， 在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行各種改變和修改。本申請基於2008年1月21日提交的日本專利申請No. 2008-10604，其全部內容以 引用的方式併入本文。
權利要求
一種多孔濾筒，包括圓筒形蓋，其具有底部以及位於所述底部的出口開孔；以及所述底部上的多孔濾片，其保持在所述蓋的內側，所述蓋具有多個肋，在所述蓋的底部，所述肋以凸起的方式徑向地布置在所述出口開孔的周圍，至少一部分所述肋在所述出口開孔的中心處相互連接，從而橫跨所述出口開孔、並在所述肋之間形成連接部，並且所述連接部具有向所述多孔濾片凸起的頂面。
2.根據權利要求1所述的多孔濾筒，其中，所述肋在其頂面上具有朝向所述多孔濾片 側鼓出的一系列凸起。
3.根據權利要求1或2所述的多孔濾筒，其中，所述各肋在其頂側具有與所述多孔濾片 接觸的圓形邊緣。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的多孔濾筒，其中，所述各肋的頂面距離所述蓋 的底部的高度沿著徑向而發生改變，使得與所述肋的頂面接觸的所述多孔濾片呈現朝向所 述出口開孔的凹形。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的多孔濾筒，其中，位於所述蓋的底部的肋包括 距離所述蓋的中心處的徑向長度不同的肋。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的多孔濾筒，其中，所述多孔濾片和所述蓋形成 一體，並且是通過嵌件成型而形成的。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的多孔濾筒，其中，所述多孔濾片包括核酸吸附 性多孔膜。
全文摘要
本發明的目的是提供一種多孔濾筒，其幾乎不會涉及汙染問題、具有經濟上的優勢、並且能夠實現有效的過濾和提取而不會發生破裂。該目的是通過下述的多孔濾筒而實現的，所述多孔濾筒包括底部有出口開孔29的有底的圓筒形蓋5、以及所述底部上的保持在蓋5內側的多孔濾片。在蓋5的底部，多個肋35、37和39以凸起的方式徑向地布置在出口開孔29的周圍，以支承所述多孔濾片。至少有一部分肋在出口開孔29的中心處相互連接，從而橫跨所述出口開孔29而形成連接部43。所述連接部43具有向多孔濾片側凸起的頂面41。
文檔編號B01D61/14GK101925396SQ20098010272
公開日2010年12月22日 申請日期2009年1月19日 優先權日2008年1月21日
發明者山田卓二, 稻名克哉, 繁定啟司, 藤原盛男 申請人:富士膠片株式會社