Produktlösung

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer konzentrierten Produktlösung durch eine Tangentialflussfiltration, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden:

a) Bereitstellen einer Filtrationsvorrichtung mit einem Filtrationsmodul, bei dem ein

Retentatraum von einem Permeatraum durch ein Filtermedium getrennt ist, b) Überströmen des Filtermediums auf der Retentatseite mit der aufzukonzentrierenden Produktlösung,

c) Abführen des Retentats aus dem Retentatraum über einen Retentatabfluss, d) Abführen des Permeats aus dem Permeatraum über einen Permeatabfluss.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Filtrationsvorrichtung zur Herstellung einer

konzentrierten Produktlösung durch eine Tangentialflussfiltration mit einem

Filtrationsmodul, bei dem ein Retentatraum von einem Permeatraum durch ein

Filtermedium getrennt ist, wobei das Filtrationsmodul einen Feedzufluss zu dem

Retentatraum und einen Retentatabfluss aus dem Retentatraum aufweist, und wobei das Filtrationsmodul einen Permeatraumabfluss aus dem Permeatraum aufweist.

Stand der Technik

Für Anwendungen in der pharmazeutischen Therapie ist es oftmals notwendig

wirkstoffhaltige Lösungen in einer hohen Konzentration bereitzustellen. Beispielsweise sind hochkonzentrierte Proteinformulierungen in der Krebstherapie oder bei der Behandlung von Immundefizienz nötig. So wird zum Beispiel Immunglobulin in hohen Wirkstoffkonzentrationen zur subkutanen Injektion verwendet. Die Vorteile einer subkutanen Verabreichung liegen dabei unter anderem in der möglichen Selbstverabreichung, dem Aufbau von Wirkstoffdepots sowie der Reduzierung der Infektionsgefahr im Vergleich zu einer intravenösen Verabreichung. Der Wegfall von ambulanten oder stationären Aufenthalten durch subkutane Injektion führt allgemeinhin zu einer besseren Lebensqualität bei Patienten.

Eine weit verbreitete Methode um im industriellen Maßstab konzentrierte Proteinlösungen herzustellen ist die Tangentialflussfiltration. Dabei wird das zu filtrierende Medium („Feed") tangential über das Filtermedium gefördert um die Ausbildung einer Deckschicht zu unterbinden. Die Deckschicht würde permanent zu einer Erhöhung des

Filtrationswiderstandes führen und die Filtration verlangsamen beziehungsweise ganz zum Erliegen bringen. Zur Konzentrierung wird dabei das Zielmolekül während der

Tangentialflussfiltration zurückgehalten („Retentat"), wobei das Lösungsmittel und zum Beispiel kleinere Bestandteile des Feeds das Filtermedium passieren („Permeat").

Ausschlaggebend für die Rückhaltung des Zielmoleküls ist dabei die Trenngrenze des Filtermediums. Die Filtrationsgeschwindigkeit (Permeatstrom pro Fläche und Zeit durch die Membran =„Flux") hängt neben den Filtermedium und Eigenschaften der Proteinlösung noch primär von der Überströmgeschwindigkeit und des Druckgradienten zwischen

Permeat- und Retentatseite ab.

Trotz Unterbindung der Deckschichtbildung sind allgemein bekannte Limitierungen bei der Hochkonzentrierung (> 200 g/L) von Proteinen mittels Tangentialflussfiltration eine

Konzentrationspolarisierung beziehungsweise Gelschichtbildung auf dem Filtermedium, aber auch der hohe Fließwiderstand der Proteinlösung innerhalb des Filtrationsmoduls durch die hohen Viskositäten. Diese führen zu einer Herabsetzung der Filtrationsleistung und bringen letzten Endes das Konzentrierungsverfahren zum Erliegen.

Eine Verringerung der negativen Effekte durch die Beeinflussung des Feeds, zum Beispiel die Reduzierung der Viskosität durch Additive wie Salze oder Erhöhung der Temperatur, sind nur begrenzt möglich. So können Additive in Form von Salzen in hohen

Konzentrationen zu Unverträglichkeiten, Verringerung der Lagerfähigkeit oder Herabsetzen des Wirkpotentials des Produktes führen. Ebenso führen Temperaturerhöhungen zur Erniedrigung der Viskosität nachhaltig zur Schädigung des Produktes, insbesondere bei Proteinen.

Aus der WO 2001/085316A1 und WO 2013/086498A1 sind Filtermodule zur

Tangentialflussfiltration (Cross-flow-Filtration) bekannt. Flachfiltermodule bestehen dabei aus einer Vielzahl von stapeiförmig angeordneten Filtermedien. Diese Filtermedien werden durch Abstandshalter voneinander getrennt welche zeitgleich als Feed- beziehungsweise Retentat- oder Permeatkanal fungieren. Die Auslegung der Abstandshalter beeinflusst dabei maßgeblich die Eigenschaften der Flachfiltermodule hinsichtlich

Strömungseigenschaften und Deckschichtbildung am Filtermedium

(Konzentrationspolarisierung bzw. Gelschichtbildung).

Aus der US 8 580 933 B2 ist es bekannt, die Betriebsparameter während der

Aufkonzentrierung anzupassen. Dabei werden in Abhängigkeit der Retentateigenschaften (Art des Moleküls, Konzentration, Viskosität) Druckdifferenz und Überströmrate variiert.

Nachteilig hierbei sind die komplexere Regelung des Prozesses und die Notwendigkeit die Retentateigenschaften über den zeitlichen Verlauf des Prozesses zu kennen.

Aus der WO 2010/1 1 1378 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung hochkonzentrierter Produktlösung mittels Tangentialflussfiltration in Kombination mit einer Evaporation bekannt. Entlang der Permeatseite des porösen Filtermediums wird ein Gasstrom geführt um eine höher konzentrierte Lösung zu erhalten. Die zu konzentrierende Lösung wird dabei auf der Retentatseite zirkuliert. Durch Evaporation kann die erreichbare Konzentration erhöht werden.

Nachteilig dabei ist, dass die Evaporationsprozesse sehr langsam sind. Um noch akzeptable Prozesszeiten zu erreichen, muss die Filtrationsfläche vergrößert werden. Dies führt allerdings zu höheren Kosten sowie einer schlechteren Ausbeute.

Aufgabenstellung

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Filtrationsvorrichtung bereitzustellen, welches eine höhere Filtrationsleistung auch bei hohen Konzentrationen ermöglicht und somit die Herstellung hochkonzentrierter Produktlösungen, beispielsweise hochkonzentrierte Proteinlösungen ermöglicht. Dabei sollen die Prozesszeiten relativ kurz sein und eine Schädigung der hochkonzentrierten Produktlösung soll vermieden werden.

Darlegung der Erfindung

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass in den Permeatraum eine Lösung erhöhter Kolligativitat eingebracht wird, deren osmotischer Druck höher ist als der osmotische Druck der Produktlösung im Retentatraum.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch eine zusätzliche Lösung mit erhöhter Kolligativitat in dem Permeatraum Limitierungen hinsichtlich der erreichbareren

Endkonzentrationen der zu konzentrierenden Produktlösungen verringert werden können, sodass höhere Endkonzentrationen in verkürzter Zeit erreicht werden können, ohne zum Beispiel die Filtrationsfläche zu vergrößern. Beschädigungen der hochkonzentrierten Produktlösung können dabei zudem vermieden werden.

Unter einer Lösung mit erhöhter bzw. hoher Kolligativität wird eine Lösung mit einer hohen Teilchenzahl an gelösten Komponenten verstanden, die den osmotischen Druck erhöhen.

Zur Konzentrierung wird dabei das Zielmolekül der zu konzentrierenden Produktlösung während der Tangentialflussfiltration zurückgehalten („Retentat"), wobei das Lösungsmittel und zum Beispiel kleinere Bestandteile des Feeds, d.h. der zu konzentrierenden

Produktlösung, das Filtermedium als Permeat passieren. Ausschlaggebend für die

Rückhaltung des Zielmoleküls ist dabei die Trenngrenze des Filtermediums. Die

Filtrationsgeschwindigkeit (Permeatstrom pro Fläche und Zeit durch die Membran =„Flux") hängt neben dem Filtermedium und den Eigenschaften der Produktlösung noch primär von der Überströmgeschwindigkeit und dem Druckgradienten zwischen Permeat- und

Retentatseite ab.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die aufzukonzentrierende Produktlösung (Feed) einem Retentattank batchweise oder kontinuierlich zugeführt. Die zu filtrierende, d.h. vorliegend die zu konzentrierende Produktlösung kann aus einem eigenen Vorrats- oder Feedbehalter dem Retentattank zugeführt werden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die zu filtrierende Produktlösung direkt aus dem Vorrats- oder Feedbehalter dem Retentatraum des Filtermoduls zuzuführen und das Retentat als konzentrierte

Produktlösung in einem Retentattank zu sammeln.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Retentat zwischen dem Retentatraum und dem Retentattank mittels einer Pumpe rezirkuliert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Lösung erhöhter Kolligativität über einen zusätzlichen (zusätzlich zu dem Zufluss über das Filtermedium) Permeatraumzufluss dem Permeatraum zugeführt und zusammen mit dem Permeat über den Permeatabfluss abgeführt. Dabei ist grundsätzlich eine einmalige Zuführung der Lösung mit erhöhter Kolligativität möglich. Die Permeatseite kann derart ausgelegt werden, dass durch einmalige Befüllung keine weitere Zuführung von ionenhaltiger Lösung notwendig ist. Neben der einmaligen Zuführung ist grundsätzlich auch eine batchweise Zuführung der Lösung mit erhöhter Kolligativität möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich dabei unabhängig von der

Filtrationsmodulbauweise (wie beispielsweise Flachfilter- oder Hohlfaser- oder

Wickelmodule) umsetzen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Lösung erhöhter Kolligativität dem Permeatraum über den zusätzlichen Permeatraumzufluss kontinuierlich zugeführt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Lösung erhöhter Kolligativität und das Permeat einem Sammelbehälter zugeführt Die Lösung erhöhter Kolligativität und das Permeat können dabei zwischen dem Permeatraum und dem

Sammeltank über eine Pumpe rezirkuliert werden. In einer weiteren Ausführung können statt Pumpen Gravitation oder mit Druckluft beaufschlagte Behältnisse verwendet werden um eine Überströmung des Filtermediums zu gewährleisten.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden retentat- und permeatseitig eine Druckmessung und eine Drucksteuerung oder alternativ eine

Druckmessung und eine Druckregelung durchgeführt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Produktlösung eine hochkonzentrierte Proteinlösung hergestellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Lösung erhöhter Kolligativitat eine ionenhaltige Lösung dem Permeatraum zugeführt.

Die ionenhaltige Lösung kann insbesondere Natrium-, Kalium-, Ammonium-, Magnesium-, Chlorid-, Sulfat-, Phosphat- oder Carbonat-Ionen aufweisen. Bevorzugt wird dabei als ionenhaltige Lösung eine Natriumchlorid-Lösung zugeführt.

Der Begriff„ionenhaltige Lösung" beschreibt die kolligative Eigenschaft (hohe Kolligativität) einer Lösung und lässt sich ganz allgemein als Lösung mit einem definierten (hohen) osmotischen Druck oder als Lösung mit einem definierten (hohen) Stoffmengenanteil an gelösten Komponenten verstehen. Solche Lösungen können beispielsweise Salzlösungen sein, die durch die Dissoziation in Ionen nach dem van-'t-Hoff sehen Gesetz einen besonders hohen osmotischen Druck aufweisen.

Des Weiteren hat sich gezeigt, dass sich die Rückgewinnung von Protein aus der

Tangentialflussfiltrationsvorrichtung nach Beendigung des Filtrationsvorganges durch das erfindungsgemäße Verfahren verbessern lässt. In bekannter Weise kann das in der Vorrichtung verbliebene Produkt nach Beendigung der Tangentialflussfiltration mit Hilfe einer Flüssigkeit herausgespült werden. Dadurch wird ein Produktverlust minimiert. Um eine Verdünnung des vorab konzentrierten Produktes zu minimieren, ist es von Vorteil mit möglichst wenig Flüssigkeit die Filtrationsvorrichtung auszuspülen. Dabei ist es möglich, nach der Konzentrierung die Permeatseite mit Puffer zu füllen und über einen längeren Zeitraum eine Lösung des konzentrierten Produktes (Deckschicht) zu erwirken.

Anschließend wird das Protein mittels Puffer ausgespült.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens hat gezeigt, dass durch die Befüllung der Permeatseite mit einer ionenhaltigen Lösung mit hohem

osmotischen Druck ein osmotisches Druckgefälle von der Permeatseite zur Retentatseite erzeugt wird, wodurch die Deckschicht beziehungsweise die Gelschicht effektiver aufgelöst wird. Hierdurch wurde die Rückgewinnung der Proteine aus der Deckschicht im Vergleich mit der Ausspülung nach dem Stand der Technik deutlich verbessert.

Die Aufgabe wird bezüglich der Filtrationsvorrichtung in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 12 dadurch gelöst, dass in den Permeatraum eine Lösung erhöhter Kolligativitat eingebracht ist, deren osmotischer Druck höher ist als der osmotische Druck der in den Retentatraum einzubringenden Produktlösung.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch eine Filtrationsvorrichtung, deren Permeatraum eine zusätzliche Lösung mit erhöhter Kolligativität aufweist, Limitierungen hinsichtlich der erreichbareren Endkonzentrationen der zu konzentrierenden Produktlösung verringert werden können, sodass höhere Endkonzentrationen in verkürzter Zeit erzielt werden können, ohne zum Beispiel die Filtrationsfläche zu vergrößern. Beschädigungen der hochkonzentrierten Produktlösung können mit einer solchen Vorrichtung zudem vermieden werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Filtrationsmodul einen zusätzlichen (zusätzlich zu dem Zufluss über das Filtermedium) Permeatraumzufluss in den Permeatraum auf über den die Lösung mit erhöhter Kolligavität in den Permeatraum einbringbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsformdass der Erfindung ist im Feedzufluss zum Retentatraum und im Permeatraumzufluss zu dem Permeatraum jeweils eine Pumpe angeordnet. Grundsätzlich können statt Pumpen auch Gravitation oder mit Druckluft beaufschlagbare Behältnisse verwendet werden um eine Überströmung des Filtermediums zu gewährleisten. Im Feedzufluss und im Permeatraumzufluss oder im Permeatraumabfluss können Drucksensoren angeordnet sein, die wie die Pumpen mit einer Steuer- oder Regeleinheit verbunden sind.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Filtrationsmodul als ein Flachfiltermodul oder ein Hohlfasermodul oder ein Spiralwickelmodul ausgebildet.

Das Filtermedium weist mindestens eine mikroporöse Ultrafiltrationsmembran mit einem nominellen Abscheidegrad (NMWOC: Nominal Molecular Weight Cut-Off) von 1 kDa bis 1000 kDa und einer Dicke zwischen 25 bis 300 μηη auf. Dabei kann beispielsweise eine mikroporöse Polymermembran mit Porengrößen von 0,01 bis 10 μηη verwendet werden.

Es wurden die nachfolgenden Versuche durchgeführt:

Ausführungsbeispiel 1„Konzentrierung von Rinderserumalbumin":

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde Rinderserumalbumin (Fraktion V lyophilisiert, Kraeber) konzentriert. Die erreichte Endkonzentration beziehungsweise Prozessleistung wurde dabei mit einem Standardverfahren mit unterschiedlichen lonenkonzentrationen im Feed verglichen.

Rinderserumalbumin wurde in Phosphatpuffer (Pufferbestandteile

Kaliumhydrogenphosphat und Dikaliumhydrogenphosphat) mit einer Molarität von 10 mM und einem pH-Wert von 7,2 gelöst.

Für die Versuche mit erhöhten lonengehalt beziehungsweise Salzgehalt wurde der Feed- Lösung (Rinderserumalbumin in Puffer) entsprechend Natriumchlorid (NaCI) zugesetzt.

Die Konzentrationsbestimmung erfolgte durch eine Absorptionsmessung bei 280 nm mit einem UV-VIS Photometer. Die Berechnung der Konzentration aus der gemessenen Extinktion erfolgte nach dem Lambert-Beerschen Gesetz. Der Extinktionskoeffizient für Rinderserumalbumin wurde mit 0,63 l/(g ^* cm) bestimmt.

Für alle Versuche wurden Tangentialflussflachfilterkassetten mit einer Filtrationsfläche von 0,02m ² verwendet. In die Flachfilterkassetten verbaut wurden Membranen vom Typ Hydrosart® (zellulosebasierte Ultrafiltrationsmembran, Sartorius Stedim Biotech GmbH) mit einer Trenngrenze von 30 kDa. Für die Tangentialflussfiltration wurde das Sartoflow Slice 200 Bench-Top Laborsystem (Tandem 10982 Peristaltik Pumpe, Sartocon Slice 200 Kassettenhalter, Laborwaage Talent TE 4100, Sartorius Stedim Biotech GmbH) verwendet. Die Permeatzirkulation wurde über die Pumpe eines zweiten Sartoflow Slice 200 Bench-Top Laborsystems realisiert.

Vor Durchführung der Konzentrierungsversuche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden Versuche zur Ermittlung eines über den Konzentrationsbereich geeigneten Transmembrandrucks bei unterschiedlichen Proteinkonzentrationen (100 g/l, 175 g/l. 250 g/l) und Druckdifferenzen (P _F -P _R ) durchgeführt.

Es wurde festgestellt, dass ein Transmembrandruck von 1 ,5 bar für den

Konzentrationsbereich bis 250 g/l am besten geeignet ist. Für höhere

Transmembrandrücke wurde keine signifikant höhere Filtrationsleistung erzielt.

Für einen Vergleich der Konzentrierung nach erfindungsgemäßen Verfahren wurden zunächst Proteinlösungen im Standard- Tangentialfluss-Verfahren konzentriert.

Standardverfahren bezeichnen hier Konzentrierung ohne zusätzliche ionenhaltige Lösung auf der Permeatseite. Es wurden Konzentrierungen bei unterschiedlichem lonengehalt im Feed durchgeführt. Über die Steuerung der Feed-Pumpe wurde ein konstanter

Eingangsdruck von 2,7 bar eingestellt. Der Transmembrandruck wurde entsprechend den Vorversuchen auf 1 ,5 bar geregelt. Im Retentattank wurden 300 ml Feed-Lösung vorgelegt (100 g/l). Während der Konzentrierung wurde Feed-Lösung mit einer

Konzentration von 100 g/l kontinuierlich zugeführt. Der Füllstand von 300 ml im

Retentattank wurde damit beibehalten. Bei einem Permeatfluss < 2,1 l/(m ^2* h) wurde die Konzentrierung abgerochen.

Abbildung 1 zeigt die erreichten Endkonzentrationen im Standard- Tangentialfluss- Verfahren bei Abbruch der Konzentrierung. Durch eine Erhöhung der Salzkonzentration der Feed-Lösung erhöhte sich die erreichbare Endkonzentration im Retentat. Wie eingangs erwähnt ist dabei jedoch vom Nachteil, dass die erhöhte Salzkonzentration im Retentat (und damit im Produkt) sich negativ auf Haltbarkeit, Wirkung und Stabilität auswirken können. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Leitfähigkeit für

Rinderserumalbumin in Phosphatpuffer und 150 mM NaCI 14,4 mS/cm, für 1 M NaCI 69,9 mS/cm. Zum Vergleich: Die Leitfähigkeit von Rinderserumalbumin in 10 mM

Phosphatpuffer ohne Zugabe von Natriumchlorid betrug 2,5 mS/cm. Je nach Salzgehalt beziehungsweise Produkt müsste nach der Konzentrierung durch einen weiteren Schritt entsalzt werden. Eine weitere Diafiltration ist zum Beispiel bei einer hohen

Proteinkonzentration jedoch nicht möglich.

Für die Konzentrierungsversuche nach erfindungsgemäßen Verfahren wurde die

Proteinlösung zunächst ebenfalls im Standard- Tangentialfluss-Verfahren konzentriert. Über die Steuerung der Feed-Pumpe wurde ein konstanter Eingangsdruck von 2,7 bar eingestellt. Der Transmembrandruck wurde entsprechend den Optimierungsversuchen auf 1 ,5 bar geregelt. Unterschritt der Flux 15 l/(m ^2* h), wurde die Permeatzirkulation gestartet. Es wurde entsprechend des Volumens im Permeattank die konzentrierte Salzlösung zudosiert um eine spezifische Salzkonzentration zum Start der Permeatzirkulation einzustellen. Für die Permeatzirkulation wurde ein konstanter Fluss von 60 mL/min eingestellt. Bei einem Permeatfluss < 2,1 l/(m ^2* h) wurde die Konzentrierung ebenfalls abgerochen, um einen Vergleich der Leistung hinsichtlich Konzentrierung zu ermöglichen.

10 mM KPi 10 mM KPi 150 mM 10 mM KPi 1 M NaCI 10 mM KPi 2,5 M

NaCI NaCI

Puffer Permeat

Abbildung 2

Abbildung 2 zeigt die erreichten Endkonzentrationen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Abbruch der Konzentrierung. Durch die Zirkulation der ionenhaltigen Lösung auf der Permeatseite konnte die finale Konzentration im Ausführungsbeispiel um bis zu 27 % gesteigert werden. Während der Konzentrierung gelangen durch den

Konzentrationsgradienten im Ausführungsbeispiel auch Salzionen von der Permeat auf die Retentatseite. Die Menge ist jedoch im Vergleich zur Konzentrierung bei erhöhter

Salzkonzentration in der Feedlösung deutlich geringer. Je nach gewählter Konzentration betrug die finale Leitfähigkeit des Retentats 4,5 mS/cm für 150 mM NaCI, 14,5 mS/cm für 1 M NaCI und 19,3 mS/cm für 2,5 M NaCI.

Für die Konzentrierung von Protein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden verschiedene Salzlösungen auf der Permeatseite bei einer Startkonzentration von 500 mM zirkuliert. Prozessparameter und -Verlauf wurden wie zuvor gewählt.

10 mM KPi 10 mM KPi 500 mM 10 mM KPi 500 mM 10 mM KPi 500 mM

MgCI2 NaCitrat (NH4)2S04

Puffer Permeat

Abbildung 3

Abbildung 3 zeigt die Erhöhung der finalen Konzentration beim Abbruchkriterium

(Permeatfluss < 2,1 l/(m ^2* h)) bei Verwendung anderer Salzlösungen für die

Permeatzirkulation.

Ausführunqsbeispiel 2„Konzentrierunq von Rinderserumalbumin nach dem

erfindungsgemäßen Verfahren bei erhöhten Transmembrandruck und unterschiedlichen Flachfilterkassette"

In dem Ausführungsbeispiel 2 wurde eine Flachfilterkassette mit anderen Abstandshaltern zur Konzentrierung von Rinderserumalbumin genutzt. Die Konzentrierung erfolgte wie im Ausführungsbeispiel 1 mit folgenden Unterschieden: Das Volumen des Retentattanks betrug 70 ml. Der Transmembrandruck wurde auf 2,4 bar eingestellt.

Während der Konzentrierung ohne Salzzirkulation wurde eine Endkonzentration von 324 g/l erreicht. Bei einer Konzentrierung mit Salzzirkulation (1 M Natriumchlorid) wurde Endkonzentration von 518 g/l erreicht. Die finale Leitfähigkeit der Rententatlosung betrug 15,7 mS/cm bei der Permeatzirkulation.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen. Kurzbeschreibunq der Zeichnungen

Es zeigen

Figur 1 : eine Seitenansicht im Schnitt eines als ein Flachfiltermodul ausgebildeten

Filtermoduls,

Figur 2: eine schematische Darstellung einer Filtrationsvorrichtung mit einer

Rezirkulation zwischen einem Retentattank und einem Retentatraum eines Filtrationsmodules und mit einer Rezirkulation zwischen einem

Sammeltank und einem Permeatraum des Filtrationsmodules und

Figur 3: eine schematische Darstellung einer Filtrationsvorrichtung mit einem

Vorratsbehälter für eine zu konzentrierende Produktlösung und mit einem Sammeltank für Permeat und Lösung erhöhter Kolligativitat.

Beschreibung bevorzugter Ausführunqsformen

Eine Filtrationsvorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Filtrationsmodul 2 mit einem Feedzufluss 3, einem Retentatabfluss 4 und einem Permeatraumabfluss 5.

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist das Filtrationsmodul 2 als ein Flachfiltermodul ausgebildet, bei dem ein Retentatraum 6 von einem Permeatraum 7 durch ein Filtermedium 8 getrennt ist. Der Retentatraum 6 ist einerseits mit dem Feedzufluss 3 und andererseits mit dem Retentatabfluss 4 verbunden. Der Permeatraum 7 ist mit einer Lösung 10 mit erhöhter Kolligativitat befüllt. Die Lösung 10 mit der erhöhter Kolligativitat kann dabei über den Permeatraumzufluss 9 in den Permeatraum 7 eingebracht werden. Der osmotische Druck der Lösung 10 mit erhöhter Kolligativitat ist höher als der osmotische Druck einer in den Retentatraum 6 über den Feedzufluss 3 einzubringenden

Produktlösung 1 1 , die hochkonzentriert werden soll. Über den Retentatabfluss 4 wird konzentriertes Retentat 12 der Produktlösung 1 1 abgeführt. Durch das Filtermedium 8 hindurchtretendes Permeat 13 wird über den Permeatraumabfluss 5 zusammen mit der Lösung 10 abgeführt. Entsprechend Figur 1 wird somit über den Feedzufluss 3 durch den Retentatraum 6, der einen Retentatkanal bildet, das Filtermedium 8 bedingt durch eine Druckdifferenz P zwischen dem Druck P _F des Feedzuflusses 3 und dem Druck P _R des Retetentatabflusses 4 (P = P _F - PR) überströmt. Als Filtermedium 8 zur Konzentrierung von Proteinen eignen sich je nach Molekülgröße besonders bevorzugt Ultrafiltrationsmembranen (z.B. aus

Polyethersulfon oder regenerierter Cellulose) mit Abscheideraten von 1 - 1000 kDa.

Bedingt durch eine Druckdifferenz, dem Transmembrandruck TMP, auf beiden Seiten des Filtermediums 8, nämlich den mittleren Druck im Retentatraum 6 (P _F - PR)/2 und dem Druck P _P im Permeatraum 7 ergibt sich aus ein Transmembrandruck TMP = (P + P _R )/2 - P _P , wodurch ein Teil der Produktlösung 1 1 als Permeat 13 durch das Filtermedium 8 abfiltriert wird. Der nichtfiltrierte Anteil der Produktlösung 1 1 (Feed) verlässt das Filtrationsmodul 2 über den Retentatabfluss 4 als Retentat 12. Die Produktlösung 1 1 , beispielsweise eine ionenhaltige Lösung (z.B. Natriumchlorid-Lösung), kann über den Permeatraumzufluss 9 kontinuierlich zugeführt werden. Gemeinsam mit dem Permeat 13 verlässt die Lösung 10 dann das Filtrationsmodul 2 über den Permeatraumabfluss 5. Je nach erfindungsgemäßer Ausführung ist das Retentat 12 der Filtermedium 8 über den Retentatraum 6 als auch das Permeat 13 mit der Lösung 10 über das Filtrationsmedium 8 im Permeatraum 7 sowohl einmalig über Strömen als auch rezirkuliert werden. Des Weiteren kann der Permeatraum 7 derart ausgelegt sein, dass durch einmalige Befüllung mit der Lösung 10 keine weitere Zuführung der Lösung 10 notwendig ist. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich dabei unabhängig von der Ausbildung des Filtrationsmoduls 2 als Flachfilter-, Hohlfaser-, oder Wickelmodul, durchführen.

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist dem Filtrationsmodul 2 ein

Retentattank 14 mit der zu konzentrierenden Produktlösung 1 1 vorgelagert. Der

Retentattank 14 ist über eine Pumpe 15 mit dem Feedzufluss 3 des Filtrationsmoduls 2 verbunden. Zwischen dem Feedzufluss 3 und der Pumpe 15 ist ein Drucksensor 16 angeordnet. Der Retentatabfluss 4 des Filtrationsmoduls 2 ist über ein erste

Rezirkulationsleitung 17 mit dem Retentattank 14 verbunden. In der ersten

Rezirkulationsleitung ist ein erstes Ventil 23 geordnet. Dem Filtrationsmodul 2 ist ein Sammelbehälter 18 nachgeordnet. Der Permeatraum 7 des Filtrationsmoduls 2 ist seinem Permeatraumabfluss 5 über eine Sammelleitung 19 mit dem Sammelbehälter 18 verbunden. Der Sammelbehälter 18 ist über eine zweite Rezirkulationsleitung 20 mit dem Permeatraumzufluss 9 des Filtermoduls 2 verbunden. In der zweiten Rezirkulationsleitung 20 ist eine Pumpe 21 angeordnet. Zwischen der Pumpe 21 und dem Permeatraumzufluss 9 ist ein Drucksensor 22 angeordnet. In der zweiten

Rezirkulationsleitung 20 ist ein zweites Ventil 24 angeordnet.

Die zu konzentrierende Produktlösung 1 1 (Feed) befindet sich im Retentattank 14. Durch die Pumpe 9 wird die Produktlösung in den Retentatraum 6 des Filtrationsmoduls 2 befördert. Das Retentat 12 wird über die erste Rezirkulationsleitung 17 in den

Retentattank 14 befördert. In dem Sammelbehälter 18 befindet sich die Lösung 10, die mit der Pumpe 21 in den Permeatraum 7 befördert werden kann. Entsprechend dem

Ausführungsbeispiel von Figur 2 werden sowohl das Retentat 12 als auch das Permeat 13 einschließlich Lösung 10 zirkuliert. Über die Pumpenleistung der Pumpen 15, 21 , über die Steuerung der Ventile 23, 24 und über die Drucksensoren 16, 22 können die

entsprechenden Druckverhältnisse für die Tangentialflussfiltration durch eine nicht dargestellte Steuer- oder Regeleinheit gesteuert werden.

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist die Filtrationsvorrichtung V als geschlossenes System und ohne Rezirkulation des Retentats 12' ausgebildet. Die zu konzentrierende Produktlösung 1 1 ' wird von einem Vorratsbehälter 25 über die Pumpe 15' und den Feedzufluss 3' in den Retentatraum 6' des Filtrationsmoduls 2' gefördert. Das Filtermedium 8' trennt den Retentatraum 6' von dem Permeatraum 6'. Das Retentat 12' verlässt das Filtrationsmodul 2' über den Retentatabfluss 4' und das Ventil 26 als konzentrierte Produktlösung ohne Zirkulation. Auf der Permeatseite wird aus dem

Sammelbehälter 18' die Lösung 10' mit erhöhter Kolligativität und das Permeat 13' mittels der Pumpe 21 ' über die Zirkulationsleitung 20' und den Permeatraumzufluss 9' in den Permeatraum 7' geleitet und zusammen mit dem Permeat 13' über die Sammelleitung 19' in den Sammelbehälter 18' gefördert. Der Sammelbehälter 18' ist dafür ausgelegt, sowohl die Lösung 10' als auch das Permeat 13' aufzunehmen. Über das Ventil 26, die

Drucksensoren 16', 22' und die Pumpen 15', 21 ' kann der Transmembrandruck TMP gesteuert oder geregelt werden.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Bezugszeichenliste

1 , V Filtrationsvorrichtung

2, 2' Filtrationsmodul

3, 3' Feedzufluss

4, 4' Retentatabfluss

5,5' Permeatabfluss

6, 6' Retentatraum

7, 7' Permeatraum

8, 8' Filtermedium

9, 9' Permeatraumzufluss

10, 10' Lösung mit erhöhter Koll

1 1 , 1 1 ' Produktlösung

12, 12' Retentat von 1 1

13, 13' Permeat

14 Retentattank

15, 15' Pumpe

16, 16' Drucksensor

17 erste Rezirkulationsleitung

18, 18' Sammelbehälter

19, 19' Sammelleitung

20, 20' zweite Rezirkulationsleitung

21 , 21 ' Pumpe

22, 22' Drucksensor

23 erstes Ventil von 17

24 zweites Ventil von 20

25 Vorratsbehälter

26 Ventil