アフィニティメンブレンにおける膜の不均一性に由来する性能低下の評価

近年、従来からの粒子充填カラムを用いるアフィニクロマトグラフィーの問題点である圧損などの流動特性、破過あるいは溶出曲線の広がりの主な原因である拡散抵抗などの物質移動特性を改善するため膜を用いたアフィニティメンブレンが開発されている。しかしながら、流体流れ方向距離が短いため膜の不均一性が吸着性能に影響すると考えられる。本研究では市販の積層平膜モジュールを用いた蛋白質の吸着実験ならびに数学モデルによる理論解析を行った。陰イオン交換膜を用いてミオグロビンとオバルブミンの吸着破過挙動を実測し、その流速依存性を解析し、粒子充填層と比較検討した。ミオグロビンについては粒子充填層と異なり破過曲線に流速依存性が認められなかったことから、細孔内対流により拡散抵抗が存在せず、高流速による操作が可能であることが示唆された。しかし、オバルブミンにおいては流れによる剪断力などのため蛋白質が異常吸着し、吸着容量に流速依存性があることがわかった。また、数学モデルによるシミュレーションも行った。さらに、空孔率、厚さ、細孔径などの膜構造の不均一性をモーメント解析を用いて理論的に検討した。吸着平衡定数およびペクレ数、吸着速度定数をパラメータとして1、2、3次モーメントを空孔率分布などの不均一性の関数として示した。不均一性とならんで各パラメータの影響を評価した。不均一性により好ましくないピークの広がりや歪みを生じることが明らかになった。

近年、従来からの粒子充填カラムを用いるアフィニクロマトグラフィーの問題点である圧損などの流動特性、破過あるいは溶出曲線の広がりの主な原因である拡散抵抗などの物質移動特性を改善するため膜を用いたアフィニティメンブレンが開発されている。しかしながら、流体流れ方向距離が短いため膜の不均一性が吸着性能に影響すると考えられる。本研究では市販の積層平膜モジュールを用いた蛋白質の吸着実験ならびに数学モデルによる理論解析を行った。陰イオン交換膜を用いてミオグロビンとオバルブミンの吸着破過挙動を実測し、その流速依存性を解析し、粒子充填層と比較検討した。ミオグロビンについては粒子充填層と異なり破過曲線に流速依存性が認められなかったことから、細孔内対流により拡散抵抗が存在せず、高流速による操作が可能であることが示唆された。しかし、オバルブミンにおいては流れによる剪断力などのため蛋白質が異常吸着し、吸着容量に流速依存性があることがわかった。また、数学モデルによるシミュレーションも行った。さらに、空孔率、厚さ、細孔径などの膜構造の不均一性をモーメント解析を用いて理論的に検討した。吸着平衡定数およびペクレ数、吸着速度定数をパラメータとして1、2、3次モーメントを空孔率分布などの不均一性の関数として示した。不均一性とならんで各パラメータの影響を評価した。不均一性により好ましくないピークの広がりや歪みを生じることが明らかになった。