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Feldflussfraktionierung

Trennung pharmazeutischer Verbindungen mit Feldflussfraktionierung

| Autor/ Redakteur: Thomas Jocks* / Dr. Ilka Ottleben

Eine leistungsfähige Methode zur Trennung und Fraktionierung von Proteinen, Antikörpern und anderen pharmazeutischen Verbindungen bietet die Kombination zweier Methoden der Feldflussfraktionierung (FFF) – der Hohlfaser-Fluss-FFF (HF5) und der asymmetrischen Fluss-FFF (AF4).

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(Bild: Wyatt)

Die Fluss-Feldflussfraktionierung (F4) ist eine Familie von universellen Trennmethoden für Moleküle und Partikel. Verbreitet ist die Asymmetrische Fluss-Feldflussfraktionierung (AF4). Zum Funktionsprinzip: Die Trennung erfolgt in einem flachen, länglichen Kanal. Während die obere Begrenzungsplatte völlig undurchlässig ist, besteht die untere aus einer Fritte, auf der sich eine Ultrafiltrationsmembran befindet. Dadurch ist die Unterseite semipermeabel. Dies bedeutet, dass sie nur für Lösemittel (Wasser, Pufferlösung, etc.) und Moleküle bis zu einer bestimmten Ausschlussgröße durchlässig ist.

Der Trennvorgang beginnt mit der Injektion der Probe mit dem Lösemittel. Nun wird der Kanalfluss aufgeteilt, sodass er von beiden Enden des Kanals her die Probe in einem schmalen Bereich festhält, was als Fokussierung bezeichnet wird. Das Lösemittel verlässt den Kanal durch die semipermeable Bodenplatte.

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Dadurch kommt ein zweiter Flüssigkeitsstrom zustande, der Querfluss, welcher senkrecht zum Kanalfluss wirkt und die Bestandteile der Probe in Richtung der Membran bewegt. Das Zusammenspiel der Kräfte erzeugt im Fokusbereich ein Gleichgewicht, wobei jedes Molekül eine Position einnimmt, die seiner Größe (seinem spezifischen Diffusionskoeffizienten) entspricht. Große Teilchen befinden sich näher an der Membran als die kleinen Moleküle. Letztlich ergibt sich die Trennung der Probenbestandteile nach ihrer Größe, und die Fraktionen werden zur Charakterisierung in die Detektoren geleitet.

Bis vor einigen Jahren stand als Trennmethode für Makromoleküle in der Praxis meist nur die Größen-Ausschluss-Chromatographie (SEC/GPC) zur Verfügung. Hier kam es aber manchmal zu Problemen aufgrund von Wechselwirkungen mit den Analyten. Deshalb wurde für solch schwierige Separationsaufgaben vielfach die Feldflussfraktionierung (FFF) zur Methode der Wahl.

Hier soll eine Weiterentwicklung auf Basis der FFF-Technologie dargestellt werden, die Hohlfaser-Fluss-FFF (HF5). Dabei besteht der Kanal aus einer semipermeablen Membran-Hohlfaser mit porösen Wänden. Wird ein Flüssigkeitsstrom durch die Faser hindurch gepumpt, so kann ein Teil der Strömung durch die Wände austreten und bildet so die Querströmung. Durch dessen Einwirkung erfolgt die Trennung der Probenbestandteile. Diese beruht ebenso wie bei der AF4 auf den unterschiedlichen Diffusionskoeffizienten der zu separierenden Komponenten und damit auf dem hydrodynamischen Radius bzw. der Molekülmasse (s. Abb. 1).

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