Die Membranchromatographie gilt als vielversprechende Methode zur Aufreinigung und Trennung von diversen Biomolekülen wie Proteinen und Antikörpern. Sie kombiniert die Verfahren der Membranfiltration und der Chromatographie und gilt aufgrund ihrer allgemeinen Unabhängigkeit vom Massentransport als eine effektive Alternative zur herkömmlichen Festbett-Chromatographie.
Ionenaustausch-Membranen gelten in der Membranchromatographie als wichtige Membranen. Aufgrund elektrostatischer Wechselwirkungen zwischen der Oberflächenladung des Zielbiomoleküls und den geladenen Gruppen, können verschiedene Biomoleküle mit unterschiedlicher Ladung, aber ähnlichem Molekülgewicht, leicht getrennt werden. Neben den Ionenaustausch-Membranen ermöglichen Affinitäts-Membranen durch Liganden, wie Protein A, das spezifische Binden eines interessierenden Analyten. Dadurch können Analyten, wie monoklonale Antikörper, aufgereinigt werden. Die Biomoleküle werden allerdings durch pH-Verschiebungen oder/und hohe Salzkonzentrationen von Ionenaustausch-Membranen oder Affinitäts-Membranen zurückgewonnen, was die Ausbeute minimiert und die Kosten des Prozesses maximiert.
i3 Membrane bietet eine saubere, schnelle und kostengünstige Alternative: die digitale Membranchromatographie. Durch das Aufbringen einer nanometergroßen Goldschicht auf beide Seiten der Ionenaustausch-Membran, kann die chemische Bindungskapazität von Biomolekülen umgeschaltet werden, wenn sie an eine elektrische Quelle angeschlossen wird. Die Desorption erfolgt durch einfache Regulierung des elektrischen Potenzials. Die elektrische Spannung kann stufenlos geregelt werden, so dass die interessierenden Spezies in definierten Zeitabständen getrennt werden können.
Der Vorgang von Adsorption und elektrischer Desorption kann mehrfach wiederholt werden, wodurch eine enorme Vergrößerung der Trennkapazität erreicht werden kann. Die Digitalisierung von Membran-Adsorbern ersetzt die Notwendigkeit von pH-Verschiebungen oder/und hohen Salzkonzentrationen, ohne die Molekularstruktur der Zielmoleküle zu beeinträchtigen.
Die digitale Desorption gelingt sowohl bei AEX-Membranen (mit dem Protein BSA), als auch bei Affinitäts-chromatographischen Membranen. Antikörper (Trastuzumab), die durch eine Protein A Membran gebunden wurden, konnten mittels aufgebrachter Spannung zu über 95% wiedergewonnen werden. Der pH-Wert musste hierbei nicht verschoben werden. Hierfür wurde ein Patent angemeldet. Die Ergebnisse zeigen, dass digitale Membranchromatographie bei allen Arten der Chromatographie erfolgreich eingesetzt werden kann.
Die digitalen i3-Spritzenfiltereinheiten enthalten eine 25 mm Au100/100-beschichtete Polyamidmembran mit einem Membranvolumen von 0,04 mL und einer Porengröße von 0,22 µm. Jede Einheit enthält eine bis drei Lagen unserer Anionenaustausch-Membranen. Diese variable Anordnung der Membranschichten ermöglicht höhere Durchflussraten und dynamische Bindungskapazitäten. Die digitalen i3-Membranen sind mit Kontaktelementen versehen, die es ermöglichen ein elektrisches Potential durch eine externe Spannungsquelle an die Membran zu legen. Der weibliche Luer-Lock-Einlass und der männliche Luer-Lock-Auslass vereinfachen den Anschluss an typische Niederdruck-Chromatographiesysteme.
