KR100785023B1 - 전기투석 및 미생물 포획수단을 이용하여 시료로부터미생물을 분리하는 방법 및 그를 위한 미생물분리 장치 - Google Patents

전기투석 및 미생물 포획수단을 이용하여 시료로부터미생물을 분리하는 방법 및 그를 위한 미생물분리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100785023B1
KR100785023B1 KR1020060092920A KR20060092920A KR100785023B1 KR 100785023 B1 KR100785023 B1 KR 100785023B1 KR 1020060092920 A KR1020060092920 A KR 1020060092920A KR 20060092920 A KR20060092920 A KR 20060092920A KR 100785023 B1 KR100785023 B1 KR 100785023B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exchange membrane
electrode
sample
chamber
solid support
Prior art date
Application number
KR1020060092920A
Other languages
English (en)
Inventor
한정임
김준호
정성영
이영선
황규연
이헌주
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020060092920A priority Critical patent/KR100785023B1/ko
Priority to US11/841,191 priority patent/US20080044880A1/en
Priority to EP07114681.5A priority patent/EP1900808B1/en
Priority to JP2007214950A priority patent/JP5128875B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of KR100785023B1 publication Critical patent/KR100785023B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/02—Separating microorganisms from their culture media
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J39/00—Cation exchange; Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
    • B01J39/02—Processes using inorganic exchangers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J39/00—Cation exchange; Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
    • B01J39/08—Use of material as cation exchangers; Treatment of material for improving the cation exchange properties
    • B01J39/14—Base exchange silicates, e.g. zeolites

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 발명은 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의해 한정되는 반응 챔버; 상기 음이온 교환막 및 제1 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제1 전극 챔버; 및 상기 양이온 교환막 및 제2 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제2 전극 챔버를 포함하는, 염 농도 조절 장치의 상기 반응 챔버에 미생물을 포함하는 시료를 도입하는 단계; 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하여, 상기 반응 챔버 중의 시료를 전기투석하여 상기 시료의 염 농도를 감소시키는 단계; 및 상기 염 농도가 감소된 시료를 미생물 포획 수단과 접촉시키는 단계를 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하는 방법으로서, 상기 시료는 생물학적 시료인 것을 특징으로 하는, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법을 제공한다.
비평면 형상, 고체 지지체, 미생물, 뇨

Description

전기투석 및 미생물 포획수단을 이용하여 시료로부터 미생물을 분리하는 방법 및 그를 위한 미생물분리 장치{A method of separating a microorganism using an electrodialysis and means for capturing microorganisms and device for separating a microorganism using the same}
도 1은 본 발명의 방법 및 장치에 사용되는 염 농도 조절 장치의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 방법 및 장치에 사용되는 염 농도 조절 장치의 다른 일 예를 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 방법 및 장치에 사용되는 염 농도 조절 장치의 다른 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 방법 및 장치에 사용되는 염 농도 조절 장치의 일 예를 이용하여 시료 중의 염 농도를 감소시키는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치의 다른 일 예를 이용하여 시료 중의 염 농도를 감소시키는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 기둥 어레이가 형성되어 있는 표면을 갖는 고체 지지체를 이용하여 뇨 중의 세포를 농축한 결과를 나타내는 것이다.
도 7은 기둥 어레이가 형성되어 있는 표면을 갖는 고체 지지체를 이용하여 뇨 중의 세포를 농축한 결과를 나타내는 것으로, 뇨의 희석 및 유속에 따른 결과를 나타내는 것이다.
도 8은 뇨 시료 0.2 ml를 상기 반응 챔버에 도입하고, 3분 동안 전압을 인가한 후, 상기 반응 챔버 중의 뇨 시료의 전기 전도도를 측정한 결과이다.
도 9는 뇨 시료를 전기투석하는 것이, 미생물이 고제 지지체에 부착하는 효율에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.
도 10은 3 가지 종류의 뇨 시료를 전기투석하고, 100 mM 소듐 아세테이트 버퍼 (pH 4.0)로 2 배 희석한 시료의 세포 결합 효율을 나타내는 도면이다.
도 11은 전기투석된 뇨 시료를 주형으로 하여 정량 PCR한 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 전기투석된 뇨 시료를 배양하여 콜로니 계수한 결과를 나타내는 도면이다.
도 13은 전기 투석된 뇨 시료 함량에 따른, 전기 투석된 뇨 시료와 200 mM 아세테이트 버퍼의 혼합 용액의 pH 및 염 농도를 나타내는 도면이다.
본 발명은 전기투석 및 미생물 포획수단을 이용하여 시료로부터 미생물을 분리하는 방법 및 그를 위한 미생물분리 장치에 관한 것이다.
종래 미생물을 분리하는 방법에는 원심분리 및 여과의 과정이 일반적으로 사 용되었다. 또한, 특정한 세포를 농축 또는 분리하기 위하여는, 상기 특정한 세포에 특이적으로 결합하는 수용체 또는 리간드가 결합되어 있는 지지체에 상기 세포를 특이적으로 결합시켜, 이를 농축 또는 분리하는 방법이 사용되었다. 예를 들면, 상기 세포에 특이적인 단백질에 결합하는 항체가 결합되어 있는 지지체에 상기 세포가 포함되어 있는 시료를 흘려 보내주어 상기 세포를 상기 항체에 결합시키고, 결합되지 않은 세포는 세척하는 단계를 포함하는, 친화성 크로마토그래피 방법이 포함된다.
또한, 한국특허 공개 제2006-0068979호에는 상부 유리 기판의 양끝에 연결되어 있으며, 외부로부터의 전기적 입력을 기계적 진동으로 변환하여 상기 상부 유리 기판에 가하는 압전 트랜스듀서; 및 상기 상부 유리 기판과 평행한 하부 기판 상에 배열된 N개의 전극을 포함하되, 상기 상부 유리 기판과 하부 기판의 사이는 세포가 혼합된 유체로 채워지며, 상기 각 전극은 상기 압전 트랜스듀서의 길이 방향과 수직인 방향으로 놓여져 있으며, 상기 N개의 전극들은 상기 압전 트랜스듀서의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 배열되어 있는 세포 분리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파장 및 진행파 유전영동을 이용한 세포 분리 시스템이 개시되어 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술은 모두 고체 기판 상에 리간드 또는 수용체를 고정화하거나, 외부 동력을 제공하여 특정한 세포를 선택적으로 농축 또는 분리하는 것이다. 따라서, 고체 지지체 자체 특성 및 액체 매질의 조건을 이용하여 세포를 분리하는 방법 및 장치는 알려진 바 없다.
또한, 고체 지지체 자체 특성 및 액체 매질의 조건을 이용하여 세포를 분리하는 방법에 있어서, 세포가 고체 지지체에 결합하는 것을 방해하는 시료 중에 존재하는 물질을 전기투석에 의하여 제거하는 방법도 알려진 바 없다.
본 발명의 목적은 전기투석 및 미생물 포획수단을 이용하여 시료로부터 미생물을 분리하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전기투석 및 미생물 포획수단을 이용하여 시료로부터 미생물을 분리하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의해 한정되는 반응 챔버; 상기 음이온 교환막 및 제1 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제1 전극 챔버; 및 상기 양이온 교환막 및 제2 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제2 전극 챔버를 포함하는, 염 농도 조절 장치의 상기 반응 챔버에 미생물을 포함하는 시료를 도입하는 단계;
상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하여, 상기 반응 챔버 중의 시료를 전기투석하여 상기 시료의 염 농도를 감소시키는 단계; 및
상기 염 농도가 감소된 시료를 미생물 포획수단과 접촉시키는 단계를 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하는 방법으로서, 상기 시료는 생물학적 시료인 것을 특징으로 하는, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법을 제공한다.
본 발명의 방법은, 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의해 한정되는 반응 챔버; 상기 음이온 교환막 및 제1 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제1 전극 챔버; 및 상기 양이온 교환막 및 제2 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제2 전극 챔버를 포함하는, 염 농도 조절 장치의 상기 반응 챔버에 미생물을 포함하는 시료를 도입하는 단계를 포함한다.
상기 시료 도입 단계에 있어서, 상기 염 농도 조절 장치를 도면을 참조하여 설명하면, 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치는 a) 양이온 교환막 (cation exchange membrane; 205; C) 및 음이온 교환막 (anion exchange membrane; 204; A)에 의해 한정되는 반응 챔버 (201); b) 상기 음이온 교환막 (204; A) 및 제1 전극 (206)에 의해 한정되고 이온교환매질 (208)을 포함하는 제1 전극 챔버 (202); 및 c) 상기 양이온 교환막 (205; C) 및 제2 전극 (207)에 의해 한정되고 이온교환매질 (208')을 포함하는 제2 전극 챔버 (203)를 포함할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 방법에 사용되는 상기 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 반응 챔버 (201)는 미생물을 포함하는 시료가 유입 및 유출되는 유입구 (209) 및 유출구 (210)를 추가로 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치의 다른 일 예를 도시한 평면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치는 a) 양이온 교환막 (305; C) 및 음이온 교환막 (304; A)에 의해 한정되는 제1 반응 챔버 (301); b) 양이온 교환막 (305'; C) 및 음이온 교환막 (304'; A)에 의해 한정 되는 제2 반응 챔버 (301'); c) 상기 제1 반응 챔버 (301)의 양이온 교환막 (305; C) 및 상기 제2 반응 챔버 (301')의 음이온 교환막 (304'; A)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308')을 포함하는 이온 챔버 (311); d) 상기 제1 반응 챔버 (301)의 음이온 교환막 (304; A) 및 제1 전극 (306)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308)을 포함하는 제1 전극 챔버 (302); 및 e) 상기 제2 반응 챔버 (301')의 양이온 교환막 (305'; C) 및 제2 전극 (307)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308")을 포함하는 제2 전극 챔버 (303)를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치는 반응 챔버가 2개 이상이고 (301, 301'), 상기 2개 이상의 반응 챔버 (301, 301') 사이에는 상기 반응 챔버들의 양이온 교환막 (305) 및 음이온 교환막 (304')에 의해 한정되고 이온교환매질 (308')을 포함하는 이온 챔버 (311)를 추가로 포함할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 반응 챔버 (301, 301')는 미생물을 포함하는 시료가 유입 및 유출되는 유입구 (309, 309') 및 유출구 (310, 310')를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 반응 챔버는 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의하여 한정된다. 상기 반응 챔버는 상기 반응 챔버의 2이상의 대향하는 측면이 상기 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의하여 각각 한정되는 것이나, 상기 반응 챔버의 2이상의 대향하는 측면의 일부분이 상기 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의하여 각각 한정되는 것이어도 된다.
본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 제1 전극 챔 버는 상기 음이온 교환막 및 제1 전극에 의해 한정되고, 이온교환매질을 포함한다. 즉, 상기 제1 전극 챔버는 상기 음이온 교환막을 상기 반응 챔버와 공유하고, 상기 음이온 교환막의 맞은편 측면의 전부 또는 일부에 상기 제1 전극이 구비된다. 상기 이온 교환매질은 이온 전도성 매질이면 어느 것이나 포함되나, 바람직하게는, 전해질 수용액이다.
본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 제2 전극 챔버는 상기 양이온 교환막 및 제2 전극에 의해 한정되고, 이온교환매질을 포함한다. 즉, 상기 제2 전극 챔버는 상기 양이온 교환막을 상기 반응 챔버와 공유하고, 상기 양이온 교환막의 맞은편 측면의 전부 또는 일부에 상기 제2 전극이 구비된다. 상기 이온 교환매질은 이온 전도성 매질이면 어느 것이나 포함되나, 바람직하게는, 전해질 수용액이다. 상기 전해질의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 각 반응의 특성에 맞도록 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 제1 전극 챔버는 상기 음이온 교환막 및 상기 음이온 교환막에 대향하여 위치하는 양이온 교환막에 의하여 한정되는 이온 챔버를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 전극 챔버는 상기 양이온 교환막 및 상기 양이온 교환막에 대향하여 위치하는 음이온 교환막에 의하여 한정되는 이온 챔버를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치의 다른 일 예를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치는 a) 양이온 교환막 (cation exchange membrane; 305; C) 및 음이온 교환막 (anion exchange membrane; 304; A)에 의해 한정되는 반응 챔버 (301); b) 상기 음이온 교환막 (304; A) 및 양이온 교환막 (305';C)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308')을 포함하는 제1 이온 챔버 (302') 및 상기 양이온 교환막 (305'; C) 및 제1 전극 (306)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308')을 포함하는 제2 이온 챔버 (302'')로 구성되는 제1 전극 챔버 (202); 및 c) 상기 양이온 교환막 (205; C) 및 음이온 교환막 (304': A)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308'')을 포함하는 제1 이온 챔버 (303') 및 상기 음이온 교환막 (304': A) 및 제2 전극 (307)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308''')을 포함하는 제2 이온 챔버 (303'')로 구성되는 제2 전극 챔버 (303)를 포함할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 방법에 사용되는 상기 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 반응 챔버 (301)는 미생물을 포함하는 시료가 유입 및 유출되는 유입구 (309) 및 유출구 (310)를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 양이온 교환막은 양이온은 통과시키지만 음이온 통과에는 100%에 가까운 저항을 나타내는 막이고, 반대로 음이온 교환막은 음이온은 통과시키지만 양이온 통과에는 100%에 가까운 저항을 나타내는 막이다. 상기 양이온 교환막 및 음이온 교환막은 당업계에 잘 알려져 있으며, 당업자가 용이하게 이를 구입하여 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 양이온 교환막은 강산 교환막 (strong acid exchange membrane; -SO3-Na+ 포함; Nafion 사) 또는 약산 교환막 (weak acid exchange membrane; -COO-Na+ 포함)일 수 있고, 상기 음이온 교환막은 강염기 (strong base; -N+ (CH3)Cl- 포함) 또는 약염기 (weak base; -N (CH3)2 포함)일 수 있다.
본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 백금, 금, 구리 및 팔라듐으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있으나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다.
상기 시료 도입 단계는, 미생물을 포함하는 시료를 상기 염 농도 조절 장치의 반응 챔버로 도입하는 것으로 구성된다. 본 발명의 방법에 있어서, 상기 미생물에는 박테리아, 곰팡이 및 바이러스가 포함되나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다. 상기 반응 챔버로 시료를 도입하는 것은 당업계에 알려진 임의의 수단에 의하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 수작업으로 도입되거나 펌프를 이용하여 도입될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 사용되는 상기 염 농도 조절 장치는, 상기 반응 챔버에 시료를 유입시키기 위한 펌프, 상기 반응 챔버로부터 시료를 유출시키기 위한 펌프 및 상기 유입 및 유출을 조절하기 위한 밸브들을 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 반응 챔버에 시료를 유입시키기 위한 펌프는 채널을 통해 상기 유입구에 연결될 수 있고, 상기 반응 챔버로부터 시료를 유출시키기 위한 펌프는 채널을 통해 상기 유출구에 연결될 수 있다.
상기 미생물을 포함하는 시료는, 생물학적 시료, 바람직하게는 혈액, 뇨, 또 는 타액, 더욱 바람직하게는 뇨이다. 본 발명의 방법에 있어서, "생물학적 시료 (biological sample)"란 개체로부터 분리된 세포 또는 생물학적 액체와 같은, 세포 또는 조직물을 포함하거나 그들로 구성된 시료를 의미한다. 상기 개체는 사람을 포함한 동물일 수 있다. 생물학적 시료의 예에는, 타액, 가래, 혈액, 혈액 세포 (예, 백혈구, 적혈구), 양막액, 혈청, 정액, 골수, 조직 또는 미세 바늘 생검 시료, 뇨, 복막액, 늑막액 및 세포 배양물이 포함된다. 생물학적 시료에는 조직학적 목적을 위하여 취하여진 냉동 절편과 같은 조직 절편이 포함된다.
본 발명의 방법은, 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하여, 상기 반응 챔버 중의 시료를 전기투석하여 상기 시료의 염 농도를 감소시키는 단계를 포함한다. 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 양극 및 음극 전원에 연결되는 것이 바람직하다. 상기 제1 전극 및 제2 전극은 전압의 방향을 변화시킬 수 있는 가변 전원에 연결되어 있는 것일 수 있다. 상기 제1 전극 및 제2 전극에 연결되는 전압의 방향은, 본 발명의 장치에 있어서, 상기 양이온 교환막 및 음이온 교환막의 배치에 따라 달라질 수 있으며, 당업자라면 상기 반응 챔버 중의 이온 물질이 감소하는 방향으로 적절하게 방향을 설정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치의 일 예를 이용하여 시료 중의 염 농도를 감소시키는 과정을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 제1 전극에 (+) 전압을 인가하고 제2 전극에 (-) 전압을 인가한다. 이 경우 제1 반응 챔버 (301) 및 제2 반응 챔버 (301')에 주입된 시료 내에 포함되어 있는 양이온, Na+ 및 음이온, Cl-는 각각 양이온 교환막 (305, 305'; C) 및 음이온 교환막 (304, 304'; A)을 통해 제1 전극 챔버 (302), 이온 챔버 (311) 또는 제2 전극 챔버 (303)로 이동한다.
한편, 제1 전극 챔버 (302), 이온 챔버 (311) 및 제2 전극 챔버 (303) 내에 포함되어 있는 이온교환매질 (308, 308', 308") 중의 양이온, Na+ 및 음이온, Cl-는 각각 양이온 교환막 (305, 305'; C) 및 음이온 교환막 (304, 304'; A)을 통해 제1 반응 챔버 (301) 또는 제2 반응 챔버 (301')로 이동하지 못한다.
결과적으로, 상기 양이온, Na+ 및 음이온, Cl-는 상기 제1 전극 챔버 (302), 이온 챔버 (311) 또는 제2 전극 챔버 (303)에서는 농축되고, 반대로 상기 제1 반응 챔버 (301) 및 제2 반응 챔버 (301') 내에서는 희석된다.
도 5는 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치의 다른 일 예를 이용하여 시료 중의 염 농도를 감소시키는 과정을 나타내는 도면이다. 제1 전극 (306)을 양극 전원에 연결하고, 제2 전극 (307)을 음극 전원에 연결하여 시료가 도입된 반응 챔버 (301)에 전압을 인가한다. 상기 시료 중의 음이온, Cl-는 음이온 교환막 (304)을 통하여 제1 전극 챔버 (312) 중의 제1 이온 챔버 (302)에 유입되고, 유입된 음이온, Cl-는 양이온 교화막 (305')을 통과하지 못하므로 상기 제1 이온 챔버 (302) 중에 농축된다. 반면, 상기 시료 중의 양이온, Na+ 은 양이온 교환막 (305)을 통하여 제2 전극 챔버 (315) 중의 제1 이온 챔버 (303)에 유입되고, 유입된 양이온, Na+ 은 음이온 교환막 (304')은 통과하지 못하므로 제1 이온 챔버 (303) 중에 농축된다. 결과적으로, 시료 중의 이온 물질의 농도는 감소하게 된다. 도 5에서, 각 이온 챔버 (312, 302,303, 313)에는 전해질 용액 용액이 포함될 수 있다.
상기 전기투석 단계에 의하여, 시료 중의 이온물질의 농도가 낮아진다. 그에 따라, 미생물이 고체 지지체에 부착하는 것을 방해하는 물질, 예를 들면 NaCl 같은 염, 및 크레아틴이 제거된다. 또한, PCR을 저해하는 물질이 제거된다.
본 발명의 방법은 또한, 상기 염 농도가 감소된 시료를 미생물 포획 수단과 접촉시키는 단계를 포함한다. 상기 염 농도가 감소된 시료는 전기투석에 의하여 이온농도가 감소되어 있는 시료이다.
상기 미생물 포획 수단은 미생물을 결합시키는 특성을 가진 물질이면 어느 것이나 포함된다. 예를 들면, 미생물을 결합시키는 고체 물질, 반고상 물질, 또는 액체 물질이 될 수 있으나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다. 상기 미생물 포획 수단은 바람직하게는, 비평면 형상의 고체 지지체이다.
따라서, 본 발명의 방법의 일 구체예는, 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의해 한정되는 반응 챔버; 상기 음이온 교환막 및 제1 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제1 전극 챔버; 및 상기 양이온 교환막 및 제2 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제2 전극 챔버를 포함하는, 염 농도 조절 장치 의 상기 반응 챔버에 미생물을 포함하는 시료를 도입하는 단계;
상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하여, 상기 반응 챔버 중의 시료를 전기투석하여 상기 시료의 염 농도를 감소시키는 단계; 및
상기 염 농도가 감소된 시료를 비평면 형상의 고체 지지체와 pH 3.0 내지 6.0의 범위에서 접촉시키는 단계를 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하는 방법으로서, 상기 시료는 생물학적 시료인 것이다.
상기 일 구체예는, 상기 염 농도가 감소된 시료를 비평면 형상의 고체 지지체와 pH 3.0 내지 6.0의 범위에서 접촉시키는 단계를 포함한다.
상기 접촉에 의하여 상기 미생물은 상기 고체 지지체에 부착하게 된다. 이는 고체 지지체의 표면적이 증가하는 동시에, pH 3.0 내지 6.0의 액체 매질을 사용함으로써 미생물의 세포막이 변성되어 용액에 대한 용해도가 저하되어 고체 표면에 부착하는 비율이 상대적으로 높아지는 것으로 여겨지나, 본 발명의 범위가 이러한 특정한 기작에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 분리의 대상이 되는 미생물에는 박테리아 세포, 곰팡이 및 바이러스가 포함된다.
상기 시료와 미생물 포획 수단의 접촉 단계에 있어서, 상기 시료는 상기 미생물을 낮은 pH에서 완충 역할을 할 수 있는 용액 또는 버퍼에 의하여 희석될 수 있다. 바람직하게는, 상기 버퍼는 포스페이트 버퍼 (예, 소듐 포스페이트, pH 3.0 내지 6.0) 또는 아세테이트 버퍼 (소듐 아세테이트, pH 3.0 내지 6.0)로 희석된 것일 수 있다. 상기 희석의 정도는 특별히 한정되지는 않으나, 바람직하게는, 99:1 내지 1:1,000의 배율, 더욱 바람직하게는, 99:1 내지 1:10의 배율, 더욱 바람직하게는 99:1 내지 1:4의 배율로 희석되는 것일 수 있다.
상기 시료와 미생물 포획 수단의 접촉 단계에 있어서, 상기 시료는 10 mM 내지 500 mM, 바람직하게는, 50 mM 내지 300 mM의 염 농도를 갖는 것이다. 상기 시료는, 10 mM 내지 500 mM, 바람직하게는, 50 mM 내지 300 mM의 아세테이트 및 포스페이트로 구성된 군으로부터 선택된 이온 농도를 갖는 것이다
상기 시료와 미생물 포획 수단의 접촉 단계에 있어서, 상기 고체 지지체는 비평면 형상을 가지고 있어, 표면적이 평면에 비하여 증가되어 있는 표면을 갖는 것이다. 상기 고체 지지체는 표면에 요철 구조가 형성되어 있는 것일 수 있다. 본 발명에 있어서, "요철 구조"란 표면이 부드럽지 않고 오목함과 볼록함이 있는 구조를 말한다. 이러한 요철 구조에는 복수 개의 기둥이 형성되어 있는 기둥 구조를 갖는 표면 또는 복수 개의 공극 (pore)이 형성되어 있는 망상 구조를 갖는 표면이 포함되나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다.
상기 시료와 미생물 포획 수단의 접촉 단계에 있어서, 상기 비평면 형상의 고체 지지체는 임의의 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 표면에 복수 개의 기둥 (pillar)이 형성되어 있는 기둥 구조를 갖는 고체 지지체, 비드 형상을 갖는 고체 지지체, 및 표면에 복수 개의 공극 (pore)이 형성되어 있는 체 (sieve) 구조를 갖는 고체 지지체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 있다. 상기 고제 지지체는, 단독으로 또는 복수 개의 상기 고체 지지체의 집합 (예를 들면, 관 또는 용기 내에 충진된 집합체)으로 사용될 수 있다.
상기 시료와 미생물 포획 수단의 접촉 단계에 있어서, 상기 고체 지지체는 미세유동장치 내의 마이크로채널 또는 마이크로챔버의 내벽의 형태인 것일 수 있다. 따라서, 본 발명의 미생물을 분리하는 방법은 하나 이상의 입구 및 출구가 구비되어 있고, 상기 입구 및 출구가 채널 또는 마이크로채널을 통하여 연통되어 있는 유동 장치 (fluidic device) 또는 미세유동장치 (microfluidic device) 내에서 수행될 수 있다.
본 발명의 방법의 일 구체예는, 본 발명의 방법에 있어서 상기 시료와 미생물 포획 수단의 접촉 단계에 있어서, 상기 고체 지지체는 그 표면에 복수 개의 기둥이 형성되어 있는 기둥 구조를 갖는 것일 수 있다. 고체 지지체 상에 기둥 (pillar)을 제조하는 것은 당업계에 널리 알려져 있다. 예를 들면, 반도체 제조 공정에 사용되는 포토리소그래피 공정 등을 사용하여 미세 기둥을 높은 밀도로 형성시킬 수 있다. 상기 기둥은 어스팩비 (aspect ratio)가 1:1 내지 20:1인 것이 바람직하나, 상기 범위에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서, "어스팩비 (aspect ratio)" 란 기둥의 단면 직경 대 높이의 비율을 의미한다. 상기 기둥 구조는 기둥 높이 대 기둥 사이의 거리의 비율이 1:1 내지 25:1인 것일 수 있다. 상기 기둥 구조는 기둥 사이의 거리가 5 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 방법에 있어서 상기 시료와 미생물 포획 수단의 접촉 단계에 있어서, 상기 비평면 형상의 고체 지지체는 물 접촉각이 70°내지 95°인 소수성을 갖는 것일 수 있다. 상기 물 접촉각이 70°내지 95°인 소수성은 고체 지지체의 표면을 옥타데실디메틸 (3-트리메톡시실릴 프로필)암모늄 (OTC) 및 트리데카플루오로테 트라히드로옥틸트리메톡시실란 (DFS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이 코팅되어, 부여되는 것일 수 있다. 상기 물 접촉각이 70°내지 95°인 표면은 바람직하게는, 고체 지지체의 SiO2 층에 옥타데실디메틸 (3-트리메톡시실릴 프로필)암모늄 (OTC) 및 트리데카플루오로테트라히드로옥틸트리메톡시실란 (DFS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이 자가조립단분자 (SAM) 코팅되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 방법에서, 상기 시료와 미생물 포획 수단의 접촉 단계에 있어서, 상기 비평면 형상의 고체 지지체는 표면에 아민계의 관능기를 하나 이상 갖는 것일 수 있다. 상기 아민계의 관능기를 하나 이상 갖는 표면은 상기 고체 지지체의 표면에 폴리에틸렌이민트리메톡시실란 (PEIM)이 코팅되어 있는 것일 수 있다. 상기 코팅된 표면은 바람직하게는, 고체 지지체의 SiO2 층에 폴리에틸렌이민트리메톡시실란 (PEIM)이 자기조립단분자 (SAM) 코팅되어 있는 것일 수 있다. 상기 아민계의 관능기는 pH 3.0 내지 6.0의 범위에서 양전하를 띤다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 시료와 미생물 포획 수단의 접촉 단계에 있어서, 상기 고제 지지체는 상기한 바와 같은 물 접촉각 특성을 갖는 것 또는 그 표면에 하나 이상의 아민계 관능기를 갖는 것이면 어떠한 재질의 지지체도 포함된다. 예를 들면, 유리, 실리콘 웨이퍼, 및 플라스틱 물질 등이 포함되나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다. 상기 물 접촉각이 70°내지 95°인 표면 또는 그 표면에 하나 이상의 아민계 관능기를 갖는 표면은, 상기 표면을 가진 고체 지지체에 미생물을 포함하는 시료가 접촉되는 경우, 미생물이 부착하는 것으로 여겨지나, 본 발명이 특정한 기작에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 미생물을 분리하는 방법은, 상기 시료와 미생물 포획 수단의 접촉 단계 후에 상기 고체 지지체에 부착되지 않은 목적 미생물 이외의 물질을 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 세척에는 상기 고체 지지체 표면에 부착된 목적 미생물은 상기 고체 지지체로부터 이탈시키지 않으면서, 후속 공정에 악영향을 미칠 수 있는 불순물을 제거할 수 있는 임의의 용액이 사용될 수 있다. 예를 들면, 결합 버퍼로 사용된 아세테이트 버퍼 및 포스페이트 버퍼 등이 사용될 수 있다. 상기 세척 용액은 바람직하게는, pH 3.0 내지 6.0의 범위에 포함되는 pH를 갖는 버퍼이다.
본 발명에 있어서, "미생물의 분리"란 시료 중의 미생물을 순수 분리하는 것 뿐만 아니라 농축하는 것을 포함하는 것이다.
본 발명의 방법에 따라, 상기 고체 지지체 상에 부착되어 농축된 미생물은, 상기 고체 지지체 상에 부착된 상태로 DNA의 분리와 같은 추가의 처리 단계에 사용될 있다. 또한, 상기 고체 지지체 상에 부착되어 농축된 미생물은, 상기 고체 지지체로부터 용출되어 추가의 처리 단계에 사용될 있다.
따라서, 본 발명의 방법은 상기 시료와 미생물 포획 수단의 접촉단계 및/또는 세척 단계 후에 상기 부착된 미생물을 용출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 용출 단계에 있어서, 용출에 사용되는 용액은 상기 고체 지지체로부터 미생물을 이탈시키는 성질을 갖는 것이면, 당업계에 알려진 임의의 용액이 사용될 수 있다. 예를 들면, 물 및 트리스 버퍼 등이 사용될 수 있다. 상기 용출 용액은 바람직하게 는, pH 6.0 이상인 용액이다.
본 발명은 또한, 상기한 본원의 방법에 의하여 분리된 미생물로부터 핵산 분리, 핵산 증폭 반응 및 핵산 혼성화 반응으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 과정을 상기 반응챔버와 동일한 공간 또는 다른 공간에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 미생물을 처리하는 방법을 제공한다. 상기 핵산 분리, 핵산 증폭 및 핵산 혼성화 반응은 당업계에 알려진 임의의 방법이 될 수 있다.
본 발명은 또한, 시료 주입구 및 유출구가 구비된 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의해 한정되는 반응 챔버;
상기 음이온 교환막 및 제1 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제1 전극 챔버;
상기 양이온 교환막 및 제2 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제2 전극 챔버; 및
상기 반응 챔버의 상기 유출구를 통하여 상기 반응 챔버와 연결되어 있는 미생물 포획 수단이 포함되어 있는 용기를 포함하는, 미생물을 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하기 위한 장치를 제공한다.
본 발명의 장치는, 시료 주입구 및 유출구가 구비된 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의해 한정되는 반응 챔버;
상기 음이온 교환막 및 제1 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제1 전극 챔버; 및
상기 양이온 교환막 및 제2 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제2 전극 챔버를 포함하는 염 농도 조절 장치가, 상기 반응 챔버의 상기 유출구를 통하여 미생물 포획수단이 포함되어 있는 용기에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 연결은 바람직하게는, 상기 반응 챔버와 상기 용기가 연통되어 연결되는 것이다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 염 농도 조절 장치를 도면을 참조하여 설명하면, 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 장치에 포함되는 염 농도 조절 장치의 일 예를 나타내는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 장치에 포함되는 염 농도 조절 장치는 a) 양이온 교환막 (cation exchange membrane; 205; C) 및 음이온 교환막 (anion exchange membrane; 204; A)에 의해 한정되는 반응 챔버 (201); b) 상기 음이온 교환막 (204; A) 및 제1 전극 (206)에 의해 한정되고 이온교환매질 (208)을 포함하는 제1 전극 챔버 (202); 및 c) 상기 양이온 교환막 (205; C) 및 제2 전극 (207)에 의해 한정되고 이온교환매질 (208')을 포함하는 제2 전극 챔버 (203)를 포함할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 장치에 포함되는 상기 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 반응 챔버 (201)는 미생물을 포함하는 시료가 유입 및 유출되는 유입구 (209) 및 유출구 (210)를 추가로 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치의 다른 일 예를 도시한 평면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치는 a) 양이온 교환막 (305; C) 및 음이온 교환막 (304; A)에 의해 한정되는 제1 반응 챔버 (301); b) 양이온 교환막 (305'; C) 및 음이온 교환막 (304'; A)에 의해 한정 되는 제2 반응 챔버 (301'); c) 상기 제1 반응 챔버 (301)의 양이온 교환막 (305; C) 및 상기 제2 반응 챔버 (301')의 음이온 교환막 (304'; A)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308')을 포함하는 이온 챔버 (311); d) 상기 제1 반응 챔버 (301)의 음이온 교환막 (304; A) 및 제1 전극 (306)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308)을 포함하는 제1 전극 챔버 (302); 및 e) 상기 제2 반응 챔버 (301')의 양이온 교환막 (305'; C) 및 제2 전극 (307)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308")을 포함하는 제2 전극 챔버 (303)를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 장치에 포함되는 염 농도 조절 장치는 반응 챔버가 2개 이상이고 (301, 301'), 상기 2개 이상의 반응 챔버 (301, 301') 사이에는 상기 반응 챔버들의 양이온 교환막 (305) 및 음이온 교환막 (304')에 의해 한정되고 이온교환매질 (308')을 포함하는 이온 챔버 (311)를 추가로 포함할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 장치에 포함되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 반응 챔버 (301, 301')는 미생물을 포함하는 시료가 유입 및 유출되는 유입구 (309, 309') 및 유출구 (310, 310')를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 장치에 포함되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 반응 챔버는 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의하여 한정된다. 상기 반응 챔버는 상기 반응 챔버의 2이상의 대향하는 측면이 상기 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의하여 각각 한정되는 것이나, 상기 반응 챔버의 2이상의 대향하는 측면의 일부분이 상기 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의하여 각각 한정되는 것이어도 된다.
본 발명의 장치에 포함되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 제1 전극 챔 버는 상기 음이온 교환막 및 제1 전극에 의해 한정되고, 이온교환매질을 포함한다. 즉, 상기 제1 전극 챔버는 상기 음이온 교환막을 상기 반응 챔버와 공유하고, 상기 음이온 교환막의 맞은편 측면의 전부 또는 일부에 상기 제1 전극이 구비된다. 상기 이온 교환매질은 이온 전도성 매질이면 어느 것이나 포함되나, 바람직하게는, 전해질 수용액이다.
본 발명의 장치에 포함되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 제2 전극 챔버는 상기 양이온 교환막 및 제2 전극에 의해 한정되고, 이온교환매질을 포함한다. 즉, 상기 제2 전극 챔버는 상기 양이온 교환막을 상기 반응 챔버와 공유하고, 상기 양이온 교환막의 맞은편 측면의 전부 또는 일부에 상기 제2 전극이 구비된다. 상기 이온 교환매질은 이온 전도성 매질이면 어느 것이나 포함되나, 바람직하게는, 전해질 수용액이다. 상기 전해질의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 각 반응의 특성에 맞도록 당업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
본 발명의 장치에 포함되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 제1 전극 챔버는 상기 음이온 교환막 및 상기 음이온 교환막에 대향하여 위치하는 양이온 교환막에 의하여 한정되는 이온 챔버를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 전극 챔버는 상기 양이온 교환막 및 상기 양이온 교환막에 대향하여 위치하는 음이온 교환막에 의하여 한정되는 이온 챔버를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 장치에 포함되는 염 농도 조절 장치의 다른 일 예를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 방법에 사용되는 염 농도 조절 장치는 a) 양이온 교환막 (cation exchange membrane; 305; C) 및 음이온 교환막 (anion exchange membrane; 304; A)에 의해 한정되는 반응 챔버 (301); b) 상기 음이온 교환막 (304; A) 및 양이온 교환막 (305';C)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308')을 포함하는 제1 이온 챔버 (302') 및 상기 양이온 교환막 (305'; C) 및 제1 전극 (306)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308')을 포함하는 제2 이온 챔버 (302'')로 구성되는 제1 전극 챔버 (202); 및 c) 상기 양이온 교환막 (205; C) 및 음이온 교환막 (304': A)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308'')을 포함하는 제1 이온 챔버 (303') 및 상기 음이온 교환막 (304': A) 및 제2 전극 (307)에 의해 한정되고 이온교환매질 (308''')을 포함하는 제2 이온 챔버 (303'')로 구성되는 제2 전극 챔버 (303)를 포함할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 본 발명의 장치에 포함되는 상기 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 반응 챔버 (301)는 미생물을 포함하는 시료가 유입 및 유출되는 유입구 (309) 및 유출구 (310)를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 장치에 포함되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 양이온 교환막은 양이온은 통과시키지만 음이온 통과에는 100%에 가까운 저항을 나타내는 막이고, 반대로 음이온 교환막은 음이온은 통과시키지만 양이온 통과에는 100%에 가까운 저항을 나타내는 막이다. 상기 양이온 교환막 및 음이온 교환막은 당업계에 잘 알려져 있으며, 당업자가 용이하게 이를 구입하여 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 양이온 교환막은 강산 교환막 (strong acid exchange membrane; -SO3-Na+ 포함; Nafion 사) 또는 약산 교환막 (weak acid exchange membrane; -COO-Na+ 포함)일 수 있고, 상기 음이온 교환막은 강염기 (strong base; -N+(CH3)Cl- 포함) 또는 약염기 (weak base; -N(CH3)2 포함)일 수 있다.
본 발명의 장치에 포함되는 염 농도 조절 장치에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 백금, 금, 구리 및 팔라듐으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있으나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 장치에 포함되는 상기 염 농도 조절 장치는, 상기 반응 챔버에 시료를 유입시키기 위한 펌프, 상기 반응 챔버로부터 시료를 유출시키기 위한 펌프 및 상기 유입 및 유출을 조절하기 위한 밸브들을 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 반응 챔버에 시료를 유입시키기 위한 펌프는 채널을 통해 상기 유입구에 연결될 수 있고, 상기 반응 챔버로부터 시료를 유출시키기 위한 펌프는 채널을 통해 상기 유출구에 연결될 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 양극 및 음극 전원에 연결되거나, 각각 음극 및 양극 전원에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 전압의 방향을 변화시킬 수 있는 가변 전원에 연결되어 있는 것이다. 상기 제1 전극 및 제2 전극에 연결되는 전압의 방향은, 본 발명의 장치에 있어서, 상기 양이온 교환막 및 음이온 교환막의 배치에 따라 달라질 수 있으며, 당업자라면 상기 반응 챔버 중의 이온 물질이 감소하는 방향으로 적절하게 방향을 설정할 수 있다.
본 발명의 장치는 또한, 상기 반응 챔버의 상기 유출구를 통하여 상기 반응 챔버와 연결되어 있는 미생물 포획수단이 포함되어 있는 용기를 포함한다.
상기 반응 챔버의 상기 유출구를 통하여 상기 반응 챔버와 연결되어 있는 상기 미생물 포획 수단은 그 특성 및 미생물을 포함하는 시료의 염 농도 및 pH 등의 특성에 의하여 미생물을 그 표면에 부착시킬 수 있다.
상기 미생물 포획 수단은 미생물을 결합시키는 특성을 가진 물질이면 어느 것이나 포함된다. 예를 들면, 미생물을 결합시키는 고체 물질, 반고상 물질, 또는 액체 물질이 될 수 있으나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다. 상기 미생물 포획 수단은 바람직하게는, 비평면 형상의 고체 지지체이다.
상기 고체 지지체는 그 특성 및 미생물을 포함하는 시료의 염 농도 및 pH 등의 특성에 의하여 미생물을 그 표면에 부착시킬 수 있다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 고체 지지체는 비평면 형상을 가지고 있어, 표면적이 평면에 비하여 증가되어 있는 표면을 갖는 것이다. 상기 고체 지지체는 표면에 요철 구조가 형성되어 있는 것일 수 있다. 본 발명에 있어서, "요철 구조"란 표면이 부드럽지 않고 오목함과 볼록함이 있는 구조를 말한다. 이러한 요철 구조에는 복수 개의 기둥이 형성되어 있는 기둥 구조를 갖는 표면 또는 복수 개의 공극 (pore)이 형성되어 있는 체 (sieve) 구조 또는 망상 구조를 갖는 표면이 포함되나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 비평면 형상의 고체 지지체는 임의의 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 표면에 복수 개의 기둥 (pillar)이 형성되어 있는 기둥 구조를 갖는 고체 지지체, 비드 형상을 갖는 고체 지지체, 및 표면에 복수 개의 공 극 (pore)이 형성되어 있는 체 (sieve) 구조를 갖는 고체 지지체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 있다. 상기 고제 지지체는, 단독으로 또는 복수 개의 상기 고체 지지체의 집합 (예를 들면, 관 또는 용기 내에 충진된 집합체)으로 사용될 수 있다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 고체 지지체는 미세유동장치 내의 마이크로채널 또는 마이크로챔버의 내벽의 형태인 것일 수 있다. 따라서, 본 발명의 미생물분리 장치는, 하나 이상의 입구 및 출구가 구비되어 있고, 상기 입구 및 출구가 채널 또는 마이크로채널을 통하여 연통되어 있는 유동 장치 (fluidic device) 또는 미세유동장치 (microfluidic device)일 수 있다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 고체 지지체는 그 표면에 복수 개의 기둥이 형성되어 있는 기둥 구조를 갖는 것일 수 있다. 고체 지지체 상에 기둥 (pillar)을 제조하는 것은 당업계에 널리 알려져 있다. 예를 들면, 반도체 제조 공정에 사용되는 포토리소그래피 공정 등을 사용하여 미세 기둥을 높은 밀도로 형성시킬 수 있다. 상기 기둥은 어스팩비 (aspect ratio)가 1:1 내지 20:1인 것이 바람직하나, 상기 범위에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서, "어스팩비 (aspect ratio)" 란 기둥의 단면 직경 대 높이의 비율을 의미한다. 상기 기둥 구조는 기둥 높이 대 기둥 사이의 거리의 비율이 1:1 내지 25:1인 것일 수 있다. 상기 기둥 구조는 기둥 사이의 거리가 5 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위를 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 비평면 형상의 고체 지지체는 물 접촉각이 70°내지 95°인 소수성을 갖는 것일 수 있다. 상기 물 접촉각이 70°내지 95°인 소수성은 고체 지지체의 표면을 옥타데실디메틸 (3-트리메톡시실릴 프로필)암모늄 (OTC) 및 트리데카플루오로테트라히드로옥틸트리메톡시실란 (DFS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이 코팅되어, 부여되는 것일 수 있다. 상기 물 접촉각이 70°내지 95°인 표면은 바람직하게는, 고체 지지체의 SiO2 층에 옥타데실디메틸 (3-트리메톡시실릴 프로필)암모늄 (OTC) 및 트리데카플루오로테트라히드로옥틸트리메톡시실란 (DFS)으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이 자가조립단분자 (SAM) 코팅되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 비평면 형상의 고체 지지체는 표면에 아민계의 관능기를 하나 이상 갖는 것일 수 있다. 상기 아민계의 관능기를 하나 이상 갖는 표면은 상기 고체 지지체의 표면에 폴리에틸렌이민트리메톡시실란 (PEIM)이 코팅되어 있는 것일 수 있다. 상기 코팅된 표면은 바람직하게는, 고체 지지체의 SiO2 층에 폴리에틸렌이민트리메톡시실란 (PEIM)이 자기조립단분자 (SAM) 코팅되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 고제 지지체는 상기한 바와 같은 물 접촉각 특성을 갖는 것 또는 그 표면에 하나 이상의 아민계 관능기를 갖는 것이면 어떠한 재질의 지지체도 포함된다. 예를 들면, 유리, 실리콘 웨이퍼, 및 플라스틱 물질 등이 포함되나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다. 상기 물 접촉각이 70°내지 95°인 표면 또는 그 표면에 하나 이상의 아민계 관능기를 갖는 표면은, 상기 표면을 가진 고체 지지체에 미생물을 포함하는 시료가 접촉되는 경우, 미생물이 부착하는 것으 로 여겨지나, 본 발명이 특정한 기작에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 장치에 있어서, 상기 고체 지지체가 포함되어 있는 용기는, 임의의 형태의 용기일 수 있다. 예를 들면, 챔버, 채널, 또는 칼럼의 형태일 수 있다. 본 발명의 용기의 일 구체예는, 비드 형상의 상기 고체 지지체가 칼럼 내에 충진되어 있는 용기이다.
본 발명의 장치는, 또한 상기 용기에 구비된 버퍼 저장부를 더 포함할 수 있다. 상기 버퍼 저장부는 상기 미생물 시료를 pH 3.0 내지 6.0으로 조정하거나 희석하는데 사용될 수 있는 버퍼를 포함한다. 상기 버퍼는 예를 들면, 아세테이트 버퍼 또는 포스페이트 버퍼가 될 수 있다. 상기 저장부는 상기 용기의 내부와 유체연통되어 있다. 따라서, 상기 저장부는 상기 용기 내로 버퍼 용액을 상기 반응 챔버에 제공함으로써, 상기 반응 챔버에서 탈염에 의하여 고체 지지체에 결합하는 물질이 제거된 시료 용액에 적당한 pH 및 염 농도를 제공할 수 있다.
본 발명의 장치는 랩온어칩으로 구현될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1: 기둥 어레이가 형성되어 있는 표면을 갖는 고체 지지체를 이용한 뇨 모사 용액 중의 대장균의 농축 : 세포 포획을 방해하는 인자 탐색
본 실시예에서는 입구와 출구가 구비되어 있고, 크기 10 mm x 23 mm 인 실리 콘 칩 상에 기둥의 어레이가 형성되어 있는 표면을 갖는 챔버를 갖는 유동 장치에 박테리아 세포를 포함한 시료를 흘려주면서 세포를 상기 고체 지지체 상에 부착시키고, 흘러나오는 시료 중의 박테리아 세포의 수를 콜로니 계수 (counting)를 통하여 결정하고, 이로부터 상기 고체 지지체에 의한 박테리아 세포 포획 효율을 계산하였다. 상기 기둥 어레이에 있어서, 기둥 사이의 거리는 12 ㎛이고, 기둥 높이가 100 ㎛이고, 각 기둥의 단면은 한 변의 길이가 25 ㎛이 정사각형이다.
상기 기둥 어레이가 형성된 영역의 표면은 SiO2 층 상에 옥타데실디메틸 (3-트리메톡시실릴 프로필)암모늄 (OTC)이 SAM 코팅된 표면을 가진다.
상기 세포 시료는, 0.01 OD600의 대장균을 포함하는, 소듐 아세테이트 버퍼에 기초한 용액과 투석된 뇨에 기초한 용액을 사용하였다.
상기 소듐 아세테이트 버퍼에 기초한 용액 (pH 4.0)은 다음과 같다:
버퍼: 100 mM 소듐 아세테이트 버퍼 (pH 4.0).
버퍼+염: 100 mM 소듐 아세테이트 버퍼 (pH 4.0)에 염의 농도, 88 mM NaCl, 67 mM KCl, 38 mM NH4Cl 및 18 mM Na2SO4가 되도록, NaCl 0.514 g, KCl 0.5 g, NH4Cl 0.203 g, Na2SO4 0.259 g을 첨가하여 얻어진 용액.
버퍼+염+요소: 상기 "버퍼+염" 용액에 333 mM 요소를 포함하는 용액.
버퍼+염+요소+크레아틴: 상기 "버퍼+염" 용액에 333 mM 요소 및 9.8 mM 크레아틴을 포함하는 용액.
버퍼+염+요소+크레아틴+요산: 상기 "버퍼+염" 용액에 333 mM 요소 및 9.8 mM 크레아틴 및 2.5 mM 요산을 포함하는 용액.
버퍼+염+요소+크레아틴+요산+포도당: 상기 "버퍼+염" 용액에 333 mM 요소 및 9.8 mM 크레아틴 및 2.5 mM 요산 및 0.6 mM 포도당을 포함하는 용액.
상기 투석된 뇨에 기초한 용액은 투석된 뇨와 2x상기 소듐 아세테이트 버퍼에 기초한 각 용액을 1:1로 혼합하여 얻어진, 최종 pH가 3.97이다.
상기 뇨 시료는 유속 200 ㎕/분으로 입구로부터 상기 챔버를 통하여 출구로 200 ㎕를 흘려 주었다. 실험은 각각 3회 반복하였다. 세포 계수는, 상기 고체 지지체에 뇨 시료를 흘려주기 전과 흘려준 후 출구를 통하여 나오는 유출액 중의 세포를 세었다.
도 6은 기둥 어레이가 형성되어 있는 표면을 갖는 고체 지지체를 이용하여 뇨 중의 세포를 농축한 결과를 나타내는 것이다. 뇨 내에 존재하는 염의 농도 및 기타의 물질 (주로 크레아틴)에 의하여 포획 효율이 낮아짐을 알 수 있다.
실시예 2: 기둥 어레이가 형성되어 있는 표면을 갖는 고체 지지체를 이용한 뇨 중의 대장균의 농축 : 뇨의 희석 비율 및 유속에 따른 농축 효과 측정
본 실시예에서는 입구와 출구가 구비되어 있고, 크기 10 mm x 23 mm 인 실리콘 칩 상에 기둥의 어레이가 형성되어 있는 표면을 갖는 챔버를 갖는 유동 장치에 박테리아 세포를 포함한 시료를 흘려주면서 박테리아 세포를 상기 고체 지지체 상에 부착시키고, 흘러나오는 시료 중의 세포의 수를 콜로니 계수 (counting)를 통하여 결정하고, 이로부터 상기 고체 지지체에 의한 박테리아 세포 포획 효율을 계산하였다. 상기 기둥 어레이에 있어서, 기둥 사이의 거리는 12 ㎛이고, 기둥 높이가 100 ㎛이고, 각 기둥의 단면은 한 변의 길이가 25 ㎛이 정사각형이다.
상기 기둥 어레이가 형성된 영역의 표면은 SiO2 층 상에 PEIM이 SAM 코팅된 표면을 가진다.
시료는 다음과 같이 준비하였다. 버퍼와 뇨를 희석 배율에 맞추면서 최종 부피가 1 ml가 되도록 혼합하였다. 여기에 10 ㎕의 1.0 OD 대장균을 넣었다.
상기 희석된 뇨 시료는 유속 200 ㎕/분으로 입구로부터 상기 챔버를 통하여 출구로 200 ㎕를 흘려 주었다. 실험은 각각 3회 반복하였다. 박테리아 세포 계수는, 상기 고체 지지체에 뇨 시료를 흘려주기 전과 흘려준 후 출구를 통하여 나오는 유출액 중의 세포를 세었다.
도 7은 기둥 어레이가 형성되어 있는 표면을 갖는 고체 지지체를 이용하여 뇨 중의 세포를 농축한 결과를 나타내는 것으로, 뇨의 희석 및 유속에 따른 결과를 나타내는 것이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 희석 배수가 증가함에 따라 세포 포획 효율이 증가하고, 유속이 증가함에 따라 세포 포획 효율이 감소하였다.
실시예 6과 7에 나타낸 바와 같이, 뇨 시료 중에는 미생물이 고체 지지체에 부착하는 것을 방해하는 물질, 예를 들면, 이온 물질 및 크레아틴 등이 존재하기 때문에, 뇨 중의 미생물을 고체 지지체를 이용하여 분리하고자 하는 경우에는, 이들을 제거할 필요가 있다. 또한, 뇨 중의 미생물은 높은 희석 비율, 보통 5배 이상으로 희석하여야, 고체 지지체에 부착하는 효율이 높았다.
실시예 3: 전압이 전기 투석에 의한 뇨 시료의 탈염에 미치는 영향
본 실시예에서는, 도 3에 나타낸 바와 같은 염 농도 조절 장치의 반응 챔버에 뇨 시료를 도입하고, 제1 전극 (306)을 양극 전압에 연결하고, 제2 전극 (307)을 음극 전압에 연결하여, 상기 뇨 시료에 대하여 전기투석을 실시하였다.
사용된 뇨 시료는 전도도가 19.55 mS/cm이고, pH 6.5이었으며, 각 이온 챔버 (302', 302'', 303', 303'')에 포함된 전도성 매질은 2.46 mS/cm NaCl 수용액이었다. 양이온 교환막은 강산 교환막 (strong acid exchange membrane: -SO3 -Na+ form; 한국정수공업(주), 한국, 안산)로 이루어져 있고, 음이온 교환막은 강염기 (strong base exchange membrane: -N+(CH3)Cl- form; 한국정수공업(주), 한국, 안산)로 이루어져 있다. 반응 챔버의 크기는 2x2x10 mm3이었다. 사용된 전극은 10x10 mm2의 Pt 이고, 전극과 전극 사이의 간격은 1cm이었다.
도 8은 뇨 시료 0.2 ml를 상기 반응 챔버에 도입하고, 3분 동안 전압을 인가한 후, 상기 반응 챔버 중의 뇨 시료의 전기 전도도를 측정한 결과이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 전압이 클수록 뇨 시료의 탈염 비율이 높았다.
실시예 4: 전기 투석에 의한 뇨 시료의 탈염이 고체 지지체 의한 미생물의 포획에 미치는 영향
본 실시예에서는 뇨 시료를 탈염시키고, 탈염된 뇨 시료를 고체 지지체에 접촉시켜, 고체 지지체에 미생물이 포획되는 효율을 측정하였다.
도 3에 나타낸 바와 같은 염 농도 조절 장치의 반응 챔버에 뇨 시료를 도입하고, 제1 전극 (306)을 양극 전압에 연결하고, 제2 전극 (307)을 음극 전압에 연결하여, 상기 뇨 시료에 대하여 전기투석을 실시하였다.
사용된 뇨 시료 (뇨 시료 2)는 전도도가 7.30 mS/cm이고, pH 6.5이었으며, 각 이온 챔버 (302', 302'', 303', 303'')에 포함된 전도성 매질은 2.46 mS/cm NaCl 수용액이었다. 양이온 교환막은 강산 교환막 (strong acid exchange membrane: -SO3 -Na+ form; 한국정수공업(주), 한국, 안산)로 이루어져 있고, 음이온 교환막은 강염기 (strong base exchange membrane: -N+(CH3)Cl- form; 한국정수공업(주), 한국, 안산)로 이루어져 있다. 반응 챔버의 크기는 2x2x10 mm3이었다. 사용된 전극은 10x10 mm2의 Pt 이고, 전극과 전극 사이의 간격은 1cm이었다. 뇨 시료 0.2ml를 상기 반응 챔버에 도입하고, 전압은 1.5 V/분을 30초 동안 인가하고, 2.5V/분을 1분 동안 인가하고, 3V/분을 2분 동안 인가하여, 총 3.5분 동안 인가하였다.
상기 전기투석된 시료에 대장균을 첨가하여, 0.01 OD (약, 107 세포/ml)가 되도록 하고, 희석하고, 비평면 형상의 고체 지지체에 접촉시켜 미생물을 상기 고체 지지체에 결합시키고, 그로부터 각 시료에 따른 세포 결합 효율을 측정하였다.
입구와 출구가 구비되어 있고, 크기 10 mm x 23 mm 인 실리콘 칩 상에 기둥 의 어레이가 형성되어 있는 표면을 갖는 챔버를 갖는 유동 장치에 상기 전기투석된 대장균 세포를 포함한 뇨 시료를 흘려주면서 세포를 상기 고체 지지체 상에 부착시키고, 흘러나오는 시료 중의 대장균 세포의 수를 광학 밀도 측정을 통하여 결정하고, 이로부터 상기 고체 지지체에 의한 대장균 세포 포획 효율을 계산하였다. 상기 기둥 어레이에 있어서, 기둥 사이의 거리는 12 ㎛이고, 기둥 높이가 100 ㎛이고, 각 기둥의 단면은 한 변의 길이가 25 ㎛이 정사각형이다.
상기 기둥 어레이가 형성된 영역의 표면은 SiO2 층 상에 OTC가 SAM 코팅된 표면을 가진다.
0.01 OD600의 대장균을 포함하는, 투여된 뇨 시료는 100 mM 소듐 아세테이트 버퍼 (pH 4.0)로 각각 2 배 (시료: 버퍼 =1;1)(D2라고도 한다) 및 5 배 (시료: 버퍼 =1;4)(D5라고도 한다)로 희석시켰다. 상기 D2 및 D5 시료의 pH는 각각 pH 4.0 내지 pH 4.5이었다.
상기 뇨 시료는 유속 200 ㎕/분으로 입구로부터 상기 챔버를 통하여 출구로 200 ㎕를 흘려 주었다. 실험은 각각 3회 반복하였다. 세포 계수는, 상기 고체 지지체에 뇨 시료를 흘려주기 전과 흘려준 후 출구를 통하여 나오는 유출액 중의 세포수를 결정하였다.
도 9는 뇨 시료를 전기투석하는 것이, 미생물이 고제 지지체에 부착하는 효율에 미치는 영향을 나타내는 도면이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 전기투석을 한 경우가, 전기투석을 하지 않은 경우에 비하여 세포 결합 효율이 현저하게 우수하였 다 (세포 결합 효율 > 95%). 또한, 전기투석을 한 경우에는, D5 및 D2 모두에서 95%이상이었으나, 전기투석을 하지 않은 경우에는, D2 시료의 세포 결합 효율은 D5시료의 세포 결합 효율에 비하여, 50%미만으로 현저하게 낮았다.
도 10은 3 가지 종류의 뇨 시료를 전기투석하고, 100 mM 소듐 아세테이트 버퍼 (pH 4.0)로 2 배 (D2라고도 한다) 희석한 시료의 세포 결합 효율을 나타내는 도면이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 전기투석을 하는 경우, 시료를 2배 희석하더라도 모두 95% 이상의 결합 효율을 보였다. 반면, 전기투석을 하지 않은 경우, 뇨 시료에 따른 편차가 컸으며, 세포 결합 효율도 70%미만이었다. 도 10에 사용된 뇨 시료 1, 2 및 3의 전도도는 각각 7.71 mS/cm, 7.30 mS/cm, 및 11.2 mS/cm이었으며, pH는 6.5 내지 6.7이었다. 뇨 시료를 전기투석하는 경우, 시료를 5배 희석한 경우에도 모두 95% 이상의 세포 결합 효율을 나타내었다 (데이터는 나타내지 않음).
실시예 5: 전기 투석이 미생물의 파쇄 및 생존력에 미치는 영향
도 3에 나타낸 바와 같은 염 농도 조절 장치의 반응 챔버에 뇨 시료를 도입하고, 제1 전극 (306)을 양극 전압에 연결하고, 제2 전극 (307)을 음극 전압에 연결하여, 상기 뇨 시료에 대하여 전기투석을 실시하였다.
사용된 뇨 시료는 전도도가 7.30 mS/cm이고, pH 6.5이었으며, 각 이온 챔버에 포함된 전도성 매질은 2.46 mS/cm NaCl 수용액이었다. 양이온 교환막은 강산 교환막 (strong acid exchange membrane: -SO3 -Na+ form; 한국정수공업(주), 한국, 안산)로 이루어져 있고, 음이온 교환막은 강염기 (strong base exchange membrane: -N+(CH3)Cl- form; 한국정수공업(주), 한국, 안산)로 이루어져 있다. 반응 챔버의 크기는 2x2x10 mm3이었다. 사용된 전극은 10x10 mm2의 Pt이고, 전극과 전극 사이의 간격은 1cm이었다. 뇨 시료 0.2ml을 상기 반응 챔버에 도입하고, 전압은 각각 설정된 값으로 총 3.5 분 동안 인가하였다.
상기 전기투석된 시료에 대장균을 첨가하여, 0.01 OD (약, 107 세포/ml)가 되도록 하였다. 다음으로, 전기 투석된 뇨 시료를 원심분리하고, 상등액을 주형으로 하고 서열번호 1 및 2의 올리고뉴클레오티드를 프라이머로 하여 정량 PCR (qPCR)을 수행하여, 전기투석이 세포 파쇄에 미치는 영향을 확인하였다. 또한, 전기투석된 뇨 시료를 배양하여, 콜로니 계수를 통하여 미생물의 생존력을 결정하였다.
도 11은 전기투석된 뇨 시료를 주형으로 하여 qPCR한 결과를 나타내는 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, Ct 값은 가하여진 전압에 따라 큰 편차를 보이지 않았다. 따라서, 미생물은 전기투석 과정에서 거의 파쇄되지 않는 것으로 여겨진다.
도 12는 전기투석된 뇨 시료를 배양하여 콜로니 계수한 결과를 나타내는 도면이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 전압이 높아짐에 따라, 미생물의 생존력은 감소한다.
실시예 6: 전기투석된 뇨 시료의 희석이 pH 및 염 농도에 미치는 영향
본 실시예에서는 실시예 5와 동일한 방법으로 뇨 시료에 대하여 전기 투석을 실시하고, 전기투석된 시료의 전도도를 전기투석에 의하여 225 μＳ／㎝로 맞춘 후, 200 mM 아세테이트 버퍼 (pH 4)로 희석하여 얻어지는 용액의 pH 및 염 농도를 측정하였다.
도 13은 전기 투석된 뇨 시료 함량에 따른, 전기 투석된 뇨 시료와 200 mM 아세테이트 버퍼의 혼합 용액의 pH 및 염 농도를 나타내는 도면이다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 투석된 뇨 시료 함량 55% 내지 99%의 범위에서, 상기 혼합 용액의 pH 및 염 농도는 고체 지지체를 이용한 미생물을 분리하기 위한 최적 pH 및 염 농도인, pH 3 내지 6 및 염 농도 10 mM 내지 500 mM의 범위에 포함되었다.
따라서, 뇨 시료를 전기투석하는 경우, 뇨 시료를 거의 희석하지 않고서도 미생물을 분리할 수 있다. 따라서, 분석에 사용되는 시료의 양을 줄일 수 있다.
본 발명의 미생물을 분리하는 방법에 의하면, 생물학적 시료 중에 존재하는 박테리아 세포, 곰팡이 세포 또는 바이러스를 포함한 미생물 세포를 효율적으로 분리할 수 있다.
본 발명의 미생물을 분리하기 위한 장치에 의하면, 박테리아 세포, 곰팡이 세포 또는 바이러스를 포함한 미생물 세포를 효율적으로 분리할 수 있다.
서열목록 전자파일 첨부

Claims (32)

  1. 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의해 한정되는 반응 챔버; 상기 음이온 교환막 및 제1 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제1 전극 챔버; 및 상기 양이온 교환막 및 제2 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제2 전극 챔버를 포함하는, 염 농도 조절 장치의 상기 반응 챔버에 미생물을 포함하는 시료를 도입하는 단계;
    상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하여, 상기 반응 챔버 중의 시료를 전기투석하여 상기 시료의 염 농도를 감소시키는 단계; 및
    상기 염 농도가 감소된 시료를 미생물 포획 수단과 접촉시키는 단계를 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하는 방법으로서, 상기 시료는 생물학적 시료이고,
    상기 염 농도가 감소된 시료를 미생물 포획 수단과 접촉시키는 단계는, 상기 염 농도가 감소된 시료를 비평면 형상의 고체 지지체와 pH 3.0 내지 6.0의 범위에서 접촉시키는 단계로서, 상기 비평면 형상의 고체 지지체는 표면에 복수 개의 기둥 (pillar)이 형성되어 있는 기둥 구조를 갖는 고체 지지체, 비드 형상을 갖는 고체 지지체, 표면에 복수 개의 공극이 형성되어 있는 체 (sieve) 구조를 갖는 고체 지지체, 물 접촉각이 70°내지 95°인 소수성을 갖는 고체 지지체, 및 그 표면에 아민계의 관능기를 하나 이상 갖는 고체 지지체로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 염 농도 조절 장치는 상기 반응 챔버가 2개 이상이고, 상기 2개 이상의 반응 챔버 사이에는 상기 반응 챔버들의 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의하여 한정되고 이온교환매질을 포함하는 이온 챔버가 포함되어 있는 것임을 특징으로 하는, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극 챔버는 상기 음이온 교환막과 상기 음이온 교환막에 대향하여 상기 제1 전극 챔버 중에 위치하는 양이온 교환막에 의하여 한정되는 제1 이온 챔버 및 상기 음이온 교환막에 대향하여 상기 제1 전극 챔버 중에 위치하는 양이온 교환막과 상기 제1 전극에 의하여 한정되는 제2 이온 챔버로 구성되고,
    상기 제2 전극 챔버는 상기 양이온 교환막과 상기 양이온 교환막에 대향하여 상기 제2 전극 챔버 중에 위치하는 음이온 교환막에 의하여 한정되는 제1 이온 챔버 및 상기 양이온 교환막에 대향하여 상기 제2 전극 챔버 중에 위치하는 음이온 교환막과 상기 제2 전극에 의하여 한정되는 제2 이온 챔버로 구성되는 것을 특징으로 하는, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전압은 제1 전극 및 제2 전극을 각각 양극 및 음극 전원에 연결시켜 인가하는 것을 특징으로 하는, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이온교환매질은 전해질 수용액인 것인, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 미생물은 박테리아, 곰팡이 또는 바이러스인 것인, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 생물학적 시료는 뇨인 것인, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 기둥은 어스팩비가 1:1 내지 20:1인 것인, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기둥 구조는 기둥 높이 대 기둥 사이의 거리의 비율이 1:1 내지 25:1인 것인, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기둥 구조는 기둥 사이의 거리가 5 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위를 갖는 것인, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서, 상기 소수성은 상기 고체 지지체의 표면을 옥타데실디메틸 (3-트리메톡시실릴 프로필)암모늄 (OTC) 또는 트리데카플루오로테트라히드로옥틸트리메톡시실란 (DFS)의 화합물로 코팅하여 부여되는 성질인 것을 특징으로 하는, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서, 상기 아민계의 관능기를 하나 이상 갖는 표면은 폴리에틸렌이민트리메톡시실란 (PEIM)으로 코팅되어 있는 것인, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 접촉단계 전에, 상기 전기투석된 시료를 포스페이트 버퍼 또는 아세테이트 버퍼로 희석하는 단계를 더 포함하는 것인, 시료로부터 미생물을 분리하는 방법.
  18. 제1항, 제3항 내지 제8항, 제10항 내지 제12항, 제14항, 제16항 및 제17항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 분리된 미생물로부터 핵산 분리, 핵산 증폭 반응 및 핵산 혼성화 반응으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 과정을 상기 반응챔버와 동일한 공간 또는 다른 공간에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 미생물을 처리하는 방법.
  19. 시료 주입구 및 유출구가 구비된 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의해 한정되는 반응 챔버;
    상기 음이온 교환막 및 제1 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제1 전극 챔버;
    상기 양이온 교환막 및 제2 전극에 의해 한정되고 이온교환매질을 포함하는 제2 전극 챔버; 및
    상기 반응 챔버의 상기 유출구를 통하여 상기 반응 챔버와 연결되어 있는 미생물 포획수단이 포함되어 있는 용기를 포함하고, 상기 반응 챔버의 상기 유출구를 통하여 상기 반응 챔버와 연결되어 있는 미생물 포획수단이 포함되어 있는 용기는, 상기 반응 챔버의 상기 유출구를 통하여 상기 반응 챔버와 연결되어 있는 비평면 형상의 고체 지지체가 포함되어 있는 용기이고,
    상기 비평면 형상의 고체 지지체는 표면에 복수 개의 기둥 (pillar)이 형성되어 있는 기둥 구조를 갖는 고체 지지체, 비드 형상을 갖는 고체 지지체, 표면에 복수 개의 공극이 형성되어 있는 체 (sieve) 구조를 갖는 고체 지지체, 물 접촉각이 70°내지 95°인 소수성을 갖는 고체 지지체, 및 그 표면에 아민계의 관능기를 하나 이상 갖는 고체 지지체로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 미생물을 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하기 위한 장치.
  20. 삭제
  21. 제19항에 있어서, 상기 반응 챔버가 2개 이상이고, 상기 2개 이상의 반응 챔버 사이에는 상기 반응 챔버들의 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의하여 한정되고 이온교환매질을 포함하는 이온 챔버가 포함되어 있는 것임을 특징으로 하는, 미생물을 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하기 위한 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 제1 전극 챔버는 상기 음이온 교환막과 상기 음이온 교환막에 대향하여 상기 제1 전극 챔버 중에 위치하는 양이온 교환막에 의하여 한정되는 제1 이온 챔버 및 상기 음이온 교환막에 대향하여 상기 제1 전극 챔버 중에 위치하는 양이온 교환막과 상기 제1 전극에 의하여 한정되는 제2 이온 챔버로 구성되고,
    상기 제2 전극 챔버는 상기 양이온 교환막과 상기 양이온 교환막에 대향하여 상기 제2 전극 챔버 중에 위치하는 음이온 교환막에 의하여 한정되는 제1 이온 챔버 및 상기 양이온 교환막에 대향하여 상기 제2 전극 챔버 중에 위치하는 음이온 교환막과 상기 제2 전극에 의하여 한정되는 제2 이온 챔버로 구성되는 것을 특징으로 하는, 미생물을 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하기 위한 장치.
  23. 제19항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 양극 및 음극 전원에 연결시켜 되어 있는 것을 특징으로 하는, 미생물을 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하기 위한 장치.
  24. 제19항에 있어서, 상기 용기는 버퍼 용액 저장부를 더 포함하는 것인 미생물을 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하기 위한 장치.
  25. 삭제
  26. 제19항에 있어서, 상기 기둥은 어스팩비가 1:1 내지 20:1인 것인 미생물을 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하기 위한 장치.
  27. 제19항에 있어서, 상기 기둥 구조는 기둥 높이 대 기둥 사이의 거리의 비율이 1:1 내지 25:1인 것인 미생물을 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하기 위한 장치.
  28. 제19항에 있어서, 상기 기둥 구조는 기둥 사이의 거리가 5 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위를 갖는 것인 미생물을 포함하는 시료로부터 미생물을 분리하기 위한 장치.
  29. 삭제
  30. 제19항에 있어서, 상기 소수성은 상기 고체 지지체의 표면을 옥타데실디메틸 (3-트리메톡시실릴 프로필)암모늄 (OTC) 또는 트리데카플루오로테트라히드로옥틸트리메톡시실란 (DFS)의 화합물로 코팅하여 부여되는 성질인 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 삭제
  32. 제19항에 있어서, 상기 아민계의 관능기를 하나 이상 갖는 표면은 폴리에틸렌이민트리메톡시실란 (PEIM)으로 코팅되어 있는 것인 장치.
KR1020060092920A 2006-08-21 2006-09-25 전기투석 및 미생물 포획수단을 이용하여 시료로부터미생물을 분리하는 방법 및 그를 위한 미생물분리 장치 KR100785023B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060092920A KR100785023B1 (ko) 2006-09-25 2006-09-25 전기투석 및 미생물 포획수단을 이용하여 시료로부터미생물을 분리하는 방법 및 그를 위한 미생물분리 장치
US11/841,191 US20080044880A1 (en) 2006-08-21 2007-08-20 Method of and apparatus for separating microorganisms from sample using electrodialysis and microorganism capturing means
EP07114681.5A EP1900808B1 (en) 2006-08-21 2007-08-21 Method of and apparatus for separating microorganisms from sample using electrodialysis and microorganism capturing means
JP2007214950A JP5128875B2 (ja) 2006-08-21 2007-08-21 電気透析及び微生物捕獲手段を利用して試料から微生物を分離する方法及びそのための微生物分離装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060092920A KR100785023B1 (ko) 2006-09-25 2006-09-25 전기투석 및 미생물 포획수단을 이용하여 시료로부터미생물을 분리하는 방법 및 그를 위한 미생물분리 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100785023B1 true KR100785023B1 (ko) 2007-12-11

Family

ID=39140813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060092920A KR100785023B1 (ko) 2006-08-21 2006-09-25 전기투석 및 미생물 포획수단을 이용하여 시료로부터미생물을 분리하는 방법 및 그를 위한 미생물분리 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100785023B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101363544B1 (ko) 2012-08-23 2014-02-17 서강대학교산학협력단 공간적으로 제어된 미립자의 자가 응집을 이용하여 미세채널 내의 다중 화학 구배의 발생을 위한 다공성 멤브레인 형성방법 및 미세채널 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4702810A (en) 1984-06-27 1987-10-27 Gerhard Kunz Process and device for adding ions to liquids, particularly aqueous solutions
US4855056A (en) 1987-11-06 1989-08-08 Valio Meijerien Keskusosuusliike Process for the demineralization of whey or a liquid based on whey and for producing an acid mixture and a base mixture useful in food industries
KR20060122196A (ko) * 2005-05-25 2006-11-30 삼성전자주식회사 전기투석을 이용한 염 농도 조절 장치, 그를 포함하는랩온어칩 및 그를 이용한 염 농도 조절 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4702810A (en) 1984-06-27 1987-10-27 Gerhard Kunz Process and device for adding ions to liquids, particularly aqueous solutions
US4855056A (en) 1987-11-06 1989-08-08 Valio Meijerien Keskusosuusliike Process for the demineralization of whey or a liquid based on whey and for producing an acid mixture and a base mixture useful in food industries
KR20060122196A (ko) * 2005-05-25 2006-11-30 삼성전자주식회사 전기투석을 이용한 염 농도 조절 장치, 그를 포함하는랩온어칩 및 그를 이용한 염 농도 조절 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101363544B1 (ko) 2012-08-23 2014-02-17 서강대학교산학협력단 공간적으로 제어된 미립자의 자가 응집을 이용하여 미세채널 내의 다중 화학 구배의 발생을 위한 다공성 멤브레인 형성방법 및 미세채널 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1900807B1 (en) Method of separating microorganism using nonplanar solid substrate and device for separating microorganism
US8236501B2 (en) Apparatus, system and method for purifying nucleic acids
KR100785010B1 (ko) 수소 결합을 이용하여 고체 지지체의 친수성 표면 상에서핵산 정제 방법 및 장치
JP2007275062A (ja) 細胞またはウイルスの濃縮及び溶解用の微細流動装置及び方法、並びに該微細流動装置の製造方法
TW201518498A (zh) 用於分離或富集化細胞的方法及組合物
JP2001515216A (ja) 流体試料を操作するための微小構造体
KR100707191B1 (ko) 전기투석을 이용한 염 농도 조절 장치, 그를 포함하는랩온어칩 및 그를 이용한 염 농도 조절 방법
JP5128875B2 (ja) 電気透析及び微生物捕獲手段を利用して試料から微生物を分離する方法及びそのための微生物分離装置
KR100785023B1 (ko) 전기투석 및 미생물 포획수단을 이용하여 시료로부터미생물을 분리하는 방법 및 그를 위한 미생물분리 장치
US8557564B2 (en) Method of separating microorganism using nonplanar solid substrate and device for separating microorganism using the same
EP2060629B1 (en) Method of separating small RNA molecules using kosmotropic salt
KR100917465B1 (ko) 비평면 형상의 고체 지지체를 이용하여 미생물을 분리하는방법 및 미생물분리 장치
KR100813268B1 (ko) 이온교환반응 및 미생물 포획 수단을 이용하여 시료로부터미생물을 분리하는 방법, 미생물 시료의 전처리용 용기 및미생물분리 장치
KR20220073837A (ko) 순차적 pH 조절을 갖는 단일 채널 자유 유동 전기영동 방법
KR100837401B1 (ko) 비평면 형상의 고체 지지체를 이용하여 미생물로부터핵산을 분리하는 방법,상기 분리된 핵산을 주형으로 하여핵산을 증폭하는 방법 및 상기 고체 지지체를 포함하는핵산 분리 및 증폭 장치
US11905557B2 (en) Purification chemistries and formats for Sanger DNA sequencing reactions on a micro-fluidics device
KR101206039B1 (ko) 비평면 형상의 고체 지지체를 이용하여 미생물로부터핵산을 분리하는 방법,상기 분리된 핵산을 주형으로 하여핵산을 증폭하는 방법 및 상기 고체 지지체를 포함하는핵산 분리 및 증폭 장치
KR20050061767A (ko) 알루미나를 이용한 핵산의 정제 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121115

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131122

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141119

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151118

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161121

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee