KR101984593B1

KR101984593B1 - 나노입자 크기별 분리 장치

Info

Publication number: KR101984593B1
Application number: KR1020170113724A
Authority: KR
Inventors: 김순태
Original assignee: (주)맥솔루션
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-05-31
Also published as: KR20190027112A

Abstract

본 발명은 나노입자 크기별 분리 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치는 일 방향으로 길게 형성되며, 단부에 체결부를 가지며, 내측에 공간이 형성된 복수의 스테이지; 및 상기 공간에 수용되는 고정상;을 포함하고, 상기 스테이지는 순차적으로 상기 체결부를 통해 서로 체결되는 제1 내지 제n 스테이지(단, n은 2 이상의 자연수)를 포함하는 것에 특징이 있다.

Description

나노입자 크기별 분리 장치{NANOPARTICLE SIZE SEPARATION DEVICE}

본 발명은 나노입자 크기별 분리 장치에 관한 것이다.

수 내지 수십 나노미터의 물질을 다루는 나노 테크놀로지(nano technology)는 DNA, 항체·항원, 의약 등을 다루는 바이오 테크놀로지(bio technology)의 기술 발전을 한 축을 이루고 있다.

즉, 나노 테크놀로지의 발전에 따라 이론적으로 성립된 가설들을 확인하고, 이를 토대로 새로운 이론들을 정립하게 된다.

이와 같은 나노 테크놀로지 중 하나인 나노입자의 생성에 대한 연구도 중요하나, 생성된 나노입자를 바이오 테크놀로지 등의 특정 기술분야에 적용하기 위해서는 생성된 나노입자를 입경별로 분리하는 것도 매우 중요하다.

종래에는 나노입자를 3종류 이상의 입경별로 분리하기 위해서 분리 장치를 최소한 두번 이상 이용해야만 했다. 즉, 원하는 크기의 나노입자를 얻기 위해 필요한 노력 및 시간 소모가 컸다.

따라서, 최소한의 분리 장치 이용으로 다양한 입경을 가지는 나노입자를 크기별로 분리할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 시료에 포함된 나노입자를 적어도 3 종류 이상의 입경으로 한번에 분리할 수 있는 나노입자 크기별 분리 장치를 제공하는 것에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치는, 일 방향으로 길게 형성되며, 단부에 체결부를 가지며, 내측에 공간이 형성된 복수의 스테이지; 및 상기 공간에 수용되는 고정상;을 포함하고, 상기 스테이지는 순차적으로 상기 체결부를 통해 서로 체결되는 제1 내지 제n 스테이지(단, n은 2 이상의 자연수)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 고정상은 실린더에 충전되어, 상기 스테이지의 내측에 수용될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 실린더의 적어도 하나의 단부에는 멤브레인 필터가 배치될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 고정상은 상기 스테이지에 직접 충전될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제n 스테이지에 수용되는 각각의 상기 고정상은 통과할 수 있는 나노입자의 입경이 상기 제1 내지 제n 스테이지 순서로 감소할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 체결부는 상기 스테이지의 일 단부에 배치되어 수나사선을 가지는 제1 체결부와 상기 스테이지의 타단부에 배치되어 암나사선을 가지는 제2 체결부를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 스테이지에 시료를 주입 또는 회수할 수 있는 시료 주입·추출 주사기를 더 포함하고, 상기 주사기의 토출구는 상기 제1 체결부 또는 상기 제2 체결부와 체결될 수 있도록 암나사선 또는 수나사선이 형성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제n 스테이지 중 적어도 일부는 길이가 서로 다를 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 스테이지 중 최외곽에 배치된 스테이지의 외측의 상기 체결부에는 상기 고정상에 전위차를 발생시켜 전기 영동법에 이용되는 제1 및 제2 전극부가 체결될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 스테이지 중 적어도 일부의 외측에는 상기 스테이지 중 적어도 일부를 감싸도록 배치되는 적어도 하나 이상의 솔레노이드 코일을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치는 각각의 스테이지가 고정상을 수용하고, 고정상을 수용한 복수의 스테이지를 서로 체결부를 통해 체결함으로써 하나의 시료에 포함된 나노입자를 적어도 3 종류 이상의 입경으로 각각 분리할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치는 나노입자 크기별 분리 장치의 양 끝에 전극을 배치하거나, 스테이지의 외측에 솔레노이드 코일을 감아줌으로써 다양한 방법의 나노입자의 분리에 이용될 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치의 분해 사시도 및 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치 중 하나의 스테이지에 고정상이 충전되는 실린더가 결합되는 것을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치 중 하나의 스테이지에 고정상이 충전되는 실린더가 결합되는 것으로서, 실린더의 단부에 멤브레인 필터가 배치되는 것을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치에 시료를 주입하거나, 분리된 물질을 추출할 때 이용되는 주사기의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치를 전기영동법에 이용하는 것을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 각각 도 5의 A 및 B 부분의 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리·분석 에 솔레노이드 코일을 이용하여 자성입자의 분리에 이용되는 것을 개략적으로 도시한 것이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 하나의 시료에 포함된 나노입자를 적어도 3 종류 이상의 입경으로 분리할 수 있는 나노입자 크기별 분리 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치는 원심분리법, 전기영동법이나, 솔레노이드 코일을 이용하여 나노입자의 분리를 수행할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치의 분해 사시도 및 단면도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치 중 하나의 스테이지에 고정상이 충전되는 실린더가 결합되는 것을 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 도 1a, 도 1b 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치의 구조에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치(100)는 n개의 스테이지(단, n은 이상의 자연수)를 포함한다.

설명의 명확성을 위해, 본 명세서에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치(100)가 제1 내지 제3 스테이지(101, 102, 103)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 이는 예시적인 것이다. 예를 들어, 도 5와 같이 제4 스테이지(104)를 더 포함할 수 도 있으며, 연결되는 스테이지의 개수의 제한이 없다. 또한, 각각의 스테이지는 길이가 서로 다를 수 있다. 시료에 포함되는 특정 입경의 나노입자의 양에 따라, 특정 입경을 거르는 스테이지의 길이가 달라질 수 있다.

각각의 스테이지(101, 102, 103)은 외부를 구성하는 하우징(10)과 내측에 고정상을 수용할 수 있는 공간(20)을 가지고 있다.

하우징(10)은 화학적으로 안정화된 재료를 이용할 수 있다. 예를 들어, 하우징(10)은 유리, 석영이나, 폴리메틸 메타아크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 감압접착제(PSA) 등의 폴리머를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 하우징(10)은 일 방향으로 길게 연장된 원통의 관형상일 수 있다.

각각의 스테이지(101, 102, 103)의 단부에는 체결부(30)가 형성된다. 체결부(30)는 각각의 스테이지(101, 102, 103)의 일 단부에 배치되며 암나사선을 가지는 제1 체결부(31)와 타 단부에 배치되며 수나사선을 가지는 제2 체결부(32)를 포함한다.

제1 및 제2 체결부(31, 32)의 중앙부에도 하우징(10)과 마찬가지로 공간(20)이 배치되어 있다. 따라서, 각각의 스테이지(101, 102, 103)의 내측에 위치하는 공간(20)은 각각의 스테이지(101, 102, 103)을 완전히 관통한다.

제1 내지 제3 스테이지(101, 102, 103) 중 양 끝부분에 위치한 스테이지인 제1 스테이지(101)와 제3 스테이지(103)의 외측의 단부에는 각각 제1 덮개(51) 및 제2 덮개(52)가 배치될 수 있다. 제1 덮개(51)는 수나사선을 가지고 있으며, 제1 체결부(31)와 결합하여 제1 스테이지(101)의 외측의 단부를 막는 역할을 수행한다. 제2 덮개(52)는 암나사선을 가지고 있으며, 제2 체결부(32)와 결합하여 제3 스테이지(103)의 외측의 단부를 막는 역할을 수행한다.

제1 스테이지(101)의 제2 체결부(32)는 제2 스테이지(102)의 제1 체결부(31)와 서로 맞물려 연결되고, 제2 스테이지(102)의 제2 체결부(32)는 제3 스테이지(103)의 제1 체결부(31)와 서로 맞물려 연결된다. 이에 따라, 제1 내지 제3 스테이지(101, 102, 103)이 서로 일렬로 연결되며, 각각의 스테이지(101, 102, 103)의 공간(20)도 일렬로 연결된다.

각각의 스테이지(101, 102, 103)는 서로 체결하기 전에 내부에 고정상(S)이 충전된다. 고정상(S)은 각각의 스테이지(101, 102, 103)의 내측의 공간(20)에 직접 충전되거나, 도 2와 같이 실린더(40)에 충전된 상태로 각각의 스테이지(101, 102, 103)의 내측의 공간(20)에 수용될 수 있다.

도 3과 같이, 실린더(40)의 적어도 일 단부에는 멤브레인 필터(41)가 배치될 수 있다. 멤브레인 필터(41)는 나노입자 외에 다른 불순물을 분리하는 역할을 수행할 수 있다. 멤브레인 필터(41)는 분리하고자 하는 물질의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 분리하고자 하는 물질을 선택적으로 여과하는 역할을 수행할 수 있다.

고정상(S)은 분리하고자 하는 나노입자의 입경에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 고정상(S)은 가교결합된 디페닐, 디메칠폴리실록산, 가교결합된 시아노프로필페닐, 가교결합된 폴리에칠렌글리콜, 비스시아노프로필, 페닐시아노프로필폴리실록산, 한천 겔, 폴리아크릴아마이드 겔, 도데실황산나트륨 폴리아크릴아마이드 겔, 실리카 및 가교결합된 아크릴레이트/C10-30 알킬아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치(100)를 이용하여, 하나의 시료에 포함된 나노입자를 적어도 3 종류 이상의 입경으로 분리할 수 있는 방법은 다음과 같다.

먼저, 단부에 체결부(30)를 가지는 제1 내지 제n 스테이지(단, n은 2 이상의 자연수)를 마련하는 단계를 수행한다. 예를 들어, m 종류(m은 자연수)의 입경으로 나노입자를 분리하기 위해서는 n은 m 이상을 만족하여야 한다. 각 고정상(S)은 실린더(40)에 충전되서, 각각의 스테이지에 삽입될 수도 있다.

다음으로 각각의 스테이지에 고정상을 충전하는 단계를 수행한다. 예를 들어, n이 3이라면, 제1 스테이지(101)에는 제1 고정상(S)을, 제2 스테이지(102)에는 제2 고정상(S)을, 제3 스테이지(103)에는 제3 고정상(S)이 충전된다.

제1 내지 제3 고정상(S)은 서로 다른 고정상일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제3 고정상(S)은 통과할 수 있는 나노입자의 입경이 점차 감소할 수 있다. 즉, 먼저 가장 큰 입경을 가지는 나노입자를 제1 스테이지에서 분리하고, 점차 작은 입경을 가지는 나노입자를 제2 내지 제n 스테이지에서 분리한다. 추가적으로 제n 스테이지를 통과한 나노입자가 가장 작은 입경을 가지게 된다.

그 다음, 고정상(S)을 수용한 스테이지는 서로 체결하는 단계를 수행한다. 이때, 제1 스테이지(101)에 제1 고정상(S)을 충전하고, 제2 스테이지(102)를 제1 스테이지(101) 체결한 뒤에 제2 스테이지(102)에 제2 고정상(S)을 충전할 수도 있다. 제n 스테이지까지 이와 같은 단계를 반복해준다.

그 다음, 도 4에 도시된 시료 주입·추출 주사기(200)를 이용하여 제1 스테이지 또는 제n 스테이지에 시료를 주입하는 단계를 수행한다.

도 4를 참조하면, 시료 주입·추출 주사기(200)는 주입할 시료나 추출할 물질을 수용할 수 있는 수용부(210), 수용부(210)에 압력을 가하거나 낮추는 가압부(220) 및 수용부(210)의 전방에 배치되어 체결부(30)와 암나사선 또는 수나선으로 체결되는 주사기 토출구(230)를 포함한다. 즉, 토출구(230)는 스테이지의 제1 체결부(31) 또는 제2 체결부(32)와 체결될 수 있도록 암나사선 또는 수나사선이 형성될 수 있다.

시료 주입·추출 주사기(200)는 사용하지 않을 경우 주사기 덮개(250)로 닫아놓은 상태로 보관할 수 있다.

그 다음, 원심분리장치, 전기영동 장치, 솔레노이드 코일 등을 이용하여 시료에 포함된 다양한 입경을 가지는 나노입자를 분리하는 단계를 수행한다.

분리·분석하는 단계를 수행한 후에, 스테이지를 분리하면서 시료 주입·추출 주사기(200)를 분리된 스테이지에 체결하여 목적하는 입경의 나노입자를 포함하는 시료를 추출하는 단계를 수행할 수 있다.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치는 하나의 나노입자 크기별 분리 장치에서 각 스테이지 별로 특정 입경의 나노입자를 분리할 수 있다. 따라서, 종래의 나노입자의 입경별 분리 방법에 비해 매우 간단하고 쉽게 적어도 3 종류 이상의 입경으로 나노입자를 분리할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치를 전기영동법에 이용되는 것을 개략적으로 도시한 것이며, 도 6 및 도 7은 도 5의 A 및 B 부분의 확대도이다.

도 5 내지 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치를 전기영동법에 이용되는 것에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치를 전기영동법에 이용하기 위해서는 제1 및 제2 덮개(51, 52)를 제거하고 대신 그 위치에 제1 및 제2 전극부(61, 62)를 체결하여야 한다.

제1 및 제2 전극부(61, 62)도 제1 및 제2 덮개(51, 52)와 마찬가지로 일측이 막힌 형상을 가진다. 다만, 막힌 부분에는 각각 제1 및 제2 전극(81, 82)이 배치된다. 또한, 제1 및 제2 전극부(61, 62)는 각각 제1 및 제2 전극(81, 82)과 접하도록 제1 및 제2 버퍼(71, 72)를 수용한다.

제1 및 제2 전극부(61, 62)를 각각 제1 스테이지(101)와 제3 스테이지(103)에 체결하고 전원을 연결하여, 전압을 인가하면 전위차에 의해 시료 내의 나노입자를 입경별로 분리할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치(100)에 솔레노이드 코일을 이용하여 자성입자의 분리에 이용되는 것을 개략적으로 도시한 것이다.

도 8을 참조하면, 자성입자의 분리에 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 크기별 분리 장치(100)를 이용하기 위해서는, 제1 내지 제3 스테이지(101, 102, 103)의 외측에 복수개의 솔레노이드 코일(76, 77)을 배치할 수 있다.

예를 들어, 복수개의 솔레노이드 코일(76, 77)은 제1 솔레노이드 코일(76) 및 제2 솔레노이드 코일(77)일 수 있다.

제1 및 제2 솔레노이드 코일(76, 77)에 분리하고자 하는 자성입자에 맞는 전압을 인가하고, 원하는 입경의 나노자성입자를 분리하는 과정을 수행한다. 그 후, 제1내지 제3 스테이지(101, 102, 103)를 분리하고, 시료 주입·추출 주사기(200)를 통해 분리된 특정 입경의 나노자성입자를 포함하는 시료를 회수한다. 마지막으로 적절한 화학적 처리를 통해 특정 입경의 나노자성입자를 분리할 수 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

100: 나노입자 크기별 분리 장치
101, 102, 103, 104: 스테이지
10: 하우징
20: 공간
30: 체결부
40: 실린더
41: 멤브레인 필터

Claims

일 방향으로 길게 형성되며, 단부에 체결부를 가지며, 내측에 공간이 형성된 복수의 스테이지; 및
상기 공간에 수용되는 고정상;을 포함하고,
상기 스테이지는 순차적으로 상기 체결부를 통해 서로 체결되는 제1 내지 제n 스테이지(단, n은 2 이상의 자연수)를 포함하고,
상기 체결부는 상기 스테이지의 일 단부에 배치되어 수나사선을 가지는 제1 체결부와 상기 스테이지의 타단부에 배치되어 암나사선을 가지는 제2 체결부를 포함하는 나노입자 크기별 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 고정상은 실린더에 충전되어, 상기 스테이지의 내측에 수용되는 나노입자 크기별 분리 장치.
제2항에 있어서,
상기 실린더의 적어도 하나의 단부에는 멤브레인 필터가 배치되는 나노입자 크기별 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 고정상은 상기 스테이지에 직접 충전되는 나노입자 크기별 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 고정상은 상기 제1 내지 제n 스테이지에 수용되는 각각의 상기 고정상은 통과할 수 있는 나노입자의 입경이 상기 제1 내지 제n 스테이지 순서로 감소하는 나노입자 크기별 분리 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 스테이지에 시료를 주입 또는 회수할 수 있는 시료 주입·추출 주사기를 더 포함하고,
상기 주사기의 토출구는 상기 제1 체결부 또는 상기 제2 체결부와 체결될 수 있도록 암나사선 또는 수나사선이 형성된 나노입자 크기별 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제n 스테이지 중 적어도 일부는 길이가 서로 다른 나노입자 크기별 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 스테이지 중 최외곽에 배치된 스테이지의 외측의 상기 체결부에는 상기 고정상에 전위차를 발생시켜 전기 영동법에 이용되는 제1 및 제2 전극부가 체결되는 나노입자 크기별 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 스테이지 중 적어도 일부의 외측에는 상기 스테이지 중 적어도 일부를 감싸도록 배치되는 적어도 하나 이상의 솔레노이드 코일을 포함하는 나노입자 크기별 분리 장치.