KR102081509B1 - 양방향 막 투과 이동 제어를 이용한 다공성막 기반 입자 분리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는, 다공성막; 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 일측에 형성된 제1 공간부; 상기 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 타측에 형성된 제2 공간부; 및 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 또는 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하는 제1 압력 인가부;를 포함한다.
Description
본 발명은 다공성막을 이용한 입자 분리 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 다공성막의 양방향 유량 제어를 통한 생체분자, 입자, 또는 세포 분리 장치에 관한 것이다.
단방향으로만 힘이 가해지는 기존의 다공성막 기반 입자 분리 시스템은 다공성막의 구멍 막힘에 기인하여 입자 분리 효율이 저하되는 문제점을 가진다.
종래의 대부분의 다공성막 분리 방법은 한 방향으로만 압력이나 외부 힘이 가해지는 형태의 방법이다. 다공성막을 이용하는 시스템 대부분은 분리 및 농축하고자하는 원 시료의 형태가 각각 다양한 크기와 농도로 혼재한다. 특히 생체 시료인 경우, 분리하고자 하는 시료 이외에도 이와 밀도나 질량이 유사한 미세 단백질 분자, 세포 파편 등 불순물들이 많이 포함된다. 이러한 불순물들을 고농도로 포함하는 원 시료는 다공성막을 이용한 여과 공정에서 다공성막의 각 기공을 막는다. 따라서, 기공의 크기보다 작은 크기의 시료들이 상기 다공성막을 통과하지 못한다. 이에 따라, 단위 기공(pore)당 처리 효율이 크게 저하되고, 비효율적인 분리 및 농축이 수행된다.
또한 기공(pore)에 걸려 통과하지 못한 고농도의 불순물들이 쌓여 꽉 막힌 기공들은 압력을 증가시키다. 이에 따라, 압력 증가는 다공성막의 소실이나 변형을 초래한다.
본 발명은 이러한 기존의 단방향으로의 다공성막 기반 분리 및 농축 시스템에서의 발생하는 기공 막힘 현상을 해소하는 방법을 제시한다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 생체 액상 시료의 양 방향 유량 제어를 통하여 입자를 분리하는 입자 분리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 생체 액상 시료의 유량 제어 및 다공성막 이동을 통하여 입자를 분리 및 농축하는 입자 분리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는, 다공성막; 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 일측에 형성된 제1 공간부; 상기 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 타측에 형성된 제2 공간부;및 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 또는 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하는 제1 압력 인가부;를 포함한다. 상기 액상 시료는 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급되고, 상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자를 포함하고, 상기 다공성막은 상기 제1 입자가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 저지하고, 상기 다공성막은 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 허용한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액상 시료가 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제2 힘을 인가하는 제2 압력 인가부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 압력 인가부는 제1 플런저와 제1 엑츄에이터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 압력 인가부는 제2 플런저와 제2 엑츄에이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 압력 인가부는 풍선 및 상기 풍선을 특정 영역으로 구속시키는 풍선 이탈 방지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 풍선 이탈 방지부는 메쉬일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 풍선 이탈 방지부는 상기 풍선과 상기 제2 공간부의 접합 또는 선에 의한 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 압력 인가부는 제2 플런저와 스프링을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성막을 이동시키는 다공성막 이동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 공간부와 상기 제2 공간부는 파이프를 구성할 수 있다. 상기 다공성막 이동부는, 상기 다공성막을 지지하는 링 형태의 다공성막 지지부; 상기 다공성막 지지부에 결합하는 제1 영구자석; 및 상기 파이프의 외주면을 감싸도록 배치되어 상기 제1 영구자석과 자기력을 통하여 결합하는 제2 영구 자석을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성막 지지부의 외주면에는 제1 나사선이 형성되고, 상기 제1 나사선이 마주보는 상기 파이프의 내측면에는 상기 제1 나사선과 결합하는 제2 나사선이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 영구자석을 지지하는 제2 영구자석 지지부를 더 포함하고, 상기 제2 영구자석 지지부는 상기 파이프의 외주면을 바라보는 면에 형성된 제3 나사선을 포함하고, 제4 나사선은 상기 제3 나사선이 마주보는 상기 파이프의 외주면에 형성되고, 상기 제2 영구자석이 회전함에 따라 상기 다공성막의 위치가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성막 지지부의 외주면에서 국부적으로 돌출된 제1 돌출부; 상기 제2 영구자석을 지지하는 제2 영구자석 지지부; 및 상기 제2 영구 자석 지지부의 내주면에서 국부적으로 돌출된 제2 돌출부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 돌출부는 상기 파이프의 내주면을 따라 형성된 제1 홈에 삽입되고, 상기 제2 돌출부는 상기 파이프의 외주면을 따라 형성된 제2 홈에 삽입되고, 상기 제1 홈과 상기 제2 홈 각각은 원통의 중심축 방향으로 연장되는 수직 부위, 방위각 방향으로 연장되는 방위각 부위, 및 수직 성분과 방위각 성분을 모두 포함하는 사선 부위 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2 영구자석이 회전함에 따라 상기 다공성막의 위치가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 공간부와 상기 제2공간부는 각각 파이프 형태로 구성되고, 상기 파이프는 서로 연결되는 좌측 파이프 및 우측 파이프를 구성하며, 상기 좌측 파이프는 그 일단의 외주면에 돌출된 제1 링 부위를 포함하고, 상기 우측 파이프는 그 일단의 내주면에 돌출된 제2 링 부위를 포함하고, 상기 제2 링 부위는 상기 제1 링 부위와 체결될 수 있도록 상보적인 형태로 구성하며, 상기 좌측 파이프의 제1 링 부위는 링 형태의 다공성막 삽입부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 링 부위와 상기 제2 링 부위는 나사선 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 힘이 인가하는 제1 시간과 상기 제2 힘이 인가되는 제2 시간이 교번하여 반복될 수 있다. 상기 제1 힘, 상기 제2 힘, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 투과하는 개수는 상기 제2 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막의 타측에서 일측으로 투과하는 개수보다 크도록 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 힘과 상기 제1 시간의 곱은 상기 제2 힘과 상기 제2 시간의 곱보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 입자는 엑소좀이고, 상기 제2 입자는 액상 단백질, cell-free DNA(cfDNA) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 입자는 줄기 세포이고, 상기 제2 입자는 적혈구, 백혈구, 혈소판 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 입자는 CTC (circulating tumor cell)이고, 상기 제2 입자는 적혈구, 백혈구, 혈소판 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 압력 인가부는 격벽에 의하여 형성된 에어 포켓일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 양의 제1 힘(F1)이 인가하는 제1 시간(T1)과 양의 힘과 크기는 같으나 방향이 반대인 음의 제1 힘(F1)이 인가되는 제2 시간(T2)이 교번하여 반복될 수 있다. 양의 제1 힘, 음의 제1 힘, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막(130)의 일측에서 타측으로 투과하는 개수는 상기 제2 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막의 타측에서 일측으로 투과하는 개수보다 크도록 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성막은 복수 개이고, 서로 이격되어 배치되고, 상기 다공성막의 기공의 크기는 배열 순서에 따라 순차적으로 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는, 다공성막; 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 일측에 형성된 제1 공간부; 상기 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 타측에 형성된 제2 공간부; 및 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부 또는 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하는 제1 압력 인가부;를 포함한다. 상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 포함하고, 상기 다공성막은 상기 제1 입자가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 저지하고, 상기 다공성막은 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 허용한다. 입자 분리 장치의 입자 분리 방법은, 상기 액상 시료를 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급하는 단계; 상기 제1 공간부의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계; 및 상기 제1 공간부의 부피를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가한다. 제2 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제2 힘을 인가한다. 상기 제1 공간부의 부피와 상기 제2 공간부의 부피의 총 부피는 일정하고, 상기 제1 힘이 인가하는 제1 시간과 상기 제2 힘이 인가되는 제2 시간이 교번하여 반복되고, 상기 제1 힘, 상기 제2 힘, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 투과하는 개수는 상기 제2 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막의 타측에서 일측으로 투과하는 개수보다 크도록 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 힘과 상기 제1 시간의 곱은 상기 제2 힘과 상기 제2 시간의 곱보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하고, 제2 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제2 힘을 인가할 수 있다. 상기 제1 압력 인가부는 제1 플런저와 상기 제1 플런저를 구동하는 제1 엑츄에이터를 포함하고, 상기 제1 힘은 제1 플런저와 제1 엑츄에이터에 의하여 인가될 수 있다. 상기 제2 압력 인가부는 제2 플런저와 탄성 스프링을 포함하고, 상기 제2 힘은 상기 제1 힘이 제거된 상태에서 상기 탄성 스프링의 복원력일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하고, 제2 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제2 힘을 인가할 수 있다. 상기 제1 압력 인가부는 제1 플런저와 상기 제1 플런저를 구동하는 제1 엑츄에이터를 포함하고, 상기 제1 힘은 제1 플런저와 제1 엑츄에이터에 의하여 인가될 수 있다. 상기 제2 압력 인가부는 풍선을 포함하고, 상기 제2 힘은 상기 제1 힘이 제거된 상태에서 상기 풍선의 복원력일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성막을 이동시키어 상기 제1 공간부의 부피를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 공간부의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계와 상기 제1 공간부의 부피를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계를 교번하여 반복될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 공간부의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계와 상기 제1 공간부의 부피를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계는 교번하여 반복될 수 있다. 상기 제1 공간부의 부피를 감소 및 증가를 반복함에 따라 감소함에 따라, 상기 제1 입자는 상기 제1 공간부에 농축될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 공간부의 부피의 감소는 양의 제1 힘(F1)에 의하여 수행되고, 상기 제1 공간부의 부피의 증가는 음의 제1 힘에 의하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성막을 이동시키어 상기 제1 공간부의 부피를 변경하는 단계는 상기 제1 공간부의 부피를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 압력 인가부는 상기 제1 공간부의 부피를 감소시키도록 제1 힘을 인가하고, 제2 압력 인가부는 상기 다공성막을 사이에 두고 서로 대향하여 배치되고, 상기 제2 압력 인가부는 상기 제1 공간부의 부피를 증가시키는 제2 힘을 인가하고, 상기 제1 힘과 제2 힘은 교번하여 반복적으로 인가되고, 상기 제1 힘과 제2 힘이 교번하여 반복적으로 인가됨에 따라, 상기 제1 공간부의 부피는 감소하고, 상기 제1 입자는 상기 제1 공간부에 농축될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하고, 제2 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제2 힘을 인가하고, 상기 제2 압력 인가부는 격벽에 의하여 형성된 에어 포켓일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는, 속이 빈 파이프; 상기 파이프 내에서 배치된 다공성막; 및 상기 다공성막을 상기 파이프 내에서 이동시키는 다공성막 이동부를 포함한다. 상기 파이프는 액상 시료를 수납하고, 상기 액상 시료는 서로 크기의 입자들을 포함하고, 상기 다공성막이 상기 파이프 내에서 이동함에 따라 상기 다공성막은 그 일측에 분사된 입자들을 중에서 상기 다공성막의 기공의 지름보다 작은 입자들을 타측으로 여과한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성막 이동부는, 상기 다공성막에 결합하는 제1 영구자석; 및 상기 파이프의 외주면을 감싸도록 배치되어 상기 제1 영구자석과 자기력을 통하여 결합하는 제2 영구 자석을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성막은 복수 개이고, 서로 이격되어 배치되고, 상기 다공성막의 기공의 크기는 배열 순서에 따라 순차적으로 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성막을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치된 제1 플런저와 제2 플런저를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 플런저와 상기 다공성막 사이의 공간은 제1 공간부를 제공하고, 상기 제2 플런저와 상기 다공성막 사이의 공간은 제2 공간부를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액상 시료는 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급되고, 상기 제1 공간부 내에는 배치된 풍선; 및 상기 제2 플런저를 구동하는 엑츄에이터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 막 투과 유량 제어 및 유량 교환을 통하여 입자 분리를 용이하게 수행할 수 있다. 상기 입자 분리 장치는 막 투과 유량 제어를 통해 순방향과 역방향의 반복적인 양방향 흐름을 제공하여 다공성막의 기공 보다 작은 크기의 입자를 여과시키고, 기공 보자 큰 입자들이나 불순물로 인해 기공 막힘에 기인한 다공성막의 체증을 지속적으로 해소할 수 있다. 따라서, 여과 효율이 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 다양한 생체분자를 포함하는 생물학적 액상 시료로부터 특정 생체분자를 분리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 방법은 원 시료의 농도의 의존하지 않고 고농도의 시료도 희석 없이 연속적인 분리 또는 농축을 수행할 수 있고, 단시간 내에 원하는 크기의 생체분자만을 선택적으로 고효율로 분리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치의 입자 분리 방법을 설명하는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치의 입자 분리 방법을 설명하는 도면들이다.
도 5는 도 4의 입자 분리 방법에서 시간에 따른 제1 공간부의 부피(V)를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 도면이다.
도 8a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 도면이다.
도 8b는 도 8a의 입자 분리 장치의 결합 관계를 설명하는 확대 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 도면이다.
도 9b는 도 9a의 입자 분리 장치의 결합 관계를 설명하는 사시도와 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치의 입자 분리 방법을 설명하는 개념도이다.
도 11a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다공성막 이동부를 설명하는 사시도이다.
도 11b는 도 11a의 B-B'선을 따라 자른 단면도이다.
도 11c는 도 11a의 C-C' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 개념도들이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 나타내는 개념도들이다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치의 동작 설명하는 개념도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치의 입자 분리 방법을 설명하는 도면들이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치의 입자 분리 방법을 설명하는 도면들이다.
도 5는 도 4의 입자 분리 방법에서 시간에 따른 제1 공간부의 부피(V)를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 도면이다.
도 8a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 도면이다.
도 8b는 도 8a의 입자 분리 장치의 결합 관계를 설명하는 확대 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 도면이다.
도 9b는 도 9a의 입자 분리 장치의 결합 관계를 설명하는 사시도와 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치의 입자 분리 방법을 설명하는 개념도이다.
도 11a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다공성막 이동부를 설명하는 사시도이다.
도 11b는 도 11a의 B-B'선을 따라 자른 단면도이다.
도 11c는 도 11a의 C-C' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 개념도들이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 나타내는 개념도들이다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치의 동작 설명하는 개념도들이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 다공성막의 양방향 유량제어를 통한 분리 및 농축 장치를 제공한다. 다공성막의 양측에 순방향 압력과 역방향 압력을 교번하여 인가하여, 다공성막의 양 방향 막투과 유량제어가 반복적으로 수행된다. 이에 따라, 다공성막에 국부적으로 쌓이는 입자 및 생체 분자들에 의한 기공 막힘 현상은 역방향 압력을 이용하여 제거하여, 효율적인 분리 및 농축은 연속적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 입자의 분리 및 농축을 위하여 상기 다공성막의 위치를 이동시키는 다공성막 이동부를 포함할 수 있다. 상기 다공성막 이동부는 한 쌍의 자석에 의한 자기력을 이용할 수 있다. 또한, 순방향 압력 또는 역방향 압력에 의하여 상기 다공성막 이동부의 이동을 방지하기 위하여 이동상기 다공성막 이동부는 파이프와 나사 결합 또는 끼움 결합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 마이크로미터 수준의 입자를 포함한 액상 시료, 복잡한 생체 시료 내의 나노미터 스케일의 입자나 생체분자를 선택적으로 분리 및 농축할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 엑소좀을 분리 및 농축할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 고가의 장치를 이용하지 않고 간단한 기구를 이용하여 액상 시료 내의 입자를 분리 및 농축할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 파이프 형태의 액상 시료 수납 공간 내에 다공성막을 여과 필터로 사용한다. 또한, 상기 여과 필터는 순방향 압력이 인가된 경우 기공보다 작은 입자를 투과시킬 수 있다. 한편, 순 방향 압력에 의한 기공 막힘 현상을 제거하기 위하여, 다공성막의 역 방향 압력이 인가될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 실험 조건, 물질 종류 등에 의하여 본 발명이 제한되거나 한정되지는 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 상기 입자 분리 장치(100)는 다공성막(130); 액상 시료(10)를 수납하고 상기 다공성막(130)의 일측에 형성된 제1 공간부(122); 상기 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막(130)의 타측에 형성된 제2 공간부(124); 및 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부(122)에서 상기 제2 공간부(124)로 또는 상기 제2 공간부(124)에서 상기 제1 공간부(122)로 이동하도록 제1 힘을 인가하는 제1 압력 인가부(142);를 포함한다. 상기 액상 시료는 외부로부터 상기 제1 공간부(122)에 공급되고, 상기 액상 시료(10)는 상기 다공성막(130)의 기공(132)의 크기보다 큰 제1 입자(12) 및 상기 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자(14)를 포함한다. 상기 다공성막(130)은 상기 제1 입자가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 저지한다. 상기 다공성막(130)은 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 허용한다.
상기 액상 시료(10)는 생체분자를 포함하는 생물학적 시료일 수 있다. 상기 액상 시료는 제1 입자(12), 제2 입자, 및 유체 매체를 포함할 수 있다. 상기 액상 시료(10)는 고농도의 생체분자들을 포함하고 전처리과정을 거치지 않은 체액일 수 있다. 상기 제1 공간부(122)에 입자를 포함하는 액상시료를 채우고, 상기 제2 공간부(124)에는 입자를 포함하지 않는 액상 시료(또는 버퍼 용액)를 채울 수 있다.
상기 제1 입자는 엑소좀(Exosome)일 수 있다. 상기 제2 입자는 액상 단백질, cfDNA(cell-free DNA)일 수 있다. 상기 엑소좀은 체액에서 발견되는 50 nm ~ 120 nm 크기의 소포체이다. 상기 엑소좀 내부 물질의 분석을 통해 엑소좀이 유래된 세포의 상태를 진단할 수 있다. 또한 엑소좀은 치료제로 쓰일 수 있다.
종래의 엑소점 분리 방식으로 엑소좀을 분리해낼 경우, 화학물질(Chemical)이 사용되거나 항체가 사용된다. 이에 따라, 다시 체액 내에 재주입하는 것은 불가하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 체내 단백질을 최대한 희석하고 동시에 순수하게 엑소좀만 농축하여 분리할 수 있다. 분리된 엑소좀은 다시 채내에 재주입될 수 있다.
상기 제2 입자는 지방조직유래 줄기세포이고, 상기 제1 입자는 줄기세포보다 작은 적혈구, 백혈구, 혈소판 등을 포함할 수 있다.
최근 줄기세포치료의 발달로 인하여 지방이식의 생착률을 높이고자, 지방이식 시에 기질혈관분획세포(stromal vascular fraction (SVF) 세포)를 같이 넣고 있다. 이것을 cell assisted lipotransfer(CAL) 혹은 cell assisted fat injection이라고 부른다.
지방이식에서 지방이식의 생존률을 높이기 위한 줄기세포 지방이식술에서 사용되는 SVF 세포는 실제로 지방조직유래 줄기세포(ADSC, adipose tissue derived stem cells)가 단지 10%만 포함되어 있고, 나머지는 섬유아세포(fibroblast), 혈관내피세포(endothelial cell), pericyte, preadipocyte 등 다양한 다른 세포들이 90% 정도 존재한다. 주입된 SVF 세포는 주변조직으로부터 산소와 영양분을 받아서 생존해야 한다. 그러나, 줄기세포 지방이식술에서 지방조직유래 줄기세포 이외의 다른 세포( 또는 용매)를 너무 많이 주입하면, 지방조직유래 줄기세포가 산소와 영양분을 받지 못하여 생존할 수 없어. 세포치료의 효율이 감소한다. 그러므로 작은 용매에 순도가 높은 지방조직유래 줄기세포를 주입해야 한다. 따라서 SVF 세포 내에서 10% 농로만 존재하는 지방조직유래 줄기세포의 고순도 분리 및 농축이 요구된다.
상기 제1 입자는 CTC (circulating tumor cell)이고, 상기 제2 입자는 적혈구, 백혈구, 혈소판 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 제1 입자가 많은 상태 일지라도 다공성막의 기공 막힘 현상과 체증 현상을 해결하고, 제2 입자를 분리할 수 있다. 또한, 양방향 막투과 유량 제어 및 교환을 통해 연속적인 농축이 가능하기 때문에 고순도 고농도의 지방조직유래 줄기 세포를 단시간에 농축할 수 있다.
상기 다공성막(130)은 일정한 직경의 기공들(pores)을 포함할 수 있다. 상기 기공들(132)은 일정한 지름을 가질 수 있다. 상기 다공성막(130)은 다공성 멤브레인일 수 있다. 상기 기공의 지름은 수 nm 내지 수십 마이크로미터일 수 있다. 상기 다공성막(130)은 폴리 카보네이트 트렉 에치드(poly carbonate track etched; PCTE)일 수 있다. 상기 다공성막(130)은 포토-리소그라피 공정 또는 레이저 드릴링 공정을 통하여 형성될 수 있다.
상기 제1 공간부(122) 및 제2 공간부(124)는 속이 빈 원통형 파이프(120)에 의하여 구획될 수 있다. 상기 파이프(120)는 상기 액상 시료에 인가되는 압력을 견딜 수 있도록 충분한 강도를 가질 수 있다. 상기 파이프(120)는 금속 또는 플라스틱 재질 수 있다. 상기 다공성막(130)은 상기 파이프(120) 내에서 고정될 수 있다.
상기 제1 압력 인가부(142)는 상기 제1 공간부(122) 측에 배치되고, 제1 플런저(142b)와 제1 엑츄에이터(142a)를 포함할 수 있다. 상기 제1 플런저(142b)는 상기 파이프(120) 내에서 이동하면서 상기 액상 시료의 누출을 방지하도록 실링부재를 포함할 수 있다. 상기 실링부재는 고무 재질의 고무 패킹 또는 가스켓일 수 있다. 상기 제1 압력 인가부(142)는 상기 제1 공간부의 좌측에 배치되어 상기 다공성막(130)에 순방향 및 역방향의 유동을 제공할 수 있다. 상기 제1 압력 인가부(142)는 상기 제1 공간부의 좌측에 배치되어 상기 다공성막(130)에 순방향의 양압과 역방향의 음압을 제공할 수 있다.
제2 플런저는 상기 제2 공간부의 우측에 배치될 수 있다. 상기 제2 플런저는 상기 제1 압력 인가부의 힘의 방향에 따라 이동할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 파이프(120)는 중력의 방향으로 정렬될 수 있다. 상기 제1 공간부(122)는 중력 방향의 하부에 배치되고, 상기 제2 공간부(124)는 중력 방향의 상부에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 플런저(144b)는 제거될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치의 입자 분리 방법을 설명하는 도면들이다.
도 1, 및 도 2를 참조하면, 입자 분리 장치(100)는 다공성막(130); 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 일측에 형성된 제1 공간부(122); 상기 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 타측에 형성된 제2 공간부(124); 및 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부 또는 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하는 제1 압력 인가부(142);를 포함한다. 상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 포함한다. 상기 다공성막은 상기 제1 입자가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 저지한다. 상기 다공성막(130)은 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 허용한다. 입자 분리 장치(100)의 입자 분리 방법은, 상기 액상 시료를 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급하는 단계(S12); 상기 제1 공간부(122)의 부피(V1)를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계(S14); 및 상기 제1 공간부(122)의 부피(V1)를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계(S16);를 포함한다.
S14와 S16을 반복함에 따라, 상기 제1 공간부(122)의 부피(V1)는 점차적으로 감소할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 공간부(122)에는 상기 제1 입자(12)가 모이고, 상기 제2 공간부(124)에는 상기 제2 입자(14)가 모인다.
상기 액상 시료를 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급하는 단계(S12)는 제1 공간부(122)에 입자를 포함하는 액상시료를 채우고, 상기 제2 공간부(124)에는 입자를 포함하지 않는 액상 시료(또는 버퍼 용액)을 채울 수 있다.
상기 제1 공간부(122)의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계(S14)는 제1 압력 인가부(142)를 통하여 수행될 수 있다. 상기 제1 압력 인가부(142)는 제1 플런저와 제1 엑츄에이터를 포함할 수 있다.
상기 제1 공간부(122)의 부피를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계(S16)는 제1 압력 인가부(142)를 통하여 수행될 수 있다.
상기 제1 공간부(122)의 부피(V1)와 상기 제2 공간부의 부피(V2)의 총 부피는 일정할 수 있다. 상기 양의 제1 힘(F1)이 인가하는 제1 시간(T1)과 상기 음의 제1 힘(F1)이 인가되는 제2 시간(T2)이 교번하여 반복될 수 있다. 양의 제1 힘, 음의 제1 힘, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막(130)의 일측에서 타측으로 투과하는 개수는 상기 제2 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막(130)의 타측에서 일측으로 투과하는 개수보다 크도록 설정될 수 있다. 구체적으로, 양의 제1 힘과 상기 제1 시간의 곱은 음의 제1 힘과 상기 제2 시간의 곱보다 클 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치의 입자 분리 방법을 설명하는 도면들이다.
도 5는 도 4의 입자 분리 방법에서 시간에 따른 제1 공간부의 부피(V1)를 나타내는 그래프이다.
도 3, 도 4, 및 도 5를 참조하면, 상기 입자 분리 장치(100a)는 다공성막(130); 액상 시료(10)를 수납하고 상기 다공성막(130)의 일측에 형성된 제1 공간부(122); 상기 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막(130)의 타측에 형성된 제2 공간부(124); 및 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부(122)에서 상기 제2 공간부(124)로 또는 상기 제2 공간부(124)에서 상기 제1 공간부(122)로 이동하도록 제1 힘을 인가하는 제1 압력 인가부(142);를 포함한다. 상기 액상 시료는 외부로부터 상기 제1 공간부(122)에 공급되고, 상기 액상 시료(10)는 상기 다공성막(130)의 기공(132)의 크기보다 큰 제1 입자(12) 및 상기 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자(14)를 포함한다. 상기 다공성막(130)은 상기 제1 입자가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 저지한다. 상기 다공성막(130)은 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 허용한다.
상기 입자 분리 장치(100)는 다공성막(130), 제1 공간부(122), 제2 공간부(124), 상기 제1 공간부의 좌측에 배치된 제1 압력 인가부(142), 및 상기 제2 공간부의 우측에 배치된 제2 압력 인가부(144)를 포함할 수 있다.
상기 제1 압력 인가부(142)는 상기 제1 공간부(122) 측에 배치되고, 제1 플런저(142b)와 제1 엑츄에이터(142a)를 포함할 수 있다. 상기 제1 플런저(142b)는 상기 파이프(120) 내에서 이동하면서 상기 액상 시료의 누출을 방지하도록 실링부재를 포함할 수 있다. 상기 실링부재는 고무 재질의 고무 패킹 또는 가스켓일 수 있다. 상기 제1 압력 인가부(142)는 상기 다공성막(130)에 순방향의 유동을 제공할 수 있다.
상기 제2 압력 인가부(144)는 상기 제2 공간부(124) 측에 배치되고, 제2 플런저(144b)와 제2 엑츄이터(144a)를 포함할 수 있다. 상기 제2 플런저(144b)는 상기 파이프(120) 내에서 이동하면서 상기 액상 시료의 누출을 방지하도록 실링부재를 포함할 수 있다. 상기 실링부재는 고무 재질의 고무 패킹 또는 가스켓일 수 있다. 상기 제2 압력 인가부(144)는 상기 다공성막(130)에 역방향의 유동을 제공할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 압력 인가부(142)는 액상시료가 상기 다공성막(130)을 투과하도록 순방향 압력을 제공하는 한 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 상기 제2 압력 인가부(144)는 액상 시료가 상기 다공성막(130)을 투과하도록 역방향 압력을 제공하는 한 다양하게 변형될 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 다공성막은 복수 개이고, 서로 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 다공성막들의 기공의 크기는 서로 다르고, 복수의 다공성막들은 기공의 크기에 따라 순차적으로 배치될 수 있다.
상기 입자 분리 장치(100a)는 다공성막(130), 제1 공간부(122), 제2 공간부(124), 제1 압력 인가부(142), 및 제2 압력 인가부(144)를 포함한다. 상기 액상 시료는 상기 다공성막(130)의 기공의 크기보다 큰 제1 입자(12) 및 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자(14)를 포함한다. 상기 다공성막(130)은 상기 제1 입자가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 저지한다. 상기 다공성막(130)은 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 허용한다.
상기 입자 분리 장치(100a)의 입자 분리 방법은 상기 액상 시료를 외부로부터 상기 제1 공간부(122)에 공급하는 단계(S22); 상기 제1 공간부(122)의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자(14)를 상기 제1 공간부(122)에서 상기 제2 공간부(124)로 이동시키는 단계(S24); 및 상기 제1 공간부(122)의 부피를 증가시키어 상기 다공성막(130)의 기공(132)을 막고 있는 상기 제1 입자(14)를 제거하는 단계(S26); 를 포함한다. S24와 S26을 반복함에 따라, 상기 제1 공간부(122)의 부피(V1)는 점차적으로 감소한다. 이에 따라, 상기 제1 공간부(122)에는 상기 제1 입자(12)가 모이고, 상기 제2 공간부(124)에는 상기 제2 입자(14)가 모인다.
상기 액상 시료를 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급하는 단계(S22)는 제1 공간부(122)에 입자를 포함하는 액상시료를 채우고, 상기 제2 공간부(124)에는 입자를 포함하지 않는 액상 시료( 또는 버퍼 용액)을 채울 수 있다.
상기 제1 공간부의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계(S24)는 제1 압력 인가부(142)를 통하여 수행될 수 있다. 상기 제1 압력 인가부(142)는 제1 플런저와 제1 엑츄에이터를 포함할 수 있다. 상기 제1 압력 인가부(142)는 제1 힘(F1)을 작용하여 순방향 압력을 제공할 수 있다.
상기 제1 공간부의 부피를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계(S26)는 제2 압력 인가부(144)를 통하여 수행될 수 있다. 상기 제2 압력 인가부(144)는 제2 플런저와 제2 엑츄에이터를 포함할 수 있다. 상기 제2 압력 인가부(144)는 제2 힘(F2)을 작용하여 역방향 압력을 제공할 수 있다.
상기 제1 공간부의 부피(V1)와 상기 제2 공간부의 부피(V2)의 총 부피는 일정하다. 순방향의 제1 힘(F1)이 인가하는 제1 시간(T1)과 역방향의 제2 힘(F2)이 인가되는 제2 시간(T2)이 교번하여 반복될 수 있다. 상기 제1 힘, 상기 제2 힘, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 투과하는 개수는 상기 제2 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막의 타측에서 일측으로 투과하는 개수보다 크도록 설정될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 힘과 상기 제1 시간의 곱은 상기 제2 힘과 상기 제2 시간의 곱보다 클 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 입자 분리 장치(200)는 다공성막(130), 제1 공간부(122), 제2 공간부(124), 제1 압력 인가부(142), 및 제2 압력 인가부(244)를 포함한다. 상기 제1 공간부(122)와 상기 제2 공간부(124)는 원통형의 파이프(220)에 의하여 구성될 수 있다. 상기 파이프(220)의 일단은 개방되고, 상기 파이프(220)의 타단은 폐쇄될 수 있다.
상기 제1 압력 인가부(142)는 제1 플런저(142b)와 제1 엑츄에이터(142a)를 포함할 수 있다. 상기 제1 엑츄에이터(142a)는 유압식 또는 전기식으로 직선운동을 제공하는 선형 운동 수단일 수 있다. 상기 제1 압력 인가부(142)는 상기 제1 공간부의 좌측에 배치될 수 있다.
상기 제2 압력 인가부(244)는 제2 플런저(244b)와 스프링(244a)일 수 있다. 상기 제2 플런저(244b)와 스프링(244a)은 상기 파이프(220)의 타단을 삽입될 수 있다. 상기 파이프의 타단은 공기가 통할 수 있도록 핀홀을 구비할 수 있다. 상기 제1 압력 인가부(142)가 상기 제1 공간부의 부피(V1)를 감소시키기 위하여 순방향 힘을 제공하는 동안, 상기 스프링(244a)은 압축되어 복원력을 가질 수 있다. 상기 제1 압력 인가부(142)가 상기 순방향 힘(또는 제1 힘)을 제거하거나 감소시킨 경우, 상기 스프링(244a)은 상기 제1 공간부의 부피를 증가시키도록 역방향 힘(또는 제2 힘)을 제공할 수 있다. 상기 제1 공간부의 부피(V1)와 상기 제2 공간부의 부피(V2)의 합(V1|+V2)은 일정하고, 상기 제1 힘(F1)에 의하여 상기 제1 플런저(142b) 및 상기 제2 플런저(244b)는 동시에 순 방향으로 이동할 수 있다. 상기 제2 힘(F2)에 의하여 상기 제1 플런저(142b) 및 상기 제2 플런저(144b)는 동시에 역 방향으로 이동할 수 있다. 상기 제2 압력 인가부(244)는 상기 제2 공간부의 우측에 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 입자 분리 장치(300)는 다공성막(130), 제1 공간부(122), 제2 공간부(124), 제1 압력 인가부(142), 및 제2 압력 인가부(344)를 포함한다.
상기 제1 공간부(122)와 상기 제2 공간부(124)는 원통형의 파이프(320)에 의하여 구성될 수 있다. 상기 파이프(320)의 일단은 개방되고, 상기 파이프(320)의 타단은 폐쇄될 수 있다.
상기 제2 압력 인가부(344)는 풍선(344a) 및 상기 풍선(344a)을 특정 영역으로 구속시키는 풍선 이탈 방지부(344b)를 포함할 수 있다. 상기 풍선 이탈 방지부는 매쉬(344b)일 수 있다. 상기 매쉬(344b)는 제2 입자들(14)을 투과시킬 수 있다. 상기 풍선(344a)은 상기 파이프(220)의 타단의 내부에 삽입될 수 있다. 상기 제1 압력 인가부(142)가 상기 제1 공간부의 부피(V1)를 감소시키기 위하여 순방향 힘을 제공하는 동안, 상기 제2 압력 인가부(344)는 압축되어 복원력을 가질 수 있다. 상기 제1 압력 인가부(142)가 상기 순방향 힘(또는 제1 힘)을 제거하거나 감소시킨 경우, 상기 제2 압력 인가부(344)는 상기 제1 공간부의 부피를 증가시키도록 역방향 힘(또는 제2 힘)을 제공할 수 있다. 상기 제1 공간부의 부피와 상기 제2 공간부의 부피의 합은 일정하고, 상기 제1 힘에 의하여 상기 제1 플런저(142b)는 순 방향으로 이동할 수 있다. 상기 제2 힘에 의하여 상기 제1 플런저(142b)는 역 방향으로 이동할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 풍선 이탈 방지부는 상기 풍선과 상기 제2 공간부의 접합 또는 선에 의한 연결될 수 있다.
도 8a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 도면이다.
도 8b는 도 8a의 입자 분리 장치의 결합 관계를 설명하는 확대 단면도이다.
도 8a 및 도 8b을 참조하면, 상기 입자 분리 장치(100b)는 다공성막(130), 제1 공간부(122), 제2 공간부(124), 및 제1 압력 인가부(142)를 포함한다.
상기 제1 공간부(122)와 상기 제2 공간부(124)는 원통형의 파이프(120)에 의하여 구성될 수 있다. 상기 파이프(120)는 좌측 파이프(120a)와 우측 파이프(120b)를 포함할 수 있다. 상기 좌측 파이프(120a)와 우측 파이프(120b)은 동일한 내경과 외경을 가진 파이프일 수 있다. 상기 좌측 파이프(120a)는 그 일단의 내주면에 돌출된 제1 링 부위(128)를 가지고, 상기 우측 파이프(120b)는 그 일단의 외주면에 돌출된 제2 링 부위(127)를 가질 수 있다. 상기 제1 링 부위의 외주면과 제2 링 부위의 내주면은 나사 결합을 통하여 서로 고정될 수 있다.
상기 좌측 파이프의 제1 링 부위(128)는 함몰된 링 형태의 상기 다공성막 삽입부(126)를 포함할 수 있다. 상기 다공성막 삽입부(126)에 상기 다공성막(130)이 삽입된 후, 상기 좌측 파이프와 상기 우측 파이프가 결합할 수 있다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 도면이다.
도 9b는 도 9a의 입자 분리 장치의 결합 관계를 설명하는 사시도와 단면도이다.
도 9a 및 도 9b을 참조하면, 상기 입자 분리 장치(100c)는 다공성막(130), 제1 공간부(122), 제2 공간부(124), 및 제1 압력 인가부(142)를 포함한다.
다공성막 이동부(150)는 상기 다공성막(130)을 이동시킬 수 있다. 상기 제1 공간부(122)와 상기 제2 공간부(124)는 파이프(120)를 구성할 수 있다. 상기 다공성막 이동부(150)는, 상기 다공성막(130)을 지지하는 링 형태의 다공성막 지지부(155); 상기 다공성막 지지부(155)에 결합하는 링 형태의 제1 영구자석(156); 및 상기 파이프(120)의 외주면을 감싸도록 배치되어 상기 제1 영구자석(156)과 자기력을 통하여 결합하는 링 형태의 제2 영구 자석(154)을 포함할 수 있다. 상기 다공성막 지지부(155)의 외주면에는 제1 나사선이 형성되고, 상기 제1 나사선이 마주보는 상기 파이프(120)의 내측면에는 상기 제1 나사선과 결합하는 제2 나사선이 형성될 수 있다. 제2 영구자석 지지부(152)는 상기 제2 영구자석(154)을 지지할 수 있다.
상기 제2 영구자석 지지부(152)는 상기 파이프(120)의 외주면을 바라보는 면에 형성된 제3 나사선을 포함할 수 있다. 제4 나사선은 상기 제3 나사선이 마주보는 상기 파이프의 외주면에 형성될 수 있다. 상기 제2 영구자석이 회전함에 따라 상기 제1 영구자석이 같이 회전하여, 상기 다공성막의 위치가 변경될 수 있다. 상기 제1 영구 자석 및 상기 제2 영구 자석은 반경 방향으로 자화될 수 있다.
상기 다공성막(130)의 이동은 입자의 농축을 제공할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치의 입자 분리 방법을 설명하는 개념도이다.
도 9a, 도 9b, 및 도 10을 참조하면, 입자 분리 장치(100c)의 입자 분리 방법은 상기 액상 시료를 외부로부터 상기 제1 공간부(122)에 공급하는 단계(S22); 상기 제1 공간부(122)의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자(14)를 상기 제1 공간부(122)에서 상기 제2 공간부(124)로 이동시키는 단계(S24); 및 상기 제1 공간부(122)의 부피를 증가시키어 상기 다공성막(130)의 기공(132)을 막고 있는 상기 제1 입자(14)를 제거하는 단계(S26); 를 포함한다. S24와 S26을 반복함에 따라, 상기 제1 공간부(122)의 부피(V1)는 점차적으로 감소한다. 이에 따라, 상기 제1 공간부(122)에는 상기 제1 입자(12)가 모이고, 상기 제2 공간부(124)에는 상기 제2 입자(14)가 모인다.
S24와 S26을 반복함에 따라, 상기 제1 공간부의 부피(V1)는 점차적으로 감소한다. 이에 따라, 상기 제1 공간부에는 상기 제1 입자가 모이고, 상기 제2 공간부에는 상기 제2 입자가 모인다. 상기 입자 분리 방법은 상기 다공성막(130)을 이동시키어 상기 제1 공간부의 부피(V1)를 변경하는 단계(S28)를 더 포함할 수 있다. 상기 다공성막(130)을 이동시키어 상기 제2 입자를 농축시킬 수 있다.
도 11a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치의 결합 관계를 설명하는 사시도이다.
도 11b는 도 11a의 B-B' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 11c는 도 11a의 C-C' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 11a 내지 도 11c를 참조하면, 상기 입자 분리 장치(100d)는 다공성막(130), 제1 공간부(122), 제2 공간부(124), 제1 압력 인가부(142), 및 다공성막 이동부(450)를 포함한다. 파이프는 상기 다공성막(130)에 의하여 제1 공간부(122)와 제2 공간부(124)로 구획된다. 상기 제1 공간부(122)와 상기 제2 공간부(124)는 파이프(120)를 구성할 수 있다. 상기 파이프(120)는 좌측 파이프(120a)와 우측 파이프(120b)를 포함할 수 있다.
상기 다공성막 이동부(450)는, 상기 다공성막(130)을 지지하는 링 형태의 다공성막 지지부(155); 상기 다공성막 지지부(155)에 결합하는 링 형태의 제1 영구자석(156); 및 상기 파이프(120)의 외주면을 감싸도록 배치되어 상기 제1 영구자석(156)과 자기력을 통하여 결합하는 링 형태의 제2 영구 자석(154)을 포함할 수 있다.
제1 돌출부(157)는 상기 다공성막 지지부(155)의 외주면에서 국부적으로 돌출될 수 있다. 상기 제1 돌출부는 일정한 곡률을 가진 절단된 띠 형태이고, 일정한 두께와 폭을 가질 수 있다. 상기 제1 돌출부는 상기 다공성막 지지부(155)의 중심축에 대하여 대칭적으로 배치될 수 있다.
제2 영구 자석 지지부(152)는 상기 제2 영구 자석을 지지하고 링 형태일 수 있다. 상기 제2 영구 자석 지지부(152)는 그 내부에 제2 영구 자석을 수납할 수 있다. 제2 돌출부(153)는 상기 제2 영구 자석 지지부의 내주면에 국부적으로 돌출될 수 있다.
상기 제1 돌출부(157)는 상기 우측 파이프(120b)의 내주면을 따라 형성된 제1 홈(129a,129b)에 삽입될 수 있다. 상기 제2 돌출부(153)는 상기 우측 파이프(120b)의 외주면을 따라 형성된 제2 홈(129c)에 삽입될 수 있다. 상기 제1 홈(129a,129b)과 상기 제2 홈(129c) 각각은 원통의 중심축 방향으로 연장되는 수직 부위(129a)와 방위각 방향으로 연장되는 방위각 부위(129b)를 포함할 수 있다. 상기 제1 홈(129a,129b)과 상기 제2 홈(129c) 각각은 수직 부위와 방위각 부위가 반복되어 계단 형상을 가질 수 있다. 상기 제2 영구자석이 회전함에 따라 상기 다공성막의 위치가 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 상기 제1 홈과 상기 제2 홈 각각은 원통의 중심축 방향으로 연장되는 수직 부위, 방위각 방향으로 연장되는 방위각 부위, 및 수직 성분과 방위각 성분을 모두 포함하는 사선 부위 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 영구 자석을 회전은 상기 다공성막의 수직 위치를 변경할 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 입자 분리 장치를 설명하는 개념도들이다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 상기 입자 분리 장치(500)는 다공성막(130), 제1 공간부(122), 제2 공간부(124), 제1 압력 인가부(142), 및 제2 압력 인가부(544)를 포함한다.
상기 제1 공간부(122)와 상기 제2 공간부(124)는 원통형의 파이프(320)에 의하여 구성될 수 있다. 상기 파이프(320)의 일단은 개방되고, 상기 파이프(320)의 타단은 폐쇄될 수 있다.
상기 제2 압력 인가부(544)는 격벽에 의하여 형성된 에어 포켓일 수 있다. 상기 에어 포켓은 액상 시료가 초기에 상기 제2 공간부에 주입되면서 형성될 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치를 나타내는 개념도들이다.
도 13a를 참조하면, 상기 입자 분리 장치(600)는, 속이 빈 파이프(120); 상기 파이프(120) 내에서 배치된 다공성막(130a,130b); 및 상기 다공성막(130a,130b)을 상기 파이프(120) 내에서 왕복 운동시키는 다공성막 이동부(150a, 150b)를 포함한다. 상기 파이프(120)는 액상 시료(10)를 수납하고, 상기 액상 시료(10)는 서로 크기의 입자들(12,14,16)을 포함한다. 상기 다공성막(130a,130b)이 상기 파이프(120) 내에서 왕복 운동함에 상기 다공성막((130a,130b))은 그 일측에 분산된 입자들 중에서 상기 다공성막의 기공의 지름보다 작은 입자들을 타측으로 여과시킨다.
상기 파이프(120)의 일단은 제1 플런저(142b)에 의하여 폐쇄되고, 상기 파이프의 타단은 제2 플런러(144b)에 의하여 폐쇄될 수 있다.
상기 다공성막 이동부(150a,150b)는, 상기 다공성막에 결합하는 링 형태의 제1 영구자석(156); 및 상기 파이프(120)의 외주면을 감싸도록 배치되어 상기 제1 영구자석(146)과 자기력을 통하여 결합하는 링 형태의 제2 영구 자석(154)을 포함한다. 제1 다공성막(130a)은 제1 공간부(122)와 제3 공간부(124a)를 구획하고, 제2 다공성막(130b)은 제3 공간부(124a)와 제2 공간부(124)를 구획할 수 있다.
상기 다공성막(130a,130b)은 복수 개이고, 서로 이격되어 배치되고, 상기 다공성막(130a,130b)의 기공의 크기는 배열 순서에 따라 순차적으로 감소할 수 있다.
도 13b를 참조하면, 입자 분리 공정이 완료된 후, 상기 다공성막 이동부(140a,140b) 각각은 상기 파이프 내에서 이동하여 입자 농축 공정을 진행할 수 있다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 장치의 동작 설명하는 개념도들이다.
도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 입자 분리 장치(700)는, 속이 빈 파이프(720); 상기 파이프(720) 내에서 배치된 다공성막(130); 및 상기 다공성막을 상기 파이프 내에서 이동시키는 다공성막 이동부(150)를 포함한다. 상기 파이프는 액상 시료를 수납하고, 상기 액상 시료는 서로 크기의 입자들을 포함한다. 상기 다공성막이 상기 파이프 내에서 이동함에 따라 상기 다공성막은 그 일측에 분사된 입자들을 중에서 상기 다공성막의 기공의 지름보다 작은 입자들을 타측으로 여과한다.
상기 다공성막 이동부(150)는, 상기 다공성막에 결합하는 제1 영구자석(156); 및 상기 파이프의 외주면을 감싸도록 배치되어 상기 제1 영구자석과 자기력을 통하여 결합하는 제2 영구 자석(154)을 포함한다.
제1 플런저(142b)와 제2 플런저(144a)는 상기 다공성막(130)을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 상기 제1 플런저(142b)와 상기 다공성막(130) 사이의 공간은 제1 공간부(122)를 제공하고, 상기 제2 플런저(144b)와 상기 다공성막(130) 사이의 공간은 제2 공간부(124)를 제공할 수 있다.
상기 액상 시료는 외부로부터 상기 제1 공간부(122)에 공급될 수 있다. 풍선(344a)은 상기 제1 공간부 내에는 배치되고, 엑츄에이터(144a)는 상기 제2 플런저(144b)를 구동할 수 있다. 상기 제1 플런저는 고정될 수 있다.
입자들은 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자(12) 및 상기 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자(14)를 포함할 수 있다. 상기 다공성막 이동부(150)를 좌측으로 이동하거나 좌측 및 우측으로 왕복 운동함에 따라, 제2 입자는 상기 다공성막을 투과할 수 있다. 이 경우, 제1 입자는 상기 다공성막의 기공을 막을 수 있다. 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 제1 입자를 제거하기 위하여, 상기 엑츄에이터는 좌측으로 이동하여 압력을 인가할 수 있다. 상기 제1 플런저는 고정된 상태에서, 상기 풍선은 압력에 의하여 압축되어, 액상 시료가 좌측으로 이동하여 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 제1 입자는 제거될 수 있다. 이어서, 상기 엑츄이터 및 제2 플런저는 원래 상태로 복귀할 수 있다.
이어서, 제2 입자의 여과를 완료한 후, 상기 다공성막은 좌측으로 이동하여 제1 입자를 농축할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 다공성막은 복수 개이고, 서로 이격되어 배치되고, 상기 다공성막의 기공의 크기는 배열 순서에 따라 순차적으로 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 다공성막을 통하는 양방향 막 투과 유량제어를 이용하는 입자 분리 및 입자 농축 방법을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 적어도 하나의 다공성막으로 구분되는 공간부들을 구획하고, 특정한 공간부에 분리 또는 농축하고자 하는 입자를 포함하는 액상 시료를 채우고 나머지 공간부에 입자를 포함하지 않는 버퍼 용액을 채운다. 이어서, 다공성막을 기준으로 양방향에서 압력을 제어하여 상기 다공성막을 통하는 유동을 제공한다. 양방향으로 반복적으로 압력( 또는 유동)을 제어함에 따라, 액상 시료는 상기 다공성막을 넘나들며 유량을 교환한다. 다공성막의 막힘 현상이나 체증현상이 개선되고, 보다 효율적인 입자 분리 및 농축이 수행될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
100: 입자 분리 장치(100)
122: 제1 공간부
124: 제2 공간부
130: 다공성막
142: 제1 압력 인가부
144: 제2 압력 인가부
122: 제1 공간부
124: 제2 공간부
130: 다공성막
142: 제1 압력 인가부
144: 제2 압력 인가부
Claims (40)
- 다공성막;
액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 일측에 형성된 제1 공간부;
상기 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 타측에 형성된 제2 공간부;및
상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 또는 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하는 제1 압력 인가부;를 포함하고,
상기 액상 시료는 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급되고,
상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자를 포함하고,
상기 다공성막은 상기 제1 입자가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 저지하고,
상기 다공성막은 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 허용하고,
상기 액상 시료가 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제2 힘을 인가하는 제2 압력 인가부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 제1 압력 인가부는 제1 플런저와 제1 엑츄에이터인 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 압력 인가부는 제2 플런저와 제2 엑츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 압력 인가부는 풍선 및 상기 풍선을 특정 영역으로 구속시키는 풍선 이탈 방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제5 항에 있어서,
상기 풍선 이탈 방지부는 메쉬인 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제5 항에 있어서,
상기 풍선 이탈 방지부는 상기 풍선과 상기 제2 공간부의 접합 또는 선에 의한 연결인 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 압력 인가부는 제2 플런저와 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 다공성막을 이동시키는 다공성막 이동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제9 항에 있어서,
상기 제1 공간부와 상기 제2 공간부는 파이프를 구성하고,
상기 다공성막 이동부는:
상기 다공성막을 지지하는 링 형태의 다공성막 지지부;
상기 다공성막 지지부에 결합하는 제1 영구자석; 및
상기 파이프의 외주면을 감싸도록 배치되어 상기 제1 영구자석과 자기력을 통하여 결합하는 제2 영구 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 다공성막 지지부의 외주면에는 제1 나사선이 형성되고,
상기 제1 나사선이 마주보는 상기 파이프의 내측면에는 상기 제1 나사선과 결합하는 제2 나사선이 형성되는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 제2 영구자석을 지지하는 제2 영구자석 지지부를 더 포함하고,
상기 제2 영구자석 지지부는 상기 파이프의 외주면을 바라보는 면에 형성된 제3 나사선을 포함하고,
제4 나사선은 상기 제3 나사선이 마주보는 상기 파이프의 외주면에 형성되고,
상기 제2 영구자석이 회전함에 따라 상기 다공성막의 위치가 변경되는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 다공성막 지지부의 외주면에서 국부적으로 돌출된 제1 돌출부;
상기 제2 영구자석을 지지하는 제2 영구자석 지지부; 및
상기 제2 영구 자석 지지부의 내주면에서 국부적으로 돌출된 제2 돌출부를 더 포함하고,
상기 제1 돌출부는 상기 파이프의 내주면을 따라 형성된 제1 홈에 삽입되고,
상기 제2 돌출부는 상기 파이프의 외주면을 따라 형성된 제2 홈에 삽입되고,
상기 제1 홈과 상기 제2 홈 각각은 원통의 중심축 방향으로 연장되는 수직 부위, 방위각 방향으로 연장되는 방위각 부위, 및 수직 성분과 방위각 성분을 모두 포함하는 사선 부위 중에서 적어도 하나를 포함하고,
상기 제2 영구자석이 회전함에 따라 상기 다공성막의 위치가 변경되는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 공간부와 상기 제2공간부는 각각 파이프 형태로 구성되고,
상기 파이프는 서로 연결되는 좌측 파이프 및 우측 파이프를 구성하며,
상기 좌측 파이프는 그 일단의 외주면에 돌출된 제1 링 부위를 포함하고,
상기 우측 파이프는 그 일단의 내주면에 돌출된 제2 링 부위를 포함하고,
상기 제2 링 부위는 상기 제1 링 부위와 체결될 수 있도록 상보적인 형태로 구성하며,
상기 좌측 파이프의 제1 링 부위는 링 형태의 다공성막 삽입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제14 항에 있어서,
상기 제1 링 부위와 상기 제2 링 부위는 나사선 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 힘이 인가하는 제1 시간과 상기 제2 힘이 인가되는 제2 시간이 교번하여 반복되고,
상기 제1 힘, 상기 제2 힘, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 투과하는 개수는 상기 제2 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막의 타측에서 일측으로 투과하는 개수보다 크도록 설정된 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제16 항에 있어서,
상기 제1 힘과 상기 제1 시간의 곱은 상기 제2 힘과 상기 제2 시간의 곱보다 큰 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 입자는 엑소좀이고, 상기 제2 입자는 액상 단백질, cell-free DNA(cfDNA) 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 입자는 줄기 세포이고,
상기 제2 입자는 적혈구, 백혈구, 혈소판 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 입자는 CTC (circulating tumor cell)이고,
상기 제2 입자는 적혈구, 백혈구, 혈소판 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 압력 인가부는 격벽에 의하여 형성된 에어 포켓인 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제1 항에 있어서,
양의 제1 힘(F1)이 인가하는 제1 시간(T1)과 양의 힘과 크기는 같으나 방향이 반대인 음의 제1 힘(F1)이 인가되는 제2 시간(T2)이 교번하여 반복되고,
양의 제1 힘, 음의 제1 힘, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막(130)의 일측에서 타측으로 투과하는 개수는 상기 제2 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막의 타측에서 일측으로 투과하는 개수보다 크도록 설정되는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 다공성막은 복수 개이고, 서로 이격되어 배치되고,
상기 다공성막의 기공의 크기는 배열 순서에 따라 순차적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 다공성막; 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 일측에 형성된 제1 공간부; 상기 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 타측에 형성된 제2 공간부; 및 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부 또는 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하는 제1 압력 인가부;를 포함하는 입자 분리 장치의 동작 방법에 있어서,
상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 포함하고,
상기 다공성막은 상기 제1 입자가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 저지하고,
상기 다공성막은 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 허용하고,
상기 액상 시료를 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급하는 단계;
상기 제1 공간부의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계; 및
상기 제1 공간부의 부피를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하고,
제2 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제2 힘을 인가하고,
상기 제1 공간부의 부피와 상기 제2 공간부의 부피의 총 부피는 일정하고,
상기 제1 힘이 인가하는 제1 시간과 상기 제2 힘이 인가되는 제2 시간이 교번하여 반복되고,
상기 제1 힘, 상기 제2 힘, 상기 제1 시간 및 상기 제2 시간은 상기 제1 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 투과하는 개수는 상기 제2 시간 동안 상기 제2 입자가 상기 다공성막의 타측에서 일측으로 투과하는 개수보다 크도록 설정된 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치의 입자 분리 방법. - 삭제
- 제24 항에 있어서,
상기 제1 힘과 상기 제1 시간의 곱은 상기 제2 힘과 상기 제2 시간의 곱보다 큰 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치의 입자 분리 방법. - 다공성막; 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 일측에 형성된 제1 공간부; 상기 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 타측에 형성된 제2 공간부; 및 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부 또는 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하는 제1 압력 인가부;를 포함하는 입자 분리 장치의 동작 방법에 있어서,
상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 포함하고,
상기 다공성막은 상기 제1 입자가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 저지하고,
상기 다공성막은 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 허용하고,
상기 액상 시료를 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급하는 단계;
상기 제1 공간부의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계; 및
상기 제1 공간부의 부피를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하고,
제2 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제2 힘을 인가하고,
상기 제1 압력 인가부는 제1 플런저와 상기 제1 플런저를 구동하는 제1 엑츄에이터를 포함하고,
상기 제1 힘은 제1 플런저와 제1 엑츄에이터에 의하여 인가되고,
상기 제2 압력 인가부는 제2 플런저와 탄성 스프링을 포함하고,
상기 제2 힘은 상기 제1 힘이 제거된 상태에서 상기 탄성 스프링의 복원력인 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치의 입자 분리 방법. - 다공성막; 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 일측에 형성된 제1 공간부; 상기 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 타측에 형성된 제2 공간부; 및 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부 또는 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하는 제1 압력 인가부;를 포함하는 입자 분리 장치의 동작 방법에 있어서,
상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 포함하고,
상기 다공성막은 상기 제1 입자가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 저지하고,
상기 다공성막은 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 허용하고,
상기 액상 시료를 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급하는 단계;
상기 제1 공간부의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계; 및
상기 제1 공간부의 부피를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하고,
제2 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제2 힘을 인가하고,
상기 제1 압력 인가부는 제1 플런저와 상기 제1 플런저를 구동하는 제1 엑츄에이터를 포함하고,
상기 제1 힘은 제1 플런저와 제1 엑츄에이터에 의하여 인가되고,
상기 제2 압력 인가부는 풍선을 포함하고,
상기 제2 힘은 상기 제1 힘이 제거된 상태에서 상기 풍선의 복원력인 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치의 입자 분리 방법. - 제24 항에 있어서,
상기 다공성막을 이동시키어 상기 제1 공간부의 부피를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치의 입자 분리 방법. - 제24 항에 있어서,
상기 제1 공간부의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계와 상기 제1 공간부의 부피를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계를 교번하여 반복되는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법. - 제24 항에 있어서,
상기 제1 공간부의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계와 상기 제1 공간부의 부피를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계는 교번하여 반복되고,
상기 제1 공간부의 부피를 감소 및 증가를 반복함에 따라 감소함에 따라, 상기 제1 입자는 상기 제1 공간부에 농축되는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법. - 제30 항에 있어서,
상기 제1 공간부의 부피의 감소는 양의 제1 힘(F1)에 의하여 수행되고,
상기 제1 공간부의 부피의 증가는 음의 제1 힘에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법. - 제29 항에 있어서,
상기 다공성막을 이동시키어 상기 제1 공간부의 부피를 변경하는 단계는 상기 제1 공간부의 부피를 감소시키는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법. - 다공성막; 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 일측에 형성된 제1 공간부; 상기 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 타측에 형성된 제2 공간부; 및 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부 또는 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하는 제1 압력 인가부;를 포함하는 입자 분리 장치의 동작 방법에 있어서,
상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 포함하고,
상기 다공성막은 상기 제1 입자가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 저지하고,
상기 다공성막은 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 허용하고,
상기 액상 시료를 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급하는 단계;
상기 제1 공간부의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계; 및
상기 제1 공간부의 부피를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 압력 인가부는 상기 제1 공간부의 부피를 감소시키도록 제1 힘을 인가하고,
제2 압력 인가부는 상기 다공성막을 사이에 두고 서로 대향하여 배치되고,
상기 제2 압력 인가부는 상기 제1 공간부의 부피를 증가시키는 제2 힘을 인가하고,
상기 제1 힘과 제2 힘은 교번하여 반복적으로 인가되고,
상기 제1 힘과 제2 힘이 교번하여 반복적으로 인가됨에 따라, 상기 제1 공간부의 부피는 감소하고,
상기 제1 입자는 상기 제1 공간부에 농축되는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법. - 다공성막; 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 일측에 형성된 제1 공간부; 상기 액상 시료를 수납하고 상기 다공성막의 타측에 형성된 제2 공간부; 및 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부 또는 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하는 제1 압력 인가부;를 포함하는 입자 분리 장치의 동작 방법에 있어서,
상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 포함하고,
상기 다공성막은 상기 제1 입자가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 저지하고,
상기 다공성막은 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 유입되는 것을 허용하고,
상기 액상 시료를 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급하는 단계;
상기 제1 공간부의 부피를 감소시키어 상기 제2 입자를 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동시키는 단계; 및
상기 제1 공간부의 부피를 증가시키어 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제1 공간부에서 상기 제2 공간부로 이동하도록 제1 힘을 인가하고,
제2 압력 인가부는 상기 액상 시료가 상기 제2 공간부에서 상기 제1 공간부로 이동하도록 제2 힘을 인가하고,
상기 제2 압력 인가부는 격벽에 의하여 형성된 에어 포켓인 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치의 입자 분리 방법. - 속이 빈 파이프;
상기 파이프 내에서 배치된 다공성막; 및
상기 다공성막을 상기 파이프 내에서 이동시키는 다공성막 이동부를 포함하고,
상기 파이프는 액상 시료를 수납하고,
상기 액상 시료는 서로 크기의 입자들을 포함하고,
상기 다공성막이 상기 파이프 내에서 이동함에 따라 상기 다공성막은 그 일측에 분산된 입자들을 중에서 상기 다공성막의 기공의 지름보다 작은 입자들을 타측으로 여과하고,
상기 다공성막을 사이에 두고 서로 마주보도록 배치된 제1 플런저와 제2 플런저를 더 포함하고,
상기 제1 플런저와 상기 다공성막 사이의 공간은 제1 공간부를 제공하고,
상기 제2 플런저와 상기 다공성막 사이의 공간은 제2 공간부를 제공하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제36 항에 있어서,
상기 다공성막 이동부는:
상기 다공성막에 결합하는 제1 영구자석; 및
상기 파이프의 외주면을 감싸도록 배치되어 상기 제1 영구자석과 자기력을 통하여 결합하는 제2 영구 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 제36 항에 있어서,
상기 다공성막은 복수 개이고, 서로 이격되어 배치되고,
상기 다공성막의 기공의 크기는 배열 순서에 따라 순차적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치. - 삭제
- 제36 항에 있어서,
상기 액상 시료는 외부로부터 상기 제1 공간부에 공급되고,
상기 제1 공간부 내에는 배치된 풍선; 및
상기 제2 플런저를 구동하는 엑츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| KR1020180099256A KR102081509B1 (ko) | 2018-08-24 | 2018-08-24 | 양방향 막 투과 이동 제어를 이용한 다공성막 기반 입자 분리 장치 |
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|---|---|---|---|
| KR1020180099256A KR102081509B1 (ko) | 2018-08-24 | 2018-08-24 | 양방향 막 투과 이동 제어를 이용한 다공성막 기반 입자 분리 장치 |
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|---|---|---|---|
| KR1020180099256A KR102081509B1 (ko) | 2018-08-24 | 2018-08-24 | 양방향 막 투과 이동 제어를 이용한 다공성막 기반 입자 분리 장치 |
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2019
- 2019-08-13 WO PCT/KR2019/010273 patent/WO2020040470A1/ko active Application Filing
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020040470A1 (ko) | 2020-02-27 |
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