KR102156512B1 - 원심분리 튜브 여과 장치 및 입자 분리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 원심분리 튜브 여과 장치는, 액상 시료를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube); 상기 원심분리 튜브 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막; 및 상기 원심분리 튜브의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부를 포함한다. 상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자를 포함한다. 상기 제2 입자는 원심력에 의하여 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 이동한다. 상기 원심력이 감소된 경우 상기 복원력 인가부는 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 제1 입자를 제거한다.

Description

원심분리 튜브 여과 장치 및 입자 분리 장치{The Centrifugal Tube Filtration Apparatus And The Particle Separation Method}

본 발명은 다공성막을 포함한 원심분리 튜브 여과 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 원심분리 튜브, 다공성막, 원심력, 및 복원력을 이용한 생체분자, 입자, 또는 세포 분리 장치에 관한 것이다.

원심 분리기는 생물분리 공정에 이용된다. 원심분리기는 고체와 고체를 둘러싼 액체 간의 밀도차를 이용한다. 그러나, 원심 분리기를 사용한 경우, 서로 유사한 밀도를 가진 입자들은 동시에 침전되어 서로 분리하기 어렵다. 유사한 밀도를 가지나 서로 다른 크기를 가진 입자들은 서로 공간적으로 분리하는 기술이 요구된다.

종래의 대부분의 다공성막 분리 방법은 한 방향으로만 압력이나 외부 힘이 가해지는 형태의 방법이다. 다공성막을 이용하는 시스템 대부분은 분리 및 농축 하고자하는 원래 시료의 형태가 각각 다양한 크기와 농도로 혼재한다. 특히 생체 시료를 사용하게 되면 분리하고자 하는 원하는 시료 이외에도 이와 밀도나 질량이 유사한 미세 단백질 분자, 세포 파편 등 불순물들이 많이 포함된다. 이러한 불순물들을 고농도로 포함하는 원래 시료는 다공성막을 이용한 여과 공정에서 다공성막의 기공을 막는다. 따라서, 기공의 크기보다 작은 크기의 시료들이 상기 다공성막을 통과 하지 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 증가 시키다. 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 원심력과 복원력을 이용하여 생체 액상 시료의 양 방향 유량 제어를 통하여 입자를 분리하는 입자 분리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 원심력과 복원력을 이용하여 생체 액상 시료의 유량 제어 및 다공성막 이동을 통하여 입자를 분리 및 농축하는 입자 분리 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 원심분리 튜브 여과 장치는, 액상 시료를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube); 상기 원심분리 튜브 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막; 및 상기 원심분리 튜브의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부를 포함한다. 상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자를 포함하고, 상기 제2 입자는 원심력에 의하여 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 이동하고, 상기 원심력이 감소된 경우 상기 복원력 인가부는 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 제1 입자를 제거한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원심분리 튜브의 뚜껑은 대기가 유동할 수 있는 제1 핀홀을 포함하고, 상기 원심분리 튜브의 타단은 폐쇄되고, 상기 복원력 인가부는 상기 원심분리 튜브의 타단의 내부에 배치된 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 원심분리 튜브의 접합 또는 상기 풍선과 선에 의한 연결일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원심분리 튜브의 뚜껑은 대기가 유동할 수 있는 제1 핀홀을 포함하고, 상기 원심분리 튜브의 타단은 폐쇄되고 대기가 유동할 수 있는 제2 핀홀을 포함할 수 있다. 상기 복원력 인가부는 상기 원심분리 튜브의 타단 내부에 배치된 플런저와 상기 플런저와 상기 원심분리 튜브의 타단 사이에 배치된 스프링을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원심분리 튜브의 뚜껑은 대기가 유동할 수 있는 제1 핀홀을 포함하고, 상기 원심분리 튜브의 타단은 폐쇄되고 대기가 유동할 수 있는 제2 핀홀을 포함할 수 있다. 상기 복원력 인가부는 상기 원심분리 튜브의 타단 내부에 배치된 플런저와 상기 플런저와 상기 원심분리 튜브의 타단 사이에 배치된 한 쌍의 자석을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복원력 인가부는 격벽에 의하여 형성된 에어 포켓일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원심분리 튜브는 복수 개의 원통 형상의 튜브들로 분해되고, 상기 튜브들은 서로 결합하여 고정되고, 상기 다공성막은 상기 튜브의 결합 부위에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성막을 이동시키는 다공성막 이동부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성막 이동부는, 상기 다공성막을 지지하는 링 형태의 다공성막 지지부; 상기 다공성막 지지부에 결합하는 제1 영구자석; 및 상기 원심분리 튜브의 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 원심분리 튜브의 내측면에는 상기 제1 나사선과 결합하는 제2 나사선이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 영구자석을 지지하는 제2 영구자석 지지부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 영구자석 지지부는 상기 원심분리 튜브의 외주면을 바라보는 면에 형성된 제3 나사선을 포함하고, 제4 나사선은 상기 제3 나사선이 마주보는 상기 원심분리 튜브의 외주면에 형성되고, 상기 제2 영구자석이 회전함에 따라 상기 다공성막의 위치가 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원심분리 튜브는 연속적으로 연결되는 뚜껑, 제1 튜브, 제2 튜브, 및 절두 원뿔 형상의 제3 튜브를 포함할 수 있다. 상기 뚜껑, 상기 제1 튜브, 상기 제2 튜브, 및 상기 제3 튜브는 서로 결합되어 고정될 수 있다. 상기 제1 튜브는 그 일단의 내주면에 돌출된 제1 링 부위를 포함하고, 상기 제2 튜브는 그 일단의 외주면에 돌출된 제2 링 부위를 포함하고, 상기 제1 링 부위는 상기 제2 링 부위와 체결될 수 있도록 상보적인 형태로 구성하며, 상기 제1 튜브의 제1 링 부위는 함몰된 링 형태의 상기 다공성막 삽입부를 포함할 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 원심분리 튜브의 내주면을 따라 형성된 제1 홈에 삽입되고, 상기 제2 돌출부는 상기 원심분리 튜브의 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 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 원심분리 튜브는 연속적으로 연결되는 뚜껑, 제1 튜브, 제2 튜브, 제3 튜브, 및 절두 원뿔 형상의 제4 튜브를 포함할 수 있다. 상기 다공성막은 상기 제1 튜브와 상기 제2 튜브 사이에 배치된 제1 다공성막 및 상기 제2 튜브와 상기 제3 튜브 사이에 배치된 제2 다공성막을 포함하고, 상기 제1 다공성막의 기공 사이즈는 상기 제2 다공성막의 기공 사이즈보다 클 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는, 원심분리기; 및 상기 원심 분리기에 장착되는 원심분리 튜브 여과 장치를 포함한다. 상기 원심분리 튜브 여과 장치는, 액상 시료를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube); 상기 원심분리 튜브 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막; 및 상기 원심분리 튜브의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부를 포함한다. 상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 제1 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자를 포함하고, 상기 제2 입자는 원심력에 의하여 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 이동하고, 상기 원심력이 감소된 경우 상기 복원력 인가부는 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 제1 입자를 제거한다.

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 따른 입자 분리 장치는, 원심분리기; 및 상기 원심 분리기에 장착되는 원심분리 튜브 여과 장치를 포함한다. 원심분리 튜브 여과 장치는 액상 시료를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube); 상기 원심분리 튜브 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막;및 상기 원심분리 튜브의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부를 포함한다. 상기 입자 분리 장치의 입자 분리 방법은, 상기 원심분리 튜브 여과 장치의 뚜껑을 열고 제1 입자 및 제2 입자를 포함하는 액상 시료를 외부로부터 상기 원심분리 튜브 여과 장치에 공급한 후 상기 뚜껑을 덮는 단계; 상기 원심분리 튜브 여과 장치를 상기 원심 분리기에 장착한 후 제1 상태로 가속하여 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계; 및 상기 원심분리기를 제2 상태로 감속하여 상기 복원력 제공부는 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계 및 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계를 교번하여 반복될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계 및 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계는 상기 원심력을 증가 및 감소를 반복하여 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다공성막을 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계 및 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계는 교번하여 반복되고, 상기 다공성막을 이동시키는 단계는 상기 다공성막이 왕복 운동하면서 특정 방향으로 이동하여 상기 제1 입자를 농축할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복원력 제공부는 풍선이고, 상기 복원력 제공부의 복원력은 풍선의 원래 부피로 복원하려는 압력일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복원력 제공부는 플런저와 스프링이고, 상기 복원력 제공부의 복원력은 상기 스프링의 원래 위치로 복원하려는 탄성력일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복원력 제공부는 격벽에 의하여 형성된 에어 포켓이고, 상기 복원력 제공부의 복원력은 상기 에어 포켓의 원래 부피로 복원하려는 압력일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복원력 인가부는 상기 원심분리 튜브의 타단 내부에 배치된 플런저와 상기 플런저와 상기 원심분리 튜브의 타단 사이에 배치된 한 쌍의 자석을 포함하고, 상기 복원력 제공부의 복원력은 상기 한 쌍의 자석의 반발력일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 원심력과 복원력을 이용하여 입자 분리를 용이하게 수행할 수 있다. 상기 입자 분리 장치는 입자들에 원심력을 제공하여 다공성막을 투과하는 순방향 흐름 또는 제1 방향의 이동을 제공하고, 원심력에 의하여 형성된 복원력을 이용하여 원심력이 감소된 상태에서 역방향 흐름을 제공한다. 이에 따라, 다공성막의 기공 보다 작은 크기의 입자를 원심력에 의하여 여과시킬 수 있다. 기공 보다 큰 입자들이나 불순물로 인해 기공 막힘에 기인한 다공성막의 체증은 복원력에 의하여 해소할 수 있다. 따라서, 입자 분리 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 원래 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 1a 및 도 1b는 원심분리 튜브 장치를 이용한 입자 분리 장치를 설명하는 개념도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1b의 원심분리 튜브 장치를 설명하는 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 분리 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원심분리 튜브 여과 장치를 설명하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원심분리 튜브 여과 장치를 설명하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원심분리 튜브 여과 장치를 설명하는 개념도이다.
도 7a은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원심분리 튜브 여과 장치를 설명하는 개념도이다.
도 7b는 도 7a의 원심분리 튜브 여과 장치의 다공성막 이동부를 설명하는 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성막 이동부를 설명하는 절단 사시도이다.
도 8b는 도 8a의 B-B' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 8c는 도 8a의 C-C' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다공성막의 사시도와 다공성막 이동부를 설명하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 방법을 설명하는 도면이다.
도 12는 도 11의 입자 분리 방법의 동작을 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원심분리 튜브 여과 장치를 설명하는 개념도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 입자들에 원심력에 제공하여 다공성막을 투과하는 순방향 흐름을 제공하고, 원심력이 감소 또는 제거된 상태에서 다공성막을 막고 있는 입자를 제거하는 복원력에 의한 역방향 흐름을 제공한다. 다공성막에 순방향 흐름과 역방향 흐름을 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 순방향 흐름을 위하여 원심력을 이용하고, 역방향 압력(또는 유량)을 제공하기 위하여 플런저와 스프링을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 장치는 순방향 흐름을 위하여 원심력을 이용하고 역방향 압력(또는 유량)을 제공하기 위하여 풍선을 사용할 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 원심분리 튜브와 나사 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. 엑소좀은 체액에서 발견되는 50 nm ~ 120 nm 크기의 소포체이다. 체액 내에 존재하는 엑소좀을 분리하고자 한다면, nm 사이즈 나노다공성막이 필수적이다. 하지만 엑소좀과 밀도나 질량이 유사한 미세 단백질 분자, 세포 파편 등 불순물이 많이 포함된다. 이러한 복잡한 생체시료의 분리와 농축에서는 수많은 인자들 중에서 엑소좀 공간부의 부피를 줄이면서 농축해야 하기 때문에 다공성막을 투과하여 양방향 유량의 제어 및 교환을 이용한다면, 단시간 내에 원하는 크기의 생체분자만을 선택적이고, 고효율로 고순도 고농축 할 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 원심분리 튜브 형태의 액상 시료의 수납 공간 내에 다공성막을 여과 필터로 사용한다. 또한, 상기 여과 필터는 원심력이 인가된 경우 기공보다 작은 입자를 순방향으로 투과시킬 수 있다. 한편, 순 방향 흐름에 의한 기공 막힘 현상을 제거하기 위하여, 다공성막의 역 방향 압력이 복원력 인가부에 의하여 제공될 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 1a 및 도 1b는 원심분리 튜브 장치를 이용한 입자 분리 장치를 설명하는 개념도이다.

도 2a 및 도 2b는 도 1b의 원심분리 튜브 장치를 설명하는 단면도들이다.

도 1a, 도 1b, 도 2a. 및 도 2b를 참조하면, 입자 분리 장치(100)는 원심분리기(20); 및 상기 원심 분리기(20)에 장착되는 원심분리 튜브 여과 장치(101)를 포함한다. 상기 원심분리 튜브 여과 장치(101)는, 액상 시료(10)를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube, 120); 상기 원심분리 튜브(120) 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막(130); 및 상기 원심분리 튜브(120)의 타단에 배치되고 상기 액상 시료(10)에 복원력을 제공하는 복원력 인가부(140)를 포함한다. 상기 액상 시료(10)는 상기 다공성막(130)의 기공(132)의 크기보다 큰 제1 입자(12) 및 상기 다공성막의 기공(132)의 크기 보다 작은 제2 입자(14)를 포함한다. 상기 제2 입자(14)는 원심력에 의하여 상기 다공성막(130)의 일측에서 타측으로 이동한다. 상기 원심력이 감소된 경우 상기 복원력 인가부(140)는 상기 다공성막(130)의 기공을 막고 있는 제1 입자(12)를 제거한다.

상기 원심 분리기(20)는 스윙-아웃 로터(swing-out rotor), 또는 고정각 로터일 수 있다. 상기 스윙-이웃 로터는 고리(21)로 원심분리 튜브 여과 장치(101)를 걸도록 배치될 수 있다.

상기 원심분리 튜브 여과 장치(101)는 원심분리기(20)의 원심력과 복원력 인가부(140)의 복원력에 의하여 수납된 액상 시료의 입자들을 크기에 따라 상기 다공성막(130)으로 여과할 수 있다. 상기 원심력은 상기 원심력 방향으로 순방향 흐름을 제공하고, 상기 복원력은 상기 복원력 방향으로 역방향 흐름을 제공할 수 있다. 상기 원심 분리기(20)가 가속함에 따라, 원심력은 복원력보다 클 수 있다. 상기 원심 분리기(20)가 감속함에 따라, 복원력은 상기 원심력보다 클 수 있다. 상기 원심 분리기(20)가 가속 및 감속을 교번하여 반복함에 따라, 상기 순방향 흐름 및 상기 역방향 흐름이 반복될 수 있다. 이에 따라, 제2 입자(14)는 상기 다공성막(130)을 투과하여 여과될 수 있다.

상기 원심분리 튜브(120)는 원통 형상이고, 금속 또는 플라스틱 재질 수 있다. 상기 원심분리 튜브(120)는 액상 시료를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑(122)을 포함할 수 있다. 상기 뚜껑(122)을 개방한 후, 상기 원심분리 튜브(120) 내부에 상기 액상 시료를 수납하고, 상기 뚜껑(122)을 닫을 수 있다. 상기 원심분리 튜브(120)의 타단은 원뿔 형상일 수 있다. 상기 원심분리 튜브(122)의 뚜껑은 대기가 유동할 수 있는 제1 핀홀(122a)을 포함하고, 상기 원심분리 튜브(120)의 타단은 폐쇄될 수 있다.

상기 원심분리 튜브(120)는 연속적으로 연결되는 뚜껑(122), 제1 튜브(124), 제2 튜브(126), 및 절두 원뿔 형상의 제3 튜브(128)를 포함할 수 있다. 상기 뚜껑(122), 상기 제1 튜브(124), 상기 제2 튜브(126), 및 상기 제3 튜브(128)는 서로 나사 결합 등으로 결합되어 서로 분해될 수 있다. 상기 제1 튜브(124)와 상기 제2 튜브(126)의 결합 부위에 다공성막(130)이 배치될 수 있다. 상기 제1 튜브(124)는 그 일단의 내주면에 돌출된 제1 링 부위(124b)를 포함하고, 상기 제2 튜브(126)는 그 일단의 외주면에 돌출된 제2 링 부위(126a)를 포함할 수 있다.

상기 제1 링 부위(124b)는 상기 제2 링 부위(126a)와 체결될 수 있도록 상보적인 형태로 구성하며, 상기 제1 튜브의 제1 링 부위(124b)는 함몰된 링 형태의 상기 다공성막 삽입부(124a)를 포함할 수 있다. 상기 제1 링 부위(124b)와 상기 제2 링 부위(126a)는 서로 나사 결합하여 실링될 수 있다. 상기 다공성막(130)은 상기 다공성막 삽입부(124a)에 삽입되어 고정될 수 있다.

상기 원심분리 튜브의 뚜껑은 대기가 유동할 수 있는 제1 핀홀을 포함하고, 상기 원심분리 튜브의 타단은 폐쇄될 수 있다. 상기 복원력 인가부(140)는 상기 원심분리 튜브의 타단의 내부에 배치된 풍선 및 상기 풍선을 특정 영역으로 구속시키는 풍선 이탈 방지부(141)를 포함할 수 있다. 상기 풍선 이탈 방지부(141)는 메쉬일 수 있다. 상기 풍선 이탈 방지부(141)는 상기 풍선과 상기 원심분리 튜브의 접합 또는 상기 풍선과 선에 의한 연결일 수 있다.

상기 액상 시료(10)는 상기 풍선을 제외한 공간을 채울 수 있다. 상기 풍선이 상기 액상 시료에 인가된 원심력에 의하여 압축되는 경우, 상기 풍선은 부피 감소를 유발하여 순방향 흐름을 제공할 수 있다. 상기 액상 시료에 인가된 원심이 감소하는 경우, 상기 풍선은 부피 팽창을 유발하여 역방향 흐름을 제공할 수 있다.

다공성막(130)은 상기 원심 분리 튜브(120)를 상기 다공성막(130)의 일측에 형성된 제1 공간부(121a)와 상기 다공성막(130)의 타측에 형성된 제2 공간부(121b)로 분리할 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 다공성막(130)은 상기 원심분리 튜브 내에서 고정될 수 있다.

상기 액상 시료(10)는 생체분자를 포함하는 생물학적 시료일 수 있다. 상기 액상 시료는 제1 입자(12), 제2 입자(14), 및 유체 매체를 포함할 수 있다. 상기 액상 시료(10)는 고농도의 생체분자들을 포함하고 전처리과정을 거치지 않은 체액일 수 있다. 상기 상기 원심 분리 튜브(120)에 입자를 포함하는 액상시료를 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.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 분리 방법을 설명하는 도면이다.

도 1a, 도 2a 및 도 3을 참조하면, 입자 분리 장치(100)는 원심분리기(20); 및 상기 원심 분리기에 장착되는 원심분리 튜브 여과 장치(101)를 포함한다. 상기 원심분리 튜브 여과 장치(101)는 액상 시료를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube, 120); 상기 원심분리 튜브(120) 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막(130); 및 상기 원심분리 튜브의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부(140)를 포함한다.

상기 입자 분리 장치의 입자 분리 방법은, 상기 원심분리 튜브 여과 장치(101)의 뚜껑(122)을 열고 제1 입자 및 제2 입자를 포함하는 액상 시료(10)를 외부로부터 상기 원심분리 튜브 여과 장치(101)에 공급한 후 상기 뚜껑(122)을 덮는 단계(S110); 상기 원심분리 튜브 여과 장치(101)를 상기 원심 분리기(20)에 장착한 후 제1 상태로 가속하여 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계(S112); 및 상기 원심분리기를 제2 상태로 감속하여 상기 복원력 제공부는 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계(S114);를 포함한다.

상기 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계 및 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계를 반복한다. 원심력에 의한 순방향 흐름과 복원력에 의한 역방향 흐름의 교번하는 공정은 제2 입자를 여과시킬 수 있다. 제1 상태는 원심력이 복원력보다 큰 상태이고, 제2 상태는 원심력이 복원력 보다 작은 상태일 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원심분리 튜브 여과 장치를 설명하는 개념도이다.

도 4를 참조하면, 원심분리 튜브 여과 장치(201)는, 액상 시료(10)를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑(122)을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube,120); 상기 원심분리 튜브(120) 내에 배치되는 적어도 하나의 다공성막(130); 및 상기 원심분리 튜브(120)의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부(240)를 포함한다. 상기 액상 시료는 상기 다공성막(130)의 기공의 크기보다 큰 제1 입자(12) 및 상기 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자(14)를 포함한다. 상기 제2 입자는 원심력에 의하여 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 이동하고, 상기 원심력이 감소된 경우 상기 복원력 인가부(240)는 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 제1 입자를 제거한다.

상기 원심분리 튜브의 뚜껑(122)은 대기가 유동할 수 있는 제1 핀홀(122a)을 포함하고, 상기 원심분리 튜브의 타단은 폐쇄되고 대기가 유동할 수 있는 제2 핀홀(128a)을 포함할 수 있다.

상기 원심분리 튜브(122)는 연속적으로 연결되는 뚜껑(122), 제1 튜브(124), 제2 튜브(126), 및 절두 원뿔 형상의 제3 튜브(128)를 포함할 수 있다. 상기 뚜껑(122), 상기 제1 튜브(124), 상기 제2 튜브(126), 및 상기 제3 튜브(128)는 서로 나사 결합되어 서로 분해될 수 있다. 상기 제1 튜브(124)와 상기 제2 튜브(126)의 결합 부위에는 다공성막(130)이 배치될 수 있다.

상기 복원력 인가부(240)는 상기 원심분리 튜브의 타단 내부에 배치된 플런저(242)와 상기 플런저(242)와 상기 원심분리 튜브(120)의 타단 사이에 배치된 스프링(244)을 포함할 수 있다. 상기 스프링은 원심력에 의하여 압축되어 상기 플런저를 원심력 방향으로 이동하여 순방향 흐름을 제공할 수 있다. 원심력이 감소한 경우, 스프링은 팽창하여 복원력 방향으로 상기 플런저를 이동시키어 역 방향 흐름을 제공할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원심분리 튜브 여과 장치를 설명하는 개념도이다.

도 5를 참조하면, 원심분리 튜브 여과 장치(301)는, 액상 시료(10)를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑(122)을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube,120); 상기 원심분리 튜브(120) 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막(130); 및 상기 원심분리 튜브(120)의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부(340)를 포함한다. 상기 액상 시료는 상기 다공성막(130)의 기공의 크기보다 큰 제1 입자(12) 및 상기 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자(14)를 포함한다. 상기 제2 입자는 원심력에 의하여 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 이동하고, 상기 원심력이 감소된 경우 상기 복원력 인가부(340)는 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 제1 입자를 제거한다.

상기 원심분리 튜브의 뚜껑(122)은 대기가 유동할 수 있는 제1 핀홀(122a)을 포함할 수 있다. 상기 원심분리 튜브의 타단은 폐쇄될 수 있다.

상기 원심분리 튜브(122)는 연속적으로 연결되는 뚜껑(122), 제1 튜브(124), 제2 튜브(126), 및 절두 원뿔 형상의 제3 튜브(128)를 포함할 수 있다. 상기 뚜껑(122), 상기 제1 튜브(124), 상기 제2 튜브(126), 및 상기 제3 튜브(128)는 서로 나사 결합되어 서로 분해될 수 있다. 상기 제1 튜브(124)와 상기 제2 튜브(126)의 결합 부위에는 다공성막(130)이 배치될 수 있다.

상기 복원력 인가부(340)는 에어 포켓을 제공하는 격벽일 수 있다. 상기 격벽은 상기 액상 시료(10)의 유입시 에어 포켓을 형성하도록 파이프 영역을 포함할 수 있다. 상기 에어 포켓의 공기는 원심력에 의하여 압축되어, 원심력 방향으로 순방향 흐름을 제공할 수 있다. 원심력이 감소한 경우, 에어 포켓은 팽창하여 복원력 방향으로 역 방향 흐름을 제공할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원심분리 튜브 여과 장치를 설명하는 개념도이다.

도 6을 참조하면, 원심분리 튜브 여과 장치(401)는, 액상 시료(10)를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑(122)을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube,120); 상기 원심분리 튜브(120) 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막(130); 및 상기 원심분리 튜브(120)의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부(440)를 포함한다. 상기 액상 시료는 상기 다공성막(130)의 기공의 크기보다 큰 제1 입자(12) 및 상기 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자(14)를 포함한다. 상기 제2 입자는 원심력에 의하여 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 이동하고, 상기 원심력이 감소된 경우 상기 복원력 인가부(440)는 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 제1 입자를 제거한다.

상기 원심분리 튜브(122)는 연속적으로 연결되는 뚜껑(122), 제1 튜브(124), 제2 튜브(126), 및 절두 원뿔 형상의 제3 튜브(128)를 포함할 수 있다. 상기 뚜껑(122), 상기 제1 튜브(124), 상기 제2 튜브(126), 및 상기 제3 튜브(128)는 서로 나사 결합되어 서로 분해될 수 있다. 상기 제1 튜브(124)와 상기 제2 튜브(126)의 결합 부위에는 다공성막(130)이 배치될 수 있다.

상기 원심분리 튜브의 뚜껑(122)은 대기가 유동할 수 있는 제1 핀홀(122a)을 포함하고, 상기 원심분리 튜브의 타단은 폐쇄되고 대기가 유동할 수 있는 제2 핀홀(128a)을 포함할 수 있다.

상기 복원력 인가부(440)는 상기 원심분리 튜브(120)의 타단 내부에 배치된 플런저(242)와 상기 플런저와 상기 원심분리 튜브의 타단 사이에 배치된 한 쌍의 자석(444a,444b)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 자석(444a,444b)은 디스크 형상 또는 와셔 형상이고, 서로 반발력을 제공하도록 서로 반대 방향의 자화 방향을 가질 수 있다.

상기 한 쌍의 자석은 원심력에 의하여 서로 압축되어, 원심력 방향으로 순방향 흐름을 제공할 수 있다. 원심력이 감소한 경우, 상기 한 쌍의 자석은 서로 반발하여 복원력 방향으로 역 방향 흐름을 제공할 수 있다.

도 7a은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원심분리 튜브 여과 장치를 설명하는 개념도이다.

도 7b는 도 7a의 원심분리 튜브 여과 장치의 다공성막 이동부를 설명하는 도면이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 원심분리 튜브 여과 장치(101a)는, 액상 시료(10)를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑(122)을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube,120); 상기 원심분리 튜브(120) 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막(130); 및 상기 원심분리 튜브(120)의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부(140)를 포함한다. 상기 액상 시료는 상기 다공성막(130)의 기공의 크기보다 큰 제1 입자(12) 및 상기 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자(14)를 포함한다. 상기 제2 입자는 원심력에 의하여 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 이동하고, 상기 원심력이 감소된 경우 상기 복원력 인가부(140)는 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 제1 입자를 제거한다.

상기 원심분리 튜브의 뚜껑(122)은 대기가 유동할 수 있는 제1 핀홀(122a)을 포함하고, 상기 원심분리 튜브의 타단은 폐쇄되고 대기가 유동할 수 있는 제2 핀홀(128a)을 포함할 수 있다.

상기 원심분리 튜브(120)는 연속적으로 연결되는 뚜껑(122), 제1 튜브(124), 제2 튜브(126), 및 절두 원뿔 형상의 제3 튜브(128)를 포함할 수 있다. 상기 뚜껑(122), 상기 제1 튜브(124), 상기 제2 튜브(126), 및 상기 제3 튜브(128)는 서로 나사 결합되어 서로 분해될 수 있다. 상기 제1 튜브(124)와 상기 제2 튜브(126)의 결합 부위에는 다공성막(130)이 배치될 수 있다.

상기 복원력 인가부(140)는 상기 원심분리 튜브(120)의 타단의 내부에 배치된 풍선일 수 있다. 상기 매쉬(141)는 상기 원심 분리 튜브(120)의 타단 내부에 고정되어, 상기 풍선이 탈출하는 것을 방지할 수 있다. 상기 액상 시료(10)는 상기 풍선을 제외한 공간을 채울 수 있다. 상기 풍선이 상기 액상 시료에 인가된 원심력에 의하여 압축되는 경우, 상기 풍선은 부피 감소를 유발하여 순방향 흐름을 제공할 수 있다. 상기 액상 시료에 인가된 원심이 감소하는 경우, 상기 풍선은 부피 팽창을 유발하여 역방향 흐름을 제공할 수 있다.

다공성막 이동부(150)는 상기 다공성막(130)을 이동시키어 여과된 입자를 농축시킬 수 있다. 상기 다공성막 이동부(150)는, 상기 다공성막을 지지하는 링 형태의 다공성막 지지부(155); 상기 다공성막 지지부(155)에 결합하는 링 형태의 제1 영구자석(156); 및 상기 원심분리 튜브의 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 원심분리 튜브(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 원심분리 튜브의 외주면을 바라보는 면에 형성된 제3 나사선을 포함할 수 있다. 제4 나사선은 상기 제3 나사선이 마주보는 상기 원심분리 튜브(120)의 외주면에 형성될 수 있다. 상기 제2 영구자석이 회전함에 따라 상기 다공성막의 위치가 변경될 수 있다.

도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성막 이동부를 설명하는 절단 사시도이다.

도 8b는 도 8a의 B-B' 선을 따라 자른 단면도이다.

도 8c는 도 8a의 C-C' 선을 따라 자른 단면도이다.

도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 다공성막 이동부(550)는 상기 다공성막(130)을 이동시키어 여과된 입자를 농축시킬 수 있다. 상기 다공성막 이동부(550)는, 상기 다공성막을 지지하는 링 형태의 다공성막 지지부(155); 상기 다공성막 지지부(155)에 결합하는 링 형태의 제1 영구자석(156); 및 상기 원심분리 튜브의 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. 제2 영구자석 지지부(152)는 상기 제2 영구자석(154)을 지지할 수 있다. 상기 제2 영구 자석 지지부(152)는 원통형상일 수 있다. 제2 돌출부(153)는 상기 제2 영구 자석 지지부(152)의 내주면에서 국부적으로 돌출될 수 있다. 상기 제1 돌출부(157)는 상기 원심분리 튜브(120)의 내주면을 따라 형성된 제1 홈(129a,129b)에 삽입될 수 있다. 상기 제2 돌출부(153)는 상기 원심분리 튜브(120)의 외주면을 따라 형성된 제2 홈(129c)에 삽입될 수 있다. 상기 제1 홈과 상기 제2 홈 각각은 원통의 중심축 방향으로 연장되는 수직 부위(129a), 방위각 방향으로 연장되는 방위각 부위(129b), 및 수직 성분과 방위각 성분을 모두 포함하는 사선 부위 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2 영구자석(154)이 회전함에 따라 상기 다공성막(130)의 위치가 변경될 수 있다. 상기 상기 다공성막(130)의 위치가 변경은 입자를 농축시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 방법을 설명하는 도면이다.

도 9를 참조하면, 입자 분리 장치(100)는 원심분리기(20); 및 상기 원심 분리기에 장착되는 원심분리 튜브 여과 장치(101a)를 포함한다. 상기 원심분리 튜브 여과 장치(101a)는 액상 시료를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube, 120); 상기 원심분리 튜브(120) 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막(130); 및 상기 원심분리 튜브의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부(140)를 포함한다.

상기 입자 분리 장치의 입자 분리 방법은, 상기 원심분리 튜브 여과 장치의 뚜껑을 열고 제1 입자 및 제2 입자를 포함하는 액상 시료를 외부로부터 상기 원심분리 튜브 여과 장치에 공급한 후 상기 뚜껑을 덮는 단계(S110); 상기 원심분리 튜브 여과 장치를 상기 원심 분리기에 장착한 후 제1 상태로 가속하여 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계(S112); 및 상기 원심분리기를 제2 상태로 감속하여 상기 복원력 제공부는 상기 다공성막(130)의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계(S114);를 포함한다

상기 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계 및 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계를 반복한다. 원심력에 의한 순방향 흐름과 복원력에 의한 역방향 흐름의 교번하는 공정은 제2 입자를 여과시킬 수 있다. 상기 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계 및 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계는 상기 원심력을 증가 및 감소를 반복하여 수행될 수 있다.

이어서, 상기 다공성막(130)을 이동시키어 농축하는 단계가 수행될 수 있다(S119). 상기 다공성막(130)의 이동은 상기 다공성막 이동부(150)에 의하여 수행될 수 있다.

상기 원심분리 튜브(120)는 연속적으로 연결되는 뚜껑(122), 제1 튜브(124), 제2 튜브(126), 및 절두 원뿔 형상의 제3 튜브(128)를 포함할 수 있다. 상기 다공성막(130)의 이동은 상기 제2 튜브(126) 내에서 제3 튜브 방향으로 수행될 수 있다. 이에 따라, 제2 입자가 농축될 수 있다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다공성막의 사시도와 다공성막 이동부를 설명하는 단면도이다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 입자 분리 방법을 설명하는 도면이다.

도 12는 도 11의 입자 분리 방법의 동작을 설명하는 도면이다.

도 10, 도 11 및 도 12을 참조하면, 입자 분리 장치(100)는 원심분리기(20); 및 상기 원심 분리기에 장착되는 원심분리 튜브 여과 장치(101a)를 포함한다. 상기 원심분리 튜브 여과 장치(101a)는 액상 시료를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube, 120); 상기 원심분리 튜브(120) 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막(130); 및 상기 원심분리 튜브의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부(140)를 포함한다.

상기 입자 분리 장치의 입자 분리 방법은, 상기 원심분리 튜브 여과 장치의 뚜껑을 열고 제1 입자 및 제2 입자를 포함하는 액상 시료를 외부로부터 상기 원심분리 튜브 여과 장치에 공급한 후 상기 뚜껑을 덮는 단계(S110); 상기 원심분리 튜브 여과 장치를 상기 원심 분리기에 장착한 후 제1 상태로 가속하여 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계(S112); 및 상기 원심분리기를 제2 상태로 감속하여 상기 복원력 제공부는 상기 다공성막(130)의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계(S114);를 포함한다

상기 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계 및 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계를 반복한다. 원심력에 의한 순방향 흐름과 복원력에 의한 역방향 흐름의 교번하는 공정은 제2 입자를 여과시킬 수 있다. 상기 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계 및 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계는 상기 원심력을 증가 및 감소를 반복하여 수행될 수 있다. 제1 시간 간격(T1) 동안은 원심력이 복원력보다 크도록 설정되어, 제2 입자는 상기 다공성막(130)을 투과할 수 있다(S112). 제2 시간 간격(T2) 동안은 복원력이 원심력보다 크도록 설정되어, 다공성막의 기공을 막고 있는 제2 입자를 제거할 수 있다(S114). S112 와 S114를 복수 회 반복하면, 제2 입자는 다공성막(130)을 통과할 수 있다. 상기 다공성막(130)은 상기 원심 분리 튜브(120)를 상기 다공성막(130)의 일측에 형성된 제1 공간부(121a)와 상기 다공성막(130)의 타측에 형성된 제2 공간부(121b)로 분리할 수 있다. 상기 제1 공간부의 부피(V1)은 S112 와 S114를 반복하면, 감소 및 증가를 반복할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계 및 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계가 교번하여 반복됨에 따라, 제1 입자와 제2 입자는 상기 다공성막(130)을 기준으로 분리될 수 있다.

이어서, 상기 다공성막(130)을 이동시키어 농축하는 단계가 수행될 수 있다(S119). 상기 다공성막(130)의 이동은 상기 다공성막 이동부(150)에 의하여 수행될 수 있다. 상기 다공성막(130)의 이동은 특정 방향으로 단순 이동될 수 있다.

상기 원심분리 튜브(120)는 연속적으로 연결되는 뚜껑(122), 제1 튜브(124), 제2 튜브(126), 및 절두 원뿔 형상의 제3 튜브(128)를 포함할 수 있다. 상기 다공성막(130)의 이동은 상기 제1 튜브(124) 내에서 뚜껑(122) 방향으로 수행될 수 있다. 이에 따라, 제1 입자가 농축될 수 있다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 다공성막은 상기 원심 분리 튜브(120) 내에서 왕복 운동하면서 특정 방향으로 이동하여 상기 제1 입자를 농축할 수 있다. 예를 들어, 양의 진행 방향으로 이동하는 상기 다공성막의 이동 거리는 음의 진행 방향으로 이동하는 것보다 작을 수 있다.

본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 원심력에 의해 제2 입자 분리와 기공을 막은 제1 입자를 제거하는 한 사이클 이후, 상기 다공성막을 이동하는 한 사이클이 수행될 수 있다. 상기 다공성막의 이동은 농축을 수행하는 한 다양하게 변형될 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원심분리 튜브 여과 장치를 설명하는 개념도이다.

도 13을 참조하면, 원심분리 튜브 여과 장치(601)는, 액상 시료(10)를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑(122)을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube,620); 상기 원심분리 튜브(620) 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막(130); 및 상기 원심분리 튜브(620)의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부(140)를 포함한다. 상기 액상 시료는 상기 다공성막(130a)의 기공의 크기보다 큰 제1 입자(12) 및 상기 다공성막의 기공의 크기 보다 작은 제2 입자(14)를 포함한다. 상기 제2 입자는 원심력에 의하여 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 이동하고, 상기 원심력이 감소된 경우 상기 복원력 인가부(140)는 상기 다공성막(130a)의 기공을 막고 있는 제1 입자를 제거한다.

상기 원심분리 튜브(620)는 연속적으로 연결되는 뚜껑(622), 제1 튜브(624), 제2 튜브(626), 제3 튜브(628), 및 절두 원뿔 형상의 제4 튜브(629)를 포함할 수 있다.

상기 액상 시료는 제1 입자(12), 제2 입자(14), 및 제3 입자(16)를 포함할 수 있다. 상기 제1 입자의 크기는 상기 제2 입자보다 크고, 상기 제2 입자의 크기는 상기 제3 입자보다 클 수 있다.

상기 다공성막(130)은 상기 제1 튜브(624)와 상기 제2 튜브(626) 사이에 배치된 제1 다공성막(130a) 및 상기 제2 튜브(626)와 상기 제3 튜브(628) 사이에 배치된 제2 다공성막(130b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 다공성막(130a)의 기공 사이즈는 상기 제2 다공성막(130b)의 기공 사이즈보다 클 수 있다. 제1 입자의 크기는 상기 제1 다공성막(130a)의 기공 사이즈보다 클 수 있다. 제2 입자의 크기는 상기 제1 다공성막(130a)의 기공 사이즈보다 작을 수 있다. 제3 입자의 크기는 상기 제2 다공성막의 기공 사이즈 보다 작을 수 있다. 이에 따라, 순방향 흐름과 역 방향 흐름의 반복 공정 후, 상기 제1 입자는 제1 튜브에 농축되고, 상기 제2 입자는 제2 튜브에 농축되고, 제3 입자는 제3 튜브에 농축될 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.

20: 원심분리기
100: 입자 분리 장치
101: 원심분리 튜브 여과 장치
120: 원심분리 튜브
130: 다공성막
140: 복원력 인가부

Claims (13)

1. 원심분리기; 및
   상기 원심 분리기에 장착되는 원심분리 튜브 여과 장치를 포함하고,
   상기 원심분리 튜브 여과 장치는:
   액상 시료를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube);
   상기 원심분리 튜브 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막; 및
   상기 원심분리 튜브의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부를 포함하고,
   상기 액상 시료는 상기 다공성막의 기공의 크기보다 큰 제1 입자 및 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 포함하고,
   상기 제2 입자는 원심력에 의하여 상기 액상 시료의 순방향 흐름이 발생하면 상기 다공성막의 일측에서 타측으로 이동하고,
   상기 원심력이 감소된 경우 상기 복원력 인가부는 상기 액상 시료에 역방향 흐름을 발생시켜 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하고,
   상기 다공성막은 일정한 직경의 기공들을 포함하는 다공성 멤브레인이고,
   상기 기공들은 상기 다공성막을 관통하여 형성되고,
   상기 원심분리 튜브의 뚜껑은 대기가 유동할 수 있는 제1 핀홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
2. 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.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 입자는 줄기 세포이고,
   상기 제2 입자는 적혈구, 백혈구, 혈소판 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 장치.
4. 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.
5. 원심분리기; 및 상기 원심 분리기에 장착되는 원심분리 튜브 여과 장치를 포함하는 입자 분리 장치의 입자 분리 방법에 있어서,
   원심분리 튜브 여과 장치는 액상 시료를 수납하고 일단에 배치된 뚜껑을 포함하는 원심분리 튜브(centrifuge tube); 상기 원심분리 튜브 내에서 상기 원심분리 튜브의 연장 방향을 가로지르는 단면에 배치되는 적어도 하나의 다공성막; 및 상기 원심분리 튜브의 타단에 배치되고 상기 액상 시료에 복원력을 제공하는 복원력 인가부를 포함하고,
   상기 원심분리 튜브 여과 장치의 뚜껑을 열고 제1 입자 및 제2 입자를 포함하는 액상 시료를 외부로부터 상기 원심분리 튜브 여과 장치에 공급한 후 상기 뚜껑을 덮는 단계;
   상기 원심분리 튜브 여과 장치를 상기 원심 분리기에 장착한 후 제1 상태로 가속하여 상기 다공성막의 기공의 크기보다 작은 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계; 및
   상기 원심분리기를 제2 상태로 감속하여 상기 복원력 인가부는 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계;를 포함하고,
   상기 다공성막은 일정한 직경의 기공들을 포함하는 다공성 멤브레인이고,
   상기 기공들은 상기 다공성막을 관통하여 형성되고,
   상기 원심분리 튜브의 뚜껑은 대기가 유동할 수 있는 제1 핀홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계 및 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계를 교번하여 반복하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계 및 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계는 상기 원심력을 증가 및 감소를 반복하여 수행되는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법.
8. 제5 항에 있어서,
   상기 다공성막을 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 제2 입자를 원심력에 의하여 분리하는 단계 및 상기 다공성막의 기공을 막고 있는 상기 제1 입자를 제거하는 단계는 교번하여 반복되고,
   상기 다공성막을 이동시키는 단계는 특정 방향으로 이동하여 상기 제1 입자를 농축하는 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법.
10. 제5 항에 있어서,
    상기 복원력 인가부는 풍선이고,
    상기 복원력 인가부의 복원력은 풍선의 원래 부피로 복원하려는 압력인 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법.
11. 제5 항에 있어서,
    상기 복원력 인가부는 플런저와 스프링이고,
    상기 복원력 인가부의 복원력은 상기 스프링의 원래 위치로 복원하려는 탄성력인 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법.
12. 제5 항에 있어서,
    상기 복원력 인가부는 격벽에 의하여 형성된 에어 포켓이고,
    상기 복원력 인가부의 복원력은 상기 에어 포켓의 원래 부피로 복원하려는 압력인 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법.
13. 제5 항에 있어서,
    상기 복원력 인가부는 상기 원심분리 튜브의 타단 내부에 배치된 플런저와 상기 플런저와 상기 원심분리 튜브의 타단 사이에 배치된 한 쌍의 자석을 포함하고,
    상기 복원력 인가부의 복원력은 상기 한 쌍의 자석의 반발력인 것을 특징으로 하는 입자 분리 방법.
    

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