KR102270402B1 - 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혼합 용액 속에 존재하는 마그네틱 비드를 효과적으로 분리할 수 있도록 자기력 흐름을 이용하는 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에 관한 것이다.

Description

자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리장치{MIP(Magnetic Iron Particles) Discrimination Device Using Magnetic Force Flow}

본 발명은 혈액이나 혼합 용액의 MIP를 자기력 흐름을 이용하여 분리하는 MIP 분리장치에 관한 것이다.

혈액은 사람 또는 동물의 혈관을 순환하고, 폐에서 받아들인 산소를 조직세포로 운반하며, 이산화탄소를 조직으로부터 폐로 운반하여 밖으로 방출시킨다.

또한, 혈액은 소화관에서 흡수된 영양소를 장기나 조직 세포로 운반하고, 조직의 분해 산물인 생체에 불필요한 물질을 신장으로 운반하여 몸 밖으로 배출시키며, 내분비선에서 분비된 호르몬을 작용 기관 및 조직으로 운반한다.

한편 혈중 암세포란 암 환자의 말초 혈액 (peripheral blood)에 존재하는 암세포를 통칭하며 원발 병소 또는 전이 병소로부터 탈락된 암세포들이다.

이러한 혈중 암세포는 암 진단, 치료 예후 분석, 미세전이 분석 등에 있어서 유력한 바이오 마커(Bio-Marker)로 기대되고 있다.

뿐만 아니라 기존의 암 진단 방법에 비해 혈중 암세포 분석은 비침습 (non-invasive) 방법이라는 장점을 갖고 때문에 미래의 암진단 방법으로 매우 유망하다.

하지만 혈중 암세포는 혈액 중 분포 비율이 전체 세포 10억개 당 암세포 1개 또는 백혈구 106~107개 당 암세포 1개 수준으로 매우 낮기 때문에 정확한 분석이 매우 어려우며 매우 정교한 분석 방법을 필요로 한다.

현재 암진단, 혈세포 분석 등에서 사용하는 세포 분리 방법에서의 가장 큰 이슈는 바로 생산성, 효율이다.

즉, 빠른 분리 속도 및 높은 분리 효율 등이 요구된다.

기존 기술들은 생산성의 이슈를 만족하기 위해 주로 기계적 구조물을 통해 세포를 걸러 내는 방식을 사용한 바 있다.

다른 한편으로는 전기장, 밀도 등을 이용하여 세포 분리를 하는 방법이 개시된 바 있으나, 대부분 생산성의 이슈를 만족하지 못하는 한계가 있었다.

또한, 기계적 구조물을 사용하는 경우, 세포가 구조물에 부착되어 버리거나, 분리된 세포를 다시 추출하는게 곤란하다는 문제가 발생한다.

따라서, 세포 분리 속도는 높으나, 분리 효율이 떨어지는 부가적인 문제점을 안고 있었다.

이와 같은 기계적 구조물을 이용하는 세포 분리 방법의 문제점을 해결하기 위해 자성을 이용하는 세포 분리 방법이 개시된 바 있다.

먼저 암세포에 특이반응하는 항체가 결합된 자성 나노입자(이를 마그네틱 비드라 한다.)와 검사하고자 하는 혈액을 혼합하여 자성 나노 입자가 결합된 암세포들을 포함하는 혼합 용액을 제조한다.

채널이 형성된 칩에 혼합 용액과 완충 용액(버퍼, 예를 들어 증류수)을 흘려 넣어 유체의 점도에 맞게 각각의 흐름을 제어하고, 자석을 구동하여 혈중 암세포를 혈액으로부터 분리하는 종래의 기술은 다음과 같다.

(1) 선행기술 1은 칩의 채널 외부에 1개 또는 복수 개의 자석을 설치하여 자성 나노 입자가 결합된 암세포를 유도하는 방식이다.

선행기술 1은 마그네틱 비드의 분리 효율이 낮다는 단점이 있다.

(2) 선행기술 2는 칩의 채널 외부에 일정한 간격으로 배치되는 복수 개의 자석에 의해 마그네틱 비드를 분리하는 방식이다.

즉, 선행기술 2는 혼합 용액이 칩의 채널을 흘러 지나가는 동안 일정한 간격으로 배치되는 각각의 자석에 마그네틱 비드가 분리되도록 하는 방식이다.

선행기술 2 역시 마그네틱 비드의 분리 효율이 낮다는 단점이 있다.

(3) 선행기술 3은 칩의 채널 내부의 상부 또는 측벽에 자석을 일정한 간격으로 설치하여 분리하는 방식이다.

즉, 선행기술 3은 자석에 마그네틱 비드가 직접 달라 붙도록 하여 분리하는 방식으로 선행기술 1 또는 선행기술 2에 비해 초기 분리 효율은 높다.

그러나 자석에 마그네틱 비드가 달라 붙을수록 분리 효율이 감소한다는 단점이 있다.

선행기술 1 내지 선행기술 3은 자석 또는 전자석 유도 분리 방식이다.

(4) 선행기술 4는 자기 유도 방식으로 선행기술 1 내지 선행기술 3에 비해 분리 효율이 높다는 장점이 있다.

칩에 형성된 와이어 패턴을 통해 양측으로 유입된 혼합 용액 속의 마그네틱 비드는 자기 유도 방식에 의해 강자성 와이어 패턴의 중앙에 분리된다.

선행기술 1 내지 선행기술 3에 비해 분리 효율이 높으나 다음과 같은 문제점이 있다.

1) 선행기술 4에 쓰이는 칩의 경우 기본적으로 반도체 기술이 적용된 와이어 패턴을 사용하게 되므로, 칩 제조 단가가 매우 높다.

2) 칩을 재활용하기 위해 세척을 하는 과정에서 칩 내부 세척시 와이어 패턴의 손상 및 세척 후 잔여물의 존재가 문제된다.

3) 칩 세척 과정에서 칩의 내부에 남을 수 있는 공기는 마그네틱 비드 분리시 방해물로 작용한다.

4) 칩의 상판이 연질의 재질로 제작되므로 치수가 변할 수 있으며, 완충 용액이나 혼합 용액 주입구 고정시 견고한 고정이 보장되지 않는다.

한국공개특허공보 제2013-0103282호 한국공개특허공보 제2013-0095485호 한국등록특허 제1212030호 한국등록특허 제1211862호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 마그네틱 비드 분리 효율이 높을 뿐만 아니라, 칩의 제조 단가가 낮아 경제적인 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 채널을 포함하는 칩; 상기 칩에 자기력을 부여하는 자석;을 포함하며, 상기 자석과 상기 칩은 서로 상대 이동을 하되, 상기 칩의 일측에는 혼합 용액 투입구와 완충 용액 투입구가 형성되며, 상기 칩의 타측에는 마그네틱 비드 배출구와 기타 입자 배출구가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 칩의 하부에는 플레이트가 형성되며, 상기 자석은 상기 플레이트 상에 형성되되, 상기 플레이트는 회전 운동을 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 자석은 상기 플레이트 상에 복수 개가 형성되고, 상기 자석은 상기 플레이트의 원주 또는 반경 방향을 따라 배치되되, 하나의 자석과 인접하는 자석 사이에는 자기력의 차이가 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 자기력의 차이는 하나의 자석과 인접하는 자석과의 높이 차 또는 하나의 자석과 인접하는 자석의 크기 차에 의해 이뤄지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 플레이트는 원판이며, 상기 플레이트 상에 배치되는 상기 자석은 제1자석부; 상기 제1자석부와 교차 배치되는 제2자석부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 제1자석부와 상기 제2자석부 사이에 배치되는 제3자석부를 포함하되, 상기 제3자석부와 교차 배치되는 제4자석부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 자석은 상기 플레이트 상에 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 플레이트는 상기 플레이트의 중심에 대해 편심 회전 운동을 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 칩의 하부에 위치하는 벨트; 상기 자석은 상기 벨트 상에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 벨트는 제1풀리와 제2풀리를 감싸며 배치되며, 상기 제1풀리 또는 상기 제2풀리를 구동하는 구동부가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 벨트는 상기 칩의 하부에 위치하는 제1벨트; 상기 제1벨트로부터 소정 거리만큼 이격되며, 상기 칩의 하부에 위치하는 제2벨트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 제1벨트를 구동하는 제1구동부; 상기 제2벨트를 구동하는 제2구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 벨트 상에 상기 자석은 복수 개로 배치되며, 하나의 자석과 인접하는 자석과의 가로 방향 이격 거리는 a이며, 세로 방향 이격 거리는 b인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 사선 방향으로 복수 개의 자석이 나란하게 일렬로 배치되며, 일렬로 배치된 하나의 자석과 인접하는 다른 자석과의 거리가 동일한 제5자석부;

상기 제5자석부와 평행하게 배치되는 제6자석부;를 더 포함하되,

상기 제5자석부와 제6자석부가 반복 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 자석은 상기 벨트 상에 복수 개로 불규칙하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 청구항 1 내지 청구항 15의 어느 한 항에 있어서, 상기 자석은 복수 개의 자석이 결합하며 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 채널에는 경사가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 채널에는 단차가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 채널에는 경사 및 단차가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 칩은 상판과 상기 상판과 결합하는 하판을 포함하여 이루어지며, 상기 채널은 상기 칩의 상판 또는 상기 칩의 하판에 형성되는 단차를 더 포함하되, 상기 채널의 높이는 상기 칩의 길이 방향에 대해 일정한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 상기 칩은 상기 자석에 대하여 기울여 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 다음과 같은 장점이 있다.

(1) 자석이 이동하며 칩 내부의 마그네틱 비드에 지속적으로 자기력을 부여하므로, 마그네틱 비드 분리 효율이 현저하게 향상된다.

(2) 회전 플레이트에의 자석의 배치를 반경 방향으로 높이 차를 형성함으로써 인접하는 자석 사이에서 마그네틱 비드의 흐름을 원활하게 할 수 있다.

(3) 회전 플레이트에의 자석의 배치를 원주 방향으로 높이 차를 형성함으로써 마그네틱 비드가 뒤로 밀려가는 현상을 방지할 수 있다.

(4) 칩 제조시 일반적인 재료(예를 들어 플라스틱)를 사용하므로 경제적이다.

(5) 일회용 칩을 사용하므로 세척 등의 재활용 과정이 불필요하다.

(6) 칩의 내부에 공기가 남아 있더라도 마그네틱 비드 분리효율이 떨어지지 않는다.

(7) 칩의 크기를 길게 형성할 경우, 마그네틱 비드 분리 속도를 높여 분리 효율이 향상된다.

도 1은 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치의 사시도
도 2는 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 플레이트 상의 자석 배치도
도 3은 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 플레이트 상의 자석 배치도
도 4는 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 플레이트가 편심 직접 구동방식 사시도
도 5는 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 플레이트가 직접 구동 방식 사시도
도 6은 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 플레이트 상의 반경 방향에 배치된 자석의 개략도
도 7은 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 플레이트 상의 원주 방향에 배치된 자석의 개략도
도 8은 본 발명에 바람직한 다른 실시례(벨트 구동 방식)의 사시도
도 9는 본 발명에 바람직한 다른 실시례(독립 벨트 구동 방식)의 사시도
도 10은 본 발명에 바람직한 다른 실시례(벨트 구동 방식)에서의 벨트 상의 자석 배치도
도 11은 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 복수의 자석이 결합된 개략도
도 12는 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 칩의 사시도
도 13은 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 칩의 하판 평면도
도 14는 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 칩의 상판 사시도
도 15는 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 칩의 사시도
도 16은 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 칩의 하판 평면도
도 17은 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 칩의 상판 평면도
도 18은 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 칩 내부에 형성된 단차의 단면도
도 19는 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 칩 내부에 형성된 채널의 단면도
도 20은 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 칩과 자석의 배치도

이하, 본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치(10)를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치(10)의 상세한 설명에서 "상"에 있다고 언급되는 경우, 이는 당해 부재에 직접 접촉되어 있거나, 이들 사이에 제3의 부재가 게재될 수 있다는 것을 의미한다.

먼저 MIP(Magnetic Iron Particles, 자성 철입자)는 magnetite(Fe3O4), maghemite(gamma Fe2O3), cobalt ferrite, manganese ferrite 등으로 구성되었으며, 구체적인 예로는 magnetic beads, magnetic iron particle beads, magnetic iron nanoparticle beads, superparamagnetic agarose beads 등이 있다.

이하의 설명에서 마그네틱 비드는 MIP의 한 예이다.

먼저 칩(200)의 채널(CH)에 유입되는 혼합 용액은 암세포에 특이반응하는 항체가 결합된 자성 나노입자와 검사하고자 하는 혈액을 혼합하여 만든다.

혈액에는 백혈구와 같은 정상 세포들(제 1 물질종, PU), 서로 다른 종류의 암세포A(제 2 물질종, PS1)와 암세포B(제 3 물질종, PS2)을 포함할 수 있다.

암세포들(PS2, PS3)의 종류가 다를 경우, 암세포에 발현되는 표지자(예를 들면, 항원)의 수가 다르다.

EpCAM (epithelial cellular adhesion molecule) 표지자의 경우 유방암세포 SKBr-3의 세포당 EpCAM 발현수는 약 500,000개, 전립선암세포 PC3-9의 세포당 EpCAM 발현수는 약 50,000개, 방광암세포 T-24의 세포당 EpCAM 발현수는 약 2,000개 등으로 암종에 따라 1개의 암세포당 발현되는 표지자의 수에 큰 차이가 난다.

따라서 EpCAM에 특이 반응하는 항체를 자성나노입자에 결합시키고 이 자성나노입자와 암환자의 혈액을 혼합하게 되면 암세포의 암 종류에 따라 암세포에 결합되는 자성나노입자의 수에 큰 차이가 발생한다.

이와 같이 세포당 결합되는 자성 나노입자의 수 차이는 자기력을 이용하여 암종을 분리하는데 활용된다.

한편, 칩의 완충 용액 투입구(220b)에는 증류수와 같은 완충 용액이 유입된다.

칩의 완충 용액 투입구(220b)을 통하여 별도로 주입된 완충 용액과 혼합 용액 투입구(220a)에 투입된 혼합 용액은 각자의 속도로 칩(200)의 채널(CH)에서 흐르며 각자의 유동층을 침범하지 않는 듯한 흐름을 보인다.

그러나 자석(150)의 자기력에 의해 마그네틱 비드는 완충 용액 쪽으로 끌려가게 된다.

전술한 바와 같이 자성 나노입자 또는 자성 철입자는 마그네틱 비드라 한다.

칩(200) 하부에는 자기력이 부여된다.

자기력은 자성체의 특성을 갖는 어떤 물질도 사용 가능하며, 대표적으로는 Ni, Co, Fe 또는 이들의 화합물들이 사용될 수 있다.

자기력은 유체 내에서 자성을 띈 입자를 끌어당겨 입자의 흐름을 방해하는 역할을 한다.

본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치(10)는 채널(CH)을 포함하는 칩(200)과 칩에 자기력을 부여하는 자석(150)을 포함하여 이루어진다.

먼저 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치(10)는 베이스(20)를 포함한다.

베이스(20)의 상부에는 턴테이블(60)과 구동부(미도시) 및 Z축 및 각도 조절장치(70)가 형성된다.

또한 베이스(20)의 상부에는 구동부 제어를 위한 컨트롤러(30)와 드라이브(40) 등이 더 포함되며, 전원공급장치(SMPS,35)가 더 포함된다.

Z축 및 각도 조절장치(70)의 상부에는 칩 홀더(50)가 결합한다.

칩 홀더(50)는 그 상부에 결합된 Z축 및 각도 조절장치(70)로부터 플레이트(100)의 중심을 향해 돌출 형성되며, 외팔보 지지구조를 갖는다.

칩 홀더(50)의 일단은 Z축 및 각도 조절장치(70)의 상부와 결합한다.

Z축 및 각도 조절장치(70)는 칩 홀더(50)와 뒤에서 설명할 플레이트(100)와의 거리 및 각도를 조절하는 역할을 한다.

칩(200)은 칩 홀더(50)에 놓이게 된다.

칩(200)에 자기력을 부여하는 자석(150)은 칩(200)에 대해 이동한다.

또는 칩(200)은 자석(150)에 대해 이동한다.

결국, 칩(200)과 자석(150)은 서로 상대 이동을 한다.

도 1을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

Z축 및 각도 조절장치(70)의 상부에는 칩 홀더의 일단(50a)이 결합한다.

칩 홀더(50)는 칩 홀더의 중간(50b)부터 칩홀더의 타단(50c)까지 플레이트(100) 상부에 위치하게 된다.

칩(200)은 플레이트(100) 상부에 위치하는 칩 홀더(50)에 놓여지는데, 구체적으로 칩(200)에 자기력을 부여하기 위해서는 칩(200)은 칩 홀더의 중간(50b)부터 칩홀더의 타단(50c) 사이에 위치함이 바람직하다.

플레이트(100)는 플레이트(100) 하부에 위치하는 턴테이블(60) 상에 위치하며, 턴테이블(60)은 플레이트(100)를 회전시킨다.

참고로 턴테이블(60)을 구동하는 방식은 (1) 간접 구동과 (2) 직접 구동의 2가지로 크게 구분할 수 있다.

간접 구동 방식은 턴테이블(60)이 벨트에 의해 구동되며, 벨트는 풀리와 연결된다.

풀리는 모터에 의해 구동하는 방식이다.

직접 구동 방식은 턴테이블(60) 하부에 형성되는 모터가 직접 턴테이블(60)을 회전시키는 방식이다.

칩(200)은 플레이트 상부에 위치하는 칩 홀더(50)에 놓여지게 되므로, 반대로 플레이트(100)는 칩(200)의 하부에 형성된다.

한편 칩(200)에 자기력을 부여하는 자석(150)은 플레이트(100) 상에 형성된다.

만약 플레이트(100) 상에 자석이 한 개만 형성된 경우, 플레이트(100)의 1 회전당 한번의 자기력만 칩(200)에 부여된다.

이러한 구성은 칩(200)의 채널(CH) 내부에서 혼합용액 속에 있는 마그네틱 비드의 분리 속도 측면에서 본 발명의 다른 실시례에 비해 불리하다.

따라서, 마그네틱 비드의 분리 속도를 증가하기 위해 플레이트(100) 상에 배치되는 자석(150)은 복수 개로 배치하며, 또한 다양한 자석 배치를 갖도록 구성함이 바람직하다.

자석(150)은 플레이트(100) 상에 복수 개가 형성되도록 한다.

이때, 플레이트(100)의 원주 방향을 따라 배치되는 자석은 하나의 자석과 인접하는 자석 사이에는 자기력의 차이가 존재하며, 이러한 자기력의 차이는 자석(150)과 칩(200) 사이의 높이 차로 구현될 수 있다.

즉, 플레이트(100)의 원주 방향으로 복수 개가 배치된 자석 가운데 하나의 자석을 M1이라고 한다.

그리고 M1 보다 플레이트(100)의 원주 방향으로 뒤에 있는 자석을 M2라 한다.

플레이트(100)가 회전 운동을 하게 되면, 플레이트(100)의 원주 방향을 따라 복수 개가 배치되는 자석(150)이 칩(200)에 자기력을 부여한다.

하나의 마그네틱 비드가 M1의 자기력에 의해 칩의 채널(CH) 내에서 마그네틱 비드 배출구(220c) 방향으로 이동한다.

만약 M1의 후방에 있는 자석인 M2의 자기력이 M1과 같다면, M1의 자기력에 의해 유도되어 분리된 마그네틱 비드는 다시 M2의 자기력에 칩의 채널(CH) 내에서 다시 뒤로 이동하게 된다.

즉, 마그네틱 비드가 -

(Theta) 방향으로 이동하게 되는 백킹 현상(Backing Effect)이 발생하게 된다.

따라서, 마그네틱 비드의 분리를 효율적으로 하기 위해서는 자기력의 세기 조절이 필요하며, 이는 플레이트(100)의 원주 방향으로 따라 복수 개가 배치되는 자석(150)은 하나의 자석을 기준으로 인접하는 자석의 자기력을 서로 달리하여, 예를 들어 자석(150)과 칩(200)과의 높이차를 다르게 함으로써 달성할 수 있다.

플레이트(100)의 반경 방향을 따라 배치되는 자석은 하나의 자석과 인접하는 자석 사이에는 자기력의 차이가 존재하며, 이러한 자기력의 차이는 자석(150)과 칩(200)의 높이차로 구현될 수 있다.

플레이트(100)의 반경 방향을 기준으로 하나의 자석을 M3라 하고, M3보다 플레이트의 중심에 가까운 자석을 M4라 한다.

하나의 마그네틱 비드가 M3을 통과하여 M4의 자기력에 의해 칩의 채널(CH) 내에서 마그네틱 비드 배출구(220c) 방향으로 이동한 경우를 가정한다.

M4보다 플레이트(100)의 중심에서 멀게 배치된 M3의 자기력이 M4와 같다면, M3을 통과하여 M4의 자기력에 의해 마그네틱 비드 배출구(220c) 방향으로 가야하는 마그네틱 비드가 M3의 자기력에 의해 다시 뒤로 이동하게 된다.

즉, 마그네틱 비드가 +R 방향(플레이트(100)의 중심으로부터 멀어지게 되는 방향)으로 이동하게 되는 백킹 현상(Backing Effect)이 발생하게 된다.

따라서, 마그네틱 비드의 흐름을 원활하게 하기 위해서는 자기력의 세기 조절이 필요하며, 이는 플레이트(100)의 반경 방향으로 따라 복수 개가 배치되는 자석(150)은 하나의 자석을 기준으로 인접하는 자석의 자기력을 달리하여, 예를 들어 자석(150)과 칩(200)과의 높이 차를 다르게 함으로써 달성할 수 있다.

턴테이블(60) 상에 위치하는 플레이트(100)는 원판형상을 갖도록 함이 바람직하다.

이는 턴테이블(60) 상에 위치하는 플레이트(100)가 원판형상일 경우 플레이트(100)의 회전이 용이하고 플레이트(100) 상에 배치되는 복수 개의 자석(150)이 칩(200)에 연속적으로 자기력을 부여하기가 용이하기 때문이다.

그러나 플레이트(100)의 형상은 원판형상에 한정되는 것은 아니며, 턴테이블(60) 상에 위치하여 턴테이블(60)의 회전에 따라 플레이트(100)가 회전할 수 있다면, 플레이트(100)의 형상은 사각형상도 가능하다.

이하에서는 플레이트(100)상에 배치되는 자석(150)의 배치에 대하여 설명한다.

(1) 플레이트(100) 상에 배치되는 복수 개의 자석(150)은 제1자석부(150a)를 포함한다.

제1자석부(150a)는 플레이트(100) 상에서 플레이트(100)의 직경 방향으로 배치된다.

제2자석부(150b)는 제1자석부(150a)와 교차 배치되며, 제1자석부(150a)와 제2자석부(150b)는 서로 90도의 각도를 이루며 배치된다.

마그네틱 비드의 분리 효율을 향상시키기 위해서는 플레이트(100) 상에 배치되는 자석은 제3자석부(150c)와 제4자석부(150d)가 더 포함할 수 있다.

(2) 제3자석부(150c)도 플레이트(100) 상에서 플레이트(100)의 직경 방향으로 배치된다.

제4자석부(150d)는 제3자석부(150c)와 교차 배치되며, 제3자석부(150c)와 제4자석부(150d)는 서로 90도의 각도를 이루며 배치된다.

한편 제3자석부(150c)는 전술한 제1자석부(150a)와 제2자석부(150b)의 사이에 배치되므로, 제3자석부(150c)와 서로 90도의 각도를 이루며 배치되는 제4자석부(150d)도 제1자석부(150a)와 제2자석부(150b)의 사이에 배치된다.

이상의 설명에서는 제1자석부(150a)와 제2자석부(150b)가 90도 각도를 이루고, 제3자석부(150c)와 제4자석부(150d)가 서로 90도 각도를 이루는 것으로 설명하고 있으나, 다른 실시례로서 90도가 아닌 다른 각도로 형성될 수 있으며, 또 다른 실시례로서 칩(200)과 자석(150)이 상대 이동하면서 마그네틱 비드의 흐름을 원활하게 하는 경우라면 플레이트(100)상에 그 이외의 추가적인 자석부의 배치도 가능하다.

마그네틱 비드의 분리 효율 향상을 위해 플레이트(100)의 반경 방향의 폭 범위 내에서 최대한 많은 자석이 설치되는 배치라면 복수 개의 자석(150)을 불규칙적으로 배치할 수도 있다.

이상의 설명은 플레이트(100)의 회전 운동은 플레이트(100)의 중심에 대해 이루어짐을 기준으로 한 것이다.

본 발명의 바람직한 다른 실시례에서는 플레이트(100)의 회전 운동은 플레이트(100)의 중심에 대해 편심되어 이루어질 수 있다.

즉, 플레이트(100)의 중심과 구동부(80)의 중심이 서로 어긋나게 위치할 경우 구동부(80)의 회전 운동은 플레이트(100)의 편심 회전 운동을 유발한다.

도 4에 도시한 편심축(105)은 플레이트(100)의 중심으로부터 편심되어 형성된다.

플레이트(100)가 구동부(80)에 대해 편심 회전 운동을 하게 될 경우 칩 홀더(50)에 놓여지는 칩(200)에 부여하는 자기력은 플레이트(100)가 편심 회전 운동함에 따라 다르게 힘을 미친다.

따라서, 전술한 플레이트(100)의 원주 방향 또는 반경 방향으로 자석(150)의 자기력의 차이, 예를 들어 자석(150)의 높이 차를 형성하지 않아도 칩(200)에 부여하는 자기력의 변화가 가능하므로 마그네틱 비드의 분리 효율을 향상할 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이 플레이트(100)는 내륜(100b)과 외륜(100a)으로 분리하여 구성할 수 있다.

플레이트(100)는 내륜(100b)과 외륜(100a)으로 분리하는 구성은 내륜(100b)과 외륜(100a)의 회전 방향을 서로 상이하게 할 수 있다.

이때 내륜(100b)과 외륜(100a)을 구동하는 구동부(80)는 독립 구동 방식으로 구성함이 바람직하다.

내륜(100b)과 외륜(100a)의 회전 방향이 같을 경우 회전 속도를 상이하게 하여 마그네틱 비드의 분리 효율 및 분리 속도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치(10)에서 이하의 실시례는 벨트(300) 상에 배치된 자석(150)에 의해 마그네틱 비드의 분리를 도모한다.

즉, 칩(200)의 하부에는 벨트(300)가 위치하며, 벨트(300) 상에는 자석(150)이 배치된다.

벨트(300) 상에 배치되는 자석(150)은 복수 개로 배치하는 것이 마그네틱 비드의 분리 효율상 유리하다.

벨트(300)는 도면을 기준으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있으며, 이와 같이 벨트(300)는 무한 궤도 운동을 한다.

벨트(300)가 무한 궤도 운동을 하기 위해 제1풀리(400)와 제2풀리(500)가 벨트(300)의 내측에 위치한다.

따라서, 벨트(300)는 제1풀리(400)와 제2풀리(500)를 감싸며 배치된다.

제1풀리(400) 또는 제2풀리(500)를 구동하여, 제1풀리(400)와 제2풀리(500)를 감싸며 배치된 벨트(300)가 무한 궤도 운동을 하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시례에서는 제2풀리(500)를 구동한다.

제1풀리(400) 또는 제2풀리(500)에는 구동부(미도시)가 결합되며, 이러한 구동부로는 모터 등의 사용이 바람직하다.

칩 홀더의 일단(50a)에는 Z축 및 각도 조절 장치(70)가 더 구비된다.

Z축 및 각도 조절 장치(70)는 칩(200)과 벨트(300) 사이의 거리 또는 각도를 조절하는 역할을 하여 칩(200)에 부여되는 자기력의 세기를 조절할 수 있다.

칩(200)에 부여되는 자기력의 세기를 보다 정밀하게 조절하여, 마그네틱 비드의 유도 효율을 보다 향상시키기 위해 독립 구동방식에 의해 벨트(300)를 무한 궤도 운동을 할 수 있다.

즉, 칩(200)의 하부에는 위치하는 제1벨트(300a)와 제2벨트(300b)가 위치한다.

제2벨트(300b)는 제1벨트(300a)와 서로 소정 거리만큼 이격되도록 위치하나, 벨트(300)는 칩(200)의 하부에 위치하도록 해야 한다.

제1벨트(300a)는 구동력을 부여하는 제1구동부(미도시)와 결합한다.

제2벨트(300b)를 구동력을 부여하는 제2구동부(미도시)와 결합한다.

이와 같이 서로 소정 거리만큼 이격되도록 위치하는 제1벨트(300a)와 제2벨트(300b)가 각각 독립적인 구동부와 결합하면, 제1벨트(300a)와 제2벨트(300b)의 무한 궤도 운동 속도는 서로 다르게 조절할 수 있다.

제1벨트(300a)와 제2벨트(300b)의 무한 궤도 운동 속도를 서로 다르게 독립적으로 제어할 수 있다면 칩 채널(CH) 내부의 마그네틱 비드는 보다 정밀하게 유도 분리될 수 있다.

즉, 마그네틱 비드는 칩(200)에 형성된 마그네틱 비드 배출구(220c)에 가까운 쪽에 위치하는 벨트의 무한궤도 운동 속도를, 칩(200)에 형성된 혼합 용액 투입구(220a)에 가까운 쪽에 위치한 벨트의 무한궤도 운동 속도보다 느리게 함으로써, 마그네틱 비드를 마그네틱 비드 배출구(220c) 측으로 보다 정밀하게 유도 분리할 수 있다.

한편 제1벨트(300a)와 제2벨트(300b)의 무한궤도 운동 속도를 동일하게 하면서, 제1벨트(300a)와 제2벨트(300b) 상의 자석(150)의 배치를 서로 달리함으로써 마그네틱 비드를 마그네틱 비드 배출구(220c) 측으로 보다 정밀하게 유도 분리할 수 있다.

벨트(300) 상에는 자석(150)이 복수 개로 배치될 수 있다.

하나의 자석과 인접하는 자석과의 가로 방향 이격 거리가 a라고 할 때, 하나의 자석과 인접하는 자석과의 세로 방향 이격 거리는 b라 한다.

이때 a와 b는 동일하게 할 수 있으며, a<b 또는 a>b 와 같이 a와 b를 서로 상이하게 함으로써 벨트(300) 상에 배치되는 자석(150)은 다양하게 배치될 수 있다.

벨트(300) 상에는 사선 방향으로 복수 개의 자석이 나란하게 일렬로 배치되며, 일렬로 배치된 하나의 자석과 인접하는 다른 자석과의 거리가 동일한 제5자석부(150e)가 형성된다.

이를 통해 칩(200)의 채널(CH)에 자기력이 없는 데드 존(dead zone)을 없앨 수 있다.

제5자석부(150e)와 평행하게 제6자석부(150f)가 배치된다.

제5자석부(150e)와 제6자석부(150f)가 평행하게 배치되므로, 제6자석부(150f)도 복수 개의 자석이 나란하게 일렬로 배치되며, 일렬로 배치된 하나의 자석과 인접하는 다른 자석과의 거리가 동일하게 된다.

벨트 상에는 제5자석부(150e)와 제6자석부(150f)가 반복하며 배치된다.

칩(200)과 자석(150)이 상대 이동하면서 마그네틱 비드의 흐름을 원활하게 하는 경우라면, 마그네틱 비드의 분리 효율 향상을 위해 벨트(300) 상에 대해 복수 개의 자석(150)을 불규칙적으로 배치할 수도 있다.

이상의 설명에서 플레이트(100) 상 또는 벨트(200) 상에 배치되는 자석(150)은 복수 개의 자석을 결합하여 형성할 수 있다.(도 11 참고)

즉, 막대형 자석을 기준으로 설명하면 자석의 일단에는 N극과 자석의 타단에는 S극이 형성된다.

막대형 자석에서의 자기력의 세기는 N극과 S극에서 가장 높게 형성되는 반면, N극과 S극이 만나는 중간 지점은 자기력이 거의 없거나 미미한 수준이다.

만약 도면과 같이 복수 개의 자석을 결합하여 하나의 자석으로 사용할 경우 플레이트 상 또는 벨트 상에 배치되는 자석의 설치 공간을 크게 증가시키지 않고 N극과 S극이 만나는 중간 지점에서의 자기력의 세기를 증가시킬 수 있게 된다.

즉, N극과 S극이 만나는 지점에서는 자기력이 미미하지만 복수 개의 자석이 서로 중첩됨으로써, N극과 S극이 만나는 중간 지점에서의 자기력의 증가가 가능하다.

이와 같이 복수 개의 자석을 결합하여 하나의 자석을 형성할 경우, N극과 S극이 만나는 중간 지점에서의 자기력의 세기를 증가시키면서 자기력의 불균일성을 해소하여 마그네틱 비드 유도 및 분리 효율을 향상할 수 있다는 장점이 있다.

자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서 칩(200)의 형상은 다음과 같다.

칩(200)은 대략적으로 직사각형 평판 형상을 갖는 상판(210)과 하판(220)을 포함하여 이루어진다.

칩의 상판(210)과 칩의 하판(220)이 결합하여 채널(CH)이 형성된다.

먼저 칩의 하판(220)에는 내부가 움푹 파인 함몰부(225)와 복수 개의 구멍(220a~220d)이 형성된다.

복수 개의 구멍(220a~220d)은 혼합 용액이 투입되는 혼합 용액 투입구(220a), 식염수 같은 완충 용액이 투입되는 완충 용액 투입구(220a)를 포함한다.

칩의 일측(200a)에는 혼합 용액이 투입되는 혼합 용액 투입구(220a), 식염수 같은 완충 용액이 투입되는 완충 용액 투입구(220a)가 형성된다.

또한 복수 개의 구멍(220a~220d)은 마그네틱 비드가 배출되는 마그네틱 비드 배출구(220c) 및 기타 입자가 배출되는 기타 입자 배출구(220d)를 포함한다.

칩의 타측(200b)에는 마그네틱 비드 배출구(220c) 및 기타 입자가 배출되는 기타 입자 배출구(220d)가 형성된다.

칩의 하판(220)은 칩의 상판(210)과 결합한다.

이러한 결합을 통해 칩의 하판(220)에 형성된 함몰부(225)와 칩의 상판(210)의 내측면 사이에 채널(CH)과 복수 개의 통로(225a~225d)를 형성한다.

복수 개의 통로(225a~225d)들은 혼합 용액 투입구(220a)과 채널(CH)을 연결하는 혼합 용액 통로(225a), 버퍼 용액 투입구(220b)와 채널(CH)을 연결하는 버퍼 용액 통로(225b)를 포함한다.

복수 개의 통로(225a~225d)들은 또한 마그네틱 비드 배출구(220c)와 채널(CH)을 연결하는 마그네틱 입자 통로(225c) 및 기타 입자 배출구(220d)와 채널(CH)을 연결하는 기타 입자 통로(225d)를 포함한다.

전술한 함몰부(225)는 칩의 하판(220)에 형성됨을 기준으로 하였으나, 칩의 상판(210)에 함몰부를 형성할 수 있다.

본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서는 채널(CH)에는 경사가 형성된다.

채널(CH)에 마그네틱 비드 배출구(220c) 방향으로 하향 경사를 형성함으로써 마그네틱 비드 분리 속도 및 효율을 향상시킨다.

본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서는 채널(CH)에는 마그네틱 비드 배출구(220c) 방향으로 단차(250)가 형성된다.

도 19에 도시한 바와 같이 칩(200)을 측면에서 바라볼 경우, 칩(200)의 길이방향으로, 구체적으로 채널(CH)에서 마그네틱 비드 배출구(220c) 방향으로 단차(250)가 형성된다.

칩의 채널(CH) 내부에서 유동하는 마그네틱 비드가 플레이트(100) 상 또는 벨트(300) 상에 배치된 하나의 자석(M1)에 의해 유도된 후 M1의 후방에 위치하는 자석 M2의 자기력에 의해 다시 뒤로 유동될 수 있다.

이와 같은 마그네틱 비드의 후방 이동을 방지하기 위해 채널(CH)에 도 16에 도시한 바와 같은 단차(250)를 형성한다.

채널(CH)에 형성된 단차(250)에 의해 마그네틱 비드가 후방으로 다시 이동하는 현상(백킹 효과, Backing Effect)을 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치에서는 칩(200)의 채널(CH)에 경사와 단차(250)를 조합하여 형성할 수 있다.

이와 같이 채널(CH)에 경사와 단차(250)를 조합하여 형성할 경우, 마그네틱 비드의 유동 흐름상에서 마그네틱 비드 분리 속도 및 효율을 향상할 수 있을 뿐만 아니라 마그네틱 비드가 후방으로 다시 이동하는 현상(백킹 효과, Backing Effect)을 방지할 수 있다.

채널(CH)은 칩의 상판(210) 또는 칩의 하판(220)에 형성된 함몰부(225)에 의해 형성된다.

전술한 바와 같이 함몰부(225)는 칩의 상판(210) 또는 칩의 하판(220)에 형성할 수 있다.

만약 채널(CH)의 높이를 칩(200)의 길이 방향에 대해 일정하도록 유지한다면 채널(CH) 내부에서의 유속의 변화를 줄일 수 있다.

이와 같이 채널(CH) 내부에서의 유속의 변화를 감소시킬 경우 마그네틱 비드의 분리 효율이 향상됨은 자명하다.

본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치(10)에서는 칩(200)은 상판(210)과 상판(210)과 결합하는 하판(220)을 포함하여 이루어진다.

채널(CH)은 칩의 상판(21) 또는 칩의 하판(220)에 형성되는 단차(250)를 더 포함한다.

채널(CH)의 높이는 칩(200)의 길이 방향에 대해 일정하도록 한다.

채널(CH) 내부에 칩의 상판(210) 또는 칩의 하판(220)에 형성되는 단차(250)가 포함될 경우 채널(CH)의 높이를 칩의 길이 방향에 대해 일정하게 유지하기 위해서는 칩의 하판(220)에 형성된 단차(250)와 부합하는 단차(250)를 칩의 상판(210)에도 형성해야 한다.

칩(200)은 자석(150)에 대하여 기울여 배치될 수 있다.

전술한 바와 같이 칩(200)은 플레이트(100) 또는 벨트(300) 위에 위치하는 칩 홀더(50)에 위치하며, 칩(200)과 플레이트(100) 상 또는 벨트(300) 상에 배치되는 자석(150)은 서로 평행하게 위치하는 것이 기본이다.

그러나 마그네틱 비드가 플레이트(100) 상 또는 벨트(300) 상에 배치되는 복수 개의 자석(150) 사이에서 자기력의 간섭에 의해 채널(CH)에서의 흐름이 원활하지 않을 수가 있다.

즉, 마그네틱 비드를 혼합 용액 내에서 원하는 방향으로 유도하는 과정에서 마그네틱 비드에 작용하는 자력이 동일할 경우 채널(CH)에서의 흐름이 원활하지 않다.

따라서, 칩(200)을 기준으로 길이방향, 더욱 구체적으로는 마그네틱 비드 배출구(220c)로 작용하는 자력은 혼합 용액 통로(225a)에 작용하는 자력보다 자력의 세기를 크게 할 필요가 있다.

혼합 용액 통로(225a)에 작용하는 자력보다 마그네틱 비드 배출구(220c)에 작용하는 자력을 크게 할 수 있도록 칩(200)을 자석(150)에 대하여 하향의 기울기를 부여할 수 있다.

이와 같이 칩(200)을 자석(150)에 대하여 하향의 기울기를 부여하여 배치할 경우에는 혼합 용액 통로(225a)에 작용하는 자력보다 마그네틱 비드 배출구(220c)에 작용하는 자력을 크게 할 수 있다.

따라서, 빠른 속도로 마그네틱 비드를 마그네틱 비드 배출구(220c)로 유도할 수 있다.

칩(200)을 자석(150)에 대하여 상향의 기울기를 부여하여 배치할 경우에는 혼합 용액 통로(225a)에 작용하는 자력보다 마그네틱 비드 배출구(220c)에 작용하는 자력을 작게 할 수 있다.

이와 같이 배치할 경우에는 마그네틱 비드를 마그네틱 비드 배출구(220c)로 보다 정밀하게 유도할 수 있다.

도 20에 도시한 바와 같이 칩(200)은 칩 홀더(50)에 놓여지게 되므로 칩 홀더(50)의 기울려짐은 칩(200)이 기울려짐과 같다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한 본 발명에서 개시된 여러가지 실시예는 다양하게 조합하여 실시할 수 있다.

본 발명에 의한 자기력 흐름을 이용한 MIP(Magnetic Iron Particles)분리 장치는 마그네틱 비드 분리 효율이 높을 뿐만 아니라, 칩의 제조 단가가 낮아 경제적이다.

10 : 분리 장치
20 : 베이스 30 : 컨틀로러
40 : 드라이버 50 : 칩 홀더
60 : 턴테이블 70 : Z축 및 각도 조절장치
100 : 플레이트 150 : 자석
150a : 제1자석부 150b : 제2자석부
150c : 제3자석부 150d : 제4자석부
150e : 제5자석부 150f : 제6자석부
200 : 칩 210 : 칩의 상판
220 : 칩의 하판 220a : 혼합 용액 투입구
220b 완충 용액 투입구 220c : 마그네틱 비드 배출구
220d : 기타 입자 배출구 250 : 단차
300 : 벨트 400 : 제1풀리
500 : 제2풀리

Claims (21)

1. 채널을　포함하는　칩;
   상기 칩의 하부에 형성되는 플레이트;
   상기 플레이트에 형성되어 상기　칩에　자기력을　부여하는　자석;
   상기　칩이　놓이는　칩　홀더;
   상기　칩　홀더가 결합되는　조절장치;를　포함하며,
   상기　자석과　상기　칩은　서로　상대　이동을　하되,
   상기　칩은　상기　자석의　상부에　위치하고,
   상기　조절장치는　상기　칩과　상기　자석의　거리 또는 각도를　조절하는　자기력　흐름을　이용한　MIP(Magnetic　Iron　Particles)분리　장치
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