KR102411672B1 - 회수 가능한 멤브레인이 내장된 생체 물질 농축 장치 - Google Patents

회수 가능한 멤브레인이 내장된 생체 물질 농축 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가볍고 취급이 편리하며, 생체 물질이 고농축된 제2모듈만 회수 가능한 1회용 생체 물질 농축 장치에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치는 샘플 시료를 여과하는 다공막이 배치되는 제1모듈; 상기 제1모듈의 하부에 배치되는 제1통로; 상기 제1통로의 하부에 배치되며, 상기 제1통로에 대하여 수평방향으로 배치되는 멤브레인을 포함하는 제2모듈; 상기 제2모듈의 하부에 배치되는 제2통로; 및 상기 제2통로의 끝단에 배치되며, 제1모듈과 제2모듈에 음압을 가하는 제3모듈;을 포함하고, 상기 멤브레인에 상기 샘플 시료에 포함된 생체 물질이 농축된다.

Description

회수 가능한 멤브레인이 내장된 생체 물질 농축 장치{APPARATUS FOR CONCENTRATING BIOLOGICAL MATERIAL WITH RECOVERABLE MEMBRANES}
본 발명은 회수 가능한 멤브레인이 내장된 1회용 생체 물질 농축 장치에 관한 것이다.
질병의 조기 발견, 조기 치료와 추적을 위해, 세균, 바이러스, 항체, 단백질, 나노 소포체 등의 생체 물질을 분석하여 검출하는 방법이 사용되고 있다.
미량의 생체 물질 등을 검출하기 위해 생체 물질을 준비하는 단계에서 대상 물질을 분리해 모으는 농축 작업이 선행되어야 한다.
일반적으로 농축 작업을 하기 위해 원심 분리법이 사용되었지만, 얇은 세포막으로 이루어진 생체 물질의 경우 세포가 쉽게 깨지고, 고가의 장비가 필요하는 등 단점이 있다.
최근에는 단백질 분석을 위해 나노 크기의 소자를 이용하는 기술이 이용되고 있다.
하지만, 이 경우 소자의 제작이 어렵고 비교적 고가라서 보급화되기 어려운 문제점이 있다. 또한, 단백질 분석 장치에 고감도의 센서가 필요하거나 적은 양의 샘플로는 정확한 분석이 어렵다는 단점이 있다.
한편, 유리나 무겁고 비싼 농축 장치를 이용하여 적은 양의 샘플에서도 생체 물질을 농축하여 검출 정확도를 향상시키는 방식이 있다.
하지만, 유리나 무겁고 비싼 농축 장치는 농축 장치가 크고 무거우며, 폐기물에 대한 처리가 비효율적인 단점이 있다.
따라서, 부피가 작고 가벼운 농축 장치를 이용하여 생체 물질을 효율적으로 농축하면서도 폐기물에 대한 처리가 효율적인 농축 장치의 연구가 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 가볍고 취급이 편리한 1회용 생체 물질 농축 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 생체 물질이 농축된 멤브레인이 외부로부터 오염되는 것을 방지할 수 있는 생체 물질 농축 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 제3모듈에 축적되는 오염물질이 외부로 유출되거나 상부 방향으로 역류하는 현상 없이 폐기 처리가 용이한 생체 물질 농축 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치는 샘플 시료를 여과하는 다공막이 배치되는 제1모듈; 상기 제1모듈의 하부에 배치되는 제1통로; 상기 제1통로의 하부에 배치되며, 상기 제1통로에 대하여 수평방향으로 배치되는 멤브레인을 포함하는 제2모듈; 상기 제2모듈의 하부에 배치되는 제2통로; 및 상기 제2통로의 끝단에 배치되며, 제1모듈과 제2모듈에 음압을 가하는 제3모듈;을 포함하고, 상기 멤브레인에 상기 샘플 시료에 포함된 생체 물질이 농축된다.
본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치는 가볍고 취급이 편리한 1회용으로, 생체 물질이 농축된 멤브레인을 직접 이용하여 진단하거나, 멤브레인이 배치된 제2모듈 또는 멤브레인만 회수하여 검출 및 진단이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치는 생체 물질이 농축된 멤브레인이 외부로부터 오염되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치는 축적되는 오염물질이 외부로 유출되거나 상부 방향으로 역류하는 현상 없이 폐기 처리가 용이한 효과가 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 제1모듈(100)의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제2모듈(200)의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제2모듈(200) 중 상부 커버(32)의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제2모듈(200) 중 분산유닛(33)의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 멤브레인(28)과 지지대(30)가 결합된 구조(26)의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제2모듈(200) 중 하부 커버(36)의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 하부 커버(36)의 정면도와 측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제2모듈(200)의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 제2모듈(200)의 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 제2모듈(200)에서의 유체 흐름을 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 제3모듈(300)이 실린지 형태인 것을 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치에서 제2모듈(200)에 대하여 실린지를 포함하는 제3모듈(300)이 일자형으로 배치된 예의 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치에서 제2모듈(200)에 대하여 실린지를 포함하는 제3모듈(300)이 수직 방향("L"자형)으로 배치된 예의 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 제3모듈(300)에서 진공 펌프(40)의 수축 상태(OFF)를 보여주는 단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 제3모듈(300)에서 진공 펌프(40)의 확장 상태(ON)를 보여주는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 걸림 돌기(44)가 개방된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 걸림 돌기(44)가 폐쇄된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치에서 제2모듈(200)에 대하여 진공펌프를 포함하는 제3모듈(300)이 일자형으로 배치되고, 진공 펌프(40)의 수축 상태(OFF) 예의 단면도이다.
도 19는 본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치에서 제2모듈(200)에 대하여 진공펌프를 포함하는 제3모듈(300)이 일자형으로 배치되고, 진공 펌프(40)의 확장 상태(ON) 예의 단면도이다.
도 20은 본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치에서 제2모듈(200)에 대하여 제3모듈(300)이 수직 방향("L"자형)으로 배치된 예의 단면도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 회수 가능한 멤브레인이 내장된 생체 물질 농축 장치를 설명하도록 한다.
본 발명에서는 제1모듈, 제2모듈, 제3모듈이 결합되고, 제2모듈에 위치한 멤브레인에 생체 물질이 농축되고, 제3모듈에 축적된 오염물질은 역류나 외부 유출 없이 폐기 처리가 용이한 1회용 생체 물질 농축 장치를 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치는 제1모듈(100), 제2모듈(200) 및 제3모듈(300)을 포함한다.
도 1은 본 발명에 따른 제1모듈(100)의 단면도이다.
제1모듈(100)은 샘플 시료를 투입하고 여과하기 위한 소정의 공간과 높이를 가진다. 그리고 제1모듈(100)의 바닥면에는 제1통로(22)의 일단이 결합되고, 제2모듈(200)의 상부 쪽은 제1통로(22)의 타단(끝단)과 결합되어, 제1통로(22)를 통해 제1모듈(100)과 제2모듈(200)이 결합된다.
여기서 일단과 타단(끝단)은 통로의 양쪽 끝을 가리킨다. 일단은 통로의 길이 중에서 중심에 해당하는 영역부터 끝에 해당하는 영역까지를 가리킨다.
타단(끝단)은 통로의 길이 중에서 중심에 해당하는 영역부터 나머지 끝에 해당하는 영역까지를 가리킨다.
제1통로(22)는 여과된 샘플 시료가 하부 방향으로 이동할 수 있도록 그 흐름을 안내하는 역할을 한다.
제1모듈(100)에는 샘플 시료를 여과하는 다공막(14)이 배치된다.
다공막(14)은 샘플 시료에 포함되는 이물질이나 불필요한 성분을 사전에 제거하기 위해 배치된다.
제1모듈(100)에 다공막(14)이 배치됨에 따라, 넓은 막이 존재하므로 프리-필터(pre-filter) 역할이 효율적으로 가능하다. 또한 멤브레인(28)에 끼어있는 찌꺼기로 인한 네거티브 압력이 크게 걸리지 않게 할 수 있다.
이에 따라 제2모듈(200)의 멤브레인(28)에 생체물질을 포함하는 샘플 시료가 용이하게 도달할 수 있다.
다공막(14)의 기공 크기는 후술할 멤브레인(28)의 기공 크기보다 큰 것이 바람직하다.
다공막(14)은 통상적으로 사용되는 데브리 필터 등이 사용될 수 있다.
제1모듈(100)은 샘플 시료를 투입하기 위해 상부가 개폐식 개구부인 형상을 가진다. 개폐식 개구부란, 개폐식 뚜껑(16)을 포함하는 구조이다.
제1모듈(100)의 하부는 깔때기 형상처럼 중심부로 갈수록 경사진 모양을 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 샘플 시료는 생체, 환경, 식품에서 채취하거나 추출할 수 있는 물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
바람직하게는, 생체 시료는 혈액, 혈장, 혈청, 타액, 객담, 소변, 비인두 도찰물, 비인두 흡인액, 뇌척수액 등을 포함할 수 있다.
환경 시료는 수질, 토양, 공기 중에서 채취한 물질일 수 있다.
샘플 시료 중 세포, 이물질, 찌꺼기와 크기가 큰 성분은 다공막(14)에 걸려 제거된다. 특정 생체물질인 세균, 바이러스, 항체, 단백질, 나노 소포체 등의 검출하고자 하는 성분은 상기 다공막(14)을 통과하여 제1통로(22)로 이동하게 된다.
제1통로(22)는 제1모듈(100)의 바닥면에 대하여 하부방향 및 수직방향으로 배치된다.
초음파 융착에 의해, 제1통로(22)와 후술할 제2통로(24)는 제1모듈(100), 제2모듈(200)과 제3모듈(300)에 결합되어 일체화되고, 필요에 따라 다시 분해될 수 있다.
초음파 융착은 초음파 진동에 의해 마찰열로 순간적으로 녹으면서 융착되는 것이다. 구체적으로, 초음파 발생기에서 전달된 전기 신호에 의해 진동자가 진동하게 되고, 상기 진동자에서 발생한 진동을 융착시키고자 하는 부위에 전달하게 된다. 상기 초음파 발생기는 진동자에서 진동을 발생시키기 위한 전기적 신호를 전달하고, 진동자의 전원과 초음파 진동을 조절하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 제2모듈(200)의 단면도이고, 도 3 내지 도 7은 제2모듈(200)의 구성요소에 대한 도면이다.
제2모듈(200)은 제1통로(22)의 하부에 배치되며, 상기 제1통로(22)의 길이방향에 대하여 수평방향으로 배치되는 멤브레인(28)을 포함한다.
제2모듈(200)은 상부 커버(32), 분산유닛(33), 하부 커버(36) 및 멤브레인(28)을 포함한다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 상부 커버(32)는 하부가 개구부이고, 중공의 중심축(31)을 포함하며, 내부 공간을 가진다.
상부 커버(32)는 테두리에서 중심축(31)으로 갈수록 경사면을 가지는 형상, 상부방향으로 볼록하게 형성되는 반원 형상, 또는 중심축(31)에 대하여 소정 각도로 경사지게 형성되는 형상일 수 있다.
상기 내부 공간에는 원판(33a)과 기둥(33b)을 포함하는 분산유닛(33)이 배치된다. 기둥(33b)은 원판(33a) 상에 수직방향으로 배치되고 길이방향으로 복수의 홈이 일정간격으로 형성된 것이다. 상기 복수의 홈은 기둥(33b)의 외주면에서 중심방향으로 반원 모양의 홈이 3~4개 정도 형성된 것으로, 중심축(31)을 통과한 샘플시료가 상기 복수의 홈을 통해 균일한 양과 균일한 속도로 분산되면서 멤브레인(28)에 도달될 수 있도록 가이드하는 역할을 한다.
이러한 분산유닛(33)은 기둥(33b)이 중심축(31)의 내부에 배치되면서, 원판(33a)과 기둥(33b)이 내부 공간에 배치되는 구조이다.
분산유닛(33)의 형상은 상부 커버(32)의 형상과 비슷하거나 동일할 수 있다.
그리고 기둥(33b)의 크기는 중심축(31)에 삽입되도록 적정한 크기로 제작될 수 있다.
하부 커버(36)는 상부 커버(32)의 하부에 배치되어 상부 커버(32)와 결합되는 구조를 가진다.
하부 커버(36)는 중심영역에 중심 홀(34)과 나선형 경로부(35)가 배치된다.
상기 중심영역은 상부 커버(32)의 내부 공간에 위치한다. 중심영역은 하부 커버(36)의 바닥면으로부터 돌출된 높이를 가지며, 상부 커버(32)의 원판(33a)과 밀착될 수도 있다.
중심 홀(34)은 후술할 음압 형성을 위한 출구 역할을 함과 동시에, 샘플시료에 포함된 액체를 제3모듈(300) 방향으로 배출하는 역할을 한다.
나선형 경로부(35)는 후술할 음압 형성이 멤브레인(28)에 균일하게 작용하도록 가이드하는 역할을 한다.
멤브레인(28)은 상기 샘플 시료에 포함된 세균, 바이러스, 항체, 단백질, 나노 소포체 등의 검출하고자 하는 생체 물질이 농축되는 곳이다.
멤브레인(28)은 나선형 경로부(35) 상에 수평방향으로 배치되며, 샘플 시료의 흐름에 따라 특정 성분을 포집하게 된다.
예를 들어, 멤브레인(28)은 단백질 부착에 사용된다.
지지대(30)는 멤브레인(28)이 음압에 의해 제3모듈(300) 방향으로 흡착되어 빠져나가는 것을 방지하는 것으로, 멤브레인(28)을 지지해서 압력을 버티게 하는 기능을 가진다.
지지대(30)는 기공을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
지지대(30)는 얇은 두께의 멤브레인(28)을 지지하는 역할이라면 제한없이 사용될 수 있다.
멤브레인(28)은 크기가 수 nm인 미세 기공부터 크기가 수 ㎛인 기공을 포함하는 것으로, 기공 크기는 상기 생체 물질을 농축시키기 위한 중요한 요소이다.
멤브레인(28)의 기공 크기는 대략 0.01nm~5㎛ 범위일 수 있다.
상기 기공 크기 범위에서 멤브레인(28)에 생체 물질이 효율적으로 고농축되는 효과가 있다.
멤브레인(28)과 지지대(30)의 두께는 서로 동일하거나, 지지대(30)의 두께가 상대적으로 더 두꺼울 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
멤브레인(28)과 지지대(30)의 형상은 직각 또는 원형일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
멤브레인(28)과 지지대(30)의 길이(d1)는 대략 5~20mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
멤브레인(28)과 지지대(30) 각각은 나일론(Nylon), 니트로셀룰로오스(NC), 폴리에스테르(PE), 폴리셀포네이트(PS), 폴리에스테르셀폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리딘다이플루오라이드(PVDF), 폴리프로필렌(PP), 셀룰로오스아세테이트(CA), 리제너레이티드셀룰로오스(RC), 유리섬유, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 및 세라믹 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
이처럼 멤브레인(28)은 크기가 매우 작은 생체 물질도 고농축시키는 효과가 있다. 또한 멤브레인(28)은 빠른 시간 내에 생체 물질의 고농축이 가능하며, 농축이 진행된 후 멤브레인(28)을 손상 및 스크래치 없이 안전하게 분리할 수 있다.
제2모듈(200)에서 중심영역의 테두리에는 오링(37)이 배치된다.
오링(37)은 중심영역의 외부방향, 즉, 나선형 경로부(35)의 외부방향으로 샘플시료, 유체의 누출을 방지하는 역할을 한다.
오링(37)이 없는 경우 패킹 효과가 다소 낮아지면서 멤브레인(28)의 농축 효율이 다소 저하될 수도 있다.
오링(37)은 고무, 실리콘, 불소수지제 등의 다양한 재질로 형성될 수 있다.
상부 커버(32)와 하부 커버(36)는 끼움 결합되어 일체화된다.
이를 위해, 상부 커버(32)의 테두리에 복수의 홀(38a)이 이격 배치되고, 복수의 홀(38a) 위치에 대응되도록, 하부 커버(36)의 테두리에 복수의 돌기부재(38b)가 이격 배치된다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 제2모듈(200)의 사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 제2모듈(200)에서의 유체 흐름을 나타낸다.
도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 샘플시료, 유체는 제2모듈(200)에서 중공의 중심축(31)을 통과하여 분산유닛(33)의 홈을 통과하고, 원판(33a)의 표면을 따라 이동하면서 멤브레인(28)에 도달하여 농축된다. 샘플시료에 포함되는 액체는 제2통로(24)를 통과하여 제3모듈(300)로 축적 또는 배출된다.
제2모듈(200)은 제3모듈(300)과 결합되어 일체화되며, 이를 위해 제2모듈(200)의 바닥면에 대하여 수직방향(일자형) 또는 "ㄴ"의 엘자형으로 제2통로(24)가 배치된다. 제2통로(24)의 일단은 제2모듈(200)의 바닥면과 결합되고, 제2통로(24)의 타단(끝단)은 제3모듈(300)의 상부에 결합된다.
샘플시료에 포함된 액체나, 비생체물질은 제2통로(24)을 따라 이동하면서 제3모듈(300)에 축적된다.
제3모듈(300)은 부피를 가지며, 제1모듈(100)과 제2모듈(200)에 음압을 가하는 역할을 한다. 여기서 음압은 내부 압력이 외부 압력보다 낮은 상태를 가리키며, 이러한 상태를 제공하기 위해 실린지 또는 진공 펌프(40)를 이용할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 제3모듈(300)이 실린지 형태인 것을 나타낸다.
제3모듈(300)이 실린지 형태인 경우, 실린더 역할의 제3모듈(300)과 제3모듈 내부에 밀착되어 상하방향으로 이동 가능한 피스톤을 포함한다.
피스톤을 당기면 제1모듈(100)과 제2모듈(200)에 음압이 형성되면서 제3모듈(300)이 제2모듈(200) 내부에 존재하는 액체를 흡입하게 된다.
도 12는 실린지를 포함하는 제3모듈(300)이 일자형으로 배치된 예의 단면도이고, 도 13은 실린지를 포함하는 제3모듈(300)이 수직 방향("L"자형)으로 배치된 예의 단면도이다.
제2통로(24)가 일자형 또는 "ㄴ"의 엘자형으로 배치됨에 따라 제3모듈(300)의 위치가 달라질 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 제3모듈(300)이 진공 펌프(40)인 것을 나타낸다.
제3모듈(300)은 진공 펌프(40)를 포함한다.
진공 펌프(40)는 확장을 통해, 제1모듈(100)과 제2모듈(200)에 음압을 가한다.
진공 펌프(40)를 수축 상태(OFF)에서 확장 상태(ON)로 작동시켜 음압이 형성되면, 제1모듈(100)에서 여과된 샘플 시료가 제2모듈(200)의 멤브레인(28)을 통과하게 된다. 이때 샘플 시료에 포함된 생체 물질(세균, 바이러스, 항체, 단백질 등)이 멤브레인(28)에 부착되어 농축된다.
도 14에 도시된 바와 같이, 진공 펌프(40)는 공기를 배출시켜 수축 상태(OFF)를 나타낸다. 이 경우 중력에 의해, 샘플 시료가 제1통로(22)를 통과하면서 멤브레인(28)에 부착 및 통과될 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 진공 펌프(40)는 공기를 흡입하여 확장 상태(ON)를 나타낸다.
제3모듈이 없는 상태에서도 생체 물질의 농축 진행이 가능하지만, 농축 효율을 높이기 위해 제3모듈(300)을 배치하는 것이 바람직하다.
추가적으로, 단계별로 진행할 때 각 모듈마다 분리하지 않고 직접 진단할 경우에는 용량 별로 세척, 블로킹, 시약 반응 등의 단계가 추가되는 것에 따라 단계별로 스토퍼(42)가 당겨지는 길이를 조절할 수 있다.
중력과 함께 진공 펌프(40)에 의한 흡입력에 의해, 샘플 시료가 멤브레인(28)에 부착 및 통과될 수 있으며, 생체 물질의 농축 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한 매우 빠른 시간에 농축이 가능하다.
생체 물질의 농축 효율성을 나타내기 위해, 진공 펌프(40)의 부피는 큰 것이 바람직하다. 예를 들어, 제3모듈(300)의 부피는 제1모듈(100)의 부피보다 적어도 1배 이상인 것이 바람직하다.
진공 펌프(40)에 따라 형성되는 음압의 크기는 스토퍼(42)에 따라 조절될 수 있다. 진공 펌프(40)에 대하여, 스토퍼(42)를 하부 방향으로 당길수록 진공 펌프(40)의 부피가 최대치로 된다.
스토퍼(42)는 막대 형상을 가진다. 스토퍼(42)는 진공 펌프(40)의 하부에 길이방향으로 배치되며 제3모듈(300)의 바닥면을 관통하게 된다.
그리고 스토퍼(42)는 외주면에 일정간격으로 복수개의 걸림 돌기(44)가 배치된다.
진공 펌프(40)에 따른 음압 형성 시, 스토퍼(42)는 하부 방향으로 이동하게 된다. 농축 단계, 중간 반응액 처리 단계 등이 순차적으로 진행될 때, 설정된 단계에 따라 스토퍼(42)의 당겨지는 길이가 조절될 수 있다.
이때 상기 하부 방향으로 이동하는 길이는 복수개의 걸림 돌기(44)의 위치에 따라 조절된다. 걸림 돌기(44)는 스토퍼(42) 상부 방향으로 이동하는 것을 방지하고, 진공 펌프(40)에 축적되는 오염물질이 역류하는 현상을 방지하는 역할을 한다.
이를 위해, 걸림 돌기(44)는 고무나 실리콘 재질과 같은 탄성 재질을 포함할 수 있다. 걸림 돌기(44)가 유리처럼 탄성이 없는 재질인 경우 걸림 돌기(44) 때문에 스토퍼(42)가 하부 방향으로 이동할 수 없게 된다.
도 16은 본 발명의 걸림 돌기(44)가 개방된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 16에 도시한 바와 같이, 걸림 돌기(44)는 개방된 상태를 유지한다.
만약 걸림 돌기(44)가 제3모듈(300) 내부에 위치한 상태에서 스토퍼(42)를 표시된 길이(d2) 만큼 당기면, 당겨진 길이(d2) 만큼의 걸림 돌기(44)가 제3모듈(300)의 외부에 위치하게 된다.
걸림 돌기(44)는 개방된 상태를 유지하기 때문에 스토퍼(42)가 제3모듈(300) 내부로 다시 이동하지 않게 된다.
도 17은 본 발명의 걸림 돌기(44)가 폐쇄된 상태를 보여주는 단면도이다.
걸림 돌기(44)가 폐쇄되는 경우는, 걸림 돌기(44)가 제3모듈(300)의 바닥면에 걸려 있을 때이다.
도 18은 본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치에서 제2모듈(200)에 대하여 진공펌프를 포함하는 제3모듈(300)이 일자형으로 배치되고, 진공 펌프(40)의 수축 상태(OFF) 예의 단면도이다.
도 18의 작동 모습은 샘플 시료를 투입하기 전 상태일 수 있다.
도 19는 본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치에서 제2모듈(200)에 대하여 진공펌프를 포함하는 제3모듈(300)이 일자형으로 배치되고, 진공 펌프(40)의 확장 상태(ON) 예의 단면도이다.
도 19의 작동 모습은 밸브(32)만 폐쇄된 상태로, 단계에 따라 주입되는 물질이 지지대(30)에 결합된 멤브레인(28)에 부착되지 못하도록 할 수 있다.
도 20은 본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치에서 제2모듈(200)에 대하여 제3모듈(300)이 수직 방향("L"자형)으로 배치된 예의 단면도이다.
제2통로(24)가 일자형 또는 "ㄴ"의 엘자형으로 배치됨에 따라 제3모듈(300)의 위치가 달라질 수 있다.
본 발명에 따른 생체 물질 농축 장치의 작동 과정은 제1모듈(100)을 통해 샘플 시료를 주입한 후 여과된 샘플 시료가 멤브레인(28)을 통과하도록 한다.
이때 샘플 시료에 포함되는 생체 물질은 멤브레인(28)의 무수한 기공을 통해 통과하면서 고농축된다.
생체 물질을 제외한 나머지 성분, 오염물질은 제2통로(24)를 통해 흘러 내려가 제3모듈(300)의 진공 펌프(40)에 축적된다.
예를 들어, 진공 펌프(40) ON 상태에서 소변을 다공막(14)으로 거른다. 여과된 소변이 멤브레인(28)을 통과하면서 소변에 포함된 단백질 등이 멤브레인(28) 막에 부착된다. 이후 다른 시료를 다공막(14)에 주입하여 반응시키면 그 시료에 존재하는 검출용 단백질 등도 멤브레인(28)에 부착하게 된다.
이러한 부착을 방지하기 위해, 무반응 단백질류를 멤브레인(28)에 통과시킬 수 있다. 이에 따라 다음 단계인 검출작용에서 비특이적인 반응을 최소화할 수 있다.
검출 용액 처리 단계는 Gold-Ab, 형광-Ab를 사용할 수 있다.
Gold-Ab는 검출 방법에서 주로 사용되는 시약으로, 양성반응일 경우 붉은색으로 나타나는 방식이다.
이러한 검출 시약을 다른 통에 보관하고, 멤브레인(28)이나 멤브레인(28)이 배치된 제2모듈(200)만 분리한 후 상기 검출 시약과 반응시켜 검출을 수행할 수 있다. 또한 유전자를 추출하여 PCR, RT-PCR, 염기서열 분석 등으로 존재하는 병원체를 검출할 수 있다.
또는 농축 장치에 배치된 제1모듈(100)과 제2모듈(200)에, 멤브레인(28)에 농축된 생체 물질과 특이적으로 반응하는 검출 시약을 주입하여 반응시킴으로써 검출을 수행할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 1회용 생체 물질 농축 장치는 제1모듈, 제2모듈 및 제3모듈이 일체형으로 결합되어 있으며, 가볍고 취급이 편리한 장점이 있다.
샘플 시료가 한 방향으로만 통과하기 때문에 제3모듈에 축적되는 오염물질이 외부로 유출되거나 상부 방향으로 역류하는 현상 없이 폐기 처리가 용이한 효과가 있다.
또한 생체 물질이 농축된 멤브레인이 외부로부터 오염되는 것을 방지할 수 있다.
나아가 본 발명에서는 생체 물질이 농축된 제2모듈만 회수하여 검출 및 진단이 가능하고, 유전자를 검사하는 방법에도 활용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
100 : 제1모듈
200 : 제2모듈
300 : 제3모듈
14 : 다공막
22 : 제1통로
24 : 제2통로
28 : 멤브레인
30 : 지지대
31 : 중공의 중심축
32 : 상부 커버
33a : 원판
33b : 기둥
33 : 분산유닛
34 : 중심 홀
35 : 나선형 경로부
36 : 하부 커버
37 : 오링
38a : 홀
38b : 돌기부재
40 : 진공 펌프
42 : 스토퍼
44 : 걸림 돌기

Claims (5)

  1. 샘플 시료를 여과하는 다공막이 배치되는 제1모듈;
    상기 제1모듈의 하부에 배치되는 제1통로;
    상기 제1통로의 하부에 배치되며, 상기 제1통로에 대하여 수평방향으로 배치되는 멤브레인을 포함하는 제2모듈;
    상기 제2모듈의 하부에 배치되는 제2통로; 및
    상기 제2통로의 끝단에 배치되며, 제1모듈과 제2모듈에 음압을 가하는 제3모듈을 포함하고,
    상기 제2모듈은
    하부가 개구부이고, 중공의 중심축을 포함하며, 내부 공간을 가지는 상부 커버;
    원판과, 상기 원판 상에 수직방향으로 배치되고 길이방향으로 복수의 홈이 일정간격으로 형성된 기둥을 포함하며, 상기 중공의 중심축과 내부 공간에 배치되는 분산유닛;
    상기 상부 커버의 하부에 배치되고, 중심영역에 중심 홀과 나선형 경로부가 배치되는 하부 커버; 및
    상기 나선형 경로부 상에 수평방향으로 배치되는 멤브레인을 포함하며,
    상기 멤브레인에 상기 샘플 시료에 포함된 생체 물질이 농축되는 생체 물질 농축 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나선형 경로부가 배치되는 중심영역은 하부 커버의 바닥면으로부터 돌출된 높이를 가지며,
    상기 중심영역의 테두리에 오링이 배치되는 생체 물질 농축 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 커버의 테두리에 복수의 홀이 이격 배치되고,
    상기 복수의 홀에 끼움 결합되도록, 상기 하부 커버의 테두리에 복수의 돌기부재가 이격 배치되는 생체 물질 농축 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인은 나일론(Nylon), 니트로셀룰로오스(NC), 폴리에스테르(PE), 폴리셀포네이트(PS), 폴리에스테르셀폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리딘다이플루오라이드(PVDF), 폴리프로필렌(PP), 셀룰로오스아세테이트(CA), 리제너레이티드셀룰로오스(RC), 유리섬유, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(graphene) 및 세라믹 중 1종 이상을 포함하는 생체 물질 농축 장치.
  5. 삭제
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