KR102478198B1

KR102478198B1 - 타겟물질의 자동 분리 장치, 이를 구비한 액체 핸들링 시스템 및 분리 방법

Info

Publication number: KR102478198B1
Application number: KR1020220014029A
Authority: KR
Inventors: 신상; 고남일; 박상영
Original assignee: 주식회사 에이블랩스
Priority date: 2022-02-03
Filing date: 2022-02-03
Publication date: 2022-12-19
Also published as: WO2023149621A1

Abstract

시료에서 자성입자와 결합되는 타겟물질을 분리하기 위한 분리 장치로서, 자석 플레이트, 자석 플레이트를 상하방향으로 이송하여 자석 플레이트의 상하 방향 위치를 제어하는 상하 이동기구, 및 상하 이동 기구와 자석 플레이트를 수용하는 케이싱을 포함하는 마그네틱 블록; 및 상기 마그네틱 블록의 하부에 결합되어 상기 마그네틱 블록이 수평방향 오비탈 운동을 하도록 회전력을 전달하는 쉐이킹 블록;을 포함하고, 상기 마그네틱 블록의 상단에는 웰 플레이트가 수평으로 안착되기 위한 안착부가 형성되고, 상기 마그네틱 블록과 상기 쉐이킹 블록은 상하로 결합되는 일체형 단일 장치로 구성된다.

Description

타겟물질의 자동 분리 장치, 이를 구비한 액체 핸들링 시스템 및 분리 방법{AUTOMATIC DEVICE FOR SEPARATING TARGET MATERIALS FROM SAMPLE, LIQUID HANDLING SYSTEM WITH THE SAME AND SEPARATING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 자성입자와 가역적으로 결합되는 타겟물질을 분리하는 자동 분리 장치 및 이를 포함하는 자동 액체 핸들러 시스템에 관한 것이다.

자동 액체 핸들링 장치(Automatic liquid handler system)는 다량의 시료를 효율적으로 고속 처리할 수 있도록, 세척(washing), 희석(dilution), incubation, 분주(dispensing), labware 이동 등이 편리하도록 설계된 자동화 장비이다.

특히 다채널 파이펫 모듈을 구비한 자동 액체 핸들링 장치(Robotic liquid handler)를 이용하면, 다채널로 다수의 시료를 동시 분주할 수 있어 고속 처리를 안정적으로 할 수 있다. 자동 액체 처리 장치는 소정량의 액체를 이송하기 위해서 3차원 운동을 하는 로봇부(또는 3차원 이송기구)와, 로봇부에 결합되어 프로그램에 따라 자동이송되는 파이펫 모듈과, 프로그램이 저장되는 메모리를 구비하여 상기 로봇부와 파이펫 모듈의 작동을 제어하는 제어부을 포함한다. 특히 복수의 파이펫팁이 정렬된 다채널 파이펫모듈은 롯봇팔 또는 3차원 이송기구에 결합하여 웰 플레이트 내로 시료, 약물 등 액체를 자동이송한다.

한편, 생물학적 시료로부터 핵산, 단백질등을 분리하는 다양한 방법들이 개발되어 왔다. 이 중 자성 마이크로 입자 또는 자성 나노입자를 이용하여 생물학적 시료에서 타겟 물질을 분리하는 방법 및 장치는 주로 항원항체반응을 이용한 진단 검사, 질량 분석, RNA, DNA, mRNA 등의 핵산 추출, 단백질을 위한 ELISA 혹은 전계 발광 검정(assay)(electroluminescence assay), 화학발광 분석, 차세대 시퀀싱(NGS:next generation sequencing) 등 다양한 분석 및 검사에 많이 응용이 되어 개발되었다.

파스테르 사노피 다이아노스틱사는 96 웰플레이트(well plate)에 자성입자를 바닥에 응집시키고 다시 서스펜션 시키는 방법을 개발하였다(미국 특허 제5,558,839호). 미세한 자성입자들을 이용하여 용액의 서스펜션 상태에서 빠르게 생화학물질들을 부착시키고 자기장을 가해 타겟물질이 부착된 자성입자들을 응집시킨 다음, 용액을 제거하여 간편하게 타겟물질을 분리할 수 있다.

일본 특개소63-210773호는 측정 대상 물질(표적 물질)과 특이적으로 결합하는 물질을 고정화한 자성체 미립자를 이용하여 시료와 자성체 미립자와의 현탁액에 자기장을 인가하고, 자기장의 인가에 의해 자성체 미립자를 변위시켜, 이 미립자로 고정화한 물질과 측정 대상 물질과의 반응을 촉진한다 .

자성 입자를 이용한 타겟 물질 분리 방법은 미세 자성체와 결합된 타겟 물질을 자기장을 이용하여 응집하고, 이후 세척 과정을 거쳐 타겟 물질을 부유하는 다양한 방법을 개발해 왔다. 예를 들어, 일정한 자기장과 교번되는 자기장을 이용하여 응집과 서스펜션이 가능하게 하거나(US 5,770,461), 파이펫의 일회용 팁에 영구자석을 접근시켜 자성입자를 부착시켜 자성입자를 응집시켜 용액으로부터 분리하는 방법(US 6,187,270) 등이 제시되었다.

그러나, 이러한 종래의 자기장을 이용한 분리 장치들은 범용 자동 액체 핸들링 장치에 적용하기에는 복잡하고 사이즈가 커서 별도의 장치로 구성되었다. 따라서 범용의 액체 로봇 핸들러 외에 별도의 분리 장치를 구비해야 하므로 비용이 증가하는 문제가 있었다. 또한, 자성입자가 결합된 타겟 물질을 영구자석 또는 전자석을 이용하여 응집하고 자석봉이나 교번 자기장을 이용하여 서스펜션되게 하므로 서스펜션 효율이나 정도가 낮았다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하여, 타겟물질의 분리 품질이 우수한 일체형 자기 분리 모듈을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 자동 액체 핸들링 장치의 데크에 장착가능한 소형 자기 분리 모듈을 제공하고자 한다.

시료에서 자성입자와 결합되는 타겟물질을 분리하기 위한 분리 장치로서,

자석 플레이트, 자석 플레이트를 상하방향으로 이송하여 자석 플레이트의 상하 방향 위치를 제어하는 상하 이동기구, 및 상하 이동 기구와 자석 플레이트를 수용하는 케이싱을 포함하는 마그네틱 블록; 및 상기 마그네틱 블록의 하부에 결합되어 상기 마그네틱 블록이 수평방향 오비탈 운동을 하도록 회전력을 전달하는 쉐이킹 블록;을 포함한다. 상기 마그네틱 블록의 상단에는 웰 플레이트가 수평으로 안착되기 위한 안착부가 형성된다.

상기 마그네틱 블록과 상기 쉐이킹 블록은 상하로 결합되는 일체형 단일 장치로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 웰 플레이트에는 시료가 주입되기 위한 하나 이상의 웰이 형성된다.

케이싱의 상단에 웰 플레이트가 장착되기 위한 단턱이 형성되고,

상기 쉐이킹 블록은 회전모터, 상기 회전모터의 샤프트에 고정 결합되는 편심 캠, 베어링, 및 상기 회전모터가 고정되는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 복수의 탄성 체결부에 의해 상기 케이싱에 결합된다. 상기 복수의 탄성 체결부는 하우징의 외측에 서로 대칭되게 배치되는 것이 바람직하다.

상기 회전모터의 샤프트는 상기 편심 캠에 의해 베어링의 중심에서 편심되고 상기 베어링의 외경은 상기 케이싱 저부에 끼움 고정되어, 회전모터의 회전력은 상기 편심 캠을 통해 베어링으로 전달되어 상기 케이싱을 오비탈 쉐이킹(orbital shaking)한다.

상기 분리장치를 데크에 장착한 자동 액체 핸들링 장치를 이용하여 자성 입자와 가역적으로 결합된 타겟물질을 분리하는 방법은 다음의 단계들을 포함한다.

자성 입자와 결합된 상기 타겟물질을 포함하는 시료 용액을 상기 웰 플레이트의 웰에 수용한 상태에서, 상기 웰의 하부에 상기 타겟물질이 응집되도록 상기 자석 플레이트를 상기 웰 플레이트와 근접하도록 상부로 이송하는 단계;

상기 자석 플레이트에 의해 인가되는 자기장에 의해 웰의 하부에 타겟물질이 응집된 상태에서 이송부에 의해 자동 이송되는 파이펫 모듈이 시료 용액을 흡인하여 배출하는 단계;

파이펫 모듈에 의해 웰에 세정액을 토출한 후 다시 흡인하여 타겟물질로부터 불순물을 제거하는 단계;

상기 자석 플레이트를 웰 플레이트로부터 하부로 이송하여 자성 입자와 결합된 타겟물질에 가해지는 자기력을 제거하는 단계; 및

상기 쉐이킹 블록이 상기 마그네틱 블록을 통해 상기 웰 플레이트를 오비탈 쉐이킹함으로써 상기 타겟물질을 웰 하부로부터 분리하여 부유시키는 단계.

본 발명의 일 측면에 의하면, 타겟물질의 분리 품질이 우수하면서 범용 액체 핸들링 장치에 적용하여 사용 편의성이 우수하고 비용 절감이 가능한 일체형 자기 분리 장치를 제공한다.

본 발명은 또한 자동 액체 핸들링 장치의 데크에 장착가능한 소형 자기 분리 모듈을 제공하고자 한다.

도 1은 본 발명에 의한 자동 액체 핸들링 장치(1)의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 웰 플레이트(500)가 장착된 분리 장치(100)가 자동 액체 핸들링 장치의 데크(300)에 안착된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 96 웰 플레이트(500)를 분리한 상태에서의 분리 장치(100)을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 장치의 부분 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 장치의 마그네틱 블록의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 장치의 마그네틱 블록의 케이싱과 하부의 쉐이킹 블록의 결합 관계를 나타낸 도면이다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 장치의 종 단면을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 장치의 다른 방향에서의 단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결" 또는 "결합"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결" 또는 "직접적으로 결합"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 "연결" 또는 "결합"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 생물학적 시료용액으로부터 용액에 포함되어 있는 각각의 타겟물질들을 자성입자를 이용하여 분리하는 장치 및 방법을 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 자동 액체 핸들링 장치(1)의 사시도이다. 본 발명의 일 실시예에 의한 액체 핸들링 장치(1)는 케이스(10) 내에 배치되는 이송부(400), 로봇부에 장착되는 파이펫모듈(200)를 포함한다. 자동 액체 핸들링 장치(1)는 슬라이드 개폐가능한 도어(12)를 더 포함할 수 있고, 케이스(10)의 하부에는 각종 모듈(20) 등이 안착되는 데크(300)가 배치된다.

이송부(400)는 통상 수평방향으로 2차원 운동을 하는 XY-Gantry와 상하운동을 하는 Z축 구동부로 구성되고, 예를 들어 3차원 로봇일 수 있다. 로봇 헤드(400)에 파이펫모듈(200)이 장착되어 액체 시료를 3차원 공간상에서 이송한다.

한편, 데크(300)에는 파이펫 팁 어레이 용기, 온도 제어 모듈, 웰 플레이트 스택, 분리 장치와 같은 각종 모듈이나 장치(20)가 안착될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티채널 웰 플레이트(500)가 장착된 분리 장치(100)가 자동 액체 핸들링 장치의 데크(300)에 안착된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 3은 96 웰 플레이트(500)를 분리한 상태에서의 분리 장치(100)를 나타낸 사시도이다.

도 2 내지 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 장치(100)의 구성을 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분리 장치(100)는 시료에서 자성입자와 가역적으로 결합되는 타겟물질을 분리하기 위한 장치로서, 범용 자동 액체 핸들링 장치의 데크에 장착되어 웰 플레이트 내 시료 액체로부터 타겟물질을 자성을 이용하여 분리하기 위한 장치이다. 상기 분리 장치(100)는 96 웰 플레이트 뿐 아니라 96 well PCR plate 등의 다양한 웰 플레이트가 장착 가능하다.

본 발명의 분리 장치(100)는 생물학적 시료로부터 생물학적 물질 또는 핵산을 추출 또는 분리하기 위한 추출수단, 추출수단 이송장치(400), 생물학적 시료 또는 분리된 생물학적 물질을 수용하기 위한 용기 및 제어수단(미도시)을 포함한다.

도 3 내지 5를 참조하면, 분리장치(100)는 시료가 수용되는 웰 플레이트(500) 또는 딥 웰 플레이트가 상부에 장착되는 마그네틱 블록(110)과, 상기 마그네틱 블록의 하부에 결합되어 상기 마그네틱 블록 및 웰 플레이트가 수평방향 오비탈 운동을 하도록 회전력을 전달하는 쉐이킹 블록(120)을 포함한다. 상기 쉐이킹 블록(120)은 하부의 베이스부(140)와 결합된다. 상기 베이스부(140)는 쉐이킹 블록(120)의 하우징(121)을 하부에서 지지하고, 베이스부의 하단은 데크(300)에 안착되도록 형성된다.

도 3, 5를 참조하면, 마그네틱 블록(110)은 복수의 자석이 배열된 자석 플레이트(117), 자석 플레이트를 상하방향으로 이송하여 자석 플레이트의 상하 방향 위치를 제어하는 상하 이동기구, 및 상하 이동 기구와 자석 플레이트를 수용하는 케이싱(111)을 포함한다.

자석 플레이트(117, 118)는 복수의 자석(118)이 상면에 배열된 금속판으로, 자석(118)의 자기력에 의해 금속판에 고정되는 구성이나, 이에 한정되지 않는다. 접착제 등에 의해 금속판이 아닌 플라스틱 재질의 판에 복수의 자석 어레이가 고정될 수도 있고, 별도의 부착 자석(118) 없이 자석 플레이트 자체가 자성체일 수도 있다. 도 5에 의하면 자석플레이트 하부의 지지판(116)이 자석 플레이트(117)에 체결되어 자석 플레이트(117)를 지지 고정하고, 지지판(116)을 매개로 하부의 이동기구의 상하 운동을 전달받아 상하 이동을 하지만, 지지판이 필수적인 것은 아니다.

상하 이동기구는 케이싱(111) 내에 수용되어 자석 플레이트의 상하 이동을 함으로써, 마그네틱 블록 상단에 안착되는 멀티 웰 플레이트의 웰에 자기장을 인가하거나 제거할 수 있다. 즉, 자석 플레이트가 웰 플레이트에 인접하도록 상부로 이동한 상태에서는 자기력을 웰에 가하여 자기 입자와 결합한 타겟물질이 웰 하부에 응집되도록 할 수 있고, 자석 플레이트가 웰 플레이트로부터 하부로 이동한 상태에서는 자기력이 실질적으로 미치지 않아 타겟 물질의 응집을 해제할 수 있다.

상하 이동기구는 케이싱(111) 내에 고정된 이동모터(112), 상기 이동모터의 회전축에 편심되게 연결되어 이동모터의 회전운동을 상하 운동으로 변환하는 링크(114), 상기 지지판(116) 하단에 고정되어 상기 링크와 연결하는 고정부재(115)를 포함한다. 대안적으로, 지지판(116)을 매개로 하지 않고 고정부재(115)가 직접 자석 플레이트(117)에 고정되어 자석 플레이트의 상하 운동을 가능하게 할 수도 있다. 상기 자석 플레이트(117)는 상하 이동 기구에 의해 이송되어 최상단에 위치할 때 웰 플레이트의 하부에 인접하여 대향 배치된다.

상기 케이싱(111)의 상단 테두리에 웰 플레이트(500)가 안착되기 위한 안착부로서 단턱이 형성된다. 케이싱(111)의 상단 외측에는 안착된 웰 플레이트를 케이싱에 탈착가능하게 고정하는 복수의 탈착부재(150)가 구비된다. 탈착부재(150)는 예를 들어 판스프링이 포함된 후크 결합체로서 웰 플레이트(500)를 케이싱(111) 상단에 탈착 가능하게 고정한다.

도 4, 6을 참조하여 쉐이킹 블록 및 이와 마그네틱 블록과의 결합 관계를 상세히 설명한다.

쉐이킹 블록(120)은 마그네틱 블록(110)의 하부에 결합되어 상기 마그네틱 블록이 오비탈 운동을 하도록 회전력을 전달하며, 마그네틱 블록과 상기 쉐이킹 블록은 일체형 단일 모듈로 구성되어 소형 컴팩트한 구성으로 범용 액체 핸들링 장치의 데크에 쉽게 장착될 수 있다.

하부의 쉐이킹 블록(120)과 상부의 마그네틱 블록(110)은 직접 결합되되, 중앙부에서 베어링 결합(도 6의 붉은 원)이 이루어지고, 4개의 모서리부에서는 탄성 부재를 매개로 한 볼트 결합(도 6의 청색 화살표)이 이루어진다. 쉐이킹 블록(120)과 마그네틱 블록(110) 간의 마찰을 줄이기 위해 마그네틱 블록(110)과 쉐이킹 블록(120)과 상하에서 서로 이격되면서도 내측의 베어링 결합부와 외측 가장자리의 볼트 결합부에서만 직접 연결된다.

이러한 결합 구조로 인해 하부의 쉐이킹 블록(120)에서 생성되어 중앙부 또는 내부의 베어링 결합부(도 6의 붉은 원)를 통해 마그네틱 블록(110)의 케이싱(111)을 거쳐 상단의 웰 플레이트(500)에 편심 오비탈 회전력이 전달되게 할 수 있다. 즉, 하부의 쉐이킹 블록(120)과 상부의 마그네틱 블록(110)은 결합되어 하나의 모듈이어야 하지만, 일반적인 체결 구조의 경우 편심 오비탈 회전력이 충분히 전달되기 어렵다. 웰 하부에 응집된 타겟 물질을 효과적으로 액체 내에서 부유하도록 하기 위해서는 단순한 회전 진동만으로 부족하고, 회전 중심이 미세하게 이동하는 오비탈 회전 운동이 필요하다. 블록들 간에 안정된 체결 구조를 가지면서 동시에 오비탈 회전력이 전달되는 것은 상반된 과제로서 본 발명자들은 이러한 과제를 내부 베어링 결합과 외곽의 대칭적인 탄성 부재를 매개로 한 체결에 의해 해결하였다.

도 4에 의하면, 쉐이킹 블록(120)은 회전모터(123), 상기 회전모터의 샤프트에 고정 결합되는 편심 캠(124), 편심 캠(124)이 내경에 삽입된 베어링(125) 및 하우징(121)을 포함한다. 하우징(121)은 복수의 탄성 체결부(122)에 의해 상기 케이싱에 결합되고, 상기 회전모터(123)는 상기 하우징에 고정 결합된다.

도 4, 7을 참조하면, 케이싱(111) 저면의 일 영역, 바람직하게는 저면 중앙부에는 위로 오목하게 환형 삽입부(160)가 단턱의 형태로 형성된다. 환형 삽입부(160)의 중앙에는 관통공이 형성될 수 있다. 하우징(121)의 상면에는 환형 삽입부(160)와 대향되게 아래로 오목부가 형성된다. 오목부의 바닥면 저부에는 회전모터(123)가 고정되고, 오목부의 중앙은 관통되어 회전모터(123)의 샤프트와 결합된 편심 캠(124)이 배치된다. 한편, 오목부의 내경은 베어링의 외경 보다 커서 베어링은 오목부 내에 위치하되 오목부에 접촉되지 않도록 회전모터의 샤프트와 결합된다. 하우징 및 오목부의 구체적인 형상은 통상의 기술자의 설계 변경에 의해 변경가능하다. 예를 들어, 하우징(121)은 상부가 개방된 사각통 형상이고, 회전모터(123)는 오목부가 없는 하우징의 일면에 고정될 수도 있다.

베어링(125)의 외륜은 환형 삽입부(160)의 내측 둘레에 밀착 삽입된다. 구체적으로 베어링 외륜의 상부가 케이싱(111) 저면의 단턱(160)에 하부로부터 삽입되어 밀착 고정된다(도 7 참조). 베어링(125)의 내륜은 회전모터(123)의 샤프트와 결합된 편심 캠(124)에 밀착되어 회전모터(123)의 회전력이 베어링에 의해 케이싱에 전달된다. 베어링(125)의 회전중심축과 회전모터(123)의 회전축은 편심되도록 결합되어, 회전모터의 회전력은 베어링 및 환형 삽입부를 거쳐 케이싱(111)으로 오비탈 운동이 전달된다.

상기 환형 단턱의 중앙부(160)는 관통되고, 이 관통 부분에는 베어링의 내륜 및 편심캠(124)이 위치하고, 모터 회전 각도를 센싱할 수 있는 센싱 디스크(126)가 편심캠(124)의 상부에 결합된다.

예를 들어, 회전모터의 샤프트는 상기 편심 캠에 의해 베어링의 중심에서 편심되고 상기 베어링의 외경은 상기 케이싱 저부에 고정되어, 회전모터의 회전력은 편심 캠 및 베어링을 통해 상기 마그네틱 블록 및 상기 마그네틱 블록에 착탈가능하게 안착되는 웰 플레이트를 오비탈 쉐이킹(orbital shaking)한다.

한편, 하부가 개방된 사각통 형상의 하우징(121)의 외곽 테두리에 아래로 오목하게 복수의 체결안착부(121a)가 형성된다. 체결안착부(121a)에 각기 탄성 체결부(122)가 배치되어 케이싱(111)과 하우징(121)을 연결한다. 예를 들어, 복수의 체결안착부(121a)는 하우징의 4 모서리에 각기 단턱의 형태로 형성된다.

도 8을 참조하면, 각각의 탄성 체결부(122)는 고무나 실리콘 등의 소재로 이루어진 탄성부재(122a)와, 상기 탄성부재의 상하에 각기 결합되는 제1 및 제2 체결부재(미도시)를 포함한다. 제1 및 제2 체결부재는 나사, 볼트 등일 수 있다. 탄성 체결부(122)는 탄성부재(122a)의 길이를 연장하기 위해 긴 연장부재(122b)를 더 포함할 수 있다. 제1 체결부재의 상부는 상기 케이싱의 하부 모서리에 체결되고 하부는 상기 탄성부재에 고정되고, 상기 제2 체결부재의 상부는 탄성부재의 하부에 고정되고 하부는 상기 하우징의 단턱에 체결된다.

상기 하우징은 사각통 형상이고, 체결안착부(121a)는 4개의 모서리에는 각기 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 하우징의 외곽에 대칭적으로 형성될 수 있다. 대칭 방법은 베어링 중심을 기준으로 동일 평면상에 점대칭으로 탄성 체결부(122)가 위치하거나 베어링 중심선을 기준으로 선대칭일 수 있다.

도 7과 8에서 확인할 수 있듯이, 케이싱과 하우징은 내측의 베어링 결합부와 외측 가장자리의 볼트 결합부에서만 직접 연결되고 다른 부분은 서로 이격되므로, 베어링을 통한 오비탈 운동이 전달되면서 동시에 모서리의 4점에 대해 상호 균일하게 오비탈 운동을 한다. 이때 오비탈 범위는 1mm 인 것이 바람직하고, 이를 위해 회전모터의 회전축과 베어링의 중심은 약 0.5mm 편심되는 것이 바람직하다.

쉐이킹 블록(120)과 마그네틱 블록(110) 간의 마찰을 줄이기 위해 마그네틱 블록(110)과 쉐이킹 블록(120)과 상하에서 서로 이격되고, 다만, 베어링 외륜과 환형 삽입부(160)는 서로 밀착되며, 상기 탄성 체결부(122)에 의해 외곽(모서리의 4점)에서 직접 결합된다. 탄성 체결부가 없다면 모터에 의한 회전운동은 오비탈 운동으로 케이싱에 전달되는 것이 억제될 것이다.

본 발명의 분리 장치를 이용하여 생물학적 시료로부터 예를 들어, 핵산을 추출하는 방법은 기본적으로 다음과 같다. 아래의 방법은 액체 핸들링 장치에 의해 전 과정이 자동으로 이루어지는 것이 바람직하다. 자동화 방법은 모터들과 연결된 전원, 프로세서 및 메모리로 이루어진 정보처리 장치에 의해 이루어지며 일반적인 것이므로 별도로 설명하지 않는다.

자동 파이펫을 이용하여 생물학적 시료를 멀티 웰 플레이트의 웰에 주입된 세포용해용액과 혼합하고, 파이펫을 이용하여 세포용해용액과 혼합된 상기 시료를 멀티 웰 플레이트의 웰에 주입된 결합용액과 혼합한다. 파이펫을 이용하여 결합용액과 혼합된 혼합물을 멀티 웰 플레이트의 웰에 주입된 자성입자 수분산액과 혼합한다.

결합용액과 혼합된 혼합물이 상기 파이펫에 흡입된 상태에서, 혼합물이 상기 파이펫으로부터 배출되도록 상기 파이펫에 배출압력을 가하고, 동시에 상기 결합용액과 혼합된 혼합물 중 상기 자성입자 수분산액의 자성입자 및 상기 자성입자에 부착된 부착물은 상기 배출압력에 의하여 배출되지 않고 상기 파이펫 내부에 잔류되도록 상기 파이펫에 자기장을 인가한다. 자기장을 인가하기 위해 상기 자석 플레이트를 상기 웰 플레이트와 근접하도록 상부로 이송한다.

자기장을 해제하여 상기 자성입자 및 상기 자성입자에 부착된 부착물을 멀티 웰 플레이트 키트의 웰에 주입된 알코올을 함유한 세척용액과 혼합하여 상기 자성입자로부터 핵산을 제외한 불순물을 제거한다. 자기장을 해제하기 위해 상기 자석 플레이트를 상기 웰 플레이트와 멀어지도록 하부로 이송한다.

세척용액과 혼합된 혼합물이 파이펫에 흡입된 상태에서, 상기 혼합물이 파이펫으로부터 배출되도록 상기 파이펫에 배출압력을 가하고, 동시에 상기 세척용액과 혼합된 혼합물 중 핵산이 부착된 상기 자성입자는 상기 배출압력에 의하여 배출되지 않고 파이펫 내부에 잔류되도록 상기 파이펫에 자기장을 인가한다. 자기장을 인가하기 위해 상기 자석 플레이트를 상기 웰 플레이트와 근접하도록 상부로 이송한다.

자기장을 해제하기 위해 상기 자석 플레이트를 상기 웰 플레이트와 멀어지도록 하부로 이송하고 부유 액을 웰에 주입하고, 쉐이킹 블록의 회전모터를 작동하여 웰 플레이트에 오비탈 회전을 인가하여 핵산이 부착된 상기 자성입자가 부유액의 상부로 떠오르도록 한다. 핵산이 부착된 상기 자성입자를 파이펫이 흡인하여 분리한다.

100: 분리장치
110: 마그네틱 블록
120: 쉐이킹 블록
117: 자석 플레이트
125: 베어링
126, 130: 센서
119: 리니어 가이드

Claims

시료에서 자성입자와 결합되는 타겟물질을 분리하기 위한 분리 장치로서,
자석 플레이트, 자석 플레이트를 상하방향으로 이송하여 자석 플레이트의 상하 방향 위치를 제어하는 상하 이동기구, 및 상하 이동기구와 자석 플레이트를 수용하는 케이싱을 포함하고, 상단에는 안착부가 형성되는 마그네틱 블록; 및
상기 마그네틱 블록의 하부에 결합되어 상기 마그네틱 블록이 오비탈 운동을 하도록 베어링 결합부를 통해 회전력을 전달하는 쉐이킹 블록;을 포함하고,
상기 마그네틱 블록과 상기 쉐이킹 블록은 복수의 탄성 체결부의 체결에 의해서 상하로 결합되고,
상기 마그네틱 블록과 쉐이킹 블록은 상하에서 서로 이격되면서도 상기 베어링 결합부와 상기 복수의 탄성 체결부에 의해서만 직접 연결되고,
상기 복수의 탄성 체결부는 상기 마그네틱 블록과 상기 쉐이킹 블록을 상대 위치가 소정 편차로 변동가능하도록 체결하는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 자석 플레이트는 상기 상하 이동기구에 의해 이송되어 최상단에 위치할 때 상기 안착부에 안착되는 웰 플레이트의 하부에 인접하여 대향 배치되고,
상기 상하 이동기구는 케이싱 내에 고정되는 이동모터, 상기 이동모터의 회전축에 연결되어 이동모터의 회전운동을 상하 운동으로 변환하는 링크, 및 상기 링크를 자석 플레이트에 연결하는 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 탄성 체결부 각각은 탄성부재와 상기 탄성부재의 상하에 각기 결합되는 제1 및 제2 체결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 탄성 체결부는 각기 탄성부재를 매개로 한 볼트 체결부이고, 상기 탄성부재는 고무 또는 실리콘인 것을 특징으로 하는 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 쉐이킹 블록은,
하우징,
상기 하우징에 고정되는 회전모터,
상기 회전모터의 샤프트에 고정 결합되는 편심 캠, 및
베어링을 포함하고,
상기 복수의 탄성 체결부는 상기 하우징의 외측에 서로 대칭되게 위치하고,
상기 하우징은 상기 복수의 탄성 체결부에 의해 상기 케이싱에 결합되고,
상기 회전모터의 샤프트는 상기 편심 캠에 의해 베어링의 중심에서 편심되고 상기 베어링의 외경은 상기 케이싱 저부에 고정되어, 회전모터의 회전력은 편심 캠 및 베어링을 통해 상기 마그네틱 블록 및 상기 마그네틱 블록에 착탈가능하게 안착되는 웰 플레이트를 오비탈 쉐이킹(orbital shaking)하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
제5항에 있어서,
상기 케이싱 저면의 일 영역에는 환형 삽입부가 형성되어 상기 베어링의 외경이 삽입부의 내측 둘레에 밀착되도록 삽입되고,
상기 하우징은 사각통 형상이되 4개의 모서리에는 상기 복수의 탄성 체결부가 각기 상부에 위치하도록 단턱이 형성되고,
각각의 탄성 체결부는 탄성부재와, 상기 탄성부재의 상하에 각기 결합되는 제1 및 제2 체결부재를 포함하고,
제1 체결부재의 상부는 상기 케이싱의 하부 모서리에 체결되고 하부는 상기 탄성부재에 고정되고, 상기 제2 체결부재의 상부는 탄성부재의 하부에 고정되고 하부는 상기 하우징의 단턱에 체결되는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
케이싱의 하부에 결합되어 베어링 결합부를 통해 상기 케이싱에 회전력을 전달하기 위한 쉐이킹 블록으로,
상기 쉐이킹 블록은 회전모터, 베어링 및 하우징을 포함하고,
상기 케이싱과 상기 하우징은 복수의 탄성 체결부의 체결에 의해서 상하로 고정 결합되고,
상기 케이싱과 상기 하우징은 상하에서 서로 이격되면서도 베어링 결합부와 복수의 탄성 체결부에 의해서만 직접 연결되고,
상기 복수의 탄성 체결부는 상기 케이싱과 상기 하우징을 상대 위치가 소정 편차로 변동가능하도록 체결하는 것을 특징으로 하는 쉐이킹 블록.
자동 액체 핸들링 장치로서,
액체를 흡인 및 토출하는 하나 이상의 파이펫을 포함하는 파이펫 모듈;
상기 파이펫 모듈을 이송하는 이송부;
하부에 배치되어 하나 이상의 모듈 또는 웰 플레이트를 안착하기 위한 데크;
상기 데크에 지지 안착되는 제1항의 분리 장치; 및
상기 분리 장치의 상단에 탈착가능하게 장착되는 웰 플레이트;를 포함하고,
상기 파이펫 모듈은 상기 웰 플레이트에 형성된 복수의 웰에 액체 시료를 분주하는 것을 특징으로 하는 자동 액체 핸들링 장치.
제8항의 자동 액체 핸들링 장치를 이용하여 자성 입자와 가역적으로 결합된 타겟물질을 분리하는 방법으로서,
자성 입자와 결합된 상기 타겟물질을 포함하는 시료 용액을 상기 안착부에 장착된 웰 플레이트의 웰에 수용한 상태에서, 상기 웰의 하부에 상기 타겟물질이 응집되도록 상기 자석 플레이트를 상기 웰 플레이트와 근접하도록 상부로 이송하는 단계;
상기 자석 플레이트에 의해 인가되는 자기장에 의해 웰의 하부에 타겟물질이 응집된 상태에서 이송부에 의해 자동 이송되는 파이펫 모듈이 시료 용액을 흡인하여 배출하는 단계;
파이펫 모듈에 의해 웰에 세정액을 토출한 후 다시 흡인하여 타겟물질로부터 불순물을 제거하는 단계;
상기 자석 플레이트를 웰 플레이트로부터 하부로 이송하여 자성 입자와 결합된 타겟물질에 가해지는 자기력을 제거하는 단계; 및
상기 쉐이킹 블록이 상기 마그네틱 블록을 통해 상기 웰 플레이트를 오비탈 쉐이킹함으로써 상기 타겟물질을 웰 하부로부터 분리하여 부유시키는 단계;를 포함하는, 타겟 물질을 분리하는 방법.
제1항의 분리 장치를 이용하여 자성 입자와 가역적으로 결합된 타겟물질을 분리하는 방법으로서,
자성 입자와 결합된 상기 타겟물질을 포함하는 시료 용액을 상기 안착부에 장착된 웰 플레이트의 웰에 수용한 상태에서, 상기 웰의 하부에 상기 타겟물질이 응집되도록 상기 자석 플레이트를 상기 웰 플레이트와 근접하도록 상부로 이송하는 단계;
상기 자석 플레이트에 의해 인가되는 자기장에 의해 웰의 하부에 타겟물질이 응집된 상태에서 이송부에 의해 자동 이송되는 파이펫 모듈이 시료 용액을 흡인하여 배출하는 단계;
파이펫 모듈에 의해 웰에 세정액을 토출한 후 다시 흡인하여 타겟물질로부터 불순물을 제거하는 단계;
상기 자석 플레이트를 웰 플레이트로부터 하부로 이송하여 자성 입자와 결합된 타겟물질에 가해지는 자기력을 제거하는 단계; 및
상기 쉐이킹 블록이 상기 마그네틱 블록을 통해 상기 웰 플레이트를 오비탈 쉐이킹함으로써 상기 타겟물질을 웰 하부로부터 분리하여 부유시키는 단계;를 포함하는, 타겟 물질을 분리하는 방법.
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