KR20100010630A - 원심분리 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원심분리 장치 및 그 제어방법 관한 것으로 특히, 원심분리 완료시점을 명확히 판단할 수 있는 원심분리 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은, 시료가 포함된 용기를 제1회전속도로 회전시키는 단계와; 상기 시료의 경계면의 위치를 검출하여, 상기 위치를 제1위치로서 기록하는 단계와; 상기 용기를 제2회전속도로 회전시키는 단계와; 상기 시료의 경계면의 위치를 검출하여, 상기 위치를 제2위치로서 기록하는 단계와; 상기 제1위치와 제2위치가 동일한 경우에 원심분리 완료 여부를 판단하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
원심분리, 혈액, 경계면, 진단, 디스크.

Description

원심분리 장치 및 그 방법 {Centrifugal separator apparatus and method for controlling the same}
본 발명은 원심분리 장치 및 그 제어방법 관한 것으로 특히, 원심분리 완료시점을 명확히 판단할 수 있는 원심분리 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
원심분리기는 원심력을 이용하여 균질액을 여러 부분으로 나눌 목적으로 가장 많이 이용되는 기계로서, 균질액을 시험관에 넣고 원심분리기를 고속으로 회전시키면 입자의 크기와 밀도에 따라 물질을 분리할 수 있다.
이러한 원심분리기를 이용한 원심분리는 다음과 같은 과정으로 이루어진다.
먼저, 도 1과 같은 용기(1)에 시료(2)를 넣는다. 이 용기(1)는 모터에 의해 회전하게 된다. 이때 모터의 회전속도(R1)와 회전시간(T1)은 실험 등을 통해 미리 정해진 값으로 한다. 회전을 마치게 되면 원심분리 과정이 종료된다.
이때, 주어진 회전속도(R1) 하에서 정해진 시간(T1)이 시료를 완전하게 원심분리하기 위해 필요한 시간(T0)보다 짧을 경우에는 도 2의 좌측과 같은 상태가 되어, 원심분리가 완료되지 않은 상태에서 원심분리 작업을 마치게 되며 불완전하게 원심 분리된 결과물을 얻게 된다.
한편, 회전시간 T1이 시료를 완전하게 원심분리하기 위해 필요한 시간인 T0보다 지나치게 길 경우에는 필요 없는 시간(T0 - T1)을 낭비하게 된다.
즉, 원심분리가 완료되지 않은 경우의 경계면과 원심분리가 완료된 경우의 경계면 사이에는 차이(ΔP)가 존재하게 된다.
따라서, 각 시료에 따른 회전시간(T1)을 시료에 맞게 정확하게 예측하거나 판단할 필요가 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 원심분리과정 중, 원심분리 완료 여부를 명확하게 판단함으로써, 최적의 시간으로 완전한 원심분리를 수행할 수 있, 시료가 불완전하게 원심분리되는 것을 방지할 수 있는 원심분리 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 시료가 포함된 용기를 제1회전속도로 회전시키는 단계와; 상기 시료의 경계면의 위치를 검출하여, 상기 위치를 제1위치로서 기록하는 단계와; 상기 용기를 제2회전속도로 회전시키는 단계와; 상기 시료의 경계면의 위치를 검출하여, 상기 위치를 제2위치로서 기록하는 단계와; 상기 제1위치와 제2위치가 동일한 경우에 원심분리 완료 여부를 판단하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 진단 디스크를 이용하는 원심분리 장치에 있어서, 시료가 주입된 진단 채널을 포함하는 진단 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와; 상기 진단 채널의 경계면의 위치를 검출하는 검출부와; 상기 모터 및 검출부를 제어하여, 상기 검출부에서 주기적으로 검출이 되도록 하고, 상기 검출된 진단 채널의 경계면의 위치가 변하지 않는 경우에 원심분리 완료 여부를 판단하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
첫째, 시료의 원심분리 과정 중에 원심분리 완료 여부를 확인하여 시료가 불완전 원심분리 되는 것을 막을 수 있다.
둘째, 시료의 원심분리 과정 중에 원심분리 완료 여부를 확인하고 완료되었으면 원심분리 과정을 마침으로써, 시료의 원심분리가 완료된 후에도 원심분리 작업이 계속 진행되어 시간을 낭비하는 것을 막을 수 있다.
셋째, 이러한 원심분리 완료 여부의 판단은 시료의 원심분리 시간을 시료의 종류, 회전속도, 진단 채널 구조를 고려하여 실시간으로 계산할 수 있으므로, 판단의 정확성을 높일 수 있고, 판단 시간을 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지 역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 원심분리는 광학 디스크를 이용하여 구현할 수 있다. 즉, 디스크 드라이버에서 구동되는 광학 디스크(Optical disk)는 빠른 속도로 회전이 가능하고, 또한 이러한 디스크의 회전 속도 및 방향을 제어 가능하므로, 디스크에 진단을 위한 혈액 또는 기타 액체를 수용할 수 있는 적당한 채널을 구비한다면, 디스크의 회전에 의한 원심분리 기능을 이용하여 진단 디스크로서 이용할 수 있다.
이와 같은 진단 디스크를 이용하는 시스템의 일례는 도 3에서 도시하는 바와 같이, 진단 디스크(10)를 장입하여 회전시키는 디스크 드라이버(20)와, 이 디스크 드라이버(20)를 제어하는 제어장치(30), 입력장치(41) 및 디스플레이 모니터(40)로 이루어진다.
이때, 이러한 제어장치(30)는 통상의 컴퓨터가 이용될 수 있고, 경우에 따라 디스크 드라이버(20)와 함께, 진단을 위하여 최적화된 특정 장치가 이용될 수도 있다.
여기서 이용되는 진단 디스크의 일례는 도 4에서 도시하는 바와 같이, 디스크 본체의 특정 영역에 진단을 위한 액체가 주입되는 진단 채널(11)이 구비된다.
또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 진단 디스크(10)는, 광이 조사되는 방향을 따라 진단 채널(11)이 구비되는 채널층(12)과, 채널층(12) 위에 형성되는 기록층(13) 및 기록층(13) 위에 형성되는 반사층(14)을 포함한다.
이와 같은 진단 디스크(10)는 CD(compact disc) 시스템은 물론 DVD(Digital Versatile Disc), HD-DVD 및 BD(Blu Disc) 시스템 등에서 사용 가능한 구조를 갖는다.
이러한 진단 디스크(10)를 이용하는 전체 시스템의 일례는 도 6에서 도시하는 바와 같다.
즉, 진단 디스크(10)를 이용하는 진단 장치는, 레이저와 같은 발광 소자를 포함하는 픽업(21)과, 이 픽업(21)을 제1방향으로 이동시키는 스태핑 모터(stepping motor; 22)와, 이 스태핑 모터(22)를 구동시키는 스태핑 모터 구동부(23)가 구성된다.
또한, 진단 디스크(10)를 회전시키는 스핀들 모터(spindle motor; 24)와, 이 스핀들 모터(24)를 구동시키는 스핀들 모터 구동부(25)와, 픽업(21)에서 반사된 빛을 감지하는 광 센서(26)를 포함하고, 이들 구성을 제어하는 제어부(27)를 포함하여 구성된다.
광 픽업(21)은 진단 디스크(10)로부터 진단채널 위치정보 및 진단 프로세스 정보를 읽어내고, 이를 제어부(27)에 전송한다. 또한, 픽업(21)은 진단 물질에 레이저를 조사하여 열을 가하거나, 진단 물질의 광 흡수율 또는 반사율 등을 측정하여 생화학 반응의 결과를 검출한다.
제어부(27)는 진단채널 위치정보 및 진단 프로세스 정보에 따라 스태핑 모터(22) 및 스핀들 모터(24)의 구동을 위한 신호를 생성하여 이를 각각 스태핑 모터 구동부(23) 및 스핀들 모터 구동부(25)로 출력한다.
스태핑 모터 구동부(23) 및 스핀들 모터 구동부(25)는 이러한 신호에 근거하 여 스태핑 모터(22) 및 스핀들 모터(24)를 구동하여, 픽업(21)의 위치를 정밀 제어하고, 바이오 디스크(10)를 회전시킨다. 여기서, 스태핑 모터(22)는 픽업(21)의 위치를 진단 디스크의 중심에서 외측을 잇는 경로를 따라 이동시킨다.
이러한 진단 디스크에서, 광 디스크 드라이버(20)에 구비되는 픽업(21)이 진단 디스크(10)의 진단 채널(11)이 없는 영역(M)에 레이저를 조사하면 반사층(14)에서 반사되는 레이저의 경로 상에 진단 채널(11)이 존재하지 않으므로, 반사된 레이저는 기록층(13)의 영향만을 받게 된다. 따라서 광 디스크 드라이버(20)는 기록층(13)에 저장되어있는 데이터를 판독할 수 있다.
한편, 픽업(21)이 진단 채널(11)이 있는 영역(N)에 레이저를 조사하면 반사층(14)에서 반사되는 레이저의 경로 상에 진단 채널(11)이 존재하므로 반사되는 레이저는 기록층(13) 뿐만 아니라 진단 채널(11)의 영향도 받게 된다.
따라서, 반사된 레이저에서 기록층(13)에 의한 영향을 제거하면, 진단 채널(11)에 의한 영향만을 추출할 수 있고, 이를 이용하여 진단 채널(11)을 판독할 수 있다.
기록층(13)에는 진단 물질의 분석을 위한 진단 프로세스 정보와 진단 채널(11)의 위치정보가 기록될 수 있다. 이러한 위치정보와 진단 프로세스 정보는 디스크 드라이버에 내장되는 광 센서(26) 또는 픽업(21)을 이용하여 검출할 수 있다. 즉, 광 센서(26) 또는 픽업(21)은 진단 채널(11)에 위치하는 시료의 경계면 또는 시료의 색상 변화 등을 검출하는 검출부로 작동될 수 있다.
한편, 제어부(27)는 진단 디스크(10) 상의 진단 채널(11)의 위치정보에 기초 하여 픽업(21)의 위치를 판단할 수 있으며, 위치정보에 대응하여 진단 채널에서 검출한 신호를 저장할 수도 있다.
이하, 도 7 및 상기 도면들을 참고하여 원심분리 하는 과정을 설명한다. 이러한 원심분리 과정은 상술한 진단 디스크(10)를 통하여 이루어질 수 있으며, 별도의 용기를 이용하여 회전시키는 통상의 원심분리기에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다. 여기서는 상술한 진단 디스크(10)를 이용하여 원심분리하는 방법을 상세하게 설명한다.
먼저, 도 4와 같은 진단 디스크(10)의 진단 채널(11)에 시료를 주입한다(S10).
이와 같이 시료가 주입된 진단 디스크(10)를 도 6과 같이 구성되는 디스크 드라이버에 장입하여, 시간 T2 동안 회전속도 R2 또는 스핀들 모터의 최대 회전속도(Rmax)로 회전시키며 시료를 원심분리 한다(S20).
이때, 회전시간 T2는 시료의 종류, 회전속도, 채널(11)의 구조 등을 고려하여 설정하게 되며, 도 6의 제어부(27) 또는 도 3에 도시된 제어장치(30)에서 실시간(real time)으로 계산할 수 있다.
이후, 위의 T2 시간 동안의 원심분리의 결과로 생긴 시료 내의 경계면을 측정한다. 이때, 이러한 경계면의 측정은 픽업(21) 및 광 센서(27)를 이용하여 측정할 수 있으며, 반사형 또는 투과형으로 측정할 수 있다.
즉, 광 센서(26)의 위치를 레이저가 설치되는 픽업(21)의 일측에 위치시켜 레이저에서 출사된 광이 진단 채널(11)이 있는 디스크(10)에서 반사된 광이 광 센 서(26)에 입력되어 경계면을 측정할 수 있다.
또한, 광 센서(26)가 픽업(21)의 반대측에 위치하여, 픽업(21)의 레이저에서 출사된 광이 디스크(10)를 통과한 광을 광 센서(26)에서 감지하여 경계면을 측정할 수 있다.
경우에 따라, 광 센서(26)를 투과의 위치 및 반사의 위치에 모두 위치시켜 경계 위치를 판단할 수 있다. 이렇게 판독된 경계면의 위치(P1)를 기록한다(S30).
이때, 판독된 경계면의 위치(P1)는 진단 디스크(10)의 진단 채널(11)이 형성되지 않은 부분(도 5의 M 부분)에 기록되거나, 별도의 메모리와 같은 특정영역에 기록된다.
이후, 시간 T3 동안, 회전속도 R3로 다시 디스크(10)를 회전시켜 시료를 원심분리한다(S40).
다음에, 상술한 방법과 동일한 방법으로 경계면 위치(P2)를 검출하여 기록한다(S50). 즉, S30 단계에서 적용된 방법으로 경계면 P2의 위치를 검출하여 기록한다.
이후, 이전에 판독된 경계면 P1의 위치와 P2의 위치를 비교하여 원심분리 완료 여부를 판단한다(S60).
이때, P1과 P2의 위치가 동일한 것으로 판단되면 시료는 원심분리가 완료된 상태로 판단될 수 있으므로 원심분리 과정을 마치게 된다. 그러나 P1과 P2의 위치가 다르게 판단되면 시료는 원심분리가 완료된 상태가 아니므로 P2에 저장된 경계면의 위치를 P1에 저장하고(S70) S40 단계로 진행하여 P1과 P2의 위치가 동일하게 판단될 때까지 상술한 과정을 반복한다.
즉, P2에 저장된 경계면의 위치를 P1에 저장하고, T3 시간 동안 회전속도(R3)로 디스크(10)를 회전시켜 원심분리를 하고(S40), 경계면의 위치(P2)를 검출 및 기록(S50)한 후에, 다시 P1의 위치와 P2의 위치를 비교하여 원심분리 완료 여부를 판단하는 것이다(S60).
원심분리된 시료를 회전시켰을 때 그 경계면이 움직이면 그 상태는 원심분리가 완전하게 되지 않은 상태로 불완전 원심분리라고 할 수 있으며, 더 회전시켰을 때 그 경계면의 위치가 변하지 않으면 이 상태는 원심분리가 완전하게 이루어진 상태로 판단할 수 있는 것이다.
이와 같이 원심분리된 시료를 분석하여 건강 진단에 이용할 수 있다. 예를 들어, 시료로서 혈액을 이용하는 경우, 원심분리가 완료된 경우에는 혈액이 적혈구(erythrocyte), 버피 코트(buffy-coat), 및 플라즈마(plasma)로 분리가 되며, 이때, 상술한 방법을 이용한다면 경계면은 적혈구와 버피 코트 사이 또는 버피 코트와 플라즈마 사이의 경계면을 측정할 수 있을 것이다.
혈액의 경우에는 이러한 각 분리된 요소의 길이 비율이 중요할 수 있다. 예를 들어, 적혈구의 경계를 알면 길이 비율을 통하여 헤마토크릿(hematocrit) 수치를 알 수 있으며, 이를 이용하여 단위 체적당 헤모글로빈 수치, 적혈구 양과 같은 수치를 산정하여 건강 상태를 진단할 수 있다.
따라서, 이와 같은 시료의 분석을 통한 건강 상태 진단 결과를 산출하고, 이를 기록할 수 있으며, 이러한 기록 방법에는 상술한 판독 경계면의 위치기록과 동 일한 방법이 이용될 수 있다. 즉, 진단 결과는 진단 디스크(10)의 진단 채널(11)이 형성되지 않은 부분(도 5의 M 부분)에 기록되거나, 별도의 메모리와 같은 특정영역에 기록될 수 있다.
이러한 건강 진단의 과정은 원심분리 과정에 이어서 자동화된 일련의 과정을 통하여 연속적으로 진행될 수 있다.
즉, 이와 같이, 진단 디스크(10)를 이용하여 검진 대상자의 혈액을 이용하여 건강 상태를 진단할 경우에는 본 실시예의 원심분리 방법을 이용하여 혈액을 원심분리하고, 이 원심분리 결과를 이용하여 진단에 이용하며, 그 진단 결과를 이 진단 디스크(10)에 기록하는 과정이 일련의 자동화 과정으로 이루어질 수 있는 것이다.
따라서, 검진 대상자의 혈액을 디스크(10)에 주입하여 디스크 드라이버에 장입시켜 분석을 시작하면 진단 결과가 기록된 디스크(10)를 결과물로서 얻을 수 있게 된다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.
도 1은 원심분리를 위한 용기를 나타내는 개략도이다.
도 2는 원심분리 과정을 나타내는 개략도이다.
도 3은 진단 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 4는 진단 디스크의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 5는 진단 디스크의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 6은 진단 시스템을 나타내는 블럭도이다.
도 7은 원심분리 과정을 나타내는 순서도이다.

Claims (10)

  1. 시료가 포함된 용기를 제1회전속도로 회전시키는 단계와;
    상기 시료의 경계면의 위치를 검출하여, 상기 위치를 제1위치로서 기록하는 단계와;
    상기 용기를 제2회전속도로 회전시키는 단계와;
    상기 시료의 경계면의 위치를 검출하여, 상기 위치를 제2위치로서 기록하는 단계와;
    상기 제1위치와 제2위치가 동일한 경우에 원심분리 완료 여부를 판단하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원심분리 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 원심분리 완료 여부를 판단하는 단계에서, 상기 제1위치와 제2위치가 동일하지 않은 경우에는, 상기 제2위치를 제1위치로 기록하고 상기 용기를 제2회전속도로 회전시키는 단계 이후로 복귀하는 것을 특징으로 하는 원심분리 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 시료가 포함된 용기는, 디스크 드라이버 상에서 회전될 수 있는 진단 디스크에 형성된 진단 채널인 것을 특징으로 하는 원심분리 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 시료의 경계면의 위치의 검출은, 상기 디스크 드라이 버의 픽업 및 광 센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 원심분리 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 원심분리가 완료된 후 검출된 시료의 경계면의 위치를 기록하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심분리 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 경계면의 위치를 기록하는 단계는, 상기 진단 디스크의 진단 채널이 형성되지 않은 부분에 기록하는 것을 특징으로 하는 원심분리 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 경계면의 위치를 기록하는 단계는, 상기 디스크 드라이버에 연결된 별도의 메모리에 기록하는 것을 특징으로 하는 원심분리 방법.
  8. 진단 디스크를 이용하는 원심분리 장치에 있어서,
    시료가 주입된 진단 채널을 포함하는 진단 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와;
    상기 진단 채널의 경계면의 위치를 검출하는 검출부와;
    상기 모터 및 검출부를 제어하여, 상기 검출부에서 주기적으로 검출이 되도록 하고, 상기 검출된 진단 채널의 경계면의 위치가 변하지 않는 경우에 원심분리 완료 여부를 판단하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원심분리 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 검출부는,
    레이저를 포함하는 픽업과;
    상기 레이저에서 출사된 빛이 상기 진단 디스크에서 반사된 후 입사되는 광 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심분리 장치.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 제어부에서 원심분리 완료가 판단된 경우, 상기 진단 디스크의 진단 채널이 형성되지 않은 부분 또는 별도의 메모리에 상기 진단 채널의 경계면의 위치를 기록하는 것을 특징으로 하는 원심분리 장치.
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