KR20130113995A - 생물학적 시료 여과를 위한 생물학적 시료 여과 시스템 및 방법 - Google Patents

생물학적 시료 여과를 위한 생물학적 시료 여과 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

생물학적 액체 시료를 여과하기 위한 생물학적 여과 시스템(100)은: 시료 장착 박스(1); 시료 장착 박스(1)의 시료 웰(12)들에 배치된 다수의 컬럼 유닛(2); 여과액 수집 용기(3); 시료 장착 박스(1) 및 여과액 수집 용기(3)에 연결된 제어 밸브(7); 그리고 생물학적 액체 시료의 액체가 컬럼 유닛(2)으로부터 여과액 수집 용기(3)로 플러싱 되는 것을 허용하는 시료 장착 박스(1)의 박스 챔버(14)에 진공을 발생시키기 위해 여과액 수집 용기(3)에 연결된 진공 펌프(5)를 포함한다.

Description

생물학적 시료 여과를 위한 생물학적 시료 여과 시스템 및 방법{BIOLOGICAL SAMPLE FILTERING SYSTEM AND METHOD FOR FILTERING BIOLOGICAL SAMPLES}
본 출원은 2012년 4월 6일자로 출원된 대만 출원 번호 101112304호를 우선권 주장한다.
본 발명은 생물학적 시료 여과 시스템 및 생물학적 액체 시료 여과 방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 생물학적 액체 시료에서 액체를 막 부재들을 통해서 여과액 수집 공간으로 플러싱(flushing)할 수 있는 생물학적 시료 여과 시스템에 대한 것이다.
WO 2010/075116은, 둘 이상의 진공 챔버를 포함하는 베이스, 이 베이스 위에 탈착 가능하게 탑재된 상측 플레이트, 그리고 이 상측 플레이트 상에 탑재되고 막 부재가 제공되는 시료 컬럼 다수 개를 포함하는 생물학적 시료 여과 시스템에 대한 것이다. 각각의 시료 컬럼은 액체 및 이 액체로부터 후속 분석 또는 실험을 위해 분리되는 물질(예를 들어 DNA, RNA, 단백질)을 함유하는 생물학적 액체 시료를 받는다. 또한, 액체에는 일반적으로 수용성 또는 불수용성(물에 녹지 않는) 물질 같은 불순물로 오염이 된다. 생물학적 시료 여과 시스템은 진공 펌프에 연결되는데, 이 진공 펌프는 생물학적 액체 시료에서 액체 및 불순물을 끌어내어 막 부재를 통과해서 진공 챔버들로 들어가게 하여 액체 및 불순물로부터 물질을 분리한다.
본 출원인은 상술한 생물학적 시료 여과 시스템이, 시료 컬럼들이 다른 종류의 생물학적 액체 시료를 받기 때문에 그리고 시료 컬럼들 중 몇몇의 시료 컬럼이 받은 생물학적 액체 시료는 아주 적은 량의 작은 고형 불순물을 가지는 반면 다른 시료 컬럼들이 받은 생물학적 액체 시료는 크고 끈적거리는 불순물이기 때문에 진공 챔버들에서 진공이 발생하기 시작할 때 몇몇 시료 컬럼의 생물학적 액체 시료들은 다른 시료 컬럼들의 생물학적 시료들에 비해 빨리 여과되는 문제점을 발견하였다. 때때로, 다른 시료 컬럼들에서는 아직 여과가 종료되지 않았지만, 몇몇 시료 컬럼들에서 여과가 종료되고 주위 환경의 공기가 반-투과 막 부재들을 통해서 흡입되어 진공 챔버로 들어가는 것이, 발생한다. 그 결과, 진공 펌프는 다른 시료 컬럼들에서 생물학적 액체 시료를 위한 만족스러운 여과율을 제공하기 위한 원하는 진공 수준으로 진공 챔버의 압력을 낮출 수 없으며, 이는 여과 시간의 증가로 이어진다. 또한, 반-투과 막 부재들의 구멍들은, 여과율이 너무 느릴 경우, 불순물로 막힐 수 있고, 이는 여과율을 더욱 느리게 하며 다른 시료 컬럼들에서 반-투과 막 부재들 상에 물질과 함께 불순물이 남게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 종래 기술과 관련한 문제점을 극복할 수 있는 생물학적 시료 여과 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액체 및 상기 액체와 불순물로부터 분리될 물질을 포함하는 생물학적 액체 시료를 위한 생물학적 시료 여과 시스템이 제공된다. 이 생물학적 시료 여과 시스템은: 폐쇄된 박스 챔버 및 상기 폐쇄된 박스 챔버와 유체 소통하는 유체 출구를 정의하며 상기 박스 챔버와 유체 소통하는 다수의 시료 웰로 형성된 상부 매니폴드를 구비하는 시료-장착 박스; 각각이 대응하는 시료 웰에 배치되고 생물학적 액체 시료를 받으며, 생물학적 액체 시료에서 물질을 여과하기 위해서 대응하는 시료 웰과 유체 소통하는 관 부재 및 상기 관 부재에 장착된 막 부재를 구비하는 다수의 컬럼 유닛; 유체 입구 및 공기 출구를 구비하며 상기 유체 입구 및 상기 공기 출구와 유체 소통하는 여과액 수집 공간을 정의하는 여과액 수집 용기; 상기 박스 챔버 및 상기 여과액 수집 공간 사이에서 유체 소통을 제어하기 위해서 상기 시료 장착 박스의 유체 출구 및 상기 여과액 수집 용기의 유체 입구 사이에 배치 및 연결된 제어 밸브; 그리고, 상기 여과액 수집 용기의 공기 출구에 연결되고, 상기 박스 챔버에 진공을 발생하기 위해서 상기 제어 밸브가 닫히고 이어서 상기 제어 밸브가 열릴 때 상기 여과액 수집 공간에서 진공을 발생할 수 있어, 생물학적 액체 시료의 액체가 불순물과 함께 상기 컬럼 유닛들로부터 상기 막 부재들 및 상기 박스 챔버를 통해서 상기 여과액 수집 공간으로 플러싱되는 것을 허용하는 진공 펌프를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 시료 장착 박스, 여과액 수집 용기, 상기 시료 장착 박스 및 상기 여과액 수집 용기 사이에 배치 및 연결된 제어 밸브, 그리고 상기 여과액 수집 용기에 연결된 진공 펌프를 포함하는 생물학적 여과 시스템을 사용하여, 액체, 불순물 및 상기 액체와 상기 불순물로부터 분리될 물질을 포함하는 생물학적 액체 시료 여과 방법이 제공된다. 상기 시료 장착 박스는 박스 챔버, 상기 박스 챔버와 유체 소통하는 다수의 시료 웰을 정의한다. 상기 여과액 수집 용기는 여과액 수집 공간을 정의한다. 상기 방법은: (a) 다수의 컬럼 유닛을 상기 시료 웰들에 각각 배치하고; (b) 상기 박스 챔버 및 상기 여과액 수집 공간 사이의 유체 소통을 방지하기 위해서 상기 제어 밸브는 닫으면서 상기 여과액 수집 공간을 프리셋 압력으로 선진공화하고; (c) 상기 생물학적 액체 시료의 액체가 불순물과 함께 상기 컬럼 유닛들로부터 상기 막 부재들 및 상기 박스 챔버를 통해 상기 여과액 수집 공간으로 플러싱 되는 것을 허용하는 상기 박스 챔버에 즉각적으로 진공을 발생하기 위해서 상기 박스 챔버 및 상기 여과액 수집 공간 사이에 유체 소통을 허용하도록 상기 단계(b) 이후에 상기 제어 밸브를 여는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 생물학적 시료 여과 시스템의 디자인은 시료 장착 박스에서 플러싱 동작의 발생을 허용하여, 비록 생물학적 액체 시료가 (다른 치수 및 끈적거림 정도로) 다른 소스에서 얻어지고 다른 불순물에서 얻어지더라도, 컬럼 유닛들의 생물학적 액체 시료에서 액체는 불순물과 함께 또한 즉각적으로 그리고 동시에 박스 챔버) 내로 물러나며, 이로써 종래 기술과 관련한 문제점을 극복할 수 있다.
도면들은 본 발명의 실시 예를 도시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생물학적 시료 여과 시스템의 바람직한 실시 예의 부분 투시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생물학적 시료 여과 시스템의 바람직한 실시 예의 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 생물학적 시료 여과 시스템의 바람직한 실시 예의 제어 밸브의 기계적 구조를 설명하는 부분 투시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생물학적 시료 여과 시스템의 바람직한 실시 예의 제어 밸브에 대한 투시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생물학적 시료 여과 시스템의 바람직한 실시 예를 사용하여 생물학적 액체 시료를 여과하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생물학적 액체 시료(미도시)를 여과하기 위한 생물학적 시료 여과 시스템(100)의 바람직한 실시 예를 도시한다. 생물학적 액체 시료들 각각은 액체, 불순물 및 이 액체와 불순물로부터 분리될 물질(substance)을 포함한다. 물질은 예를 들어 DNA, RNA, 단백질을 포함한다. 불순물은 수용성 물질, 불수용성 물질, 끈적거리는 재질 또는 큰 분자일 수 있다.
생물학적 시료 여과 시스템(100)은: 폐쇄된 박스 챔버(closed box chamber)(14) 및 이 폐쇄된 박스 챔버(14)와 유체 소통하는 유체 출구(13)를 정의하며, 다수의 시료 웰(sample well)(12)로 형성된 상부 매니폴드(11)를 구비하는 시료-장착 박스(1) - 각각의 시료 웰(12)은 박스 챔버(14)와 유체 소통하는 바닥 개구부(bottom opening)(122)를 구비하는 웰-정의 벽(well-defining wall)(121)에 의해 정의됨; 각각이 대응하는 시료 웰(12)에 배치되고 생물학적 액체 시료를 받으며 상기 생물학적 액체 시료에서 물질을 여과하기 위한 관 부재(21) 및 상기 관 부재(tube member)(21)에 장착된 막 부재(membrane member)(22)를 구비하는 다수의 컬럼 유닛(column unit)(2) - 상기 관 부재(21)는 대응하는 시료 웰(12)의 웰-정의 벽(121)의 바닥 개구부(122)와 유체 소통하는 바닥 구멍(210)(hole)을 구비함; 여과액 수집 공간(31)을 정의하며 유체 입구(33) 및 공기 출구(34) 그리고 바닥 액체 배수(drain)(35)를 구비하는 여과액 저장 용기(3) - 상기 여과액 저장 공간(31)은 상기 바닥 액체 배수(35), 상기 유체 입구(33) 및 상기 공기 출구(34)와 유체 소통함; 상기 박스 챔버(14) 및 상기 여과액 수집 공간(31) 사이의 유체 소통을 제어하기 위해서 상기 시료 장착 박스(10)의 유체 출구(13) 및 상기 여과액 수집 용기(3)의 유체 입구(33) 사이에 배치 및 연결된 제어 밸브(7); 그리고, 상기 여과액 수집 용기(3)의 공기 출구(34)에 연결되고, 상기 박스 챔버(14)에 진공을 발생하기 위해서 상기 제어 밸브(7)가 닫히고 이어서 상기 제어 밸브가 열릴 때 상기 여과액 수집 공간(31)에서 진공을 발생할 수 있어, 생물학적 액체 시료의 액체가 불순물과 함께 상기 컬럼 유닛(2)들로부터 상기 막 부재(22)들 및 상기 박스 챔버(14)를 통해서 상기 여과액 수집 공간(31)으로 플러싱 되는 것을 허용하는 진공 펌프(5); 그리고, 상기 여과액 수집 공간(31)의 압력을 검출하기 위해 상기 여과액 수집 용기(3)에 연결되고 동작에 있어서 상기 제어 밸브(7)와 연결되는 압력 검출기(37)을 포함하며, 상기 여과액 수집 공간(31)의 압력이 프리셋(preset) 압력에 도달할 때 상기 제어 밸브(7)가 열려 상기 박스 챔버(14) 및 상기 여과액 수집 공간(31) 사이의 유체 소통을 허용하여 플러싱(flushing) 동작을 발생한다.
박스 챔버(14)의 체적(volume)은 일반적으로 1리터 이하이고, 바람직하게는 0.1 ~0.5 리터이며 시료 장착 박스(11)의 크기는 취급 및 후속 분석 동작에 있어서 너무 크거나 덩치가 크지 않을 것이다. 또한, 여과액 수집 공간(31)의 체적이 너무 작을 경우, 여과액 수집 공간(31)에 극단적으로 아주 높은 진공이 플러싱 동작을 위해 요구되며(즉, 여과액 수집 공간(31)의 프리셋 압력은 아주 낮게 요구된다), 이는 진공 펌프(5)의 듀티 사이클의 상당한 증가로 이어진다. 따라서, 여과액 수집 공간(31)의 체적은 바람직하게는 1 리터 이상이고 여과액 수집 공간(31)과 박스 챔버(14)의 체적 비율은 4:1 이상이고 더 바람직하게는 8:1 이상이다. 박스 챔버(14)의 체적이 상대적으로 작기 때문에, 생물학적 시료 여과 시스템이 여과액 수집 용기(3)를 구비하지 않으면 종종 수동으로 박스 챔버(14)에 축적된 여과액을 제거할 필요가 있으며, 이는 추가 노동력을 요구하고 작업의 불편을 야기한다. 따라서, 생물학적 시료 여과 시스템(100)에 여과액 수집 공간(3)을 구비하면, 추가 노동력 및 불편한 작업을 줄일 수 있다. 여과액 수지 공간(31)의 프리셋 압력은 박스 챔버(14)의 압력이, 제어 밸브(7)가 플러싱 동작을 발생하기 위해 열린 직후에, 대기압에서 250mmHg 이하로 감소하는 것을 허용하도록 충분할 필요가 있다.
본 실시 예에서, 생물학적 시료 여과 시스템(100)은 액체 수준 검출기(6) 및 밸브 제어기(8)를 더 포함한다. 액체 수준 검출기(6)는 여과액 수집 공간(31)에 수집된 액체의 수준(level)을 검출하기 위해 여과액 수집 용기(3) 상에 제공된다. 밸브 제어기(8)는 압력 검출기(37)로부터 여과액 수집 공간(31)의 압력에 대응하는 압력 신호를 수신하기 위해서 그리고 압력 신호에 기초하여 제어 밸브(7)의 열림 및 닫힘을 제어하기 위해서 압력 검출기(37) 및 제어 밸브(7)에 연결된다.
도 2를 참조하면, 다수의 탄성 고리(23)가 시료 웰(12)들의 바닥들에 각각 배치된다. 관 부재(21)들 각각은 대응하는 탄성 고리(23)를 통과하여 신장하는 바닥 관 형태 돌출부(212)를 구비한다. 막 부재(22)들 각각은 내부 관 몸통(inner tube body)(223) 및 이 내부 관 몸통(223)에 배치된 얇은 필름-막(221)을 구비한다. 막 부재(22)들 각각의 얇은 관 몸통(223)은 대응하는 관 부재(21) 내로 삽입되고, 대응하는 관 부재(21)의 내부 공간과 유체 소통하는 바닥 개구부(2231)를 구비한다.
도 3 및 도 4는 제어 밸브(7)의 기계적인 구조를 도시한다. 제어 밸브(7)는 밸브 몸통(valve body)(71) 및 밸브 로드(valve rod)(72)를 포함한다. 밸브 몸통(71)은 입구 포트(711), 출구 포트(712), 구불구불한 이송 유로(713), 그리고 로드-수용 구멍(714)을 포함한다. 구불구불한 이송 유로(713)는 입구 포트(711) 및 출구 포트(712)와 유체 소통한다. 로드-수용 구멍(714)은 밸브 몸통(71)의 끝에서 이송 유로(713)의 끝 단부(end section)로 신장한다. 밸브 로드(72)는 이동가능하게 로드-수용 구멍(714) 내로 신장하고, 입구 포트(711) 및 출구 포트(712) 사이의 유체 소통을 방지하기 위해서 이송 유로(713)의 끝 단부 내로 이동하고, 입구 포트(711) 및 출구 포트(712) 사이의 유체 소통을 허용하기 위해서 이송 유로(713)의 끝 단부 밖으로 이동한다.
도 5는 본 발명의 생물학적 시료 여과 시스템(100)을 사용하여 생물학적 액체 시료의 여과 방법을 설명하는 흐름도이며, 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 설명을 한다. 여과 방법은: 생물학적 시료 여과 시스템(100)을 준비하고; 컬럼 유닛(2)들을 배치하고, 각 컬럼 유닛(2)은 시료 웰(12)들의 대응하는 생물학적 액체 시료를 받음; 박스 챔버(14) 및 여과액 수집 공간(31) 사이의 유체 소통을 방지하기 위해서 제어 밸브(7)는 닫으면서 여과액 수집 공간(31)을 프리셋 압력으로 선진공화하고(prevacuuming); 생물학적 액체 시료의 액체가 불순물과 함께 컬럼 유닛(2)들로부터 막 부재(22)들 및 박스 챔버(14)를 통해 여과액 수집 공간(31)으로 플러싱 되도록 허용하는 박스 챔버(14)에 즉각적으로 진공을 발생하기 위해서 박스 챔버(14) 및 여과액 수집 공간(31) 사이에 유체 소통을 허용하는 제어 밸브(7)를 여는 것을 포함한다.
바람직하게, 여과액 수집 공간(31)의 프리셋 압력은 플러싱 동작을 발생시키기 위해 제어 밸브(7)가 열린 직후에 박스 챔버(14)의 압력이 대기압에서 250mmHg 이하로 보다 바람직하게는 160mmHg 이하로 감소하도록 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 생물학적 시료 여과 시스템(100)의 디자인은 시료 장착 박스(1)에서 플러싱 동작의 발생을 허용하여, 비록 생물학적 액체 시료가 (다른 치수 및 끈적거림 정도로) 다른 소스에서 얻어지고 다른 불순물에서 얻어지더라도, 컬럼 유닛(2)들의 생물학적 액체 시료에서 액체는 불순물과 함께 또한 즉각적으로 그리고 동시에 박스 챔버(124) 내로 물러나며, 이로써 종래 기술과 관련한 문제점을 극복할 수 있다.
비록 본 발명이 가장 실용적이며 바람직한 것이라고 생각되는 실시 예와 관련하여 서술되었으나, 이 발명은 개시된 실시 예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 사상 내에 가장 넓은 해석의 범위 내에 그리고 등가물 범위 내에 포함된 다양한 변형을 포함한다.

Claims (6)

  1. 액체, 불순물 그리고 상기 액체 및 불순물로부터 분리될 물질을 함유하는 생물학적 액체 시료를 여과하기 위한 생물학적 시료 여과 시스템(100)으로,
    상기 생물학적 여과 시스템은:
    폐쇄된 박스 챔버(14) 및 상기 폐쇄된 박스 챔버(14)와 유체 소통하는 유체 출구(13)를 정의하며, 상기 박스 챔버(14)와 유체 소통하는 다수의 시료 웰(12)로 형성된 상부 매니폴드(11)를 구비하는 시료-장착 박스(1);
    각각이 대응하는 시료 웰(12)에 배치되고 생물학적 액체 시료를 받으며, 생물학적 액체 시료에서 물질을 여과하기 위해서 대응하는 시료 웰(12)과 유체 소통하는 관 부재(21) 및 상기 관 부재(21)에 장착된 막 부재(22)를 구비하는 다수의 컬럼 유닛(2);
    유체 입구(33) 및 공기 출구(34)를 구비하며 상기 유체 입구(33) 및 상기 공기 출구(34)와 유체 소통하는 여과액 수집 공간(31)을 정의하는 여과액 수집 용기(3);
    상기 박스 챔버(14) 및 상기 여과액 수집 공간(31) 사이의 유체 소통을 제어하기 위해서 상기 시료 장착 박스(1)의 유체 출구(13) 및 상기 여과액 수집 용기(3)의 유체 입구(33) 사이에 배치 및 연결된 제어 밸브(7); 그리고,
    상기 여과액 수집 용기(3)의 공기 출구(34)에 연결되고, 상기 박스 챔버(14)에 진공을 발생하기 위해서 상기 제어 밸브(7)가 닫히고 이어서 상기 제어 밸브(7)가 열릴 때 상기 여과액 수집 공간에서 진공을 발생할 수 있어, 생물학적 액체 시료의 액체가 불순물과 함께 상기 컬럼 유닛(2)들로부터 상기 막 부재(22)들 및 상기 박스 챔버(14)를 통해서 상기 여과액 수집 공간(31)으로 플러싱되는 것을 허용하는 진공 펌프를 포함하는 생물학적 시료 여과 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 여과액 수집 공간(31)과 상기 박스 챔버(14)의 체적비는 4:1 이상인 생물학적 시료 여과 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 생물학적 시료 여과 시스템은 압력 검출기(37) 및 밸브 제어기(8)를 더 포함하며,
    상기 압력 검출기(37)는 상기 여과액 수집 공간(31)의 압력을 검출하기 위해서 상기 여과액 수집 용기(3)에 연결되고,
    상기 밸브 제어기(8)는 상기 압력 검출기(37)로부터 상기 여과액 수집 공간(31)에 대응하는 압력 신호를 받기 위해서 그리고 상기 압력 신호를 근거로 하여 상기 제어 밸브(7)를 여는 것을 제어하기 위해서 상기 압력 검출기(37) 및 상기 제어 밸브(7)에 연결되는 생물학적 시료 여과 시스템.
  4. 시료 장착 박스(1), 여과액 수집 용기(3), 상기 시료 장착 박스(1) 및 상기 여과액 수집 용기(3) 사이에 배치 및 연결된 제어 밸브(7), 그리고 상기 여과액 수집 용기(3)에 연결된 진공 펌프(5)를 포함하는 생물학적 시료 여과 시스템(100)을 사용하여 액체, 불순물 그리고 상기 액체 및 불순물로부터 분리될 물질을 함유하는 생물학적 액체 시료를 여과하는 방법으로,
    상기 시료 장착 박스(1)는 박스 챔버(14), 상기 박스 챔버(14)와 유체 소통하는 다수의 시료 웰(12)을 정의하고, 상기 여과액 수집 용기(3)는 여과액 수집 공간(31)을 정의하며,
    상기 방법은:
    (a) 생물학적 액체 시료에서 물질을 여과하기 위한 관 부재(21) 및 상기 관 부재(21)에 장착된 막 부재(22)를 구비하는 다수의 컬럼 유닛(2)을 상기 시료 웰(12)들에 각각 배치하고;
    (b) 상기 박스 챔버(14) 및 상기 여과액 수집 공간(31) 사이의 유체 소통을 방지하기 위해서 상기 제어 밸브(7)는 닫으면서 상기 여과액 수집 공간(31)을 프리셋 압력으로 선진공화하고;
    (c) 생물학적 액체 시료의 액체가 불순물과 함께 상기 컬럼 유닛(2)들로부터 상기 막 부재(22)들 및 상기 박스 챔버(14)를 통해 상기 여과액 수집 공간(31)으로 플러싱 되는 것을 허용하는 상기 박스 챔버(14)에 즉각적으로 진공을 발생하기 위해서 상기 박스 챔버(14) 및 상기 여과액 수집 공간(31) 사이에 유체 소통을 허용하도록 상기 단계(b) 이후에 상기 제어 밸브(7)를 여는 것을 포함하는 생물학적 액체 시료를 여과하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단계(b)에서, 상기 박스 챔버(14)의 압력은 상기 제어 밸브(7)가 상기 플러싱이 발생하도록 열린 직후에 대기압에서 160mmHg 이하로 감소하는 생물학적 액체 시료를 여과하는 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 여과액 수집 공간(31)과 상기 박스 챔버(14)의 체적비는 4:1 이상인 생물학적 액체 시료를 여과하는 방법.
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