KR20140146163A - 동적 핵 스핀 분극（ｄｎｐ）을 위한 분극기를 위한 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 하우징에 의해 지지되는 노즐과 유체 연통 상태로 배치되는 튜브형 유체 도관의 자유 단부를 수용하는 하우징을 포함하며, 노즐은 입력 포트, 분배 포트 및 입력 포트와 분배 포트 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 노즐 유로를 형성하는 테이퍼형 내부 표면 또는 계단형 내부 표면을 포함하는, DNP 분극기가 제공된다.

Description

동적 핵 스핀 분극（ＤＮＰ）을 위한 분극기를 위한 노즐{NOZZLE FOR A POLARIZER FOR DYNAMIC NUCLEAR SPIN POLARISATION(DNP)}

본 발명은 동적 핵 분극(DNP)의 분야에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 동적 핵 분극 장비를 위한 구성 요소에 관한 것이다. 더욱 더 구체적으로, 본 발명은 DNP 분극기를 위한 용해 장비(dissolution equipment)의 특징부, 즉 용해 장치의 부품으로서의 노즐에 관한 것이다. 이러한 노즐은 고체 분극 샘플의 더욱 효율적인 용해를 제공하고, 그에 의해 급속 및 완전 용해를 가능케 한다.

고체 상태, 즉 매우 낮은 온도 및 중간 내지 높은 자기장에서의 DNP에 의한 분극 및 그에 후속되는 용해 매체로써의 용해는 넓은 범위의 신규한 MR 적용을 가능케 하는 상당히 향상된 핵 분극을 가져온다는 것이 입증되었다. 예컨대 피루브산염은 시트르산 회로에서 역할을 하는 화합물이고, DNP-분극[과분극(hyperpolarized)] 피루브산염은 인체 내에서의 대사 과정의 생체내 MR 연구를 위한 MR 작용제로서 사용될 수 있다. 과분극 피루브산염은 예컨대 제WO-A-2006/011810호에서 상세하게 기재된 것과 같이 생체내 종양을 촬영하고 제WO-A-2006/054903호에서 상세하게 기재된 것과 같이 MR 촬영에 의해 심근 조직의 생존력을 평가하는 MR 조영제로서 사용될 수 있다. 과분극 피루브산염을 생성하기 위해, 피루브산이 DNP 분극되고, 고체로 동결된 분극 피루브산은 수성 버퍼 용액 및 염기를 함유하는 고온 용해 매체 내에서 용해 및 중화된다. 피루브산의 DNP 분극 및 용해를 개시하고 있는 제WO-A-2006/011809호는 여기에 전체가 제공된 것처럼 참조로 삽입되어 있다.

용해 과정 자체는 극히 급속하며 완전하여야 한다. 이것은 일반적으로 용해 매체의 열 에너지 및 유동이 샘플을 완전 용해하고 또 다른 용기로 샘플을 운반할 정도로 충분할 것이라는 예상을 하면서 고온 용해 매체가 동결된 고체 샘플을 수용하는 바이얼(vial) 내로 주입될 것을 요구한다(예컨대, 여기에 참조로 삽입되는 제WO-A-02/37132호). 다음에, 용어 "고체로 동결된 샘플, 고체 샘플 및 동결된 샘플"은 상호 교환 가능하게 사용된다. 그러나, 이러한 과정이 실제로 실시되게 하는 데 있어서, 다수개의 예기치 못한 문제점이 관찰된다. 하나의 발생 가능한 실패 모드는 고체 샘플이 용해되기 전에 시스템이 동결되고 그 결과 얼음 플러그가 시스템에 대한 유입 및 유출을 부분적으로 또는 전적으로 중 어느 하나의 방식으로 차단한다는 것이다. 제2 실패 모드는 고체 샘플로 전달된 열 에너지가 모든 고체 샘플을 용해할 정도로 충분하지 못하고 그 결과 어떤 양의 고체 샘플이 바이얼 내에 남게 된다는 것이다. 작업 압력 및 온도에 추가하여, 입구 튜브 설계 및 배치가 만족스러운 용해를 얻는 데 있어서 중요한 역할을 할 수 있는 것이 밝혀졌다.

이러한 문제점을 해결할 하나의 종래 접근법은 매우 높은 온도까지 용해 매체를 가열하는 단계 및 매우 높은 압력에서 작업하는 단계를 포함한다. 이러한 접근법을 사용함으로써, 극저온으로 동결된 샘플을 급속 용해하는 것이 가능하다. 불행하게도, 이러한 접근법에 의해 요구되는 압력 및 온도는 또한 내열성 및 내압성 재료로 제조된 값비싼 구성 요소를 요구할 수 있고/거나 안전 문제를 야기할 수 있다. 나아가, 매우 높은 온도는 압력에 따라 용해 매체의 증기화(steaming)를 쉽게 야기할 수 있다. 그러나, 증기는 액체 용해 매체보다 동결된 고체 샘플로 열을 전달하고 그에 따라 동결된 고체 샘플을 용해하는 데 덜 효율적이다. 그러므로, 고온 용해 매체의 증기화를 방지하는 수단이 매우 중요하다.

더욱이, 긴 용해가 핵 분극에 부주의하게 영향을 미치는데, 용해된 샘플 내에서의 분극이 시간에 따라 감쇠하고 시기 면에서의 변동이 가변적인 분극을 가져오는 강력하지 못한 용해 과정을 초래할 것이기 때문이다. 추가로, 불완전 용해는 과정 수율에 영향을 미칠 것이다. 더욱이, 용해 시에 중화되어야 하는 피루브산 등의 유리산(free acid)을 분극하는 경우에, 불완전 용해는 결과 용액의 pH를 조절하는 데 불리하다. 그러므로, 강력하고 편리한 용해 과정에 기여하는 특징부를 구체화하는 것이 바람직하다.

도1은 종래 기술의 용해 스틱 및 샘플 용기를 도시하고 있다.
도2는 본 발명의 제1 실시양태에 따른 노즐을 포함하는 도킹 하우스를 도시하고 있다.
도3은 본 발명의 제2 실시양태를 도시하고 있다.
도4는 본 발명의 제3 실시양태를 도시하고 있다.
도5는 본 발명의 제4 실시양태를 도시하고 있다.
도6은 본 발명의 제5 실시양태를 도시하고 있다.
도7a 내지 도7c는 도6의 노즐의 대체 실시양태를 도시하고 있다.
도8a 및 도8b는 본 발명의 제6 실시양태를 도시하고 있다.
도9는 분극기의 유체 유동 경로 내의 그 위치에서 본 발명의 노즐을 보여주는 본 발명의 제7 실시양태를 도시하고 있다.
도10은 적절한 위치의 그 바이얼 캡이 본 발명의 노즐 주위에 배치된 상태의 생성물 샘플 바이얼을 도시하고 있다.
도11은 본 발명의 제8 실시양태를 도시하고 있다.
도12는 본 발명의 노즐을 제조하는 방법을 도시하고 있다.
도13은 노즐이 존재하는 경우(도13b) 및 노즐이 존재하지 않는 경우(도13a)의 용해들 사이의 비교를 보여준다.

도1은 종래 기술의 용해 스틱(10) 및 샘플 용기(12)를 도시하고 있다. 용해 스틱(10)은 샘플 용기(12) 내에 보유되는 분극 샘플 재료(14)를 용해한다.

여기에서 사용된 것과 같이, "샘플"은 전형적으로 낮은 온도에서 동결된 고체 상태로 샘플 용기 내에 제공되는 분극 재료를 말한다. 용어 "용해 매체"는 샘플 재료를 용융시켜 용해하고 그에 의해 용융 및 용해된 샘플 재료 및 아마도 또한 용해 매체 중 적어도 일부의 "용액"을 형성하도록 제공되는 액체를 말한다. 용해 매체의 온도는 일반적으로 샘플의 온도보다 높다. 샘플의 온도는 약 1 내지 5 K이며, 한편 용해 매체의 온도는 적어도 실온, 즉 약 295 K이지만, 바람직하게는 가열된, 즉 고온의 용해 매체가 사용된다. 수성 용해 매체 예컨대 수성 버퍼 용액이 사용되면, 이러한 수성 버퍼 용액은 약 355 K 이상의 온도까지 가열될 수 있다. 이와 같이, 용해 매체가 샘플과 접촉하게 되면, 샘플이 용융 및 용해된다. 용어 "샘플 용기" 및 "샘플 바이얼"은 그 동결된 고체 형태 및 그 용액 형태의 양쪽 모두의 형태로 샘플을 보유하는 것으로서 이해된다.

용해 스틱(10)은 개방 대향된 제1 개방 단부(18) 및 제2 개방 단부(20)를 갖는 긴 튜브형 외부 하우징(16)을 포함한다. 하우징(16)은 개방 제1 단부(18)와 개방 제2 단부(20) 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 공동(25)을 형성하는 내부 공간(22)을 제공한다. 용해 스틱(10)은 대향된 제1 개방 단부(26) 및 제2 개방 단부(28) 및 개방 단부(26, 28)들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 유로(30)를 갖는 제1 긴 도관(24)을 지지한다. 제2 개방 단부(28)는 액체 용해 매체의 공급원(도시되지 않음)에 연결된 상태로 제공된다. 용해 스틱(10)은 대향된 제1 개방 단부(32) 및 제2 개방 단부(34) 및 개방 단부(32, 34)들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 인출 경로(36)를 갖는 제2 긴 도관(30)을 추가로 포함한다. 인출 경로(36)는 용해 매체 및 용기(12)에 의해 최초로 제공되는 용해된 샘플 재료를 안내하는 루트(route)를 제공한다.

샘플 용기(12)는 전형적으로 샘플 재료가 제공되는 샘플 리셉터클(44)을 형성하는 직립형 개방 원통형 벽(42)을 지지하는 평면형 기부(40)를 포함한다. 용기(12)가 용해 스틱(10)의 개방 단부(18) 내로 삽입될 때, 벽(42)이 하우징(16)의 내부 표면(22)과 밀봉식으로 결합되고 그에 따라 벽(42)과 하우징(16)의 내부 표면(22) 사이에서의 유체 누설을 방지한다. 용해 스틱(10) 및 용기(12)는 용해 매체가 제1 도관(24)의 제1 개방 단부(26)로부터 제공될 때에 샘플 재료가 보유되는 샘플 공동(50)을 형성한다. 용해 매체 및 용해된 샘플 재료의 혼합물은 공동(50)으로부터 제2 도관(30)의 인출 경로(36)를 통해 수용기 위치로 인출되며, 수용기 위치에서 혼합물이 시험관내 NMR 분석을 위해 또는 생체내에서의 사용을 위해 적절한 과분극 재료를 제공하도록 추가로 처리될 수 있다.

본 발명은 샘플 재료 상으로의 용해 매체의 유동 속도를 증가시키도록 된 샘플 공동에 인접한 노즐의 합체를 제공한다. 바람직하게는, 본 발명의 노즐은 또한 샘플 공동 내에서의 샘플 재료의 효율적인 용해를 제공하도록 용해 매체의 유동을 안내한다. 아래에서 완전하게 설명되는 것과 같이, 노즐의 설계 및 배치는 샘플 재료의 완전 및 급속 용해를 얻도록 최적화될 수 있다. 바람직하게는, 노즐은 인출 도관을 통한 용해된 샘플 재료의 안내를 촉진하여 용해된 샘플 재료가 공동 내에 포획되는 와류를 형성하지 않는 샘플 공동을 통한 유체 유동을 제공한다.

이와 같이, 본 발명은 폐쇄된 유체 경로 내에 극저온으로 동결된 샘플을 완전 용해할 수 있는 능력을 제공한다. 본 발명은 또한 바이얼로부터 수용기로 용해된 생성물을 전달할 수 있는 능력을 제공한다. 추가로, 본 발명은 바이얼 내의 재료의 양과 무관하게 완전 용해가 얻어질 수 있도록 노즐/내부 튜브의 배치를 변형시킬 수 있는 능력을 제공한다. 본 발명은 가변 작업 온도 및 압력으로 용해를 개선시키도록 노즐의 크기 및 형상을 변형시킬 수 있는 능력을 추가로 제공한다. 추가로, 본 발명은 높은 질량 유동 속도를 유지하면서 여전히 출구에서의 높은 유체 속도를 성취하기 위해 큰 직경의 내부 튜브를 사용할 수 있는 능력을 제공한다.

도2는 본 발명의 제1 실시양태에 따른 노즐을 포함하는 도킹 하우스(docking house)(110)를 도시하고 있다. 도킹 하우스(110)는 분극 공정의 종료 시에 용해 스틱 내로 합체될 수 있거나 분극기 내로 별개로 합체될 수 있다. 도킹 하우스(110)는 동결된 분극 샘플(14)을 수용하는 샘플 용기(12)에 꼭 맞게 끼워진다. 샘플 용기(12)가 도킹 하우스(110)에 부착되면, 소정 체적의 용해 매체가 도킹 하우스(110) 내로 이어지는 도관(116)을 통해 보내진다. 도킹 하우스(110)는 3개의 개구, 즉 용해 매체가 제공되는 도관(116)을 수용하는 용해 매체 포트(120), 샘플 및 용해 매체의 용액이 구동되는 용액 도관(126)을 수용하는 용액 포트(124) 및 유체-밀봉 연결 상태로 샘플 용기(12)를 수용하는 샘플 포트(128)를 형성하는 하우징 본체(118)를 갖는다. 도킹 하우스(110)는 동결된 분극 샘플이 제공되는 샘플 공동(125)을 형성한다. 전형적으로, 샘플 공동(125)은 본체(118)와 용해될 동결된 샘플을 보유하는 샘플 용기(도시되지 않음) 사이에서 완전하게 형성한다.

도2에 도시된 것과 같이, 도킹 하우스(110)는 용해 매체 포트(120) 내에 제공되는 노즐(130)을 포함한다. 노즐(130)은 입력 포트(132), 분배 포트(134) 및 입력 포트(132)와 분배 포트(134) 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 노즐 유로(136)를 포함한다. 노즐(130)은 바람직하게는 유로(136)를 추가로 형성하는 원뿔-테이퍼형 내부 벽(140)을 포함한다. 본 발명의 각각의 실시양태에 대해 이해되는 것과 같이, 분배 포트(134)는 도관(116)의 유동 통로(116a)의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 본 발명은 분배 포트(134)의 상류에서의 도관(116)을 통한 유동 속도에 비해 분배 포트(134)를 통해 용해 매체의 유동 속도를 가속시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명의 노즐은 바람직하게는 동결된 샘플 상으로 용해 매체 유동을 안내하는 방식으로 배향된다.

당업자라면 노즐의 설계가 용해의 효율에 영향을 미친다는 것을 이해할 것이다. 여기에서, 노즐의 원뿔 테이퍼형 내부 표면이 샘플 용기의 전체의 고체 샘플 내용물을 처리한다는 관점 및 전달 중에 핵 분극을 보존하는 편리한 용해 공정을 제공한다는 관점의 양쪽 모두의 관점에서 용해의 성과를 크게 개선시킬 것이다. 그러나, 도시된 것과 같이, 본 발명은 본 발명의 노즐에 대한 추가의 설계를 고려하고 있다. 추가로, 본 발명은 노즐이 노즐과 접촉되는 재료와 반응하지 않고 샘플 재료의 분극 레벨에 악영향을 미치지 않는 재료로부터 형성되는 것을 고려하고 있다.

도2는 도킹 하우스(110)의 부품으로서 노즐(130)을 제시하고 있지만, 본 발명은 노즐(130)이 도관(116)의 자유 단부 상으로 직접적으로 합체될 수 있다는 것을 추가로 고려하고 있다. 그러므로, 또 다른 실시양태는 고체 샘플을 수용하는 샘플 바이얼 내에서 종료되는 폐쇄된 유체 경로의 일부인 노즐이다. 사실상, 노즐은 샘플이 용해에 의해 회수되는 분극기의 관점에서 임의의 배열의 유리한 특징이다. 이와 같이, 도킹 하우스(10)가 분극기 내의 고정 구조물일 수 있다는 것이 추가로 이해된다. 샘플 용기는 그 다음에 본 발명에 따른 연속 샘플의 용해를 가능케 하도록 도킹 하우스(10)에 대해 직렬로 삽입 및 인출될 것이다.

노즐의 단부 오리피스 직경은 용해 효율에 중요하다는 것이 입증되었다. 최적의 직경은 물론 샘플 용기의 깊이 및 형상, 샘플의 양 및 용해 매체에 대한 선택 압력 등의 다수개의 파라미터에 의존할 것이다.

도3은 본 발명의 제2 실시양태를 도시하고 있다. 용해 스틱(210)은 샘플 용기(12) 내에 보유되는 동결된 분극 샘플 재료를 용해한다. 용해 스틱(210)은 대향된 제1 개방 단부(214) 및 제2 개방 단부(216) 및 개방 단부(214, 216)들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 공동(220)을 형성하는 내부 표면(218)을 갖는 긴 튜브형 외부 하우징(212)을 포함한다. 용해 스틱(210)은 대향된 제1 개방 단부(224) 및 제2 개방 단부(226)를 갖는 제1 긴 도관(222)을 지지한다. 도관(222)의 제2 개방 단부(226)는 용해 매체의 공급원에 연결 가능하다. 도관(222)은 개방 단부(224, 226)들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 용해 매체 유로(230)를 형성하는 내부 표면(228)을 포함한다.

용해 스틱(210)은 각각 대향된 제1 및 제2 단부(234, 236)를 갖는 협착 부재(232)를 제공한다. 협착 부재(232)는 하우징(212)의 내부 표면(218) 상에서 지지된다. 협착 부재(232)의 제1 단부(234)는 제1 개방 단부(224)에서의 유로(230)의 가용 단면적을 감소시키도록 도관(222)의 제1 개방 단부(224) 내로 연장된다. 이와 같이, 협착 부재(232)는 그 상류에서의 도관(222) 내에서의 그 유동 속도에 비해 개방 단부(224)를 통한 용해 매체의 가속을 유발시킬 것이다. 협착 부재(232)는 공동(220) 내의 선택 위치를 향해 도관(222)의 제1 개방 단부(224)로부터 유출되는 유체를 안내하도록 유로(230)에 대해 성형될 수 있거나 경사질 수 있는 외부 표면(238)을 추가로 포함한다. 도관(222)으로부터의 용해 매체 유동을 위한 구체적인 방향은 용해 매체 진입 공동(220)의 요망 유동 속도뿐만 아니라 공동(220)의 치수 및 기하 형상에 의해 영향을 받을 것이다.

용해 스틱(210)은 또한 각각 대향된 제1 및 제2 개방 단부(242, 244)를 갖는 제2 긴 도관(240)을 지지한다. 도관(240)은 개방 단부(242, 244)들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 인출 경로(246)를 형성한다. 도관(240)의 제2 개방 단부(244)는 공동(220)으로부터 인출된 용액을 위한 수집기 또는 수용기에 연결 가능하다.

도4는 본 발명의 제3 실시양태에 따른 본 발명의 용해 스틱 또는 도킹 하우스 내에 동결된 분극 재료를 보유하는 샘플 용기(310)를 도시하고 있다. 샘플 용기(310)는 동결된 분극 샘플 재료를 수용하는 샘플 리셉터클(314)을 형성하는 용기 본체(312)를 포함한다. 용기 본체(312)는 용해 스틱 또는 도킹 하우스 등의 용해된 분극 재료를 용해 및 인출하는 장치와 결합되도록 되어 있다. 구체적인 장치는 제1 유체 속도로 용해 매체를 제공하는 제1 도관 및 그 용해 후에 분극 재료를 인출하는 제2 도관을 포함할 것이다. 용기 본체(312)는 제1 유체 속도보다 큰 제2 유체 속도까지 용해 매체를 가속시키도록 샘플 리셉터클(314)과 중첩 정합 상태(overlying registry)로 노즐(316)을 지지한다. 노즐 브레이스(nozzle brace)(318)가 용해 매체 도관에 대한 노즐(316)의 적절한 배치를 보증한다. 즉, 노즐(316)은 용해 매체 도관을 통해 유동되는 모든 용해 매체가 노즐 분배 포트(318)를 통해 배출되도록 용해 매체 도관의 개방 단부 위에 배치된다. 분배 포트(318)는 분배 포트가 배치되는 용해 매체 도관보다 작은 단면적을 갖는 것을 특징으로 한다.

도5는 본 발명의 제4 실시양태에 따른 용해 스틱 또는 도킹 하우스 내에 동결된 분극 재료를 보유하는 샘플 용기(410)를 도시하고 있다. 샘플 용기(410)는 분극 재료를 수용하는 샘플 리셉터클(414)을 형성하는 용기 본체(412)를 포함한다. 용기 본체(412)는 용해 스틱 또는 도킹 하우스 등의 용해된 분극 재료를 용해 및 인출하는 장치와 결합되도록 되어 있다. 구체적인 장치는 제1 유체 속도로 용해 매체를 제공하는 제1 도관 및 그 용해 후에 분극 재료를 인출하는 제2 도관을 포함할 것이다. 용기 본체(412)는 제1 유체 속도보다 큰 제2 유체 속도까지 용해 매체를 가속시키도록 샘플 리셉터클(414)과 중첩 정합 상태로 협착 부재(416)를 지지한다. 협착 부재 브레이스(418)가 용해 매체 도관에 대한 협착 부재(416)의 적절한 배치를 보증한다. 즉, 협착 부재(416)는 용해 매체 도관을 통해 유동되는 모든 용해 매체가 이처럼 형성된 분배 포트를 통해 도관으로부터 배출되어야 하도록 부분적으로는 용해 매체 도관의 개방 단부 내로 배치된다. 분배 포트는, 협착 부재(416)로부터 상류에서의 용해 매체 도관보다 작은, 협착 부재(416)와 도관의 내부 벽 사이에서의, 단면적을 갖는 것을 특징으로 한다.

도6은 본 발명의 제5 실시양태에 따른 동결된 분극 샘플 재료를 용해하기 위한 용해 스틱(610)을 도시하고 있다. 용해 스틱(610)은 샘플 용기(12) 내로 삽입되어 그 내에 보유되는 분극 샘플 재료를 용해한다. 용해 스틱(610)은 기본적으로는 유체 유동 방향이 역전된 상태로 본 발명의 노즐을 합체하도록 된 용해 스틱(10)의 변형예이다. 용해 스틱(610)은 대향된 제1 개방 단부(614) 및 제2 개방 단부(616)를 갖는 긴 튜브형 외부 하우징(612)을 포함한다. 하우징(612)은 개방 단부(614, 616)들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 공동(620)을 형성하는 내부 표면(618)을 포함한다. 개방 단부(614)에 인접한 공동(620)의 부분은 샘플 용기(12)가 삽입되는 샘플 공동(625)을 제공한다. 용해 스틱(610)은 각각 대향된 제1 및 제2 개방 단부(624, 626) 및 제1 및 제2 개방 단부(624, 626)들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 용해 매체 유로(628)를 갖는 긴 용해 매체 도관(622)을 지지한다. 용해 스틱(610)은 각각 대향된 제1 및 제2 개방 단부(632, 634) 및 제1 및 제2 개방 단부(632, 634)들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 인출 경로(636)를 갖는 긴 용액 도관(630)을 추가로 포함한다. 개스킷 부재(gasket member)(635)가 외부 하우징(612)을 밀봉하도록 제공되고 그에 따라 유체 유동이 도관(622, 630) 및 샘플 공동(625)에 구속된 상태로 남아 있다.

제1 도관(622)의 제1 개방 단부(624)는 제2 도관(630)의 제1 개방 단부(632)로부터 상류에서의 외부 하우징(612)의 공동(618) 내에 배치된다. 제2 도관(630)의 제1 개방 단부(632)는 환형 지지부(638)에 의해 외부 하우징(612)의 공동(620) 내에 중심으로-지지된다. 도7a에 도시된 것과 같이, 환형 지지부(638)는 제2 도관(630)과 외부 하우징(612)의 내부 표면(618) 사이의 위치에서 유동 포트(640, 642)를 형성한다. 본 발명에 따르면, 유동 포트(640, 642)에 의해 제공되는 총 단면적은 제1 도관(622)의 제1 개방 단부(624)에 의해 형성되는 분배 포트(644)의 총 단면적보다 작다.

도7b 및 도7c는 도6의 용해 스틱 내로 합체되는 본 발명의 노즐의 대체 실시양태를 도시하고 있다. 도7b에서, 환형 지지부(638)는 용액 도관(630)과 외부 하우징(612) 사이의 중간에 위치되는 단일의 유동 포트(650)를 형성한다. 도7c에서, 환형 지지부(638)는 제2 도관(630)으로부터 하우징(612)의 내부 표면(618)으로 연장되는 단일의 유동 포트(660)를 형성한다. 각각의 경우에, 환형 지지부(638)에 의해 제공되는 유동 포트의 총 단면적은 분배 포트(644)의 단면적보다 작고, 그 결과 샘플 공동(620) 내로의 유동 속도가 가속된다.

도8a 및 도8b는 본 발명의 제6 실시양태에 따른 샘플 용기(12) 내에 보유되는 분극 샘플 재료를 용해하기 위한 용해 스틱(810)을 도시하고 있다. 용해 스틱(810)은 본 발명에 따른 노즐의 제공을 제외하면 용해 스틱(10)과 구성 면에서 실질적으로 동일하다. 용해 스틱(810)은 대향된 제1 개방 단부(814) 및 제2 개방 단부(816)를 갖는 긴 튜브형 외부 하우징(812)을 포함한다. 하우징(812)은 개방 제1 및 제2 단부(814, 816)들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 공동(820)을 형성하는 내부 표면(818)을 포함한다. 용해 스틱(810)은 각각 대향된 제1 및 제2 개방 단부(824, 826) 및 제1 및 제2 개방 단부(824, 826)들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 유로(828)를 갖는 제1 긴 도관(822)을 또한 포함한다. 제2 개방 단부(826)는 용해 매체의 공급원과 유체 연통 상태로 배치 가능하다. 제1 도관(822)의 제1 개방 단부(824)는 노즐(825)의 상류에서의 유로(828)의 단면적 치수보다 작은 단면적 치수를 갖는 유동 포트(830)를 형성하는 노즐(825)을 포함한다. 노즐(825)이 아래에서 설명되는 방법에 의해 형성될 수 있다는 것이 본 발명에 의해 고려되지만, 노즐을 통해 유체 유동을 가속시키도록 역할을 하는 임의의 노즐이 본 발명에서의 사용을 위해 고려된다.

용해 스틱(810)은 각각 대향된 제1 및 제2 개방 단부(842, 844) 및 제1 및 제2 개방 단부(842, 844)들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 인출 경로(846)를 갖는 제2 긴 긴 도관(840)을 추가로 지지한다. 제2 도관(840)의 제2 개방 단부(844)는 용해 매체를 위한 인출 목적지와 유체 연통 상태로 배치 가능하다.

도9 및 도10은 본 발명의 제7 실시양태를 도시하고 있다. 도9는 분극기의 유체 유동 경로 내의 그 위치에서의 본 발명의 노즐(935)을 도시하고 있다. 도10은 본 발명의 도킹 하우스와 기능 면에서 유사하고 동결된 분극 샘플 재료(914)를 제공하는 샘플 용기(912)에 연결 가능한 바이얼 캡(910)을 도시하고 있다. 샘플 용기(912)는 개방 제1 단부(916), 폐쇄 제2 단부(918) 및 제1 및 제2 단부(916, 918)들 사이에서 연장되는 긴 원통형 벽(920)을 포함한다. 벽(920)은 샘플 공동(925)을 형성하는 내부 표면(920a)을 포함한다. 바이얼 캡(910)은 샘플 용기의 개방 단부(916)의 유체-밀봉 수용을 위한 샘플 포트(926)를 형성하는 캡 본체(924)를 포함한다. 이와 같이, 샘플 공동(925)은 샘플 용기(912)가 바이얼 캡(910)에 결합될 때에 완전하게 형성된다.

바이얼 캡(910)은 용해 매체 도관(930) 및 용액 도관(932)의 양쪽 모두를 수용하는 바이얼 캡(910)을 관통하는 단일의 유동 포트(928)를 추가로 형성한다. 용해 매체 도관(930)은 용액 도관(932) 내에 동심으로 지지되고 그에 따라 용해 매체 도관(930)을 통해 샘플 공동(925) 내로 제공되는 용해 매체는 동결된 샘플 재료가 용해되게 하고 용해 매체 도관(930) 주위의 환형 인출 경로(934)로부터 유출되게 한다.

용해 매체 도관(930)은 노즐(935)을 갖는 제1 개방 단부(936)를 추가로 포함한다. 노즐(935)은 용해 매체 도관(930)에 의해 형성되고 노즐(935)의 상류에서의 도관(930) 내에서의 유체 유속에 비해 협착 부재를 통한 유체 유동 내에서의 가속을 유발시키는 용해 매체 유로(938) 내의 협착 부재이다.

샘플 공동(925)에 대한 노즐(935)의 중심 위치는 생성물 용액이 도9에 도시된 것과 같은 수용기 용기(988) 내로 수집되는 최종 위치까지 인출 경로(934)를 통해 생성물 용액을 완전하게 변위시킬 뿐만 아니라 극저온으로 동결된 생성물을 급속 및 완전 용해하는 유체 유동 특성을 제공한다.

다시, 도9를 참조하면, 용해 매체를 수용하는 시린지(syringe)(980)가 용해 매체 도관(930)에 연결된다. 밸브(982)의 개방 시, 시린지(980)는 용해 매체 도관(930) 내로 및 노즐(935)을 통해 샘플 공동(925) 내로 용해 매체를 분배할 수 있다. 용해 매체 및 시린지(980)로부터의 용해 매체의 계속된 제공으로 인해 용해된 과분극 샘플 재료의 용액이 인출 경로(934)를 통해 안내된다. 용액은 개방된 상태에서의 밸브(984)를 통해, 필터(986)를 통해 및 용액이 수집되는 수용기(988) 내로 안내된다. 본 발명은 주기(run)의 종결 시에 실질적으로 모든 최초로 동결된 샘플 재료가 수용기(988) 내에 도착할 것을 고려하고 있다.

이제, 도11을 참조하면, 본 발명은 분극기 내에 합체될 수 있는 용해 장치(1010)를 추가로 제공한다. 용해 장치(1010)는 각각 대향된 제1 및 제2 단부(1014, 1016) 및 제1 및 제2 단부(1014, 1016)들 사이에서 연장되는 긴 튜브형 벽(1018)을 갖는 제1 긴 튜브(1012)를 포함한다. 제1 단부(1014)는 용해 유체의 공급원(도시되지 않았지만, 도9에 대해 도시된 것과 유사함)과 유체 연통 상태로 배치될 제1 포트(1020)를 형성하고, 제2 단부(1016)는 배출 노즐(1022)을 포함한다. 배출 노즐(1022)은 노즐 포트(1024)를 형성한다. 튜브형 벽(1018)은 포트(1020, 1024)들 사이에서 연장되는 긴 분배 통로(1026)를 형성한다. 노즐 포트(1024)는 본 발명의 다른 실시양태에 대해 설명된 것과 같이 노즐 포트(1024)를 통해 통로(1026)로부터의 유체 유동을 가속시키도록 성형된다.

용해 장치(1010)는 동결된 분극 샘플을 보유하는 샘플 공동(1032)을 형성하는 외부 하우징 벽(1030)을 갖는 외부 하우징(1028)을 포함한다. 샘플 공동(1032)은 노즐 포트(1024)와 유체 연통 상태에 있다. 외부 하우징 벽(1030)은 샘플 공동(1032)과 유체 연통 상태로 유체 인출 포트(1034)를 형성한다. 외부 하우징(1028)은 외부 하우징 벽(1030)으로부터 연장되는 긴 외부 튜브형 벽(1036)을 추가로 포함한다. 외부 튜브형 벽(1036)은 유체 인출 포트(1034)와 유체 연통 상태로 연장되는 긴 인출 통로(1038)를 형성한다.

제1 긴 튜브(1012)는 외부 튜브형 벽(1036)의 인출 통로(1038) 내에서 연장된다. 외부 하우징 벽(1030)은 접근 포트(1040)를 통해 제1 긴 튜브(1012)를 수용하는 접근 포트(1040)를 추가로 형성한다. 외부 튜브형 벽(1036)은 인출 통로(1038)와 유체 연통 상태로 출구 포트(1042)를 추가로 형성한다. 본 발명은 인출 통로(1038)의 유체 보존성을 유지하면서 또한 샘플 공동(1032)에 대해 노즐(1022)을 선택적으로 배치하도록 제1 긴 튜브(1012)가 인출 통로(1038) 내에서 연장 및 후퇴하게 하는 장착 슬리브(1044)에 의해 활주 가능하게 장착될 수 있다는 것을 추가로 고려하고 있다.

외부 하우징 벽(1030)은 횡단 방향으로-배향된 단부벽(1048)으로부터 연장되는 긴 원통형 샘플 보유 벽(1046)을 추가로 포함한다. 테이퍼형의 절두형 벽(1050)이 긴 원통형 샘플 보유 벽(1046)과 긴 외부 튜브형 벽(1036) 사이에서 연장된다. 벽(1036, 1046, 1050)은 연속 일체형 튜브형 벽을 형성하는 것으로 도11에 도시되어 있지만, 본 발명은 절두형 벽(1050)이 도10에 도시된 것과 같이 바이얼 캡(910)에 의해 제공되고 그에 따라 샘플 보유 벽(1046)이 샘플 공동(1032)으로의 사용자 접근을 허용하도록 절두형 벽(1050)에 제거 가능하게 연결 가능할 수 있다는 것을 추가로 고려하고 있다.

도9와 유사하게, 용해 장치(1010)는 제1 긴 튜브의 제1 단부에서 용해 매체를 수용하는 시린지 또는 다른 분배 장치에 연결될 수 있다. 이와 같이, 용해 매체는 제1 긴 튜브(1012) 내로 및 노즐(1022)을 통해 샘플 공동(1032) 내로 제공된다. 용해 매체 및 용해 매체의 계속된 공급으로 인해 용해된 과분극 샘플 재료의 용액이 인출 통로(1038)를 통해 안내된다. 용액은 출구 포트(1034)를 통해 대기 중인 수용기를 향해 안내된다. 본 발명은 주기의 종결 시에 실질적으로 모든 최초로 동결된 샘플 재료가 수용기 내에 도착할 것을 고려하고 있다.

실험 및 모델링을 통해, 신뢰 가능하게 이것을 성취하기 위해 내부 튜브의 단부에 노즐을 배치하고 동결된 샘플의 어떤 거리 내에 그 노즐을 배치하는 것이 유리하다는 것이 밝혀졌다(도12). 스탠드오프(standoff)로서 불리는 이러한 파라미터는 동결된 샘플의 표면과 노즐 사이의 거리로서 정의된다. 실험적으로, 노즐이 표면에 근접하게 배치될수록 용해 결과가 양호해진다는 것이 밝혀졌다. 불행하게도, 표면에 과도하게 근접하게 노즐을 배치하는 것은 용해 매체의 주입 전의 임의의 시간에 샘플이 용융 및 재동결되는 경우를 야기할 수 있다는 것이 또한 관찰되었다.

바람직한 실시양태에서, 노즐 직경은 0.9 ㎜이고, 스탠드오프는 5 ㎜로서 설정된다. 이것은 2.69 ㎜의 외부 튜브 내경 및 1.83 ㎜의 내부 튜브 외경과 관련되고, 그 결과 유동 면적의 비율은 시스템을 배출하는 것에 대해 대략 1.6이 된다.

도12는 본 발명의 노즐(935)을 제조하는 하나의 방법을 도시하고 있다. 노즐(935)은 발열 블록(952)에 의해 지지되는 긴 수직-연장 핀(950) 위에 용해 매체 도관(930)의 제1 단부(936)를 배치함으로써 제조된다. 발열 블록(952)은 바람직하게는 전력의 공급 시에 가열하는 전열 장치이다. 긴 원통형 황동 안내부(954)를 통해 긴 도관 통로(956)를 형성하는 긴 원통형 황동 안내부(954)가 핀(950)에 대해 동심으로 지지된다. 발열 블록(952)이 도관 재료의 용융 온도를 향해 가열함에 따라, 도관 재료가 핀(950)을 향해 유동되기 시작할 것이다. 도관(930)은 도관 재료가 유동됨에 따라 발열 블록(952)을 향해 추가로 접근될 수 있다. 이와 같이, 도관(930)의 개방 단부(936)는 핀(950) 주위에 재형성된다. 방금-변형된 도관이 충분히 냉각된 때, 도관(930)이 황동 안내부(954)로부터 및 핀(950)으로부터 분리되어 인출될 수 있다.

노즐(935)의 형성을 추가로 돕기 위해, 발열 블록(952)은 개방 단부(936)가 먼저 삽입되는 도관-수용 오목부(960)를 형성할 수 있다. 핀(950)은 오목부(960) 내에서 중심으로 지지될 것이다. 블록(952)의 발열은 도관(930)을 변형시키는 단계와 동시에 일어날 수 있다는 것이 추가로 고려된다. 대체예에서, 도관(930)은 변형을 유발시키도록 이미 발열되기 시작한 블록(952)에 제공될 수 있다. 이러한 방법에 의해, 어떤 길이 및 직경을 갖는 노즐이 도관(930) 내에 형성되었다. 이러한 기술은 넓은 범위의 직경 및 깊이를 갖는 오리피스를 형성하는 데 이용되어 왔다.

본 발명의 특정한 실시양태가 도시 및 설명되었지만, 변화예 및 변형예가 본 발명의 개시 범주로부터 벗어나지 않고도 수행될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 위의 설명 및 첨부 도면에 기재된 사항은 단지 설명을 위한 것으로 제한으로서 제공되지 않는다. 본 발명의 실제 범주는 종래 기술에 기초하여 적절한 관점에서 관찰될 때의 다음의 특허청구범위에서 한정되어야 한다.

도13에 도시된 용해 과정에 대한 노즐의 영향의 입증.

2.2 g의 피루브산이 130 ℃까지 가열되고 250 PSI까지 가압되는 50 mL의 물(용해 매체)로써 용해된다. 적색 식품 착색제가 이러한 용해 과정의 시각화를 돕도록 피루브산에 첨가된다.

도13a는 노즐이 없는 경우의 용해 과정을 도시하고 있다. 이러한 예에서, 제1 도관의 개방 개구는 직경이 1.6 ㎜이고, 대략 4 m/s의 선형 유체 속도를 나타낸다. 50 mL의 용해 매체는 용해가 시작된 후 대략 6 초에 소비되며, 이 때 잔여의 미용융 산은 시스템으로부터 회수 가능하지 않다.

도13b는 머즐(muzzle), 즉 노즐이 존재하는 경우의 용해 과정을 도시하고 있다. 이러한 예에서, 제1 도관의 개방 개구는 이전에 설명된 노즐 제조 방법을 사용하여 0.9 ㎜로 감소된다. 이러한 유동 제한으로써, 12 m/초 초과의 선형 유동 속도가 성취된다. 높은 속도의 액체 제트의 영향은 산 샘플의 중심부의 급속 용융 (시간 = 1초) 및 그에 후속하는 반경 방향으로의 잔여 산의 점진 용융이다. 적절한 위치의 노즐로써, 산은 용해 매체가 완전하게 소비되기 상당히 전에 대략 4 초 내에 완전 용융된다.

용해 매체가 소비되기 전에 용융 과정을 완료시킴으로써, 이러한 시스템의 산 회수 효율은 노즐이 없는 시스템에 비해 향상된다.

Claims (15)

1. 하우징 본체 내에 DNP 분극기의 튜브형 유체 도관의 자유 단부를 수용하기에 적합한 하우징 본체 및 상기 하우징 본체를 통해 연장되는 유체 인출 경로
   를 포함하며,
   상기 도관의 유체 유로는 상기 하우징 본체에 의해 지지되는 노즐과 유체 연통 상태로 배치되며, 상기 노즐은 동결된 분극 샘플이 배치될 수 있는 샘플 공동과 중첩 정합 상태로 배치 가능하고, 상기 노즐은 입력 포트, 분배 포트 및 상기 입력 포트와 상기 분배 포트 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 노즐 유로를 형성하는 테이퍼형 내부 표면 또는 계단형 내부 표면을 추가로 포함하고,
   상기 유체 인출 경로는 상기 샘플 공동과 유체 연통 상태로 하나의 단부를 갖는,
   DNP 분극기에서 사용되기 위한 도킹 하우스.
2. 제1항에 있어서, 상기 유체 인출 경로는 상기 노즐에 인접하게 연장되고/거나 상기 노즐의 상류에서의 상기 유체 유로로부터 횡단 방향으로 이격되는 도킹 하우스.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노즐은 복수개의 분배 포트의 총 단면적이 상기 노즐의 상류에서의 상기 유체 유로의 단면적보다 작도록 된 상기 복수개의 분배 포트를 추가로 포함하는 도킹 하우스.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 노즐 주위에서 연장되는 유체 인출 포트를 포함하며, 상기 노즐은 상기 유체 인출 포트 내에 동심으로 배치되는 도킹 하우스.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징 본체는 상기 유체 도관에 제거 가능하게 연결 가능한 도킹 하우스.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징 본체는 샘플 용기에 제거 가능하게 연결될 수 있고, 상기 샘플 공동은 상기 하우징 본체 및 상기 샘플 용기에 의해 형성되는 도킹 하우스.
7. 분극 재료를 수용하는 샘플 리셉터클을 형성하는 용기 본체로서, 분극 재료를 용해 및 인출하는 장치와 결합되도록 되어 있으며, 상기 장치는 제1 유체 속도로 용해 매체를 제공하는 제1 도관 및 용해 후에 분극 재료를 인출하는 제2 도관을 포함하는, 용기 본체; 및
   제1 유체 속도보다 큰 제2 유체 속도까지 용해 매체를 가속시키도록 상기 샘플 리셉터클과 중첩 정합 상태로 상기 용기 본체에 의해 지지되는 노즐
   을 포함하며,
   상기 노즐은 용기가 상기 장치와 결합될 때에 제1 도관 내로 연장되는 제1 단부를 갖는 긴 협착 부재를 추가로 포함하는 것인
   동결된 분극 재료를 보유하는 샘플 용기.
8. 제7항에 있어서, 상기 노즐은 제1 도관의 단면적 치수보다 작은 단면적 치수를 갖는 적어도 1개의 분배 포트를 형성하는 노즐 본체를 포함하고, 상기 노즐은 제1 도관에 의해 형성되는 유로와 유체 연통 상태로 상기 적어도 1개의 분배 포트를 배치하도록 장치의 제1 도관과 결합되는 샘플 용기.
9. 개방 대향된 제1 및 제2 단부 및 상기 개방 제1 및 제2 단부들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 공동을 형성하는 내부 표면을 갖는 긴 튜브형 외부 하우징;
   대향된 제1 및 제2 개방 단부 및 제1 및 제2 개방 단부들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 유로를 갖는 제1 긴 도관;
   대향된 제1 및 제2 개방 단부 및 제1 및 제2 개방 단부들 사이에서 유체 연통 상태로 연장되는 긴 인출 경로를 갖는 제2 긴 도관; 및
   대향된 제1 및 제2 단부를 갖는 협착 부재로서, 협착 부재의 제1 단부는 상기 제1 긴 도관의 제1 개방 단부 내로 연장되는, 협착 부재
   를 포함하는, 분극 샘플 재료를 용해하기 위한 용해 스틱.
10. 제9항에 있어서, 상기 협착 부재는 상기 외부 하우징의 상기 내부 표면 상에서 지지되며, 상기 제1 도관의 상기 제1 개방 단부로부터 유출되는 유체를 안내하도록 성형되는 외부 표면을 추가로 포함하는 용해 스틱.
11. 제1 단부, 제2 단부 및 제1 및 제2 단부들 사이에서 연장되는 긴 튜브형 벽을 포함하는 제1 긴 튜브로서, 상기 제1 단부는 용해 유체의 공급원과 유체 연통 상태로 배치될 제1 포트를 형성하고, 제2 단부는 노즐 포트를 통해 제2 단부를 통한 유체 유동을 가속시키도록 성형되는 노즐 포트를 형성하는 배출 노즐을 포함하는, 제1 긴 튜브; 및
    동결된 분극 샘플을 보유하는 샘플 공동을 형성하는 외부 하우징 벽을 포함하는 외부 하우징으로서, 상기 샘플 공동은 상기 배출 노즐과 유체 연통 상태에 있고, 상기 외부 하우징 벽은 상기 샘플 공동과 유체 연통 상태로 유체 인출 포트를 추가로 형성하는, 외부 하우징
    을 포함하는, 동결된 분극 샘플을 용해하기 위한 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 외부 하우징은 상기 외부 하우징 벽으로부터 연장되는 긴 외부 튜브형 벽을 추가로 포함하며, 상기 외부 튜브형 벽은 상기 유체 인출 포트와 유체 연통 상태로 연장되는 긴 통로를 형성하는, 동결된 분극 샘플을 용해하기 위한 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 제1 긴 튜브는 상기 외부 튜브형 벽의 상기 긴 통로 내에서 연장되며, 상기 외부 하우징은 접근 포트를 통해 상기 제1 긴 튜브를 수용하는 접근 포트를 추가로 형성하는, 동결된 분극 샘플을 용해하기 위한 장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 외부 튜브형 하우징은 상기 긴 통로와 유체 연통 상태로 출구 포트를 추가로 형성하는, 동결된 분극 샘플을 용해하기 위한 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 제1 긴 튜브는 상기 샘플 공동에 대해 상기 노즐을 선택적으로 배치하도록 상기 긴 통로 내에서 연장 및 후퇴될 수 있는, 동결된 분극 샘플을 용해하기 위한 장치.

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