KR20160133812A - 나노다공성막을 포함하는 생체분자 분리용 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생체분자 분리용 장치(100)에 관한 것으로, 본 실시예에 따른 생체분자 분리용 장치(100)는, 나노다공성막(110), 상기 나노다공성막(110)의 일측에 형성되고, 단백질과 미세소포체가 포함된 생물학적 시료가 공급되는 제1 공간부(120), 및 상기 나노다공성막(110)의 타측에 형성되고, 상기 제1 공간부(120)로부터 상기 나노다공성막(110)의 기공보다 크기가 작은 단백질 또는 미세소포체가 분리되어 유입되는 제2 공간부(130);를 포함하고, 상기 생물학적 시료에 포함된 단백질과 미세소포체는 브라운 운동에 의해 움직이는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 나노다공성막을 포함하는 생체분자 분리용 장치에 관한 것이다.
현재에 급증하는 바이오 정보는 기존의 실험실 분석 시스템으로는 그 신속한 처리가 어려운 실정이다. 이러한 추세에 따라 생명현상의 규명과 신약 개발 및 진단을 위한 생물학적 검출시스템은 미세 유체공학(microfluidics)의 기반 위에서 보다 적은 양으로 빠른 시간에 정확하고 편리하게 시료를 분석하기 위한 미세 종합 분석 시스템(μ-TAS : micro-Total Analysis System)과 랩온어칩(lab-on-a-chip)의 형태로 발전하고 있다. 분석의 대상이 되는 대부분의 생화학적 시료는 용액 상태로 존재하기 때문에 액체 시료를 전달하는 기술이 무엇보다도 중요한 요소라고 할 수 있다. 미세 유체 공학은 바로 이러한 미세 유체의 흐름을 조절하는 연구분야로서, 상기 미세 종합 분석시스템과 랩온어칩의 상용화에 기초가 되는 핵심기술을 연구 개발하는 분야이다.
상기 미세 종합 분석시스템은 다수의 실험 단계들과 반응을 거치는 화학 및 생물학 실험과 분석을, 하나의 실험대 위에 존재하는 하나의 유니트(unit)상에서 종합적으로 구현하는 시스템이다. 이러한 미세 종합 분석 시스템은 시료 채취 영역, 미세 유체 회로, 검출기 및 이들을 제어하는 제어기로 구성된다.
또한, 상기 랩온어칩이란 '칩 위의 연구실'이란 의미 그대로 상기 미세 종합 분석시스템의 개념과 기능을 하나의 칩(chip) 상에서 구현한 것을 나타낸다. 따라서, 상기 랩온어칩을 개발하기 위해서는 플라스틱이나 유리, 실리콘 등의 표면에 용액이 흐를 수 있는 미세 채널로 회로를 생성한 후, 시료의 전처리, 분리, 희석, 혼합, 생화학 반응, 검출 등을 하나의 칩에 소형화 및 집적화시킬 수 있어야만 한다.
한편, 생체 내 미세소포체(마이크로베지클)는 여러 종류의 세포들에 존재하거나 세포로부터 분비되는 막 구조의 작은 소포이다. 세포 외로 분비되는 마이크로베지클은 (ⅰ)엑소좀: 식균 기원의 직경 30 내지 100 ㎚의 막성 소포, (ⅱ)엑토좀(쉐딩 마이크로베지클(shedding microvesicles, SMVs)이라고도 함): 원형질막으로부터 직접 흘려지고 직경 50 내지 1000 ㎚의 큰 막성 소포, (ⅲ) 세포자살성 수포(apoptotic blebs): 죽어가는 세포에 의해 유출된 직경 50 내지 5000 ㎚의 소포를 포함한다.
상기 생체 내 미세소포체(마이크로베지클), 예를 들어 엑소좀은 세포에서 분비되는 수십 나노미터 크기의 소포로서, 지질 이중층(lipid bilayer) 또는 지질 단층(lipid monolayer) 내부에 세포질 또는 세포에서 생성되는 단백질과 RNA가 포함되어 있는 구조이다. 엑소좀은 단백질 및 RNA의 교환을 통한 세포 간 의사소통의 수단이며, 세포내 불필요한 물질의 배출기능도 담당하고 있으며, 마이크로RNA(microRNA, miRNA)를 포함하고 있어 암 등의 질병 조기진단과 같은 분자진단에 있어서 유용한 마커로 활용 가능하다. 상기와 같이 생체 내 미세소포체들의 중요성 및 가치가 밝혀지고 있지만, 상기 미세소포체들을 수득하는 데는 어려움이 따른다.
기존 마이크로베지클을 분리하는 방법은 마이크로베지클과 항체를 결합시켜 마이크로베지클을 면역-캡쳐하여 분리하는 방법이다. 이러한 방법은 단백질 구조 변화 등에 의한 항체 인식 부위의 마스킹(masking), 마이크로베지클 이질성(heterogeneity), 단백질 상호 작용 등에 의해 분리 또는 검출 타겟에 따라 편향(bias)이 발생할 수 있다. 분리 또는 검출을 위해 복잡한 프로세스나 고가의 장비가 필요할 수 있고, 시료의 소모량이 높을 수 있다. 따라서, 적은 양의 시료로부터 타겟에 비의존적으로 마이크로베지클을 효율적으로 분리하는 것이 필요하다.
또한 기존에 마이크로베지클 또는 엑소좀을 분리하기위해서 일반적으로 윈심분리 방법을 많이 사용하였다. 세포나 조직 시료액에 Ficoll 용액 또는 OptiPrep(Nycomed Pharma, Norway)등의 용액을 첨가하여 원심분리함으로써 마이크로 베지클을 수득하고자 하였다. 그러나 이러한 방법은, 세포나 조직 시료액에 전처리를 요할 뿐만 아니라 많은 양(부피)의 생물학적 시료를 필요로 한다. 여러 번의 원심분리 과정을 필요로 하며, 원심분리를 위한 특별한 시약 및 장치를 필요로 하여 많은 시간 및 비용이 소요된다. 결과적으로 상기 원심분리를 통해 수득된 마이크로베지클이 포함된 펠렛에는 마이크로베지클 이외에도 이와 밀도나 질량이 유사한 미세 단백질 분자, 세포 파편 등 불순물이 많이 포함되어있다. 또한, 상기 불순물들은 마이크로베지클과 밀도가 크게 다르지 않아 분리가 쉽게 일어나지 않으므로, 즉각적인 대응을 필요로 하는 현장진단 등에 적용이 불가능하다는 단점이 있다. 또한, 장시간의 높은 관성력으로 인해 수득하고자 하는 마이크로베지클의 손상이 발생할 수 있어 생물학적 반응을 연구함에 있어 근본적인 문제를 야기할 수 있다.
또한 기존에 입자나 세포를 처리하기 위해 미세유체학의 연속유동 및 다중층류의 원리를 사용하면, 밀도가 동일한 입자들에 있어서 그것을 크기별로 분리할 수 있는 것으로 알려져 있었다. 그러나 생물학적 시료 속에는 단백질을 비롯하여 미세소포체들과 크기가 유사한 입자(particle)들과 미세소포체와 같은 다양한 크기의 소낭(vesicle)들이 혼재하여 있어, 생물학적 시료로부터 목적하는 미세소포체만을 특이적으로 수득하기 위해 상기 연속유동 및 다중층류의 원리를 적용한 기존의 미세유체칩을 단순히 적용하는 것은 의미가 없었다.
따라서 생물학적 시료로부터 미세소포에 손상을 주지 않으면서, 원하는 크기의 미세소포만을 선택적으로 수득할 수 있는 새로운 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
Hollinshead et al., Vaccinia virus intracellular mature virions contain only one lipid membrane, J Virol. 1999 February; 73(2): 1503-1517.
S. A. Glazier et al., Reconstitution of the Pore-Forming Toxin α-Hemolysin in Phospholipid/18-Octadecyl-1-thiahexa(ethylene oxide) and Phospholipid/ n -Octadecanethiol Supported Bilayer Membranes, Langmuir 2000, 16, 10428-10435.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 생체분자를 포함하는 생물학적 시료의 손상을 최소화하면서, 원하는 크기의 생체분자만을 효율적으로 분리할 수 있는 생체분자 분리용 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 나노다공성막; 상기 나노다공성막의 일측에 형성되고, 생체분자를 포함하는 생물학적 시료가 공급되는 제1 공간부; 및 상기 나노다공성막의 타측에 형성되고, 상기 제1 공간부로부터 상기 나노다공성막의 기공보다 크기가 작은 생체분자가 유입되는 제2 공간부;를 포함하고, 상기 생물학적 시료에 포함된 생체분자 특유의 브라운 운동에 의해 분획되어지는 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치를 제공한다.
상기 생체분자 분리용 장치는 상기 제1 공간부와 제2 공간부에 하나씩 설치되는 한 쌍의 전극을 가지는 전원공급부를 포함하고, 상기 전원공급부에 전압이 인가되면 상기 생체분자 분리용 장치에는 전기장이 형성되는 것일 수 있다.
상기 전기장에 노출된 생물학적 시료 내에 존재하는 생체분자는 전기동역학적 원리에 의해 특정 방향으로 이동하고, 상기 전기동역학적 원리는 전기영동, 유전영동 및 전기삼투 중 하나일 수 있다.
상기 전원공급부의 전압은 펄스파 변조방식(Pulse width modulation;PWM)으로 공급되는 것일 수 있다.
상기 전기장의 세기는 10 내지 100 V/mm 인 것일 수 있다.
상기 생체 분자는 단백질， 펩티드， 항원， 항체， 단백질 단편, DNA, ＲＮＡ， 세포, 미세소포체 및 기타 생체입자 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 제1 공간부와 제2 공간부의 높이비는 1 : 1 내지 1 : 60 인 것일 수 있다.
상기 제1 공간부의 높이(h1)는 0.1 내지 100 ㎛인 것일 수 있다.
상기 나노다공성막의 기공은 제1 공간부 접촉면에 형성된 제1 기공부;와 제2 공간부 접촉면에 형성된 제2 기공부;를 포함하고, 상기 제1 기공부에서 제2 기공부 방향으로 기공의 직경이 원뿔형으로 점차 넓어지는 것일 수 있다.
상기 제2 기공부와 제1 기공부의 직경비는 1 : 1 내지 1 : 2000인 것일 수 있다.
상기 제1 기공부의 직경은 50 내지 1000 ㎚인 것일 수 있다.
상기 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리는 0.01 내지 10 ㎛인 것일 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 생체분자 분리용 장치는 나노다공성막을 통해 크기에 따라 원하는 생체분자만을 분리할 수 있으므로 다양한 생체분자를 포함하는 생물학적 시료로부터 특정 생체분자를 분리함에 있어서, 상기 생체분자들에 손상을 최소화하면서, 동시에 단시간 내에 원하는 크기의 생체분자만을 선택적이고, 고효율로 분리할 수 있다.
또한, 본 발명의 생체분자 분리용 장치를 이용할 경우 대면적으로 특정 생체분자만을 분리할 수 있으므로 그 효율이 더욱 증가하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 생체분자 분리용 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 생체분자 분리용 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 생체분자 분리용 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 생체분자 분리용 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 생체분자 분리용 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치에서 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 직경이 각각 100 ㎚, 400 ㎚인 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 1, 2 및 3으로부터 제조된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 엑소좀의 농도%(v/v)를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치에 전압을 인가하였을 때, 형성된 전기장의 세기가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 5로부터 제조된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 엑소좀의 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4로부터 제작된 생체분자 분리용 장치에 다양한 크기의 생체분자 각각을 포함하는 생물학적 시료를 투입하였을 때, 각 생체분자가 시간에 따라 제2 공간부로 유입되는 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부와 제2 공간부의 높이비가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 7 내지 실시예 12로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 엑소좀의 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부의 높이(h1)가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 13 및 실시예 14로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시예 15 내지 실시예 17로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 개략적인 구성도이다.
도 12는 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 나노다공성막의 형태가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 15 내지 실시예 17로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 온도가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 다양한 온도 조건하에서 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 15로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다. 이때, 상기 온도 조건은 10 ℃, 20 ℃ 및 50 ℃로 하여 각각 측정하였다.
도 14는 본 발명의 생체분자 분리용 장치의 분리효율을 시뮬레이션을 통해 측정함에 있어서, 브라운 운동에 따른 입자의 움직임을 계산하기 위해 시간 값 스케일을 1 ms와 100 ㎲로 달리하였을 때, 결과값에 미치는 영향을 확인한 그래프이다.
도 15는 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 전압 인가 시간이 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 전압이 인가되는 시간을 달리하여 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 18로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 생체분자 분리용 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 생체분자 분리용 장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 생체분자 분리용 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5는 실시예 1에 따라 제조된 생체분자 분리용 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치에서 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 직경이 각각 100 ㎚, 400 ㎚인 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 1, 2 및 3으로부터 제조된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 엑소좀의 농도%(v/v)를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치에 전압을 인가하였을 때, 형성된 전기장의 세기가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 5로부터 제조된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 엑소좀의 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4로부터 제작된 생체분자 분리용 장치에 다양한 크기의 생체분자 각각을 포함하는 생물학적 시료를 투입하였을 때, 각 생체분자가 시간에 따라 제2 공간부로 유입되는 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부와 제2 공간부의 높이비가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 7 내지 실시예 12로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 엑소좀의 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부의 높이(h1)가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 13 및 실시예 14로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시예 15 내지 실시예 17로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 개략적인 구성도이다.
도 12는 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 나노다공성막의 형태가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 15 내지 실시예 17로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 온도가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 다양한 온도 조건하에서 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 15로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다. 이때, 상기 온도 조건은 10 ℃, 20 ℃ 및 50 ℃로 하여 각각 측정하였다.
도 14는 본 발명의 생체분자 분리용 장치의 분리효율을 시뮬레이션을 통해 측정함에 있어서, 브라운 운동에 따른 입자의 움직임을 계산하기 위해 시간 값 스케일을 1 ms와 100 ㎲로 달리하였을 때, 결과값에 미치는 영향을 확인한 그래프이다.
도 15는 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 전압 인가 시간이 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 전압이 인가되는 시간을 달리하여 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 18로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 측정하여 나타낸 그래프이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 구현예에 따른 생체분자 분리용 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 구현예에 따른 생체분자 분리용 장치(100)는 나노다공성막(110), 상기 나노다공성막(110)의 일측에 형성되고, 생체분자를 포함하는 생물학적 시료가 공급되는 제1 공간부(120), 및 상기 나노다공성막(110)의 타측에 형성되고, 상기 제1 공간부(120)로부터 상기 나노다공성막(110)의 기공보다 크기가 작은 생체분자가 유입되는 제2 공간부(130);를 포함한다．
이때, 상기 생물학적 시료에 포함된 생체분자 특유의 브라운 운동에 의해 분획되어지는 것을 특징으로 하는데, 구체적으로 생물학적 시료 내에서 생체분자 각각이 갖고 있는 브라운 운동에 의한 브라운 확산(Brownian diffusion)으로 제1 공간부(120)에 유입된 생물학적 시료 중에서 기공보다 크기가 작은 생체분자들이 제2 공간부(130)로 분리되고, 기공보다 크기가 큰 생체분자들은 제1 공간부(120)에 잔류하여 크기에 따라 생체분자들이 분획된다.
상기 생체분자를 포함하는 생물학적 시료는 각기 다른 입자크기를 갖는 다양한 생체분자를 포함하고 있고, 상기 생체분자는 단백질, 펩티드, 항원, 항체, 단백질 단편, DNA, RNA, 세포, 미세소포체 및 기타 생체입자 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 생체분자를 포함하는 것이 바람직하며, 미세소포체(엑소좀, 엑토좀, 세포자살성 수포) 및 단백질로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 생체분자를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치는 원하는 크기의 생체분자를 제외한 나머지 생체분자를 제2 공간부로 유입시켜 원하는 크기의 생체분자와 그렇지 않은 생체분자를 분획하기 위한 것으로, 바람직하게는 다양한 생체분자를 포함하는 생물학적 시료로부터 50 내지 1000 ㎚ 크기를 갖는 미세소포체를 제1 공간부에 잔류시킴으로써, 우수한 효율로 원하는 생체분자인 미세소포체를 생물학적 시료로부터 회수할 수 있다. 특히, 입자의 크기에 차이를 갖는 미세소포체 중에서도 30 내지 100 ㎚의 크기를 갖는 엑소좀을 용이하게 분리할 수 있다.
상기 '미세소포체(마이크로 베지클)'란 여러 종류의 세포들에 존재하거나 세포로부터 분비되는 막 구조의 작은 소포를 의미하는 것으로, 세포외 소포(extraxellular vesicle)를 포함한다. 세포 외로 분비되는 상기 미세소포체는 (ⅰ) 엑소좀: 식균 기원의 직경 30 내지 100 nm의 막성 소포, (ⅱ) 엑토좀(쉐딩 마이크로베지클(shedding microvesicles, SMVs)이라고도 함): 원형질막으로부터 직접 흘려지고 직경 50 내지 1000 nm의 큰 막성 소포, (ⅲ) 세포자살성 수포(apoptotic blebs): 죽어가는 세포에 의해 유출된 직경 50 내지 5000 nm의 소포를 포함하며, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서 목적하여 수득하고자 하는 미세소포체는 바람직하게는 엑소좀(exosome)일 수 있다.
상기 '엑소좀'은 여러 종류의 세포들로부터 분비되는 막 구조의 작은 소포이다. 엑소좀의 직경은 대략 30 내지 100 nm일 수 있다. 엑소좀은 전자 현미경을 통한 연구에서 원형질막(plasma membrane)으로부터 직접 떨어져 나가는 것이 아니라 다낭체(multivesicular bodies, MVBs)라고 불리는 세포내 특정 구획에서 기원하며 세포밖으로 방출, 분비된다. 즉, 다낭체와 원형질막의 융합이 일어나면, 그러한 소포들은 세포 밖 환경으로 방출되는데, 이것을 엑소좀이라고 부른다. 이러한 엑소좀이 어떤 분자적 기작에 의해 만들어지는지 확실히 밝혀진 바가 없으나, 적혈구뿐만 아니라, B-림프구, T-림프구, 수지상 세포, 혈소판, 대식 세포 등을 포함한 다양한 종류의 면역 세포들과 종양 세포 등도 살아 있는 상태에서 엑소좀을 생산하여 분비한다고 알려져 있다. 엑소좀은 정상 상태, 병적 상태, 또는 이 두 상태 하에서 다수의 다른 세포 유형으로부터 분리되어 방출된다고 알려져 있다.
본 발명의 상기 단백질과 미세소포체와 같은 생체분자를 포함하는 생물학적 시료는 목적하는 종류의 미세소포체(엑소좀, 엑토좀 또는 세포사멸성 소포)를 수득할 수 있는 생물 유래 시료를 의미하며 이에 제한되지 않으나, 예를 들어 체액 또는 세포 배양액을 포함한다. 상기 체액은 소변, 점액, 타액, 눈물, 혈장, 혈청, 뇨, 객담, 척수액, 흉수, 유두 흡인물, 림프액, 기도액, 장액, 비뇨생식관액, 모유, 림프계 체액, 정액, 뇌척수액, 기관계내 체액, 복수, 낭성 종양 체액, 양수액 또는 그의 조합일 수 있다. 상기 세포 배양액은 세포 배양 후에 세포를 제거시킨 배지(culture medium)를 의미한다. 상기 배지의 조성은 세포로부터 미세소포체를 다량 분비시킬 수 있도록 당업자가 선택적으로 변경할 수 있으며, 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 컨디셔는 배지(conditioned media, 무혈청 배지)배양액 또는 혈청일 수 있다.
또한, 상기 생물학적 시료의 제조시, 당업자가 목적하는 바에 따라 여과 및 농축 과정이 임의로 추가될 수 있다. 상기 여과 과정은 공지의 여과 방법에 의할 수 있으며, 이에 제한되지 않으나, 예를 들어 원심분리 또는 마이크로필터를 이용한 여과일 수 있다. 상기 농축 과정은 공지의 농축 방법에 의할 수 있으며, 이에 제한되지 않으나, 예를 들어 원심분리법을 이용하여 농축할 수 있다.
본 발명의 상기 단백질과 미세소포체와 같은 생체분자를 포함하는 생물학적 시료는 바람직하게는 세포 배양 후 배양 배지(culture medium) 또는 혈청 농축액일 수 있다.
단백질, 미세소포체와 같은 상기 생체분자들은 본 발명의 생체분자 분리용 장치 내에서 브라운 운동(Brownian motion)에 의해 분획되어진다. 이때 브라운 운동이란 액체나 기체에 있는 분자가 작은 입자들과 부딪치면서 발생하는 운동으로서, 입자들의 크기가 매우 작을 경우 분자들과의 충돌이 매우 불규칙하게 일어남으로써 운동하게 되는 현상을 말한다.
상기 생물학적 시료 내에 존재하는 미세소포체를 비롯한 다양한 생체분자들, 예를 들어 입자의 크기가 상이한 생체분자들이 혼합된 생물학적 시료이거나, 크기가 상이한 단백질과 엑소좀이 혼합된 생물학적 시료이거나, 크기가 상이한 엑소좀들이 혼합된 생물학적 시료일 수 있는데, 구체적으로 도 1에 표시된 나노다공성막(110)의 일측에 형성된 제1 공간부(120)에 상기 생물학적 시료가 투입되면 상기 생물학적 시료 내에 존재하는 생체분자는 불규칙한 브라운 운동을 하게 되고, 상기 생체분자들(엑소좀, 단백질, DNA, RNA 등) 중에 나노다공성막(110)의 기공보다 크기가 작은 생체분자(단백질, DNA, RNA 등)들은 상기 브라운 운동에 의한 브라운 확산으로 상기 기공을 통과하여 제2 공간부(130)으로 유입된다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 나노다공성막(110)은 다수의 나노 사이즈의 직경을 갖는 기공들을 포함하고 있고, 상기 기공들은 막의 전면과 후면을 관통하는 형태로 구비되어 있으며, 상기 기공들은 상기 나노다공성막(110)에 불규칙 또는 규칙적으로 위치할 수 있다. 상기 나노다공성막(110)의 기공의 직경은 분리하고자 하는 생체분자(회수하고자 하는 생체분자), 예를 들어 단백질 또는 엑소좀의 크기에 따라 조절할 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 1000 ㎚일 수 있다.
상기 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)는 생체분자를 포함하는 생물학적 시료가 투입, 분리 또는 유입되어 브라운 운동을 할 수 있는 임의의 영역으로서, 상하좌우에 관계없이 나노다공성막(110)을 사이에 두고 대칭되어 구비된 공간을 의미한다.
추가적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치(100)는 상기 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)에 하나씩 설치되는 한 쌍의 전극을 가지는 전원공급부(140)를 포함하고, 상기 전원공급부(140)에 전압이 인가되면 상기 생체분자 분리용 장치에는 전기장이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원공급부(140)에서 공급되는 전압을 제어함으로써 상기 생물학적 시료에 포함된 생체분자들에 특정한 방향으로 움직이도록 생체분자들의 불규칙한 브라운 운동에 방향성을 제공할 수 있다.
상기 전기장에 노출된 생물학적 시료 내에 존재하는 생체분자는 전기동역학적 원리에 의해 특정 방향으로 이동하는데, 이는 생체분자들의 분리 효율을 높이기 위한 것으로, 구체적으로 생체분자를 포함하는 생물학적 시료 중에서 생체분자들이 음전하 혹은 양전하를 띄고 있어 서로 붙어있는 경우가 있으므로 이들을 효율적으로 분리하고 원하는 생체분자만을 회수하기 위하여, 상기 생물학적 시료의 pH를 조절하여 상기 생체분자 특히 단백질의 PI(isoelectric point, 등전점)을 제어함으로써, 음전하 또는 양전하를 띄도록 하여, 원하는 방향으로 생체분자가 효율적으로 움직이도록 유도될 수 있도록 처리하여 줄 수 있다. 즉, 상기 전기동역학적 원리는 전기영동, 유전영동 및 전기삼투 중 하나일 수 있다.
제1 공간부(120)와 제2 공간부(130) 영역에 전압을 인가하여, 전기영동 현상에 의해 나노다공성막(110)의 기공을 통해 제1 공간부(120)에서 제2 공간부(130)로의 움직임을 조절하는 것으로, 불규칙한 브라운 운동을 하는 생체분자들의 이동에 일정한 방향성을 부여하여 분리효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 전원공급부(140)에서 인가되는 전압이 DC(direct current)인 경우, 지속적으로 전압이 가해지게 되어 지속적인 전기영동이 발생하고, 이에 따라 제1 기공부(111) 주위에 입자들이 서로 뭉치게 되어 제1 기공부(111) 입구가 막혀버리는 현상으로 인해 분리 효율이 감소되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 전원공급부(140)에서 인가되는 전압은 펄스파 변조방식(Pulse width modulation;PWM) 으로 공급되는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 펄스파 변조방식으로 공급되는 전압은 순방향으로 기준 전압(V0)을 인가한 후, 역방향으로 기준 전압(V0)보다 낮은 전압으로 인가할 수 있는데, 바람직하게 상기 기준 전압(V0)은 0.1 내지 1.0 V일 수 있고, 상기 역방향으로 인가되는 전압은 상기 기준 전압(V0) 1을 기준으로 0.05 내지 0.9 배의 전압(V)일 수 있다.
하기 실시예에서 후술하겠지만, 0.1 내지 1 ms 동안 순방향으로 기준 전압(V0)을 인가한 후, 0.5 내지 5 ms 동안 역방향으로 기준 전압(V0)의 0.1 배의 전압을 인가하는 펄스파이며, 0.8 내지 8 ms의 휴지기를 가진다.
다만, 상기 펄스파 변조방식으로 공급되는 기준 전압(V0)이 1 V를 초과할 경우 크기 및 PI 정도에 상관없이 다량의 생체분자들이 동시에 상기 제1 기공부(111)의 입구로 향하게 되기 때문에, 기공부의 입구가 막혀 제2 공간부(130)로 확산되지 못한다. 아울러 상기 기준 전압(V0)이 0.1 V 미만일 경우 전기동역학적 원리에 의해 상기 생체분자의 방향성을 제어할 수 없기 때문에 분리효율이 향상되지 않는다.
또한 상술한 바와 같이 전압을 펄스파 변조 방식으로 반복적으로 공급하면 상기 생체분자들의 이동에 일정한 방향성을 부여함과 동시에, 지속적이고 일정한 전압을 인가함에 따라 제1 기공부(111)의 입구가 기공크기보다 큰 생체분자로 인해 막히는 현상을 방지함으로써, 본 발명의 생체분자 분리용 장치의 분리 효율을 향상시킬 수 있기 때문에 펄스파 변조 방식으로 전압을 공급하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 본 발명의 생체분자 분리용 장치 내에 형성된 상기 전기장의 세기는 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부, 제2 공간부 및 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리를 조절하거나, 기준 전압(V0)을 조절하여 원하는 전기상의 세기를 갖도록 제어할 수 있는데 바람직하게는 10 내지 100 V/mm일 수 있다. 상기 전기장의 세기가 10 V/mm 미만이면 상기 생체분자 분리용 장치 내에 투입된 생체분자들의 방향성을 제어할 수 없기 때문에 분리효율이 향상되지 못하며, 100 V/mm를 초과하게 되면 더 이상 시간의 단축이 이뤄지지 않고 에너지만 더 소모하게 되므로 비효율적이다.
또한, 상기 미세소포체의 분리효율을 높이기 위해서, 상기 제2 공간부(130)의 높이(h2)가 제1 공간부(120)의 높이(h1)보다 큰 것이 바람직하다. 이는 상기 생체분자의 평형 이동과 관련된 것으로, 제2 공간부(130)의 높이(h2)가 제1 공간부(120)의 높이(h1)보다 클수록, 제2 공간부(130)로 유입되는 생체분자(예를 들어, 기공의 크기보다 작은 생체분자)의 양이 많아지게 되며, 최종적으로 생체분자들의 이동이 평형 상태에 도달하면, 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)로 유입된 각각의 생체분자의 양은 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)의 높이비율과 같다.
하기 실시예에서 후술하겠지만, 상기 제1 공간부(120)의 높이(h1)에 의해서 분리효율이 크게 영향을 받기 때문에, 상기 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)의 부피비는 1 : 1 이상이면 특별히 이에 제한되지 않는다. 다만, 1 : 1 미만이면 상기 다공성 분리막을 통해 분리된 생체분자가 유입되는 제2 공간부(130)의 공간이 충분히 확보되지 않으므로, 분리되어야 할 생체분자가 제1 공간부에 잔류하기 때문에 효율이 감소하게 되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 제1 공간부와 제2 공간부의 부피비는 1 : 1 이상의 범위에서 분리하고자 하는 생체분자를 포함하는 생물학적 시료의 양에 따라 적절히 선택하는 것이 가장 바람직하다.
특히, 빠른 분리속도와 높은 효율을 얻기 위해서는 상기 제1 공간부(120)는 부피가 일정할 때, 높이(h1)가 낮은 것을 선택하는 것이 바람직한데, 구체적으로 본 발명의 생체분자 분리용 장치는 생체분자의 브라운 운동으로 분획되어지는 것이고, 이는 상기 제1 공간부(120)의 높이(h1)가 커지면 제1 공간부(120)와 마주하고 있는 나노다공성막(110)까지의 거리가 길어지게 되므로 분리효율이 현저히 저하되는 문제점이 존재한다.
따라서, 제1 공간부(120)의 높이(h1)는 특별히 이에 제한되지 않으나, 0.1 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다. 구체적으로 제1 공간부(120)의 높이(h1)가 100 ㎛를 초과할 경우 제2 공간부(130)까지 브라운 운동으로 움직여야 할 거리가 급격히 늘어나게 되므로 분리 효율이 현저하게 떨어지게 된다.
또한, 상기 생체분자를 포함하는 생물학적 시료로부터 원하는 생체분자를 높은 효율로 회수하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 나노다공성막(110)의 기공은 제1 공간부(120) 접촉면에 형성된 제1 기공부(111)와, 제2 공간부(130) 접촉면에 형성된 제2 기공부(112)를 포함하고, 상기 제1 기공부(111)에서 제2 기공부(112) 방향 또는 제2기공부(112) 방향에서 제1기공부(111) 방향으로 기공의 직경이 원뿔형으로 점차 넓어지는 것이 바람직하다. 이는, 입자들의 불규칙한 브라운 운동을 고려한 것으로, 제1 기공부(111)의 기공 입구를 통과한 입자들이 브라운 운동에 의해 역방향으로 튕겨져 나가는 것을 방지하기 위한 것이다. 이를 위해, 제1 기공부(111)에서 제2 기공부(112) 방향으로 형성된 기공은 그 직경이 점차 넓어지는 것이 바람직하고, 특히, 도 3에 도시된 바와 같이 원뿔형 구조의 기공인 것이 가장 바람직하다. 이때, 상술한 바와 같이 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)가 나노다공성막(110)을 사이에 두고 대칭적인 구조이면 충분하므로, 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)의 위치가 서로 반대되어도 분리효율에 큰 차이가 없음을 확인할 수 있다.
이때, 상기 양 기공부의 직경은 그 직경이 제1 기공부(111)에서 제2 기공부(112) 방향으로 점차 넓어지는 것이면 충분하고, 그 수치가 제한되는 것은 아니지만, 상기 제2 기공부(112)와 제1 기공부(111)의 직경비는 1 : 1 이상인 것이 바람직하고, 1 : 2000 인 것이 가장 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 상기 제1 기공부(111)의 직경은 수득하고자 하는 생체분자, 예를 들어 단백질 또는 각각의 미세소포의 크기에 따라 조절할 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 1000 ㎚일 수 있다. 상기 제1 기공부(111)와 제2 기공부(112)의 직경비가 1 : 2000을 초과할 경우, 제2 공간부(130)로 유입되는 입자들이 브라운 운동에 의해 역방향으로 튕겨 나가는 것을 방지하는 효과가 크지 않아, 분리 효율이 더 낮아지는 문제가 발생한다.
또한, 제1 기공부(111)와 제2 기공부(112) 간의 거리가 짧을수록 분리효율이 높은 것을 확인할 수 있으므로, 이때 상기 제1 기공부(111)와 제2 기공부(112)간의 거리는 6 ㎛ 이하인 것이 바람직한데, 보다 더 바람직하게는 100 ㎚ 내지 6 ㎛일 수 있는데, 상기 제1 기공부(111)와 제2 기공부(112)의 거리는 짧을수록 생체분자들이 완전히 분리되기까지 소모되는 시간이 짧아지며, 6 ㎛ 를 초과 할 경우 완전히 생체분자들이 분리되는데 소요되는 시간이 2 개 더 길어지는 문제가 발생한다.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
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실시예
1> 생체분자 분리용 장치(일자형 기공)
나노다공성막을 이용한 생체분자 분리용 장치는 상술한 바와 같이, 제1 공간부(120), 나노다공성막(110) 및 제2 공간부(130)가 구비되어 있고, 상기 각 구성의 수치는 아래와 같다. 다만 본 실시예에서 상기 나노다공성막(110)의 기공의 형태는 원뿔형이 아닌 일자형으로, 제1 기공부(111)과 제2 기공부(112)의 직경이 동일하다.
구체적으로 상기 제1 공간부(120)의 높이(h1)는 5 ㎛이며, 상기 제２ 공간부(130)의 높이(h2)는 100 ㎛이다. 또한, 상기 나노다공성막(110)에서 제1 기공부(111)의 직경과 제2 기공부(112)의 직경은 200 ㎚이고, 상기 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리는 500 ㎚로 제작하였다. 이때, 상기 나노다공성막(110) 폴리카보네이트(Polycarbonate)막을 사용하였다. 이에 대한 구체적인 도면을 도 5에 나타내었다.
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실시예
2> 생체분자 분리용 장치(일자형 기공)
상기 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리가 1 ㎛인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일하게 생체분자 분리용 장치가 제작되었다.
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실시예
3> 생체분자 분리용 장치(일자형 기공)
상기 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리가 2 ㎛인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일하게 생체분자 분리용 장치가 제작되었다.
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실시예
4> 생체분자 분리용 장치(일자형 기공)
상기 제1 기공부의 직경과 제2 기공부의 직경이 5 ㎛인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일하게 생체분자 분리용 장치가 제작되었다.
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실시예
5> 생체분자 분리용 장치(일자형 기공)
상기 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리가 6 ㎛인 것과 상기 제1 공간부 및 제2 공간부에 전원인가부를 더 구비하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일하게 생체분자 분리용 장치가 제작되었다.
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실시예
6> 생체분자 분리용 장치(
원뿔형
기공)
나노다공성막을 이용한 생체분자 분리용 장치는 상술한 바와 같이, 제1 공간부(120), 나노다공성막(110) 및 제2 공간부(130)가 구비되어 있고, 상기 각 구성의 수치는 아래와 같다. 상기 제1 공간부(120)의 높이(h1)는 5 ㎛이며, 상기 제２ 공간부(130)의 높이(h2)는 100 ㎛이다. 또한, 상기 나노다공성막(110)에서 제1 기공부(111)의 직경은 500 ㎚, 제2 기공부(112)의 직경은 12.5 ㎛, 상기 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리가 6 ㎛, 제작하였다. 이때, 상기 나노다공성막(110) 폴리카보네이트(Polycarbonate)막을 사용하였다.
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실시예
7> 생체분자 분리용 장치(
원뿔형
기공)
나노다공성막을 이용한 생체분자 분리용 장치는 상술한 바와 같이, 제1 공간부(120), 나노다공성막(110) 및 제2 공간부(130)가 구비되어 있고, 상기 각 구성의 수치는 아래와 같다. 상기 제1 공간부(120)의 높이(h1)는 5 ㎛이며, 상기 제２ 공간부(130)의 높이(h2)는 2.5 ㎛이다. 또한, 상기 나노다공성막(110)에서 제1 기공부(111)의 직경은 200 ㎚, 제2 기공부(112)의 직경은 12.2 ㎛, 상기 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리가 6 ㎛, 제작하였다. 이때, 상기 나노다공성막(110) 폴리카보네이트(Polycarbonate)막을 사용하였다. 이때, 상기 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)의 높이비는 1 : 0.5이다.
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실시예
8> 생체분자 분리용 장치(
원뿔형
기공)
상기 제２ 공간부(130)의 높이(h2)가 10 ㎛인 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 모두 동일하게 생체분자 분리용 장치를 제작하였다. 이때, 상기 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)의 높이비는 1 : 2이다.
<
실시예
9> 생체분자 분리용 장치(
원뿔형
기공)
상기 제2 공간부(130)의 높이(h2)가 50 ㎛인 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 모두 동일하게 생체분자 분리용 장치를 제작하였다. 이때, 상기 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)의 높이비는 1 : 10이다.
<
실시예
10> 생체분자 분리용 장치(
원뿔형
기공)
상기 제2 공간부(130)의 높이(h2)가 100 ㎛인 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 모두 동일하게 생체분자 분리용 장치를 제작하였다. 이때, 상기 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)의 높이비는 1 : 20이다.
<
실시예
11> 생체분자 분리용 장치(
원뿔형
기공)
상기 제2 공간부(130)의 높이(h2)가 200 ㎛인 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 모두 동일하게 생체분자 분리용 장치를 제작하였다. 이때, 상기 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)의 높이비는 1 : 40이다.
<
실시예
12> 생체분자 분리용 장치(
원뿔형
기공)
상기 제2 공간부(130)의 높이(h2)가 300 ㎛인 것을 제외하고는 상기 실시예 7과 모두 동일하게 생체분자 분리용 장치를 제작하였다. 이때, 상기 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)의 높이비는 1 : 60이다.
<
실시예
13> 생체분자 분리용 장치(
원뿔형
기공)
나노다공성막을 이용한 생체분자 분리용 장치는 상술한 바와 같이, 제1 공간부(120), 나노다공성막(110) 및 제2 공간부(130)가 구비되어 있고, 상기 각 구성의 수치는 아래와 같다. 상기 제1 공간부(120)의 높이(h1)는 5 ㎛이며, 상기 제２ 공간부(130)의 높이(h2)는 75 ㎛이다. 또한, 상기 나노다공성막(110)에서 제1 기공부(111)의 직경은 200 ㎚, 제2 기공부(112)의 직경은 12.2 ㎛, 상기 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리가 6 ㎛로 제작하였다. 이때, 상기 나노다공성막(110) (어떤 종류)막을 사용하였다. 이때, 상기 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)의 높이비는 1 : 15이다.
<
실시예
14> 생체분자 분리용 장치(
원뿔형
기공)
상기 제1 공간부(120)의 높이(h1)은 20 ㎛이고, 상기 제2 공간부(130)의 높이(h2)는 300 ㎛인 것을 제외하고는 상기 실시예 13와 모두 동일하게 생체분자 분리용 장치를 제작하였다. 이때, 상기 제1 공간부(120)와 제2 공간부(130)의 높이비는 1 : 15이다.
<
실시예
15> 생체분자 분리용 장치(
원뿔형
기공)
나노다공성막을 이용한 생체분자 분리용 장치는 상술한 바와 같이, 제1 공간부(120), 나노다공성막(110) 및 제2 공간부(130)가 구비되어 있고, 상기 각 구성의 수치는 아래와 같다. 상기 제1 공간부(120)의 높이(h1)는 5 ㎛이며, 상기 제２ 공간부(130)의 높이(h2)는 100 ㎛이다. 또한, 상기 나노다공성막(110)에서 제1 기공부(111)의 직경(d1pore)은 200 ㎚, 제2 기공부(112)의 직경(d2pore)은 12.2 ㎛, 상기 제1 기공부와 제2기공부 간의 길이(L)는 6 ㎛으로 제작하였다. 이때, 상기 나노다공성막(110) 폴리카보네이트(Polycarbonate)막을 사용하였다. 이의 구조를 하기 도 11A에 나타내었다.
<
실시예
16> 생체분자 분리용 장치(일자형 기공)
상기 제1 기공부의 직경과 제2 기공부의 직경이 200 ㎚로 일자형 기공이라는 점을 제외하고는 상기 실시예 15와 모두 동일하게 제작하였다. 이의 구조를 하기 도 11C에 나타내었다.
<
실시예
17> 생체분자 분리용 장치(뒤집힌
원뿔형
기공;Λ형태)
상기 제1 공간부(120)의 높이(h1)는 2.38 ㎛이며, 상기 제２ 공간부(130)의 높이(h2)는 100 ㎛인 것과 제1 기공부의 직경(d1pore)은 12.2 ㎛이고, 제2 기공부의 직경(d2pore)이 200 ㎚로 뒤집힌 원뿔형 기공이라는 점을 제외하고는 상기 실시예 15와 모두 동일하게 제작하였다. 이의 구조를 하기 도 11B에 나타내었다.
<
실시예
18> 생체분자 분리용 장치(
원뿔형
기공)
상기 제1 공간부 및 제2 공간부에 전원인가부를 더 구비하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 15와 모두 동일하게 생체분자 분리용 장치가 제작되었다.
<
실험예
1>
제1기공부와
제2기공부
간의 거리에 따른 생체분자 분리용 장치의 특성
본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치에서 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 1, 2 및 3으로부터 제조된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 엑소좀의 농도%(v/v)를 시뮬레이션으로 측정하여 도 6에 나타내었다.
이때, 시뮬레이션에 사용한 프로그램은 MathWorks사의 Matlab 2014a 버전이고, 본 시뮬레이션에서는 생체분자의 브라운 운동에 따른 위치를 수학적으로 규명한 아래 수학식 1을 바탕으로 하였다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서,
KB는 볼츠만 상수이고,
ŋ는 액체의 점성도이고,
a는 생체분자의 반지름을 의미한다.
도 6에 나타난 바와 같이, 제1기공부와 제2기공부 간의 거리가 멀어질수록 제2 공간부로 분리되어지는 시간이 다소 느려지는 것을 확인할 수 있었다. 다만, 상기 제1기공부와 제2기공부 간의 거리가 2 ㎛까지는 10000 초까지 소요되지 않았으므로, 바람직하게 상기 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리는 6 ㎛까지는 생체분자의 손상없이 빠른 시간 내에 분리할 수 있음을 알 수 있다. 다만, 6 ㎛를 초과하게 되면 소요되는 시간이 6 ㎛일 때보다 2배 더 길어진다.
<
실험예
2> 전기장 세기에 따른 생체분자 분리용 장치의 특성
본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치에 전압을 인가하였을 때, 형성된 전기장의 세기가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 5로부터 제조된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 엑소좀의 농도%(v/v)를 시뮬레이션으로 측정하여 도 7에 나타내었다.
이때, 시뮬레이션에 사용한 프로그램은 MathWorks사의 Matlab 2014a 버전이고, 본 시뮬레이션에서는 생체분자의 브라운 운동에 따른 위치를 수학적으로 규명한 아래 수학식 1을 바탕으로 하였다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서,
KB는 볼츠만 상수이고,
ŋ는 액체의 점성도이고,
a는 생체분자의 반지름을 의미한다.
이때, 상기 인가되는 전압은 교류전압으로, 펄스파 변조방식에 의해 공급되어지고, 순방향으로 기준 전압(V0)을 1 ms인가한 후, 역방향으로 기준 전압(V0)보다 0.1배 낮은 전압이 1 ms동안 인가되었으며, 8 ms동안 휴지기를 가졌으며, 상기 실험예 2에서 상기 기준 전압(V0)을 0.00 V, 0.25 V, 0.50 V, 0.75 V 및 1.00 V로 달리하여 시뮬레이션하였다.
또한, 본 실험예에서, 생체분자가 양의 표면전하를 띈다는 가정 하에 적절한 값(도 7에서는 100 nm 생체분자의 표면전하를 10이라 가정, 표면적이 커짐에 따라 표면전하도 큰 값을 가지므로 지름이 4배 증가한 400 nm 생체분자는 100 nm 생체분자 보다 16 배 큰 표면전하로 가정)하여 시뮬레이션하였다.
도 7에 나타난 바와 같이, 상기 기준 전압(V0)이 높아질수록, 전기장의 세기도 증가하게 되는데, 전기장의 세기가 증가할수록 제2 공간부로 상기 단백질이 분리되어지는 시간이 줄어드는 것을 알 수 있다.
즉, 상기 기준 전압(V0)이 증가함에 따라 전기장 세기가 증가할수록 전기장이 형성되지 않은 것(V0 = 0.00 V)보다 10 배 더 빨라진다는 것을 확인하였다. 이를 통해 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치는 전압의 인가에 의해 전기장이 형성된 순간부터 분리에 소모되는 시간을 10 배 단축시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 다만 상기 기준 전압(V0)가 1 V를 초과하게 되면 더 이상 시간의 단축이 이뤄지지 않으므로 에너지만 더 소모하게 되는 것이므로 비효율적이다.
게다가 전압의 세기가 아닌, 생체분자 분리용 장치 내에 형성된 전기장의 세기가 중요한 것인데, 상기 전기장의 세기는 생체분자 분리용 장치의 높이에 의존적이므로 상기 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리가 6 ㎛인 경우 본 실험예에서의 기준 전압(V0)인 것이 적절하였으나, 거리가 더 길어지거나 가까워진다면 이를 고려하여 상기 실험예와 동일한 전기장 세기를 가지도록 상기 기준 전압(V0)을 적절히 조절하는 것이 바람직하다.
<
실험예
3> 생체분자의 크기에 따른 생체분자 분리용 장치의 특성
본 발명의 실시예 4로부터 제작된 생체분자 분리용 장치에 다양한 크기의 생체분자 각각을 포함하는 생물학적 시료를 투입하였을 때, 각 생체분자가 시간에 따라 제2 공간부로 유입되는 농도%(v/v)를 시뮬레이션으로 측정하여 도 8에 나타내었다.
이때, 상기 생체분자는 다양한 크기의 엑소좀으로, 각각 25 ㎚, 50㎚, 75 ㎚, 100 ㎚, 200 ㎚, 300 ㎚, 400 ㎚, 450 ㎚를 사용하였다.
이때, 시뮬레이션에 사용한 프로그램은 MathWorks사의 Matlab 2014a 버전이고, 본 시뮬레이션에서는 생체분자의 브라운 운동에 따른 위치를 수학적으로 규명한 아래 수학식 1을 바탕으로 하였다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서,
KB는 볼츠만 상수이고,
ŋ는 액체의 점성도이고,
a는 생체분자의 반지름을 의미한다.
도 8에 나타난 바와 같이, 상기 생체분자 분리용 장치의 기공의 직경이 동일한 경우, 크기가 작은 생체분자가 분리되는데 소모되는 시간이 더 짧다는 것을 알 수 있다. 기공의 직경과 유사한 크기를 갖는 생체분자일수록 완전히 분리되기까지 소모되는 시간이 길어지게 되나, 완전히 제2 공간부로 유입된다는 것을 확인할 수 있다. 아울러 전기장이 형성되지 않은 상태에서 10000 초 이하의 시간 안에 완전히 분리됨을 확인하였다.
<
실험예
4> 제1
공간부와
제2
공간부의
높이비에
따른 생체분자 분리용 장치의 특성
본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 제1공간부와 제2 공간부의 높이비가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 7 내지 실시예 12로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 시뮬레이션으로 측정하여 도 9에 나타내었다.
이때, 시뮬레이션에 사용한 프로그램은 MathWorks사의 Matlab 2014a 버전이고, 본 시뮬레이션에서는 생체분자의 브라운 운동에 따른 위치를 수학적으로 규명한 아래 수학식 1을 바탕으로 하였다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서,
KB는 볼츠만 상수이고,
ŋ는 액체의 점성도이고,
a는 생체분자의 반지름을 의미한다.
도 9에 나타난 바와 같이, 제1 공간부와 제2 공간부의 높이비가 1 : 60으로 증가할수록 100 ㎚ 단백질이 완전히 제2 공간부로 유입되었으며, 시간도 더 단축되었음을 확인할 수 있다.
아울러 제1 공간부와 제2 공간부의 높이비가 1 : 0.5, 1 : 2일 때는 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도가 80 %(v/v)인 것을 확인할 수 있다. 80 %(v/v)이상이면 원하는 400 ㎚ 엑소좀만을 제1 공간부에 충분한 농도로 잔류시켰다고 볼 수 있으므로 제1 공간부와 제2 공간부의 높이비는 1 : 1 내지 1 : 60이면 효율적이면서 빠른 생체분자 분리효능을 나타낸다고 볼 수 있다.
다만, 제1 공간부와 제2 공간부의 높이비가 1 : 0.5이면 즉, 1 : 1 미만이면 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)가 60 %(v/v)이하이므로 매우 낮다는 문제가 발생한다.
<
실험예
5> 제1
공간부와
제2
공간부의
높이비에
따른 생체분자 분리용 장치의 특성
본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 제1공간부와 제2 공간부의 높이비가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 13 및 실시예 14로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 시뮬레이션으로 측정하여 도 10에 나타내었다.
이때, 시뮬레이션에 사용한 프로그램은 MathWorks사의 Matlab 2014a 버전이고, 본 시뮬레이션에서는 생체분자의 브라운 운동에 따른 위치를 수학적으로 규명한 아래 수학식 1을 바탕으로 하였다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서,
KB는 볼츠만 상수이고,
ŋ는 액체의 점성도이고,
a는 생체분자의 반지름을 의미한다.
본 실험예에서는 상기 실험예 4와 달리 제1 공간부와 제2 공간부의 높이비를 동일하게 하고, 상기 제1 공간부의 높이(h1)가 증가될 경우 생체분자 분리용 장치의 특성을 본 것이다.
도 10에 나타난 바와 같이, 제1 공간부와 제2 공간부의 높이비는 두 실시예(13, 14)모두 1 : 15인데, 제1 공간부의 높이(h1)가 20 ㎛인 생체분자 분리용 장치(실시예 14)만 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)가 50 %(v/v)보다 현저히 낮음을 알 수 있고, 분리되는데 소모되는 시간도 실시예 13보다 약 200 초 더 느리다는 것을 알 수 있다. 이는 제1 공간부의 높이(h1)가 증가함에 따라 생체분자가 나노다공성막 및 제2 공간부로 도달하기까지의 거리가 길어지게 되고, 이로 인해 분리에 소모되는 시간은 길어지고 분리효율은 낮아진다는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 분리 특성을 위해서 제1 공간부의 높이(h1)도 제한되어야 한다는 것을 알 수 있다. 바람직하게는 0.1 ㎛ 이상이겠지만, 상기 실험예 5에서와 같이 0.1 내지 19 ㎛인 것이 가장 바람직하다.
<
실험예
6>
나노다공성막의
형태에 따른 생체분자 분리용 장치의 특성
본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 나노다공성막의 형태가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 15 내지 실시예 17으로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 시뮬레이션으로 측정하여 도 12에 나타내었다.
이때, 시뮬레이션에 사용한 프로그램은 MathWorks사의 Matlab 2014a 버전이고, 본 시뮬레이션에서는 생체분자의 브라운 운동에 따른 위치를 수학적으로 규명한 아래 수학식 1을 바탕으로 하였다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서,
KB는 볼츠만 상수이고,
ŋ는 액체의 점성도이고,
a는 생체분자의 반지름을 의미한다.
도 12에 나타난 바와 같이, 나노다공성막의 형태에 따라 생체분자 분리용 장치의 분리 특성은 크게 영향받지 않는다는 것을 알 수 있다. 다만 상기 실시예 16의 생체분자 분리용 장치에서 제2 공간부로 100 ㎚ 단백질이 유입되는데 걸리는 시간이 매우 길기 때문에, 동일한 시간에서 제2 공간부에 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도 70%(v/v)로 실시예 15, 17에 비해 30 %(v/v)낮다는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 기공의 직경이 일정한 경우에 비하여, 제1 공간부에서 제2 공간부 방향으로 직경이 점차 넓어지는 경우 분리효율이 더 높다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 제1 공간부와 제2 공간부는 제1 공간부와 제2 공간부가 나노다공성막을 사이에 두고 대칭적인 구조이면 충분하고, 제1 공간부가 상부에 있든 하부에 있든 분리효율에 큰 차이가 없음을 확인하였다.
다시 말해, 상기 나노다공성막의 기공의 직경이 원뿔형으로 점차 넓어지는 구조를 가지고 있다면 이에 상관없이, 상술한 효과를 달성할 수 있고 구체적으로 상기 나노다공성막의 기공의 직경은 제1 기공부에서 제2 기공부 방향으로 원뿔형으로 점차 넓어지는 형태이거나, 제 2 기공부에서 제1 기공부 방향으로 기공의 직경이 원뿔형으로 점차 넓어지는 형태일 수 있다.
<
실험예
7> 온도에 따른 생체분자 분리용 장치의 특성
본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 온도가 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 다양한 온도 조건하에서 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 15로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 시뮬레이션으로 측정하여 도 13에 나타내었다. 이때, 상기 온도 조건은 10 ℃, 20 ℃ 및 50 ℃로 하여 각각 측정하였다.
이때, 시뮬레이션에 사용한 프로그램은 MathWorks사의 Matlab 2014a 버전이고, 본 시뮬레이션에서는 생체분자의 브라운 운동에 따른 위치를 수학적으로 규명한 아래 수학식 1을 바탕으로 하였다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서,
KB는 볼츠만 상수이고,
ŋ는 액체의 점성도이고,
a는 생체분자의 반지름을 의미한다.
도 13에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치는 온도에 영향을 받지 않는다는 것을 확인할 수 있다. 다만 생체분자들은 온도에 민감하기 때문에, 생체분자가 활성을 유지할 수 있는 온도에서 본 발명의 장치를 사용하는 것이 바람직하다.
<
실험예
8> 시뮬레이션 측정에 있어서, 시간 스케일에 따른 오차 검토
도 14는 본 발명의 생체분자 분리용 장치의 분리효율을 시뮬레이션을 통해 측정함에 있어서, 브라운 운동에 따른 입자의 움직임을 계산하기 위해 시간 값 스케일을 1 ms와 100 ㎲로 달리하였을 때, 결과값에 미치는 영향을 확인한 그래프이다.
이때, 시뮬레이션에 사용한 프로그램은 MathWorks사의 Matlab 2014a 버전이고, 본 시뮬레이션에서는 생체분자의 브라운 운동에 따른 위치를 수학적으로 규명한 아래 수학식 1을 바탕으로 하였다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서,
KB는 볼츠만 상수이고,
ŋ는 액체의 점성도이고,
a는 생체분자의 반지름을 의미한다.
도 14에 나타난 바와 같이, 시간 값 스케일을 1 ms하고, 브라운 운동에 따른 입자의 움직임을 계산한 결과(도 14에 1 ms로 표기됨,청색선)와 시간 값 스케일을 100 ㎲로 하고, 브라운 운동에 따른 입자의 움직임을 계산한 결과(도 14에 100 ㎲로 표기됨,적색선)을 비교한 바, 상기 두 시간 스케일에서 계산된 입자 움직임이 근사치에 있는 것을 확인되었다.
따라서, 시뮬레이션으로 본 발명에 따른 생체 분자 분리용 장치에 각각 상이한 크기를 갖는 생체분자들이 혼합된 시료를 투입하고, 이로부터 생체분자 분리효율을 계산함에 있어서 시뮬레이션의 시간 스케일이 특별히 이에 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다.
<
실험예
9> 전압 인가 시간에 따른 생체분자 분리용 장치의 특성
본 발명에 따른 생체분자 분리용 장치의 전압 인가 시간이 미치는 영향을 확인하기 위한 것으로, 전압이 인가되는 시간을 달리하여 100 ㎚의 단백질과 400 ㎚의 엑소좀이 혼합되어 있는 생물학적 시료를 실시예 18로부터 제작된 생체분자 분리용 장치의 제1 공간부에 투입하였을 때, 시간에 따라 제2 공간부로 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)를 측정하여 도 14에 나타내었다.
이때, 시뮬레이션에 사용한 프로그램은 MathWorks사의 Matlab 2014a 버전이고, 본 시뮬레이션에서는 생체분자의 브라운 운동에 따른 위치를 수학적으로 규명한 아래 수학식 1을 바탕으로 하였다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서,
KB는 볼츠만 상수이고,
ŋ는 액체의 점성도이고,
a는 생체분자의 반지름을 의미한다.
이때, 상기 인가되는 전압은 교류전압으로, 펄스파 변조방식에 의해 공급되어지고, 순방향으로 기준 전압(V0)을 인가한 후, 역방향으로 기준 전압(V0)보다 0.1배 낮은 전압이 1 ms동안 인가되었으며, 8 ms동안 휴지기를 가졌으며, 이때 기준 전압(V0)은 0.1 V였으며, 다만 상기 순방향으로 기준 전압(V0)이 인가되는 시간은 각각 1 ms, 100 ㎲로 하였다.
순방향으로 인가되는 시간이 짧을수록 제2 공간부에 유입된 100 ㎚ 단백질의 농도%(v/v)가 더 짧은 시간에 100 %에 도달함을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명에 따른 전압이 인가되는 시간은 특별히 이에 한정되지 않으나, 바람직하게는 1 내지 3 ms일 수 있는데, 왜냐하면 3 ms를 초과하게 되면 분리에 소모되는 시간이 너무 길어져 효율이 떨어지기 때문이고, 1 ms 미만이면 소모되는 시간이 더 이상 감소되지 않기 때문에 비효율적이다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예 및 실험예 등을 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
100: 생체분자 분리용 장치
110: 나노다공성막
111: 제1 기공부 112: 제2 기공부
120: 제1 공간부 130: 제2 공간부
140: 전원공급부
111: 제1 기공부 112: 제2 기공부
120: 제1 공간부 130: 제2 공간부
140: 전원공급부
Claims (12)
- 나노다공성막;
상기 나노다공성막의 일측에 형성되고, 생체분자를 포함하는 생물학적 시료가 공급되는 제1 공간부; 및
상기 나노다공성막의 타측에 형성되고, 상기 제1 공간부로부터 상기 나노다공성막의 기공보다 크기가 작은 생체분자가 유입되는 제2 공간부;를 포함하고,
상기 생물학적 시료에 포함된 생체분자 특유의 브라운 운동에 의해 분획되어지는 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치. - 제1항에 있어서,
상기 생체분자 분리용 장치는 상기 제1 공간부와 제2 공간부에 하나씩 설치되는 한 쌍의 전극을 가지는 전원공급부를 포함하고,
상기 전원공급부에 전압이 인가되면 상기 생체분자 분리용 장치에는 전기장이 형성되는 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치. - 제2항에 있어서,
상기 전기장에 노출된 생물학적 시료 내에 존재하는 생체분자는 전기동역학적 원리에 의해 특정 방향으로 이동하고, 상기 전기동역학적 원리는 전기영동, 유전영동 및 전기삼투 중 하나인 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치. - 제2항에 있어서,
상기 전원공급부의 전압은 펄스파 변조방식(Pulse width modulation;PWM)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치. - 제2항에 있어서,
상기 전기장의 세기는 10 내지 100 V/mm인 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치. - 제1항에 있어서,
상기 생체 분자는 단백질, 펩티드, 항원, 항체, 단백질 단편, DNA, RNA, 세포, 미세소포체 및 기타 생체입자 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 공간부와 제2 공간부의 높이비는 1:1 내지 1:60 인 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 공간부의 높이(h1)는 0.1 내지 19 ㎛인 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치. - 제1항에 있어서,
상기 나노다공성막의 기공은 제1 공간부 접촉면에 형성된 제1 기공부;와 제2 공간부 접촉면에 형성된 제2 기공부;를 포함하고,
상기 제1 기공부에서 제2 기공부 방향 또는 제 2기공부에서 제1기공부 방향으로 기공의 직경이 원뿔형으로 점차 넓어지는 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제2 기공부와 제1 기공부의 직경비는 1 : 1 내지 1 : 2000인 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제1 기공부의 직경은 50 내지 1000 ㎚인 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제1 기공부와 제2 기공부 간의 거리는 0.01-10 ㎛인 것을 특징으로 하는 생체분자 분리용 장치.
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