KR20170135679A - 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기 - Google Patents

배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기

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KR20170135679A
KR20170135679A KR1020170057046A KR20170057046A KR20170135679A KR 20170135679 A KR20170135679 A KR 20170135679A KR 1020170057046 A KR1020170057046 A KR 1020170057046A KR 20170057046 A KR20170057046 A KR 20170057046A KR 20170135679 A KR20170135679 A KR 20170135679A
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Abstract

본 발명은 배플 구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응이 일어나는 제1 물질 및 제1 물질이 고정되고, 반응기 내부에 위치하여 반응기 내부의 유체가 통과할 수 있도록 형성된 적어도 하나의 몸체를 구비하는 몸체부를 포함하고, 몸체를 통해서 액체의 흐름을 조절하여 반응기 내부에서의 반응을 촉진시킬 수 있는 배플 구조체를 제공하는 것이다.

Description

배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기{BAFFLE STRUCTURE}
본 발명은 반응기가 있어 배플 구조가 설치될 수 있는 모든 공정에 응용이 가능하고, 다양한 유기 및 무기 물질을 부착하거나 포함한 구조이며, 부착되거나 포함한 물질에 따라서 다양한 기능을 수행할 수 있는 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기에 관한 것이다.
종래 유체를 혼합시키거나 반응시키기 위해 연속식 교반　반응기와 같은　반응기　내부에 스파저(sparger) 또는 분산기(disperser)를 이용해 왔다.
다만, 이러한 반응기는 혼합 또는 반응 시　유체의 동적 수준이 미약하여 혼합 균일성이 낮고, 생성물과 반응물의 재접촉에 의한 부반응이 생성되는 반응 메커니즘을 수반하는 경우 반응속도가 감소하거나 생성물의 수율이 저하될 수 있다.
이에 따라, 혼합 균일성, 반응속도 및 생성물의 수율을 향상시킴과 동시에 유지 보수가 간편하고 재사용이 용이한 반응기에 대한 수요가 높아지고 있는 실정이다.
본 발명의 일 실시예는 반응기 내에서 유체의 흐름을 방해하고 교란하여 유체의 물질 분포가 균일하게 하여 반응기의 혼합 효율을 증대시킬 뿐만 아니라, 다양한 유기촉매 및 무기촉매와 같은 반응 촉진 물질이나 항체나 DNA 또는 RNA와 같은 기능을 가진 바이오 분자를 표면이나 내부에 직접적으로 부착할 수 있는 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 반응 촉진 물질 및 바이오 분자들이 고정화된 구조물질을 포함하여 다양한 기능을 수행할 수 있는 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 하나 또는 다수의 효소 단백질을 직접 고정화하거나 나노 섬유와 같은 구조물질에 고정화한 후 내부에 포함하게 하여 반응기 내부에서 유체를 혼합하는 역할 뿐만 아니라, 효소 반응을 일으키게 할 수 있는 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 효소에 따라 반응이 달라지며, 복수개의 효소를 사용할 경우 연쇄 및 병렬 반응과 같은 다중반응을 촉진할 수 있는 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따르면 반응이 일어나는 제1 물질 및 상기 제1 물질이 고정되고, 반응기 내부에 위치하여 상기 반응기 내부의 유체가 통과할 수 있도록 형성된 적어도 하나의 몸체를 구비하는 몸체부를 포함하고, 상기 몸체를 통해서 액체의 흐름을 조절하여 상기 반응기 내부에서의 상기 반응을 촉진시킬 수 있는 배플 구조체를 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 반응이 일어나는 제1 물질; 상기 반응기 내부에 위치하여 상기 반응기 내부의 유체가 통과할 수 있도록 형성된 적어도 하나의 몸체를 구비하는 몸체부 및 상기 몸체의 일측에 배치되어 상기 제1 물질이 고정되는 구조물질을 포함하고, 상기 몸체를 통해서 액체의 흐름을 조절하여 상기 반응기 내부에서의 상기 반응을 촉진시킬 수 있는 배플 구조체를 제공한다.
이때, 상기 몸체의 일면에는 유체가 통과할 수 있도록 유동홀이 형성될 수 있다.
이때, 상기 제1 물질은 흡착, 이온결합, 공유결합 또는 접착성 물질에 의해 상기 몸체의 표면 또는 상기 구조물질에 고정될 수 있다.
이때, 상기 몸체는 격자 형태의 면상 구조체일 수 있다.
이때, 상기 몸체부는 제1 몸체 및 상기 제2 몸체를 포함하고, 상기 제1 몸체 및 상기 제2 몸체를 결합시키기 위한 결합부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 결합부는 상기 제1 몸체의 일측에 형성되는 제1 결합몸체 및 상기 제2 몸체의 일측에 형성되어 상기 제1 결합몸체와 결합되는 제2 결합몸체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 결합부는 상기 제1 결합몸체에 형성되는 돌출부 및 상기 제2 몸체에 상기 돌출부와 대응되도록 결합홀 또는 결합홈이 형성될 수 있다.
이때, 상기 구조물질은 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산) 중 어느 하나 이상으로 이루어진 나노섬유, 탄소나노튜브, 탄소화합물, 실리카 나노 입자 및 자성 나노 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 물질은 유기촉매, 무기촉매 및 바이오 분자 중 적어도 하나일 수 있다.
이때, 상기 유기 촉매는 탄산무수화 효소, 당산화 효소, 트립신, 키모트립신, 서브틸리신, 파파인, 서몰리신, 리파아제, 페록시다아제, 아실라아제, 락토나제, 프로테아제, 티로시나아제, 라카아제, 셀룰라아제, 자일라나제, 유기포스포하이드롤레이즈, 콜린에스테라아제, 포름산 탈수소 효소, 알데히드 탈 수소 효소, 알코올 탈수소 효소, 포도당 탈수소 효소, 잔틴옥시데이즈(xanthine ooxidase) 및 포도당 이성화 효소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 무기 촉매 물질은 플래티늄, 백금, 로듐, 팔라듐, 납, 이리듐, 루비듐, 철, 니켈, 아연, 코발트, 구리, 망간, 티타늄, 루테늄, 은, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 철, 안티몬, 주석, 비스무트, 바륨, 오스뮴, 산화질소, 산화구리, 산화망간, 산화티타늄, 산화바나듐, 산화아연 중 적어도 하나를 폼하는 금속 촉매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 바이오 분자는 효소, 알부민, 인슐린, 콜라겐, 항체, 항원, 프로테인A, 프로테인G, 아비딘, 스트렙타비딘, 바이오틴, 핵산, 펩타이드, 렉틴(Lectin), 탄수화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 전술한 배플 구조체 및 내부에 유체가 유입되고 외부로 배출되고, 상기 배플 구조체가 상기 유체의 유동 경로상에 배치되어 유체가 상기 배플 구조체를 지나가도록 하는 반응기를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기는 유기 촉매물질, 무기 촉매물질 및 바이오 분자가 고정화됨으로써 유체가 배플 구조체의 내부와 외부 사이를 자유롭게 통과할 수 있도록 공간이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기는 유기 촉매물질, 무기 촉매물질 및 바이오 분자가 직접 또는 구조 물질에 고정화되고 내부에 포함됨으로써 반응기 표면이나 내부에서 고정화되거나 포함된 물질에 따라 목적하는 반응이나 기능을 가지게 할 수 있고, 동시에 혼합 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기는 결합부를 포함하여 두 개 이상의 몸체를 포함하는 배플 구조체에서 탈착이 가능할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기는 반응 후에 효소가 고정화된 배플 구조체를 손쉽게 제거하거나 교체할 수 있으며 생성물과 효소와의 별도의 분리 공정이 필요하지 않다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체의 변형예를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체를 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체를 포함하는 반응기를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체를 포함하는 반응기의 제1 변형예를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체를 포함하는 반응기의 제2 변형예를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체를 포함하는 반응기의 제2 변형예를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체의 변형예를 도시한 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체를 도시한 분해 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체(1)에는 효소가 직접 고정화될 수 있다. 또한, 도 3을 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체는 효소가 고정화된 구조물질(50)을 배플 구조체(1') 내부에 포함시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체(1, 1')는 내부와 외부 사이를 유체가 통과할 수 있도록 하는 공간이 있는 구조이다. 이를 위해서 배플 구조체(1)는 몸체부(10) 및 결합부(30)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체(1)는 몸체부(10)를 포함하여 제1 물질을 몸체부 표면에 직접 고정화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 몸체부(10)는 반응기(70) 내부에서 액체와 접하여 적어도 일부가 액체에 잠겨있어서, 액체의 흐름을 막거나 교란시켜서 반응기 내의 혼합 효율을 증대시킬 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 몸체부(10)는 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(13)를 포함할 수 있다. 이때 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(13) 표면에 제1 물질이 부착될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(13)는 동일한 형태로 단면이 사각형일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 또한 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(13) 각각에는 유체의 흐름을 막거나 교란시키기 위한 유동홀(15)이 형성될 수 있다.
도 2를 참고하면, 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(13)는 서로 나란하게 배열되며 각각은 복수개의 유동홀(15)이 제1 몸체 및 제2 몸체의 길이 방향으로 연장되고 서로 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(13)는 단일구조로 분리되어 서로 나란하게 배열되었지만 이에 한정되지 않고 제1 몸체 및 제2 몸체가 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체(1)는 내부에 구조물질(50)이 배치되어 제1 물질을 구조물질(50)에 고정화함으로써 제1 물질을 배플 구조체에 고정화할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체(1)는 구조물질(50)을 통하여 제1 물질을 몸체부(10)에 고정화할 수 있다.
한편, 제1 물질은 구조물질(50)의 표면에 고정될 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에서 구조물질(50)은 2차 구조물질로 나노 구조물일 수 있으나. 제1 물질을 고정화할 수 있다면 이에 한정되지는 않는다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 결합부(30)는 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(13)가 탈착 가능하도록 형성될 수 있다. 이때, 결합부(30)는 제1 결합몸체(31) 및 제2 결합몸체(33)를 포함할 수 있다.
한편, 제1 결합몸체(31) 및 제2 결합몸체(33) 각각은 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(13)의 양단부에 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 제1 결합몸체(31) 및 제2 결합몸체(33)는 육면체 형상으로 형성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
이때, 제1 결합몸체(31) 및 제2 결합몸체(33)에는 각각 결합부재(34)가 형성됨으로써 제1 결합몸체(31) 및 제2 결합몸체(33)를 결합시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 결합부재(34)는 돌출부(35) 및 결합홀(37)을 포함할 수 있다. 이때 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 돌출부(35)는 제1 결합몸체(31)에 형성될 수 있고, 결합홀(37)은 제2 결합몸체(33)에 형성될 수 있다.
즉, 제1 결합몸체(31)의 일면에는 제2 결합몸체(33)가 배치된 방향으로 돌출된 돌출부(35)가 형성될 수 있다. 또한 제2 결합몸체(33)의 일면에는 돌출부(35)가 결합될 수 있도록 결합홀(37)이 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되지는 않고, 돌출부(35)가 제2 결합몸체(33)에 형성될 수도 있고 결합홀(37)이 제1 결합몸체(31)에 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 결합부재(34)는 제1 결합몸체(31) 및 제2 결합몸체(33)를 서로 결합시킬 수 있는 구조라면 돌출부(35) 및 결합홀(37)에 한정되지 않고 돌출부 및 결합홈 형태일 수도 있고, 접착제로 인한 결합일 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 제1 물질은 유기 촉매물질, 무기 촉매물질 및 바이오 분자 중 어느 하나일 수 있다.
이때, 유기 촉매 물질은 탄산무수화 효소, 당산화 효소, 트립신, 키모트립신, 서브틸리신, 파파인, 서몰리신, 리파아제, 페록시다아제, 아실라아제, 락토나제, 프로테아제, 티로시나아제, 라카아제, 셀룰라아제, 자일라나제, 유기포스포하이드롤레이즈, 콜린에스테라아제, 포름산 탈수소 효소, 알데히드 탈 수소 효소, 알코올 탈수소 효소, 포도당 탈수소 효소, 잔틴옥시데이즈(xanthine ooxidase) 및 포도당 이성화 효소 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 무기 촉매 물질은 플래티늄, 백금, 로듐, 팔라듐, 납, 이리듐, 루비듐, 철, 니켈, 아연, 코발트, 구리, 망간, 티타늄, 루테늄, 은, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 철, 안티몬, 주석, 비스무트, 바륨, 오스뮴, 산화질소, 산화구리, 산화망간, 산화티타늄, 산화바나듐, 산화아연 중 적어도 하나를 포함하는 금속 촉매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 바이오 분자는 효소, 알부민, 인슐린, 콜라겐, 항체, 항원, 프로테인A, 프로테인G, 아비딘, 스트렙타비딘, 바이오틴, 핵산, 펩타이드, 렉틴(Lectin), 탄수화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
아울러 바이오 분자는 이종의 바이오 분자의 특이적 결합을 통해 배플 구조체(1)에 고정될 수 있다. 이때 이종 바이오 분자들의 특이적 결합으로는 항원-항체, 프로테인A-항체, 프로테인G-항체, 핵산-핵산 하이브리드, 앱타머-바이오분자, 아비딘-비오틴(Avidin-biotin), 스트렙타비딘-비오틴(Streptavidin-biotin), 렉틴-탄수화물(Lectins-carbohydrate), 렉틴-글리코실단백질(Lectin-glycoprotein) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(13)에 제1 물질이 결합되기 위해서 제1 몸체 및 제2 몸체가 구조물질(50)로 형성되어 제1 물질이 직접 제1 몸체 및 제2 몸체에 결합될 수 있다.
이때, 몸체부(10) 즉, 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(13)는 아크릴로나이트릴-뷰타디엔-스티렌, 폴리카보네이트, 폴리티오펜, 폴리락틱산, 폴리비닐알콜, 폴리카프로락탐, 폴리카프로락톤, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌이민, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리우레탄, 폴리글리콜산, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴 리디메틸실록산, 폴리스티렌-co-무수말레산, 테플론, 콜라겐, 나일론, 셀룰로우즈, 키토산, 유리, 금, 은, 알루미늄, 철, 구리 및 실리콘 중 적어도 하나를 포함하여 제1 물질이 직접 제1 몸체 및 제2 몸체에 결합될 수 있다
한편, 본 발명의 일 실시예에서 제1 물질을 구조물질(50)을 통하지 않고 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(13)에 직접 결합시킬 경우에는 폴리도파민(polydopamine), 폴리노레피네프린(polynorepinephrine)과 같이 카테콜(catechol)기를 기반으로 하는 접착성 물질 및 물리적 단순 흡착 중 하나를 사용하여 결합시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 접착성 물질은 가교결합제 또는 석출제가 포함될 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에서 가교 결합제는 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 1-에틸-3-디메틸아미노프로필카보디이미드, 글루타르알데하이드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 화합물일 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에서 석출제는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부틸알콜, 아세톤, 폴리에틸렌글리콜, 암모늄 설페이트, 소듐 클로라이드, 소듐 설페이트, 소듐 포스페이트, 포타슘 클로라이드, 포타슘 설페이트, 포타슘 포스페이트 및 이들의 수용액을 단독 또는 혼합한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 구조물질(50)은 작용기를 포함하고, 작용기가 제1 물질과 반응함으로써 제1 물질이 구조물질에 고정될 수 있다. 이때, 제1 물질에 따라 반응하는 작용기가 달라지므로 제1 물질에 따라 작용기는 특정될 수 있다.
또한, 배플 구조체(1) 내부에 장착 또는 포함될 수 있는 구조물질(50)은 고분자 섬유, 다공성 입자, 탄소 튜브, 고분자 튜브, 와이어, 필라, 그래핀, 풀러렌, 구형입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 구조물질(50)은 작용기를 포함하는 고분자 섬유일 수 있다. 이때 구조물질(50)은 고분자 섬유가 복수개로 형성된 고분자 섬유 집합체일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 제1 물질인 유기 촉매, 무기 촉매 및 바이오 분자들은 구조물질(50)의 작용기와 직접적으로 결합되거나 또는 간접적으로 결합될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서 유기 촉매, 무기 촉매 및 바이오 분자는 작용기와 공유결합 및 이온결합을 통해 직접적으로 결합될 수 있다. 바람직하게는 유기 촉매, 무기 촉매 및 바이오 분자는 작용기와 공유결합을 통해 직접적으로 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 작용기를 포함하는 고분자 섬유는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 아크릴로나이트릴-뷰타디엔-스티렌, 폴리락틱산, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌이민, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리비닐리데인 플로라이드, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리카프로락탐, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산, 폴리카프로락톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리다이메틸실록산, 테플론, 콜라겐, 폴리스티렌-co-무수말레산, 나일론, 셀룰로우즈, 키토산 및 실리콘 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 고분자 섬유를 개질시켜 작용기를 형성한 고분자 섬유일 수 있다.
이때 본 발명의 일 실시예에서 작용기를 포함하는 고분자 섬유는 아닐린(aniline), 피롤(pyrrole), 락틱산(lactic acid), 비닐알콜(vinyl alcohol), 아크릴로니트릴(acrylonitrile), 에틸렌(ethylene), 에틸렌이민(ethyleneimine), 프로필렌옥사이드(propylene oxide), 우레탄(urethane), 염화비닐(vinylchloride), 스티렌(styrene), 카프로락탐(caprolactam), 카프로락톤(aprolactone), 에틸렌 테레프탈레이트(ethylene terephthalate), 메틸메타크릴레이트(methylmethacrylate), 다이메틸실록산(dimethysiloxane), 테플론(teflon), 콜라겐(collagen), 나일론(nylon), 셀룰로우즈(cellulose), 키토산(chitosan) 및 실리콘(silicon) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제1단량체 및 아미노벤조익산(1-aminobenzoic acid), 2-아미노벤조익산(2-aminobenzoic acid), 3-아미노벤조익산(3-aminobenzoic acid), 1-페닐렌다이아민(1-phenylenediamine), 2-페닐렌다이아민(2-phenylenediamine), 3-페닐렌다이아민(3-phenylenediamine), 피롤-1-카브알데하이드(pyrrole-1-carbaldehyde), 피롤-2-카브알데하이드(pyrrole-2-carbaldehyde) 및 피롤-3-카브알데하이드(pyrrole-3-carbaldehyde) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제2단량체가 공중합된 공중합체일 수 있다.
한편, 작용기와 바이오 분자는 이종의 바이오 분자에 의해 특이적 결합되어, 작용기와 바이오 분자가 링커(linker) 역할을 하는 이종의 바이오 분자들을 통해 간접적으로 결합되어 고분자섬유에 바이오 분자가 고정될 수 있다.
이때, 특이적 결합은 항체-항원, 프로테인A-항체, 프로테인G-항체, 핵산-핵산 하이브리드, 앱타머-바이오분자, 아비딘-비오틴(Avidin-biotin), 스트렙타비딘-비오틴(Streptavidin-biotin), 렉틴-탄수화물(Lectins-carbohydrate), 렉틴-글리코실단백질(Lectin-glycoprotein) 등일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체의 변형예를 도시한 사시도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 몸체부(10)의 변형예로서, 몸체부가 메쉬 구조로 격자 형태의 면상 구조체일 수 있다. 즉, 제1 몸체(11) 및 제2 몸체(13)는 메쉬 구조로 격자 형태의 면상 구조체일 수 있다. 이때 도 2를 참고하면 본 발명의 일 실시예에서 몸체부(10) 이외의 다른 구성은 상술한 바와 동일한 구성으로 이루어질 수 있는 바 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체를 포함하는 반응기를 도시한 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체를 포함하는 반응기의 제1 변형예를 도시한 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체를 포함하는 반응기의 제2 변형예를 도시한 사시도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체를 포함하는 반응기의 제2 변형예를 도시한 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(70a, 70b, 70c)는 배플 구조체(1')를 포함할 수 있다. 이때 도 4 내지 도 6에서는 반응기(70a, 70b, 70c) 내부에 도 2의 배플 구조체(1')가 배치되어 있지만, 이에 한정되지 않고, 도 1의 배플 구조체(1)가 배치될 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에서 반응기(70a)는 내부에서 액상 전환 공정을 할 수 있도록 중공부가 형성될 수 있다.
도 4를 참고하면 본 발명의 일 실시예에서 반응기(70a) 내부에는 배플 구조체(1, 1')가 유체가 반응기 내로 유입되는 상하방향과 나란하게 부착 또는 배치될 수 있다. 또한, 반응기(70a)의 하단부에는 반응기 내부로 유입된 액체가 배출될 수 있도록 배출구(71)가 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에서 반응기(70a)는 이에 한정되지는 않고, 반응기 내부로 유입된 액체가 반응기를 지나 배출될 수 있도록 반응기 측면부에 배출구(71)가 형성될 수 있다.
이때 본 발명의 일 실시예에서 반응기(70a, 70b, 70c)는 액상 전환 공정에는 어떤 분야든 사용이 가능하고, 특히 친환경성과 생물 친화성뿐만 아니라 선택성이 매우 높은 효소를 사용하기 때문에 의료나 제약 등의 분야 및 수 처리시설에도 응용될 수 있다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체는 반응기(70a, 70b, 70c) 내부의 유체가 배플 구조체(1, 1')와 충돌하게 되면서 반응기 내부의 혼합 효율을 증대시키는 동시에 유체에 포함되어 있는 반응물이 배플 구조체로 유입되면서 배플 구조체를 통한 유체의 흐름으로 인해 효소와 반응물이 충돌하게 되어 직접적으로 새로운 반응을 촉진할 수 있다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 반응기(70b) 내부에는 배플 구조체(1, 1')가 유체가 반응기 내로 유입되는 상하방향과 수직한 방향으로 부착 또는 배치될 수 있다. 또한, 반응기(70b)의 하단부에는 반응기 내부로 유입된 액체가 배플 구조체(1')를 지나서 배출될 수 있도록 배출구(71)가 형성될 수 있다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에서 반응기(70b)는 배플 구조체의 오염물질을 제거할 수 있고, 복수개의 효소를 사용하여 연쇄 및 병렬 반응과 같은 다중반응을 촉진할 수 있다.
도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에서 반응기(70c) 내부에는 배플 구조체(1, 1')가 유체가 반응기 내로 유입되는 상하방향과 나란하게, 또한 상하방향과 수직한 방향으로 부착 또는 배치될 수 있다. 또한, 반응기(70b)의 하단부에는 반응기 내부로 유입된 액체가 배플 구조체(1')를 지나서 배출될 수 있도록 배출구(71)가 형성될 수 있다.
이때, 상하방향과 나란하게 부착된 배플 구조체(1')와 상하방향과 수직한 방향으로 부착된 배플 구조체(1') 사이에는 전체적인 투과도를 조절하기 위해서 투과성이 있는 재질이 사용될 수 있다.
이를 통해 본 발명의 일 실시예에서 반응기(70c)는 배플 구조체의 오염물질을 제거할 수 있고, 복수개의 효소를 사용하여 연쇄 및 병렬 반응과 같은 다중반응을 촉진할 수 있다.
도 4 내지 도 6의 배플 구조체는 표면에 하나 또는 다수의 효소 단백질을 직접 고정화하거나 나노 섬유와 같은 구조물질(50)에 고정화한 후 내부에 포함하게 하여 반응기 내부에서 유체를 혼합하는 역할 뿐만 아니라, 효소 반응을 일으키게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기는 유기 촉매물질, 무기 촉매물질 및 바이오 분자가 고정화됨으로써 유체가 배플 구조체의 내부와 외부 사이를 자유롭게 통과할 수 있도록 공간이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기는 유기 촉매물질, 무기 촉매물질 및 바이오 분자가 직접 또는 구조 물질에 고정화되고 내부에 포함됨으로써 반응기 표면이나 내부에서 고정화되거나 포함된 물질에 따라 목적하는 반응이나 기능을 가지게 할 수 있고, 동시에 혼합 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기는 결합부를 포함하여 두 개 이상의 몸체를 포함하는 배플 구조체에서 탈착이 가능할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배플 구조체 및 이를 포함하는 반응기는 반응 후에 효소가 고정화된 배플 구조체를 손쉽게 제거하거나 교체할 수 있으며 생성물과 효소와의 별도의 분리 공정이 필요하지 않다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 배플 구조체 10 : 몸체부
11 : 제1 몸체 13 : 제2 몸체
15 : 유동홀 30 : 결합부
31 : 제1 결합몸체 33 : 제2 결합몸체
34 : 결합부재 35 : 돌출부
37 : 결합홀 50 : 구조물질
70a, 70b, 70c : 반응기 71 : 배출구

Claims (14)

  1. 반응이 일어나는 제1 물질 및
    상기 제1 물질이 고정되고, 반응기 내부에 위치하여 상기 반응기 내부의 유체가 통과할 수 있도록 형성된 적어도 하나의 몸체를 구비하는 몸체부를 포함하고,
    상기 몸체를 통해서 유체의 흐름을 조절하여 상기 반응기 내부에서의 상기 반응을 촉진시킬 수 있는 배플 구조체.
  2. 반응이 일어나는 제1 물질;
    상기 반응기 내부에 위치하여 상기 반응기 내부의 유체가 통과할 수 있도록 형성된 적어도 하나의 몸체를 구비하는 몸체부 및
    상기 몸체의 일측에 배치되어 상기 제1 물질이 고정되는 구조물질을 포함하고,
    상기 몸체를 통해서 유체의 흐름을 조절하여 상기 반응기 내부에서의 상기 반응을 촉진시킬 수 있는 배플 구조체.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 몸체의 일면에는 유체가 통과할 수 있도록 유동홀이 형성된 배플 구조체.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 물질은 흡착, 이온결합, 공유결합 또는 접착성 물질에 의해 상기 몸체 또는 상기 구조물질에 고정되는 배플 구조체.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 몸체는 격자 형태의 면상 구조체인 배플 구조체.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 몸체부는 제1 몸체 및 상기 제2 몸체를 포함하고,
    상기 제1 몸체 및 상기 제2 몸체를 결합시키기 위한 결합부를 포함하는 배플 구조체.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 결합부는
    상기 제1 몸체의 일측에 형성되는 제1 결합몸체 및
    상기 제2 몸체의 일측에 형성되어 상기 제1 결합몸체와 결합되는 제2 결합몸체를 포함하는 배플 구조체.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 결합부는
    상기 제1 결합몸체에 형성되는 돌출부 및
    상기 제2 몸체에 상기 돌출부와 대응되도록 결합홀 또는 결합홈이 형성되는 배플 구조체.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 구조물질은 폴리비닐알콜, 폴리아크릴로니트릴, 나일론, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 셀룰로우즈, 키토산, 폴리락틱산, 폴리락틱-co-글리콜산, 폴리글리콜산 폴리카프로락톤, 콜라겐, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 폴리(스티렌-co-무수말레산) 중 어느 하나 이상으로 이루어진 나노섬유, 탄소나노튜브, 탄소화합물, 실리카 나노 입자 및 자성 나노 입자 중 적어도 하나를 포함하는 배플 구조체.
  10. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 물질은 유기촉매, 무기촉매 및 바이오 분자 중 적어도 하나인 배플 구조체.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 유기 촉매는
    탄산무수화 효소, 당산화 효소, 트립신, 키모트립신, 서브틸리신, 파파인, 서몰리신, 리파아제, 페록시다아제, 아실라아제, 락토나제, 프로테아제, 티로시나아제, 라카아제, 셀룰라아제, 자일라나제, 유기포스포하이드롤레이즈, 콜린에스테라아제, 포름산 탈수소 효소, 알데히드 탈 수소 효소, 알코올 탈수소 효소, 포도당 탈수소 효소, 잔틴옥시데이즈(xanthine ooxidase) 및 포도당 이성화 효소 중 적어도 하나를 포함하는 배플 구조체.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 무기 촉매 물질은
    플래티늄, 백금, 로듐, 팔라듐, 납, 이리듐, 루비듐, 철, 니켈, 아연, 코발트, 구리, 망간, 티타늄, 루테늄, 은, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 철, 안티몬, 주석, 비스무트, 바륨, 오스뮴, 산화질소, 산화구리, 산화망간, 산화티타늄, 산화바나듐, 산화아연 중 적어도 하나를 포함하는 금속 촉매 중 적어도 하나를 포함하는 배플 구조체.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 바이오 분자는
    효소, 알부민, 인슐린, 콜라겐, 항체, 항원, 프로테인A, 프로테인G, 아비딘, 스트렙타비딘, 바이오틴, 핵산, 펩타이드, 렉틴(Lectin), 탄수화물 중 적어도 하나를 포함하는 배플 구조체.
  14. 제1 항 또는 제2 항에 따른 배플 구조체 및
    내부에 유체가 유입되고 외부로 배출되고, 상기 배플 구조체가 상기 유체의 유동 경로상에 배치되어 유체가 상기 배플 구조체를 지나가도록 하는 반응기.
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