KR20200054970A - 자성 입자를 사용하여 생체분자를 고정시키기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

자성 입자를 사용하여 생체분자를 고정시키기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자성 입자(4)에 의한 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치로서, 생체분자를 함유하는 액체로 채워질 수 있는 용기(5, 51) 및 자석(3)을 포함하는 장치에 관한 것이다. 용기(5, 51) 내에 배치될 수 있고 또 생체분자가 고정, 특히 가역적으로 고정될 수 있는 자성 입자(4)가 용기(5, 51) 내에 고정될 수 있도록 자석(3)이 용기(5, 51) 상에 배열된다. 용기(5, 51) 내에 위치한 자성 입자(4)에 작용하는 불균일한 자계가 자석(3)의 배열에 의해 생성될 수 있고, 그로 인해 자성 입자(4)가 그 불균일한 자계의 영향에 의해 구조화된 방식으로 배열된다.

Description

자성 입자를 사용하여 생체분자를 고정시키기 위한 장치 및 방법
본 발명은 독립 청구항 1의 전제부에 따른 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 독립 청구항 13의 전제부에 따른 생체분자의 가역적 고정화를 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 독립 청구항 15의 전제부에 따른 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치를 포함하는 생체분자의 자동 처리를 위한 장치에 관한 것이다.
DNA 및 다른 생체분자의 정제를 위한 많은 방법이 종래기술에 공지되어 있다. 정제의 일 유형은 DNA 추출이고, 여기서 DNA는 비극성 환경에서 침전된다. DNA는 또한 예를 들어 세포 파괴 후, 원심분리에 의해 정제되거나, 또는 전기 영동 방법에 의해 정제될 수 있다.
생체분자는 불용성 담체에 고정시켜 합성 및 정제될 수도 있다. 생체분자를 고정시키기 위한 일반적인 기판은 유리이고, 덜 일반적인 기판으로는 금, 백금, 산화물, 반도체 및 다양한 폴리머 기판이 있다.
수많은 작업을 수동으로 정제하고 처리하는 데에는 너무 많은 시간이 필요하므로, 오늘날의 프로세스는 완전히 자동화되어 있다. 소위 "자성 입자(magnetic paticles)"는 실험실 방법의 자동화에서 중요한 역할을 한다. "자성 비드 기반 세정" 및 "자성 비드 기반 정상화(normalization)"는 핵산의 고정화, 정제 및 농도 조정을 위해 널리 사용되는 방법이다. 이들 방법의 전형적인 응용 분야는 (예를 들어, PCR, 즉 중합효소 연쇄반응에 의한) DNA 시퀀싱 또는 DNA 검출에서의 샘플 제작이다.
종래기술에서, 자성 입자는 전형적으로 용기를 둘러싸는 링 자석에 의해 용기 내에 유지된다. 이로 인해 불순물이 있는 용액을 피펫팅으로 제거(pipette off)하면서도, 자성 입자와 그에 결합된 생체분자는 용기에 남게 할 수 있다.
자성 입자는 1995년에 Whitehead Institute에서 PCR 생성물(product)의 정제를 위해 개발되었다. 자성 입자는 대부분 상자성이고 철로 피복된 폴리스티렌으로 구성될 수 있다. 카르복실기를 갖는 다양한 분자가 철에 부착될 수 있다. 이들 카르복실기는 DNA 분자에 가역적으로 결합할 수 있다. 이렇게 하여, DNA 분자가 고정화된다.
자성 입자를 사용하는 공정은 일반적으로 다음 단계를 포함한다. 먼저, PCR 생성물이 자성 입자에 결합된다. 이어서, PCR 생성물이 부착되어 있는 자성 입자를 불순물로부터 분리한다(이 단계는 예를 들어 고체로부터 용액을 피펫팅으로 제거(pipetting off)하여 실현됨). 이어서 PCR 생성물이 부착된 자성 입자를 세정한다. 세정 후, PCR 생성물을 자성 입자로부터 용리(elute)시켜서 새로운 플레이트로 이동시킨다.
완전히 자동화된 공정에서는, 출발 물질이 분리 공정에 도입된 후 필요한 시약이 샘플에 자동으로 피펫팅되고 피펫 팁을 통해 다시 제거된다. 자성 입자 결합 핵산은 공동(cavities)의 바닥과 가장자리에 수집되며, 루틴에 따라, 최적화된 피펫팅에 의해 다시 용해된다. 마지막으로, DNA 또는 RNA는 직접 저장 또는 추가 적용을 위해 뚜껑이 있는 별도 용기 안에 용리된다.
또한, 예를 들어 약산성 환경에서 DNA가 실리카 겔에 결합되는 흡착 방법이 종래기술에 공지되어 있다.
생체분자의 합성, 정상화(normalization) 및 정제를 위한 가장 중요한 공정 중 하나는 자성 입자를 사용하는 공정이다. 여기서 생체분자는 자성 입자의 표면에 결합된다. 이어서 자성 입자들이 자석에 의해 고정되고 부산물 및 불순물을 함유하는 용액은 쉽게 분리될 수 있다. 따라서 생체분자가 빠르고 쉽게 정제 및 분리될 수 있다. 자성 소구체(globule)의 장점은 소구체가 시험 배치에서 자유롭게 움직일 수 있다는 점이고, 이는 결합 단계에 중요한다. 예를 들어, 세정 단계에서 용기로부터 액체를 제거하려면, 용기에 자석을 고정한 다음 액체를 분리하면 된다.
자성 입자는 작은 상자성 또는 강자성 소구체이며, 필요한 특성을 제공하는 다른 재료로 코팅되어 있다. 플라스틱으로 코팅된 니켈 입자가 종종 사용된다.
예를 들어, DNA 프로브 및 유전자는 또한 자동화된 고상 방법으로 합성될 수 있다. 폴리펩티드와 같은 DNA 가닥은 불용성 매트릭스(자성 입자)에 결합된 성장 사슬에 활성화된 단량체를 순차적으로 부착함으로써 합성될 수 있다. 보호된 포스포라미디트(phosphoramidite)가 여기서 활성화된 단량체로서 사용될 수 있다.
이 절차는 우수한 수율로 고순도 생체분자를 분리할 수 있다. 자성 입자 분리의 기본 공정은 사용된 추출 용기의 공동에서 완전히 자동으로 수행될 수 있다.
완전 자동화된 공정에서, 출발 물질이 분리 공정에 도입된 후 필요한 시약이 샘플에 자동 피펫팅되고, 예를 들어 피펫을 통해 다시 제거된다. 자성 입자 결합 핵산은 공동의 바닥과 가장자리에 수집되며, 루틴에 따라 최적화된 피펫팅으로 다시 용해된다. 마지막으로, DNA 또는 RNA는 직접 저장 또는 추가 적용을 위해 뚜껑이 있는 별도의 용기 내에 용리된다.
종래기술에서, 자성 입자는 전형적으로 용기를 둘러싸는 링 자석에 의해 용기 내에 유지된다. 그로 인해, 자성 입자는 내부 용기 내에서 고리형으로 배열된다.
종래기술의 심각한 단점은 용기 내의 자성 입자가 또한 링 자석의 사용으로 인해 고리형으로 배열된다는 점이다. 이는 액체를 제거하기 더 어렵게 할 뿐만 아니라 고체 링에 제거할 수 없는 액체 잔류물이 여전히 있게 됨을 의미한다. 액체의 불완전 제거는 세정 효율 및 용출(elution) 후 가용 부피를 감소시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래기술에서 알려진 역효과를 회피할 수 있는, 생체분자의 고정화를 위한 장치, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 방법 및 생체분자의 고정화를 위한 장치로 생체분자의 자동 처리를 위한 장치를 제공하는 것이다.
이 목적은 독립 청구항 1의 특징을 갖는 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치, 독립 청구항 13의 특징을 갖는 생체분자의 가역적 고정화를 위한 방법 및 독립 청구항 15의 특징을 갖는 가역적 고정화를 위한 장치를 포함하는 생체분자의 자동 가공을 위한 장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 자성 입자에 의한 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치가 제안된다. 이 장치는 생체분자를 함유하는 액체로 채워질 수있는 용기 및 자석을 포함한다. 용기 내에 배치될 수 있고, 그리고 생체분자가 고정, 특히 가역적으로 고정될 수 있는 자성 입자가 용기 내에 고정될 수 있도록 자석이 용기 상에 배열된다. 용기 내에 위치한 자성 입자들에 작용하는 불균일한 자계는 자석의 배열에 의해 생성될 수 있다. 자성 입자는 불균일 자계의 영향에 의해 구조화된 방식으로 배열될 수 있다.
자석의 배열이 자계의 불균일성을 발생시키는 것이 본 발명에 있어서 필수적이다. 그 결과, 자석의 배열에 의해 용기 내에 위치한 자성 입자들에 작용하는 불균일한 자계가 생성되고, 그로 인해 불균일한 자계 내에서 자성 입자들의 구조화된 배열에 의해 액체가 자성 입자들로부터 보다 쉽게 떨어져 흐를 수 있다. 불균일한 자계에 의해 제어되는 자성 입자가 용기 벽에 서로 분리된 섬으로 배열되면, 액체는 자성 입자들 사이로 간단히 흘러 나올 수 있고, 따라서 액체가 용기에서 보다 쉽게 제거될 수 있다.
본 발명의 틀 내에서, 자석의 배열은 매우 다양한 디자인으로 이해될 수 있다. 자석의 배열은 용기 내의 자성 입자에 작용하는 불균일한 자계를 발생시켜 자성 입자가 용기 벽에 본 발명에 따른 구조로 배열되게 하는 기능을 말한다. 자석의 자속 밀도를 전환시키면, 액체가 보다 쉽게 흘러서 보다 쉽게 제거될 수 있도록 자성 입자가 용기 안에서 배열될 것이다. "본 발명에 따른 구조"라는 용어는 액체가 용기 내의 자성 입자로부터 보다 쉽게 떨어져 흘러 나가게 하는 구조를 의미한다. 따라서, 예를 들어, 서로 분리된 섬들로 자성 입자를 배열하는 것은 "본 발명에 따른 구조" 또는 "구조화된 배열"로 이해될 수 있지만, 그 배열은 이것에 한정되지 않는다. 자성 입자는 또한 예를 들어 피라미드 형태로 또는 그루브 형태로 배열될 수도 있다. 전술한 용기 벽 상의 자성 입자의 모든 구조화된 배열은 액체가 자성 입자에서 또는 자성 입자 사이로 쉽게 흘러 나갈 수 있게 한다. 자석 배열의 설계의 예를 들자면, 자석을 배열하는 다양한 방법은 다음과 같다. 본 발명의 틀 내에서, 자석의 배열은 자석의 특수한 형태로 이해될 수 있고, 그 형태는 영구 자석의 외부 디자인 또는 전자석에서의 코일의 권선을 지칭할 수 있다. 또한, 자석의 배열은 자속 밀도를 변화시키고 그로 인해 불균일한 자계를 발생시키는 자기 전도성 모듈로 이해될 수 있다. 자석의 배열은 또한 용기 주위에 소정의 거리(용기로부터의 거리 및 자석들 사이의 거리)로 몇몇 자석을 배열하고, 그에 의해 발생된 불균일한 자계 형태의 자계가 용기 내의 자성 입자에 작용하게 하는 것으로 이해할 수 있다. 여기서 발생된 불균질한 자계는 일부 영역의 자성 입자에 더 강하게 그리고 다른 영역의 자성 입자에는 덜 강하게 작용한다. 물론, 다른 배열로도 동일 효과가 발생하는데, 이는 자기 전도성 모듈 및 자석의 형태로 인해 용기의 일부 영역에서의 자계가 용기 내 자성 입자에 더 강하게 작용하기 때문이다. 이러한 가능성들은 다음의 설명 및 도면에 대한 설명을 통해 보다 상세히 설명한다. 구조화된 배열은 종래기술에서 알려진 자성 입자의 링형 또는 그와 유사한 배열을 의미하지 않는다는 것을 다시 한번 주목해야한다.
자석은 또한 반응 단계 동안은 자성 입자가 용기 내에서 자유롭게 이동할 수 있고 세정 단계 동안에는 용기에서 자석 위치를 변경함으로써 자성 입자가 제자리에 고정되도록 용기 상에 이동 가능하게 배열될 수 있다. 특히, 자석이 용기 상의 제1 위치에 배치되어 자성 입자를 고정시키고, 그 자석을 용기 상의 또는 그 주변의 제2 위치로 이동시킴으로써 자성 입자가 이동 가능해지도록 자석이 이동 가능할 수 있다. 물론, 예를 들어 자동화된 장치에서, 동일한 효과를 얻기 위해 용기가 자석에 대해 이동될 수도 있다.
본 발명의 틀 내에서, 용어 '생체분자'는 DNA, RNA, 핵산, 단백질, 그리고 생체분자, 단량체 또는 다른 생물학적 활성 분자에 대한 출발 서열을 의미한다.
이하에서, 세정 단계는 일반적으로 밸브를 작동시킴으로써 액체가 용기로부터 배출되고 생체분자가 부착된 자성 입자의 불순물이 분리되는 공정 단계이다. 세정 단계는 또한 세정 용액(물 또는 다른 것)으로 세정하는 것을 포함할 수 있다.
이하에서, 반응 단계는 일반적으로 자성 입자에 결합된 생체분자가 전환, 입자에 결합 또는 연장(사슬 연장, 예를 들어, PCR("중합효소 연쇄 반응"))되는 공정 단계이다.
이하에서, 불순물은 일반적으로 자성 입자에 완전히 반응 또는 결합되지 않은 물질, 용매, 부산물 및 오염물뿐만 아니라 상기 기재된 것들 중 둘 이상의 혼합이다.
본 발명의 틀 내에서, 액체는 용액, 특히 생체분자 및/또는 시약 및/또는 불순물의 반응 혼합물일 수 있다.
이하에서, 자성 입자는 일반적으로 마이크로미터 또는 밀리미터 범위의 입자일 수 있다. 자성 입자는 또한 다공성일 수 있다. 이하에서, 생체분자는 일반적으로 티올기 및/또는 아미노기 및/또는 하이드 록시기 및/또는 카복실기 및/또는 카보닐기 및/또는 에스테르기 및/또는 니트릴기 및/또는 아민기 및/또는 임의의 다른 작용기를 통해 자성 입자의 표면에 결합될 수 있다. 자성 입자는 또한 코팅된 니켈 입자 또는 임의의 다른 강자성 또는 상자성 입자일 수 있다. 자성 입자는 전형적으로 약 1 마이크로미터의 직경을 갖는다. 본 발명의 틀 내에서, "약 1 마이크로미터"라는 용어는 0.5 내지 1.5 마이크로미터, 특히 0.7 내지 1.3 마이크로미터, 특히 0.9 내지 1.1 마이크로미터를 의미한다.
본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법의 이점은 다음과 같다.
- 빠른 이탈 흐름(flow-off)으로 인한 짧은 처리 시간
- 높은 수율
- 보다 순수한 생성물
- 효율적이고 경제적임
- 자동화하기 용이함
- 또한, 작은 사이즈의 장치를 위한 것임
- 기존의 기계를 쉽게 수정할 수 있음
- (전자석만으로) 일회용품(disposable)을 이동시키지 않으면서 분리를 전환할 수 있음
실제로, 본 장치 및 방법은 결찰 후 정제(post-ligation purification)에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 자석은 영구 자석 및/또는 전자석으로 설계될 수 있다. 영구 자석의 형상이 자계의 균일성에 영향을 주는 반면, 전자석의 균일성은 권선을 통해 결정될 수 있다. 따라서, 영구 자석의 형상은 자계가 불균일하고 그 영향으로 자성 입자가 구조화된 방식으로 배열되는 것을 보장할 수 있다. "구조화된 방식으로 배열"이라는 용어는 예를 들어 액체가 잘 이탈하여 흘러 나올 수 있는 몇 개의 공간적으로 서로 분리되어 있는 섬으로 배열된 것을 지칭할 수 있다. 하지만, 전자석이 사용되는 경우에는, 군데군데 더 밀집된 권선에 의해 군데군데 더 강한 자계가 생성될 수 있고, 따라서 자성 입자가 구조화된 방식으로 배열되도록 하는 불균일 자계가 또한 생성된다.
자석의 배열은 또한 자석이 자기 전도성 모듈을 포함하여 용기에 위치한 자성 입자들에 작용하는 불균일한 자계가 그 자기 전도성 모듈에 의해 생성되도록 하는 것일 수 있다. 따라서, 자기 전도성 모듈은 자성 입자가 본 발명에 따른 구조로 배열되도록 자석의 자계의 자기력선에 영향을 미쳐야한다. 이를 위해, 용기의 미리 결정 가능한 지점에서 자석의 자계가 자기 전도성 모듈에 의해 증폭 또는 감쇠될 수 있고, 그로 인해 자성 입자들이 증폭된 영역에서 많이 배열되거나 용기의 감쇠된 영역에 적게 배열된다. 이러한 방식으로, 증폭 또는 감쇠된 자계를 써서 용기 내에서 교호하는 부분 영역들이 생성될 수 있다. 또한, 자기 전도성 모듈은 미리 결정 가능한 영역에서 자석의 자계를 증폭시키고 증폭되지 않은 영역에서는 자계를 감쇠시키는 것을 생각할 수도 있다. 또한 자계가 용기의 미리 결정 가능한 영역에서 증폭되고 그리고 증폭되지 않은 영역에서는 감쇠되도록 자석의 형상이 조정될 수도 있다.
또한, 자기 전도성 모듈이 자석 상에 일 구성요소로서 배열되거나 또는 자기 전도성 모듈이 자석의 통합된 요소로서 설계될 수 있다. 따라서, 자기 전도성 모듈은 자석에 대한 부착물 및 용기와 자석 사이에 배치된 요소일 수 있다. 링 자석에서, 예를 들어, 자기 전도성 모듈은 용기와 자석 사이에 오목부 또는 다른 변형을 갖는 소형 링으로서 배열될 수 있다.
일반적으로, 자기 전도성 모듈은 자석 상에 직접 또는 자석으로부터 미리 결정 가능한 거리에 배열될 수 있다. 자석의 균일한 자계는 자기 전도성 모듈에 의해 불균일 자계로 변환된다.
자기 전도성 모듈은 자기 증폭 모듈 및/또는 반자성(diamagnetic) 모듈로서 설계될 수 있다. 자석의 자계는 자기 증폭 모듈에 의해 용기의 미리 결정 가능한 영역에서 증폭되고, 자석의 자계는 반자성 모듈에 의해 용기의 미리 결정 가능한 영역에서 감쇠된다. 반자성 모듈은 또한 용기 내의 자석의 자계가 군데군데 차폐되어 약화되도록 자석 상에 배열되는 복수의 반자성 차폐물로서 설계될 수 있다.
반자성 모듈은 1 미만의 상대 투자율을 가지는 흑연과 같은 반자성 물질로 구성된다. 자기 증폭 모듈은 1을 초과하는 상대 투자율을 가지는 강자성 및/또는 상자성 물질로 구성된다. 전형적인 강자성 물질은 예를 들어 철, 니켈 및 코발트이다. 전형적인 상자성 물질은 예를 들어 알칼리 토류 금속이다. 본 발명의 일 실시예에서, 자기 증폭 모듈과 반자성 모듈의 혼합물이 또한 사용될 수 있으며, 이 모듈은 상이한 반자성 및 강자성/상자성 부분 범위(subranges)를 갖는다.
실제로, 자석의 형상은 용기 형상에 맞춰져서 용기가 자기 전도성 모듈에 삽입될 수 있다. 물론, 자기 전도성 모듈의 형상이 용기에 맞춰질 수도 있다. 또한, 자석은 용기를 삽입하기 위한 구멍 및/또는 오목부를 포함할 수 있다. 자기 전도성 모듈이 용기를 삽입하기 위한 구멍 및/또는 오목부를 포함할 수도 있다.
용기는 임의의 방식으로 성형될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 용기는 다중웰(multiwell) 플레이트일 수 있으며, 여기서 다중웰 플레이트는 복수의 웰을 갖는다. 다중웰 플레이트는 특히 미량정량판(microtiter plate)일 수도 있다. 특히 유리하게는, 용기가 모세관을 포함할 수도 있고, 여기서 자성 입자를 갖는 액체가 모세관력에 의해 유지되고/되거나 액체가 압력에 의해 제거된다.
다중웰 플레이트의 복수의 웰에 자석이 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 자성 입자는 동시에 여러 웰에 고정될 수 있다.
자석의 배열은 또한 자석 상에 제2 자석이 배열되어 자석의 제1 자계가 제2 자석의 제2 자계에 의해 영향을 받고, 그래서 용기 내에 위치한 자성 입자들에 작용하는 불균일한 자계가 생성되도록 설계될 수 있다. 다수의 영구 자석이 제2 자석으로 사용되는 경우, 그 영구 자석들은 자석의 자계가 일부 지점에서 감쇠 및/또는 증폭되도록 자석 상에 배열될 수 있다. 전자석이 제2 자석으로 사용될 수도 있고, 이는 제2 자계로 자석의 자계를 원하는 방식으로 불균일하게 만든다.
본 발명의 일 실시예에서, 자석의 배열은 자석이 하나 이상의 노치를 갖도록 하여 불균일 자계가 자석의 노치에 의해 생성되도록 설계될 수도 있다. 자석의 노치 위치에서 용기에 약한 자계가 발생하여, 노치의 위치에서 자성 입자가 거의 또는 전혀 수집되지 않는다.
실제로, 본 장치는 액체를 제거하기 위한 기구를 포함할 수 있어서, 액체가 자성 입자의 표면 상에 생체분자를 고정한 후에 용기로부터 제거될 수 있다. 액체를 제거하기 위한 기구는 피펫, 밸브, 압축 공기 또는 다른 적절한 기구일 수 있다.
본 발명에 따라, 생체분자의 가역적 고정화 방법이 추가로 제안된다. 본 방법은 다음 단계를 포함한다. 먼저, 자성 입자와 생체분자가 있는 액체를 용기 안에 배치한다. 이어서 생체분자가 자성 입자에 결합, 특히 가역적으로 결합된다.
고정된 생체분자를 갖는 자성 입자가 자석의 배열에 의해 생성된 불균일 자계에서 용기에 고정되어, 자성 입자가 구조화된 방식으로 배열된다. 이어서, 액체를 제거하기 위한 기구를 써서 액체를 제거하고(여기서 액체는 자성 입자의 구조화된 배열에 의해 자성 입자로부터 이탈하여 흘러 나옴), 그로 인해 용기 내에 그리고 자성 입자 상에 액체 잔류물이 거의 또는 전혀 남지 않는다. 자성 입자에 결합된 생체분자는 자성 입자의 표면으로부터 분리되고 추가로 사용될 수 있다.
전술한 방법은 바람직하게는 본 발명에 따른 장치로 수행된다.
본 발명에 따라, 본 발명에 따른 장치를 포함하는 생체분자의 자동 처리 장치가 또한 제안된다. 생체분자의 자동 처리 장치에서, 예를 들어 본 발명에 따른 방법이 수행될 수 있다. 이러한 장치의 이점은 생체분자가 있는 액체와 자성 입자가 용기에 공급되고 적합한 요소에 의해 그 용기로부터 제거될 수 있다는 것이다. 또한, 예를 들어 용기에서 자성 입자를 제거하기 위해 필요하다면 용기 상의 자석 위치가 변경될 수 있다. 다중웰 플레이트가 생체분자의 자동 처리를 위한 장치에서 용기로 일반적으로 사용된다.
이하, 도면을 참조하여 실시예를 사용하여 본 발명 및 종래기술을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 다중웰 플레이트 및 자기 전도성 모듈를 갖는 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치의 개략도이다.
도 2는 자석과 자기 전도성 모듈의 다양한 형태의 개략도이다.
도 3은 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치의 다른 실시예의 개략도이다.
도 4는 크라운 형태의 자기 전도성 모듈을 갖는 자석의 개략도이다.
도 5는 위에서 바라본 본 발명 및 그에 대비되는 종래기술, 그리고 측면에서 바라본 본 발명의 실시예의 개략도이다.
도 6은 자기 증폭 모듈 및 반자성 모듈로서의 자기 전도성 모듈을 갖는 링 자석의 개략도이다.
도 1은 다중웰 플레이트(51) 및 자기 전도성 모듈(2)을 갖는 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치(1)의 개략도를 도시한다. 도시된 장치(1)에서, 자석(3)의 배열은 자기 전도성 모듈(2)로 구성된다. 자기 전도성 모듈(2)은 자석(3)과 다중웰 플레이트(51)의 웰(50) 사이에 위치되도록 자석(3) 상에 부착물로서 배치된다.
전술한 자기 전도성 모듈(2)과 자석(3)의 배열로 인해, 자성 입자(4)가 용기 내에 구조화된 방식으로 배열된다. 작동 상태에서, 자성 입자의 표면에 생체분자를 고정한 후, 액체를 제거하기 위한 기구(미도시)로 액체를 제거할 수 있고, 액체는 구조적으로 배열된 자성 입자들 사이로 간단히 흘러 나갈 수 있다.
도 2는 자석(3) 및 자기 전도성 모듈(2)의 다양한 형상의 개략도를 도시한다. 자석(3)은 예를 들어 크라운형 자석(201), 파형 자석(202) 및 노치가 있는 자석(203)으로 설계될 수 있다. 물론, 자기 전도성 모듈이 또한 크라운형 또는 파형이거나, 또는 노치(notch)를 가질 수 있다. 크라운 형상으로 인해 자성 입자들이 여러 개의 고립된 섬으로 배열된다. 자성 입자의 섬의 수는 크라운의 톱니 수에 해당한다. 자성 입자는 또한 동일한 방식으로 파형으로 배열될 것이다. 하지만, 노치(notch)의 경우에는, 자성 입자들이 2 개의 서로 분리된 섬으로 배열될 것이다.
도 3은 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치(1)의 다른 실시예의 개략도를 도시한다. 생체분자를 갖는 액체(6)가 채워지는 용기(5)가 도시되어 있다.
작동 상태에서, 생체분자는 자성 입자(미도시)의 표면에 고정될 것이다. 이어서, 액체(6)가 용기로부터 제거될 것이다.
또한, 도 3은 자기 전도성 모듈(2)을 갖는 자석(3)이 용기 상에 배열될 수 있음을 도시한다. 여기서, 자기 전도성 모듈(2)은 크라운형 부착물로서 설계된다. 대안적으로, 크라운형 자석(201)이 용기 상에 배치될 수 있다. 도시된 두 가지 배치 모두 용기(5)의 형상에 맞는 형상을 가져서 용기가 자석 또는 자기 전도성 모듈 안으로 부분적으로 삽입될 수 있다.
도 4는 크라운 형상의 자기 전도성 모듈(2)을 갖는 자석의 개략도를 도시한다. 여기서, 자기 전도성 모듈(2)은 자석(3)에 대한 부착물로서 설계된다. 자기 전도성 모듈(2)은 용기가 체결을 위해 삽입될 수 있는 구멍(20)을 갖는다.
도 5는 용기(5)에서 위에서 바라본 본 발명(B)과 종래기술(A)을 대비하여 나타내고, 또한 용기(5)의 측면도에서 본 본 발명(C)의 실시예들을 개략적으로 나타낸 도면이다.
종래기술(A)에서는 자성 입자(4)가 자석의 균일한 자계에 의해 용기(5)의 가장자리에 링 형태로 배열한다. 액체는 흘러 나올 수 없으므로 제거 중에 이 링에 남아있다.
본 발명(B)에서는, 자성 입자(4)가 자석의 불균일 자계에 의해 용기 벽 상에 구조화된 방식으로 배열한다. 여기에 도시된 바와 같이 여러 개의 분리된 섬으로 자성 입자(4)를 배열함으로써, 액체가 자성 입자(4) 사이로 쉽게 흐를 수 있다.
도 5의 C 부분에는, 용기(5)의 용기 벽에 본 발명에 따른 불균일 자계에서 자성 입자(4)의 가능한 배열의 3 가지 실시예가 도시되어 있다. 자성 입자(4)의 몇 개의 둥그스름한 섬으로의 배열, 홈형 및 피라미드 배열이 도시되어 있다. 이러한 모든 배열은 단지 예시적인 것이고 제한적인 것은 아니다. 다양한 가능성만이 언급될 뿐이다. 본 발명에 따른 불균일 자계에서, 자성 입자들은 물론 액체의 단순화된 흐름을 가능하게 하는 임의의 적합한 구조로 배열될 수 있다.
도 6은 자기 증폭 모듈 및 반자성 모듈로서의 자기 전도성 모듈(2)을 갖는 링 자석(3)의 개략도를 도시한다.
도 6의 A 부분에서, 자기 전도성 모듈(2)은 자기 증폭 모듈이다. 자기 증폭 모듈은 링 자석(3)에 대한 삽입부로서 구성되고, 링 자석(3)과 용기(5) 사이에 배치된다. 자기 증폭 모듈로 인해, 링 자석(3)의 자계는 갭(23)이 없는 영역에서 더 증폭되어 불균일해진다. 따라서, 자성 입자(5)는 갭(23)들 사이에서 용기(5)의 벽에 구조화하여 배열된다.
도 6의 B 부분에서, 자기 전도성 모듈(2)은 반자성 모듈이다. 반자성 모듈은 링 자석(3)에 대한 삽입부로서 구성되며, 링 자석(3)과 용기(5) 사이에 배치된다. 반자성 모듈로 인해, 링 자석(3)의 자계는 갭(23)이 없는 영역에서 더 강하게 감쇠되어 불균일해진다. 따라서, 자성 입자(5)는 갭(23)에서 용기(5)의 벽 상에 구조화되어 배열된다.

Claims (15)

  1. 자성 입자(4)에 의한 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치(1)로서, 상기 장치(1)는 생체분자를 함유하는 액체로 채워질 수 있는 용기(5, 51) 및 자석(3)을 포함하고, 용기(5, 51) 내에 배열될 수 있고 그리고 생체분자가 고정, 특히 가역적으로 고정될 수 있는 자성 입자(4)가 용기(5, 51) 내에 고정될 수 있게 자석(3)이 용기(5, 51) 상에 배열되고,
    용기(5, 51)에 위치한 자성 입자(4)에 작용하는 불균일한 자계가 자석(3)의 배열에 의해 생성될 수 있어서, 그 불균일한 자계의 영향에 의해 자성 입자(4)가 구조화된 방식으로 배열될 수 있는 것을 특징으로 하는 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 자석(3)이 자기 전도성 모듈(2)을 포함하여 그 자기 전도성 모듈(2)에 의해 상기 용기 내에 위치한 자성 입자에 작용하는 불균일한 자계가 생성되도록 자석(3)의 배열이 이루어지는, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서, 자기 전도성 모듈(2)은 자석(3) 상에 일 부품으로 배치되거나, 또는 자기 전도성 모듈(2)은 자석(3)의 통합된 요소로서 설계되는, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 자기 전도성 모듈(2)은 자기 증폭 모듈(21) 및/또는 반자성 모듈(22)인, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 자석(3)의 형상이 용기(5, 51)의 형상에 맞춰져서, 용기(5, 51)가 자기 전도성 모듈(2) 내로 삽입될 수 있는, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 용기(5)는 다중웰 플레이트이고 상기 다중웰 플레이트는 복수의 웰을 가지는, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치.
  7. 제6항에 있어서, 자석(3)이 다중웰 플레이트의 복수의 웰에 배열되는, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 자석(3)은 용기(5)를 삽입하기 위한 구멍 및/또는 오목부를 포함하는, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치.
  9. 제1항 또는 제6항에 있어서, 제2 자석이 자석(3) 상에 배치되어 자석(3)의 제1 자계가 제2 자석의 제2 자계에 의해 영향을 받을 수 있고, 그래서 용기(5, 51) 내에 위치한 자성 입자에 작용하는 불균일 자계가 생성될 수 있도록 자석(3)의 배열이 수행되는, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 자석(3)이 노치(notch)를 가져서 그 자석(3)의 노치에 의해 불균일한 자계가 생성될 수 있도록 자석(3)의 배열이 수행된, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 자석(3)은 영구 자석 및/또는 전자석인, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치(1)는 액체를 제거하기 위한 기구(6)를 포함하는, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 장치.
  13. 생체분자의 가역적 고정화를 위한 방법으로서,
    a) 용기(5, 51) 내에 자성 입자(4) 및 생체분자가 있는 액체(6)를 배치하는 단계;
    b) 생체분자를 자성 입자(4)에 결합, 특히 가역적 결합을 시키는 단계;
    c) 자석(3)의 배열에 의해 생성된 불균일한 자계에서 용기(5) 내에 자성 입자(4)를 고정하여, 자성 입자(4)가 구조화된 방식으로 배열되게 하는 단계;
    d) 액체를 제거하기 위한 기구로 액체를 제거하는 단계로서, 액체는 자성 입자(4)의 구조화된 배열에 의해 자성 입자(4)로부터 이탈하여 흘러 나오는 단계; 및
    e) 자성 입자(4)로부터 생체분자를 분리하는 단계를 포함하는, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 장치(1)가 사용되는, 생체분자의 가역적 고정화를 위한 방법.
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 장치(1)를 포함하는 생체분자의 자동 처리를 위한 장치.
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