KR20210031573A - 렌츠 법칙 기반의 자성입자 가상그물구조 형성 방법 및 이를 이용한 병원성 미생물의 초고속 포집 방법 - Google Patents

렌츠 법칙 기반의 자성입자 가상그물구조 형성 방법 및 이를 이용한 병원성 미생물의 초고속 포집 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210031573A
KR20210031573A KR1020190112817A KR20190112817A KR20210031573A KR 20210031573 A KR20210031573 A KR 20210031573A KR 1020190112817 A KR1020190112817 A KR 1020190112817A KR 20190112817 A KR20190112817 A KR 20190112817A KR 20210031573 A KR20210031573 A KR 20210031573A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic
fluid channel
conductive fluid
nanoparticles
channel
Prior art date
Application number
KR1020190112817A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102300213B1 (ko
Inventor
전상민
이현정
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020190112817A priority Critical patent/KR102300213B1/ko
Publication of KR20210031573A publication Critical patent/KR20210031573A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102300213B1 publication Critical patent/KR102300213B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54326—Magnetic particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502761—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip specially adapted for handling suspended solids or molecules independently from the bulk fluid flow, e.g. for trapping or sorting beads, for physically stretching molecules
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/569—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
    • G01N33/56911—Bacteria
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0652—Sorting or classification of particles or molecules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B01L2200/0668—Trapping microscopic beads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/043—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces magnetic forces

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

본 발명은 병원성 미생물을 포집하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전도성 물질을 포함하는 유체 채널을 제공하는 단계; 자기장 하에서 전도성 유체 채널 내에 병원성 미생물과 결합 가능한 자성입자를 배열시켜 가상그물을 형성시키는 단계; 및 가상그물에 병원성 미생물을 포함하는 액체 시료를 주입하여 병원성 미생물-입자 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 병원성 미생물의 포집 방법을 제공한다.

Description

렌츠 법칙 기반의 자성입자 가상그물구조 형성 방법 및 이를 이용한 병원성 미생물의 초고속 포집 방법 {Lenz's law-based virtual net for rapid capture of pathogenic microorganisms}
본 발명은 자성 입자를 이용하여 병원균을 포집하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 채널을 흐르는 유체에 포함된 병원균을 자성입자를 이용하여 포집하는 방법에 관한 것이다.
패혈증, 식중독 등을 일으키는 병원균에 의한 감염을 예방하고 피해를 줄이기 위해 식품이나 주변 환경 내 존재하는 병원균을 편리하면서도 신속하고 민감하게 검출할 수 있는 방법에 대한 요구가 늘어나고 있다.
그러나 자성입자를 이용하여 균을 포집하는 과정은 한정된 양의 자성입자 표면에 고정된 항체와 균 간의 결합반응에 기반을 두기 때문에 식품과 같이 대용량 시료에 적용할 경우 기술의 신속성 및 기능성, 편이성이 감소하는 원인이 된다.
또한, 다중균을 종별로 따로 포집하기 위해서는 각 균과 선택적으로 결합할 수 있는 자성입자를 하나씩 투입하고 수거하는 과정을 종별로 수차례 거쳐야 하므로 소요시간과 비용을 증가시키는 단점이 있다.
포항공대 산학협력단에게 허여된 대한민국 특허 제10-1639862호에서는 신속한 분석에 용이하도록, 도 9에서 도시된 바와 같이, 내부 중심부에 자성체가 수용되며 외벽과 내벽 사이 간격이 마이크로 단위인 이중 관형 몸체부의 내벽에 항원-항체 반응에 의해서 병원성 물질이 결합될 수 있는 자성 나노입자를 고정시키고, 관로를 따라 식중독균을 포함하는 시료를 흘려보내 자성 나노입자에 식중독균이 고정되도록 하여 분리시키는 방식을 개시하고 있다.
그러나 이러한 방식은 자성 나노입자가 관로의 단면적에서 자석에 인접하는 영역에만 고정되어 존재하게 되므로, 자성 나노 입자가 없는 관로의 나머지 공간을 통해서 병원균 입자가 빠져나가는 것을 막기 어렵다는 문제가 있다.
본원 발명에서 해결하고자 하는 과제는 시료에 포함된 병원균을 자성 나노 입자를 이용해서 신속하게 분리할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것이다.
본원 발명에서 해결하고자 하는 과제는 시료에 포함된 병원균을 자성 나노 입자를 이용해서 신속하게 분리할 수 있는 새로운 장치를 제공하는 것이다.
용어
본 발명에 있어서, 용어 '고정'은 자력에 의한 고정을 의미한다. 따라서, 자력이 없을 경우 고정되지 않게 된다.
본 발명에 있어서, 용어 '결합'은 자성 나노 입자에 물리 및/또는 화학적으로 결합되는 것을 의미한다.
본 발명에 있어서, 용어 '전도성 유체 채널'은 '유체가 흐르는 전도성 물질을 포함하는 채널'을 의미한다.
본 발명에 있어서, 용어 '그물 구조'는 나노입자가 채널의 일측에서 타측까지 가로질러 망상으로 연결되는 것을 의미한다.
본 발명에 있어서, 용어 '입자'는 하나의 입자 또는 복수의 입자를 의미한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은
자기장에 의해서 유로에 자성 나노 입자가 고정된 전도성 유체 채널을 이용하여 시료에 포함된 피분리 물질을 분리하는 방법을 제공한다.
본 발명은 일 측면에서, 본 발명은 시료에 포함된 피분리 물질을 분리하기 위해서, 자기장에 의해서 유로에 자성 나노 입자가 고정된 전도성 유체 채널을 제공한다.
본 발명은 다른 일 측면에서,
전도성 유체 채널을 제공하는 단계;
상기 전도성 유체 채널에 자기장을 제공하는 단계;
상기 전도성 유체 채널에 자기장을 이용하여 자성나노입자를 고정시키는 단계;
상기 전도성 유체 채널에 자성 나노 입자에 결합되는 물질을 포함하는 시료를 제공하는 단계;
상기 물질을 자성 나노 입자에 결합시켜 분리하는 단계;를 포함하는 시료에 포함된 자성 나노 입자에 결합성 물질의 분리 방법을 제공한다.
본 발명은 또 다른 일 측면에서,
전도성 유체 채널;
상기 전도성 유체 채널에 자기장을 제공하는 자석;
상기 전도성 유체 채널에 자기장을 이용하여 고정된 자성나노입자; 및
상기 전도성 유체 채널에 자성 나노 입자 결합 물질을 포함하는 시료를 공급하는 수단;
을 포함하는 시료 분리 장치를 제공한다.
본 발명은 또 다른 일 측면에서,
전도성 유체 채널을 제공하는 단계;
상기 전도성 유체 채널에 자기장을 제공하는 단계;
상기 전도성 유체 채널에 자기장을 이용하여 자성나노입자를 고정시키는 단계;
상기 전도성 유체 채널에 병원성 물질을 포함하는 시료를 제공하는 단계;
상기 병원성 물질을 자성 나노 입자에 결합시켜 분리하는 단계;를 포함하는 병원성 물질의 분리 방법을 제공한다.
본 발명은 또 다른 일 측면에서,
전도성 유체 채널 내에 형성된 안정적인 자성입자 가상그물구조를 이용하여, 신속하고 간편하게 다중 병원성 미생물을 종별로 포집하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또 다른 일 측면에서,
자기장에 의해서 유로에 자성 나노 입자를 그물 구조로 고정한 채널을 이용하여 시료에 포함된 물질을 분리하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또 다른 일 측면에서,
전도성 물질을 포함하는 유체 채널을 제공하는 단계; 자기장하에서 전도성 유체 채널 내에 병원성 미생물과 결합 가능한 자성입자를 배열시켜 가상그물을 형성시키는 단계; 및 가상그물에 병원성 미생물을 포함하는 액체 시료를 주입하여 병원성 미생물-입자 복합체를 형성하는 단계를 포함하는 병원성 미생물의 포집 방법을 제공한다.
이론적으로 한정된 것은 아니지만, 전도성 유체 채널에서 채널을 자기장에 의해서 자기력선을 따라 고정된 상태에서 유체의 흐름을 따라서 자성나노입자가 이동할 경우, 자화된 자성나노입자의 이동으로 인해 자기장에 변화가 발생하게 되고, 이러한 자기장의 변화는 렌츠 법칙에 따라 전도성 채널에 전자기력을 유도하게 되어, 유도된 전자기력이 자기장과 함께 자성입자가 유체를 따라 흘러가는 것을 방해하게 된다. 이로 인해, 비전도성 유체 채널에서 고정된 자성 나노 입자에 비해서 더 높은 고정 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명에 있어서, 전도성 유체 채널은 전도성 물질을 채널의 일부 또는 전체에 걸쳐 분포하도록 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 물질은 채널 자체, 외부, 또는 내부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 전도성 유체 채널은 채널의 일부 또는 전부가 금속으로 이루어진 채널일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시에 있어서, 상기 전도성 유체 채널은 비전도성 유체 채널을 전도성 물질로 코팅하거나 전도성 부재로 둘러싼 유체 채널일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시에 있어서, 상기 전도성 채널은 비전도성 채널, 일 예로, 유리 채널을 전도성 박막, 예를 들어, 구리 박막으로 둘러싼 채널일 수 있다. 예를 들어 구리 박막이 접착제로 부착되거나 무전해 석출법으로 코팅된 유리 모세관을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전도성 물질은 자성 나노입자의 움직임에 의해서 유발된 자기장의 변화에 의해서 렌츠의 법칙에 따른 힘이 유도될 수 있는 한 특별한 제한은 없으며, 일 예로, 구리, 철, 은, 금과 같은 금속성 물질일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 자성 나노 입자는 자력에 반응하는 자성을 띤 나노 입자로 이해된다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 자성 나노 입자는 1~1000나노미터, 바람직하게는 50~500나노미터이며, 보다 더 바람직하게는 하나의 세균에 여러 개의 입자들이 결합될 수 있도록 100~300나노미터 크기를 가지는 나노입자일 수 있다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 자성입자는 자성 나노입자, 자성 나노입자 사슬, 자성 나노입자와 비자성 나노입자의 복합체, 자성 나노입자와 비자성 나노입자의 클러스터 또는 코팅된 자성 나노입자일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 자성 나노입자는 자력에 의해서 자화되는 자성 나노입자 일 수 있으며, 채널을 통과하는 자기력선을 따라서 채널을 가로질러 고정될 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 자성 나노입자는 자기력선을 따라서 가상 그물 형태로 고정될 수 있다. 상기 자성 나노 입자는 외부 자력을 제거하면 유체와함께 흘러가 채널 외부로부터 배출될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시에 있어서, 상기 자성 나노입자들은 공지된 방법을 통해서 제조해서 사용하는 것이 가능하며, 또한 상업적으로 구입해서 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 나노입자는 사산화삼철(Fe3O4)와 같이 자력에 반응하여 자성을 띠는 미세입자일 수 있다.
본 발명에 있어서, 피분리 물질은 자기장에 의해서 채널에 고정된 자성 나노입자에 의해서 분리될 수 있는 한 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 피분리 물질은 고정된 자성 나노 입자에 의해 형성된 망상 구조에 의한 필터링, 자성 나노 입자와의 물리-화학적 결합, 항원-항체와 같은 생물학적 결합에 의해서 자성 나노 입자에 결합할 수 있다.
본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 피분리 물질은 병원성 미생물일 수 있다. 상기 병원성 미생물이란 식중독균을 포함할 수 있다. 상기 병원성 미생물은 식품 등에 포함되어 식중독을 일으킬 수 있는 식중독균일 수 있으며, 예를 들어, 장관출혈성 대장균 O157:H7, 병원대장균, 살모넬라균, 황색포도상구균, 장염비브리오, 리스테리아균, 캠필로벡터균, 바실러스세레우스균 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 피분리 물질이 병원성 미생물일 경우, 상기 자성 나노 입자는 시료에 포함된 병원성 미생물과 결합 가능한 자성나노입자일 수 있다. 병원성 미생물과 결합 가능한 자성 나노 입자는 자성입자 및 이의 표면에 배치된 항체, 앱타머 또는 분자각인 고분자를 포함할 수 있으며, 상기 항체, 앱타머 또는 분자각인 고분자는 병원성 미생물과 결합할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 자성 나노 입자는 피분리 물질 중 일부의 물질에 선택적으로 결합할 수 있으며, 이를 이용하여 시료에 포함된 물질의 선택적 분리가 가능하게 된다. 일 예로, 각 미생물들을 선택적으로 포집하는 자성입자를 이용하여 채널 내에 다중 가상그물을 형성시킬 경우, 다중 병원성 미생물을 종별로 별도의 위치에서 포집할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 자기장은 채널 외부에 위치하는 자석에 의해서 제공될 수 있다. 상기 자기장은 유로의 외부에 위치하는 자석에 의해서 형성될 수 있으며, 바람직하게는 자석은 별도의 외부 전원 없이 지속적으로 자기장을 인가할 수 있도록 영구 자석을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 자석은 채널을 통과하는 자기력선을 따라서 배열된 자성 나노 입자들이 채널을 가로질러 그물 형태를 이룰 수 있도록, N극과 S극이 채널을 중심으로 대향하여 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 외부 자기장의 자기력선은 유체 채널의 단면을 자성입자로 채울 수 있는 그물 모양을 갖는다. 상기 자기장이 유체 채널의 단면을 채우지 못하면 병원성 미생물이 입자와 결합하지 못하고 유체 채널의 빈공간으로 통과하여 포집되지 못하는 문제가 생길 수 있다.
본 발명에 의하면 전도성 유체 채널 내에 형성된 안정적인 자성입자 가상그물구조를 이용하여, 신속하고 간편하게 병원성 미생물을 포집할 수 있다.
또한, 각 미생물들을 선택적으로 포집하는 자성입자를 이용하여 채널 내에 다중 가상그물을 형성시킬 경우, 다중 병원성 미생물을 종별로 포집할 수 있다. 즉, 본 발명은 복잡한 처리 과정이나 고가의 장비 없이도 간단한 전도성 채널 및 자석, 자성입자를 이용하여 신속하게 병원성 미생물을 포집하고, 포집된 병원성 미생물을 다양한 검출법에 적용할 수 있어 활용범위가 넓은 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시에 따른 유체 채널에 가상 그물이 형성된 상태를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시에 따른 전도성 유체 채널에서 가상 그물이 작용하는 원리를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에 따른 유체 채널에 형성된 가상그물을 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시에 따른 전도성 유체 체널에 형성된 가상 그물을 이용하여 시료 내에 포함된 병원균을 분리하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시에 따라, 시료를 주입하는 유량별 대장균의 포집효율을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 비교 실시 예에 따라, 각 유량에 대해 (가) 비전도성 유체 채널과 (나) 전도성 유체 채널 내 가상그물로부터 유출되는 자성입자의 누적량을 나타낸다.
도 7은 비전도성 유체 채널과 전도성 유체 채널 내 가상그물의 대장균 포집효율을 나타낸다.
도 8은 비전도성 유체 채널과 전도성 유체 채널에서 포집 실험 후 상태를 보여주는 사진이다. (a) 비전도성 유체 채널이며, (b) 전도성 유체 채널의 자성입자 그물 사진임(검은색 scale bar는 2 mm)
도 9은 종래 기술에 따른 분리 장치를 보여주는 도면이다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
전도성 유체 채널 제작
전도성 유체 채널은 유리 모세관 표면에 구리 박막을 코팅하여 제작한다. 유리 모세관의 길이는 100 mm이고, 단면은 직사각형이며 내부 채널의 크기는 높이 0.2 mm, 너비 2 mm 이다. 두께가 75 ㎛이고, 접착성을 가지는 구리 박막은 너비 10 mm, 길이 64 mm로 잘라 유리 모세관 바깥을 감싼다.
가상그물의 형성
전도성 유체 채널의 위아래로 N극과 S극이 대향하도록 영구 자석을 배치하여 선형 자기력선을 형성하고, 전도성 유체 채널 내부로 항체가 고정된 산화철 자성나노입자를 주입하였다. 주입된 자성나노입자는 자기력선을 따라 배열되어 가상그물을 형성한다. 상기와 같은 방법에 의해 제조된 가상그물을 도 1 내지 도 3에 나타내었다. 도 1은 본 발명의 일 실시에 따른 유체 체널에 가상 그물이 형성된 상태를 보여주는 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시에 따른 전도성 유체 체널에서 가상 그물이 작용하는 원리를 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시에 따른 유체 체널에 형성된 가상그물을 보여주는 사진이다.
병원성 대장균 포집
실험은 식중독을 일으키는 병원성 대장균 [Escherichia coli O157:H7]을 대상으로 진행되었다. 제작한 가상그물에 대장균을 포함하는 증류수 시료를 흘려주어 대장균-자성나노입자 복합체를 형성시켰다. 이와 같은 과정을 개략적으로 도 4에 나타내었다.
이때 가상그물의 대장균 포집 효율을 파악하기 위해 대장균 시료 용액과 가상그물에 포집되지 못하고 빠져나온 대장균 용액을 수거하여 고체 배지에 도말한 뒤 16시간 배양하여 미포집된 대장균의 수를 측정하였다. 유량에 따른 가상그물의 포집효율을 도 5에 나타내었다. 도 5에 보이는 바와 같이, 유량이 증가할수록 가상그물의 포집 효율이 감소하는 경향이 있었으며, 분당 1.0 mL의 유량에서는 85 % 이상의 포집효율을 가지는 것을 알 수 있었다.
비교예
구리 박막이 코팅되지 않은 유리 모세관을 이용하여 실시 예와 같이 동일하게 가상그물을 형성시킨 뒤 유량에 따른 가상그물의 안정성을 비교하였다.
실험 결과
증류수를 이용한 비교시험
실시예와 비교예의 가상그물에 증류수를 유량 별로 주입하였을 때 채널 외부로 빠져나오는 자성입자의 양을 UV-Vis 분광법을 이용하여 측정하였다. 그 결과 도 6에 보이는 바와 같이, 비전도성 유체 채널 내 형성된 가상그물의 자성입자는 분당 0.3 mL의 유량에서 유출되기 시작한 반면, 전도성 유체 채널 내 형성된 가상그물의 자성입자는 분당 1 mL의 유량에서 유출되기 시작하였다. 이는 자성입자가 이동할 때 생기는 자기장의 변화가 렌츠 법칙에 따라 전도성 물질에 전자기력을 유도하였고, 이 전자기력이 자성입자의 이동을 방해하여 채널 외부로 유출되는 것을 막았기 때문이다.
대장균 시료를 이용한 비교 시험
또한, 전도성 유체 채널 및 비전도성 유체 채널 내 가상그물에 분당 0.36 mL의 유량으로 대장균 시료를 주입한 뒤 포집 효율을 파악하여 도 7에 나타내었다. 그 결과 도 7에 보이는 바와 같이, 비전도성 유체 채널 내 자성입자가 유출됨에 따라 가상그물의 포집 효율이 점차 감소하는 것을 알 수 있다. 반면, 전도성 유체 채널 내 자성입자는 유출되지 않아 90 % 이상의 포집 효율을 유지하는 것을 알 수 있다.
사진 비교
도 8에서 도시된 바와 같이, 비전도성 유체 채널과 전도성 유체 채널에서 포집 실험 후 상태를 보여주는 사진이며, (a) 비전도성 유체 채널이며, (b) 전도성 유체 채널의 자성입자 그물 사진이다(검은색 scale bar는 2 mm). 비전도성 유체 채널 내 자성입자가 유출되어 그물구조의 밀도가 감소한 반면, 전도성 유체 채널에서는 채널내에서 자성입자가 그물구조의 밀도가 유지되었다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (15)

  1. 전도성 유체 채널을 제공하는 단계;
    상기 전도성 유체 채널에 자기장을 제공하는 단계;
    상기 전도성 유체 채널에 자기장을 이용하여 자성나노입자를 고정시키는 단계;
    상기 전도성 유체 채널에 자성 나노 입자에 결합되는 물질을 포함하는 시료를 제공하는 단계;
    상기 물질을 자성 나노 입자에 결합시켜 분리하는 단계;를 포함하는 시료에 포함된 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 유체 채널은 비전도성 유체 채널을 전도성 물질로 코팅하거나 전도성 부재로 둘러싼 유체 채널인 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자성입자는 자성 나노입자들, 자성 나노입자 사슬, 자성 나노입자와 비자성 나노입자의 복합체, 자성 나노입자와 비자성 나노입자의 클러스터 또는 코팅된 자성 나노입자인 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자성 나노입자는 채널을 통과하는 자기력선을 따라서 채널을 가로질러 고정되는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자성 나노 입자는 그물 형태로 고정되는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 피분리 물질은 병원성 미생물인 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 병원성 미생물은 장관출혈성 대장균 O157:H7, 병원대장균, 살모넬라균, 황색포도상구균, 장염비브리오, 리스테리아균, 캠필로벡터균, 바실러스세레우스균에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 자성 나노 입자는 시료에 포함된 병원성 미생물과 결합 가능하도록 표면에 배치된 항체, 앱타머 또는 분자각인 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 자성 나노 입자는 시료에 포함된 다종 병원성 미생물 중에서 특정 미생물에 선택적으로 결합하는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자기장은 채널 외부에 N극과 S극이 채널을 중심으로 대향하여 배치되는 자석에 의해서 발생되는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자 결합성 물질의 분리 방법.
  11. 자기장에 의해서 유로에 자성 나노 입자가 고정된 전도성 유체 채널을 이용하여 시료에 포함된 피분리 물질을 분리하는 방법.
  12. 전도성 유체 채널을 제공하는 단계;
    상기 전도성 유체 채널에 자기장을 제공하는 단계;
    상기 전도성 유체 채널에 자기장을 이용하여 자성나노입자를 고정시키는 단계;
    상기 전도성 유체 채널에 병원성 물질을 포함하는 시료를 제공하는 단계;
    상기 병원성 물질을 자성 나노 입자에 결합시켜 분리하는 단계;를 포함하는 병원성 물질의 분리 방법.
  13. 전도성 유체 채널;
    상기 전도성 유체 채널에 자기장을 제공하는 자석;
    상기 전도성 유체 채널에 자기장을 이용하여 고정된 자성나노입자; 및
    상기 전도성 유체 채널에 자성 나노 입자 결합 물질을 포함하는 시료를 공급하는 수단;을 포함하는 시료 분리 장치.
  14. 자기장에 의해서 유로에 자성 나노 입자를 그물 구조로 고정한 채널을 이용하여 시료에 포함된 물질을 분리하는 것을 특징으로 하는 분리방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 채널은 전도성 채널인 것을 특징으로 하는 시료 분리 장치.
KR1020190112817A 2019-09-11 2019-09-11 렌츠 법칙 기반의 자성입자 가상그물구조 형성 방법 및 이를 이용한 병원성 미생물의 초고속 포집 방법 KR102300213B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190112817A KR102300213B1 (ko) 2019-09-11 2019-09-11 렌츠 법칙 기반의 자성입자 가상그물구조 형성 방법 및 이를 이용한 병원성 미생물의 초고속 포집 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190112817A KR102300213B1 (ko) 2019-09-11 2019-09-11 렌츠 법칙 기반의 자성입자 가상그물구조 형성 방법 및 이를 이용한 병원성 미생물의 초고속 포집 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210031573A true KR20210031573A (ko) 2021-03-22
KR102300213B1 KR102300213B1 (ko) 2021-09-09

Family

ID=75222878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190112817A KR102300213B1 (ko) 2019-09-11 2019-09-11 렌츠 법칙 기반의 자성입자 가상그물구조 형성 방법 및 이를 이용한 병원성 미생물의 초고속 포집 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102300213B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060094416A (ko) * 2005-02-24 2006-08-29 한국과학기술원 자성 나노입자와 마이크로비드를 이용한 자기력 기반 미세 유체 칩 및 이를 이용한 생체분자분석장치 및 생체분자분석방법
KR101491921B1 (ko) * 2013-08-02 2015-02-12 고려대학교 산학협력단 시료 검출 장치
KR20150112519A (ko) * 2014-03-28 2015-10-07 포항공과대학교 산학협력단 식중독균 신속 검출을 위한 초고효율 자성 나노입자 포집 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060094416A (ko) * 2005-02-24 2006-08-29 한국과학기술원 자성 나노입자와 마이크로비드를 이용한 자기력 기반 미세 유체 칩 및 이를 이용한 생체분자분석장치 및 생체분자분석방법
KR101491921B1 (ko) * 2013-08-02 2015-02-12 고려대학교 산학협력단 시료 검출 장치
KR20150112519A (ko) * 2014-03-28 2015-10-07 포항공과대학교 산학협력단 식중독균 신속 검출을 위한 초고효율 자성 나노입자 포집 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102300213B1 (ko) 2021-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6333719B2 (ja) 試料中の磁気的に標識が付された部分を分離するための装置及び方法
US5622831A (en) Methods and devices for manipulation of magnetically collected material
JP5752042B2 (ja) 磁性試薬、磁性試薬キット、磁性担体処理方法およびその処理装置
US20120115167A1 (en) Method and apparatus for isolating a target bioentity from a biological sample
CN107921441A (zh) 用于顺磁性及反磁性物质的过滤器
JP6378780B2 (ja) 粒子操作方法および粒子操作用装置
JP2016117032A (ja) 磁性体粒子操作用装置
EP2712424A1 (en) Method and apparatus for magnetic flow cytometry
US20230149946A1 (en) Electromagnetic fluid filter using magnetostrictive sensors
Jung et al. Continuous, rapid concentration of foodborne bacteria (Staphylococcus aureus, Salmonella typhimurium, and Listeria monocytogenes) using magnetophoresis-based microfluidic device
Song et al. Automatic detecting and counting magnetic beads‐labeled target cells from a suspension in a microfluidic chip
Kang et al. Application of a Halbach magnetic array for long-range cell and particle separations in biological samples
Ryumae et al. Rapid and highly sensitive detection of Flavobacterium psychrophilum using high gradient immunomagnetic separation with flow cytometry
KR101639862B1 (ko) 식중독균 신속 검출을 위한 초고효율 자성 나노입자 포집 장치
US20210086113A1 (en) Three-dimensional fluid filter using magnetostrictive sensors
Huang et al. Magnetic nanoparticle based magnetophoresis for efficient separation of E. coli O157: H7
KR20210031573A (ko) 렌츠 법칙 기반의 자성입자 가상그물구조 형성 방법 및 이를 이용한 병원성 미생물의 초고속 포집 방법
DE19939208C2 (de) Verfahren zum Darstellen von biologisch aktivierten induktivitätsändernden Partikeln zu deren Nachweis und Zählen sowie Vorrichtung dafür
Rotariu et al. An immunomagnetic separator for concentration of pathogenic micro-organisms from large volume samples
KR102437359B1 (ko) 유체 채널에서 자성입자의 내부 환류를 이용한 분리 장치 및 이를 이용하는 분리 방법
JP2002001163A (ja) 流体の磁気分離装置及び分離方法
Kang et al. Serially ordered magnetization of nanoclusters via control of various transition metal dopants for the multifractionation of cells in microfluidic magnetophoresis devices
Castillo-Torres Magnetic Isolation of Fecal Indicating Bacteria Using Bio-Functionalized Magnetic Microdiscs for Water Quality Monitoring
Wise The development of a biosensor for the detection of pathogenic bacteria in water
Huang Magnetic nanoparticles based magnetophoresis for the separation of Escherichia coli O157: H7

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant