KR20210109357A

KR20210109357A - 원심 분리 장치의 구동 방법

Info

Publication number: KR20210109357A
Application number: KR1020200024561A
Authority: KR
Inventors: 이규상; 박희철; 최주영
Original assignee: 주식회사 클리노믹스
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-06
Also published as: KR102404002B1

Abstract

본 실시예들은 원심 분리 장치의 구동 방법에 관한 것이다. 일 실시예에 따른 원심 분리 장치의 구동 방법은 원심 분리된 시료의 각 성분이 분리되어 위치하는 분리부 및 상기 분리부에 위치하는 각 성분을 이동시켜 수용하는 추출부를 포함하는 본체를 포함하는 원심 분리 챔버를 포함하는 원심 분리 장치의 구동 방법에 있어서, 상기 분리부는 일 방향으로 나란히 위치하며 제1 격벽에 의해 분리되는 제1 분리부 및 제2 분리부를 포함하고, 상기 원심 분리 챔버는 최적 회전 속도 이하로 회전하며, 상기 제1 격벽의 제1 경사각을 θ1, 상기 원심 분리 챔버의 평균 회전 반경을 r, 중력 가속도를 G, 그리고 상기 최적 회전 속도를 n 이라고 할 때, 초당 회전수로 표현되는 상기 최적 회전 속도는

이다.

Description

원심 분리 장치의 구동 방법{DRIVING METHOD OF CENTRIFUGE DEVICE}

본 실시예는 원심 분리 장치의 구동 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 성분 별로 분리된 시료 중 상층에 위치하는 성분을 오염 없이 쉽게 추출할 수 있는 원심 분리 장치의 구동 방법에 관한 것이다.

전혈(whole blood) 또는 다양한 생물학적 액체들은 그 구성 요소들 또는 부분들로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 전혈은, 플라즈마(plasma), 백혈구, 혈소판 및 적혈구 등으로 구성되는데, 원심 분리 장치 등에서 각 성분 별로 분리될 수 있다.

종래에는, 예를 들면, 전혈을 각 성분 별로 분리하기 위하여 단일 튜브 용기에 전혈을 투입한 후 이를 원심 분리 장치에 투입하여 비중을 기초로 분리하였다. 이와 같이 원심 분리된 시료는 비중에 기초하여 각 성분 별로 여러 개의 층으로 적층되며, 이와 같이 층을 이루며 적층된 각 성분은 수작업으로 회수하였다.

그런데, 일반적으로 수작업으로 성분 별로 적층된 시료의 각 층을 분리할 경우에는, 작업 효율이 현저히 저하되고, 원심 분리된 각 성분들이 다시 혼합되는 현상이 발생하며 그 상태로 추출될 수밖에 없기 때문에 특정 성분만 완벽히 추출하는데 한계가 있었다. 또한, 다양한 시료를 좁은 공간에서 동시에 처리하는 경우에는 교차 오염이 종종 발생하는 문제가 있었다.

따라서, 원심 분리 장치를 이용하여 전혈 등 생물학적 유체를 분리하는 경우 상기 유체를 각 성분 별로 분리한 후 추출과정에서 재오염 없이 원하는 성분을 쉽게 추출할 수 있는 기술의 개발이 시급하다.

일 실시예에서는, 시료의 원심 분리 후 상층액을 최대한 확보할 수 있는 원심 분리 장치의 구동 방법을 제공하고자 한다.

본 실시예에 따른 원심 분리 장치의 구동 방법은 원심 분리된 시료의 각 성분이 분리되어 위치하는 분리부 및 상기 분리부에 위치하는 각 성분을 이동시켜 수용하는 추출부를 포함하는 본체를 포함하는 원심 분리 챔버를 포함하는 원심 분리 장치의 구동 방법에 있어서, 상기 분리부는 일 방향으로 나란히 위치하며 제1 격벽에 의해 분리되는 제1 분리부 및 제2 분리부를 포함하고, 상기 원심 분리 챔버는 회전축을 중심으로 최적 회전 속도 이하로 회전하며, 상기 제1 격벽의 제1 경사각을 θ1, 상기 원심 분리 챔버의 평균 회전 반경을 r, 중력 가속도를 G, 그리고 상기 최적 회전 속도를 n 이라고 할 때, 초당 회전수로 표현되는 상기 최적 회전 속도는

이다.

상기 원심 분리 챔버의 회전 시, 상기 제1 분리부에 위치하는 상기 시료의 수면의 제2 경사각은 상기 제1 격벽의 상기 제1 경사각보다 작을 수 있다.

상기 원심 분리 챔버의 상기 평균 회전 반경은 상기 회전축의 중심으로부터 상기 수면까지의 거리일 수 있다.

상기 원심 분리 챔버의 상기 평균 회전 반경의 최대값은 상기 회전축의 중심으로부터 상기 제1 분리부의 바닥면에 위치한 취출구까지의 거리일 수 있다.

상기 분리부는 제2 격벽에 의해 분리되는 제3 분리부를 더 포함하고, 상기 시료는 원심 분리되어 상기 제1 분리부에 제1 분리액이 위치하고, 상기 제2 분리부에 제2 분리액이 위치하고, 상기 제3 분리부 내에 제3 분리액이 위치할 수 있다.

상기 원심 분리 챔버의 구동의 초기 단계에서는 상기 원심 분리 챔버를 상기 최적 회전 속도보다 빠르게 회전시켜 상기 제1 분리액을 상기 추출부로 이동시키고, 상기 원심 분리 챔버의 구동의 최종 단계에서 상기 원심 분리 챔버를 상기 최적 회전 속도 이하로 회전시켜 상기 제1 분리액을 상기 추출부로 이동시킬 수 있다.

상기 초기 단계와 상기 최종 단계를 구분하는 기준 시점은 상기 제1 분리액이 상기 추출부로의 이동을 멈추는 시점일 수 있다.

상기 초기 단계에서는 상기 제1 격벽에 인접한 상기 제1 분리부의 바닥면에 위치한 취출구를 통해 상기 제1 분리액을 상기 추출부로 이동시킬 수 있다.

상기 시료는 혈액을 포함하고, 상기 제1 분리부에 위치하는 제1 분리액은 플라즈마를 포함할 수 있다.

상기 원심 분리 챔버는 원심 분리를 위해 시료를 주입하기 위한 주입구 및 상기 추출부에 수용된 분리된 성분을 외부로 인출하기 위한 인출구를 포함하는 상부판; 그리고 상기 본체 하부의 개구를 밀폐하는 하부판을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 원심 분리 장치의 구동 방법은 시료의 수면의 제2 경사각이 제1 격벽의 제1 경사각보다 작거나 동일하도록 원심 분리 챔버를 최적 회전 속도 이하로 회전시킴으로써, 제1 분리부에 분리되는 시료의 상층액을 최대한 확보할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 원심 분리 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 원심 분리 장치의 서브 원심 분리 챔버를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 서브 원심 분리 챔버에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 서브 원심 분리 챔버를 IV-IV’선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 A 부분의 확대도로서, 도 5는 원심 분리 챔버가 회전하지 않을 경우의 제1 분리액의 수면의 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 원심 분리 챔버가 최적 회전 속도보다 큰 속도로 회전하는 경우의 제1 분리액의 수면의 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 원심 분리 챔버가 최적 회전 속도보다 작거나 같은 속도로 회전하는 경우의 제1 분리액의 수면의 상태를 도시한 도면이다.

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 참조부호를 붙였다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.

이하, 도면을 참고하여, 일 실시예에 따른 원심 분리 장치의 구동 방법에 대해 구체적으로 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 원심 분리 장치의 개략적인 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 일 실시예에 따른 원심 분리 장치는 원심 분리 챔버(1000), 그리고 원심 분리 챔버(1000)를 회전시키는 회전 구동부(2000)를 포함한다.

원심 분리 챔버(1000)는 복수개의 서브 원심 분리 챔버(1100)를 포함하며, 서브 원심 분리 챔버(1100)는 평면상 부채꼴 형상을 가질 수 있다. 따라서, 복수개의 서브 원심 분리 챔버(1100)로 이루어진 원심 분리 챔버(1000)는 전체적으로 평면상 원형 형상을 가질 수 있다. 이 때, 복수개의 서브 원심 분리 챔버(1100)는 순차적으로 이웃하여 배치될 수 있다.

사출 등의 방법으로 원심 분리 챔버(1000)를 하나의 구조로 제조하는 경우에는 원심 분리 챔버(1000)의 복잡한 내부 구조를 완벽히 구현하기 어렵다. 따라서, 본 실시예에서는 원심 분리 챔버(1000)를 복수개의 서브 원심 분리 챔버(1100)로 나누어 제조함으로써, 사출품의 품질과 높은 생산성을 유지할 수 있다.

본 실시예에서는 원심 분리 챔버가 4개의 서브 원심 분리 챔버로 이루어져 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 수의 서브 원심 분리 챔버로 이루어질 수 있다.

회전 구동부(2000)는 원심 분리 챔버(1000)를 회전축(Y)을 기준으로 소정의 회전 속도로 회전시켜 원심 분리 챔버(1000) 내에 주입된 시료(1)를 각 성분으로 분리할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참고하여, 일 실시예에 따른 원심 분리 장치의 서브 원심 분리 챔버를 구체적으로 설명한다.

도 2는 일 실시예에 따른 원심 분리 장치의 서브 원심 분리 챔버를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2의 서브 원심 분리 챔버에 대한 분해 사시도이며, 도 4는 도 2의 서브 원심 분리 챔버를 IV-IV’선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 서브 원심 분리 챔버(1100)는 상부판(100), 본체(200) 및 하부판(300)을 포함한다.

본체(200)는 원심 분리된 시료(1)가 성분 별로 분리되어 위치하는 분리부(210), 그리고 분리부(210)에 성분 별로 분리된 시료(1)를 이동시켜 수용하는 추출부(220)를 포함한다.

분리부(210)는 일 방향으로 나란히 위치하는 제1 분리부(211), 제2 분리부(212) 및 제3 분리부(213)를 포함한다. 분리부(210)는 회전축(Y, 도 1 참조)을 기준으로 제1 분리부(211), 제2 분리부(212) 및 제3 분리부(213)의 순서대로 외곽으로 배치된다. 이 때, 제1 분리부(211) 및 제2 분리부(212)는 분리부(210) 내에 위치하는 제1 격벽(311)에 의해 각 영역이 분리되며, 제2 분리부(212) 및 제3 분리부(213)는 제2 격벽(312)에 의해 각 영역이 분리된다.

제1 격벽(311)은 상부판(100)과 소정 간격(H1)을 갖도록 형성될 수 있다. 제2 격벽(312)은 상부판(100)과 소정 간격(H2)을 갖도록 형성할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 격벽(311) 및 상부판(100) 사이의 간격(H1)과 제2 격벽(312) 및 상부판(100) 사이의 간격(H2)는 반드시 동일할 필요는 없다. 이는 분리하고자 하는 성분의 특징, 예를 들면, 고형 성분인지 액체 성분인지 등과 분리하고자 하는 성분의 양에 따라 적절하게 조절할 수 있다.

또한, 제1 격벽(311) 및 제2 격벽(312)은, 예를 들면, 하부판(300)으로부터 돌출된 형태의 구조를 가질 수도 있고, 본체(200)의 분리부(210) 내 측벽으로부터 돌출된 형태의 구조를 가질 수도 있는 것으로, 그 형태는 특별히 제한되지 않는다.

시료(1)는 원심 분리 후에 제1 분리부(211) 내에 제1 분리액(2)으로 분리되어 위치하고, 제2 분리부(212) 내에 제2 분리액(3)으로 분리되어 위치하며, 제3 분리부(213) 내에 제3 분리액(4)으로 분리되어 위치할 수 있다.

시료(1)가 혈액인 경우, 제1 분리액(2)은 플라즈마(plasma)이고, 제2 분리액(3)은 백혈구를 다수 포함하는 버피 코트(buffy coat)이며, 제3 분리액(4)은 적혈구를 다수 포함하는 성분일 수 있다.

따라서, 원심 분리를 위해 제3 분리부(213)로 혈액을 주입하여 제2 분리부(212) 및 제1 분리부(211)를 채운 다음 원심 분리를 진행하면 제3 분리부(213) 내에 위치하는 혈액의 성분 중 버피 코트에 해당하는 성분은 제2 격벽(312)을 타고 제2 분리부(212) 영역으로 이동하고, 제2 분리부(212) 내에 위치하는 혈액의 성분 중 적혈구를 다수 포함하는 성분은 제2 격벽(312)을 타고 제3 분리부(213)로 이동한다.

이와 같이, 분리부(210)가 제1 분리부(211), 제2 분리부(212) 및 제3 분리부(213)를 포함하기 때문에 원심 분리된 시료(1)의 각 성분은, 성분 별로 제1 분리부(211), 제2 분리부(212) 및 제3 분리부(213) 내에 각각 위치할 수 있다.

본체(200)는 주입구 연장부(271)을 포함하고, 주입구 연장부(271)는 본체(200)의 하부에 위치하는 주입로(341)와 연결된 구조이다.

원하는 시료(1)의 원심 분리를 위해 상부판(100)의 주입구(101)로 시료를 주입하면, 주입구 연장부(271) 및 주입로(341)를 통해 주입된 시료(1)가 제3 분리부(213)로 이동한다.

이때, 제1 벤트홀(131)을 개방시키면 공기 순환에 의해 제3 분리부(213)로 주입된 시료가 제2 격벽(312)을 타고 제2 분리부(212)로 이동하고, 이후 제1 격벽(311)을 타고 제1 분리부(211) 쪽으로 이동할 수 있다. 본 실시예에서는 분리부(210)가 제1 분리부 내지 제3 분리부(211, 212, 213)의 3개의 영역으로 나뉘었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 4개 이상의 영역으로 분리되거나 합류할 수도 있다.

제1 벤트홀(131)은 상부판(100)에서 원심 분리 장치의 회전축(Y)에 가까운 영역에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 원심 분리를 위하여 주입하는 시료(1), 예를 들면, 혈액은 원심 분리 장치의 회전축(Y)을 중심으로 가장 먼 곳에 위치하는 제3 분리부(213)부터 채우는 방식으로 수행하는 것이 바람직하다. 이 경우 주입되는 시료(1)가 밀어내는 공기가 상부의 제1 벤트홀(131)을 통해 빠져나가기 때문에 시료 주입이 원활하다. 또한, 시료(1)에 거품이 생기지 않아 시료(1) 내에 포함된 유효 성분, 예를 들면, 세포 등을 손상시키지 않으면서 신속하게 서브 원심 분리 챔버(1100) 내로 쉽고 신속하게 시료를 주입할 수 있다.

한편, 본체(200)는 추출부(220)를 포함하고, 추출부(220)는 제1 추출부(221), 제2 추출부(222) 및 제3 추출부(223)를 포함한다.

제1 추출부(221)는 제1 분리부(211)에 분리된 성분을 이동시켜 수용하는 공간이고, 제2 추출부(222)는 제1 추출부(221)에 이동된 성분을 추가 분리한 후 추가 분리된 성분을 이동시켜 수용하는 공간이다.

구체적으로, 제1 분리부(211)는 본체(200)의 하부에 위치하는 제1 추출로(321)와 연결되어 있다. 원심 분리 후 제1 분리부(211)에 분리된 성분은, 제1 분리부(211)와 연결된 제1 추출로(321)를 통해 이동되어 제1 추출부(221)에 수용된다.

본체(200)는 상기 제1 추출로(321)의 일부 영역과 중첩하여 위치하는 제1 밸브 유닛(231)을 포함한다. 이때, 제1 밸브 유닛(231) 내에는 제1 밸브가 위치하고, 제1 추출로(321)는 제1 밸브에 의해 개폐된다. 따라서, 원심 분리 후에 제1 분리부(211)에 분리된 성분의 추출을 위하여, 제1 밸브를 구동시켜 제1 추출로(321)를 개방함으로써 제1 분리부(211)에 분리된 성분을 제1 추출부(221)로 이동시킬 수 있다.

상기와 같이 제1 분리부(211)에 분리된 후 제1 추출로(321)를 통해 제1 추출부(221)에 수용된 성분은, 원심 분리를 한번 더 진행하는 방법으로 추가 분리되어 제1 추출부(221)에 연결된 제2 추출로(322)를 통해 제2 추출부(222)로 이동될 수 있다. 이 경우 원심 분리되어 제1 분리부(211)에 분리된 성분 중 오염원을 보다 확실하게 제거할 수 있다.

시료로 예를 들어, 혈액을 주입하는 경우, 원심 분리를 통해 제1 분리부(211) 내에 위치하는 시료(1)의 상층액인 제1 분리액(2)은 플라즈마일 수 있다.

이러한 플라즈마는 환자의 조직을 직접 적출하지 않고, 혈액으로 분비되어 나온 특정 조직의 일부를 활용하여 진단을 수행하는 액체 생검의 한가지 방법으로서 사용되는 유리 DNA (cell free DNA)의 유전체 분석에 이용된다. 즉, 유리 DNA의 유전체 분석에서는 전혈(whole blood)의 성분 분리 후 얻어진 플라즈마(plasma)를 2회 추가로 원심 분리를 하여 오염원을 제거함으로써 진단의 정확성을 높이는 방법이 일반화되어 있다. 이 경우 여러 개의 튜브를 바꿔가며 혈액의 성분을 수작업으로 나눠 담고, 이를 다시 연속적으로 원심분리를 해야 하는 바, 많은 시간과 노력이 소요되고 수행인력의 숙련도가 진단 결과의 정확성에 많은 영향을 미치기 때문에 비용상승의 원인이 된다.

그런데 본 실시예와 같이 제1 추출부(221)에 1차적으로 플라즈마를 분리한 후 추가적인 원심 분리를 진행한 후 제1 추출부(221)에 분리된 상층액을 제2 추출부(222)에 수용함으로써 다른 DNA 성분에 의해 오염되지 않은 플라즈마를 얻을 수 있다.

그러나, 원심 분리 챔버(1000)를 이용한 성분 분리가 완료된 후, 시료(1)의 상층액인 제1 분리액(2)을 제1 추출부(221)로 이동시키기 위해 원심 분리 챔버(1000)를 회전시킬 때, 제1 분리부(211)에 위치하는 시료(1)의 수면(1a)의 제2 경사각(θ2)이 제1 격벽(311)의 제1 경사각(θ1)보다 큰 경우에는 제1 추출로(321)와 제1 분리액(2)이 서로 만나지 않아, 제1 분리액(2)이 제1 추출부(221)로 모두 이동되지 않고 제1 분리부(211)에 남은 상태로 회전하게 되므로 제1 분리부(211)에 남아 있는 제1 분리액(2)을 모두 확보할 수 없게 된다.

따라서, 본 실시예에서는 제1 분리부(211)에 위치하는 시료(1)의 수면(1a)의 제2 경사각(θ2)이 제1 격벽(311)의 경사각(θ1)보다 작거나 동일하도록 유지하고 원심 분리 챔버(1000)를 최적 회전 속도 이하로 회전시켜 제1 분리액(2)이 남아있지 않을 때까지 제1 추출로(321)와 수면(1a)이 만나도록 유지함으로써, 최대량의 제1 분리액(2)을 제1 추출부(221)로 이동시킬 수 있게 된다.

이에 대해 도 5 내지 도 7을 참조로 하여 이하에서 상세하게 설명한다.

도 5 내지 도 7은 도 4의 A 부분의 확대도로서, 도 5는 원심 분리 챔버가 회전하지 않을 경우의 제1 분리액의 수면의 상태를 도시한 도면이고, 도 6은 원심 분리 챔버가 최적 회전 속도보다 큰 속도로 회전하는 경우의 제1 분리액의 수면의 상태를 도시한 도면이며, 도 7은 원심 분리 챔버가 최적 회전 속도보다 작거나 동일한 속도로 회전하는 경우의 제1 분리액의 수면의 상태를 도시한 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 원심 분리 챔버(1000)가 회전하지 않을 경우에는 제1 분리부(211) 내에 위치하는 제1 분리액(2)의 수면(1a)은 원심 분리 챔버(1000)의 바닥면(20a)과 평행하게 형성될 수 있다. 즉, 수면(1a)은 중력(Fg)의 방향과 수직으로 형성될 수 있다. 이 때, 제1 분리액(2)은 제1 경사각(θ1)을 가지는 제1 격벽(311)에 의해 제2 분리액(3)과 분리되어 위치할 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 원심 분리 챔버(1000)가 소정의 회전 속도로 회전하는 경우에 원심력(Fc)에 의해 제1 분리액(2)의 수면(1a)이 원심 분리 챔버(1000)의 바닥면(20a)과 제2 경사각(θ2)을 가지게 된다.

이 때, 도 6에 도시한 바와 같이, 원심 분리 챔버(1000)가 최적 회전 속도(n)보다 빠르게 회전하는 경우에는 제1 분리부(211)에 위치하는 제1 분리액(2)의 수면(1a)의 제2 경사각(θ2)이 제1 격벽(311)의 제1 경사각(θ1)보다 크게 된다. 원심 분리 챔버(1000) 이와 같이, 제1 분리부(211)에 위치하는 제1 분리액(2)의 수면(1a)의 제2 경사각(θ2)이 제1 격벽(311)의 제1 경사각(θ1)보다 큰 경우, 제1 분리액(2)이 제1 추출부(221)로 모두 이동되지 않고 제1 분리부(211)에 남게 되므로 제1 분리액(2)을 최대한 확보하기 어렵게 된다.

그러나, 도 7에 도시된 바와 같이, 원심 분리 챔버(1000)가 최적 회전 속도(n) 이하로 회전하는 경우에는 제1 분리부(211)에 위치하는 제1 분리액(2)의 수면(1a)의 제2 경사각(θ2)이 제1 격벽(311)의 제1 경사각(θ1)보다 작거나 동일하게 유지되면서 제1 추출로(321)를 통해 분리된다. 따라서, 제1 격벽(311)의 상부 중 중심축(Y)에 가까운 방향에 위치한 시료(1)의 상층액인 제1 분리액(2)을 최대한 확보할 수 있다.

이러한 초당 회전수(rotations per second, RPS)로 표현되는 최적 회전 속도(n)는 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.

여기서, r은 원심 분리 챔버의 평균 회전 반경이고, G는 중력 가속도를 나타낸다. 도 7에 도시한 바와 같이, 원심 분리 챔버(1000)의 평균 회전 반경(r)은 회전축(Y)의 중심으로부터 수면(1a)까지의 거리일 수 있다. 특히, 평균 회전 반경(r)의 최대값은 원심 분리 챔버(1000)의 회전에 의해 수면(1a)이 가장 낮아져서 수면(1a)이 제1 격벽(311)의 일측면과 평행하게 되어 수면(1a)의 제2 경사각(θ2)이 제1 경사각(θ1)과 동일하게 되는 경우의 회전축(Y)의 중심으로부터 수면(1a)까지의 거리일 수 있다. 따라서, 평균 회전 반경(r)의 최대값은 원심 분리 챔버(1000)의 바닥면(20a)상에서 회전축(Y)의 중심으로부터 제1 격벽(311)의 바닥부(31)에 인접하여 형성된 취출구(50)까지의 거리일 수 있다. 여기서, 제1 격벽(311)의 바닥부(31)는 제1 격벽(311)과 바닥면(20a) 간의 경계선이며, 취출구(50)는 제1 격벽(311) 쪽에 인접하여 바닥면(20a)에 위치할 수 있다.

제1 분리액(2)의 수면(1a)에 가해지는 합력(Ft)은 중력(Fg)과 원심력(Fc)의 합으로 이루어지며, tan(θ1)= Fc/Fg 이므로, 상기 수학식 1이 도출될 수 있다. 이 때, 취출구(50)는 제1 격벽(311)과 바닥면(20a) 간의 경계선인 바닥부(31)에 가까울수록 제1 분리액(2)를 제1 추출부(221)로 이동시키기 유리하다. 따라서, 제1 분리액(2)을 최대한 확보할 수 있다.

표 1은 평균 회전 반경(r)을 3cm로 설정했을 때의 제1 경사각에 따른 최적 회전수를 나타낸 표이다.

θ1	tan(θ1)	RPM(분당 회전수, 속도)	RPS(초당 회전수, 속도)
45	1	172.6	2.877
60	1.73	227.1	3.786
70	2.75	286.1	4.768
75	3.73	333.4	5.557
80	5.67	411	6.85
85	11.43	583.5	9.725
87	19.08	753.9	12.565
89	57.29	1306.4	21.773

표 1에 나타난 바와 같이, 최적 회전 속도(n)는 제1 경사각(θ1)이 증가함에 따라 증가함을 알 수 있다.

또한, 원심 분리 챔버(1000)를 최적 회전 속도(n)로 회전시킴으로써, 제1 분리부(211)는 제1 분리액(2)을 담기 위한 공간을 효과적으로 사용할 수 있어서 데드 스페이스(dead space)를 최소화할 수 있다.

한편, 제1 분리액(2)을 최대한 확보하기 위해서는 원심 분리 챔버(1000)의 구동의 초기 단계에서는 원심 분리 챔버(1000)를 최적 회전 속도(n)보다 빠르게 회전시키고, 원심 분리 챔버(1000)의 구동의 최종 단계에서 원심 분리 챔버(1000)를 최적 회전 속도(n)로 회전시킬 수 있다. 여기서, 초기 단계와 최종 단계를 구분하는 기준 시점은 제1 추출로(321)와 제1 분리액(2)이 서로 만나지 않아 제1 분리액(2)이 제1 추출부(221)로의 이동을 멈추는 시점일 수 있다.

즉, 원심 분리 챔버(1000)의 구동의 초기 단계에서는 원심 분리 챔버(1000)를 최적 회전 속도(n)보다 빠르게 회전시킴으로써, 제1 분리부(211)에 위치한 제1 분리액(2)을 강한 원심력을 이용하여 분리된 상태를 유지하면서 신속하게 제1 밸브를 통해 제1 추출부(221)로 이동시킨다.

이와 같이, 원심 분리 챔버(1000)는 빠른 속도로 회전할수록 제1 분리액(2)을 신속하게 제1 추출부(221)로 이동시킬 수 있기 때문에 분리 효율을 위해 원심 분리 챔버(1000)를 최적 회전 속도(n)보다 빠르게 회전시키는 것이 유리할 수 있다.

그러나, 도 6에 도시한 바와 같이, 이 속도에서는 강한 원심력 때문에 원심 분리 챔버(1000)에 남아 있는 제1 분리액(2)은 제1 격벽(311) 쪽에 가깝게 붙어 바닥면(20a)에 위치한 취출구(50)를 통해 빠져 나가지 못한다.

따라서, 기준 시점에서는 수면(1a)의 제2 경사각(θ2)이 제1 경사각(θ1)보다 커서 제1 분리액(2)이 제1 추출부(221)로의 이동을 멈추고, 제1 추출부(221)로 배출되지 못한 제1 분리액(2)이 제1 분리부(211)에 잔류하게 된다.

그러나, 도 7에 도시한 바와 같이, 기준 시점 이후의 원심 분리 챔버(1000)의 구동의 최종 단계에서 원심 분리 챔버(1000)를 최적 회전 속도(n) 이하로 천천히 회전시킴으로써, 제1 분리액(2)의 수면(1a)를 취출구(50) 위치 넘어서까지 이동시켜 제1 분리부(211)에 잔류하는 제1 분리액(2)을 취출구를 통해 제1 추출부(221)로 이동시킬 수 있다.

이러한 일련의 과정을 통해 제1 분리액(2)을 최대한 제1 추출부(221)로 보내줄 수 있으므로, 제1 분리액(2)을 최대한 확보할 수 있다.

한편, 제1 추출부(221)는 밀폐된 상면에 제2 벤트홀 연장부(252)를 포함하고, 상기 제2 벤트홀 연장부(252)는 상부판(100)에 위치하는 제2 벤트홀(132)과 일체를 이루는 구조이다. 제2 벤트홀(132)은 제1 분리부(211)에서 분리된 성분을 제1 추출부(221)로 이동시키는 경우, 즉 제1 밸브가 개방되는 경우, 제2 벤트홀(132)도 개방되어 있어야 한다. 또한, 제1 추출부(221)에서 추가 분리된 성분을 제2 추출부(222)로 이동시키는 경우, 즉, 제2 밸브가 개방되는 경우, 제2 벤트홀(132)도 개방되어 있어야 한다. 제1 밸브의 폐쇄시에는 제2 벤트홀(132)도 닫혀 있을 수 있다.

제1 추출부(221)는 본체(200)의 하부에 위치하는 제2 추출로(322)와 연결되어 있다. 제1 추출부(221)에서 상기한 바와 같이 추가 원심 분리된 성분은, 제1 추출부(221)와 연결된 제2 추출로(322)를 통해 이동되어 제2 추출부(222)에 수용된다.

제2 추출부(222)는 제1 인출부(241)를 포함한다. 제1 인출부(241)는 본체(200)의 상부면 및 하부면이 개방된 통공된 형태이고 상부가 하부 보다 큰 지름을 갖는 원추 형상의 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 인출부(241)의 상부 개구는 상부판(100)에 위치하는 제1 인출구(121)와 일체를 이루는 구조이다.

이와 같이 추가 분리되어 제2 추출부(222)에 수용된 성분은 제1 인출구(121)를 통해 외부로 인출할 수 있다. 이때, 제1 인출구(121)를 통한 외부로의 인출은 예를 들면, 피펫 등을 이용하여 수행할 수 있다.

다음, 제2 분리부(212)는 본체(200)의 하부에 위치하는 제3 추출로(323)와 연결되어 있다. 원심 분리 후 제2 분리부(212)에 분리된 성분은, 제2 분리부(212)와 연결된 제3 추출로(323)를 통해 이동되어 제3 추출부(223)에 수용된다.

본체(200)는 제3 추출로(323)의 일부 영역와 중첩하여 위치하는 제3 밸브 유닛(233)을 포함한다. 이때, 제3 밸브 유닛(233) 내에는 제3 밸브가 위치하고, 제3 추출로(323)는 제3 밸브에 의해 개폐된다. 따라서, 원심 분리 후에 제2 분리부(212)에 분리된 성분의 추출을 위하여, 제3 밸브를 구동시켜 제3 추출로(323)를 개방함으로써 제2 분리부(212)에 분리된 성분을 제3 추출부(223)로 이동시킬 수 있다.

제3 추출부(223)는 제2 인출부(242)를 포함한다. 제2 인출부(242)는 본체(200)의 상부면 및 하부면이 개방된 통공된 형태이고 상부가 하부 보다 큰 지름을 갖는 원추 형상의 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제2 인출부(242)의 상부 개구는 상부판(100)에 위치하는 제2 인출구(122)와 일체를 이루는 구조이다.

이와 같이 제3 추출부(223)에 수용된 성분은 제2 인출구(122)를 통해 외부로 인출할 수 있다. 이때, 제2 인출구(122)를 통한 외부로의 인출은 예를 들면, 피펫 등을 이용하여 수행할 수 있다.

상부판(100)은 원심 분리를 위하여 시료를 주입하거나 원심 분리된 각 성분을 외부로 인출할 때 오염을 방지하기 위한 것으로, 주입구(101) 및 인출구(121, 122)를 포함한다.

주입구(101)는 원심 분리 전 분리부에 시료를 주입하기 위한 것이고, 인출구는 원심 분리된 시료의 각 성분을 성분 별로 추출하기 위한 것이다.

인출구는 제1 인출구(121) 및 제2 인출구(122)를 포함한다.

본 실시예에서 제1 인출구(121)는 원심 분리된 시료의 성분 중 제2 추출부(222)에 수용된 성분을 외부로 인출하기 위한 것이다. 본 실시예에서 제2 추출부(222)에 수용된 성분은, 예를 들면, 원심 분리 후 제1 분리부(211)에서 분리된 성분을 제1 추출부(221)로 이동시킨 후 상대적으로 밀도가 낮은 성분을 추가 분리하여 제2 추출부(222)로 이동시킨 것으로 순도가 높은 액체 성분이다.

또한, 제2 인출구(122)는 원심 분리된 시료의 성분 중 제3 추출부(223)에 수용된 성분을 외부로 인출하기 위한 것이다. 상부판(100)은 주입구 및 인출구와 함께 제1 벤트홀(131) 및 제2 벤트홀(132)을 포함한다.

제1 벤트홀(131)은 본체(200)에 위치하는 제1 분리부(211)의 상면에 위치한다. 필요에 따라 분리부(210)의 상면이 밀폐된 구조를 가지는 경우 제1 분리부(211)의 상면에는 제1 벤트홀 연장부(미도시)가 형성될 수 있다.

제2 벤트홀(132)은 본체(200)에 위치하는 제1 추출부(221)에 포함되는 제2 벤트홀 연장부(252)와 연결되는 것이다.

또한, 상부판(100)은 제1 밸브홀(111), 제2 밸브홀(112), 제3 밸브홀(113)을 포함한다.

제1 밸브홀(111)은 제1 밸브 유닛(231)과 연결된다. 제1 밸브 유닛(231)은, 본체(200)에 위치하는 제1 추출로(321)의 일부 영역과 중첩하여 위치한다. 제1 밸브 유닛(231) 내에 위치하는 제1 밸브는, 제1 밸브홀(111)을 통해 구동되며, 상기 제1 밸브를 통해 제1 추출로(321)를 개폐함으로써 제1 분리부(211)에 분리된 성분의 이동을 통제할 수 있다.

제2 밸브홀(112)은 제2 밸브 유닛(232)과 연결된다. 제2 밸브 유닛(232)은, 본체(200)에 위치하는 제2 추출로(322)의 일부 영역과 중첩하여 위치한다. 제2 밸브 유닛(232) 내에 위치하는 제2 밸브는, 제2 밸브홀을 통해 구동되며, 제2 밸브를 통해 제2 추출로(322)를 개폐함으로써 제1 추출부(221)에 수용된 성분의 이동을 통제할 수 있다.

제3 밸브홀(113)은 제3 밸브 유닛(233)과 연결된다. 제3 밸브 유닛(233)은, 제3 추출로(323)의 일부 영역과 중첩하여 위치한다. 제3 밸브 유닛(233) 내에 위치하는 제3 밸브는, 제3 밸브홀(113)을 통해 구동되며, 제3 밸브를 통해 제3 추출로(323)를 개폐함으로써 제2 분리부(212)에 분리된 성분의 이동을 통제할 수 있다.

하부판(300)은 본체(200) 하부에 일부 형성된 개구를 밀폐하는 것이다.

본 실시예에서는 제1 격벽(311) 및 제2 격벽(312)이 본체(200)에 형성된 구조를 도시하였다. 그러나 제1 격벽(311) 및 제2 격벽(312)은 필요에 따라 하부판(300)으로부터 돌출된 구조로 형성할 수도 있다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1; 시료
2; 제1 분리액
3; 제2 분리액
100: 원심 분리 챔버
110: 서브 원심 분리 챔버
200: 회전 구동부
211: 제1 분리부
212: 제2 분리부
213: 제3 분리부
311: 제1 격벽

Claims

원심 분리된 시료의 각 성분이 분리되어 위치하는 분리부 및 상기 분리부에 위치하는 각 성분을 이동시켜 수용하는 추출부를 포함하는 본체를 포함하는 원심 분리 챔버를 포함하는 원심 분리 장치의 구동 방법에 있어서,
상기 분리부는 일 방향으로 나란히 위치하며 제1 격벽에 의해 분리되는 제1 분리부 및 제2 분리부를 포함하고,
상기 원심 분리 챔버는 회전축을 중심으로 최적 회전 속도 이하로 회전하며,
상기 제1 격벽의 제1 경사각을 θ1, 상기 원심 분리 챔버의 평균 회전 반경을 r, 중력 가속도를 G, 그리고 상기 최적 회전 속도를 n 이라고 할 때,
초당 회전수로 표현되는 상기 최적 회전 속도는

인 원심 분리 장치의 구동 방법.
제1항에 있어서,
상기 원심 분리 챔버의 회전 시, 상기 제1 분리부에 위치하는 상기 시료의 수면의 제2 경사각은 상기 제1 격벽의 상기 제1 경사각보다 작거나 동일한 원심 분리 장치의 구동 방법.
제1항에 있어서,
상기 원심 분리 챔버의 상기 평균 회전 반경은 상기 회전축의 중심으로부터 상기 수면까지의 거리인 원심 분리 장치의 구동 방법.
제3항에 있어서,
상기 원심 분리 챔버의 상기 평균 회전 반경의 최대값은 상기 회전축의 중심으로부터 상기 제1 분리부의 바닥면에 위치한 취출구까지의 거리인 원심 분리 장치의 구동 방법.
제1항에 있어서,
상기 분리부는 제2 격벽에 의해 분리되는 제3 분리부를 더 포함하고,
상기 시료는 원심 분리되어 상기 제1 분리부에 제1 분리액이 위치하고, 상기 제2 분리부에 제2 분리액이 위치하고, 상기 제3 분리부 내에 제3 분리액이 위치하는 원심 분리 장치의 구동 방법.
제5항에 있어서,
상기 원심 분리 챔버의 구동의 초기 단계에서는 상기 원심 분리 챔버를 상기 최적 회전 속도보다 빠르게 회전시켜 상기 제1 분리액을 상기 추출부로 이동시키고, 상기 원심 분리 챔버의 구동의 최종 단계에서 상기 원심 분리 챔버를 상기 최적 회전 속도 이하로 회전시켜 상기 제1 분리액을 상기 추출부로 이동시키는 원심 분리 장치의 구동 방법.
제6항에 있어서,
상기 초기 단계와 상기 최종 단계를 구분하는 기준 시점은 상기 제1 분리액이 상기 추출부로의 이동을 멈추는 시점인 원심 분리 장치의 구동 방법.
제7항에 있어서,
상기 초기 단계에서는 상기 제1 격벽에 인접한 상기 제1 분리부의 바닥면에 위치한 취출구를 통해 상기 제1 분리액을 상기 추출부로 이동시키는 원심 분리 장치의 구동 방법.
제1항에 있어서,
상기 시료는 혈액을 포함하고,
상기 제1 분리부에 위치하는 제1 분리액은 플라즈마를 포함하는 원심 분리 장치의 구동 방법.
제1항에 있어서,
상기 원심 분리 챔버는 원심 분리를 위해 시료를 주입하기 위한 주입구 및 상기 추출부에 수용된 분리된 성분을 외부로 인출하기 위한 인출구를 포함하는 상부판; 그리고 상기 본체 하부의 개구를 밀폐하는 하부판을 더 포함하는 원심 분리 장치의 구동 방법.