KR20220027262A

KR20220027262A - 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하기 위한 분리 장치 및 분리 방법

Info

Publication number: KR20220027262A
Application number: KR1020227005184A
Authority: KR
Inventors: 위초우 천
Original assignee: 센젠 후이신 라이프 테크놀로지스 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2019-07-17
Publication date: 2022-03-07
Also published as: JP2022541279A; JP7312507B2; WO2021007825A1; EP4001914A1; EP4001914A4; CN112601959A; US20220136938A1; US11874209B2; US20240102900A1

Abstract

본 발명은 복수의 액체 샘플로부터 대상 입자를 분리 및 정제하기 위한 분리 장치을 제공한다. 상기 분리 장치는，복수의 분리 칩과 진공 시스템을 포함하고, 각각의 분리 칩은, 상기 액체 샘플을 포함하는 샘플 셀; 및 상기 샘플 셀의 양측에 위치한 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함하며, 상기 진공 시스템은, 제1 진공 펌프와 제2 진공 펌프를 포함하고, 상기 제1 진공 펌프는 각 분리 칩의 제1 개구부에 연결되고, 상기 제1 진공 펌프는 상기 제1 개구부를 통해 상기 분리 칩에 부압을 발생시켜 상기 샘플 셀 내의 상기 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하고, 상기 제2 진공 펌프는 각 분리 칩의 제2 개구부에 연결되고, 상기 제2 진공 펌프는 상기 제2 개구부를 통해 상기 분리 칩에 부압을 발생시켜 상기 샘플 셀 내의 상기 액체 샘플에서 대상 입자를 분리한다. 본 발명은 또한 상기 분리 장치를 이용하여 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하는 분리 방법을 제공한다.

Description

액체 샘플에서 대상 입자를 분리하기 위한 분리 장치 및 분리 방법

본 발명은 생명공학 분야에 관한 것으로, 특히 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하기 위한 분리 장치 및 분리 방법에 관한 것이다.

엑소좀(exosome)은 살아있는 세포에서 지속적으로 다량 분비되는 30∼150nm의 인지질 이중막 구조를 가진 작은 베지클(vesicle, 소낭)로, 세포간 통신 교류의 운반체로서 모세포의 단백질, 핵산 및 대사성 소분자와 같은 특정 성분을 운반한다. 수많은 연구에 따르면, 엑소좀은 면역 탈출, 혈관 형성(angiogenesis, 혈관 신생), 종양 전이 및 종양 내성을 포함하는 종양 진행의 다양한 사건에 관여하고 있다는 것이 밝혀져 있다. 엑소좀은 암세포에서 조기에 지속적으로 방출되어 환자의 혈액 순환계에 들어갈 수 있으며, 지질 이중막 구조는 운반된 단백질과 캡슐화된 핵산류 물질을 효과적으로 보호할 수 있다. 엑소좀은 혈액, 소변, 복수, 조직액, 눈물, 타액 및 뇌척수액을 포함한 다양한 임상 시료에 광범위하게 안정적으로 존재한다. 그 중 혈액과 소변의 엑소좀 수가 많아 임상 샘플링이 용이하다. 따라서, 엑소좀은 체외 진단 연구 및 종양 임상 시험 분야의 핵심 연구 대상으로 여겨지고 있으며, 조기 종양 진단, 종양 전이 및 재발 평가, 종양 이질성 평가, 종양 발생 진행 및 치료 효과의 동태적 검출, 약물 내성 돌연변이 검출, 개인 맞춤 투약 등에 있어서 임상적 가치가 커질 것으로 기대되고 있다.

현재, 엑소좀의 임상적 적용에 있어서의 가장 큰 걸림돌은 고순도 엑소좀을 빠르고 안정적이며 효율적으로 추출할 수 있는 표준 방법이 없다는 점이다. 초원심분리, 크기 배제 크로마토그래피, 자기 비드 기반 면역친화성 포획, 폴리에틸렌 글리콜 기반 침전, 한외여과 및 미세 유체학을 비롯한 다양한 엑소좀 정제 기술이 시장에 존재하고 있다. 그러나, 상기 정제 방법은 다음과 같은 결점을 갖는다: 1) 낮은 회수율; 2) 낮은 순도; 3) 분리된 엑소좀의 불량한 무결성; 4) 불량한 재현성; 5) 원치 않는 불순물의 도입 가능성; 6) 바이오마커의 필요성; 7) 시간 및 노동 소모; 8) 높은 비용. 초원심분리는 현재 엑소좀 정제에 가장 많이 사용되는 방법이지만, 수율이 낮고(회수율: 5%∼25%), 조작 과정이 복잡하며, 시간 소모가 크고(4시간 이상), 고가의 장비에 의존하는 등 몇 가지 한계점이 있다. 또한, 면역 포획 기반 분리 방법은 중등도에서 고순도의 엑소좀을 수집할 수 있지만, 이러한 방법은 항체의 특이성과 복잡한 작업 단계로 인해 표준화가 어렵고, 많은 양의 임상 시료 및 큰 체적의 임상 시료를 처리하는 데 적합하지 않다. 최근에는 유체역학적 또는 음향적 분리, 면역포획, 유전영동 등 미세유체 기반 엑소좀 분리 방법도 여러 차례 보고되고 있다. 그러나, 여전히 낮은 처리량, 복잡한 작업 과정 및 낮은 반복성 문제를 해결할 수 없으며, 다른 실험실 사이의 결과 일관성을 달성하기 어렵다.

이러한 관점에서, 본 발명은 고순도 엑소좀을 빠르고 안정적이며 효율적으로 추출할 수 있는 분리 장치를 제공한다.

또한, 상술한 분리 장치를 이용하여 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하는 방법을 제공하는 것도 필요하게 된다.

본 발명은 복수의 액체 샘플로부터 대상 입자를 분리 및 정제하기 위한 분리 장치를 제공하며, 상기 분리 장치는，복수의 분리 칩과 진공 시스템을 포함하고,

각각의 분리 칩은,

상기 액체 샘플을 수용하는 샘플 셀; 및

상기 샘플 셀의 양측에 위치한 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함하며,

상기 진공 시스템은, 제1 진공 펌프와 제2 진공 펌프를 포함하고,

상기 제1 진공 펌프는 각 분리 칩의 제1 개구부에 연결되고, 상기 제1 진공 펌프는 상기 제1 개구부를 통해 상기 분리 칩에 부압을 발생시켜 상기 샘플 셀 내의 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하고,

상기 제2 진공 펌프는 각 분리 칩의 제2 개구부에 연결되고, 상기 제2 진공 펌프는 상기 제2 개구부를 통해 상기 분리 칩에 부압을 발생시켜 상기 샘플 셀 내의 액체 샘플에서 대상 입자를 분리한다.

본 발명은 또한 상기 분리 장치를 이용하여 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하는 분리 방법을 제공하며, 상기 분리 방법은,

액체 샘플을 분리 칩의 샘플 셀에 제공하는 단계;

제1 진공 펌프를 작동시켜 제1 개구부를 통해 상기 분리 칩 내에 부압을 발생시키는 단계;

상기 제1 진공 펌프의 작동을 중지시키는 단계;

제2 진공 펌프를 작동시켜 제2 개구부를 통해 상기 분리 칩 내에 부압을 발생시키는 단계;

상기 제2 진공 펌프의 작동을 중지시키고 상기 제1 진공 펌프를 재가동시키는 단계; 및

위의 단계를 반복하여, 상기 제1 진공 펌프와 상기 제2 진공 펌프를 교대로 작동시켜 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부에서 교대로 부압을 발생시킴으로써, 상기 샘플 셀 내의 상기 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하는 단계를 포함한다.

상기한 바와 같은 분리 장치에 의하면, 큰 체적의 생물학적 샘플로부터 엑소좀을 효율적으로 정제할 수 있는 특징이 있다. 상기 분리 장치의 장점은 다음과 같다: 1) 높은 처리량(분리 칩을 병렬로 설치하여, 복수의 액체 샘플의 병행 처리를 실현할 수 있음); 2) 자동화 처리; 3) 간단하고 표준화된 작업; 4) 높은 수율 및 높은 순도; 5) 바이오마커가 필요 없음; 6) 비용 효율성; 7) 높은 안정성 및 재현성; 8) 혈장, 소변, 뇌척수액, 타액, 눈물, 젖액 및 세포 배양액을 포함한 다양한 생물학적 샘플을 처리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 분리 칩의 개략적인 구조도이다.
도 2는 도 1에 도시된 분리 칩의 구조를 분해하는 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시된 분리 칩과 기존의 한외여과법을 이용한 엑소좀 분리의 여과속도의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 분리 장치의 기능 모듈의 개략도이다.
도 5a는 도 4에 도시된 분리 장치의 액체 회로의 개략도이다.
도 5b는 도 4에 도시된 분리 장치의 분리 제어 시스템의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리 칩에 가해지는 부압의 개략도이다.
도 7은 도 4에 도시된 분리 장치의 샘플링 모듈의 작동 원리도이다.

이하, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 출원의 실시예의 기술적 솔루션은 본 출원의 실시예의 도면을 참조하여 아래에서 명확하고 완전하게 설명될 것이다. 자명하게, 설명된 실시예는 전부가 아니라 본 출원의 실시예의 일부일 뿐이다. 본 발명의 실시예에 기초하여, 당업자에 의해 창조적인 작업 없이 획득된 다른 모든 실시예는 본 발명의 실시예의 보호 범위 내에 속한다.

요소가 다른 요소에 "고정된" 것으로 언급될 때, 다른 요소에 직접 있을 수 있거나 중간 요소가 또한 존재할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 요소가 다른 요소에 "연결된" 것으로 간주될 때 다른 요소에 직접 연결되거나 중간 요소가 동시에 존재할 수 있다. 요소가 다른 요소에 "배치" 또는 "설치" 또는 "제공"된 것으로 간주되는 경우, 다른 요소에 직접 배치되거나 중간에 있는 요소가 동시에 존재할 수 있다.

달리 정의되지 않는 한, 여기에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명의 실시예의 기술 분야의 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에서 본 발명의 설명에 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명의 실시예를 제한하려는 의도는 아니다.

본 발명의 일 실시예는 특정 크기의 대상 입자(target particle)를 얻기 위해 액체 샘플에서 다양한 크기의 입자를 분리 및 정제하는데 사용되는 분리 칩을 제공한다. 상기 액체 샘플은 인간 혈장, 혈청, 뇌척수액, 타액, 소변, 눈물, 젖액, 위액, 세포 배양액 등일 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 분리 칩(10)의 개략적인 구조도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 분리 칩(10)은 샘플 셀(11), 제1 챔버(16) 및 제2 챔버(18)를 포함한다. 상기 제1 챔버(16) 및 상기 제2 챔버(18)는 각각 상기 샘플 셀(11)의 서로 마주보는 양측에 위치된다.

상기 샘플 셀(11)은 제1 측면 커버(111)와 제2 측면 커버(112)를 포함하고, 상기 제1 측면 커버(111)와 상기 제2 측면 커버(112)는 상기 샘플 셀(11)의 서로 마주보는 양측에 배치된다. 상기 제1 측면 커버(111)는 제1 돌출부(12)를 구비하고, 상기 제1 돌출부(12)는 상기 제1 측면 커버(111)를 상기 제1 돌출부(12)의 한쪽에 위치하는 제1 커버부(1111)와 상기 제1 돌출부(12)의 다른 쪽에 위치하는 제2 커버부(1112)로 분할한다. 상기 제2 측면 커버(112)는 제1 돌출부(12)와 대향하는 제2 돌출부(13)를 구비하고, 상기 제2 돌출부(13)는 상기 제2 측면 커버(112)를 상기 제2 돌출부(13)의 한쪽에 위치하는 제3 커버부(1121)와 상기 제2 돌출부(12)의 다른 쪽에 위치하는 제4 커버부(1122)로 분할한다. 상기 제1 커버부(1111), 상기 제3 커버부(1121), 상기 제1 돌출부(12) 및 상기 제2 돌출부(13)는 함께 상기 샘플 셀(11)을 형성한다. 상기 샘플 셀(11)의 상단에는 액체 샘플을 첨가 및/또는 추출하기 위한 샘플 셀 개구부(113)가 제공된다.

상기 제1 측면 커버(111)의 바닥에서 제1 돌출부(12)와 대향하는 위치에 칩 기판(14)이 제공된다. 상기 제1 돌출부(12)와 상기 칩 기판(14) 사이에 제1 여과막(15)이 제공되고, 상기 제1 여과막(15)은 상기 제2 커버부(1112)와 대향되며, 상기 제2 커버부(1112), 상기 제1 여과막(15) 및 상기 칩 기판(14)은 함께 상기 제1 챔버(16)를 형성한다. 상기 제1 챔버(16)는 상기 제1 여과막(15)을 통해 상기 샘플 셀(11)과 연통한다. 상기 제1 챔버(16)에는 제1 개구부(161)가 제공되고, 상기 제1 개구부(161)는 상기 제1 챔버(16)를 외부 환경과 연통시키기 위해 사용된다.

상기 제2 측면 커버(112)의 바닥에서 제2 돌출부(13)와 대향하는 위치에 또 다른 칩 기판(14)이 제공된다. 상기 제2 돌출부(13)와 상기 칩 기판(14) 사이에는 제2 여과막(17)이 제공되고, 상기 제2 여과막(17)은 상기 제4 커버부(1122)와 대향된다. 상기 제4 커버부(1122), 상기 제2 여과막(17) 및 상기 칩 기판(14)은 함께 상기 제2 챔버(18)를 형성한다. 상기 제2 챔버(18)는 상기 제2 여과막(17)을 통해 상기 샘플 셀(11)과 연통되며, 상기 제2 챔버(18)에는 제2 개구부(181)가 제공되고, 상기 제2 개구부(181)는 상기 제2 챔버(18)를 외부 환경과 연통시키기 위해 사용된다.

이 실시예에서, 상기 제1 돌출부(12)와 상기 제2 돌출부(13) 사이에 간극(미도시)이 제공되고, 상기 간극은 샘플 셀(11) 내의 액체 샘플이 상기 샘플 셀(11) 밖으로 흐르도록 하기 위해 사용되며, 액체 샘플은 상기 제1 여과막(15) 또는 상기 제2 여과막(17)을 통해 각각 상기 제1 챔버(16) 또는 상기 제2 챔버(18)로 들어간다. 보다 구체적으로는, 상기 제1 돌출부(12)의 상기 칩 기판(14)과 대향하는 한쪽에 제1 슬롯(121)이 제공되고, 상기 칩 기판(14)의 대응하는 위치에 제2 슬롯(미도시)이 제공되며, 상기 여과막(15)은 상기 제1 슬롯(121)과 상기 제2 슬롯 사이에 클램핑 및 고정된다. 마찬가지로, 상기 제2 돌출부(13)의 상기 칩 기판(14)과 대향하는 한쪽에 제3 슬롯(131)이 제공되고, 상기 칩 기판(14)의 대응하는 위치에 제4 슬롯(미도시)이 제공되며, 상기 여과막(17)은 상기 제3 슬롯(131)과 상기 제4 슬롯 사이에 클램핑 및 고정된다.

상기 분리 칩(10)은 대칭 구조를 갖는다. 분리 칩(10)은 또한 비대칭 구조 또는 본 발명의 구상을 실현할 수 있는 임의의 다른 구조를 가질 수 있다는 점에 유의해야 한다.

상기 분리 칩(10)을 사용할 때, 샘플 셀(11)에 액체 샘플을 첨가하고, 상기 제1 개구부(161) 및 상기 제2 개구부(181)는 각각 진공 시스템(30)에 연결된다(도 4 참조). 진공 시스템(30)이 상기 제1 개구부(161)를 통해 상기 제1 챔버(16)의 공기를 흡입할 때, 상기 제1 챔버(16)에 부압이 발생된다. 상기 제1 챔버(16)의 부압의 작용 하에, 샘플 셀(11) 내의 액체 샘플 중에서 크기가 제1 여과막(15)의 여과 공경(기공 크기)보다 작은 성분이 제1 여과막(15)을 통해 제1 챔버(16)로 흐른다. 진공 시스템(30)이 상기 제2 개구부(181)를 통해 상기 제2 챔버(18)의 공기를 흡입할 때, 상기 제2 챔버(16)에 부압이 발생된다. 상기 제2 챔버(18)의 부압의 작용 하에, 샘플 셀(11) 내의 액체 샘플 중에서 크기가 제2 여과막(17)의 여과 공경보다 작은 성분이 제2 여과막(17)을 통해 제2 챔버(16)로 흐른다. 일 실시예에서, 상기 진공 시스템(30)은 2개의 부압 펌프일 수 있으며, 그 중 하나의 부압 펌프는 제1 개구부(161)에 연결되고, 다른 하나의 부압 펌프는 제2 개구부(181)에 연결되며, 이들 2개의 부압 펌프는 교대로 부압을 제공한다. 상기 제1 챔버(16) 및 상기 제2 챔버(18)에서 반복적으로 교대로 부압을 발생시켜, 액체 샘플이 효과적으로 제1 여과막(15) 및 제2 여과막(17)을 교대로 반복적으로 흐르게 할 수 있으므로, 액체 샘플의 크기가 제1 여과막(15) 및 제2 여과막(17)의 공경보다 큰 성분은 샘플 셀(11)에 남아 있게 된다. 상기 분리 칩(10)의 구조 설계는 제1 여과막(15) 및 제2 여과막(17)의 표면에 흡착된 성분을 반복적으로 교체되는 부압 변화로 인해 여과막의 표면에서 쉽게 떨어지게 하여 여과막의 막 기공이 막히는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

교대로 발생하는 부압의 작용 하에, 여과 및 막 진동이 교대로 발생하는바, 그에 따라 분리 중에 엑소좀을 재현탁하여 막 막힘을 방지할 수 있다. 기존의 막 분리와 비교하면, 실험 결과는 도 3에 도시된 바와 같이 된다. 즉, 상기 분리 칩(10)은 30분 이내에 기존의 한외여과 방법(3mL)을 훨씬 능가하는 20mL의 소변 및 세포 배양액을 처리할 수 있다.

상기 분리 칩(10)의 샘플 셀(11), 제1 챔버(16) 및 제2 챔버(18)의 본체 부분은 플라스틱, 유리, 금속 또는 복합 재료로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 분리 칩(10)의 샘플 셀(11), 제1 챔버(16) 및 제2 챔버(18)의 본체는 폴리에틸렌이민(polyethylene imine, PEI) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA)와 같은 투명 재료(transparent material)로 제조된다. 상기 분리 칩(10)의 가공 방법은 가공 성형 및 사출 성형(射出成型)을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 상기 제1 여과막(15)과 상기 제2 여과막(17)은 동일한 막 재료로 이루어질 수도 있고, 서로 다른 막 재료로 이루어질 수도 있다. 상기 제1 여과막(15)과 상기 제2 여과막(17)은 동일한 평균 여과막 공경 및/또는 공경 분포를 가질 수도 있고, 다른 평균 여과막 공경 및/또는 공경 분포를 가질 수도 있다. 상기 제1 여과막(15)(또는 제2 여과막(17))은 하나의 막 재료로 만들어질 수도 있고, 복수의 막 재료의 조합으로 만들어질 수도 있다. 상기 제1 여과막(15) 및 상기 제2 여과막(17)은 다공성 세라믹 재료, 다공성 플라스틱 재료 및 다공성 금속 재료를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다공성 재료일 수 있다. 구체적으로는, 상기 제1 여과막(15) 및 상기 제2 여과막(17)은 양극 산화 알루미늄막(anodized aluminum membrane, AAO), 폴리카보네이트(polycarbonate)막, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate)막, 폴리에틸렌(polyethylene)막, 폴리프로필렌(polypropylene)막, 폴리스티렌(polystyrene)막 중에서 선택될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 제1 여과막(15) 및 상기 제2 여과막(17)은 양극 산화 알루미늄막의 높은 공극률 및 균일한 공경을 고려하여 양극 산화 알루미늄막을 사용한다.

상기 제1 여과막(15) 및 상기 제2 과막(17)의 공경은 액체 샘플 및 대상 입자의 종류에 따라 설계될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제1 여과막(15) 및 상기 제2 여과막(17)의 공경은 20 나노미터이다. 이는 엑소좀(30∼150 nm)의 크기보다 약간 작으며, 200나노미터 여과막을 통과한 세포 배양액 샘플에서 엑소좀을 분리 정제하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예는 또한 분리 장치를 제공한다. 도 4는 분리 장치(100)의 개략도를 도시한다. 상기 분리 장치(100)는 본체 모듈(101), 보조 모듈(102) 및 인터랙티브 모듈(103)을 포함한다.

상기 본체 모듈(101)은 복수의 액체 샘플을 동시에 분리 및 정제하여 정제 효율을 향상시키기 위해 사용된다. 상기 본체 모듈(101)은 제1 지지대(1), 제2 지지대(2), 액체 공급 유닛(20), 진공 시스템(30), 주파수 변환 모듈(40) 및 액체 수집 유닛(50)을 포함한다.

도 7은 상기 분리 장치(100)의 샘플링 모듈의 작동 원리를 도시한 것으로, 상기 제1 지지대(1)는 상술한 바와 같이 복수의 분리 칩(10)을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 제1 지지대(1)의 분리 칩(10)의 수는 12개이다. 상기 제1 지지대(1)는 구동 부재(예를 들어 모터, 미도시)의 작용 하에 제1 회전축(3)를 중심으로 회전할 수 있으며, 예를 들어 시계 방향 또는 역시계 방향으로 회전할 수 있는바, 상기 제1 지지대(1) 상의 각 분리 칩(10)을 회전하도록 구동하여 각각의 분리 칩(10)을 미리 설정된 제1 위치(5)로 각각 이동시킬 수 있다. 상기 미리 설정된 제1 위치(5)는 샘플링 위치이다. 여기서, 복수의 분리칩(10)은 상기 제1 지지대(1)의 제1 회전축(3)을 중심으로 상기 제1 지지대(1)의 주위에 설치된다. 상기 제1 지지대(1) 상의 상기 분리 칩(10)의 수는 필요에 따라 대응하여 증가 또는 감소될 수 있다는 점을 이해해야 한다.

상기 제2 지지대(2)는 복수의 용기(21)를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 용기(21)의 수는 상기 분리 칩(10)의 수와 같은 12개이다. 상기 제2 지지대(2)는 구동 부재(예를 들어 모터, 미도시)의 작용 하에 제2 회전축(4)를 중심으로 회전할 수 있으며, 예를 들어 시계 방향 또는 역시계 방향으로 회전할 수 있는바, 상기 제2 지지대(2) 상의 각 분리 칩(21)을 회전하도록 구동하여 각각의 용기(21)를 미리 설정된 제2 위치(6)로 각각 이동시킬 수 있다. 여기서, 복수의 용기(21)는 상기 제2 지지대(2)의 제2 회전축(4)을 중심으로 상기 제2 지지대(2) 상의 주위에 설치된다.

상기 액체 공급 유닛(20)은 테스트 대기 샘플실(210), 제1 제어 밸브(220) 및 세정액실(230)을 포함한다. 테스트 대기 샘플실(210)은 액체 샘플을 저장하기 위한 것으로, 액체 샘플은 동일한 샘플일 수도 있고 서로 다른 복수의 샘플일 수도 있다. 상기 세정액실(230)은 세정액을 저장하기 위해 사용된다. 상기 제1 제어 밸브(220)는 테스트 대기 샘플실(210)의 액체 샘플과 상기 세정액실(230)의 세정액을 상기 용기(21)에 주입하도록 제어한다.

상기 액체 수집 유닛(50)은 적어도 하나의 샘플링 부재(510)를 포함하며, 상기 샘플링 부재(510)는 제3 회전축(7)을 중심으로 회전하여 샘플링 궤적(T)을 형성할 수 있고, 상기 미리 설정된 제1 위치(5) 및 상기 미리 설정된 제2 위치(6)는 상기 세정액 샘플링 궤적(T) 상에 위치한다. 상기 샘플링 부재(510)는 상기 미리 설정된 제2 위치(6)에서 상기 용기(21) 내의 액체 샘플 또는 세정액을 수집하고, 수집된 액체 샘플 또는 세정액을 상기 미리 설정된 제1 위치(5)의 분리 칩(10)에 주입함으로써, 상기 분리 칩(10)이 대상 입자를 분리하고 세정하도록 한다. 일 실시예에서, 상기 샘플링 부재(510)는 샘플링 바늘이고, 샘플링 바늘의 수는 2개이다. 여기서 하나의 샘플링 부재(510)는 상기 제1 지지대(1)와 상기 제2 지지대(2)를 연결하는 선의 한쪽에 위치하고, 다른 하나의 샘플링 부재(510)는 상기 제1 지지대(1)와 상기 제2 지지대(2)를 연결하는 상기 선의 다른 쪽에 위치한다. 각 샘플링 부재(510)는 샘플링 궤적(T) 중 하나에 대응되며, 상기 미리 설정된 제1 위치(5) 및 미리 설정된 제2 위치(6)의 수는 각각 2개이다. 여기서, 하나의 미리 설정된 제1 위치(5) 및 대응하는 미리 설정된 제2 위치(6)는 하나의 샘플링 부재(510)의 샘플링 궤적(T)에 위치하고, 다른 하나의 미리 설정된 제1 위치(5) 및 대응하는 다른 하나의 미리 설정된 제2 위치(6)는 다른 하나의 샘플링 부재(510)의 샘플링 궤적에 위치한다. 2개의 상기 샘플링 부재(510)는 동시에 또는 개별적으로 작동할 수 있다. 각각의 액체 공급 유닛(20)은 또한 액체의 흐름에 동력을 공급하기 위한 동력 펌프 또는 흡입 펌프와 같은 동력부를 포함할 수 있다.

상기 진공 시스템(30)은 각각 제1 지지대(1) 상의 각 분리 칩(10)의 제1 챔버(16) 및 제2 챔버(18)에 부압을 발생시키기 위해 사용된다. 상기 진공 시스템(30)은 2개의 독립적인 진공 시스템일 수 있거나 단일의 진공 시스템일 수 있다. 상기 진공 시스템(30)은 또한 마이크로 진공 펌프 또는 마이크로 흡입 펌프와 같은 장치를 포함할 수 있다. 상기 진공 시스템(30)과 각각의 분리 칩(10)은 기밀성이 높은 파이프에 의해 연결될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 일 실시예에서, 상기 진공 시스템(30)은 제1 진공 펌프(310)와 제2 진공 펌프(320)를 포함하고, 복수의 상기 분리 칩(10)은 상기 제1 진공 펌프(310)와 상기 제2 진공 펌프(320) 사이에 병렬로 연결된다. 즉, 상기 제1 진공 펌프(310)와 각 분리 칩(10)의 제1 개구부(161)가 서로 연결되고, 상기 제2 진공 펌프(310)와 각 분리 칩(10)의 제2 개구부(181)가 서로 연결된다.

상기 주파수 변환 모듈(40)은 상기 진공 시스템(30)과 전기적으로 연결되고, 상기 주파수 변환 모듈(40)은 상기 진공 시스템(30)에 공급되는 전원 전압을 제어하여 제1 챔버(16)와 제2 챔버(18) 각각에 부압이 교대로 발생되도록 한다. 복수의 분리칩(10)이 병렬로 연결되어 있기 때문에, 동일한 강도의 부압이 교대로 발생되어 모든 분리 칩(10)에 동시에 작용할 수 있다. 다른 실시예에서, 동시에 작업하는 상기 제1 지지대(1) 상의 상기 분리 칩(10)의 수가 많은 경우(6개를 초과하는 경우), 복수의 분리 칩(10)은 2개 이상의 그룹으로 분할되어 복수의 진공 시스템(30)에 각각 병렬로 연결됨으로써, 부압이 감쇠 없이 안정적으로 작동할 수 있도록 한다.

일 실시예에서, 상기 주파수 변환 모듈(40)은 주파수 변환기(410) 및 주파수 변환기(410)에 연결된 제2 제어 밸브(420)를 포함한다. 상기 제2 제어 밸브(420)는 솔레노이드 밸브 및 로터리 밸브를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 액체 회로 변환기일 수 있다. 상기 제2 제어 밸브(420)는 상기 제1 진공 펌프(310) 및 제2 진공 펌프(320) 중 어느 하나와 각각 연통되어, 제1 진공 펌프(310) 및 제2 진공 펌프(320)가 교대로 반복적으로 작동하도록 한다. 예를 들어, 상기 제2 제어 밸브(420)는 상기 제1 진공 펌프(310)에 연결되고, 상기 주파수 변환기(410)는 상기 제1 진공 펌프(310)의 작동을 제어함으로써, 각각의 제1 개구부(161)를 통해 공기를 흡입하여 각각의 제1 챔버(16)에 부압이 발생되도록 하고, 각 샘플 셀(11) 중의 액체 샘플 내의 액체 및 크기가 각각의 제1 여과막(15)의 공경보다 작은 성분은 부압의 작용 하에 각각의 제1 여과막(15)을 통과하여 각각의 제1 챔버(16)로 진입한다. 동시에 각 샘플 셀(11)의 액체 샘플은 각각의 제2 여과막(17)에서 역류 현상(back flow)을 발생시켜, 각각의 제2 여과막(17)에 부착된 성분을 줄이거나 제거하여 여과 및 분리 과정에서 여과막이 막히는 것을 방지한다. 다음에, 상기 주파수 변환기(410)는 상기 제1 진공 펌프(310)가 작동을 중지하도록 제어한다. 이후, 상기 제2 제어 밸브(420)는 상기 제2 진공 펌프(320)와 연통하도록 전환되고, 상기 주파수 변환기(410)는 상기 제2 진공 펌프(320)가 작동하도록 제어함으로써, 각각의 제2 개구부(181)를 통해 공기를 흡입하여 각 제2 챔버(18)에 부압이 발생되도록 하고, 각 샘플 셀(11) 중의 액체 샘플 내의 액체 및 크기가 각각의 제2 여과막(17)의 공경보다 작은 성분은 부압의 작용 하에 각각의 제2 여과막(17)을 통과하여 각각의 제2 챔버(18)로 진입한다. 동시에 각 샘플 셀(11)의 액체 샘플은 각각의 제1 여과막(15)에서 역류 현상(back flow)을 발생시켜, 각각의 제1 여과막(15)에 부착된 성분을 줄이거나 제거하여 여과 및 분리 과정에서 여과막이 막히는 것을 방지한다. 상기 단계를 여러 번 반복한다. 도 6을 참조하면, 일 실시예에서, 상기 진공 시스템(30)은 제1 챔버(16) 및 제2 챔버(18) 각각에 부압을 교대로 발생시켜 주기적 사다리꼴 펄스 신호를 형성한다. 상기 사다리꼴 펄스 신호의 강도는 -10∼-80kpa이다. 다른 실시예에서, 상기 사다리콜 펄스 신호는 또한 주기적 사인파 신호 또는 직사각형 신호로 대체될 수 있다. 다른 실시예에서, 혈장 샘플에 단백질이 많은 것을 감안하여, 여과막의 막힘을 더 방지하기 위해 챔버 중 하나에서 부압을 발생시키고 다른 챔버에서 정압을 발생시켜, 여과막에서의 역류 현상을 강화할 수 있다. 작동 중, 교대로 변화하는 부압의 강도, 교대 시간, 주기 및 총 작동 시간은 액체 샘플의 유형에 따라 대응되게 조정하여, 여과막에서 역류 효과가 최적화되도록 한다. 교대로 발생하는 부압의 작용 하에서, 핵산 분자(RNA, DNA), 지단백질, 지질, 단백질 및 펩티드 사슬 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 액체 샘플의 작은 크기의 불순물은 각각의 제1 여과막(15) 및 각각의 제2 여과막(17)을 통과하여 제1 개구부(161) 및 제2 개구부(181)를 통해 흡입되고, 더 큰 크기의 엑소좀은 각각의 샘플 셀(11)에 남아 있게 된다. 마지막으로, 각각의 샘플 셀(11)로부터 높은 순도를 갖는 농축된 엑소좀 샘플을 얻는다. 각각의 제1 여과막(15)과 각각의 제2 여과막(17)은 서로 대향하고 있다.

또한, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 본체 모듈(101)은 복수의 제1 액체 저장실(330) 및 복수의 제2 액체 저장실(340)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 액체 저장실(330)은 상기 제1 진공 펌프(310)와 각 분리 칩(10)의 제1 개구부(161) 사이에 제공되고, 상기 제1 액체 저장실(330)은 각각 제1 진공 펌프(310)와 각 분리 칩(10)의 제1 챔버(16)와 연통된다. 상기 제2 액체 저장실(340)은 상기 제2 진공 펌프(320)와 각 분리 칩(10)의 제2 개구부(181) 사이에 제공되고, 상기 제2 액체 저장실(340)은 각각 제2 진공 펌프(320)와 각 분리 칩(10)의 제2 챔버(18)와 연통된다. 각각의 제1 액체 저장실(330)과 각각의 제2 액체 저장실(340)은 각 분리칩(10)의 액체가 진공 펌프로 유입되는 것을 방지하기 위한 안전 병(safety bottle)으로 사용될 수 있으며, 분리 후 각 분리 칩(10)에 남아 있는 액체 또는 세정액을 수집하는 폐기 액체병으로도 사용될 수 있다.

상기 보조 모듈(102)은 상기 분리 장치(100)의 안정적인 작동을 보장하고 분리 및 정제 효과를 향상시키기 위해 사용된다. 상기 보조 모듈(102)은 검출기(60) 및 제어기(70)를 포함한다.

상기 검출기(60)는 각각의 분리 칩(10)의 샘플 셀(11) 내의 액면 높이를 검출하기 위해 사용된다.

상기 제어기(70)는 상기 검출기(60) 및 상기 주파수 변환 모듈(40)과 전기적으로 연결된다. 상기 제어기(70)는 상기 검출기(60)에 의해 검출된 액면 높이를 획득하고, 액면 높이와 액체 샘플의 미리 설정된 첨가량을 조합하여 액체 샘플 및 세정액을 첨가할 필요가 있는지 또는 분리 및 정제가 완료되었는지를 판단하기 위해사용된다. 상기 액체 샘플의 분리 및 정제가 완료된 것으로 판단되면, 상기 제어기(70)는 상기 주파수 변환 모듈(40)이 작동을 중지하도록 제어함으로써, 상기 분리 칩(10)의 상기 제1 챔버(16) 및 상기 제2 챔버(18)에 부압이 발생되지 않도록 한다. 여기서, 상기 제어기(70)는 하드웨어 또는 펌웨어(firmware)에 내장된 논리적 관계의 집합일 수 있거나, 프로그래밍 언어로 작성되고 메모리 또는 다른 펌웨어에 저장된 일련의 프로그램일 수 있다. 일 실시예에서, 또한 상기 제어기(70)는 미리 설정된 부압 파라미터에 따라 제1 챔버(16) 및 제2 챔버(18)에서 대응하는 부압을 교대로 발생시키도록, 상기 주파수 변환 모듈(40)을 제어하도록 구성된다.

상기 인터랙티브 모듈(103)은 분리 장치(100)가 작동할 수 있도록 실제 분리 및 정제 과정에서 사용 요구 사항을 충족시키기 위해 사용된다. 상기 인터랙티브 모듈(103)은 인터랙티브 인터페이스(80)를 포함한다. 상기 인터랙티브 인터페이스(80)는 작업자가 분리장치(100)의 입력 유닛(예를 들어, 터치스크린, 키보드, 마우스 등)을 통해 분리 정제 파라미터를 입력하기 위해 사용되는바, 즉 작업자는 인터랙티브 인터페이스(80)를 통해 분리 정제 과정에서 필요한 분리 정제 파라미터를 미리 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 분리 정제 파라미터는 액체 샘플의 미리 설정된 첨가량, 세정액의 미리 설정된 첨가량, 및 부압 파라미터를 포함한다. 상기 부압 파라미터는 부압의 강도, 교대 시간, 주기 및 총 작동 시간 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 제어기(70)는 또한 상기 인터랙티브 인터페이스(80)와 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 제어기(70)는 상기 인터랙티브 인터페이스(80)를 통해 입력된 분리 정제 파라미터를 획득하고, 상기 분리 정제 파라미터에 따라 상기 주파수 변환 모듈(40) 또는 액체 공급 유닛(20)이 대응하여 작동하도록 제어할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 인터랙티브 모듈(103)은 전송 인터페이스(81)를 더 포함할 수 있고, 상기 전송 인터페이스(81)는 외부 장치(예를 들어, 작업자의 USB, 휴대폰 등)를 연결하기 위해 사용된다. 이로써, 외부 장치로 상기 분리 정제 파라미터를 전송하고, 작업자는 각 액체 샘플의 분리 및 정제 완료 후 관련된 분리 정제 데이터를 검토할 수 있다. 여기서, 상기 전송 인터페이스는 USB 인터페이스 또는 무선 인터페이스일 수 있다.

본 발명에서 제공하는 분리장치를 이용하여 액체 샘플 내의 대상 입자를 자동으로 분리하고, 여과막을 통과할 수 없는 샘플 셀 내의 성분을 분리함과 동시에 샘플 셀 내의 양측에 있는 챔버의 부압을 변화시켜 샘플 셀 내의 기체 및 액체의 흐름 방향을 변경하여 여과막의 표면에 부착되는 성분을 감소시킴으로써, 여과분리 과정에서, 여과막이 막히는 상황을 방지할 수 있다. 상기 분리 장치는 비용이 저렴하고 사용이 간편하며 실험자의 작업량을 크게 줄일 수 있다.

본 발명의 실시예는 또한 분리 장치(100)에 응용되는 분리 제어 시스템(200)을 제공한다. 상기 분리 장치(100)의 보조 모듈(102)은 메모리(71)를 더 포함할 수 있고, 상기 분리 제어 시스템(200)은 상기 메모리(71)에 저장된다. 상기 분리 제어 시스템(200)은 프로그램 코드로 구성된 하나 이상의 프로그램 모듈을 포함한다. 상기 제어기(70)는 상기 분리 제어 시스템(200)의 각 프로그램 모듈을 로딩 및 실행하여, 상기 분리 장치(100)의 분리 및 정제 기능을 구현한다. 여기서, 도 4 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 분리 제어 시스템(200)은 액체 회로 및 기계 모듈(202), 메인 제어 모듈(203)을 포함한다.

상기 액체 회로 및 기계 모듈(202)은 각 샘플링 부재(510)를 제어하여 액체 샘플 및 세정액이 대응하는 분리 칩(10)의 샘플 셀(11)에 주입되도록 한다.

상기 메인 제어 모듈(203)은 상기 주파수 변환 모듈(40)을 통하여, 상기 진공 시스템(30)을 제어하여, 각 분리 칩(10)의 제1 챔버(16)와 제2 챔버(18) 각각에 부압이 교대로 발생되도록 한다. 일 실시예에서, 상기 진공 시스템(30)은 제1 진공 펌프(310)와 제2 진공 펌프(320)를 포함하며, 상기 제1 진공 펌프(310)와 각 분리 칩(10)의 제1 개구부(161)가 서로 연결되고, 상기 제2 진공 펌프(310)와 각 분리 칩(10)의 제2 개구부(181)가 서로 연결된다. 상기 주파수 변환 모듈(40)은 주파수 변환기(410) 및 상기 주파수 변환기(410)에 연결된 제2 제어 밸브(420)를 포함한다. 상기 메인 제어 모듈(203)은 상기 제2 제어 밸브(420)가 상기 제1 진공 펌프(310)와 연통하도록 제어하고, 상기 주파수 변환기(410)는 상기 제1 진공 펌프(310)가 작동하도록 제어하여, 각각의 제1 개구부(161)를 통해 공기를 흡입하여 각각의 제1 챔버(16) 내부에 부압이 발생되도록 한다.

상기 메인 제어 모듈(203)은 상기 제2 제어 밸브(420)를 전환하여 상기 제2 진공 펌프(310)와 연통하도록 제어하고, 상기 주파수 변환기(410)는 상기 제2 진공 펌프(320)가 작동하도록 제어하여, 각각의 제2 개구부(181)를 통해 공기를 흡입하여 각각의 제2 챔버(18) 내부에 부압이 발생되도록 한다.

일 실시예에서, 상기 분리 장치(100)는 검출기(60)를 더 포함한다. 상기 검출기(60)는 각각의 분리 칩(10)의 샘플 셀(11) 내의 액면 높이를 검출하기 위해 사용된다. 상기 분리 제어 시스템(200)은 구동 제어 모듈(201)을 더 포함하는바, 상기 구동 제어 모듈(201)은 상기 검출기(60)에 의해 검출된 액면 높이를 획득하고, 상기 액면 높이와 액체 샘플의 미리 설정된 첨가량을 조합하여 액체 샘플의 분리 및 정제가 완료되었는지를 판단한다. 액체 샘플의 분리 및 정제가 완료된 것으로 판단되면, 상기 구동 제어 모듈(201)은 상기 메인 제어 모듈(203)에 중지 명령을 전송한다. 상기 메인 제어 모듈(203)은, 중지 명령에 응답하여, 상기 주파수 변환 모듈(40)이 작동을 중지하도록 제어하는바, 대응하는 분리 칩(10)의 제1 챔버(16) 및 제2 챔버(18)에 부압이 발생되지 않도록 중지시킨다.

일 실시예에서, 상기 구동 제어 모듈(201)은 미리 설정된 부압 파라미터를 획득하고, 미리 설정된 부압 파라미터를 포함하는 제1 제어 명령을 상기 메인 제어 모듈(203)에 전송한다. 상기 메인 제어 모듈(203)은 상기 제1 제어 명령에 응답하여, 상기 미리 설정된 부압 파라미터에 따라 상기 주파수 변환 모듈(40)을 제어함으로써, 각각의 제1 챔버(16) 및 각각의 제2 챔버(18)에서 대응하는 부압을 교대로 발생시키도록 한다. 상기 구동 제어 모듈(201)은 각 액체 샘플의 미리 설정된 첨가량을 획득하고, 상기 액체 회로 및 기계 모듈(202)에 제2 제어 명령을 전송한다. 상기 액체 회로 및 기계 모듈(202)은 상기 제2 제어 명령에 응답하여, 각 액체 샘플의 미리 설정된 첨가량에 따라 각 샘플링 부재(510)의 작동 시간을 제어함으로써, 상기 미리 설정된 첨가량에 부합하는 액체 샘플이 샘플 셀(11)로 유입하도록 한다. 상기 구동 제어 모듈(201)은 미리 설정된 세정액의 첨가량을 획득하고, 상기 액체 회로 및 기계 모듈(202)에 제3 제어 명령을 전송한다. 상기 액체 회로 및 기계 모듈(202)은 상기 제3 제어 명령에 응답하여, 각 세정액의 미리 설정된 첨가량에 따라 각 샘플링 부재(510)의 작동 시간을 제어함으로써, 상기 미리 설정된 첨가량에 부합하는 세정액이 각각의 대응하는 샘플 셀(11)로 유입하도록 한다.

본 발명의 실시예는 또한 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하는 분리 방법을 제공하며, 다음과 같은 단계를 포함한다.

단계 1에서는, 상기 복수의 분리 칩(10)을 상기 제1 지지대(1) 상에 배치하고, 상기 복수의 액체 샘플을 상기 제2 지지대(2) 상에 배치한다.

단계 2에서는, 상기 제2 지지대(2)의 회전을 제어하여, 상기 복수의 액체 샘플이 각각 미리 설정된 제2 위치(6)로 이동될 수 있도록 한다.

단계 3에서는, 상기 제1 지지대(1)의 회전을 제어하여, 상기 복수의 분리 칩(10)이 각각 미리 설정된 제1 위치(5)로 이동될 수 있도록 한다.

단계 4에서는, 상기 샘플링 부재(510)의 회전을 제어하여 상기 샘플링 궤적(T)을 형성하고, 상기 미리 설정된 제1 위치(5) 및 상기 미리 설정된 제2 위치(6)가 상기 샘플링 궤적(T)에 위치하며, 상기 샘플링 부재(510)가 상기 미리 설정된 제2 위치(6)에 위치한 액체 샘플을 수집하고 수집된 액체 샘플은 상기 미리 설정된 제1 위치(5)에 위치한 상기 분리 칩(10)에 첨가된다.

단계 5에서는, 각 분리 칩(10)의 제1 개구부(161)를 통해 대응하는 제1 챔버(16)의 공기를 흡입하여 대응하는 제1 챔버(16)에 부압을 발생시킨다.

여기서, 흡입을 수행하기 전, 각 분리 칩(10)의 제1 개구부(161) 및 제2 개구부(181)는 각각 분리 장치(100)의 진공 시스템(30)에 연결된다. 이러한 방식으로, 진공 시스템(30)은 각각의 제1 개구부(161)를 통해 대응하는 제1 챔버(16)의 공기를 흡입하여, 대응하는 제1 챔버(16)에 부압을 발생시킨다. 각 샘플 셀(11)의 액체 샘플의 액체 및 크기가 각각의 제1 여과막(15)의 공경보다 작은 성분은 부압 작용 하에 대응하는 제1 여과막(15)을 통과하여 대응하는 제1 챔버(16)로 진입한다. 제1 챔버(16)의 체적이 상대적으로 작거나 제1 챔버(16)의 부압이 너무 빨리 변화하는 등과 같은 경우에, 액체 및 크기가 제1 여과막(15)의 공경보다 작은 성분들이 또한 제1 개구부(161)를 통해 제1 액체 저장실(330)로 들어가도록 할 수도 있다.

보다 구체적으로는, 흡입을 수행하기 전에, 샘플 셀 개구부(113)를 통해 샘플 셀(11)에 액체 샘플을 첨가하면 샘플 셀 개구부(113)를 폐쇄할 수 있다. 샘플 셀 개구부(113)가 폐쇄되면, 흡입 과정에서 각 샘플 셀(11)에서 대응하는 제1 여과막(15)과 대응하는 제2 여과막(17) 사이에 위치한 액체 유속이 향상되어, 대응하는 제1 여과막(15) 또는 대응하는 제2 여과막(17)의 역류 현상이 강화되어, 여과막의 표면에 부착되는 성분을 감소시키고, 여과 및 분리 과정에서 여과막이 막히는 것을 방지할 수 있다.

다른 실시예에서, 혈장 샘플에 단백질이 많은 것을 감안하여, 여과막의 막힘을 더 방지하기 위해, 단계 5에서, 각 제2 챔버(18) 내에 정압을 발생시켜, 여과막에서의 역류 현상을 강화할 수 있다.

단계 6에서는, 각각의 제1 챔버(16)의 흡입을 중지시킨다.

단계 7에서는, 각 분리 칩(10)의 제2 개구부(181)를 통해 대응하는 제2 챔버(18)의 공기를 흡입하여 대응하는 제2 챔버(18)에 부압을 발생시킨다.

여기서, 진공 시스템(30)은 각각의 제2 개구부(181)를 통해 대응하는 제2 챔버(18)의 공기를 흡입하여, 대응하는 제2 챔버(18)에 부압을 발생시킨다. 대응하는 제1 여과막(15)의 표면에 부착된 성분은 기류 및/또는 액체 흐름으로 인해 대응하는 샘플 셀(11)로 다시 흐를 수 있고, 각 샘플 셀(11)의 액체 샘플의 액체 및 크기가 대응하는 제2 여과막(17)의 공경보다 작은 성분은 부압 작용 하에 대응하는 제2 여과막(17)을 통과하여 대응하는 제2 챔버(18)로 진입한다. 제2 챔버(18)의 체적이 상대적으로 작거나 제2 챔버(18)의 부압이 너무 빨리 변화하는 등과 같은 경우에, 액체 및 크기가 제2 여과막(17)의 공경보다 작은 성분들이 또한 제2 개구부(181)를 통해 제2 액체 저장실(340)로 들어가도록 할 수도 있다. 단계 4 및 단계 5는 순차적으로 또는 동시에 수행될 수 있다는 점을 이해해야 한다.

다른 실시예에서, 혈장 샘플에 단백질이 많은 것을 감안하여, 여과막의 막힘을 더 방지하기 위해, 단계 5에서, 각 제1 챔버(16) 내에 정압을 발생시켜, 여과막에서의 역류 현상을 강화할 수 있다.

단계 8에서는, 각각의 제2 챔버(18)의 흡입을 중지시킨다.

이후, 단계 5∼8을 여러 번 반복하여 각 액체 샘플의 대응하는 여과막 공극 크기보다 작은 성분을 제거하고, 대응하는 여과막 공극 크기보다 큰 성분은 대응하는 샘플 셀(11)에 포획하여, 더 나은 분리 및 정제 효과를 실현한다. 각각의 제1 챔버(16)와 각각의 제2 챔버(18) 내의 부압을 교대로 변화시킴으로써, 여과 과정에서 여과막의 투과성을 향상시키고, 여과막의 막힘을 감소시키며, 여과 효과를 향상시킬 수 있다.

일 실시예에서, 분리 방법은 단계 8 이후에 다음과 같은 단계를 더 포함할 수 있다.

단계 9: 각 분리 칩(10)의 샘플 셀(11)에 세정액을 제공한다.

이후, 단계 5∼8을 반복하여 각 분리 칩(10)을 세척한다.

본 발명의 일 실시예에서 제공되는 분리 장치(100)를 이용하여 20mL 세포 배양액 샘플을 분리 및 정제함으로써, 30분 이내에 더 높은 수율의 엑소좀을 분리할 수 있다.

상기한 바와 같은 분리 장치(100)에 의하면, 큰 체적의 생물학적 샘플로부터 엑소좀을 효율적으로 정제할 수 있는 특징이 있다. 상기 분리 장치(100)의 혁신적인 포인트는 다음과 같다: 1) 높은 처리량(복수의 액체 샘플의 병행 처리를 실현할 수 있음(2∼100개); 2) 자동화 처리; 3) 간단하고 표준화된 작업; 4) 높은 수율 및 높은 순도; 5) 바이오마커가 필요 없음; 6) 비용 효율성; 7) 높은 안정성 및 재현성, 8) 혈장, 소변, 뇌척수액, 타액, 눈물, 젖액 및 세포 배양액을 포함한 다양한 생물학적 샘플을 처리할 수 있다.

상기 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예이지만, 본 발명의 실시예는 상기 실시예에 의해 제한되지 않으며, 상기 실시예는 청구범위를 설명하기 위한 것일 뿐이다. 그러나, 본 발명의 보호 범위가 명세서에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 개시된 기술적 범위 내에서 당업자가 용이하게 생각할 수 있는 모든 변경 또는 대체는 본 발명의 보호 범위에 포함된다.

분리 칩 10
제1 지지대 1
제2 지지대 2
제1 회전축 3
제2 회전축 4
미리 설정된 제1 위치 5
미리 설정된 제2 위치 6
제3 회전축 7
샘플 셀 11
제1 측면 커버 111
제1 커버부 1111
제2 커버부 1112
제2 측면 커버 112
제3 커버부 1121
제4 커버부 1122
샘플 셀 개구부 113
제1 돌출부 12
제1 슬롯 121
제2 돌출부 13
제3 슬롯 131
칩 기판 14
제1 여과막 15
제1 챔버 16
제1 개구부 161
제2 여과막 17
제2 챔버 18
제2 개구부 181
액체 공급 유닛 20
용기 21
진공 시스템 30
주파수 변환 모듈 40
액체 수집 장치 50
검출기 60
제어기 70
메모리 71
인터랙티브 인터페이스 80
전송 인터페이스 81
분리 장치 100
본체 모듈 101
보조 모듈 102
인터랙티브 모듈 103
분리 제어 시스템 200
구동 제어 모듈 201
액체 회로 및 기계 모듈 202
메인 제어 모듈 203
테스트 대기 샘플실 210
제1 제어 밸브 220
세정액실 230
제1 진공 펌프 310
제2 진공 펌프 320
제1 액체 저장실 330
제2 액체 저장실 340
주파수 변환기 410
제2 제어 밸브 420
샘플링 부재 510

Claims

복수의 액체 샘플로부터 대상 입자를 분리 및 정제하기 위한 분리 장치로서, 상기 분리 장치는，복수의 분리 칩과 진공 시스템을 포함하고,
각각의 분리 칩은,
상기 액체 샘플을 포함하는 샘플 셀; 및
상기 샘플 셀의 양측에 위치한 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함하며,
상기 진공 시스템은, 제1 진공 펌프와 제2 진공 펌프를 포함하고,
상기 제1 진공 펌프는 각 분리 칩의 제1 개구부에 연결되고, 상기 제1 진공 펌프는 상기 제1 개구부를 통해 상기 분리 칩에 부압을 발생시켜 상기 샘플 셀 내의 상기 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하고,
상기 제2 진공 펌프는 각 분리 칩의 제2 개구부에 연결되고, 상기 제2 진공 펌프는 상기 제2 개구부를 통해 상기 분리 칩에 부압을 발생시켜 상기 샘플 셀 내의 상기 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 분리 장치는 제1 지지대, 제2 지지대 및 액체 수집 유닛을 더 포함하고,
상기 제1 지지대는 제1 회전축을 중심으로 회전할 수 있고, 상기 복수의 분리 칩은 상기 제1 지지대에 배치되며, 상기 분리 칩은 상기 제1 회전축 주위에 배치되고, 상기 분리 칩은 상기 제1 지지대가 회전할 때 각각 미리 설정된 제1 위치로 이동하며,
상기 제2 지지대는 제2 회전축을 중심으로 회전할 수 있고 상기 복수의 액체 샘플이 배치되며, 상기 액체 샘플은 상기 제2 회전축 주위에 배치되고, 상기 액체 샘플은 상기 제2 지지대가 회전할 때 각각 미리 설정된 제2 위치로 이동하며,
상기 액체 수집 유닛은 적어도 하나의 샘플링 부재를 포함하고, 상기 샘플링 부재는 제3 회전축을 중심으로 회전하여 샘플링 궤적을 형성할 수 있고, 상기 미리 설정된 제1 위치 및 상기 미리 설정된 제2 위치는 상기 세정액 샘플링 궤적 상에 위치하며, 상기 샘플링 부재가 상기 미리 설정된 제2 위치에 위치한 액체 샘플을 수집하고 수집된 액체 샘플은 상기 미리 설정된 제1 위치에 위치한 상기 분리 칩에 첨가되는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
제2항에 있어서,
상기 샘플링 부재의 수량은 2개이고, 이중 하나의 샘플링 부재는 상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이의 연결선의 한쪽에 위치하고, 다른 하나의 샘플링 부재는 상기 제1 지지대와 상기 제2 지지대 사이의 상기 연결선의 다른 쪽에 위치하며, 각 샘플링 부재는 샘플링 궤적 중 하나에 대응하고, 상기 미리 설정된 제1 위치 및 상기 미리 설정된 제2 위치의 수량은 각각 2개이며, 하나의 미리 설정된 제1 위치 및 대응하는 미리 설정된 제2 위치는 하나의 샘플링 부재의 샘플링 궤적에 위치하고, 다른 하나의 미리 설정된 제1 위치 및 대응하는 다른 하나의 미리 설정된 제2 위치는 다른 하나의 샘플링 부재의 샘플링 궤적에 위치하는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 분리 칩은 제1 여과막, 제2 여과막, 제1 챔버, 및 제2 챔버를 더 포함하며,
상기 제1 여과막의 공경은 대상 입자의 입자 크기보다 작고,
상기 제2 여과막의 공경은 대상 입자의 입자 크기보다 작으며,
상기 제1 챔버는 상기 제1 여과막을 통해 상기 샘플 셀과 연통되고, 상기 제1 챔버에는 상기 제1 개구부가 제공되며, 상기 제1 개구부는 상기 제1 챔버를 외부 환경과 연통시키기 위해 사용되고,
상기 제2 챔버는 상기 제2 여과막을 통해 상기 샘플 셀과 연통되고, 상기 제2 챔버에는 상기 제2 개구부가 제공되며, 상기 제2 개구부는 상기 제2 챔버를 외부 환경과 연통시키기 위해 사용되며, 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버는 각각 상기 샘플 셀의 서로 마주보는 양측에 위치하는 것을 특징으로 하는 분리장치.
제1항에 있어서,
상기 분리 장치는 주파수 변환 모듈 더 포함하고, 상기 주파수 변환 모듈은 상기 진공 시스템을 통해 각각의 상기 제1 개구부와 각각의 제2 개구부와 연결되는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
제5항에 있어서,
상기 주파수 변환 모듈은 주파수 변환기 및 상기 주파수 변환기에 연결된 제어 밸브를 포함하고, 상기 제어 밸브는 상기 제1 진공 펌프 및 상기 제2 진공 펌프 중 어느 하나와 각각 연통되어 상기 제1 진공 펌프 및 상기 제2 진공 펌프가 교대로 반복적으로 작동하도록 하는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
제4항에 있어서,
상기 진공 시스템은 각각의 상기 제1 챔버 및 각각의 상기 제2 챔버에 부압을 교대로 발생시켜 주기적 사다리꼴 펄스 신호를 형성하는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 분리 장치를 이용하여 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하는 분리 방법으로서, 상기 분리 방법은,
액체 샘플을 상기 분리 칩의 샘플 셀에 제공하는 단계;
상기 제1 진공 펌프를 작동시켜 상기 제1 개구부를 통해 상기 분리 칩 내에 부압을 발생시키는 단계;
상기 제1 진공 펌프의 작동을 중지시키는 단계;
상기 제2 진공 펌프를 작동시켜 상기 제2 개구부를 통해 상기 분리 칩 내에 부압을 발생시키는 단계;
상기 제2 진공 펌프의 작동을 중지시키고 상기 제1 진공 펌프를 재가동시키는 단계; 및
위의 단계를 반복하여, 상기 제1 진공 펌프와 상기 제2 진공 펌프를 교대로 작동시켜 상기 제1 개구부와 상기 제2 개구부에서 교대로 부압을 발생시킴으로써, 상기 샘플 셀 내의 상기 액체 샘플에서 대상 입자를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 방법.
제8항에 있어서,
액체 샘플을 상기 분리 칩의 샘플 셀에 제공하는 단계는,
상기 복수의 분리 칩을 상기 제1 지지대 상에 배치하고, 상기 복수의 액체 샘플을 상기 제2 지지대 상에 배치하는 단계;
상기 제2 지지대의 회전을 제어하여, 상기 복수의 액체 샘플이 각각 미리 설정된 제2 위치로 이동하도록 하는 단계;
상기 제1 지지대의 회전을 제어하여, 상기 복수의 분리 칩이 각각 미리 설정된 제1 위치로 이동하도록 하는 단계; 및
상기 샘플링 부재의 회전을 제어하여 샘플링 궤적을 형성하고, 상기 미리 설정된 제1 위치 및 상기 미리 설정된 제2 위치가 상기 샘플링 궤적에 위치하며, 상기 샘플링 부재가 상기 미리 설정된 제2 위치에 위치한 액체 샘플을 수집하고 수집된 액체 샘플을 상기 미리 설정된 제1 위치에 위치한 상기 분리 칩에 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 방법.
제8항에 있어서,
상기 분리 칩의 샘플 셀에 액체 샘플 및 세정액을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 방법.