KR20230010810A - 분리 장치 및 분리 방법 - Google Patents

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이지에 양
위초우 천
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센젠 후이신 라이프 테크놀로지스 컴퍼니 리미티드
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Abstract

분리 장치(100)는 분리 칩(10, 10'), 진동 시스템(70), 차압 구동 시스템(50), 주파수 변환 모듈(40) 및 제어기(60)를 포함한다. 분리 칩(10, 10')은 샘플 풀(11), 샘플 풀(11)의 양측에 위치하는 제1 챔버(12, 12') 및 제2 챔버(13, 13')를 포함한다. 진동 시스템(70)은 압축 어셈블리(20) 및 2개의 초음파 발생기(30)를 포함하고, 압축 어셈블리(20)는 2개의 초음파 발생기(30)가 분리 칩을 향해 이동하도록 구동함으로써 제1 챔버(12, 12')의 외표면 및 제2 챔버(13, 13')의 외표면에 각각 결합되도록 한다. 주파수 변환 모듈(40)은 차압 구동 시스템(50)을 제어하여 제1 챔버(12, 12') 및 제2 챔버(13, 13')에서 교대로 차압을 발생시킨다. 제어기(60)는 차압 구동 시스템(50)이 제1 챔버(12, 12') 또는 제2 챔버(13, 13')에서 차압의 발생을 중지할 때 2개의 초음파 발생기(30)의 진동을 제어한다. 분리 장치(100)는, 초음파 발생기(30)와 분리 칩(10, 10')의 조립이 편리하고, 분리 칩(10, 10')의 비용이 저렴하며, 분리 효율이 높고, 여과막의 막힘을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 분리 방법을 더 제공한다.

Description

분리 장치 및 분리 방법
본 발명은 엑소좀 분리 기술분야에 관한 것으로, 구체적으로는 액체 샘플 중 표적 입자를 분리하기 위한 분리 장치 및 분리 방법에 관한 것이다.
엑소좀(exosome)은 살아있는 세포에서 지속적으로 다량 분비되는 직경이 30∼150 nm의 이중 인지질 막 구조를 갖는 작은 베지클(vesicle, 소포체)로, 세포간 통신 교류의 운반체로서 모세포에서 유래되는 단백질, 핵산, 대사성 소분자 등과 같은 특정 성분을 운반한다. 수많은 연구에 따르면, 엑소좀은 면역 회피(탈출), 혈관 신생(angiogenesis, 혈관 형성), 종양 전이 및 종양 내성 등을 포함하는 종양 발달의 다양한 이벤트에 관여하고 있다. 엑소좀은 암세포에서 조기에 지속적으로 방출되어 환자의 혈액 순환계로 들어갈 수 있으며, 이의 지질 이중막 구조는 운반된 단백질과 캡슐화된 핵산류 물질을 효과적으로 보호할 수 있다. 엑소좀은 혈액, 소변, 복수, 조직액, 눈물, 타액 및 뇌척수액 등을 포함한 다양한 임상 샘플에 광범위하게 안정적으로 존재한다. 그 중 혈액과 소변은 엑소좀 수가 많아 임상 샘플링이 용이하다. 따라서, 엑소좀은 체외 진단 연구 및 종양 임상 시험 분야의 핵심 연구 대상으로 여겨지고 있으며, 종양의 조기 진단, 종양 전이 및 재발 평가, 종양 이질성 평가, 종양 발달 및 치료 효과의 동적 검출, 약물 내성 돌연변이 검출, 개인 맞춤 투약 등의 측면에서 큰 임상적 가치를 발휘할 것으로 기대된다.
현재, 엑소좀의 임상적 적용을 실현함에 있어서의 주요 장애는 어떻게 복잡한 생물학적 유체로부터 엑소좀과 그 하위 집단을 분리할 것인가 하는 것인바, 기존의 분리 과정은 번거롭고, 분리 시간이 길며, 분리 효율이 낮고, 여과막이 쉽게 막히며, 분리 플럭스가 낮고, 순도가 낮은 등의 단점이 있다.
상술한 바와 같은 선행기술의 단점을 해결하기 위한 분리 장치의 제안이 필요하다.
또한, 본 발명은 상기 분리 장치를 이용하여 엑소좀을 분리하는 분리 방법을 더 제공한다.
제1 태양에 따르면, 액체 샘플로부터 표적 입자를 분리 및 정제하기 위한 분리 장치를 제공하고, 상기 분리 장치는 분리 칩, 진동 시스템, 차압 구동 시스템, 주파수 변환 모듈 및 제어기를 포함한다. 상기 분리 칩은 샘플 풀, 상기 샘플 풀의 한쪽 측에 위치하는 적어도 하나의 제1 챔버, 및 상기 적어도 하나의 제1 챔버에서 떨어진 상기 샘플 풀의 다른쪽 측에 위치하는 적어도 하나의 제2 챔버를 포함하고, 인접한 2개의 상기 제1 챔버 사이 및 상기 샘플 풀에 인접한 상기 제1 챔버와 상기 샘플 풀 사이는 모두 제1 여과막을 통해 연통되며, 인접한 2개의 상기 제2 챔버 사이 및 상기 샘플 풀에 인접한 상기 제2 챔버와 상기 샘플 풀 사이는 모두 제2 여과막을 통해 연통되고, 각각의 상기 제1 여과막 및 각각의 상기 제2 여과막의 구경은 상기 표적 입자의 입경보다 작다. 상기 진동 시스템은 압축 어셈블리 및 상기 압축 어셈블리에 위치하는 2개의 초음파 발생기를 포함한다. 상기 압축 어셈블리는, 상기 초음파 발생기를 상기 분리 칩을 향해 이동하도록 구동함으로써, 2개의 상기 초음파 발생기가 상기 분리 칩의 단면에 근접하여 최외측의 상기 제1 챔버의 외표면 및 최외측의 상기 제2 챔버의 외표면에 각각 결합되도록 한다. 상기 주파수 변환 모듈은, 상기 차압 구동 시스템을 통해 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버에 각각 연결된다. 상기 주파수 변환 모듈은 상기 차압 구동 시스템을 제어하여 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버에서 교대로 차압을 발생시킨다. 상기 제어기는, 상기 차압 구동 시스템이 상기 제1 챔버 또는 상기 제2 챔버에서 차압의 발생을 중지할 때, 2개의 상기 초음파 발생기의 진동을 제어하여 초음파 진동파를 각각 발생시킨다.
본 발명의 실시형태에서, 2개의 상기 초음파 진동파의 진동 주파수는 모두 15 KHz∼80 KHz이고; 상기 초음파 진동파의 하나의 주기 내에서, 2개의 상기 초음파 진동파의 듀티비는 모두 10 %∼90 %이다.
본 발명의 실시형태에서, 2개의 상기 초음파 진동파의 상기 진동 주파수와 상기 듀티비 사이의 차이는 30 % 이하이다.
본 발명의 실시형태에서, 2개의 상기 초음파 발생기의 켜짐 또는 꺼짐의 하나의 주기 내에서, 상기 켜짐의 비율은 10 %∼100 %이다.
본 발명의 실시형태에서, 2개의 상기 초음파 발생기는 동일한 수평면에 위치한다.
본 발명의 실시형태에서, 상기 초음파 발생기는 상기 분리 칩에 근접하여 설치되는 진폭 트랜스포머, 및 상기 진폭 트랜스포머에 연결되는 압전 세라믹 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 실시형태에서, 상기 진폭 트랜스포머는 순차적으로 연결되는 제1 진폭 변동부, 제2 진폭 변동부, 제3 진폭 변동부 및 연결부를 포함한다. 상기 연결부는 상기 압전 세라믹 어셈블리에 연결되고, 상기 제1 진폭 변동부는 상기 제2 진폭 변동부의 단면에서 떨어져 상기 제1 챔버의 외표면 또는 상기 제2 챔버의 외표면에 결합된다. 상기 진폭 트랜스포머의 연장 방향에 수직인 방향을 따라, 상기 제2 진폭 변동부의 사이즈는 상기 제1 진폭 변동부 및 상기 제3 진폭 변동부의 사이즈보다 작아지도록 하고 있다.
본 발명의 실시형태에서, 상기 압전 세라믹 어셈블리는 적층되어 설치되는 복수 개의 압전 세라믹 시트, 복수 개의 상기 압전 세라믹 시트와 이격되어 설치되는 복수 개의 전극편, 절연 슬리브 및 연결 부재를 포함하고, 복수 개의 상기 압전 세라믹 시트 및 복수 개의 상기 전극편은 상기 절연 슬리브에 피복 설치되며, 상기 연결 부재는 상기 절연 슬리브를 관통하여 상기 진폭 트랜스포머에 탈착 가능하게 연결된다.
본 발명의 실시형태에서, 상기 초음파 발생기는 조절 블록을 더 포함하고, 상기 조절 블록은 상기 진폭 트랜스포머에서 떨어진 상기 압전 세라믹 어셈블리의 일단에 설치되며, 상기 연결 부재는 상기 조절 블록에 연결된다.
제2 태양에 따르면, 액체 샘플로부터 표적 입자를 분리 및 정제하기 위한 분리 방법을 제공하고, 상기 방법은,
상술한 바와 같은 분리 장치를 제공하고, 상기 샘플 풀에 액체 샘플을 제공하는 단계;
상기 압축 어셈블리를 제어하여 2개의 상기 초음파 발생기가 상기 분리 칩을 향해 이동하도록 구동함으로써, 2개의 상기 초음파 발생기가 상기 분리 칩의 단면에 근접하여 최외측의 상기 제1 챔버의 외표면 및 최외측의 상기 제2 챔버의 외표면에 각각 결합되도록 하는 단계;
상기 적어도 하나의 제1 챔버에서 차압을 발생시켜 상기 샘플 풀 내의 액체 샘플 중 입경이 상기 제1 여과막의 구경보다 작은 성분이 차압의 작용 하에 상기 적어도 하나의 제1 챔버로 진입하도록 하는 단계;
상기 적어도 하나의 제1 챔버에서 차압의 발생을 중지하고, 2개의 상기 초음파 발생기의 진동을 제어하여 초음파 진동파를 발생시키는 단계;
상기 적어도 하나의 제2 챔버에서 차압을 발생시켜 상기 샘플 풀 내의 액체 샘플 중 입경이 상기 제2 여과막의 구경보다 작은 성분이 차압의 작용 하에 상기 적어도 하나의 제2 챔버로 진입하도록 하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 제2 챔버에서 차압의 발생을 중지하고, 2개의 상기 초음파 발생기의 진동을 제어하여 초음파 진동파를 발생시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 분리 장치는, 분리 칩과 초음파 발생기를 별도로 설치하고, 사용 시 압축 어셈블리의 연동을 통해 2개의 초음파 발생기를 이동시켜 분리 칩에 결합시키며, 분리 칩에 초음파 진동파를 제공하여 분리 칩을 진동시킴으로써, 제1 여과막 및 제2 여과막의 막힘을 방지할 수 있고, 분리 효율 및 분리 순도 등을 향상시킬 수 있으며; 분리 칩에 진동 부재를 설치할 필요가 없으므로, 분리 칩의 제조 난이도 및 비용을 감소시킬 수 있다.
초음파 발생기는 분리 칩과 매칭되는 특정 구조 및 매개 변수를 가지며, 발생된 초음파 진동파는 제1 여과막 및 제2 여과막에 부착된 입자가 탈락되도록 보장할 수 있으므로, 여과막의 막힘을 방지할 수 있고, 여과 효율 및 여과 순도 등을 향상시킬 수 있다.
압축 어셈블리는 2개의 초음파 발생기의 연동을 구현할 수 있다. 이로써, 2개의 초음파 발생기가 분리 칩에 각각 결합되거나 이로부터 분리되도록 할 수 있고, 연동 과정은 조작이 간단하며, 초음파 발생기와 분리 칩이 긴밀하게 결합되므로, 초음파 진동파가 분리 칩을 손상시키지 않고 제1 여과막 및 제2 여과막으로 전달되는 것을 보장할 수 있다.
본 발명의 실시예의 기술적 해결수단을 보다 명확하게 설명하기 위해, 아래에서 본 발명의 실시예에서 사용할 도면을 간단히 설명하되, 아래 설명에서의 도면은 본 발명의 일부 실시예일 뿐이며, 진보성 창출에 힘쓸 필요없이 이러한 도면에 따라 다른 도면을 얻을 수도 있음은 당업자에게 있어서 자명한 것이다.
도 1은 선행기술에 의해 제공되는 분리 칩의 구조 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 의해 제공되는 분리 장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 의해 제공되는 분리 칩과 진동 시스템 및 차압 구동 시스템이 연결된 구조 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 의해 제공되는 분리 칩과 초음파 발생기가 결합된 구조 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 의해 제공되는 초음파 발생기의 구조 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 의해 제공되는 초음파 발생기의 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시형태에 의해 제공되는 초음파 발생기의 진동파 발생 과정의 사진(이미지)을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 의해 제공되는 진동 시스템 및 차압 구동 시스템의 구조 모식도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제공되는 분리 칩의 구조 모식도이다.
아래의 구체적인 실시형태와 상기 도면을 결합하여 본 발명을 더 설명한다.
이하, 본 발명의 실시예의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 기술적 해결수단을 명확하고 완전하게 설명한다. 물론, 설명되는 실시예는 본 발명의 일부 실시예일 뿐 전부 실시예는 아니다. 본 발명의 실시예에 기초하여, 당업자가 진보성 창출에 힘쓸 필요없이 얻는 모든 다른 실시예는 모두 본 발명의 보호범위에 속한다.
유의해야 할 것은, 구성 요소가 다른 구성 요소에 "고정된다", "장착된다"고 할 때, 다른 구성 요소에 직접 위치할 수 있거나 중간 구성 요소가 존재할 수 있다는 점이다. 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소에 "설치된" 것으로 간주되는 경우, 다른 구성 요소에 직접 설치될 수 있거나 동시에 중간 구성 요소가 존재할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "및/또는"은 하나 이상의 관련된 나열 항목의 모든 조합 및 임의의 조합을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 분리 칩(10')은 샘플 풀(11'), 및 샘플 풀(11')의 대향하는 양측에 위치하는 제1 챔버(12') 및 제2 챔버(13')를 포함한다. 제1 챔버(12')와 샘플 풀(11')은 제1 여과막(14')을 통해 연통되고, 제2 챔버(13')와 샘플 풀(11')은 제2 여과막(15')을 통해 연통된다. 샘플 풀(11')은 액체 샘플을 수용한다. 제1 여과막(14') 및 제2 여과막(15')의 구경은 표적 입자의 입경보다 작다. 제1 챔버(12')에는 제1 개구(121')가 설치되고, 제1 개구(121')는 제1 챔버(12')와 외부를 연통시킨다. 제2 챔버(13')에는 제2 개구(131')가 설치되고, 제2 개구(131')는 제2 챔버(13')와 외부를 연통시킨다. 상술한 바와 같은 여과 효율이 낮고 여과막이 쉽게 막히는 문제를 해결하기 위해, 분리 칩(10')의 제1 챔버(12') 및 제2 챔버(13')의 외표면, 및 제1 여과막(14') 및 제2 여과막(15')에 진동 부재(16')를 고정하고, 진동 부재(16')의 진동을 통해 여과막의 막힘을 방지하는바, 이로써 여과 효율, 플럭스 및 순도 등을 향상시키는 목적을 달성할 수 있다. 그러나, 분리 칩(10')에 진동 부재(16')를 장착하는 것, 특히 제1 여과막(14') 및 제2 여과막(15')에 진동 부재(16')를 장착하는 것은 매우 어려운바, 회로의 배선 제어가 어렵고, 누전의 위험이 있으며, 진동 과정에서 진동 부재(16')가 탈락되기 쉬워 사용에 영향을 미치고, 대량 생산이 어려우며, 동시에 1회용 분리 칩(10')의 비용도 증가시킨다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 분리 칩(10')의 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시형태는 분리 장치(100)를 제공하고, 상기 분리 장치(100)는 분리 칩(10), 진동 시스템(70), 차압 구동 시스템(50), 주파수 변환 모듈(40) 및 제어기(60)를 포함한다. 분리 칩(10)은 샘플 풀(11), 상기 샘플 풀(11)의 한쪽 측에 위치하는 적어도 하나의 제1 챔버(12), 및 상기 적어도 하나의 제1 챔버(12)에서 떨어진 상기 샘플 풀(11)의 다른쪽 측에 위치하는 적어도 하나의 제2 챔버(13)를 포함한다. 인접한 2개의 상기 제1 챔버(12) 사이 및 상기 샘플 풀(11)에 인접한 상기 제1 챔버(12)와 상기 샘플 풀(11) 사이는 모두 제1 여과막(14)을 통해 연통되고, 인접한 2개의 상기 제2 챔버(13) 사이 및 상기 샘플 풀(11)에 인접한 상기 제2 챔버(13)와 상기 샘플 풀(11) 사이는 모두 제2 여과막(15)을 통해 연통된다. 각각의 상기 제1 여과막(14) 및 각각의 상기 제2 여과막(15)의 구경은 상기 표적 입자의 입경보다 작다. 상기 진동 시스템(70)은 압축 어셈블리(20), 및 상기 압축 어셈블리(20)에 위치하는 2개의 초음파 발생기(30)를 포함한다. 상기 압축 어셈블리(20)는, 2개의 상기 초음파 발생기(30)를 상기 분리 칩(10)을 향해 이동하도록 구동함으로써, 2개의 상기 초음파 발생기(30)가 상기 분리 칩(10)의 단면에 근접하여 최외측의 상기 제1 챔버(12)의 외표면 및 최외측의 상기 제2 챔버(13)의 외표면에 각각 결합되도록 한다. 상기 주파수 변환 모듈(40)은 상기 차압 구동 시스템(50)을 통해 상기 제1 챔버(12) 및 상기 제2 챔버(13)에 각각 연결된다. 상기 주파수 변환 모듈(40)은 상기 차압 구동 시스템(50)을 제어하여 상기 제1 챔버(12) 및 상기 제2 챔버(13)에서 교대로 차압을 발생시킨다. 제어기(60)는, 상기 차압 구동 시스템(50)이 상기 제1 챔버(12) 또는 상기 제2 챔버(13)에서 차압의 발생을 중지할 때, 2개의 상기 초음파 발생기(30)의 진동을 제어하여 초음파 진동파를 각각 발생시킨다. 본 발명은 분리 칩(10)과 초음파 발생기(30)를 별도로 설치하고, 사용 시 2개의 초음파 발생기(30)를 이동시켜 분리 칩(10)에 결합시키며, 분리 칩(10)에 초음파 진동파를 제공하여 분리 칩(10)을 진동시킴으로써, 제1 여과막(14) 및 제2 여과막(15)의 막힘을 방지할 수 있고, 분리 효율 및 분리 순도 등을 향상시킬 수 있다. 또한, 분리 칩(10)에 진동 부재를 설치할 필요가 없으므로, 분리 칩(10)의 제조 난이도 및 비용을 감소시킬 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 초음파 발생기(30)는 상기 분리 칩(10)에 근접하여 설치되는 진폭 트랜스포머(31), 및 상기 진폭 트랜스포머(31)에 연결되는 압전 세라믹 어셈블리(32)를 포함한다. 상기 제어기(60)는 상기 압전 세라믹 어셈블리(32)와 신호 전송 가능하게 연결되고, 상기 압전 세라믹 어셈블리(32)의 개폐를 제어하여 가로 방향(즉, 진폭 트랜스포머(31)의 길이 방향)의 초음파 진동파를 발생시킨다. 가로 방향의 초음파 진동파는, 제1 챔버(12) 및 제2 챔버(13)의 외측벽을 통해 전체 분리 칩(10)으로 전달되어, 분리 칩(10)을 고주파 진동시킴으로써, 제1 여과막(14) 및 제2 여과막(15)이 고주파 진동하도록 한다. 2개의 초음파 진동파는 함께 액체 샘플을 교란시켜 음향 유동(acoustic streaming)을 발생시킴으로써, 여과막의 기공이 표적 입자에 의해 막히거나 표적 입자가 응집되는 것을 방지할 수 있고, 여과막의 기공에 흡착된 표적 입자가 여과막의 기공으로부터 신속하게 분리되어 환류되는 액체 샘플에 재현탁될 수 있도록 함으로써, 여과막의 기공의 막힘을 방지하고, 고효율적인 분리를 구현할 수 있다.
일 실시형태에서, 상기 목적을 구현하기 위한, 2개의 초음파 발생기(30)에 의해 발생된 초음파 진동파의 진동 주파수는 모두 15 KHz∼80 KHz이고, 상기 초음파 진동파의 하나의 주기 내에서, 2개의 상기 초음파 진동파의 듀티비는 모두 10 %∼90 %이다. 2개의 초음파 진동파의 진동 주파수 및 듀티비를 상기 범위 내로 제어하면, 실제로 출력되는 총 전력 크기에 직접적인 영향을 미칠 수 있고, 그에 따라 종합적인 진동 효과 및 표적 입자에 대한 손상 정도에 영향을 미칠 수 있다. 이 주파수 범위 내 및 듀티비 범위 내에서 실제로 출력되는 초음파 진동파의 총 전력은 분리 칩(10)의 쉘을 관통하여 내부의 제1 여과막(14) 및 제2 여과막(15)으로 전달되기에 적합하다. 따라서, 여과막을 일정한 진폭으로 진동시킴으로써, 여과막에 흡착된 표적 입자를 보다 신속하게 분리하여 액체 샘플로 되돌아가도록 할 수 있고, 동시에 초음파 진동파에 의해 액체 샘플을 교란시킴으로써, 음향 유동을 발생시켜 응집된 입자를 분산시킬 수 있다. 이로써, 여과막의 막힘을 방지할 수 있고, 여과 효율을 향상시킬 수 있다. 이 밖에, 상기 주파수 및 듀티비 범위 내에서 출력되는 초음파 진동파의 총 전력이 적당한바, 표적 입자에 대해 손상을 일으키지 않고, 분리 및 정제 품질을 보장할 수 있다.
일 실시형태에서, 2개의 상기 초음파 진동파의 상기 진동 주파수와 상기 듀티비 사이의 차이는 30 % 이하이고, 2개의 초음파 발생기(30)가 분리 칩(10)의 대향하는 양측에 각각 설치되므로, 발생되는 초음파 진동파의 전달 방향은 반대로 된다. 2개의 초음파 진동파의 진동 주파수 및 듀티비를 유사하게 하면, 진동 과정에서 분리 칩(10)이 보다 안정적으로 되도록 할 수 있고, 제1 챔버(12) 및 제2 챔버(13) 내의 액체 흐름에 의해 발생되는 음향 유동을 유사하게 하면, 2개의 초음파 진동파의 에너지를 최대한 충접시켜 표적 입자에 대한 공진을 형성할 수 있다. 이로써, 여과막의 막힘을 방지할 수 있고, 분리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
일 실시형태에서, 2개의 초음파 발생기(30)는 동일한 수평면에 위치한다. 즉, 2개의 초음파 진동파는 반대되는 방향을 향해 전파되고, 서로 중첩될 수 있다. 따라서, 여과막의 막힘을 방지할 수 있고, 분리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
일 실시형태에서, 2개의 상기 초음파 발생기(30)의 켜짐 또는 꺼짐의 하나의 주기 내에서, 상기 켜짐의 비율은 10 %∼100 %이다. 2개의 초음파 발생기(30)의 켜짐과 꺼짐의 비율을 제어하면, 출력되는 총 전력의 크기에 직접적인 영향을 미칠 수 있고, 그에 따라 다른 표적 입자(일반적으로 사이즈가 다르거나 질량이 다른 표적 입자를 의미함)를 여과막으로부터 탈리시키기 위한 전력 출력을 충족시킬 수 있어, 여과막이 다른 표적 입자에 의해 막히는 것을 방지할 수 있고, 나아가서 여과 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4 내지 도 6을 다시 참조하면, 상기 진폭 트랜스포머(31)는 순차적으로 연결되는 제1 진폭 변동부(311), 제2 진폭 변동부(312), 제3 진폭 변동부(313) 및 연결부(314)를 포함한다. 상기 연결부(314)는 상기 압전 세라믹 어셈블리(32)에 연결되고, 상기 제1 진폭 변동부(311)는 상기 제2 진폭 변동부(312)의 단면에서 떨어져 상기 제1 챔버(12)의 외표면 또는 상기 제2 챔버(13)의 외표면에 결합된다. 전술한 지표를 충족시키는 초음파 진동파를 얻기 위해, 상기 진폭 트랜스포머(31)의 연장 방향에 수직인 방향을 따라, 상기 제2 진폭 변동부(312)의 사이즈(h2)는 상기 제1 진폭 변동부(311)의 사이즈(h1) 및 상기 제3 진폭 변동부(313)의 사이즈(h3)보다 작아지도록 하고 있다. 본 실시예에서, 제1 진폭 변동부(311), 제2 진폭 변동부(312) 및 제3 진폭 변동부(313)는 모두 원통형 구조이며, 상기 제2 진폭 변동부(312)의 길이는 약 10∼18 mm이고, 바람직하게는 15 mm이며, 직경은 약 3∼5 mm이고, 바람직하게는 4.5 mm이며; 상기 제1 진폭 변동부(311)의 길이는 약 4∼7 mm이고, 바람직하게는 5 mm이며, 직경은 약 5.5∼6.5 mm이고, 바람직하게는 6 mm이며; 상기 제3 진폭 변동부(313)의 길이는 약 13∼17 mm이고, 바람직하게는 15 mm이며, 직경은 약 5.5∼6.5 mm이고, 바람직하게는 6 mm이다. 도 7a 내지 도 7d는 상기 초음파 발생기(30)가 초음파 진동파를 발생하는 시뮬레이션 사진(이미지)을 나타낸 것으로, 전술한 사이즈의 진폭 트랜스포머(31)는 가로 방향의 미세한 변형을 일으킬 수 있으며, 변형량은 약 0.04 nm이다. 이 경우의 초음파 진동파는, 전술한 요구를 충족시켜 분리 칩(10) 내부의 액체 샘플을 교란시키는 목적을 달성할 수 있고, 제1 여과막(14) 및 제2 여과막(15)에 부착된 표적 입자가 여과막으로부터 효과적으로 탈리되도록 할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 압전 세라믹 어셈블리(32)는 적층되어 설치되는 복수 개의 압전 세라믹 시트(321), 복수 개의 상기 압전 세라믹 시트(321)와 이격되어 설치되는 복수 개의 전극편(322), 절연 슬리브(323) 및 연결 부재(324)를 포함하고, 복수 개의 상기 압전 세라믹 시트(321) 및 복수 개의 상기 전극편(322)은 상기 절연 슬리브(323)에 피복 설치되며, 상기 연결 부재(324)는 상기 절연 슬리브(323)를 관통하여 상기 진폭 트랜스포머(31)에 탈착 가능하게 연결된다. 여러 그룹의 압전 세라믹 시트 및 전극편(322)을 적층하여 사용함으로써, 발생되는 초음파 진동파의 주파수가 전술한 범위 내에 있도록 초음파 진동파의 주파수를 조절하여, 여과막의 막힘을 방지하고 분리 효율을 향상시키는 목적에 도달할 수 있다.
일 실시예에서, 압전 세라믹 시트(321) 및 전극편(322)의 개수는 각각 4개이고, 4개의 전극편(322)에서 서로 이격되는 2개의 전극편(322)은 전원의 양극에 각각 연결되며, 다른 2개의 전극편(322)은 전원의 음극에 각각 연결된다.
도 5 및 도 6을 다시 참조하면, 상기 초음파 발생기(30)는 상기 진폭 트랜스포머(31)에서 떨어진 상기 압전 세라믹 어셈블리(32)에 설치되는 조절 블록(33)을 더 포함하고, 상기 연결 부재(324)는 또한 상기 조절 블록(33)에 연결된다. 상기 조절 블록(33)은 주로 균형을 이루고, 진동 주파수를 조절하는 역할을 하는바, 상기 조절 블록(33)의 중량을 설계하여 각각의 초음파 발생기(30)가 위에서 설계된 진동 주파수에 도달하도록 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 분리 칩(10)의 샘플 풀(11)의 대향하는 양측에 제1 챔버(12) 및 제2 챔버(13)가 각각 설치되는바, 제1 여과막(14)과 제2 여과막(15)의 구경은 동일하거나 서로 다를 수 있으며, 실제로 분리가 필요한 표적 입자의 사이즈에 따라 결정된다.
도 3 및 도 8을 참조하면, 상기 압축 어셈블리(20)는 베이스(21), 이동 메커니즘(22) 및 구동 메커니즘(23)을 포함한다. 상기 이동 메커니즘(22)은 상기 구동 메커니즘(23)의 구동축(231)에 피복 설치된다. 상기 구동 메커니즘(23)의 구동축(231)은 회전되어 상기 이동 메커니즘(22)을 상기 구동축(231)을 따라 이동하도록 구동함으로써, 각각의 상기 초음파 발생기(30)가 분리 칩(10)을 향해 이동하여 제1 챔버(12) 및 제2 챔버(13)의 외표면에 결합되도록 한다. 본 발명은 하나의 압축 어셈블리(20)을 사용하여 2개의 초음파 발생기(30)의 연동을 구현할 수 있으므로, 불필요한 포지셔닝 메커니즘을 감소시키고, 장비의 구조를 간소화할 수 있다.
상기 이동 메커니즘(22)은 상기 베이스(21)에 설치되는 제1 슬라이드 레일(221), 상기 제1 슬라이드 레일(221)에 설치되는 2개의 제1 슬라이드 블록(222), 각각의 상기 제1 슬라이드 블록(222)에 설치되는 제1 장착판(223), 각각의 상기 제1 장착판(223)에 설치되는 제2 슬라이드 레일(224), 상기 제2 슬라이드 레일(224)에 슬라이딩 가능하게 설치되는 제2 슬라이드 블록(225), 상기 제2 슬라이드 블록(225)에 설치되는 제2 장착판(226), 및 탄성 부재(227)를 포함한다. 하나의 상기 초음파 발생기(30)는 하나의 제2 장착판(226)에 설치되고, 상기 탄성 부재(227)의 양단은 상기 제1 장착판(223) 및 상기 제2 장착판(226)에 각각 연결된다.
각각의 상기 제1 장착판(223)에는 모두 하나의 상기 초음파 발생기(30)가 설치된다. 상기 구동 메커니즘(23)은 상기 구동축(231)을 회전 구동함으로써, 2개의 상기 제1 장착판(223) 및 이에 설치된 초음파 발생기(30)가 서로를 향해 이동하여 분리 칩(10)의 표면에 접촉되도록 하고, 접촉된 후, 초음파 발생기(30)는 분리 칩(10)의 반작용력의 구동 하에 분리 칩(10)에서 떨어지는 방향으로 향해 이동함으로써, 탄성 부재(227)를 압축시킨다. 제1 장착판(223)이 분리 칩(10)을 향해 이동하도록 구동 메커니즘(23)을 추가적으로 구동하는 경우, 탄성 부재(227)의 탄성력은 초음파 발생기(30)를 추진시켜 분리 칩(10)을 압축한다. 초음파 발생기(30)와 분리 칩(10)을 분리하기 위해서는, 구동축(231)을 반대 방향으로 회전시키면 된다. 탄성 부재(227)를 설계하여 초음파 발생기(30)와 분리 칩(10)이 탄성적으로 연결되도록 함으로써, 분리 칩(10)에 대한 강성 연결을 방지할 수 있고, 클램핑 과정에서, 분리 칩(10)에 대한 초음파 발생기(30)의 손상 위험을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 탄성 부재(227)는 스프링이고, 탄성 부재(227)의 후크 탄성 계수 및 초음파 발생기(30)의 서로를 향해 이동하는 거리를 조절함으로써, 분리 칩(10)에 대한 초음파 발생기(30)의 클램핑력을 제어한다. 본 실시예에서, 2개의 초음파 발생기(30)가 서로를 향해 이동하는 거리가 약 6 mm이고, 탄성 부재(227)의 스프링 후크 계수가 1200 N/m이면, 분리 칩(10)이 받는 한쪽 측의 클램핑력은 약 3.2 N이 된다.
도 9를 참조하면, 다른 실시예에서, 분리 칩(10a) 중 상기 제1 챔버(12) 및 상기 제2 챔버(13)의 개수는 모두 복수 개일 수 있고, 실제의 필요에 따라 제1 챔버(12) 및 제2 챔버(13)의 개수를 설계할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이 밖에, 실제 분리 칩(10a)의 사이즈 및 구조 요구에 따라, 복수 개의 제1 챔버(12) 또는 복수 개의 제2 챔버(13)는 병렬로 설치될 수 있고(도 9에 도시된 바와 같음), 나란히 설치될 수도 있다. 인접한 2개의 제1 챔버(12) 사이 및 샘플 풀(11)에 인접한 제1 챔버와 샘플 풀(11) 사이는 하나의 제1 여과막(14)을 통해 연통되고, 각 제1 여과막(14)의 구경은 서로 다르게 설계될 수 있어, 다양한 사이즈의 표적 입자를 동시에 분리하는 목적을 구현할 수 있다. 마찬가지로, 복수 개의 제2 여과막(15)의 구경도 서로 다르게 할 수 있다. 복수 개의 제1 챔버(12) 및 복수 개의 제2 챔버(13)의 분리 칩(10a)은 내부에 여과막의 개수가 많기 때문에, 구경이 작은 여과막은 특히 막히기 쉬운바, 내부에 복수 개의 제1 여과막(14) 및 복수 개의 제2 여과막(15)을 장착함으로써, 2개의 초음파 발생기(30)의 전술한 매개 변수를 조정하여 각각의 여과막의 막힘을 방지하는 총 출력 전력 요구에 도달하도록 할 수 있다. 이로써, 여과 효율을 향상시킬 수 있고, 정제 품질을 보장할 수 있으며, 여과막에 진동 부재를 장착할 필요가 없으므로, 분리 칩(10)의 구조를 간소화할 수 있고, 분리 칩(10a)의 제조 난이도 및 비용을 감소시킬 수 있다. 이 밖에, 상기 초음파 발생기(30)는 범용성이 강하므로, 다양한 구조나 형태의 분리 칩(10, 10a)에 적용될 수 있고, 초음파 발생기(30)와 분리 칩(10, 10a)을 별도로 설치함으로써, 초음파 분리가 필요한 경우, 초음파 발생기(30)와 분리 칩(10, 10a)의 외표면을 결합하면 되므로, 조작이 간단하다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 차압 구동 시스템(50)은 분리 칩(10)의 제1 챔버(12) 및 제2 챔버(13)에서 교대로 차압을 발생시킨다. 차압 구동 시스템(50)은 2개의 독립적인 차압 구동 시스템일 수 있거나, 설계된 하나의 차압 구동 시스템일 수 있다. 여기서, 액체 샘플의 특성에 따라 적합한 차압을 선택하고, 본 발명의 분리 칩(10)에서 분리할 액체 샘플에 따라 차압 구동 시스템(50)의 차압을 -10 Kpa∼-50 KPa 범위 내로 선택하는바, 즉 제1 챔버(12) 또는 제2 챔버(13)와 샘플 풀(11) 사이에서 교대로 상기 범위의 차압을 발생시킴으로써, 표적 입자 물질의 분리 효율을 향상시킬 수 있고, 여과막이 입자에 의해 막히는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 차압 구동 시스템(50)은 마이크로 진공 펌프 또는 마이크로 에어 펌프 등과 같은 장비를 포함할 수도 있다. 차압 구동 시스템(50)과 분리 칩(10) 사이는 기밀성이 좋은 어댑터 튜브(53)를 통해 연결될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시형태에서, 차압 구동 시스템(50)은 제1 진공 펌프(51) 및 제2 진공 펌프(52)를 포함하고, 제1 진공 펌프(51)와 분리 칩(10)의 제1 개구(121)는 하나의 어댑터 튜브(53)를 통해 연결되며, 제2 진공 펌프(52)와 분리 칩(10)의 제2 개구(131)는 다른 하나의 어댑터 튜브(53)를 통해 연결된다.
차압 구동 시스템(50)과 분리 칩(10)의 연결을 구현하는 과정에서, 2개의 상기 어댑터 튜브(53)를 압축 어셈블리(20)에 설치할 수도 있고, 압축 어셈블리(20)의 연동 과정에서, 어댑터 튜브(53)와 초음파 발생기(30)는 분리 칩(10)에 동시에 연결된다. 일 실시예에서, 하나의 상기 어댑터 튜브(53)는 하나의 상기 제1 장착판(223)에 설치되고, 대응하는 상기 초음파 발생기(30)의 하측에 위치한다. 상기 구동 메커니즘(23)은 상기 구동축(231)을 회전 구동함으로써, 2개의 상기 어댑터 튜브(53)가 서로를 향해 이동하도록 하여, 2개의 어댑터 튜브(53)가 분리 칩(10)의 제1 개구(121) 및 제2 개구(131)와 각각 연통되도록 하고, 나아가서 상기 분리 칩(10)이 제1 진공 펌프(51) 및 제2 진공 펌프(52)와 각각 연통되도록 한다.
일 실시예에서, 상기 분리 칩(10)에 근접하는 상기 어댑터 튜브(53)의 일단에 탄성 슬리브(54)가 설치된다. 분리 칩(10)과 진공 장비를 연결하는 과정에서, 어댑터 튜브(53)는 분리 칩(10)의 개구와 밀봉 가능하게 연결되어야 하므로, 상기 탄성 슬리브(54)를 추가함으로써, 어댑터 튜브(53)와 분리 칩(10)이 연통된 후, 개구 측에서의 밀봉을 구현할 수 있다. 본 실시예에서, 상기 탄성 슬리브(54)의 재질은 가변성 연질 재료(예를 들어, 고무)인바, 탄성 슬리브(54)의 압축량을 조절하여 밀봉 효과를 구현할 수 있다. 구체적인 탄성 슬리브(54)의 압축량은 탄성 슬리브(54)의 쇼어 경도 및 구동 메커니즘(23)의 구동력에 의해 결정된다.
도 3을 참조하면, 상기 압축 어셈블리(20)는 변위 감지 어셈블리(24)를 더 포함하고, 상기 변위 감지 어셈블리(24)는 초음파 발생기(30) 및 어댑터 튜브(53)의 이동 과정에서의 이동 거리를 측정하여 분리 칩(10)에 대한 초음파 발생기(30) 및 어댑터 튜브(53)의 압력을 제어한다. 상기 변위 감지 어셈블리(24)는 상기 제1 연결편(241), 제2 연결편(242) 및 상기 제1 연결편(241)에 설치되는 광결합 부재(243)를 포함하고, 상기 제1 연결편(241) 및 상기 제2 연결편(242)은 2개의 상기 제1 장착판(223)에 각각 고정되며, 상기 제1 연결편(241)에 근접하는 상기 제2 연결편(242)의 일단에 상기 광결합 부재(243)가 슬라이딩 가능하게 연결된다. 상기 구동 메커니즘(23)은 또한 상기 제1 연결편(241) 및 상기 제2 연결편(242)이 상기 구동축(231)을 따라 이동하도록 구동하고, 상기 광결합 부재(243)는 상기 제1 연결편(241) 및 상기 제2 연결편(242)의 상대적 이동 거리를 감지한다. 상기 변위 감지 어셈블리(24)를 설치하여 초음파 발생기(30) 및 어댑터 튜브(53)의 이동 거리를 감지함으로써, 초음파 발생기(30) 및 어댑터 튜브(53)와 분리 칩(10)의 연결을 더 잘 제어할 수 있어 최적의 연결 효과를 구현할 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 주파수 변환 모듈(40)은 차압 구동 시스템(50)에 전기적으로 연결된다. 주파수 변환 모듈(40)은, 차압 구동 시스템(50)에 제공된 전원 압력을 제어함으로써, 제1 챔버(12) 및 제2 챔버(13) 내에서 교대로 차압을 발생시킨다. 일 실시형태에서, 주파수 변환 모듈(40)은 주파수 변환기(41) 및 주파수 변환기(41)에 연결되는 제어 밸브(42)를 포함한다. 제어 밸브(42)는 솔레노이드 밸브, 로터리 밸브를 포함하지만 이에 한정되지 않는 액체 경로 변환기일 수 있다. 제어 밸브(42)는 제1 진공 펌프(51) 및 제2 진공 펌프(52) 중 하나와 각각 연통됨으로써, 제1 진공 펌프(51) 및 제2 진공 펌프(52)가 교대로 반복적으로 작동하도록 한다. 예를 들어, 제어 밸브(42)는 제1 진공 펌프(51)와 연통되어 주파수 변환기(41)가 제1 진공 펌프(51)의 작동을 제어하도록 하고, 제1 개구(121)를 통해 공기를 펌핑하여 제1 챔버(12) 내에서 차압을 발생시키며, 샘플 풀(11) 내의 액체 샘플 중의 액체 및 사이즈가 제1 여과막(14)의 구경보다 작은 성분이 차압의 작용 하에 제1 여과막(14)을 통해 제1 챔버(12)로 진입하도록 한다. 다음에, 주파수 변환기(41)는 제1 진공 펌프(51)가 작동을 중지하도록 제어한다. 그 다음에, 제어 밸브(42)를 제2 진공 펌프(52)와 연통되도록 전환하여 주파수 변환기(41)가 제2 진공 펌프(52)의 작동을 제어하도록 하고, 제2 개구(131)를 통해 공기를 펌핑하여 제2 챔버(13) 내에서 차압을 발생시키며, 샘플 풀(11) 내의 액체 샘플 중의 액체 및 사이즈가 제2 여과막(15)의 구경보다 작은 성분이 차압의 작용 하에 제2 여과막(15)을 통해 제2 챔버(13)로 진입하도록 한다. 그 다음에, 주파수 변환기(41)는 제2 진공 펌프(52)가 작동을 중지하도록 제어한다. 상기 단계들을 여러 번 반복한다.
제어기(60)는, 제1 챔버(12)가 펌핑을 중지할 때, 2개의 초음파 발생기(30)의 진동을 제어하여 2개의 초음파 진동파를 발생시킨다. 제어기(60)는 또한, 제2 챔버(13)가 펌핑을 중지할 때, 2개의 초음파 발생기(30)의 진동을 제어하여 2개의 초음파 진동파를 발생시킨다. 여기서, 제어기(60)는 제1 진공 펌프(51) 및 제2 진공 펌프(52)에 전기적으로 연결될 수 있고, 제1 진공 펌프(51) 또는 제2 진공 펌프(52)가 작동을 중지할 경우, 제어기(60)는 제1 진공 펌프(51)가 제1 챔버(12)에서 펌핑을 중지한 것으로 판단하거나, 또는 제2 진공 펌프(52)가 제2 챔버(13)에서 펌핑을 중지한 것으로 판단하는데, 이때 2개의 초음파 발생기(30)가 진동을 시작하도록 알릴 수 있다.
본 발명의 실시예는 상기 분리 칩(10)에 적용되는 액체 샘플 중 표적 입자를 분리하기 위한 방법을 더 제공하고, 상기 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다.
단계 S1에서, 본 발명의 분리 칩(10)을 제공하고, 상기 분리 칩(10)의 샘플 풀(11)에 액체 샘플을 제공한다.
단계 S2에서, 상기 압축 어셈블리(20)를 제어하여 2개의 상기 초음파 발생기(30)가 상기 분리 칩(10)을 향해 이동하도록 구동함으로써, 2개의 상기 초음파 발생기(30)가 상기 분리 칩(10)의 단면에 근접하여 최외측의 상기 제1 챔버(12)의 외표면 및 최외측의 상기 제2 챔버(13)의 외표면에 각각 결합되도록 한다.
초음파 발생기(30)가 연결되는 동시에, 압축 어셈블리(20)는 또한 2개의 어댑터 튜브(53)가 제1 개구(121) 및 제2 개구(131)와 각각 연통되도록 구동함으로써, 제1 개구(121) 및 제2 개구(131)가 차압 구동 시스템(50)과 각각 연통되도록 한다.
단계 S3에서, 제1 개구(121)를 통해 제1 챔버(12)를 펌핑하여 제1 챔버(12) 내에서 차압을 발생시킨다.
차압 구동 시스템(50)은 제1 개구(121)를 통해 상기 적어도 하나의 제1 챔버(12)를 펌핑하여 상기 적어도 하나의 제1 챔버(12) 내에서 차압을 발생시킨다. 샘플 풀(11) 내의 액체 샘플(11) 내의 액체 샘플 중의 액체 및 사이즈가 제1 여과막(14)의 구경보다 작은 성분은 차압의 작용 하에 제1 여과막(14)을 향해 이동하고, 제1 여과막(14)을 통해 상기 적어도 하나의 제1 챔버(12)로 진입한다.
단계 S4에서, 상기 적어도 하나의 제1 챔버(12)의 펌핑을 중지하고, 2개의 상기 초음파 발생기(30)의 진동을 제어하여 초음파 진동파를 발생시킨다. 동시에, 제2 개구(131)를 통해 제2 챔버(13)를 펌핑하여 상기 적어도 하나의 제2 챔버(13) 내에서 차압을 발생시킨다.
여기서, 초음파 진동파는 액체 샘플, 제1 여과막(14) 및 제2 여과막(15)이 고주파 진동할 수 있도록 하여, 여과막의 기공에 흡착된 표적 입자가 여과막의 기공으로부터 신속하게 분리되어 환류되는 액체 샘플에 재현탁될 수 있도록 하고, 표적 입자가 응집되는 것을 방지한다. 동시에, 차압 구동 시스템(50)은 제2 개구(131)를 통해 제2 챔버(13)를 펌핑하여 제2 챔버(13) 내에서 차압을 발생시킨다. 제1 여과막(14)의 표면에 부착된 성분은 기체 흐름 및/또는 액체 흐름에 따라 샘플 풀(11)로 흐를 수 있고, 샘플 풀(11) 내의 액체 샘플 중의 액체 및 사이즈가 제2 여과막(15)의 구경보다 작은 성분은 차압의 작용 하에 제2 여과막(15)을 향해 이동하고, 제2 여과막(15)을 통해 상기 적어도 하나의 제2 챔버(13)로 진입한다.
단계 S5에서, 상기 적어도 하나의 제2 챔버(13)의 펌핑을 중지하고, 2개의 상기 초음파 발생기(30)의 진동을 제어하여 초음파 진동파를 발생시킨다.
다음에, 단계 S3 내지 단계 S5를 여러 번 순환시킬 수 있는바, 액체 샘플 중 여과막의 구경보다 작은 성분이 제거되고, 여과막의 구경보다 큰 성분이 샘플 풀(11) 내에 남아 있게 함으로써, 보다 우수한 분리 및 정제 효과를 구현할 수 있다.
선행기술과 비교하여, 본 발명의 분리 장치(100)는 분리 칩(10)과 초음파 발생기(30)를 별도로 설치하고, 사용 시 압축 어셈블리(20)의 연동을 통해 2개의 초음파 발생기(30)를 이동시켜 분리 칩(10)에 결합시키며, 분리 칩(10)에 초음파 진동파를 제공하여 분리 칩(10)을 진동시킴으로써, 제1 여과막(14) 및 제2 여과막(15)의 막힘을 방지할 수 있고, 분리 효율 및 분리 순도 등을 향상시킬 수 있으며; 분리 칩(10)에 진동 부재를 설치할 필요가 없으므로, 분리 칩(10)의 제조 난이도 및 비용을 감소시킬 수 있다.
초음파 발생기(30)는 분리 칩(10)과 매칭되는 특정 구조 및 매개 변수를 가지며, 발생된 초음파 진동파는 제1 여과막(14) 및 제2 여과막(15)에 부착된 입자가 탈락되도록 보장할 수 있으므로, 여과막의 막힘을 방지하고, 여과 효율 및 여과 순도 등을 향상시키는 목적에 도달할 수 있다.
압축 어셈블리(20)는 2개의 초음파 발생기(30)의 연동을 구현함으로써, 2개의 초음파 발생기(30)가 분리 칩(10)에 각각 결합되거나 이로부터 분리되도록 하고, 연동 과정은 조작이 간단하며, 초음파 발생기(30)와 분리 칩(10)이 긴밀하게 결합되므로, 초음파 진동파가 분리 칩(10)을 손상시키지 않고 제1 여과막(14) 및 제2 여과막(15)으로 전달되는 것을 보장할 수 있다.
2개의 어댑터 튜브(53)를 압축 어셈블리(20)에 설치함으로써, 연동 과정에서, 초음파 발생기(30) 및 차압 구동 시스템(50)과 분리 칩(10)의 연결을 동시에 구현할 수 있고, 연결 구조를 간소화할 수 있으며, 구조의 복잡도 및 조작 난이도를 감소시킬 수 있다.
100: 분리 장치
10, 10': 분리 칩
11, 11': 샘플 풀
12, 12': 제1 챔버
121: 제1 개구
13, 13': 제2 챔버
131: 제2 개구
14, 14': 제1 여과막
15, 15': 제2 여과막
16': 진동 부재
70: 진동 시스템
20: 압축 어셈블리
21: 베이스
22: 이동 메커니즘
221: 제1 슬라이드 레일
222: 제1 슬라이드 블록
223: 제1 장착판
224: 제2 슬라이드 레일
225: 제2 슬라이드 블록
226: 제2 장착판
227: 탄성 부재
23: 구동 메커니즘
231: 구동축
24: 변위 감지 어셈블리
241: 제1 연결편
242: 제2 연결편
243: 광결합 부재
30: 초음파 발생기
31: 진폭 트랜스포머
311: 제1 진폭 변동부
312: 제2 진폭 변동부
313: 제3 진폭 변동부
314: 연결부
32: 압전 세라믹 어셈블리
321: 압전 세라믹 시트
322: 전극편
323: 절연 슬리브
324: 연결 부재
33: 조절 블록
40: 주파수 변환 모듈
41: 주파수 변환기
42: 제어 밸브
50: 차압 구동 시스템
51: 제1 진공 펌프
52: 제2 진공 펌프
53: 어댑터 튜브
54: 탄성 슬리브
60: 제어기
h1, h2, h3: 사이즈

Claims (10)

  1. 액체 샘플로부터 표적 입자를 분리 및 정제하기 위한 분리 장치로서,
    상기 분리 장치는,
    샘플 풀, 상기 샘플 풀의 한쪽 측에 위치하는 적어도 하나의 제1 챔버, 및 상기 적어도 하나의 제1 챔버에서 떨어진 상기 샘플 풀의 다른쪽 측에 위치하는 적어도 하나의 제2 챔버를 포함하고, 인접한 2개의 상기 제1 챔버 사이 및 상기 샘플 풀에 인접한 상기 제1 챔버와 상기 샘플 풀 사이는 모두 제1 여과막을 통해 연통되며, 인접한 2개의 상기 제2 챔버 사이 및 상기 샘플 풀에 인접한 상기 제2 챔버와 상기 샘플 풀 사이는 모두 제2 여과막을 통해 연통되고, 각각의 상기 제1 여과막 및 각각의 상기 제2 여과막의 구경이 상기 표적 입자의 입경보다 작은 분리 칩;
    압축 어셈블리, 및 상기 압축 어셈블리에 위치하는 2개의 초음파 발생기를 포함하고, 상기 압축 어셈블리는 상기 초음파 발생기가 상기 분리 칩을 향해 이동하도록 구동함으로써 2개의 상기 초음파 발생기가 상기 분리 칩의 단면에 근접하여 최외측의 상기 제1 챔버의 외표면 및 최외측의 상기 제2 챔버의 외표면에 각각 결합되도록 하는 진동 시스템;
    차압 구동 시스템;
    상기 차압 구동 시스템을 통해 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버에 각각 연결되고, 상기 차압 구동 시스템을 제어하여 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버에서 교대로 차압을 발생시키는 주파수 변환 모듈; 및
    상기 차압 구동 시스템이 상기 제1 챔버 또는 상기 제2 챔버에서 차압의 발생을 중지할 때, 2개의 상기 초음파 발생기의 진동을 제어하여 초음파 진동파를 각각 발생시키는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    2개의 상기 초음파 진동파의 진동 주파수는 모두 15 KHz∼80 KHz이고;
    상기 초음파 진동파의 하나의 주기 내에서, 2개의 상기 초음파 진동파의 듀티비는 모두 10 %∼90 %인 것을 특징으로 하는 분리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    2개의 상기 초음파 진동파의 상기 진동 주파수와 상기 듀티비 사이의 차이는 30 % 이하인 것을 특징으로 하는 분리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    2개의 상기 초음파 발생기의 켜짐 또는 꺼짐의 하나의 주기 내에서, 상기 켜짐의 비율은 10 %∼100 %인 것을 특징으로 하는 분리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    2개의 상기 초음파 발생기는 동일한 수평면에 위치하는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 발생기는 상기 분리 칩에 근접하여 설치되는 진폭 트랜스포머, 및 상기 진폭 트랜스포머에 연결되는 압전 세라믹 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 진폭 트랜스포머는 순차적으로 연결되는 제1 진폭 변동부, 제2 진폭 변동부, 제3 진폭 변동부 및 연결부를 포함하고, 상기 연결부는 상기 압전 세라믹 어셈블리에 연결되며, 상기 제1 진폭 변동부는 상기 제2 진폭 변동부의 단면에서 떨어져 상기 제1 챔버의 외표면 또는 상기 제2 챔버의 외표면에 결합되고, 상기 진폭 트랜스포머의 연장 방향에 수직인 방향을 따라, 상기 제2 진폭 변동부의 사이즈는 상기 제1 진폭 변동부 및 상기 제3 진폭 변동부의 사이즈보다 작아지는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 압전 세라믹 어셈블리는 적층되어 설치되는 복수 개의 압전 세라믹 시트, 복수 개의 상기 압전 세라믹 시트와 이격되어 설치되는 복수 개의 전극편, 절연 슬리브 및 연결 부재를 포함하고, 복수 개의 상기 압전 세라믹 시트 및 복수 개의 상기 전극편은 상기 절연 슬리브에 피복 설치되며, 상기 연결 부재는 상기 절연 슬리브를 관통하여 상기 진폭 트랜스포머에 탈착 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 초음파 발생기는 조절 블록을 더 포함하고, 상기 조절 블록은 상기 진폭 트랜스포머에서 떨어진 상기 압전 세라믹 어셈블리의 일단에 설치되며, 상기 연결 부재는 상기 조절 블록에 연결되는 것을 특징으로 하는 분리 장치.
  10. 액체 샘플로부터 표적 입자를 분리 및 정제하기 위한 분리 방법으로서,
    상기 방법은,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 분리 장치를 제공하고, 상기 샘플 풀에 액체 샘플을 제공하는 단계;
    상기 압축 어셈블리를 제어하여 2개의 상기 초음파 발생기가 상기 분리 칩을 향해 이동하도록 구동함으로써 2개의 상기 초음파 발생기가 상기 분리 칩의 단면에 근접하여 최외측의 상기 제1 챔버의 외표면 및 최외측의 상기 제2 챔버의 외표면에 각각 결합되도록 하는 단계;
    상기 적어도 하나의 제1 챔버에서 차압을 발생시켜 상기 샘플 풀 내의 액체 샘플 중 입경이 상기 제1 여과막의 구경보다 작은 성분이 차압의 작용 하에 상기 적어도 하나의 제1 챔버로 진입하도록 하는 단계;
    상기 적어도 하나의 제1 챔버에서 차압의 발생을 중지하고, 2개의 상기 초음파 발생기의 진동을 제어하여 초음파 진동파를 발생시키는 단계;
    상기 적어도 하나의 제2 챔버에서 차압을 발생시켜 상기 샘플 풀 내의 액체 샘플 중 입경이 상기 제2 여과막의 구경보다 작은 성분이 차압의 작용 하에 상기 적어도 하나의 제2 챔버로 진입하도록 하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 제2 챔버에서 차압의 발생을 중지하고, 2개의 상기 초음파 발생기의 진동을 제어하여 초음파 진동파를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리 방법.
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