KR900002254B1 - 화학반응장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

화학반응장치
제 1 도는 본 발명을 구체화한 대표적인 화학반응장치의 사시도.
제 2(a) 도는 제 1 도 ⅢA-ⅢA 선의 벨트구동기구의 정면도.
제 2(b) 도는 제 1 도 ⅢB-ⅢB 선의 벨트구동기구의 평면도.
제 3 도는 벨트주행방향과 수직으로 교차하는 평면을 따라 취한 제 1 도의 장치의 단면도.
제 4 도는 반응용기를 기립상태로 설치하는 기립기구를 예시한 도면.
제 4(a) 도는 두개의 이동 벨트를 이용하여 기립기구를 장치중에서 대기상태에 있도록 한 도면.
제 4(b) 도는 제 4(a) 도의 반응용기를 직립상태로 설치하게끔 작동되어 있는 기립기구의 도면.
제 4(c) 도는 하나의 주행벨트를 이용하여 기립기구를 장치중에서 대기상태에 있도록 한 도면.
제 4(d) 도는 제 4(c) 도의 반응용기를 직립상태로 설치하게끔 작동되어 있는 기립기구의 도면.
제 4(e) 도는 기립기구에 의해, 기립상태를 잇는 반응용기의 평면도.
제 5 도는 면역반응 공정에 대응한 장치의 배치를 나타낸 정면도.
본 발명은 화학반응을 간편하고도 효율적으로 시킬 수 있는 신규의 반응장치, 특히 여러가지 화확반응공정 단계를 자동적으로 처리하는데 가장 적당한 화학반응장치에 관한 것이다. 예를들자면 본 발명의 장치는 생화학을 비롯한 광범위한 화학공정에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 생화학 및 미생화학 연구와 임상진단에 있어서 여러가지 시험을 효율적으로 처리하는데 사용된다.
화학반응은 여러가지 유형으로 분류되는데, 일반적으로 어떤 화학반응에 있어서도 반응이 일어나는 여러가지 조건, 즉 온도, 압력, 시간빛 및 교반 등은 반응결과에 미치는 영향이 극히 크다. 이들 인자중에서 교반은 해당화학 반응에 미치는 영향은 현저하다. 따라서 화학반응 장치에는 이들 목적에 충분히 합당한 각종 교반 수단을 구비하고 있다. 대형 화학반응장치에 있어서 보통 프로펠러 형식의 교반장치를 탱크 내부에 설치하고 있다. 따라서 프로펠러의 형상, 프로펠러의 회전속도의 변화 등을 어떻게 선택하느냐에 따라 적정 반응조건을 이론적으로, 그리고 실험적으로 설정하고 있다.
그러나 프로펠러 등과 같은 교반장치를 부가해준다는 것은 반응 용기의 크기가 작아짐에 따라 크게 어려움이 따르게 된다. 미생물 배양의 경우에 있어서 반응용기를 집체적으로 진탕해 줌으로써 교반조작을 간소화하고 있다. 그러나, 상술한 바와같은 종래의 교반방법은 반응용기의 크기가 작아짐에 따라 비례적으로 교반이 균일하지 못하게 된다는 결점을 가지고 있다. 최근 수년이래 각종 화학반응, 특히 면역화학반응을 이용하여 여러가지 질환을 진단함에 있어서 그 수용도는 점차 증대하고 있다. 이러한 진단용의 시료는 주로 환자의 혈액이다. 채취되는 혈액량이 한정되고 여러가지 시험에 사용해야 하기 때문에 이런 각 시험에 사용되는 혈액량은 극히 작다. 따라서 각 시험항목에 사용되는 반응용기는 그 크기가 작아야 한다.
이러한 소형의 화학 반응용기에 사용되는 효과적인 교반수단이 아직 제시된 바 없기 때문에 불가피하게 개시된 반응이 충분히 진행될 때까지 교반을 하지 않고서도 반응용기를 방지할 필요가 있었던 것이다. 따라서 총반응시간이 수시간 내지 수일 소요된다는 결점이 있는 것이다.
이러한 결점이 있음에도 불구하고 방사성 동위원소나 효소를 이용한 면역화학반응을 이용하여 암 및 기타 여러가지 질병을 진단하는 일이 빈번하게 있는 것이다. 그 이유는 이러한 반응에서는 민감도와 신뢰성에 있어서 기타 다른 진단방법들보다 결정적으로 우수하기 때문이다. 질병의 유무와 질병의 조건 등은 진단기준이 되어 있는 혈액중의 각종 물질의 함량을 정확히 측정하여 결정하게 된다. 따라서 최근에와서는 측정의 정밀도와 신뢰성에 점차 크게 중점을 두고 있다.
현재 이러한 진단의 경우에 있어서 교정된 항체(immobilized antibody)를 사용하는 것이 널이 이용되고 있다.
항체 고정용 고체상으로는 플라스틱이나 유리로 된 극히 미세한 입자 또는 비이드(bead)를 사용한다. 경우에 따라서는 반응용기의 내부 표면의 아래쪽 부분을 고체상으로 사용하기도 한다. 일반적으로 화학반응에 있어서 반응에 참여하는 각 성분은 균질용액에 용해시켜 그 속에서 자유로이 이동하도록 한다. 용액을 교반하여 각 성분이 서로 충돌할 수 있는 기회를 보다 많이 주게 되면 화학반응은 그 속도가 가속된다.
화학반응에 참여하는 각 성분 중 어떤 성분이라도 고체 표면에 고정되면 각 성분간의 상호 충돌은 크게 억제되기 때문에 화학 반응속도는 현저하게 감소된다.
이 경우에 있어서 반응을 촉진시키는 수단으로서 교반을 이용한다. 그러나 각각의 체적이 작은 반응용기를 다수 사용할 때 특히 나타나는 위에 나온 여러가지 문제점들에 대한 해결책을 계속하여 추구한 결과, 특히 프로펠러같은 교반장치를 삽입하지 않는 소형 반응용기의 경우에 있어서 용기 자체가 경사식으로 회전되게 하면 반응속도가 보다 빨라지고 고도로 정확한 결과를 얻을 수 있음을 확인한 것이다.
본 발명은 본 발명인들의 이러한 지식에 입각하여 완성된 것이다. 본 발명인들은 이미 경사식 회전장치(inclined rotation apparatus) 몇가지를 고안한 바 있다. 이들 장치중 한가지(A형)는 원통형 반응용기의 직경과 거의 근사한 일정한 직경을 가지며 고정된 각도로 평행하게 경사지게 하여 인접되어 배치되게 한 다수("n"은 수임)의 로울러를 구성함으로써 두개의 인접한 로울러마다 각 반응용기(총개수는 "n-1")가 설치되게 하고 한쪽 방향으로 로울러 고정된 속도로 회전시켜 이들 반응용기를 회전시키도록 한 것이다. (일본공개특허공보소 58-(1983), 미국특허제 4482636 호).
또 다른 장치(B형)는 자유로이 회전할 수 있는 등간격의 로울러를 구성한 두개의 평형체인을 설치하고 두개의 체인중 한쪽 체인에는 인접한 로울러 두개씩으로 각각 입구쪽에 가깝게 반응용기를 지지하도록 하고 나머지 한쪽 체인의 대응되는 위치에는 인접한 로울러 두개씩으로 함으로써 결과적으로 다수의 반응용기가 경사진 위치에서 유지되어 하여 위에 나온 A형의 장치의 로울러에 의해 나타나게 되는 것과 동일한 효과를 얻게 한 것이다. (일본공개특허공보소 58(1983)-36631, 미국특허제 4482636 호). 이 장치에 의하여 반응용기를 아래로 지지하는 무한벨트(endless belt)를 한쪽 방향으로 이동시킴으로써 반응용기를 필요로 하는 만큼 회전시킬 수 있으며, 또한 일정한 시간 간격으로 체인을 구동시킴으로써 반응용기를 간헐적으로 이동시킬 수 있기 때문에 각 반응용기는 그 앞에 있던 용기의 정확한 위치에서 정지하게 된다.
또 다른 장치(C형)는 다수의 용기가 경사진 상태에서 일정한 속도로 회전하도록 되어 있기 때문에 실린더 내부에 각각 삽입되어 있는 반응용기는 자동적으로 회전하게 되어 있는 것이다. (일본공개특허공보소 58(1983)-61469, 미국특허제 4479720 호). 일반적으로 화학반응을 수행함에 있어서 분별, 시료 및 시약추가, 반응용기세정 및 반응진행정도를 측정하기 위한 반응혼합물의 샘플링 등과 여러가지 단계가 개입되게 되어 있다.
상술한 여러가지 장치들 중 A형은 회전속도를 고도로 제어할 수 있는 단순한 기구의 것이지만 이 기구들 반자동식 또는 완전자동식으로 더 개량해야 할 장치를 추가할 수 없다는 결점이 있다. 다른 한편으로는 B형 장치는 반응용기를 간헐적으로 일정한 간격으로 앞으로 이동시킬 수 있는 것이다.
이 장치는 설치된 벨트에 의해 반응용기가 아래쪽으로 유지되는 것이지만 장치 조작을 시작할 때 반응용기를 공급할 수 있는 수동식 또는 자동식 호퍼나 반응용기를 방출할 수 있는 장치를 쉽사리 추가할 수 없게 되어 있고, 또한 필요로 하는 위치에 있는 반응용기를 직립상태로 상승시켜 반응용기 내부를 세척하고 반응혼합물을 갈아 넣어주는 등의 단계를 자동화하여 편리하게 할 수 있는 기구를 쉽사리 부가할 수 없다는 결점을 가지고 있다. C형 장치는 A형 장치와 유사한 거의 수동식 조작에는 편리한 것이지만, 이 장치를 부착하여 상술한 바와같이 B형 장치와 유사하게 반응용기를 간헐적으로 전진 이동시킬 필요가 있을 때는 경사진 디스크와 수직으로 교차하는 중앙축을 중심에 가진 원주방향으로 등간격으로 다수의 원통형 호울더를 구성하여 각각의 호울더를 경사진 디스크와 수직으로 교차하는 각각의 축 주위에서 회전할 수 있게 부착함으로써 경사진 디스크가 일정한 시간이 지나면 한 피치(pitch)씩 회전할 때마다 원통형 호울더내에 있는 반응용기가 일정한 피치만큼 간헐적으로 앞으로 이동할 수 있게 한 회전식 시스템을 부가하여서 된 복잡한 기구가 이 장치를 부착할 때 불가피하게 필요로 하게 된다.
부착된 장치에 있어서 반응용기를 직립상태에 있게 하여 어떤 주어진 단계를 실시하고자 할 때는 이 장치에는 복잡한 기구을 다시 더 추가해야만 하는데, 그 이유는 반응용기를 원통형 호울더에서 분리하지 않는 한 반응용기는 직립상태를 유지할 수 없기 때문이다.
본 발명의 목적은 종래의 이러한 종류의 것보다 기구가 훨씬 간단하고, 시료공급, 반응용기의 내부 세정 및 반응혼합물의 샘플링 등과 같은 여러가지 공정단계에 필요한 여러 장치들을 조합하여 미리 설정된 프로그램에 따라 이들 장치를 상호연결함으로써 서로 유사하지 아니한 다수시료에 대해 자동적으로 계속하여 주어진 화학난응을 시킬 수 있는 화학반응장치를 제공함에 있는 것이다.
본 발명의 화학반응장치는 다음과 같이 구성되어 있다. 특징적인 것으로써 본 발명은 평행하게 배열된 원통형 반응용기 다수를 지지하며 구동수단에 의하여 반응용기의 중앙축에 대해 수직인 한쪽 수평방향으로 일정한 속도로 계속하여 앞으로 이동을 하는 위의 이동식 벨트와 인접하지 않고 평행하게 배치되고, 반응용기의 직경보다 약간 크게 일정한 간격으로 떨어져 위로 돌출하는 다수의 톱니를 가지며, 반응용기를 고정된 상대적인 위치에서 유지하도록 하는 별도의 유지용 무한 벨트와, 반응용기 바닥을 지지하는 베이스 및 일정한 공간간격으로 간헐적으로 유지용 벨트를 앞쪽으로 이동시켜주는 구동수단으로 구성되면서 동일한 크기의 원통형 반응용기 다수를 이들의 입구가 위쪽을 향하게끔 하고 수평면으로부터 일정한 각도로 경사지게 한 평면내에 이들의 축이 위치하게끔 인접하여 배치시키고, 위에 나온 경사 각도에서 일정한 상대적인 위치중에서 한 위치에 유지시킨 상태에서 고정된 회전속도로 이들의 중앙축 주위를 회전하도록 하여 용기내부에서 소요의 화학반응이 진행되도록 하며 베이스에 의해 제자리에서 다수의 원통형 반응용기를 지지하도록 함을 특징으로 하는 화학반응 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명은 경사진 상태에서 상술한 반응용기속으로 시약을 도입하는 주입장치와, 소모된 반응혼합물을 위에 나온 경사진 상태의 반응용기로부터 제거한 후 속이 빈 반응용기 내부를 세척하는 세정장치와, 반응용기가 견고하게 밀봉된 경우 경사진 상태의 반응용기로부터 밀봉물을 제거하여 반응용기의 입구를 개봉하는 개봉장치와, 경사진 상태의 위에 나온 반응용기로부터 반응혼합물의 시료를 채취하는 샘플링 장치와, 반응용기내의 반응혼합물의 흡광도(optical de-sity)를 시험하는 측정장치 및 경사진 상태의 반응용기의 외부표면에 미리 표현된 입력데이터를 광학식 또는 전기기식으로 판독하는 구성된 화학반응장치에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상술한 바 있는 반응용기를 바닥부분에서 지지되게 하거나 위쪽에서 집어올릴 수 있도록 기립상태로 고정하는 기립수단을 최소한 한쪽 위치에다 구성함을 특징으로 하는 화학반응장치에 관한 것이다.
또한 본 발명은 기립상태의 반응용기속으로 시약을 주입하는 주입장치와, 기립상태의 반응용기로부터 소모된 반응혼합물을 제거하고 속이 빈 반응용기 내부를 세정하는 세정장치와, 반응용기가 견고하게 밀봉된 경우 기립상태의 반응용기로부터 밀봉물(Seal)을 제거하여 반응용기의 입구를 개봉하는 개봉장치와, 기립상태의 위에 나온 반응용기로부터 반응혼합물을 채취하는 샘플링장치와, 기립상태의 반응용기내의 반응혼합물의 흡광도를 시험하는 측정수단 및 기립상태의 반응용기 외부표면에 미리 표현된 입력데이터를 광학식 또는 전자기식으로 판독하는 판독장치가 구성된 화학반응장치에 관한 것이다.
본 발명의 화학반응장치를 구성하고 있는 각각이 기술수단에 의해 수행되는 기능에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명인들이 확인한 바로서는 주행벨트에 반응용기를 설치하고 빗살모양은 스토퍼(stopper)를 구성함으로써 벨트가 주행할 때 반응용기가 이탈되지 않게 하여 주면 이동시 반응용기를 벨트로부터 미끄러져 분리되는 일이 없이 벨트의 이동속도와 동일한 주변속도로 축주위로 반응용기를 회전시킬 수 있다는 점이다.
상술한 바와같이 간단한 설치의 경우에 있어서도 약간의 미끄러짐이 없이 반응용기를 회전시킬 수 있고, 이러한 설치기능은 반응용기를 이동시키는 벨트의 주행방향과 반대되는 방향으로 이동하며 반응용기를 운반하는 선행기술발명(B형 장치)에 사용된 벨트와 같은 복잡한 기구를 전혀 사용하지 않고서도 효과적으로 발휘될 것이다.
이러한 설치상태에서 반응용기의 회전의 확실성은 반응용기 각 1개씩 마다 표시를 하여 주어 반응용기의 회전수를 육안으로 세어보면서 확인할 수 있는 것이다. 이 시험결과는 표 1에 나와 있다.
[표 1]
벨트의 전송속도와 반응용기의 직경과 회전수 간의 간격
Figure kpo00001
위의 표에서 알 수 있는 바와같이 반응용기의 회전수는 그 직경에 반비례한다. 더욱이 반응용기(A)의 직경에 π를 곱하고 회전수를 곱한 후 10으로 나누어주면 1분당 벨트가 이동하는 거리와 같아지거나 그렇지 않으면 거의 근사한 값을 가지게 된다.
회전수는 표 1에 나와 있는 반응용기 중에서도 다소 변하고 있다. 그 이유는 반응용기의 직경이 변한다는 사실에 기인하고 있기 때문이다.
다시 말하면 회전수가약간 변하는 것은 벨트로부터 반응용기가 미끄러져 이탈하기 때문인 것이 아니라는 것이다.
필요한 경우 정확히 동일한 직경을 가진 반응용기를 사용하면 회전수를 균일하게 할 수 있다. 겉으로 보기에는 반응용기가 이동중일 때 벨트에서 미끄러지는 일이 없이 반응용기를 회전시킨다는 사실을 매일 관찰해 볼 일인 것이다. 그러나 이러한 원칙을 채용한 결과 장치를 현저하게 간소화할 수 있었다. 반응용기를 직립상태로 설치할 위치에 부가하여 반응용기중으로 시료의 주입, 사용된 반응용기의 세정 및 반응혼합물의 샘플링 등과 같은 여러 단계를 경사진 상태로 반응용기를 유지하거나 기립상태로 유지하여 편리하게 실시해야 한다. 이러한 단계들은 반응용기를 한꺼번에 모두 기립상태로 할 수 있다. 따라서 위에 나온 바와같은 단계들을 실시하기 위한 노즐 및 기타 장치를 벨트이동방향과 평행하게 배치, 구성하여 수직으로 이동하게 한 수평바아 위의 필요로 하는 곳에 설치하여 바아가 수직이동함에 따라 수직방향으로 동시에 왕복하게 한다. 이러한 수직왕복운동 도중 노즐 및 기타 장치는 그 기능을 수행하게 된다.
본 발명의 화학반응장치는 위에 나온 종래의 장치보다 훨씬 간단한 회전기구를 가지고 있기 때문에 반응용기를 순차적으로 고정된 핀치로 앞으로 이동시키는 간단한 기구를 부가할 수 있다. 또한 반응용기를 장치자체에다 압박하는 벨트 등과 같은 어떤 수단이 필요없이 설계가 가능하기 때문에 아래쪽에서 위쪽으로 밀어주거나 위쪽에서 상방향으로 당겨주면 반응용기를 기립시킬 수 있게 구성된 간단한 기구로 여러가지 공정단계를 수행할 수 있도록 선택된 일정한 위치에 용기를 기립상태로 유지할 수 있다.
상술한 구성에 의하여 본 발명은 종래의 여하한 기술로는 성취할 수 없는 다음과 같은 현저한 효과를 가지고 있다.
다수의 소형 반응용기를 경사진 상태로 유지하면서 이들 축 주위로 동시에 쉽고도 효율적으로 회전시킬 수 있다. 모든 반응용기가 일정한 각도로 경사진 상태에서 일정 속도로 서서히 회전하기 때문에 반응용기내의 내용물들의 교반이 가속된다거나 감속되는 일이 없다. 따라서 화학반응을 극히 균일하고도 원활하게 진행시킬 수 있다. 본 발명에서 채택된 경사식 회전방법이 면역반응에 미치는 영향을 정지식(stationary method)과 비교해 본 결과는 표 2 및 4에 나와 있고 리노바이러스(rhinoxirus) 번식에 미치는 영향은 표 3에 나와 있다.
2. 반응용기들을 경사진 상태로 회전시키면서 화학반응장치가 다수의 반응용기를 집체적으로 이동시킬 수 있기 때문에 화학반응을 계속하여 진행시킬 수 있다.
3. 반응용기들을 경사진 상태로 유지하면서 공정단계를 전체를 실시할 수 있다. 반응용기를 직립상태로 유지하면서 반응시키는 것이 보다 유리하다고 판단이 되면 반응용기를 직립상태로 고정해주는 장치를 반응장치중에 자유로이 선택할 수 있는 위치에다 구성한다. 예를들면 제 5 도의 "b"로 표시된 위치에서 반응용기를 세정하고자 할 때는 반응용기를 기립상태로 유지하여 세정용액을 완전히 제거시키면 보다 이롭게 실시할 수 있고 넘쳐 나오는 용액이 들어갈 일은 없어진다.
4. 본 발명의 화학반응장치를 광도계(photometer) 같은 측정 기구와 연결시켜주면 반응진행을 모니터링할 수 있고 반응결과를 자동적으로 알 수 있게 된다.
5. 화학반응장치에 광학적으로나 전자기적으로 판독할 수 있는 장치를 구성해주면 반응용기에 나타나는 정보, 즉 시험항목 및 시약의 반응성에 관한 정보를 판독할 수 있다. 따라서 각각의 반응용기에 입력데이터가 잘 나타나지 않거나 시험항목이 혼돈되는 일이 없어진다.
6. 상술한 기능을 부가함으로써 화학반응장치는 그 자체가 면역화학반응과 효소반응 같은 화학반응을 유익하게 실시할 수 있는 장치가 되는 것이다. 관련된 조작들은 더 한층 자동화함으로써 서로 유사하지 않은 다수의 반응을 신속하고도 정확하게 계속하여 실시할 수 있다.
본 발명은 구체적으로 실시할 수 있는 대표적인 화학반응장치에 대하여 설명한다.
이것은 본 발명은 한가지 실시태양에 불과한 것이기 때문에 설계를 여러가지로 변경할 수 있다. 우선 본 발명의 화학반응장치를 첨부된 도면을 따라 설명한다. 제 1 도는 화학반응장치의 전체를 나타낸 것이고, 제 2(a) 도와 제 2(b) 도는 이 장치의 벨트 구동기구들을 예시한 도면이다. 반응용기(Z)를 톱니를 가진 두개의 유지용 벨트(1) 및 2개를 한벌로한 주행벨트(2) 및 반응용기(Z)가 경사각도를 따라 하방향으로 미끄러지지 않도록 베이스(3)에 의하여 지지되어 감속기가 있는 모우터(5)에 연결된 축(6)에 고정된 치차(4)(A, A')가 회전에 의하여 주행하는 벨트(2)에 의하여 반응용기(Z)가 축주위를 회전하게 한다.
감속기가 있는 모우터(7)에 연결된 축(8)에 고정된 치차(9)(A, A')는 정상시에는 정지상태에 있으므로 반응용기(Z)를 정위치에 있게 한다. 반응용기(Z)가 일정한 피치로 이송할 경우 모우터(7)는 구동벨트(1)를 앞쪽으로 주행하는 것에 의해서 반응용기(Z)를 1피치씩 그 다음 위치로 이동시키게 된다. 벨트(1)가 1피치씩 앞으로 이동하는 되는 거리는 일정한데, 그 이유는 광센서(photosensor)(10)과 같은 감지기가 빗살 모양의 톱니의 위치를 감지하게 되면 모우터(7)는 제어되고 정지하게 되기 때문이다. 치차(4)(B, B')는 사축(8)에 고정되어 있지 않기 때문에 치차(4)(A, A')의 회전에 따라 벨트(2)가 움직여서 회전한다. 치차(9)(B, B')는 축(6)에 고정되어 있지 않기 때문에 치차(9)(A, A')의 회전에 따라 벨트(1)가 움직여서 회전한다.
상술한 기구는 수평면에 대하여 일정한 경사각을 가진 평면내에 중심축이 있고, 이 평면의 경사각과 동일한 각도로 개구부를 상방을 향하여 서로 인접하여 동일한 높이를 유지하면서 정렬하는 다수의 원통형 반응용기(Z)를 그 위치 및 경사각도를 유지한 채로 일정한 회전수로 회전하면서 각 반응용기의 내부에서 화학반응이 진행되기 때문에 각 반응용기(Z)를 회전하는 장치에서, 유지되는 반응용기(Z)의 경사각은 시약과 시료의 절약, 반응효율 상승효과를 얻을 수 있기 때문에 0°(수평)45°사이에서 반응용기(Z)에 의하여 내용물이 넘쳐 흐르지 않도록 해야 한다.
일반적으로 5°-20°의 각도를 선택하면 만족스런 결과를 얻게 된다. (표4 참조). 반응용기(Z)의 회전속도는 10∼150rpm 범위내가 바람직하다. 이 회전속도가 10rpm이하가 되면 반응용기 내의 반응 혼합물이 효과적으로 교반되지 않는다. 반대로 회전속도가 150rpm 이상이 되면 기계적인 충격에 의해 고분자 물질이 비활성 되거나 액체가 용기벽을 따라 내려오는 대신 반응용기(Z)와 더불어 회전을 하게 되기 때문에 교반이 효과적으로 되지 않는다(표 4 참조). 무단 주행벨트(2)는 각 반응용기(Z)의 하면을 지탱하면서 각 반응용기(Z)의 축과 직교하는 방향으로 구동장치에 의하여 연속해서 동일방향으로 등속으로 주행할 수 있게 구성되었으며, 또한 반응용기(Z)의 하면에 접속된 상태에서 발생되는 마찰에 의해 반응용기(Z)를 회전하게 해야 한다. 이들 벨트(2)는 마찰계수가 큰 폴리우레탄이나 클로로프렌등과 같은 물질로 만들어진 것이다. 감속기와 풀리가 있는 모우터로 벨트(2)의 속도를 자유자재로 조절한다. 이 경우에 있어서 벨트(2)는 타이밍벨트와 풀리에는 특히 벨트에 채용되는 타이밍 풀리를 사용하여 더 한층 안정화시킨다.
상술한 주행벨트와 평행하기는 하나 인접하지 않게 배치되고 반응용기의 직경보다 약간 크고 일정한 간격으로 떨어져 돌출한 다수의 톱니가 있으며, 상대적으로 고정된 위치에 반응용기를 유지시키는 나머지 또 다른 유지용 무단 벨트(1)를 폴리우레탄이나 클로로프렌같은 물질로 제조된 벨트웨브(belt web)와, 반응용기를 충분히 수용하여 이들을 자유자재로 회전시킬 수 있을 정도로 고정된 간격으로 벨트 웨브위에 형성한 톱니로 구성되어 있다. 이들 톱니는 테프론(테트라플루오로에틸렌)이나 폴리프로필렌 같은 물질로 된 것이다. 반응용기(Z)의 회전을 방해하지 않기 위해 주행벨트(2)보다 약간 아래쪽의 위치에 유지용 벨트를 구성한다. 톱니에 사용되는 물질은 주행벨트(2)의 마찰계수보다 작은 마찰계수를 가진 것이라야 한다. 톱니의 수는 조작을 편리하게 할 수 있도록 선택하는데 20개∼200개의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서 화학반응장치는 외부 경계를 따라 구성된 톱니를 가진 타이밍벨트를 유지용 시스템으로 사용하면 보다 간편하고 보다 신뢰성있는 메카니즘으로 한다. 반응용기(Z)의 바닥을 지지하는 베이스(3)는 반응용기(Z) 아래로 미끄러지지 않도록 하면 충분히 그 기능을 다하는 것인데, 마찰계수가 작은 금속재료나 플라스틱재료로 제조한다.
유지용 벨트(1)를 일정간격으로 간헐적으로 앞으로 이동시키는 구동장치를 설치하여 일정한 피치로 반응용기를 공급하도록 한다. 두개의 유지용 벨트(1)를 반응용기(Z)의 입구와 바닥을 따라 각각 하나씩 설치한다. 동시에 이동시키게 되면 이들 유지용 벨트(1)는 설치된 반응용기(Z)를 인접된 상태로 일정한 피치만큼 이동시켜준다. 반응용기(Z)를 간헐적으로 고정된 피치로 전진시키는 시간간격을 마음대로 선택할 수 있다.
제 3 도는 벨트의 이동방향과 수직으로 교차하는 평면을 따라 취한 제 1 도에 나온 장치의 단면도이다. 톱니가 있는 두개의 유지용 벨트(1) 한벌, 두개의 이동식 벨트 한벌, 및 베이스(3)를 이용하여 반응용기(Z)를 제자리에서 유지시킨다. 감속기가 있는 모우터(5)에 연결된 축(6)에 고정시킨 치차(4)(A, A')의 회전에 따라 이동식 벨트가 구동되면 이들이 회전하게 된다. 반응용기(Z)의 경사각도는 프레임(11)에 부착된 나사(12)를 돌려주어 조절한다. 제 4 도는 경사식 반응용기를 장치중의 일정한 위치에 직립상태로 있게 하는 기구를 예시한 도면이다. 제 4(a) 도는 두개의 주행벨트를 이용한 한가지 실시태양이다. 축(15)에 연결된 회전판(16)에다 아암(14)를 통하여 호울더(13)를 일체가 되게 연결하고, 금속요소(18)에 연결된 아암(19)에다 호울더(17)를 일체가 되게 연결한다. 금속요소(18)는 축(15)주위를 자유로이 회전하도록 되어 있고, 아암(19)는 스프링(20)에 의하여 당겨져서 스토퍼(21)에 의하여 제 4(a) 도에 예시된 고정된 위치에서 유지된다. 축(15)이 시계방향으로 회전하게 되면 호울더(13)는 회전판(16)과 아암(14)를 통해 클로오(claw)(22)와 연동되어 올라오게 되고 따라서 반응용기(Z)를 위로 밀어주게 된다.
중도에서 반응용기(Z)를 호울더(13) 및 (17), 클로로(22)아 협지되어서 회전하여 반응용기(Z)가 제 4(b) 도에 예시된 직립위치까지 오게되면 샤프트(15)는 회전을 중지하게 되고, 다음에 축(15)이 시계반대방향으로 회전하게 되면 반응용기(Z)는 제 4(a)에 예시된 바와같이 원래상태로 되돌아간다. 제 4(c) 도와 제 4(d) 도는 한개의 주행벨트(2)를 이용한 한가지 실시태양을 나타낸 것이다. 여기에 나와있는 기구에 있어서 호울더(13)는 반응용기(Z)의 상단부를 밀어올리고 호울더(17)와 클로오 반응용기(Z)를 협지하여서 직립상태로 해준다. 제 4(e) 도는 호울더(13)(17) 사이에 끼어있는 반응용기(Z)를 나타낸 것이다.
제 5 도는 면역반응공정에 상응한 장치의 정면도이다. 효소로 표지(labelliug)된 항체를 함유하고, 반응용기 내벽에 고정된 항체를 가진 반응용기(Z)를 수용하는 반응용기 공급기(23)에 의해 반응용기(Z)를 순차적으로 공급하게 된다.
첫번째 반응용기(Z)가 "a" 위치에 도달하면 제 4 도의 기립장치가 작동하여 첫번째 반응용기(Z)를 기립상태로 있게 한다. 시료턴테이블(turntable)로부터 시료를 끄집어낸 시료주입기가 완충액과 더불어 일정량의 시료를 반응용기(Z)속으로 주입한 다음 기립장치는 정상위치로 복귀하게 되고 결과적으로 반응용기(Z)는 벨트(2)위에서 축 주위로 회전하면서 오른쪼으로 전진주행하게 된다. 반응용기(Z)가 전진이동함에 따라 반응용기(Z)내에서는 면역반응이 일어난다. 유지용 벨트(1)를 이용하여 그 다음번의 반응용기(Z)를 일정한 시간 간격으로 오른쪽으로 계속하여 주행시키면 각 반응용기는 동일한 기립 및 주입단계를 거치게 된다.
첫번째 반응용기(Z)가 "b" 위치에 도달하게 되면 "b"위치에 있던 기합장치가 작동되어 첫번째 반응용기를 다시 직립상태에 있게 한다. 세정장치가 소모된 반응혼합물을 흡입식으로 반응용기(Z)로부터 제거한 다음 세정액을 주입하여 용기내부에 세척한다. 세정액의 주입 및 흡입제거단계를 반복하여 반응용기(Z)를 철저하게 세정한다. 따라서 효소의 기질 용액을 분배장치로 반응용기(Z)내로 주입하고 "b" 위치에 있는 상승장치가 정상위치로 복귀한 다음 반응용기(Z)는 "c" 위치로 이동하게 된다. 이러한 동안에 반응용기(Z)내에서는 효소반응이 일어난다. "c" 위치에서 기립장치가 작동되어 반응용기(Z)를 기립상태로 하게 되고, 따라서 그 다음 고정은 쉽사리 진행되는 것이다. 다음 공정은 반응용기를 수동식 또는 기계식으로 분광광도계(spectrophotometer) 속도로 보내어 삽입하여 결과를 확인하는 공정이다. "c" 위치에 있는 상승 장치는 반응용기가 제거되고 나면 정상위치로 복귀한다. "b" 위치와 "c" 위치는 반응시간과 피치에 따라 결정된다. 반응용기속에 시약을 도입하는 주입장치는 방사면역 분석시험(radioimmunoassay)과 같은 미량분석에서 기대되는 정밀도와 균등하며 일정량의 시약을 정확히 분리하여 반응용기속으로 주입할 수 있는 정도의 정밀성을 가진 것이 바람직하다. 반응용기내에 있는 반응혼합물의 흡광도를 시험하기 위한 측정장치로서 분광광도계 또는 형광광도계(fluorophotometer)를 사용한다. 여기서 사용되는 장치는 연속식이거나 불연속식이면 된다.
[시험예]
본 발명을 구체화한 화학반응장치를 사용하여 시험을 하였는데, 그 결과는 표 2와 표 3에 나와있다.
표 2에는 경사식 회전법을 암배자 항원(CEA : carcino embryonic antigen)에 대한 효소면역 분석시험에 이용한 결과가 나와있다.
[표 2]
경사식 회전법이 반응에 미치는 영향
Figure kpo00002
내경이 12mm인 시험관 각각에 고정된 항 CEA 항체를 가진 직경이 6mm인 폴리스티렌비이드, 농도가 10ng/ml인 CEA를 함유한 시료 0.1ml 및 효소로 표지(labelling)로 된 항 CEA 항체용액을 함유한 내경이 12mm인 각 시험관을 각도 90(직립) 및 회전속도 0r.p.m(정지상태)에서, 그리고 각도 10°및 회전속도 30 및 240r.p.m에서 25℃에서 20분간 면역반응시켰다. CEA를 통해 고정된 항체에 결합한 효소로 표시된 항체량을 체크하기 위하여 결합하지 아니한 효소로 표시된 항체를 세정하여 제거한 다음 잔류물에다 효소에 대한 기질로서 과산화 수소와 색소원으로서 오르토-페닐렌디아민을 첨가하고 동일한 조건하에서 10분간 효소반응시켰다. 과산화효소를 효소로 사용하였기 때문에 과산화 수소를 활성화시켜 호르토-페닐렌디아민을 착색시켰다. 표 2에서 "착색도"란에서 나타난 수치는 상대적인 크기를 나타내는 것으로서 반응용기를 직립상태로 하여 정지상태로 두었을 때를 100으로 할 경우 실측되는 세기를 나타내는 것이다. 여기서 알 수 있는 것은 회전속도(r.p.m)가 각각 30 및 240 이었을 때 반응용기를 회전시키지 않고 직립상태로 둔 경우와 비교하면 반응을 각각 3.1배 및 1.6배 증가시켰다는 점이다.
표 3은 경사상태에서 회전시켰을 때 리노바이러스 번식에 미치는 영향을 나타낸 것이다.
[표 3]
상청액 1ml 중에서의 리노바이러스 형의 역가
Figure kpo00003
10% 소 태아 혈청(bovine fetal serum)을 함유하고 1ml당 세포농도가 1×106되게 오하이오 헬라 셀(ohio Hela cell)을 현탁시킨 아이클 기본 배지(Eaqle basal medium) 3ml을 플라스틱 시험관(16×125mm)에 넣고 경사각도 10°및 회전속도 30r.p.m인 장치에서 37℃에서 3일간 회전식 배양처리하였다. 생성된 배양육즙으로부터 상청액을 제거하여 버리고 얻는 배양공급즙 잔류물에 50% 조직 배양감염량(TCID50: tissue culture infectious dosage)의 105.0농도로 현탁시킨 리노바이어스 3형을 함유한 이이글 기본배치 0.5ml을 가한 후 1시간 회전식 배양처리했다. 잔류물에 마찬가지의 배지 2.5ml를 가하고 마찬가지로 3일간 회전식 배양처리했다. 생성된 상청액을 모아 공지방법[H.L.Torney et 01., Antimecrobial Agents and Chemotheraqu 22, 635-638(1982)]에 따라 바이러스의 역가(TCID50)를 시험하였다. 플라스틱 플라스크(plastic Roux flask : 25em2)중에서 1ml 당세포농도 3×106접종시킨 오하이오 헬라셀을 3일간 정지식 배양처리하였다. 수득한 배양육즙을 105.0TCID50의 농도로 현탁시킨 리노바이러스 3형을 함유한 배지 0.5ml로 치환시켜서 1시간 정지식 배양액을 모아 상술한 방법에 따라 바이러스 역가(TCID50)을 시험하였다. 표 3에 나온 바와같이 회전식 배양에서의 바이러스 번식은 정지식 배양의 경우보다 10배가 효과가 있었다.
[시험예]
표 4에 경사각도 및 회전속도가 반응에 미치는 영향이 나와있다. 경사각도 및 회전속도가 반응에 미치는 영향(반응용기를 90°로 경사지게 하고 회전시키지 않았을 경우를 100으로 했을 때 나타나는 강도를 착색도의 상대적인 크기로 나타낸 것임).
Figure kpo00004
위에 나온 표 4는 경사식 회전이 α-페토프로우팅(AEP : α-fetoprotein)의 효소 면역분석 시험에 미치는 영향을 비교한 것이다. 바닥부근의 내부표면에 고정된 항-AFP 항체, 20ng/ml의 농도의 AFP를 함유한 시료-0.05ml 및 효소로 표시된 항-AFP 항체용액 0.20ml을 함유하여 내경이 9mm인 원통형 반응용기 각각을 경사각도 90°(직립상태), 60°, 30°및 10°의 회전속도 0(회전없음), 5, 30, 60, 120 및 240r.p.m에서 25℃에서 20분간 각각 면역화학반응을 시켰다. AFP를 통해 고정된 항체에 결합한 효소로 표시된 항체량을 체크하기 위해 결합하지 아니한 효소로 표시된 항체를 세정하여 제거하였다. 수득한 잔류물에다 효소 기질로서 과산화수소와 색소원으로 오르토-페닐렌디아민을 가한 후 마찬가지 조건하에서 10분간 효소반응을 시켰다. 과산화효소를 사용하였기 때문에 과산화수소를 활성화시켜 오르토-페닐렌디아민을 착색시켰다. 표에 나온 수치는 반응용기를 기립상태로 하여 정지시켰을 때를 100으로 했을 경우 나타나는 착색도를 상대적인 크기로 나타낸 것이다. 여기서 사용된 모든 반응조건에 있어서 용기를 10°∼30°경사지게 하여 30∼120r.p.m에서 회전시켰을 때 가장 큰 착색도를 나타내었다. 이들 특수한 조건들에 의하여 반응용기를 직립상태에서 정지시켰을 경우에 비해 반응이 약 4배정도 크게 나타났다. 또한 회전을 고속으로 하여 주면 반응이 빨라지기 보다는 억제된다. 고속회전에서 나타나는 결점은 면역반응도중 기계적인 충격에 의해 고분자 물질이 비활성화 되어 반응효율이 결과적으로 저하된다는 가정에 의해 논리적으로 설명할 수 있다.

Claims (2)

  1. 평행하게 배열된 원통형 반응용기 다수를 지지하며 구동수단에 의하여 반응용기의 중앙축에 대하여 수직인 한쪽 수평 방향으로 일정한 속도로 계속해서 전진 이동을 하는 최소한 한가지의 주행 무한 벨트와, 이 주행 벨트와 인접하지 않고 평행하게 배치되고, 반응용기의 직경보다 약간 크게 일정한 간격으로 떨어져 위로 돌출하는 다수의 톱니를 가지며 반응용기를 고정된 상대적인 위치에서 유지하게 하는 별도의 유지용 무한벨트와, 반응용기 바닥을 지지하는 베이스 및 일정한 공간간격으로 간헐적으로 유지용 벨트를 앞쪽으로 이동시켜주는 구동수단으로 구성되고, 시약주입장치, 반응용기내 세정장치, 개봉장치, 반응액 샘플링장치, 반응액 농도측정장치 및 정보 판독장치중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 장치를 포함하여서 되는 화학반응장치로서, 원통형 반응용기 다수를 이들의 입구가 위쪽을 향하게끔 하고 수평면으로부터 일정한 각도로 경사지게한 평면내에 이들의 축이 위치하게끔 인접하여 배치시키고, 이 경사각도에서 일정한 상대적인 위치중에서 한 위치에 유지시킨 상태에서 고정된 회전속도로 이들의 중앙축 주위를 회전하도록 하여 용기내부에서 소요의 화학반응이 진행되도록 하며, 베이스에 의해 제자리에 다수의 원통형 반응용기를 지지하도록 한 화학반응장치.
  2. 평행하게 배열된 원통형 반응용기 다수를 지지하며 구동수단에 의하여 반응용기의 중앙축에 대해 수직인 한쪽 수평방향으로 일정한 속도로 계속해서 전진이동을 하는 최소한 한가지의 이동식 무한벨트와, 이 주행벨트와 인접하지 않고 평행하게 배치되고 반응용기의 직경보다 약간 크게 일정한 간격으로 떨어져 위로 돌출하는 다수의 톱니를 가지며 반응용기를 고정된 상대적인 위치에서 유지하게 하는 별도의 유지용 무한벨트와 반응용기 바닥을 지지하는 베이스와, 일정한 공간간격으로 간헐적으로 유지용 벨트를 앞쪽으로 이동시켜 주는 구동수단 및 떨어진 곳에 위치하며 아래쪽에 의하여 반응용기를 상호간에 지지하도록 하며 반응용기의 입구가 위쪽을 향하도록 반응용기를 기립상태로 하게 하는 한가지 이상의 상승장치로 구성되고, 시약 주입장치, 반응용기내 세정장치, 개봉장치, 반응액샘플링장치, 반응액 농도 측정장치 및 정보 판독장치 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 장치를 포함하여서 되는 화학반응장치로서, 원통형 반응용기 다수를 이들의 입구가 위쪽을 향하게끔 하고 수평면으로부터 일정한 각도로 경사지게 한 평면내에 이들의 축이 위치하게끔 인접하여 배치시키고, 이 경사각도에서 일정한 상대적인 위치중에서 한 위치에 유지시킨 상태에서 고정된 회전속도로 이들의 중앙축 주위를 회전하도록 하여 용기내부에서 소요의 화학반응이 진행되도록 하며 베이스에 의해 제자리에서 다수의 원통형 반응용기를 지지하도록 하며, 또한 상승장치에 반응용기를 기립상태로 있게 하여 경사진 각도로 복귀하도록 한 화학반응장치.
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