WO2019147070A1 - 생체분자 필터 및 이를 이용한 생체분자 동적 분리 장치 - Google Patents

생체분자 필터 및 이를 이용한 생체분자 동적 분리 장치 Download PDF

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WO2019147070A1
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membrane structure
biomolecule
housing
biomolecules
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김성훈
김규남
전상렬
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(주)메타포어
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    • A61B10/02—Instruments for taking cell samples or for biopsy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12N15/09—Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10—Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/34—Purifying; Cleaning
    • G—PHYSICS
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    • G01N1/40—Concentrating samples

Definitions

  • the present invention relates to a biomolecule filter and a biomolecule dynamic separation apparatus using the biomolecule filter. More particularly, the present invention relates to a biomolecule filter for filtering biomolecules contained in a sample using a membrane structure having a plurality of fine holes formed therein, To a dynamic separation device.
  • a biomolecule refers to a substance that constitutes a living body or a substance derived from a living body, such as a nucleic acid, a protein, and a micro vesicle.
  • exosome which is a cell-to-cell signaling substance, can be used to diagnose diseases such as cancer and Alzheimer's.
  • attention is paid to a technique for efficiently separating specific biomolecules such as exosomes And research is increasing rapidly.
  • a biomolecule filter includes: a membrane structure having fine holes passing biomolecules; A first housing located on one side of the membrane structure and adapted to receive a sample containing biomolecules and make contact with the one side of the membrane structure; And a second housing located on the other surface side of the membrane structure and collecting biomolecules coming from the other surface of the membrane structure.
  • the membrane structure has a plurality of window cells, and each of the window cells may have fine holes passing biomolecules of a predetermined size or less.
  • the membrane structure includes a filtering unit including a window region in which a plurality of window cells are formed and a blocking region in which a window cell is not formed, the filtering unit filtering the biomolecules from the sample contacting the window region; And a support portion extending from the filtering portion to support the filtering portion.
  • the filtering unit may include a plurality of window regions, and the plurality of window regions may be arranged so as to be spaced apart from one another with the blocking region interposed therebetween.
  • the membrane structure includes a substrate having a through-hole formed therein; And a porous film which is laminated on the substrate and covers one opening of the through-hole.
  • the first housing includes: an inlet through which the sample flows; A first outlet for discharging a residual sample from which at least a part of the biomolecules are separated from the sample; And a first flow path for moving the sample introduced through the inlet port along a predetermined path on the one surface while contacting the one surface of the membrane structure and delivering the sample to the first outlet port.
  • the first flow path of the first housing may form a meander-type sample transfer path on the one surface of the membrane structure.
  • the first flow path of the first housing may include a meander-type first flow path groove portion connecting the inlet port and the first outlet port; And a first partition wall formed around the first flow path groove to prevent leakage of the sample.
  • the first housing may further include a sealing member sealing between the one surface of the membrane structure and the partition wall.
  • the sealing member includes a rubber member
  • the first partition wall portion may include an installation groove in which the rubber member is installed.
  • the first housing may include a first adhesive portion formed around an outer periphery of the first flow path and adhered to the one surface of the membrane structure with an adhesive applied thereto; And a first vent hole communicating the first adhesive portion with the outside of the first housing.
  • the first partition wall may be configured to receive a remaining amount of adhesive flowing out from the adhesive surface when the first adhesive portion and the membrane structure are bonded to each other, And may further include a first adhesive blocking groove.
  • the second housing includes: a second outlet for discharging biomolecules separated through the membrane structure; And a second flow path for transferring the biomolecule discharged through the other surface of the membrane structure to the second outlet.
  • the second flow path may include a plurality of guide groove portions extending in parallel with each other at regular intervals to guide movement of biomolecules coming from the other surface of the membrane structure in a predetermined direction, A second flow path groove part having a collecting groove part guided by the guide groove part and collecting the transferred biomolecules and transferring the biomolecules to the second discharge port; And a second partition wall formed at the periphery of the second flow path groove to prevent leakage of biomolecules.
  • the second housing may include a second adhesive portion formed around an outer periphery of the second partition wall portion and adhered to the other surface of the membrane structure with an adhesive applied thereto; And a second vent hole communicating the second adhesive portion with the outside of the second housing.
  • the second partition wall is configured to receive a remaining amount of adhesive that flows out from the adhesive surface when the second adhesive portion is adhered to the membrane structure, thereby blocking the adhesive from flowing into the second flow groove portion And may further include a second adhesive blocking groove.
  • the biomolecule filter may include a vibrator mounted on the first housing or the second housing to transmit vibration to the membrane structure and the sample.
  • the first housing or the second housing may include a vibrator mount configured to mount the vibrator.
  • the vibrator may be configured to generate ultrasonic vibration or mechanical vibration.
  • the apparatus for dynamic separation of biomolecules is an apparatus using a biomolecule filter according to any one of the above embodiments, comprising: a sample receiving part for receiving a sample containing biomolecules to be filtered; A sample supply pipe connecting the sample storage portion and the first housing of the biomolecule filter to supply a sample stored in the sample storage portion to the biomolecule filter; A sample collection tube connecting the first housing of the biomolecule filter and the sample storage portion to allow a sample discharged from the biomolecule filter to be collected in the sample storage portion; And a pump for circulating the sample accommodated in the sample accommodating portion in the order of a sample supply tube, a biomolecule filter, a sample recovery tube, and a sample storage portion.
  • the biomolecule filter further comprises: a biomolecule containing portion that receives the biomolecule filtered through the biomolecule filter; And a biomolecule collection tube that connects the second housing of the biomolecule filter and the biomolecule storage portion to allow the biomolecule discharged from the biomolecule filter to be received in the biomolecule storage portion.
  • biomolecules contained in a sample are separated by filtering through a membrane structure having a porous structure, thereby preventing damage to the biomolecules and reducing the time and cost required for biomolecule separation.
  • the durability of the membrane structure can be improved and the handling and installation of the membrane structure can be facilitated.
  • FIG. 1 is a front perspective view showing a biomolecule filter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a rear perspective view showing the biomolecule filter shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a rear perspective view showing the biomolecule filter shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the biomolecule filter shown in Fig.
  • FIG. 4 is a plan view showing the membrane structure shown in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view showing a window cell portion of the membrane structure shown in FIG.
  • FIG. 6 is a vertical sectional view showing a portion A-A 'shown in FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an inner surface of the first housing shown in Fig.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the inner surface of the second housing shown in Fig.
  • FIG. 9 is a front perspective view showing a biomolecule filter according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing the biomolecule filter shown in FIG.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a biomolecule dynamic separation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • biomolecule refers to all substances that are formed by binding, decomposing, transforming, or mutating such substances, as well as materials constituting the living body and living bodies such as nucleic acids, proteins and micro vesicles will be.
  • FIG. 1 is a front perspective view of a biomolecule filter 100 according to an embodiment of the present invention.
  • a biomolecule filter 100 includes a first housing 110, a second housing 120, and a first housing 110 and a second housing 120.
  • the first housing 110 is disposed on one side of the membrane structure and is configured to receive a sample containing biomolecules to be filtered and to contact the membrane structure on one side thereof.
  • the first housing 110 may include a first outlet 111, an inlet 112, and a first flow path (not shown).
  • the inlet 112 is configured such that a sample supplied from the outside of the first housing 110 flows into the inside of the first housing 110.
  • the inlet port 112 is configured to include a sample supply tube insertion protrusion formed on the outer surface of the first housing 110 and a through hole extending from the distal end of the protrusion to the inner surface of the first housing 110 .
  • the first outlet 111 is configured to discharge a residual sample from which at least a part of the biomolecules have been separated from the sample introduced into the inlet 112.
  • the first outlet 111 may include a protrusion for inserting a sample collection tube formed on an outer surface of the first housing 110 and a protrusion for extending from the inner surface of the first housing 110 to a distal end of the protrusion for inserting the sample collection tube Through holes.
  • the first flow path of the first housing 110 moves the sample introduced through the inlet 112 along a predetermined path on the one surface of the membrane structure while contacting the one surface of the membrane structure, (111).
  • the first housing 110 may further include a first vent hole 116 for communicating the inside and the outside of the first housing 110.
  • FIG. 2 is a rear perspective view of the biomolecule filter 100 shown in FIG.
  • the second housing 120 of the biomolecule filter 100 includes a first housing 110 positioned on one side of the membrane structure, And is configured to collect and discharge biomolecules coming from the other surface of the membrane structure.
  • the second housing 120 may include a second outlet 121 and a second flow path (not shown).
  • the second outlet 121 is configured to discharge biomolecules separated through the membrane structure.
  • the second outlet 121 may include a protrusion for inserting a biomolecule collecting tube formed on the outer surface of the second housing 120 and a protrusion for inserting the biomolecule collecting tube into the distal end of the protrusion for inserting the biomolecule collecting tube And a through-hole extending through the through-hole.
  • the second flow path of the second housing 120 is configured to collect biomolecules coming from the other surface of the membrane structure and transfer it to the second outlet 121.
  • the second housing 120 may further include a second vent hole 126 for communicating the inside and the outside of the second housing 120.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the biomolecule filter 100 shown in FIG.
  • the biomolecule filter 100 includes a membrane structure 130, which filters biomolecules contained in the sample using the membrane structure 130. That is, the first housing 110 is located on one side of the membrane structure 130 and is coupled to the one side of the membrane structure 130, and the second housing 120 is connected to the other side of the membrane structure 130 And is coupled to the other surface of the membrane structure 130. According to an embodiment, the first housing 110 and the second housing 120 may be configured to receive the membrane structure 130. For example, the first housing 110 and the second housing 120 accommodate the membrane structure 130 in an inner space formed by mutual engagement. As described above, the first housing 110 and the second housing 120 are formed of a membrane- And the second housing 120 can be engaged with the other surface of the membrane structure 130. [
  • FIG. 4 is a top view of the membrane structure 130 shown in FIG.
  • the membrane structure 130 is a membrane-like structure configured to filter biomolecules contained in a sample, and has a plurality of window cells w. Each of the window cells w has a plurality of fine holes passing biomolecules of a predetermined size or smaller.
  • the membrane structure 130 may include a filtering portion 132 and a supporting portion 134.
  • the filtering unit 132 includes a plurality of window cells w arranged in a lattice or matrix form having a plurality of rows and columns, where biomolecule filtering is performed.
  • the filtering unit 132 may include a window region Dw in which the window cell w is formed and a blocking region Db in which the window cell w is not formed.
  • the window region Dw of the filtering unit 132 is a region in which a plurality of window cells w are formed in a matrix shape along the sample movement path and are brought into contact with the sample.
  • the first housing 110 coupled with the membrane structure 130 forms a channel along the window region Dw of the filtering unit 132 and moves the sample through the channel.
  • the filtering unit 132 filters the biomolecules from the sample moving along the window region Dw as described above.
  • each of the window cells w formed in the window region Dw has a plurality of fine holes passing biomolecules of a predetermined size or smaller.
  • the blocking region Db of the filtering unit 132 is a region excluding the window region Dw in the entire region of the filtering unit 132 and is a region in which no filtering of biomolecules occurs.
  • a partition wall or the like of the first housing 110 which will be described later, is positioned to block leakage of the sample moving along the window region Dw.
  • the filtering unit 132 may include a plurality of window regions Dw as shown in FIG.
  • the plurality of window regions Dw can be arranged in turn and spaced apart from each other with the blocking region Db therebetween.
  • the support portion 134 is configured to extend or extend from the filtering portion 132 to support the filtering portion 132. That is, the support portion 134 is a portion corresponding to the frame that supports the filtering portion 132 when the membrane structure 100 is carried by the user or is bonded or inserted into another structure at the time of installing the membrane structure 100 .
  • the filtering part 132 is located at the center of the membrane structure 130 and the supporting part 134 is located at the edge of the membrane structure 130. In other words, Can be located.
  • the shape and size of the membrane structure 130, the position of the filtering part 132 and the support part 134 can be variously changed according to the environment to which the membrane structure 100 is applied.
  • the biomolecules to be filtered contained in the sample are not separated by the window cell w but are separated by the fine holes formed in the respective window cell w. That is, the size and shape of the window cell w are independent of the size of the biomolecule to be filtered.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion of the window cell w of the membrane structure 130 shown in FIG.
  • a plurality of fine holes h are formed in the respective window cells w formed in the filtering portion 132 of the membrane structure 130.
  • the size of the window cell w may be 1.2 x 1.2 mm when the membrane structure 130 has a size of 50 mm x 50 mm, for example. That is, the size and shape of the window cell w are independent of the size of the biomolecule to be filtered, and can be variously changed according to the strength and thickness of the window cell structure.
  • the size of the fine holes h formed in the window cell w is determined according to the size of the biomolecules to be filtered. That is, the fine holes h formed in the window cell w may have a diameter corresponding to a range of 10 nm to 3000 nm. For example, when the biomolecule to be filtered is an exosome, the plurality of fine holes h formed in the window cell w may have a diameter corresponding to a range of 10 nm to 300 nm.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG.
  • the membrane structure 130 may have a laminated structure including a substrate 130a and a porous membrane 130b.
  • the substrate 130a corresponds to the basic structure of the membrane structure 130 and may include a silicon substrate L1 constituting a core layer.
  • the substrate 130a may further include a silicon oxide layer L2 stacked on the silicon substrate L1 to prevent deformation or cracking of the substrate due to residual stress.
  • the silicon oxide layer L2 may be stacked on both the upper and lower surfaces of the silicon substrate L1 as shown in FIG. 6, and may be stacked on only one of the upper and lower surfaces depending on the embodiment.
  • the silicon oxide layer L2 may be deposited on the silicon substrate L1 through a deposition process of a semiconductor fabrication technique.
  • a through hole Hw for forming the window cell w is formed in this substrate 130a.
  • the through hole Hw may be formed through a lithography process of a semiconductor manufacturing technique.
  • the porous membrane 130b corresponds to the porous structure of the window cell w and is stacked and supported on one surface of the substrate 130a with a plurality of fine holes h passing through biomolecules of a predetermined size or less , And covers one opening of the through hole (Hw).
  • the porous film 130b may be composed of a silicon-based compound.
  • the membrane (130b) may be composed of at least one compound selected from the group consisting of silicon nitride (Si 3 N 4), silicon oxide (SiO 2) and silicon carbide (SiC), especially silicon nitride (Si 3 N 4 ).
  • Si 3 N 4 silicon nitride
  • SiO 2 silicon oxide
  • SiC silicon carbide
  • the porous film is made of silicon nitride instead of DFR (dry film resist) or polycarbonate, sufficient strength can be maintained even with a nano-sized thickness, and formation of fine holes can be facilitated.
  • Silicon nitride is a material mainly used as a passivation film for preventing alkali ions from diffusing to the semiconductor surface during semiconductor manufacturing.
  • the thermal expansion coefficient is low (thermal expansion coefficient 3 X 10 -6 / Silicon nitride is adopted as the material of the porous film 130b.
  • the porous membrane 130b may be configured to have a nano-sized thickness, that is, a thickness corresponding to a range of 50 nm or more and 500 nm or less. If the thickness of the porous membrane 130b is less than 50 nm, the strength of the porous membrane 130b may be lowered, and the membrane may be damaged during the manufacturing process or use. On the other hand, if the thickness of the porous membrane 130b exceeds 500 nm, the biomolecule separation time becomes longer and the separation efficiency becomes lower. In order to simultaneously satisfy both the film strength and the biomolecule separation efficiency, the porous membrane 130b may be configured to have a thickness corresponding to a range of 100 nm or more and 300 nm or less.
  • the size of the fine holes h formed in the porous membrane 130b can be determined according to the size of the biomolecules to be filtered. That is, the plurality of fine holes h formed in the porous membrane 130b may have a diameter corresponding to a range of 10 nm to 3000 nm. For example, when the biomolecule to be filtered is an exosome, the plurality of microholes h formed in the porous membrane 130b may have a diameter corresponding to a range of 10 nm to 300 nm. In this case, the nano-sized fine holes formed in the porous film 130b may be formed through an electron beam lithography or an X-ray lithography process having a high resolution.
  • FIG. 7 is a perspective view of the inner surface of the first housing 110 shown in FIG.
  • the first housing 110 includes a first outlet 111, an inlet 112 and a first flow passage 113, and according to an embodiment, a first adhesive 114, An adhesive receiving groove 115, a first vent hole 116, a first outer wall portion 117, and the like.
  • the first housing 110 is disposed on one side of the membrane structure 130 and is configured to receive a sample containing biomolecules to be filtered and to move the sample along the window region Dw of the membrane structure 130 .
  • the inlet 112 is configured such that a sample containing the biomolecule to be filtered flows in from the outside of the first housing 110 to the inside.
  • the first outlet 111 is configured to discharge the remaining sample from which at least a part of the biomolecules have been separated from the sample introduced through the inlet 112.
  • the first flow path 113 connecting the inlet port 112 and the first outlet port 111 connects the sample introduced through the inlet port 112 to one surface of the membrane structure 130, And then to the first outlet 111.
  • the first flow path 113 may be configured to sufficiently bring the introduced sample into contact with the window cells of the membrane structure 130, and then to transfer the sample to the first discharge port 111.
  • the first flow path 113 may be configured to form a meander-type sample transfer path connecting the inlet port 112 and the first outlet port 111 to one surface of the membrane structure 130. 5, the first flow path 113 is configured to move the sample introduced through the inlet port 112 in the zigzag direction on the membrane structure 130 and gradually advance to the first outlet port 111 side .
  • the first flow path 113 may include a first flow path groove 113a and a first partition wall 113b.
  • the first flow path groove portion 113a has a groove structure connecting the inlet port 112 and the first outlet port 111 and may be configured in a meander shape as described above.
  • the first partition wall portion 113b may be formed around the first flow path portion 113a to prevent sample leakage in the first flow path portion 113a.
  • the first housing 110 may further include a sealing member (not shown) sealing between one surface of the membrane structure 130 and the first partition wall 113b of the first flow path 113 .
  • a sealing member may be composed of a polymer synthetic resin having adhesiveness and waterproofness.
  • the sealing member may include a rubber member that is in close contact with one surface of the membrane structure 130.
  • the first partition wall 113b may include an installation groove 113c into which the rubber member is inserted.
  • the first partition wall 113b may further include a first adhesive blocking groove 113d formed between the first flow groove portion 113a and a first adhesive portion 114 described later .
  • the first adhesive blocking groove 113d is configured to receive a remaining amount of adhesive that flows out from the bonding surface when the first bonding portion 114 and the membrane structure 130 are adhered so that the adhesive is applied to the first flow groove portion 113a side Can be blocked.
  • the first bonding portion 114 is bonded to one surface of the membrane structure 130 as a portion to which an adhesive is applied.
  • the first adhesive portion 114 has a step difference from the first partition wall 113b of the first flow path 113 and is formed lower than the first partition wall 113b in consideration of the thickness of the adhesive layer formed by the adhesive .
  • the first adhesive portion 114 may be formed in an annular structure so as to be adhered to an edge portion of the membrane structure 130 where the window cell 134 is not formed.
  • the first adhesive receiving groove 115 is a groove formed around the outer periphery of the first adhesive portion 114 and basically can be coated with an adhesive like the first adhesive portion 114.
  • the first adhesive receiving groove 115 may be configured to adhere to the membrane structure 130, receiving a remaining amount of adhesive flowing out from the adhesive surface when the first adhesive 114 and the membrane structure 130 are bonded have.
  • the first adhesive receiving groove 115 may be an annular groove formed along the first adhesive portion 114.
  • the first vent hole 116 is configured to communicate the first adhesive portion 114 with the outside of the first housing 110.
  • the first vent hole 116 can discharge gas or remaining adhesive to the outside when the first adhesive 114 and the membrane structure 130 are adhered.
  • the first vent hole 116 may be formed in the first adhesive receiving groove 115.
  • the first outer wall portion 117 is configured to protect the membrane structure 130 by preventing the outer surface of the membrane structure 130 from being exposed as the outermost structure of the first housing 110.
  • the first outer wall portion 117 may be configured to adhere to the outermost rim portion of the membrane structure 130.
  • the first outer wall portion 117 can be formed in the first adhesive portion 114 and the first adhesive receiving groove 115 without being preliminarily coated with the adhesive, such as the first adhesive portion 114 or the first adhesive- May be adhered to the membrane structure 130 by an adhesive introduced during the process of being adhered to the membrane structure 130.
  • FIG. 8 is a perspective view of the inner surface of the second housing 120 shown in FIG.
  • the second housing 120 is located on the other surface side of the membrane structure 130 corresponding to the first housing 110 positioned on one surface side of the membrane structure 130, And collect and discharge biomolecules coming out through the other surface of the structure 130.
  • the second housing 120 includes a second outlet 121 and a second flow passage 123, and according to an embodiment, a second adhesive 124, a second adhesive receiving groove 125, A hole 126, a second outer wall 127, and the like.
  • the second outlet 121 is configured to discharge biomolecules separated through the membrane structure 130.
  • the second flow path 123 is configured to move the biomolecules coming from the other surface of the membrane structure 130 through the fine holes of each of the window cells 134 and transfer the biomolecules to the second discharge port 121.
  • the second flow path 123 may include the second flow path groove portions 123a and 123b and the second partition wall portion 123c.
  • the second flow path portions 123a and 123b may include a plurality of guide groove portions 123a and a collecting groove portion 123b which are grooves for connecting the other surface of the membrane structure 130 to the second discharge port 121 .
  • the plurality of guide groove parts 123a are grooves for guiding movement of biomolecules coming from the other surface of the membrane structure 130 through the respective window cells 134 in a predetermined direction, that is, toward the collecting groove part 123b. May be formed of long grooves extending in parallel to each other at regular intervals to cover at least an area where the window cells are formed in the entire area of the structure 130.
  • the collecting groove portion 123b is a groove which is guided by the plurality of guide groove portions 123a and collects the transferred biomolecules and transfers the collected biomolecules to the second outlet 121.
  • the collecting groove portion 123b has a guide groove portion 123a and a second outlet 121 As shown in FIG.
  • the second partition wall 123c may be formed around the second flow grooves 123a and 123b to prevent leakage of biomolecules.
  • the second housing 120 may further include a sealing member (not shown) sealing between the second surface of the membrane structure 130 and the second partition wall 123c.
  • a sealing member may be composed of a polymer synthetic resin having adhesiveness and waterproofness.
  • the second partition 123c further includes a second adhesive blocking groove 123d formed between the second flow groove portions 123a and 123b and a second adhesive portion 124 described later .
  • the second adhesive cut-off groove 123d is configured to receive a remaining amount of adhesive that flows out from the adhesive surface when the second adhesive portion 124 is bonded to the membrane structure 130. When the adhesive is adhered to the second flow groove portions 123a and 123b, Can be blocked.
  • the second adhesive portion 124 is bonded to the other surface of the membrane structure 130 as a portion to which the adhesive is applied.
  • the second adhesive portion 124 has a step difference from the second partition wall portion 123c of the second flow path 123 and is formed lower than the second partition wall portion 123c in consideration of the thickness of the adhesive layer formed by the adhesive agent .
  • the second adhesive portion 124 may have an annular structure so as to be adhered to the edge portion of the membrane structure 130 where the window cell 134 is not formed.
  • the second adhesive receiving groove 125 is a groove formed on the outer periphery of the second adhesive portion 124 and basically can be coated with an adhesive like the second adhesive portion 124.
  • the second adhesive receiving groove 125 may be configured to adhere to the membrane structure 130, receiving a residual amount of adhesive that exits from the adhesive surface when adhering between the second adhesive portion 124 and the membrane structure 130 have.
  • the second adhesive receiving groove 125 may be formed of an annular groove formed along the second adhesive portion 124.
  • the second vent hole 126 is configured to communicate the second adhesive portion 124 with the outside of the second housing 120.
  • the second vent hole 126 can discharge gas or remaining adhesive to the outside when the second adhesive portion 124 and the membrane structure 130 are adhered to each other.
  • the second vent hole 126 may be formed in the second adhesive receiving groove 125.
  • the second outer wall portion 127 is configured to protect the membrane structure 130 by preventing the outer structure of the membrane structure 130 from being exposed as an outermost structure of the second housing 120. To this end, the second outer wall portion 127 may be configured to adhere to the outermost rim portion of the membrane structure 130. In this case, the second outer wall portion 127 can be formed in the second adhesive portion 124 and the second adhesive receiving groove 125 without being previously coated with the adhesive, such as the second adhesive portion 124 and the second adhesive- May be adhered to the membrane structure 130 by an adhesive introduced in the process of being adhered to the membrane structure 130.
  • the biomolecule filter 100 configured as described above is configured to move the sample supplied through the inlet port 112 of the first housing 110 along the filtering section 132 or the window region Dw of the membrane structure 130 After the biomolecules contained in the sample are filtered, the filtered biomolecules are discharged to the second outlet 121 of the second housing 120, and the residual sample, in which some biomolecules are separated, And can be discharged to the first discharge port 111.
  • the biomolecule filter 100 receives a predetermined amount of the sample from the filtering unit 132 of the membrane structure 130 through the inlet 112 through the first outlet 111, Or the window region Dw to filter the biomolecules contained in the sample.
  • FIG. 9 is a front perspective view of a biomolecule filter 100 according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a biomolecule filter 100 according to another embodiment of the present invention have.
  • the biomolecule filter 100 includes a first housing 110, a second housing 120, a first housing 110, A membrane structure (not shown) disposed between the membrane 120 and the vibrator 140.
  • the vibrator 140 is attached to the first housing 110 or the second housing 120 to transmit vibration to the membrane structure and the sample in the biomolecule filter 100.
  • the vibrator 140 may be configured to generate ultrasonic vibration or mechanical vibration.
  • the vibrator 140 may be configured to convert electrical energy to ultrasonic vibration or mechanical vibration using a piezoelectric element made of quartz, barium titanate, titanate zirconate titanate (PZT), or niobic acid have.
  • the first housing 110 or the second housing 120 may include a vibrator mount configured to mount a vibrator.
  • the first housing 110 includes a vibrator mounting portion 118 configured to mount and fix the vibrator 140 on the outer surface thereof can do.
  • the size, shape, and mounting method of the vibrator mounting portion 118 can be variously changed according to the size, shape, vibration type, etc. of the vibrator 140.
  • the vibrator 140 may be mounted on the vibrator mount 118 of the first housing 110 and fixed thereto.
  • the vibrator mounting portion 118 may have a groove structure in which the vibrator 140 is inserted and fixed as shown in FIG.
  • the vibrator mounting portion 118 may be configured as a pocket structure for receiving and fixing the vibrator in the internal space.
  • the vibrator 140 may be fixed to the first housing 110 or the second housing 120 by a separate fixing member.
  • the vibrator 140 may be fixed by an adhesive made of a polymer compound such as epoxy or silicone, or may be fixed by various types of coupling members that are combined with the housing and closely contact the vibrator 140 to the housing.
  • FIG. 11 is a block diagram of a biomolecule dynamic separation apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the biomolecule dynamic separation apparatus 10 may be constructed by using the biomolecule filter 100 according to any one of the above-described various embodiments, Separates the biomolecules contained in the sample in a dynamic state in which the sample is vibrated and continuously moved.
  • the biomolecule dynamic separation apparatus 10 includes a sample storage section 200, a sample supply tube 300, a sample recovery tube 400 and a pump 500 together with a biomolecule filter 100, The biomolecule collection tube 600, the biomolecule storage unit 700, and the like.
  • the sample storage part 200 accommodates a sample containing biomolecules to be filtered.
  • the sample storage part 200 supplies the received sample to the biomolecule filter 100 through the sample supply pipe 300 and the residual sample discharged from the biomolecule filter 100 through the sample recovery pipe 400 It can be accommodated again.
  • the sample supply pipe 300 is a tubular member and connects the sample storage unit 200 and the inlet 112 formed in the first housing 110 of the biomolecule filter 100 to the sample storage unit 200 Thereby allowing the accommodated sample to be supplied to the biomolecule filter 100.
  • the sample recovery pipe 400 is a tubular member that connects the first outlet 111 formed in the first housing 110 of the biomolecule filter 100 to the sample storage portion 200 to form a biomolecule filter 100 to be recovered to the sample accommodating portion 200. As shown in FIG.
  • the pump 500 applies a pressure to the sample to cause the sample accommodated in the sample accommodating portion 200 to be introduced into the sample supply tube 300, the biomolecule filter 100, the sample recovery tube 400, and the sample accommodating portion 200 .
  • the pump 500 can repeatedly circulate the sample for a predetermined time or a predetermined number of times.
  • the pump 500 may be installed on the line of the sample supply pipe 300 as shown in FIG. If the sample can be circulated by applying pressure to the sample, the type, form, and installation position of the pump 500 are not particularly limited.
  • the biomolecule filter 100 is configured such that when a sample flows into the first housing 110 through the inlet 112 connected to the sample supply tube 300, the introduced sample is passed through the micro structure formed on the membrane structure 130 And then the biomolecules contained in the sample are filtered and the residual sample filtered through the biomolecules is returned to the sample accommodating unit 200 through the sample recovery tube 400.
  • the biomolecule filter 100 discharges the biomolecules filtered through the membrane structure 130 through the second outlet 121 of the second housing 120.
  • the biomolecule storage unit 700 receives the biomolecule filtered through the biomolecule filter 100.
  • the biomolecule collection tube 600 is a tubular member that connects the biomolecule storage portion 700 with the second outlet 121 formed in the second housing 120 of the biomolecule filter 100, So that biomolecules that are filtered and discharged from the biomolecule storage portion 100 are accommodated in the biomolecule storage portion 700.
  • the biomolecule dynamic separation apparatus 10 may include a plurality of biomolecule filters 100.
  • the plurality of biomolecule filters 100 can be connected in a cascade manner. That is, the second outlet 121 of the senior biomolecule filter 100 may be connected to the inlet 112 of the next -order biomolecule filter 100.
  • the plurality of biomolecule filters 100 may be connected in the order of decreasing the size of the fine holes formed in the membrane structure 130.
  • the biomolecule dynamic separation apparatus 10 separates all the residual samples discharged from the first discharge port 111 of the biomolecule filter 100, Or the biomolecule filter 100 may be configured to be recovered to the biomolecule filter 200 or to be separated separately for each biomolecule filter 100.
  • the present invention by separating the biomolecules contained in the sample through a membrane structure having a porous structure in a filtering manner, it is possible to prevent damage to the biomolecules and to reduce the time and cost required for the biomolecule separation process Can be saved.
  • the vibrator when the vibrator is mounted on the first housing or the second housing of the biomolecule filter, the vibrator vibrates to vibrate the membrane structure and the sample in the biomolecule filter, so that the membrane structure by the substance other than the biomolecule to be filtered And the deterioration of the filtering efficiency due to the clogging can be prevented.
  • the durability of the membrane structure can be improved and the handling and installation of the membrane structure can be facilitated.
  • biomolecule filter 110 first housing
  • first flow path 114 first adhesive portion
  • first adhesive receiving groove 116 first vent hole

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Abstract

생체분자 필터 및 이를 이용한 생체분자 동적 분리 장치에 관한 기술이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 필터는, 생체분자를 통과시키는 미세 홀들을 가지는 멤브레인 구조체; 상기 멤브레인 구조체의 일 면 측에 위치하며, 생체분자를 포함한 시료를 공급받아 상기 멤브레인 구조체의 상기 일면에 접촉시키는 제1 하우징; 및 상기 멤브레인 구조체의 타 면 측에 위치하며, 상기 멤브레인 구조체의 상기 타 면을 통해 나오는 생체분자를 수집하는 제2 하우징을 포함하여, 생체분자의 손상을 방지하고 생체분자 분리 과정에 요구되는 시간과 비용을 절감함은 물론, 필터링 대상 생체분자 이외의 물질에 의한 멤브레인 구조체의 폐색과 이로 인한 필터링 효율 저하를 방지하고 생체분자 수득률을 개선한다.

Description

생체분자 필터 및 이를 이용한 생체분자 동적 분리 장치
본 발명은 생체분자 필터 및 이를 이용한 생체분자 동적 분리 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 다수의 미세 홀이 형성된 멤브레인 구조체를 이용하여 시료에 포함된 생체분자를 필터링하는 생체분자 필터 및 이를 이용한 생체분자 동적 분리 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 1월 25일에 출원된 대한민국 특허출원 제10-2018-0009512호 및 2018년 1월 26일에 출원된 대한민국 특허출원 제10-2018-0010017호를 우선권으로 주장하고, 상기 명세서들 전체는 본 출원의 참고문헌이다.
일반적으로, 생체분자(biomolecule)는 핵산, 단백질, 미세 소포 등과 같이 생체를 구성하는 물질 또는 생체에서 유래된 물질을 말한다. 최근, 세포들간 신호 전달 물질인 엑소좀(exosome)을 이용하여 암이나 알츠하이머 등의 질병을 진단할 수 있다는 사실이 알려지면서, 엑소좀과 같은 특정 생체분자를 효율적으로 분리할 수 있는 기술에 대한 관심과 연구가 급증하고 있다.
그러나, 미국 공개특허공보 제2012-0142001호에 개시된 바와 같이, 소포 단백질에 달라붙는 항체를 마이크로 칩에 고정시켜 체액 내 소포를 분리하는 기존 기술은, 전처리 과정으로서 원심 분리 과정을 거쳐야 하며 항체를 고정하기 위해 고가의 장비를 사용해야 하기 때문에, 생체분자의 손상을 초래하고 생체분자 분리 과정에 많은 시간과 비용이 요구되는 문제가 있다.
또한, 한국 등록특허공보 제10-0550515호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술은 다공막이 설치된 채널에 시료를 충전하여 정적인 상태의 시료에서 생체물질을 필터링하기 때문에, 시료에 포함된 다른 물질에 의해 다공막이 폐색되고 이로 인해 필터링 효율이 급격히 떨어지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 시료에 포함된 생체분자의 분리 과정에서 생체분자의 손상을 방지하고 시간과 비용을 절감함은 물론, 필터링 대상 생체분자 이외의 물질에 의한 멤브레인 구조체의 폐색과 이로 인한 필터링 효율 저하를 방지하고 생체분자 수득률을 개선하는 생체분자 필터 및 이를 이용한 생체분자 동적 분리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 필터는 생체분자를 통과시키는 미세 홀들을 가지는 멤브레인 구조체; 상기 멤브레인 구조체의 일 면 측에 위치하며, 생체분자를 포함한 시료를 공급받아 상기 멤브레인 구조체의 상기 일 면에 접촉시키는 제1 하우징; 및 상기 멤브레인 구조체의 타 면 측에 위치하며, 상기 멤브레인 구조체의 상기 타 면을 통해 나오는 생체분자를 수집하는 제2 하우징을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 멤브레인 구조체는, 복수의 윈도 셀을 가지고, 각각의 윈도 셀은, 일정 크기 이하의 생체분자를 통과시키는 미세 홀들을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 멤브레인 구조체는, 복수의 윈도 셀이 형성된 윈도 영역과 윈도 셀이 형성되지 않은 차단 영역을 포함하며, 상기 윈도 영역에 접촉되는 시료로부터 생체분자를 필터링하는 필터링부; 및 상기 필터링부에서 연장되어 상기 필터링부를 지지하는 지지부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 필터링부는, 복수의 윈도 영역을 포함하고, 상기 복수의 윈도 영역은, 상기 차단 영역을 사이에 두고 차례로 이격되어 나란히 배치되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 멤브레인 구조체는, 상기 윈도 셀을 구성하는 관통공이 형성된 기판; 및 상기 기판에 적층되어 상기 관통공의 일 측 개구를 커버하는 다공막을 포함하는 적층 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 하우징은, 상기 시료가 유입되는 유입구; 상기 시료에서 적어도 일부의 생체분자가 분리된 잔여 시료를 배출하는 제1 배출구; 및 상기 유입구를 통해 유입된 시료를, 상기 멤브레인 구조체의 상기 일면과 접촉시키면서 상기 일 면 상의 일정 경로를 따라 이동시킨 후 상기 제1 배출구로 전달하는 제1 유로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 하우징의 제1 유로는, 상기 멤브레인 구조체의 상기 일 면에 미앤더(meander) 형태의 시료 이동 경로를 형성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 하우징의 제1 유로는, 상기 유입구와 상기 제1 배출구를 연결하는 미앤더 형태의 제1 유로 홈부; 및 상기 제1 유로 홈부의 주변에 형성되어 시료의 누출을 방지하는 제1 격벽부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 하우징은, 상기 멤브레인 구조체의 상기 일 면과 상기 격벽부 사이를 실링하는 실링 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실링 부재는, 고무 부재를 포함하고, 상기 제1 격벽부는, 상기 고무 부재가 설치되는 설치 홈을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 하우징은, 상기 제1 유로의 외측 둘레에 형성되며, 접착제가 도포되어 상기 멤브레인 구조체의 상기 일 면과 접착되는 제1 접착부; 및 상기 제1 접착부를 상기 제1 하우징의 외부와 연통시키는 제1 벤트홀을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 격벽부는, 상기 제1 접착부와 상기 멤브레인 구조체 간의 접착 시 해당 접착면에서 유출되는 잔량의 접착제를 수용하도록 구성되어 상기 제1 유로 홈부로 접착제가 유입되는 것을 차단하는 제1 접착제 차단 홈을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 하우징은, 상기 멤브레인 구조체를 통해 분리된 생체분자를 배출하는 제2 배출구; 및 상기 멤브레인 구조체의 상기 타면을 통해 나오는 생체분자를 이동시켜 상기 제2 배출구로 전달하는 제2 유로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 유로는, 상호 일정 간격을 두고 나란히 연장되도록 구성되어 상기 멤브레인 구조체의 상기 타 면에서 나오는 생체분자의 이동을 일정 방향으로 가이드하는 복수의 가이드 홈부, 및 상기 복수의 가이드 홈부에 의해 가이드되며 이동된 생체분자를 수집하여 상기 제2 배출구로 전달하는 수집 홈부를 가지는 제2 유로 홈부; 및 상기 제2 유로 홈부의 주변에 형성되어 생체분자의 누출을 방지하는 제2 격벽부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 하우징은, 상기 제2 격벽부의 외측 둘레에 형성되며, 접착제가 도포되어 상기 멤브레인 구조체의 상기 타 면과 접착되는 제2 접착부; 및 상기 제2 접착부를 상기 제2 하우징의 외부와 연통시키는 제2 벤트 홀을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 격벽부는, 상기 제2 접착부와 상기 멤브레인 구조체 간의 접착 시 해당 접착면에서 유출되는 잔량의 접착제를 수용하도록 구성되어 상기 제2 유로 홈부로 접착제가 유입되는 것을 차단하는 제2 접착제 차단 홈을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 생체분자 필터는 상기 제1 하우징 또는 상기 제2 하우징에 장착되어 상기 멤브레인 구조체와 시료에 진동을 전달하는 진동자를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 하우징 또는 상기 제2 하우징은, 상기 진동자가 장착되도록 구성된 진동자 장착부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진동자는, 초음파 진동 또는 기계적 진동을 발생시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 동적 분리 장치는, 상술한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 생체분자 필터를 이용하는 장치로서, 필터링 대상 생체분자를 포함한 시료를 수용하는 시료 수용부; 상기 시료 수용부와 상기 생체분자 필터의 제1 하우징을 연결하여 상기 시료 수용부에 수용된 시료가 상기 생체분자 필터에 공급되도록 하는 시료 공급관; 상기 생체분자 필터의 제1 하우징과 상기 시료 수용부를 연결하여 상기 생체분자 필터에서 배출되는 시료가 상기 시료 수용부에 회수되도록 하는 시료 회수관; 및 상기 시료 수용부에 수용된 시료를 시료 공급관, 생체분자 필터, 시료 회수관 및 시료 수용부의 순서로 순환시키는 펌프를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 생체분자 필터를 통해 필터링된 생체분자를 수용하는 생체분자 수용부; 및 상기 생체분자 필터의 제2 하우징과 상기 생체분자 수용부를 연결하여 상기 생체분자 필터에서 배출되는 생체분자가 상기 생체분자 수용부에 수용되도록 하는 생체분자 수집관을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 시료에 포함된 생체분자를 다공성 구조를 가진 멤브레인 구조체를 통해 필터링하는 방식으로 분리함으로써, 생체분자의 손상을 방지하고 생체분자 분리 과정에 요구되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.
특히, 하우징에 의해 형성된 멤브레인 구조체 상의 일정 경로를 따라 시료를 이동시키면서 시료에 포함된 생체분자를 필터링함으로써, 멤브레인 구조체의 폐색과 이로 인한 필터링 효율 저하를 방지할 수 있다.
또한, 일정량의 시료를 멤브레인 구조체 상의 일정 경로를 따라 반복적으로 순환시키며 시료에 포함된 생체분자를 필터링함으로써, 생체분자 확보에 필요한 시료의 양을 감소시키면서도 생체분자 수득률을 개선할 수 있다.
또한, 멤브레인 구조체에 복수의 윈도 셀을 형성하고, 파손되기 쉬운 다공성 구조를 각각의 윈도 셀 단위로 분할하여 구성함으로써, 멤브레인 구조체의 내구성을 개선하고 멤브레인 구조체의 취급과 설치를 용이하게 할 수 있다.
또한, 생체분자 필터의 하우징에 장착된 진동자가 진동을 일으켜 생체분자 필터 내의 멤브레인 구조체와 시료를 진동시킴으로써, 필터링 대상 생체분자 이외의 물질에 의한 멤브레인 구조체의 폐색과 이로 인한 필터링 효율 저하를 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 필터를 나타낸 전방 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 생체분자 필터를 나타낸 후방 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 생체분자 필터를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 멤브레인 구조체를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 멤브레인 구조체의 윈도 셀 부분을 나타낸 확대도이다.
도 6은 도 5에 도시된 A-A′ 부분을 나타낸 수직 단면도이다.
도 7은 도 3에 도시된 제1 하우징의 내부면을 나타낸 사시도이다.
도 8은 도 3에 도시된 제2 하우징의 내부면을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 생체분자 필터를 나타낸 전방 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 생체분자 필터를 나타낸 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 동적 분리 장치를 나타낸 블록도이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에 있어서, '생체분자'는 핵산, 단백질, 미세 소포 등과 같이 생체를 구성하는 물질과 생체에서 유래된 물질은 물론, 이러한 물질들이 결합, 분해, 변형, 또는 변이되어 이루어진 모든 물질들을 의미하는 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 필터(100)가 전방 사시도로 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 필터(100)는, 제1 하우징(110), 제2 하우징(120), 및 상기 제1 하우징(110)과 제2 하우징(120)의 사이에 설치되는 멤브레인 구조체(미도시)를 포함할 수 있다.
제1 하우징(110)은, 멤브레인 구조체의 일 면 측에 위치하며, 필터링 대상 생체분자를 포함한 시료를 공급받아 멤브레인 구조체의 일 면에 접촉시키도록 구성된다. 이를 위해, 제1 하우징(110)은 제1 배출구(111), 유입구(112) 및 제1 유로(미도시)를 포함할 수 있다.
유입구(112)는, 제1 하우징(110)의 외부에서 공급되는 시료가 제1 하우징(110)의 내부로 유입되도록 구성된다. 예컨대, 유입구(112)는 제1 하우징(110)의 외부면에 형성된 시료 공급관 삽입용 돌출부와, 상기 돌출부의 말단부에서 상기 제1 하우징(110)의 내부면까지 연장된 관통구를 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 배출구(111)는, 유입구(112)로 유입된 시료에서 적어도 일부의 생체분자가 분리된 잔여 시료를 배출하도록 구성된다. 예컨대, 제1 배출구(111)는 제1 하우징(110)의 외부면에 형성된 시료 회수관 삽입용 돌출부와, 상기 제1 하우징(110)의 내부면에서 상기 시료 회수관 삽입용 돌출부의 말단부까지 연장된 관통구를 포함하도록 구성될 수 있다.
아래에서 다시 설명하겠지만, 제1 하우징(110)의 제1 유로는, 유입구(112)를 통해 유입된 시료를, 멤브레인 구조체의 일 면과 접촉시키면서 상기 일면 상의 일정 경로를 따라 이동시킨 후 제1 배출구(111)로 전달하도록 구성된다.
또한, 제1 하우징(110)은 제1 하우징(110)의 내부와 외부를 연통시키는 제1 벤트 홀(116)을 더 포함할 수 있다.
도 2에는 도 1에 도시된 생체분자 필터(100)가 후방 사시도로 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 필터(100)의 제2 하우징(120)은, 멤브레인 구조체의 일 면 측에 위치한 제1 하우징(110)에 대응하여 멤브레인 구조체의 타 면 측에 위치하며, 멤브레인 구조체의 타면을 통해 나오는 생체분자를 수집하여 배출하도록 구성된다. 이를 위해, 제2 하우징(120)은 제2 배출구(121) 및 제2 유로(미도시)를 포함할 수 있다.
제2 배출구(121)는, 멤브레인 구조체를 통해 분리된 생체분자를 배출하도록 구성된다. 예컨대, 제2 배출구(121)는 제2 하우징(120)의 외부면에 형성된 생체분자 수집관 삽입용 돌출부와, 상기 제2 하우징(120)의 내부면에서 상기 생체분자 수집관 삽입용 돌출부의 말단부까지 연장된 관통구를 포함하도록 구성될 수 있다.
아래에서 다시 설명하겠지만, 제2 하우징(120)의 제2 유로는, 멤브레인 구조체의 상기 타 면을 통해 나오는 생체분자를 수집하여 제2 배출구(121)로 전달하도록 구성된다.
또한, 제2 하우징(120)은 제2 하우징(120)의 내부와 외부를 연통시키는 제2 벤트 홀(126)을 더 포함할 수 있다.
도 3에는 도 1에 도시된 생체분자 필터(100)가 분해 사시도로 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 생체분자 필터(100)는 멤브레인 구조체(130)를 포함하며, 상기 멤브레인 구조체(130)를 이용하여 시료에 포함된 생체분자를 필터링한다. 즉, 제1 하우징(110)은 멤브레인 구조체(130)의 일 면 측에 위치하며 멤브레인 구조체(130)의 상기 일 면과 결합되고, 제2 하우징(120)은 멤브레인 구조체(130)의 타 면 측에 위치하며 멤브레인 구조체(130)의 상기 타 면과 결합된다. 실시예에 따라, 제1 하우징(110)과 제2 하우징(120)은 멤브레인 구조체(130)를 수용하도록 구성될 수도 있다. 예컨대, 제1 하우징(110)과 제2 하우징(120)은, 상호 결합에 의해 형성된 내부 공간에 멤브레인 구조체(130)를 수용하며, 상기와 같이 제1 하우징(110)은 멤브레인 구조체(130)의 일 면과 결합되고 제2 하우징(120)은 멤브레인 구조체(130)의 타 면과 결합될 수 있다.
도 4에는 도 3에 도시된 멤브레인 구조체(130)가 평면도로 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 멤브레인 구조체(130)는 시료에 포함된 생체분자를 필터링하도록 구성된 막 형태의 구조체로서, 복수의 윈도 셀(w)을 가진다. 각각의 윈도 셀(w)은 일정 크기 이하의 생체분자를 통과시키는 다수의 미세 홀을 가진다. 이 경우, 멤브레인 구조체(130)는 필터링부(132) 및 지지부(134)를 포함할 수 있다.
필터링부(132)는, 생체분자 필터링이 수행되는 부분으로서, 다수의 행과 열을 가지는 격자 내지 매트릭스 형태로 배열된 복수의 윈도 셀(w)을 포함한다.
필터링부(132)는, 윈도 셀(w)이 형성된 윈도 영역(Dw)과 윈도 셀(w)이 형성되지 않은 차단 영역(Db)을 포함할 수 있다.
필터링부(132)의 윈도 영역(Dw)은, 시료 이동 경로를 따라 복수의 윈도 셀(w)이 매트릭스 형태로 형성되어 시료와 접촉하도록 구성된 영역이다. 멤브레인 구조체(130)와 결합되는 제1 하우징(110)은, 필터링부(132)의 윈도 영역(Dw)을 따라 유로를 형성하고, 해당 유로를 통해 시료를 이동시킨다. 필터링부(132)는 상기와 같이 윈도 영역(Dw)을 따라 이동하는 시료로부터 생체분자를 필터링한다. 이를 위해, 윈도 영역(Dw)에 형성된 각각의 윈도 셀(w)은, 일정 크기 이하의 생체분자를 통과시키는 다수의 미세 홀을 가진다.
필터링부(132)의 차단 영역(Db)은, 필터링부(132)의 전체 영역 중 윈도 영역(Dw)을 제외한 영역으로서, 생체분자의 필터링이 일어나지 않는 영역이다. 이러한 차단 영역(Db)에는 후술되는 제1 하우징(110)의 격벽부 등이 위치하게 되어, 윈도 영역(Dw)을 따라 이동하는 시료의 누출을 차단하게 된다.
실시예에 따라, 필터링부(132)는 도 4와 같이 복수의 윈도 영역(Dw)을 포함할 수 있다. 이 경우, 복수의 윈도 영역(Dw)은 차단 영역(Db)을 사이에 두고 차례로 이격되어 나란히 배치될 수 있다.
한편, 지지부(134)는, 필터링부(132)에서 연장 또는 확장되어 상기 필터링부(132)를 지지하도록 구성된다. 즉, 지지부(134)는 멤브레인 구조체(100)의 운반 시 사용자에 의해 파지되거나, 멤브레인 구조체(100)의 설치 시 다른 구조체에 접착 또는 삽입되어 필터링부(132)를 지지하는 프레임에 해당하는 부분이다.
멤브레인 구조체(130)가 도 4와 같이 사각형의 평판 형태로 구성되는 경우, 필터링부(132)는 멤브레인 구조체(130)의 중심 부분에 위치하고, 지지부(134)는 멤브레인 구조체(130)의 테두리 부분에 위치할 수 있다. 멤브레인 구조체(130)의 형태, 크기, 필터링부(132)와 지지부(134)의 위치 등은, 멤브레인 구조체(100)가 적용되는 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명에 있어서 유의할 점은, 시료에 포함된 필터링 대상 생체분자는, 윈도 셀(w)에 의해 분리되는 것이 아니라, 각각의 윈도 셀(w)에 형성된 미세 홀들에 의해 분리되는 것이라는 점이다. 즉, 윈도 셀(w)의 크기와 형태는, 필터링 대상 생체분자의 크기와는 무관한 것이다.
도 5에는 도 4에 도시된 멤브레인 구조체(130)의 윈도 셀(w) 부분이 확대도로 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 멤브레인 구조체(130)의 필터링부(132)에 형성된 각각의 윈도 셀(w)에는 다수의 미세 홀(h)이 형성된다. 이러한 윈도 셀(w)의 크기는, 예컨대 멤브레인 구조체(130)가 50Х50mm 사이즈로 구성되는 경우 1.2×1.2mm 사이즈로 구성될 수 있다. 즉, 윈도 셀(w)의 크기와 형태는, 필터링 대상 생체분자의 크기와는 무관한 것이며, 윈도 셀 구조의 강도와 두께 등에 따라 다양하게 변경될 수 있는 것이다.
한편, 윈도 셀(w)에 형성되는 미세 홀(h)의 크기는, 필터링 대상 생체분자의 크기에 따라 결정된다. 즉, 윈도 셀(w)에 형성되는 미세 홀(h)은 10nm 이상 3000nm 이하 범위에 해당하는 직경을 가지도록 구성될 수 있다. 예컨대, 필터링 대상 생체분자가 엑소좀(exosome)인 경우, 윈도 셀(w)에 형성되는 다수의 미세 홀(h)은 10nm 이상 300nm 이하 범위에 해당하는 직경을 가지도록 구성될 수 있다.
도 6에는 도 5에 도시된 A-A′ 부분이 수직 단면도로 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 멤브레인 구조체(130)는 기판(130a) 및 다공막(130b)을 포함하는 적층 구조를 가질 수 있다.
기판(130a)은, 멤브레인 구조체(130)의 기본 골격에 해당하는 것으로서, 코어 층을 이루는 실리콘 기판(L1)을 포함할 수 있다. 또한, 기판(130a)은 잔류 응력으로 인한 기판의 변형이나 크랙(crack)의 발생을 방지하기 위해, 실리콘 기판(L1)에 적층되는 산화 실리콘 층(L2)을 더 포함할 수 있다. 산화 실리콘 층(L2)은 도 6과 같이 실리콘 기판(L1)의 상부 면과 하부 면에 모두 적층될 수 있으며, 실시예에 따라 상·하부 면 중 어느 한 면에만 적층될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 산화 실리콘 층(L2)은 반도체 제조 기술의 증착 공정을 통해 실리콘 기판(L1)에 적층될 수 있다.
이러한 기판(130a)에는 윈도 셀(w)을 구성하기 위한 관통공(Hw)이 형성된다. 이 경우, 관통공(Hw)은 반도체 제조 기술의 리소그래피(lithography) 공정을 통해 형성될 수 있다.
다공막(130b)은, 윈도 셀(w)의 다공성 구조에 해당하는 것으로서, 일정 크기 이하의 생체분자를 통과시키는 다수의 미세 홀(h)을 가지고 기판(130a)의 일 면에 적층되어 지지되며, 관통공(Hw)의 일 측 개구를 커버한다.
일 실시예에 있어서, 다공막(130b)은 실리콘계 화합물로 구성될 수 있다. 예컨대, 다공막(130b)은 질화 실리콘(Si 3N 4), 산화 실리콘(SiO 2) 및 탄화 실리콘(SiC)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물로 구성될 수 있으며, 특히 질화 실리콘(Si 3N 4)으로 구성될 수 있다. 다공막이 DFR(dry film resist)이나 폴리카보네이트(polycarbonate) 등이 아닌 질화 실리콘으로 구성되는 경우, 나노 사이즈의 두께를 가지더라도 충분한 강도를 유지할 수 있으며, 미세 홀의 형성을 용이하게 할 수 있다.
질화 실리콘은, 주로 반도체 제조시 알칼리 이온이 반도체 표면으로확산하는 것을 방지하는 패시베이션(passivation) 막으로 사용되는 소재이다. 본발명에서는, 질화 실리콘의 특성, 즉 강도가 높고(상온 굽힘 강도 100~140㎏/㎟), 열 팽창률이 낮으며(열 팽창률 3Х10 -6/℃), 내열 충격성이 뛰어난 점 등을 고려하여, 질화 실리콘이 다공막(130b)의 소재로서 채택된다. 이와 같이, 다공막(130b)을 질화 실리콘으로 구성함으로써, 다공막의 두께를 감소시키고 공극률을 높일 수 있으며, 그 결과 멤브레인 구조체의 생체분자 분리 효율을 개선할 수 있다.
이 경우, 다공막(130b)은 나노 사이즈의 두께, 즉 50nm 이상 500nm이하 범위에 해당하는 두께를 가지도록 구성될 수 있다. 다공막(130b)의 두께가 50nm 미만이면 다공막(130b)의 강도가 떨어지고 제조 과정 또는 사용 과정에서 파손되기 쉽다. 반면, 다공막(130b)의 두께가 500nm를 초과하면 생체분자 분리 시간이 길어지고 분리 효율이 떨어지게 된다. 막 강도와 생체분자 분리 효율을 동시에 만족시키기 위해, 다공막(130b)은 100nm 이상 300nm 이하 범위에 해당하는 두께를 가지도록 구성될 수도 있다.
한편, 다공막(130b)에 형성되는 미세 홀(h)의 크기는, 필터링 대상 생체분자의 크기에 따라 결정될 수 있다. 즉, 다공막(130b)에 형성되는 다수의 미세 홀(h)은 10nm 이상 3000nm 이하 범위에 해당하는 직경을 가지도록 구성될 수 있다. 예컨대, 필터링 대상 생체분자가 엑소좀(exosome)인 경우, 다공막(130b)에 형성되는 다수의 미세 홀(h)은 10nm 이상 300nm 이하 범위에 해당하는 직경을 가지도록 구성될 수 있다. 이 경우, 다공막(130b)에 형성되는 나노 사이즈의 미세 홀들은 높은 해상도를 가지는 전자 빔 리소그래피(electron beam lithography)나 X선 리소그래피(X-ray lithography) 공정을 통해 형성될 수 있다.
도 7에는 도 3에 도시된 제1 하우징(110)의 내부면이 사시도로 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 하우징(110)은 제1 배출구(111), 유입구(112) 및 제1 유로(113)을 포함하며, 실시예에 따라 제1 접착부(114), 제1 접착제 수용 홈(115), 제1 벤트 홀(116), 제1 외벽부(117) 등을 더 포함할 수 있다.
또한, 제1 하우징(110)은, 멤브레인 구조체(130)의 일 면 측에 위치하며, 필터링 대상 생체분자를 포함한 시료를 공급받아 멤브레인 구조체(130)의 윈도 영역(Dw)을 따라 이동시키도록 구성될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 유입구(112)는 필터링 대상 생체분자를 포함한 시료가 제1 하우징(110)의 외부에서 내부로 유입되도록 구성된다. 또한, 제1 배출구(111)는 유입구(112)를 통해 유입된 시료에서 적어도 일부의 생체분자가 분리된 잔여 시료를 배출하도록 구성된다.
유입구(112)와 제1 배출구(111)를 연결하는 제1 유로(113)는, 유입구(112)를 통해 유입된 시료를, 멤브레인 구조체(130)의 일 면과 접촉시키면서 상기 일 면 상의 일정 경로를 따라 이동시킨 후 제1 배출구(111)로 전달하도록 구성된다. 이 경우, 제1 유로(113)는 유입된 시료를 멤브레인 구조체(130)의 윈도 셀들과 충분히 접촉시킨 후 제1 배출구(111)로 전달하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제1 유로(113)는 유입구(112)와 제1 배출구(111)를 연결하는 미앤더(meander) 형태의 시료 이동 경로를 멤브레인 구조체(130)의 일 면에 형성하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 유로(113)는 도 5와 같이 유입구(112)를 통해 유입된 시료를 멤브레인 구조체(130) 상에서 지그재그 방향으로 이동시키며 제1 배출구(111) 측으로 점진적으로 진행시키는 형태로 구성될 수 있다.
또한, 제1 유로(113)는 제1 유로 홈부(113a) 및 제1 격벽부(113b)를 포함할 수 있다. 제1 유로 홈부(113a)는, 유입구(112)와 제1 배출구(111)를 연결하는 홈 구조로서, 상술한 바와 같이 미앤더 형태로 구성될 수 있다. 제1 격벽부(113b)는, 제1 유로 홈부(113a)의 주변에 형성되어 제1 유로 홈부(113a)에서의 시료 누출을 방지하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 하우징(110)은 멤브레인 구조체(130)의 일면과 제1 유로(113)의 제1 격벽부(113b) 사이를 실링(sealing)하는 실링 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 실링 부재는 접착성과 방수성을 가진 고분자 합성수지로 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 실링 부재는 멤브레인 구조체(130)의 일면에 밀착되는 고무 부재를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 격벽부(113b)는 상기 고무 부재가 삽입되어 설치되는 설치 홈(113c)을 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 있어서, 제1 격벽부(113b)는 제1 유로 홈부(113a)와 후술되는 제1 접착부(114) 사이에 형성되는 제1 접착제 차단 홈(113d)를 더 포함할 수 있다. 제1 접착제 차단 홈(113d)은 제1 접착부(114)와 멤브레인 구조 체(130) 간의 접착 시 해당 접착면에서 유출되는 잔량의 접착제를 수용하도록 구성되어, 접착제가 제1 유로 홈부(113a) 측으로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
한편, 제1 접착부(114)는, 접착제가 도포되는 부분으로서, 멤브레인구조체(130)의 일 면에 접착된다. 이 경우, 제1 접착부(114)는 접착제에 의해 형성되는 접착층의 두께를 고려하여 제1 유로(113)의 제1 격벽부(113b)와 단차를 가지며 제1 격벽부(113b)보다 낮게 형성될 수 있다. 또한, 제1 접착부(114)는 윈도 셀(134)이 형성되지 않은 멤브레인 구조체(130)의 테두리 부분과 접착되도록 환형 구조로 형성될 수 있다.
제1 접착제 수용 홈(115)은, 제1 접착부(114)의 외측 둘레에 형성되는 홈으로서, 기본적으로 제1 접착부(114)와 같이 접착제가 도포될 수 있다. 이 경우, 제1 접착제 수용 홈(115)은 제1 접착부(114)와 멤브레인 구조체(130) 간의 접착 시 해당 접착면으로부터 유출되는 잔량의 접착제를 수용하며 멤브레인 구조체(130)와 접착되도록 구성될 수 있다. 제1 접착부(114)가 환형 구조로 구성될 경우, 제1 접착제 수용 홈(115)은 제1 접착부(114)를 따라 형성된 환형의 홈으로 구성될 수 있다.
제1 벤트 홀(116)은, 제1 접착부(114)를 제1 하우징(110)의 외부와 연통시키도록 구성된다. 제1 벤트 홀(116)은 제1 접착부(114)와 멤브레인 구조체(130) 간의 접착시 발생하는 가스나 잔량의 접착제를 외부로 배출시킬 수 있다. 이 경우, 제1 벤트 홀(116)은 제1 접착제 수용 홈(115) 내에 형성될 수 있다.
제1 외벽부(117)는, 제1 하우징(110)의 최외각 구조로서, 멤브레인 구조체(130)의 외부 노출을 방지하여 멤브레인 구조체(130)를 보호하도록 구성된다. 예컨대, 제1 외벽부(117)는 멤브레인 구조체(130)의 가장 바깥쪽 테두리 부분과 접착되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 외벽부(117)는 제1 접착부(114)나 제1 접착제 수용 홈(115)과 같이 미리 접착제로 도포되지 않아도, 제1 접착부(114)와 제1 접착제 수용 홈(115)이 멤브레인 구조체(130)와 접착되는 과정에서 유입되는 접착제에 의해 멤브레인 구조체(130)와 접착될 수 있다.
도 8에는 도 3에 도시된 제2 하우징(120)의 내부면이 사시도로 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제2 하우징(120)은, 멤브레인 구조체(130)의 일 면 측에 위치한 제1 하우징(110)에 대응하여 멤브레인 구조체(130)의 타 면 측에 위치하며, 멤브레인 구조체(130)의 타 면을 통해 나오는 생체분자를 수집하여 배출하도록 구성된다. 이를 위해, 제2 하우징(120)은 제2 배출구(121) 및 제2 유로(123)를 포함하며, 실시예에 따라 제2 접착부(124), 제2 접착제 수용 홈(125), 제2 벤트 홀(126), 제2 외벽부(127) 등을 더 포함할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 제2 배출구(121)는 멤브레인 구조체(130)를 통해 분리된 생체분자를 배출하도록 구성된다.
제2 유로(123)는, 멤브레인 구조체(130)의 타 면에서 각 윈도 셀(134)의 미세 홀들을 통해 나오는 생체분자를 이동시켜 제2 배출구(121)로 전달하도록 구성된다. 이를 위해, 제2 유로(123)는 제2 유로 홈부(123a, 123b) 및 제2 격벽부(123c)를 포함할 수 있다.
제2 유로 홈부(123a, 123b)는 멤브레인 구조체(130)의 타 면과 제2 배출구(121)를 연결하는 홈 구조로서, 복수의 가이드 홈부(123a) 및 수집 홈부(123b)를 포함할 수 있다.
복수의 가이드 홈부(123a)는, 멤브레인 구조체(130)의 타 면에서 각각의 윈도 셀(134)을 통해 나오는 생체분자의 이동을 일정 방향, 즉 수집 홈부(123b) 방향으로 가이드하는 홈들로서, 멤브레인 구조체(130)의 전체 영역 중 적어도 윈도 셀들이 형성된 영역을 커버하도록 서로 일정 간격을 두고 나란히 연장된긴 홈들로 구성될 수 있다.
수집 홈부(123b)는, 복수의 가이드 홈부(123a)에 의해 가이드되며 이동된 생체분자를 수집하여 제2 배출구(121)로 전달하는 홈으로서, 각각의 가이드 홈부(123a)와 제2 배출구(121)를 연결하도록 구성될 수 있다.
제2 격벽부(123c)는, 제2 유로 홈부(123a, 123b)의 주변에 형성되어 생체분자의 누출을 방지하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 하우징(120)은 멤브레인 구조체(130)의 타면과 제2 격벽부(123c) 사이를 실링하는 실링 부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 실링 부재는 접착성과 방수성을 가진 고분자 합성수지로 구성될 수 있다.
또한, 일 실시예에 있어서, 제2 격벽부(123c)는 제2 유로 홈부(123a, 123b)와 후술되는 제2 접착부(124) 사이에 형성되는 제2 접착제 차단 홈(123d)를 더 포함할 수 있다. 제2 접착제 차단 홈(123d)은 제2 접착부(124)와 멤브레인 구조체(130) 간의 접착 시 해당 접착면에서 유출되는 잔량의 접착제를 수용하도록 구성되어, 접착제가 제2 유로 홈부(123a, 123b) 측으로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
한편, 제2 접착부(124)는, 접착제가 도포되는 부분으로서, 멤브레인구조체(130)의 타 면에 접착된다. 이 경우, 제2 접착부(124)는 접착제에 의해 형성되는 접착층의 두께를 고려하여 제2 유로(123)의 제2 격벽부(123c)와 단차를 가지며 제2 격벽부(123c)보다 낮게 형성될 수 있다. 또한, 제2 접착부(124)는 윈도 셀(134)이 형성되지 않은 멤브레인 구조체(130)의 테두리 부분과 접착되도록 환형 구조로 구성될 수 있다.
제2 접착제 수용 홈(125)은, 제2 접착부(124)의 외측 둘레에 형성되는 홈으로서, 기본적으로 제2 접착부(124)와 같이 접착제가 도포될 수 있다. 이 경우, 제2 접착제 수용 홈(125)은 제2 접착부(124)와 멤브레인 구조체(130) 간의 접착 시 해당 접착면으로부터 유출되는 잔량의 접착제를 수용하며 멤브레인 구조체(130)와 접착되도록 구성될 수 있다. 제2 접착부(124)가 환형 구조로 구성될 경우, 제2 접착제 수용 홈(125)은 제2 접착부(124)를 따라 형성된 환형의 홈으로 구성될 수 있다.
제2 벤트 홀(126)은, 제2 접착부(124)를 제2 하우징(120)의 외부와 연통시키도록 구성된다. 제2 벤트 홀(126)은 제2 접착부(124)와 멤브레인 구조체(130) 간의 접착시 발생하는 가스나 잔량의 접착제를 외부로 배출시킬 수 있다. 이 경우, 제2 벤트 홀(126)은 제2 접착제 수용 홈(125) 내에 형성될 수 있다.
제2 외벽부(127)는, 제2 하우징(120)의 최외각 구조로서, 멤브레인 구조체(130)의 외부 노출을 방지하여 멤브레인 구조체(130)를 보호하도록 구성된다. 이를 위해, 제2 외벽부(127)는 멤브레인 구조체(130)의 가장 바깥쪽 테두리 부분과 접착되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 외벽부(127)는 제2 접착부(124)나 제2 접착제 수용 홈(125)과 같이 미리 접착제로 도포되지 않아도, 제2 접착부(124)와 제2 접착제 수용 홈(125)이 멤브레인 구조체(130)에 접착되는 과정에서 유입되는 접착제에 의해 멤브레인 구조체(130)와 접착될 수 있다.
이와 같이 구성된 생체분자 필터(100)는, 제1 하우징(110)의 유입구(112)를 통해 공급받은 시료를 멤브레인 구조체(130)의 필터링부(132), 또는 윈도 영역(Dw)을 따라 이동시키면서 시료에 포함된 생체분자를 필터링한 후, 필터링된 생체분자를 제2 하우징(120)의 제2 배출구(121)로 배출하는 한편, 일부 생체분자가 분리된 잔여 시료를 제1 하우징(110)의 제1 배출구(111)로 배출할 수 있다. 또한, 생체분자 필터(100)는 제1 배출구(111)를 통해 배출된 잔여 시료를 다시 유입구(112)를 통해 공급받는 방식으로, 일정량의 시료를 멤브레인 구조체(130)의 필터링부(132), 또는 윈도 영역(Dw)을 따라 반복적으로 순환시키며 시료에 포함된 생체분자를 필터링할 수 있다.
도 9에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 생체분자 필터(100)가 전방 사시도로 도시되어 있고, 도 10에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 생체분자 필터(100)가 분해 사시도로 도시되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 생체분자 필터(100)는, 제1 하우징(110), 제2 하우징(120), 상기 제1 하우징(110)과 제2 하우징(120)의 사이에 설치되는 멤브레인 구조체(미도시), 및 진동자(140)를 포함할 수 있다.
상기 진동자(140)는, 제1 하우징(110) 또는 제2 하우징(120)에 장착되어 생체분자 필터(100) 내의 멤브레인 구조체와 시료에 진동을 전달한다. 이를 위해, 진동자(140)는 초음파 진동 또는 기계적 진동을 발생시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 진동자(140)는 수정, 티탄산 바륨, 티탄산 지르콘산 연(PZT), 또는 니오브산 등으로 이루어진 압전 소자(piezoelectric element)를 이용하여, 전기 에너지를 초음파 진동이나 기계적 진동으로 변환하도록 구성될 수 있다.
이 경우, 제1 하우징(110) 또는 제2 하우징(120)은, 진동자가 장착되도록 구성된 진동자 장착부를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 9와 같이 진동자(140)가 제1 하우징(110)에 장착되는 경우, 제1 하우징(110)은 그 외부면에 진동자(140)가 장착되어 고정되도록 구성된 진동자 장착부(118)를 포함할 수 있다. 진동자 장착부(118)의 크기, 형태, 진동자 장착 방식 등은, 진동자(140)의 크기, 형태, 진동 방식 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 진동자(140)는 제1 하우징(110)의 진동자 장착부(118)에 장착되어 고정될 수 있다. 이 경우, 진동자 장착부(118)는 도 10과 같이 진동자(140)가 삽입되어 고정되는 홈 구조를 가지도록 구성될 수 있다. 변형된 일 실시예에 있어서, 진동자 장착부(118)는 내부 공간에 진동자를 수용하여 고정하는 포켓 구조로 구성될 수도 있다.
또한, 진동자(140)는 별도의 고정 부재에 의해 제1 하우징(110) 또는 제2 하우징(120)에 고정될 수 있다. 예컨대, 진동자(140)는 에폭시나 실리콘 등과 같은 고분자 화합물로 이루어진 접착제에 의해 접착되어 고정되거나, 하우징과 결합하여 진동자(140)를 하우징에 밀착시키는 다양한 형태의 결합 부재에 의해 고정될 수도 있다.
도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 동적 분리 장치(10)가 블록도로 도시되어 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체분자 동적 분리 장치(10)는, 상술한 여러 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 생체분자 필터(100)를 이용하여, 시료가 진동하며 연속적으로 이동하는 동적 상태에서 시료에 포함된 생체분자를 분리해낸다. 이를 위해, 생체분자 동적 분리 장치(10)는 생체분자 필터(100)와 함께, 시료 수용부(200), 시료 공급관(300), 시료 회수관(400) 및 펌프(500)를 포함하며, 실시예에 따라 생체분자 수집관(600), 생체분자 수용부 (700) 등을 더 포함할 수 있다.
시료 수용부(200)는, 필터링 대상 생체분자를 포함한 시료를 수용한다. 시료 수용부(200)는 수용된 시료를 시료 공급관(300)을 통해 생체분자 필터(100)로 공급하는 한편, 생체분자 필터(100)로부터 배출된 잔여 시료를 시료 회수관(400)을 통해 회수하여 다시 수용할 수 있다.
시료 공급관(300)은, 관 형태의 부재로서, 시료 수용부(200)와 생체분자 필터(100)의 제1 하우징(110)에 형성된 유입구(112)를 연결하여, 시료 수용부(200)에 수용된 시료가 생체분자 필터(100)에 공급되도록 한다.
시료 회수관(400)은, 관 형태의 부재로서, 생체분자 필터(100)의 제1 하우징(110)에 형성된 제1 배출구(111)와 시료 수용부(200)를 연결하여, 생체분자 필터(100)에서 배출되는 잔여 시료가 시료 수용부(200)에 회수되도록 한다.
펌프(500)는, 시료에 압력을 작용시켜 시료 수용부(200)에 수용된시료를 시료 공급관(300), 생체분자 필터(100), 시료 회수관(400) 및 시료 수용부(200)의 순서로 이동 또는 순환시킨다. 이 경우, 펌프(500)는 시료를 일정 시간 또는 일정 횟수만큼 반복 순환시킬 수 있다. 펌프(500)는 도 7과 같이 시료 공급관(300) 라인 상에 설치될 수 있다. 시료에 압력을 가하여 시료를 순환시킬 수 있다면, 펌프(500)의 종류, 형태, 설치 위치 등은 특별히 제한되지 않는다.
상술한 바와 같이, 생체분자 필터(100)는 시료 공급관(300)과 연결된 제1 하우징(110)의 유입구(112)를 통해 시료가 유입되면, 유입된 시료를 멤브레인 구조체(130) 상에 형성된 미앤더 형태의 경로를 따라 이동시키면서 시료에 포함된 생체분자를 필터링하고, 생체분자가 필터링된 잔여 시료를 시료 회수관(400)을 통해 시료 수용부(200)로 반환한다.
한편, 생체분자 필터(100)는 멤브레인 구조체(130)를 통해 필터링된 생체분자를 제2 하우징(120)의 제2 배출구(121)를 통해 배출한다.
생체분자 수용부(700)는 생체분자 필터(100)를 통해 필터링된 생체분자를 수용한다. 생체분자 수집관(600)은 관 형태의 부재로서, 생체분자 필터(100)의 제2 하우징(120)에 형성된 제2 배출구(121)와 생체분자 수용부(700)를 연결하여, 생체분자 필터(100)에서 필터링되어 배출되는 생체분자가 생체분자 수용부(700)에 수용되도록 한다.
일 실시예에 있어서, 생체분자 동적 분리 장치(10)는 복수의 생체분자 필터(100)를 포함할 수 있다. 이 경우, 복수의 생체분자 필터(100)는 캐스케이드(cascade) 방식으로 연결될 수 있다. 즉, 선순위 생체분자 필터(100)의 제2 배출구(121)가 그 다음 차순위 생체분자 필터(100)의 유입구(112)에 연결될 수 있다. 또한, 복수의 생체분자 필터(100)는 멤브레인 구조체(130)에 형성된 미세 홀의 크기가 작아지는 순서로 연결될 수 있다.
이와 같이 복수의 생체분자 필터(100)가 캐스케이드 방식으로 연결될 경우, 생체분자 동적 분리 장치(10)는 각 생체분자 필터(100)의 제1 배출구(111)에서 배출되는 잔여 시료가 모두 시료 수용부(200)로 회수되도록 구성되거나, 생체분자 필터(100)별로 분리되어 별도로 수용되도록 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 시료에 포함된 생체분자를 다공성 구조를 가진 멤브레인 구조체를 통해 필터링하는 방식으로 분리함으로써, 생체분자의 손상을 방지하고 생체분자 분리 과정에 요구되는 시간과 비용을 절감할 수 있다.
특히, 생체분자 필터의 제1 하우징 또는 제2 하우징에 진동자가 장착된 경우에는, 상기 진동자가 진동을 일으켜 생체분자 필터 내의 멤브레인 구조체와 시료를 진동시킴으로써, 필터링 대상 생체분자 이외의 물질에 의한 멤브레인 구조체의 폐색과 이로 인한 필터링 효율 저하를 방지할 수 있다.
또한, 하우징에 의해 형성된 멤브레인 구조체 상의 일정 경로를 따라 시료를 이동시키면서 시료에 포함된 생체분자를 필터링함으로써, 멤브레인 구조체의 폐색과 이로 인한 필터링 효율 저하를 더욱 완벽하게 방지할 수 있다.
또한, 일정량의 시료를 멤브레인 구조체 상의 일정 경로를 따라 반복적으로 순환시키며 시료에 포함된 생체분자를 필터링함으로써, 생체분자 확보에 필요한 시료의 양을 감소시키면서도 생체분자 수득률을 개선할 수 있다.
또한, 멤브레인 구조체에 복수의 윈도 셀을 형성하고, 파손되기 쉬운 다공성 구조를 각각의 윈도 셀 단위로 분할하여 구성함으로써, 멤브레인 구조체의 내구성을 개선하고 멤브레인 구조체의 취급과 설치를 용이하게 할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 생체분자 필터 110 : 제1 하우징
111 : 제1 배출구 112 : 유입구
113 : 제1 유로 114 : 제1 접착부
115 : 제1 접착제 수용 홈 116 : 제1 벤트 홀
117 : 제1 외벽부 118 : 진동자 장착부
120 : 제2 하우징 121 : 제2 배출구
123 : 제2 유로 124 : 제2 접착부
125 : 제2 접착제 수용 홈 126 : 제2 벤트 홀
127 : 제2 외벽부 130 : 멤브레인 구조체
132 : 필터링부 134 : 지지부
140 : 진동자

Claims (21)

  1. 생체분자를 통과시키는 미세 홀들을 가지는 멤브레인 구조체;
    상기 멤브레인 구조체의 일 면 측에 위치하며, 생체분자를 포함한 시료를 공급받아 상기 멤브레인 구조체의 상기 일 면에 접촉시키는 제1 하우징; 및
    상기 멤브레인 구조체의 타 면 측에 위치하며, 상기 멤브레인 구조체의 상기 타 면을 통해 나오는 생체분자를 수집하는 제2 하우징을 포함하는 생체분자 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인 구조체는, 복수의 윈도 셀을 가지고,
    각각의 윈도 셀은, 일정 크기 이하의 생체분자를 통과시키는 미세 홀들을 가지는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 멤브레인 구조체는,
    복수의 윈도 셀이 형성된 윈도 영역과 윈도 셀이 형성되지 않은 차단 영역을 포함하며, 상기 윈도 영역에 접촉되는 시료로부터 생체분자를 필터링하는 필터링부; 및
    상기 필터링부에서 연장되어 상기 필터링부를 지지하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 필터링부는, 복수의 윈도 영역을 포함하고,
    상기 복수의 윈도 영역은, 상기 차단 영역을 사이에 두고 차례로 이격되어 나란히 배치되도록 구성된 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 멤브레인 구조체는,
    상기 윈도 셀을 구성하는 관통공이 형성된 기판; 및
    상기 기판에 적층되어 상기 관통공의 일 측 개구를 커버하는 다공막을 포함하는 적층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하우징은,
    상기 시료가 유입되는 유입구;
    상기 시료에서 적어도 일부의 생체분자가 분리된 잔여 시료를 배출하는 제1 배출구; 및
    상기 유입구를 통해 유입된 시료를, 상기 멤브레인 구조체의 상기 일 면과 접촉시키면서 상기 일 면 상의 일정 경로를 따라 이동시킨 후 상기 제1 배출구로 전달하는 제1 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 하우징의 제1 유로는, 상기 멤브레인 구조체의 상기 일 면에 미앤더(meander) 형태의 시료 이동 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 하우징의 제1 유로는,
    상기 유입구와 상기 제1 배출구를 연결하는 미앤더 형태의 제1 유로 홈부; 및
    상기 제1 유로 홈부의 주변에 형성되어 시료의 누출을 방지하는 제1 격벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 하우징은, 상기 멤브레인 구조체의 상기 일 면과 상기 격벽부 사이 를 실링하는 실링 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 실링 부재는, 고무 부재를 포함하고,
    상기 제1 격벽부는, 상기 고무 부재가 설치되는 설치 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 하우징은,
    상기 제1 유로의 외측 둘레에 형성되며, 접착제가 도포되어 상기 멤브레인 구조체의 상기 일 면과 접착되는 제1 접착부; 및
    상기 제1 접착부를 상기 제1 하우징의 외부와 연통시키는 제1 벤트 홀을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 격벽부는, 상기 제1 접착부와 상기 멤브레인 구조체 간의 접착 시 해당 접착면에서 유출되는 잔량의 접착제를 수용하도록 구성되어 상기 제1 유로 홈부 측으로 접착제가 유입되는 것을 차단하는 제1 접착제 차단 홈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 하우징은,
    상기 멤브레인 구조체를 통해 분리된 생체분자를 배출하는 제2 배출구; 및
    상기 멤브레인 구조체의 상기 타 면을 통해 나오는 생체분자를 이동시켜 상기 제2 배출구로 전달하는 제2 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 유로는,
    상호 일정 간격을 두고 나란히 연장되도록 구성되어 상기 멤브레인 구조체의 상기 타 면에서 나오는 생체분자의 이동을 일정 방향으로 가이드하는 복수의 가이드 홈부, 및 상기 복수의 가이드 홈부에 의해 가이드되며 이동된 생체분자를 수집하여 상기 제2 배출구로 전달하는 수집 홈부를 가지는 제2 유로 홈부; 및
    상기 제2 유로 홈부의 주변에 형성되어 생체분자의 누출을 방지하는 제2 격벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 하우징은,
    상기 제2 격벽부의 외측 둘레에 형성되며, 접착제가 도포되어 상기 멤브레인 구조체의 상기 타 면과 접착되는 제2 접착부; 및
    상기 제2 접착부를 상기 제2 하우징의 외부와 연통시키는 제2 벤트 홀을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2 격벽부는, 상기 제2 접착부와 상기 멤브레인 구조체 간의 접착 시 해당 접착면에서 유출되는 잔량의 접착제를 수용하도록 구성되어 상기 제2 유로 홈부 측으로 접착제가 유입되는 것을 차단하는 제2 접착제 차단 홈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하우징 또는 상기 제2 하우징에 장착되어 상기 멤브레인 구조체와 시료에 진동을 전달하는 진동자를 포함하는 생체분자 필터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 하우징 또는 상기 제2 하우징은, 상기 진동자가 장착되도록 구성된 진동자 장착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 진동자는, 초음파 진동 또는 기계적 진동을 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 생체분자 필터.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 생체분자 필터를 이용한 생체분자 동적 분리 장치로서,
    필터링 대상 생체분자를 포함한 시료를 수용하는 시료 수용부;
    상기 시료 수용부와 상기 생체분자 필터의 제1 하우징을 연결하여 상기 시료 수용부에 수용된 시료가 상기 생체분자 필터에 공급되도록 하는 시료 공급관;
    상기 생체분자 필터의 제1 하우징과 상기 시료 수용부를 연결하여 상기 생체분자 필터에서 배출되는 시료가 상기 시료 수용부에 회수되도록 하는 시료 회수관; 및
    상기 시료 수용부에 수용된 시료를 시료 공급관, 생체분자 필터, 시료 회수관 및 시료 수용부의 순서로 순환시키는 펌프를 포함하는 생체분자 동적 분리 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 생체분자 필터를 통해 필터링된 생체분자를 수용하는 생체분자 수용부; 및
    상기 생체분자 필터의 제2 하우징과 상기 생체분자 수용부를 연결하여 상기 생체분자 필터에서 배출되는 생체분자가 상기 생체분자 수용부에 수용되도록 하는 생체분자 수집관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생체분자 동적 분리 장치.
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