WO2023080351A1 - 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치 - Google Patents

컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치 Download PDF

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신현구
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Definitions

  • the present invention relates to an automatic liquid fractionation apparatus for column chromatography, and more particularly, to an automatic liquid fractionation apparatus for column chromatography capable of obtaining a desired amount of liquid fraction more conveniently and accurately through column chromatography. it's about
  • Column chromatography is a type of size-exclusion chromatography that classifies substances mixed in a liquid mixture according to their sizes. Specifically, when a stationary phase (eg, silica beads) is filled in a column, and the mobile phase (eg, plasma, cell culture medium, etc.) passes through the column, the substances inside the mobile phase are divided into different fractions according to their size. ) are sequentially discharged. Through this, only particles of a desired size can be separated.
  • a stationary phase eg, silica beads
  • the mobile phase eg, plasma, cell culture medium, etc.
  • an automatic liquid fractionation apparatus for column chromatography includes: a microtube mounting unit for mounting a plurality of microtubes accommodating liquids to be fractionated according to column chromatography; a liquid supply unit sequentially supplying liquid to the plurality of microtubes; a light source unit provided on a rear side of the plurality of microtubes to emit light; an image acquisition unit provided on the front side of the plurality of microtubes and acquiring images of the microtubes at predetermined time intervals while column chromatography is in progress; a volume determination unit for analyzing the image of the microtube acquired by the image acquisition unit, extracting a water surface height of the accommodated liquid, and determining whether the liquid accommodated in the microtube has reached a target volume based on the extracted water surface height; and a control unit that sets a reference value for determining the arrival of the target volume and controls operations of the liquid supply unit and the image acquisition unit according to a result of the determination of the volume determination unit.
  • the microtube mounting portion includes a plurality of grooves formed in the housing to accommodate the plurality of microtubes, and the plurality of grooves may be arranged in a line at predetermined intervals on a straight line.
  • a reference microtube accommodating the target volume of liquid may be mounted in a first groove, and a plurality of microtubes for fractionation may be mounted in the remaining grooves.
  • the liquid supply unit includes a column accommodating a stationary phase and a mobile phase; a column support coupled to the housing so as to be movable along a linear axis parallel to the straight line on which the plurality of grooves are formed, and supporting the column so that the column is sequentially movable at a position corresponding to the plurality of microtubes; and a driver coupled to a lower end of the column support and moving the column so that the column is positioned above the microtube as column chromatography is performed.
  • the image acquisition unit is installed to be sequentially movable from a position corresponding to the plurality of microtubes.
  • a camera that acquires an image of the microtube; a movement axis parallel to the straight line on which the plurality of grooves are formed and along which the camera moves; and a driving unit for moving the camera on the moving shaft so that the camera is located in front of the microtube as column chromatography progresses.
  • the volume determination unit analyzes the image of the microtube obtained by the image acquisition unit at a predetermined time interval and determines whether the target volume has been reached by considering only the image when the standard deviation of the extracted water surface height value is equal to or less than a predetermined set value. can do.
  • the volume determiner may determine whether the liquid volume has reached the target volume by finding a boundary surface of the refracted image in the microtube image, extracting the water surface height, and comparing the water surface height with the reference value.
  • the volume determination unit sums all R-channel values of pixels located on each horizontal line in the image of the microtube and extracts the position of the horizontal line at which the sum of the R-channel values is the maximum value as the height of the water surface. And, when the water surface height exceeds the reference value, it can be determined that the target volume has been reached.
  • It may further include a display unit implemented as a touch screen to display buttons for receiving signals related to device operation, and to graphically visualize and display the progress of column chromatography.
  • a display unit implemented as a touch screen to display buttons for receiving signals related to device operation, and to graphically visualize and display the progress of column chromatography.
  • the control unit may acquire and analyze an image of the reference microtube to extract a water surface height and set the extracted water surface height as the reference value.
  • the control unit may check whether the microtube and the light source unit are aligned based on the brightness of the image of the microtube, and correct the position of the image acquisition unit if the alignment is not correct.
  • control unit determines that the alignment of the micro tube and the light source unit is correct when the sum of the R-channel values of each pixel located on the central vertical line in the image of the micro tube is equal to or greater than a predetermined set value.
  • FIG. 1 is a block diagram of an automatic liquid fractionation device for column chromatography according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of implementation of the automatic liquid fractionation device for column chromatography shown in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an operation of the automatic liquid fractionation device for column chromatography shown in FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an operating method of the automatic liquid fractionation apparatus for column chromatography shown in FIG. 1 .
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an acquired image according to an alignment state of a light source and a microtube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a method of extracting a water surface height through image analysis according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of an automatic liquid fractionation apparatus for column chromatography according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing an embodiment of the automatic liquid fractionation apparatus for column chromatography shown in FIG. 1
  • 3 is a schematic diagram of the operation of the automatic liquid fractionation device for column chromatography shown in FIG. 2 .
  • the automatic liquid fractionation apparatus 100 for column chromatography includes a micro tube mounting unit 110, a liquid supply unit 120, a light source unit 130, and an image acquisition unit. It may be configured to include a unit 140, a volume determination unit 150, a control unit 160 and a display unit 170.
  • the microtube mounting unit 110 is for mounting a plurality of microtubes 10 accommodating liquids to be fractionated according to column chromatography.
  • the microtube mounting part 110 may be formed of a plurality of grooves formed in the housing 101 of the device to accommodate the microtubes 10 used in column chromatography, and the plurality of grooves are linear. It may be arranged in a line at predetermined intervals.
  • the liquid supply unit 120 is for performing column chromatography by sequentially supplying liquid to the plurality of micro tubes 10 mounted on the micro tube mounting unit 110 .
  • the liquid supply unit 120 is coupled to a column 121 accommodating a stationary phase and a mobile phase, a column support 122 supporting the column 121, and a column support 122 to form a column 121 It may be configured to include a driving unit (not shown) for moving.
  • the column 121 is supported by the column support 122 so as to be sequentially movable at a position corresponding to the plurality of microtubes 10 mounted on the microtube mount 110. It can be.
  • the column support 122 may be coupled to the housing 101 so as to be movable along a linear axis parallel to a straight line formed with a plurality of grooves constituting the microtube mounting unit 110 .
  • a driving unit (not shown) is coupled to the lower end of the column support 122 located inside the housing 101, and as column chromatography proceeds, the column 121 supported by the column support 122 moves along the corresponding microtube.
  • the column 121 may be moved to be located at the top.
  • the mobile phase liquid stored in the column 121 falls through the outlet formed at the bottom of the column 121 as column chromatography proceeds, and is received in the micro tube 10 located at the bottom of the column 121.
  • the light source unit 130 is provided on the rear side of the plurality of micro tubes 10 mounted on the micro tube mounting unit 110 inside the housing 101 to emit light, and is composed of, for example, a red LED light source. It can be, but is not necessarily limited thereto.
  • the light source unit 130 may be composed of a plurality of LED light sources, as shown in FIG. 3, and provided at positions corresponding to the plurality of microtubes 10 mounted on the microtube mounting unit 110. It may be composed of a movable single LED light source and positioned at the rear of the corresponding microtube in which column chromatography is performed.
  • the image acquisition unit 140 is provided on the front side of the plurality of microtubes 10 mounted on the microtube mounting unit 110 inside the housing 101 at predetermined time intervals while column chromatography is in progress. It is for acquiring the image of (10).
  • the image acquisition unit 140 moves a camera 141 for acquiring an image of the microtube 10, a movement axis 142 on which the camera 141 moves, and the camera 141. It may be configured to include a driving unit 143 for moving on the shaft 142.
  • the camera 141 may be installed to be sequentially movable along the moving axis 142 at a position corresponding to the plurality of microtubes 10 mounted on the microtube mount 110 .
  • the moving shaft 142 may be parallel to a straight line formed with a plurality of grooves constituting the microtube mounting part 110 .
  • the driver 143 may move the camera 141 so that the camera 141 is positioned in front of the corresponding microtube as column chromatography is performed.
  • the volume determination unit 150 analyzes the image of the microtube acquired by the image acquisition unit 140 to extract the height of the water surface of the accommodated liquid, and determines whether the volume of the liquid accommodated in the microtube has reached the target volume based on the extracted height of the water surface. It is for judging.
  • the water level is extracted by using a phenomenon in which the light irradiated by the light source unit 130 passes through the microtube 10 and is refracted by the liquid accommodated in the microtube 10, and based on this, the liquid volume is calculated as the target volume. determine whether it has reached In other words, as the liquid fills the microtube 10, the refractive pattern of light changes. The change in refractive pattern is acquired and analyzed as an image to find the boundary surface of the refractive image, extract the height of the water surface, and based on this, the target volume can be judged if it has been reached.
  • the volume determination unit 150 analyzes the image of the microtube 10 acquired by the image acquisition unit 140 at predetermined time intervals. In this case, it may be difficult to accurately analyze the image of the microtube 10 acquired at the moment water drops fall into the microtube 10 or the moment the water droplets attach to the inner wall of the microtube 10, so for more accurate analysis Only stable images can be considered. For example, assuming that the volume of one water droplet falling from the column 121 is approximately 20 ul and the water droplets fall at intervals of approximately 1 second, the volume determination unit 150 determines the image acquisition unit 140 at intervals of 0.1 seconds. It is possible to consider only images when the standard deviation of the water surface height values extracted by receiving the image of the microtube 10 acquired by the input and analyzing each image is equal to or less than a predetermined set value.
  • a method of determining whether the volume determination unit 150 extracts the height of the water surface and reaches the target volume based on this will be described later in detail with reference to FIG. 4 .
  • the controller 160 controls the operation of each component of the automatic liquid fractionation apparatus 100 for column chromatography shown in FIG. 1 .
  • control unit 160 sets a reference value for the volume determination unit 150 to determine the arrival of the target volume, and the liquid supply unit 120 and image acquisition according to the determination result of the volume determination unit 150.
  • the operation of the unit 140 may be controlled.
  • controller 160 may control the operation of the automatic liquid fractionation apparatus 100 for column chromatography according to an embodiment of the present invention as will be described later with reference to FIG. 4 .
  • the display unit 170 is for displaying information related to the operation of the automatic liquid fractionation apparatus 100 for column chromatography and for receiving signals related to the operation of the apparatus, and may be implemented as, for example, a touch screen.
  • the display unit 170 may display a button for receiving a signal related to an operation of the device, and may further visualize and display the progress of column chromatography graphically.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an operating method of the automatic liquid fractionation device for column chromatography shown in FIG. 1
  • FIG. 5 is an image obtained according to an alignment state of a light source and a microtube according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a method of extracting a water surface height through image analysis according to an embodiment of the present invention.
  • column chromatography is first prepared (S210).
  • the column 121 accommodating the stationary phase and the mobile phase for column chromatography is mounted on the column support 122, and a plurality of empty microtubes for fractionation are mounted on the microtube mounting unit 110.
  • the first groove among the plurality of grooves constituting the microtube mounting unit 110 is left without mounting the microtube for fractionation.
  • a reference microtube accommodating a target volume of liquid (eg, water) to be fractionated through column chromatography is mounted in a first groove among a plurality of grooves constituting the microtube mounting unit 110.
  • the "Ready" button displayed on the display unit 170 is touched, the image of the reference microtube is acquired and analyzed to extract the height of the water surface, and the extracted height of the water surface is set as a reference value (ie, target value).
  • column chromatography is performed (S230).
  • the "Start" button displayed on the display unit 170 is touched and the cover of the column 121 is removed, the column 121 moves to the top of the next microtube and column chromatography is performed.
  • the camera 141 if necessary, an LED light source located inside the housing 101 also moves to a position corresponding to the next microtube, and images of the microtube at predetermined time intervals as column chromatography proceeds.
  • the alignment of the micro tube and the LED light source is checked (S240). If the center alignment of the micro tube and the LED light source is not correct, the liquid part may appear dark in the acquired image as shown in the image shown on the left side of FIG. 5 . Therefore, according to one embodiment, based on the brightness of the acquired image, it is checked whether the alignment of the micro tube and the LED light source is correct, and if the alignment is not correct, the camera 141 is moved to the left or right direction to correct the position of the microtube. You can make sure the alignment of the tube and the LED light source is right. For example, when the light source unit 130 is composed of a red LED light source, since the image of the liquid portion appears in red, the central vertical line in the acquired image shown in FIG.
  • the volume determination unit 150 may determine whether the liquid volume has reached the target volume by finding the boundary surface of the refracted image through image analysis, extracting the height of the water surface, and comparing it with a reference value. For example, as shown in FIG. 6, the volume determination unit 150 sums up all R-channel values of pixels located on each horizontal line of the image, and the summed R-channel value (x-axis value of the graph) ) is the maximum value (y-axis value of the graph) can be extracted as the water surface height.

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Abstract

본 발명은 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 컬럼 크로마토그래피에 따라 분획되는 액체를 수용하는 복수의 마이크로 튜브를 탑재하는 마이크로 튜브 탑재부; 상기 복수의 마이크로 튜브에 순차적으로 액체를 공급하는 액체 공급부; 상기 복수의 마이크로 튜브의 후면 측에 구비되어 빛을 조사하는 광원부; 상기 복수의 마이크로 튜브의 전면 측에 구비되어 컬럼 크로마토그래피가 진행되는 동안 기 정해진 시간 간격으로 마이크로 튜브의 영상을 획득하는 영상 획득부; 상기 영상 획득부에 의해 획득한 상기 마이크로 튜브의 영상을 분석하여 수용된 액체의 수면 높이를 추출하고 추출한 수면 높이를 기초로 상기 마이크로 튜브에 수용된 액체 부피가 목표 부피에 도달했는지 판단하는 부피 판단부; 및 상기 목표 부피의 도달을 판단하기 위한 기준값을 설정하고, 상기 부피 판단부의 판단 결과에 따라 상기 액체 공급부 및 상기 영상 획득부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치
본 발명은 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면 컬럼 크로마토그래피를 통해 보다 편리하고 정확하게 원하는 양의 액체 분획을 획득할 수 있는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치에 관한 것이다.
컬럼 크로마토그래피(Column Chromatography)는 혼합액 내에 섞여 있는 물질들을 그 크기에 따라 분류하는 크기 배제 크로마토그래피(Size-exclusion chromatography)의 일종이다. 구체적으로, 컬럼(column) 내에 고정상(예를 들어, 실리카 비즈)을 채우고, 이동상(예를 들어, 혈장, 세포 배양액 등)이 컬럼을 통과하면 이동상 내부의 물질이 크기에 따라 서로 상이한 분획(fraction)에 순차적으로 배출된다. 이를 통해 원하는 크기의 입자들만 분리할 수 있다.
이처럼 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 분획을 획득하는 경우, 일반적으로 사람이 육안으로 원하는 양만큼 분획되었는지 확인하면서 진행한다. 그러나, 분획하는 양이 소량(예를 들어, 수 ul)인 경우 실수할 가능성도 높고 작업하는 사람에 따른 편차도 존재하며 다량의 샘플을 획득하는 것이 어렵다는 한계가 있다.
시판 중에 자동 액체 분획 장치도 존재하나, 종래의 장치는 주로 액체의 무게를 기반으로 분획을 획득하므로 오차가 커서 ul 단위의 소량의 액체를 분획하기에는 한계가 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 컬럼 크로마토그래피를 통해 보다 편리하고 정확하게 원하는 양의 액체 분획을 획득할 수 있는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치를 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치에 있어서, 컬럼 크로마토그래피에 따라 분획되는 액체를 수용하는 복수의 마이크로 튜브를 탑재하는 마이크로 튜브 탑재부; 상기 복수의 마이크로 튜브에 순차적으로 액체를 공급하는 액체 공급부; 상기 복수의 마이크로 튜브의 후면 측에 구비되어 빛을 조사하는 광원부; 상기 복수의 마이크로 튜브의 전면 측에 구비되어 컬럼 크로마토그래피가 진행되는 동안 기 정해진 시간 간격으로 마이크로 튜브의 영상을 획득하는 영상 획득부; 상기 영상 획득부에 의해 획득한 상기 마이크로 튜브의 영상을 분석하여 수용된 액체의 수면 높이를 추출하고 추출한 수면 높이를 기초로 상기 마이크로 튜브에 수용된 액체 부피가 목표 부피에 도달했는지 판단하는 부피 판단부; 및 상기 목표 부피의 도달을 판단하기 위한 기준값을 설정하고, 상기 부피 판단부의 판단 결과에 따라 상기 액체 공급부 및 상기 영상 획득부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 마이크로 튜브 탑재부는 상기 복수의 마이크로 튜브를 수용 가능하도록 하우징에 형성된 복수의 홈으로 이루어지며, 상기 복수의 홈은 직선상에 기 설정된 간격으로 일렬로 배치될 수 있다.
상기 복수의 홈 중에서 첫 번째 홈에는 상기 목표 부피만큼의 액체를 수용한 기준 마이크로 튜브가 탑재되고, 나머지 홈에는 분획을 위한 복수의 마이크로 튜브가 탑재될 수 있다.
상기 액체 공급부는, 고정상 및 이동상을 수용하는 컬럼; 상기 복수의 홈이 형성된 직선과 평행을 이루는 직선 축을 따라 이동 가능하도록 상기 하우징에 결합되며, 상기 컬럼이 상기 복수의 마이크로 튜브에 상응하는 위치에서 순차적으로 이동 가능하도록 상기 컬럼을 지지하는 컬럼 지지대; 및 상기 컬럼 지지대의 하단에 결합되며, 컬럼 크로마토그래피가 진행됨에 따라 상기 컬럼이 마이크로 튜브의 상부에 위치하도록 상기 컬럼을 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 영상 획득부는, 상기 복수의 마이크로 튜브에 상응하는 위치에서 순차적으로 이동 가능하도록 설치되며. 마이크로 튜브의 영상을 획득하는 카메라; 상기 복수의 홈이 형성된 직선과 평행을 이루며, 상기 카메라가 이동하는 이동축; 및 컬럼 크로마토그래피가 진행됨에 따라 상기 카메라가 마이크로 튜브의 전면에 위치하도록 상기 카메라를 상기 이동축 상에서 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 부피 판단부는 기 정해진 시간 간격으로 상기 영상 획득부에 의해 획득한 상기 마이크로 튜브의 영상을 분석하여 추출한 수면 높이 값의 표준편차가 기 정해진 설정값 이하인 경우의 영상만 고려하여 목표 부피에 도달했는지 판단할 수 있다.
상기 부피 판단부는, 상기 마이크로 튜브의 영상에서 굴절상의 경계면을 찾아 상기 수면 높이를 추출하고 상기 수면 높이를 상기 기준값과 비교하여 액체 부피가 상기 목표 부피에 도달했는지 판단할 수 있다.
이 경우, 상기 부피 판단부는, 상기 마이크로 튜브의 영상에서 각 가로선 상에 위치하는 각 픽셀들의 R-채널 값을 모두 합산하여 합산한 R-채널 값이 최대값인 가로선의 위치를 상기 수면 높이로 추출하고, 상기 수면 높이가 상기 기준값을 초과하면 상기 목표 부피에 도달한 것으로 판단할 수 있다.
터치스크린으로 구현되어 장치 동작과 관련된 신호를 입력받기 위한 버튼을 디스플레이하고, 컬럼 크로마토그래피의 진행 상황을 그래픽으로 시각화하여 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 기준 마이크로 튜브의 영상을 획득 및 분석하여 수면 높이를 추출하고 추출된 수면 높이를 상기 기준값으로 설정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 마이크로 튜브의 영상의 밝기를 기초로 상기 마이크로 튜브와 상기 광원부의 정렬이 맞는지 확인하고, 정렬이 맞지 않는 경우 상기 영상 획득부의 위치를 보정할 수 있다.
이 경우, 상기 제어부는, 상기 마이크로 튜브의 영상에서 중앙의 세로선 상에 위치하는 각 픽셀들의 R-채널 값을 모두 합산하여 기 정해진 설정값 이상인 경우 상기 마이크로 튜브와 상기 광원부의 정렬이 맞는다고 판단할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 종래에 수동으로 진행하던 컬럼 크로마토그래피를 기계적 장치와 영상 분석을 통한 부피 판단을 통해 보다 정확하고 편리하게 수행할 수 있게 된다. 또한, 성능 측면에서도 컬럼 크로마토그래피에 숙련된 사람에 상응하는 정확한 결과를 낼 수 있다. 또한, 자동화를 통해 생산성과 편의성을 확보하여 보다 용이하게 원하는 시료의 정확한 분획을 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치의 일 구현 예를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치의 동작 모식도이다.
도 4는 도 1에 도시된 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 광원과 마이크로 튜브의 정렬 상태에 따른 획득 영상을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 영상 분석을 통해 수면 높이를 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
[부호의 설명]
100: 자동 액체 분획 장치
110: 마이크로 튜브 탑재부
120: 액체 공급부
130: 광원부
140: 영상 획득부
150: 부피 판단부
160: 제어부
170: 디스플레이부
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치의 일 구현 예를 도시하는 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치의 동작 모식도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치(100)는 마이크로 튜브 탑재부(110), 액체 공급부(120), 광원부(130), 영상 획득부(140), 부피 판단부(150), 제어부(160) 및 디스플레이부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
마이크로 튜브 탑재부(110)는 컬럼 크로마토그래피에 따라 분획되는 액체를 수용하는 복수의 마이크로 튜브(10)를 탑재하기 위한 것이다.
일 실시예에 따르면, 마이크로 튜브 탑재부(110)는 컬럼 크로마토그래피에 사용되는 마이크로 튜브(10)를 수용 가능하도록 장치의 하우징(101)에 형성된 복수의 홈으로 이루어질 수 있으며, 복수의 홈은 직선상에 기 설정된 간격으로 일렬로 배치될 수 있다.
액체 공급부(120)는 마이크로 튜브 탑재부(110)에 탑재된 복수의 마이크로 튜브(10)에 순차적으로 액체를 공급하여 컬럼 크로마토그래피를 수행하기 위한 것이다.
일 실시예에 따르면, 액체 공급부(120)는 고정상 및 이동상을 수용하는 컬럼(121)과, 컬럼(121)을 지지하는 컬럼 지지대(122)와, 컬럼 지지대(122)에 결합되어 컬럼(121)을 이동시키기 위한 구동부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 컬럼(121)은 마이크로 튜브 탑재부(110)에 탑재된 복수의 마이크로 튜브(10)에 상응하는 위치에서 순차적으로 이동 가능하도록 컬럼 지지대(122)에 의해 지지될 수 있다. 컬럼 지지대(122)는 마이크로 튜브 탑재부(110)를 구성하는 복수의 홈이 형성된 직선과 평행을 이루는 직선 축을 따라 이동 가능하도록 하우징(101)에 결합될 수 있다. 또한, 하우징(101)의 내부에 위치한 컬럼 지지대(122)의 하단에는 구동부(미도시)가 결합되어 컬럼 크로마토그래피가 진행됨에 따라 컬럼 지지대(122)에 지지된 컬럼(121)이 해당 마이크로 튜브의 상부에 위치하도록 컬럼(121)을 이동시킬 수 있다. 컬럼(121)에 수용된 이동상인 액체는 컬럼 크로마토그래피가 진행됨에 따라 컬럼(121)의 하부에 형성된 배출구를 통해 하부로 떨어져서 컬럼(121)의 하부에 위치한 마이크로 튜브(10)에 수용된다.
광원부(130)는 하우징(101)의 내부에서 마이크로 튜브 탑재부(110)에 탑재된 복수의 마이크로 튜브(10)의 후면 측에 구비되어 빛을 조사하기 위한 것으로, 예를 들어 적색의 LED 광원으로 구성될 수 있으나 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 광원부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 LED 광원으로 이루어져 마이크로 튜브 탑재부(110)에 탑재된 복수의 마이크로 튜브(10)에 상응하는 위치에 구비되도록 구성될 수도 있고, 이동 가능한 단일 LED 광원으로 이루어져 컬럼 크로마토그래피가 진행되는 해당 마이크로 튜브의 후면에 위치하도록 구성될 수도 있다.
영상 획득부(140)는 하우징(101)의 내부에서 마이크로 튜브 탑재부(110)에 탑재된 복수의 마이크로 튜브(10)의 전면 측에 구비되어 컬럼 크로마토그래피가 진행되는 동안 기 정해진 시간 간격으로 마이크로 튜브(10)의 영상을 획득하기 위한 것이다.
일 실시예에 따르면, 영상 획득부(140)는 마이크로 튜브(10)의 영상을 획득하기 위한 카메라(141)와, 카메라(141)가 이동하는 이동축(142)과, 카메라(141)를 이동축(142) 상에서 이동시키기 위한 구동부(143)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 카메라(141)는 마이크로 튜브 탑재부(110)에 탑재된 복수의 마이크로 튜브(10)에 상응하는 위치에서 이동축(142)을 따라 순차적으로 이동 가능하도록 설치될 수 있다. 여기서, 이동축(142)은 마이크로 튜브 탑재부(110)를 구성하는 복수의 홈이 형성된 직선과 평행을 이룰 수 있다. 또한, 구동부(143)는 컬럼 크로마토그래피가 진행됨에 따라 카메라(141)가 해당 마이크로 튜브의 전면에 위치하도록 카메라(141)을 이동시킬 수 있다.
부피 판단부(150)는 영상 획득부(140)에 의해 획득한 마이크로 튜브의 영상을 분석하여 수용된 액체의 수면 높이를 추출하고 추출한 수면 높이를 기초로 마이크로 튜브에 수용된 액체 부피가 목표 부피에 도달했는지 판단하기 위한 것이다.
본 발명에서는 광원부(130)에 의해 조사된 빛이 마이크로 튜브(10)를 통과하면서 마이크로 튜브(10)에 수용된 액체에 의해 굴절되는 현상을 이용하여 수면 높이를 추출하고 이를 기초로 액체 부피가 목표 부피에 도달했는지 판단한다. 다시 말해, 마이크로 튜브(10)에 액체가 차오름에 따라서 빛의 굴절 양상이 변화하게 되는데, 이러한 굴절 양상의 변화를 영상으로 획득 및 분석하여 굴절상의 경계면을 찾아 수면 높이를 추출하고 이를 기초로 목표 부피에 도달했는지 판단할 수 있다.
이를 위해, 부피 판단부(150)는 기 정해진 시간 간격으로 영상 획득부(140)에 의해 획득한 마이크로 튜브(10)의 영상을 분석한다. 이 경우, 마이크로 튜브(10)로 물방울이 떨어지는 순간 또는 물방울이 마이크로 튜브(10)의 내부 벽면에 붙는 순간에 획득한 마이크로 튜브(10)의 영상은 정확한 분석이 어려울 수 있으므로, 보다 정확한 분석을 위해 안정적인 영상만을 고려할 수 있다. 예를 들어, 컬럼(121)으로부터 떨어지는 물방울 하나의 부피가 대략 20 ul이고, 대략 1초 간격으로 물방울이 떨어지는 경우를 가정하면, 부피 판단부(150)는 0.1초 간격으로 영상 획득부(140)에 의해 획득한 마이크로 튜브(10)의 영상을 입력받고 각 영상을 분석하여 추출한 수면 높이 값의 표준편차가 기 정해진 설정값 이하인 경우의 영상만 고려할 수 있다.
부피 판단부(150)가 수면 높이를 추출하고 이를 기초로 목표 부피에 도달했는지 판단하는 방법은 도 4를 참조하여 구체적으로 후술한다.
제어부(160)는 도 1에 도시된 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치(100)의 각 구성요소의 동작을 제어하기 위한 것이다.
일 실시예에 따르면, 제어부(160)는 부피 판단부(150)가 목표 부피의 도달을 판단하기 위한 기준값을 설정하고, 부피 판단부(150)의 판단 결과에 따라 액체 공급부(120) 및 영상 획득부(140)의 동작을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(160)는 도 4를 참조하여 후술하는 바에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다.
디스플레이부(170)는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치(100)의 동작 관련 정보를 디스플레이하고 장치 동작과 관련된 신호를 입력받기 위한 것으로, 예를 들어 터치스크린으로 구현될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 디스플레이부(170)는 장치 동작과 관련된 신호를 입력받기 위한 버튼을 디스플레이하고, 더 나아가 컬럼 크로마토그래피의 진행 상황을 그래픽으로 시각화하여 디스플레이할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 광원과 마이크로 튜브의 정렬 상태에 따른 획득 영상을 도시하는 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 영상 분석을 통해 수면 높이를 추출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 먼저 컬럼 크로마토그래피를 준비한다(S210). 일 실시예에 따르면, 컬럼 크로마토그래피를 위해 고정상 및 이동상을 수용하는 컬럼(121)을 컬럼 지지대(122)에 장착하고, 마이크로 튜브 탑재부(110)에 분획을 위한 비어있는 복수의 마이크로 튜브를 탑재한다. 이 경우, 마이크로 튜브 탑재부(110)를 구성하는 복수의 홈 중에서 첫 번째 홈에는 분획을 위한 마이크로 튜브를 탑재하지 않고 남겨둔다.
이후, 분획의 기준값을 측정한다(S220). 일 실시예에 따르면, 컬럼 크로마토그래피를 통해 분획하고자 하는 목표 부피만큼의 액체(예를 들어 물)를 수용한 기준 마이크로 튜브를 마이크로 튜브 탑재부(110)를 구성하는 복수의 홈 중 첫 번째 홈에 탑재하고 디스플레이부(170)에 디스플레이된 "Ready" 버튼을 터치하면 기준 마이크로 튜브의 영상을 획득 및 분석하여 수면 높이를 추출하고 추출된 수면 높이를 기준값(즉, 목표값)으로 설정한다.
이후, 컬럼 크로마토그래피를 진행한다(S230). 일 실시예에 따르면, 디스플레이부(170)에 디스플레이된 "Start" 버튼을 터치하고 컬럼(121)의 뚜껑을 분리하면 컬럼(121)이 다음 마이크로 튜브의 상부로 이동하여 컬럼 크로마토그래피가 진행된다. 이 경우, 하우징(101) 내부에 위치하는 카메라(141)(필요에 따라, LED 광원)도 다음 마이크로 튜브에 상응하는 위치로 이동하여 컬럼 크로마토그래피가 진행됨에 따라 기 정해진 시간 간격으로 마이크로 튜브의 영상을 획득하게 된다.
이후, 마이크로 튜브와 LED 광원의 정렬을 체크한다(S240). 마이크로 튜브와 LED 광원의 중심 정렬이 맞지 않으면 도 5의 좌측에 도시된 영상과 같이 획득한 영상에서 액체 부분이 어둡게 나올 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따르면, 획득한 영상의 밝기를 기초로 마이크로 튜브와 LED 광원의 정렬이 맞는지 확인하고, 정렬이 맞지 않는 경우 카메라(141)를 좌측 또는 우측 방향으로 이동시켜 위치를 보정함으로써 마이크로 튜브와 LED 광원의 정렬이 맞도록 할 수 있다. 예를 들어, 광원부(130)가 적색의 LED 광원으로 구성된 경우 액체 부분의 영상은 적색으로 나타나므로, 도 5에 도시된 획득 영상에서 중앙의 세로선, 즉, 도 5에 도시된 영상의 상측에 표시된 검은색 사각박스의 중앙에 위치한 세로선을 연장한 선상에 위치하는 각 픽셀들의 R-채널 값을 모두 합산하여 기 정해진 설정값 이상인 경우 마이크로 튜브와 LED 광원의 정렬이 맞는다고 판단할 수 있다.
이후, 마이크로 튜브의 영상 분석을 통해 부피를 판단한다(S250). 일 실시예에 따르면, 부피 판단부(150)는 영상 분석을 통해 굴절상의 경계면을 찾아 수면 높이를 추출하고 이를 기준값과 비교하여 액체 부피가 목표 부피에 도달했는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 부피 판단부(150)는 도 6에 도시된 바와 같이 영상의 각 가로선 상에 위치하는 각 픽셀들의 R-채널 값을 모두 합산하여, 합산한 R-채널 값(그래프의 x축 값)이 최대값인 가로선의 위치(그래프의 y축 값)를 수면 높이로 추출할 수 있다.
판단 결과, 액체 부피가 목표 부피에 도달한 경우(S260), 즉 추출한 수면 높이가 기준값을 초과하는 경우, 마지막 분획(즉, 마이크로 튜브)에 도달할 때까지(S270) S230 내지 S260를 반복하여 수행한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 컬럼 크로마토그래피에 따라 분획되는 액체를 수용하는 복수의 마이크로 튜브를 탑재하는 마이크로 튜브 탑재부;
    상기 복수의 마이크로 튜브에 순차적으로 액체를 공급하는 액체 공급부;
    상기 복수의 마이크로 튜브의 후면 측에 구비되어 빛을 조사하는 광원부;
    상기 복수의 마이크로 튜브의 전면 측에 구비되어 컬럼 크로마토그래피가 진행되는 동안 기 정해진 시간 간격으로 마이크로 튜브의 영상을 획득하는 영상 획득부;
    상기 영상 획득부에 의해 획득한 상기 마이크로 튜브의 영상을 분석하여 수용된 액체의 수면 높이를 추출하고 추출한 수면 높이를 기초로 상기 마이크로 튜브에 수용된 액체 부피가 목표 부피에 도달했는지 판단하는 부피 판단부; 및
    상기 목표 부피의 도달을 판단하기 위한 기준값을 설정하고, 상기 부피 판단부의 판단 결과에 따라 상기 액체 공급부 및 상기 영상 획득부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 튜브 탑재부는 상기 복수의 마이크로 튜브를 수용 가능하도록 하우징에 형성된 복수의 홈으로 이루어지며, 상기 복수의 홈은 직선상에 기 설정된 간격으로 일렬로 배치되는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 홈 중에서 첫 번째 홈에는 상기 목표 부피만큼의 액체를 수용한 기준 마이크로 튜브가 탑재되고, 나머지 홈에는 분획을 위한 복수의 마이크로 튜브가 탑재되는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 액체 공급부는,
    고정상 및 이동상을 수용하는 컬럼;
    상기 복수의 홈이 형성된 직선과 평행을 이루는 직선 축을 따라 이동 가능하도록 상기 하우징에 결합되며, 상기 컬럼이 상기 복수의 마이크로 튜브에 상응하는 위치에서 순차적으로 이동 가능하도록 상기 컬럼을 지지하는 컬럼 지지대; 및
    상기 컬럼 지지대의 하단에 결합되며, 컬럼 크로마토그래피가 진행됨에 따라 상기 컬럼이 마이크로 튜브의 상부에 위치하도록 상기 컬럼을 이동시키는 구동부를 포함하는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 영상 획득부는,
    상기 복수의 마이크로 튜브에 상응하는 위치에서 순차적으로 이동 가능하도록 설치되며. 마이크로 튜브의 영상을 획득하는 카메라;
    상기 복수의 홈이 형성된 직선과 평행을 이루며, 상기 카메라가 이동하는 이동축; 및
    컬럼 크로마토그래피가 진행됨에 따라 상기 카메라가 마이크로 튜브의 전면에 위치하도록 상기 카메라를 상기 이동축 상에서 이동시키는 구동부를 포함하는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부피 판단부는 기 정해진 시간 간격으로 상기 영상 획득부에 의해 획득한 상기 마이크로 튜브의 영상을 분석하여 추출한 수면 높이 값의 표준편차가 기 정해진 설정값 이하인 경우의 영상만 고려하여 목표 부피에 도달했는지 판단하는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 부피 판단부는,
    상기 마이크로 튜브의 영상에서 굴절상의 경계면을 찾아 상기 수면 높이를 추출하고 상기 수면 높이를 상기 기준값과 비교하여 액체 부피가 상기 목표 부피에 도달했는지 판단하는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 부피 판단부는,
    상기 마이크로 튜브의 영상에서 각 가로선 상에 위치하는 각 픽셀들의 R-채널 값을 모두 합산하여 합산한 R-채널 값이 최대값인 가로선의 위치를 상기 수면 높이로 추출하고, 상기 수면 높이가 상기 기준값을 초과하면 상기 목표 부피에 도달한 것으로 판단하는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    터치스크린으로 구현되어 장치 동작과 관련된 신호를 입력받기 위한 버튼을 디스플레이하고, 컬럼 크로마토그래피의 진행 상황을 그래픽으로 시각화하여 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기준 마이크로 튜브의 영상을 획득 및 분석하여 수면 높이를 추출하고 추출된 수면 높이를 상기 기준값으로 설정하는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 마이크로 튜브의 영상의 밝기를 기초로 상기 마이크로 튜브와 상기 광원부의 정렬이 맞는지 확인하고, 정렬이 맞지 않는 경우 상기 영상 획득부의 위치를 보정하는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 마이크로 튜브의 영상에서 중앙의 세로선 상에 위치하는 각 픽셀들의 R-채널 값을 모두 합산하여 기 정해진 설정값 이상인 경우 상기 마이크로 튜브와 상기 광원부의 정렬이 맞는다고 판단하는 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치.
PCT/KR2022/003256 2021-11-05 2022-03-08 컬럼 크로마토그래피를 위한 자동 액체 분획 장치 WO2023080351A1 (ko)

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