KR0156871B1 - 고상, 반고상 또는 액상 물질의 처리법 - Google Patents

고상, 반고상 또는 액상 물질의 처리법 Download PDF

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크리스토퍼 말콤 베이트 로날드 페티그
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Abstract

상이한 특성을 갖는 2종 이상의 전기장(DC, AC, 펄스)을 예를 들면 처리 셀의 벽 상에 위치하는 전극 어레이에 적용시킴으로써 셀 내의 액상물 중에 현탁되어 있는 입자를 특히 입자들의 유전영동 성질을 사용하여 현미경적 규모로 목적하는대로 처리할 수 있다. 입자는 고상물, 반고상물 또는 액상물일 수 있고, 단순 물질일 수 있으며, 전체 세포 또는 그의 분획물과 같은 생물학적 입자일 수 있다.

Description

고상, 반고상 또는 액상 물질의 처리법
본 발명은 고상, 반고상 또는 액상 물질의 액상 매질 중에서의 처리법에 관한 것이다.
매우 다양한 상업적 방법에서는 고상, 반고상 또는 액상 입자들이 현탁되어 있는 액상 매질의 사용을 포함한다. 상기 입자들은 불활성 무기 물질로부터 반응성 물질, 및 세포 또는 세포의 일부분과 같은 유기 또는 생물학적 구조물에 이르기까지 매우 광범위한 것일 수 있다.
이들 각종 유형의 입자들이 불균일한 전기장을 사용하였을 때 액상 매질 내에서 이동할 수 있게 된다는 것이 얼마 전부터 알려져 왔고, 이러한 유전영동(dielectrophoresis)의 기초적 현상이 널리 논의되어 왔다 [예를 들면, 폴(H A Pohl)의 Dielectrophorphoresis, 캠브릿지 대학 출판부(Cambridge University Press), 1978년 및 로날드 페티크(Ronald Pethig)의 Dielectric and Electronic Properties of Biological Materials의 제6장, 존 윌리 앤드 선스(John Wiley Sons), 1979년 참조].
최근에는 물질 분류 분야에 유전영동을 응용하는 것이 제안되고 있다. 소위 광학 유전영동 분광계(optical dielectrophoresis spectrometer)의 구조가 문헌[버트(Burt), 알-아민(Al-Ameen) 및 페티그의 콜로이드성 현탁액의 저주파수 측정용 광학 유전영동 분광계(An optical dielectrophoresis spectrometer for low-frequency measurements on colloidal suspensions), Journal of Physics, Section E, Scientific Instrumentation, 제22권(1989년), 제952-957페이지]에 기재되어 있다.
상기 문헌 및 관련 문헌[Applications of a New Optical Technique for Measuring the Dielectrophoretic Behaviour of Microorganisms, 프라이스(Price), 버트 및 페티그, Biochimica et Biophysica Acta, 964(1998) 제221-230페이지]은 현탁된 입자들을 유전영동 효과에 의해 이동시킬 수 있도록, 유전성 기판 상에 장착되는 서로 맞물린 모양의 전극들을 사용하는 것을 기재하고 있다.
가장 앞선 연구는 전기장에 의해 유도된 물질의 성질을 적절히 측정함으로써 물질을 특성화시키는 것에 관한 것이다. 다른 주요한 응용은 아놀드 및 짐머만(W M Arnold and U Zimmermann)의 문헌[Electric Field Induced Fusion and Rotation of Cells, Biological Membranes 5, 제389-454페이지, 1984년]에 기재되어 있는 바와 같이, 양(+)의 유전영동력을 사용하여 생물학적 세포들을 전극 사이에 정렬시킨 후 이들을 전기 융합시키는 것이다. 또한, 화학 물질들의 유전영동 처리 방법 및 장치는 1983년 6월 28일에 특허된 바첼더(J S Batchelder)의 미합중국 특허 제4,390,403호에 기재되어 있다. 이 방법은 다전극 챔버 내에서 DC 불균일 전기장을 사용하여 1종 이상의 화학 물질을 처리함으로써 화학 물질들 사이의 화학 반응을 촉진시킨다. 인가 전압은 이온 차폐 효과를 감소시키기 위해 주기적으로 부호를 바꿔줄 수 있다(컬럼3, 62줄 내지 칼럼 4,3줄 참조). 화학 물질의 처리는 화학 물질들의 유전 상수의 차이로부터 야기되는 양의 유전영동력에 의해 조절된다.
마스다, 와시즈 및 가와바따(S Masuda, M Washizu and I Kawabata)의 선행기술[Movement of Blood Cells in Liquid by Nonuniform Travelling Field, IEEE Transactions on Industry Applications, 제24권(1988년), 제217-222페이지]에서는, 혈액 세포가 불균일 이동 전기장의 영향 하에 이동하게 된다. 이 전기장은 동일한 주파수 및 진폭을 갖는 고정 주파수의 2개의 다상 전압 시그널을 평행하게 놓여 있는 일련의 전극들에 인가함으로써 생성된다. 마찬가지로, 아놀드 및 짐머만의 문헌에 기재된, 단일 세포의 회전을 유발시키는데 사용되는 회전 전기장은 상 분리된 하나의 전압 시그널 또는 동기화된 동일한 전압 펄스들을 사용함으로써 생성된다. 본 발명은 동일한 진동 주파수를 공유하지 않는 전기적으로 독립된 전압들을 사용함으로써 생성되는 2종 이상의 전기장을 사용한다.
본 발명자들은 상이한 주파수를 갖는 2종 이상의 불균일 전기장을 적절한 전자 제어 장치를 사용하여 액상물 중의 1종 이상의 유형의 입자들의 현탁액에 동시에 또는 연속적으로 인가할 경우, 액상물 중의 입자들에서 각종 반응이 자극되어 일어날 수 있다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명의 제1특징에 따르면, 전극 어레이(array)로부터 상이한 주파수를 갖는 2종 이상의 독립적인 불균일 전기장을 목적하는 반응을 자극 또는 촉진시키는 방식으로 액상물에 인가하는 것으로 이루어진, 액상물 중에 현탁된 균일한 유형 또는 1종 이상의 유형의 입자들 사이의 반응을 촉진시키는 방법이 제공된다.
본 명세서 중에 사용되는 용어 반응은 각종 화학, 생화학 및 물리적 반응, 및 분리에 이은 재조합, 임의로 다성분계 중의 한 성분을 선택적으로 처리하여 이성분을 기타 성분으로부터 분리시키는 처리와 같은 대규모 처리를 포함하는 것으로 광범위하게 해석되어져야 한다.
선행 기술(예를 들면, 바첼더의 문헌)은 처리할 화학 물질들의 유전 상수의 차이를 이용하여 목적하는 반응을 조절하는 반면, 본 발명자들은, 유전 상수를 변화시키는 것 외에, 현탁된 입자 및 현탁 매질 중 하나 또는 이들 두가지 모두의 전기 전도도를 변화시킴으로써 추가로 조절할 수 있다는 것을 발견하였다. 이와 관련하여(그리고 본 명세서 전반에 걸쳐), 용어 유전 상수는 복소 유전율의 실수부를 의미하는 것으로 사용된다.
사용될 수 있는 입자는 생물 또는 무생물의 입자일 수 있고, 콜로이드성이거나 또는 기타 성질을 갖는 것일 수 있다.
현탁된 입자 및 현탁 매질 중 하나 또는 이들 두가지 모두의 유전 상수 및 전기 전도도를 적절히 선택함으로써 양(+) 및 음(-)의 유전영동력을 처리제(manipulatiog agent)로 사용할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 방법을 수행하는데 있어서,. 액상물 중의 일부 입자들에게만 음의 유전영동력이 미치도록 1종이상의 전기장을 선택한다. 전극 형태를 적절하게 선택함으로써 전극 형태 내의 적절한 영역에서 특정 종류의 입자가 분리되거나 또는 특정 입자의 응집이 발생하는 영역을 형성시킬 수 있다. 적당량의 현탁액이 처리될 수 있도록 하기 위해, 전극은 반복 패턴 어레이 형태를 취하거나, 또는 예를 들면, 2개의 전극이 빗모양이고 각각의 신장부가 또다른 두개의 인접하는 전극의 신장부들 사이에 놓여 서로 맞물려 있을 수 있다.
본 발명은 또한 전극 어레이를 갖는 처리 셀, 이 처리 셀로 액상물 중의 입자 현탁액을 공급하는 수단, 및 셀로부터 액상물을 제거하는 수단을 포함하고, 상기 제1수단은 셀 중의 전극에 연결되어 셀 내에 제1불균일 전기장을 생성시키는데 사용되고, 제2수단은 셀 중의 전극에 연결되어 셀 내에 상기 제1전기장과 상이한 주파수를 갖는 제2불균일 전기장을 생성시키는데 사용되는, 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치를 제공한다.
바람직하게는, 전극 어레이는 처리 셀의 외벽 상에 장착된다. 이러한 형태는 바람직하게는, 액상물 제거 수단의 일부로서 전극을 함유하는 셀의 외벽에 천공을 갖는데, 이 천공은, 전극이 셀 중의 액상 매질 중의 입자와 액상 매질 그 자체에 대해 적절하게 전기적으로 활성화되었을 때 천공을 통해 배출되는 액상물 및 입자가 셀 내의 액상물 중의 입자 현탁액의 일반적인 벌크 특성과 상이하게 되도록 위치한다.
하기 예시되는 특정 장치를 설명하는데 있어서, 간단히 표현하기 위해 참고로 시그널을 전극에 가하였다. 적절한 전기장을 생성시키기 위해서 시그널은 사실상, 한 쌍의 전극을 가로질러 인가되며, 이 중 하나는 참조 전극 또는 넓은 표면적의 접지판(ground plate) 등일 수 있다.
현탁액 중의 입자 성질, 현탁액 자체의 성질 및 전극 어레이에 인가된 전기장의 성질에 따라, 입자는 하나의 전극 또는 다수의 전극의 영역을 향해 응집되거나, 또는 상기 전극(들)로부터 입자 자신을 분리시키고(시키거나) 전극으로부터 떨어진 영역을 향해 응집될 수 있다. 이러한 현상은 매우 다양한 분야에서 현탁액 중의 입자를 처리하는데 이용될 수 있는데, 예를 들면, 상기 현탁된 입자들로부터 구조물을 직접 회합하거나, 또는 현탁된 상이한 유형의 입자들의 혼합물로부터 분리시키거나, 또는 특정 입자 유형을 특성화시키거나, 또는 2종 이상의 상이한 유형의 입자들 사이의 반응을 촉진시키는데 이용될 수 있다.
첨부된 도면은 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공된 것이다.
제1a 및 1b도는 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 전극 형태의 두가지 다른예의 평면도, 측면도 및 단면도.
제2 및 3도는 제1a도의 전극 어레이를 사용하였을 때의 입자 이동의 개략도.
제4도는 보다 복합적인 상황의 개략도.
제5a,5b 및 5c도는 제1b도의 전극 형태 및 전극 위의 영역 및 전극으로부터 떨어진 영역에서의 입자 응집의 예들의 도면.
제6도는 양 및 음의 유전영동력 모두를 동시에 사용하였을 때 집합되는 두가지 상이한 유형의 입자들의 개략도.
제7a도는 2개의 독립적인 전극쌍 부근의 영역에서의 2가지 유형의 입자의 무작위 분포를 나타낸 도면.
제7b도는 독립적인 전극쌍에 특성이 다른 2가지 전압으로 에너지를 가한 후에 형성된 2가지 유형의 입자 분포를 나타낸 도면.
제8도는 본 발명의 방법을 수행하는데 사용할 수 있는 장치의 블록도.
도면에 있어서, 제1a도는 1종 이상의 유형의 입자들로 이루어진 현탁액을 처리하는데 사용될 수 있는 처리 셀의 한 격벽을 평면도, 측면도 및 단면도로 나타낸 것이다. 이 장치는 처리 셀의 격벽 또는 표면을 형성하는 적합한 기판(2) 위에 제조된 전극 어레이(1)로 이루어진다. 각 전극은 전기 접속기(3)을 통해 임의 형태의 전기 시그널에 의해 개별적 및 독립적으로 에너지를 얻을 수 있다. 전극은 입자 현탁 액상물과 직접 전기적으로 접속되거나 또는 적절한 물질에 의해 이로부터 분리될 수 있다. 예시하기 위한 목적으로, 제1a도의 전극은 장방형 형태를 갖는 것으로 나타나지만, 입자 특성 및 달성하고자 하는 소정의 효과에 따라 다른 형태를 사용할 수도 있다.
제2도는 전극 어레이 및 전극에 인접한 액상물 중에 현탁된 시험 입자(4)를 나타낸다. 전극(5)에 적절한 전기 시그널을 인가함으로써 입자는 전극(5)를 향해 유전영동적으로 끌려갈 수 있다. 이 효과는 입자(4)가 전극(6 및 7)로부터 유전 영동적으로 반발될 수 있도록 전극(6 및 7)에 다른 전기 시그널을 동시에 인가함으로써 향상시킬 수 있다. 전기 시그널은 입자(4)가 전극(5)에 고정되거나 또는 전극(5)의 영역에서 목적하는 위치에 도달할 때까지 전극(5,6 및7)에 인가한다. 이어서, 입자는 예를 들면, 전극(5)의 영역으로부터 입자를 반발시키고 전극(8)쪽으로 끌어당기는 전기 시그널을 인가함으로써 추가로 이동될 수 있다.
제3도는 전극(8)의 영역 쪽으로 유전영동적으로 처리된 후의 입자(4), 및 전극(10)에 위치하는 다른 입자(9)를 나타낸다. 입자(9)는 입자(4)와 동일한 유전특성 및 전도 특성을 갖거나 또는 갖지 않을 수 있다. 입자(4 및 9)는 이들 중 하나 또는 둘 모두를 유전영동적으로 이동시킴으로써 서로 나란히 위치할 수 있다. 보다 큰 구조 단위를 형성하기 위해 또는 입자들 사이에 특정 화학, 생화학 또는 전기화학 반응을 유도하기 위해서는 입자(4 및 9)(및 같은 유형의 다른 입자들)을 집합시키는 것이 효과적일 수 있다. 이 예에서는 입자들의 집합을 설명하였으나 보다 일반적인 경우에서는 장치가 입자들을 서로에 대해 목적하는 위치로 이동시키는데 사용될 수 있다.
제4도에서, 입자들의 집합물은 상이한 벌크 및(또는) 표면 전기 특성을 갖는 입자 유형들(4 및 9)로 이루어지는 것으로 보인다. 전극(6 및 7)에 인가한 시그널과 다른 전기 시그널을 전극(5 및 8)에 인가하고, 시그널 특성(즉, 파형, 크기 및 주파수)는 물론 현탁 매질 특성(예, ph, 유전 상수, 전도도 및 비밀도)을 적절히 선택함으로써, 예를 들면 입자 유형(4)는 전극(5 및 8)부근에 집합되고, 입자 유형(9)는 전극(6 및 7)부근에 집합되어 입자 유형(4 및 6)이 서로 물리적으로 분리될 수 있다. 전극쌍(5+8) 및 (6+7) 또는 기타 전극 조합에 인가되는 전기 시그널들은 목적하는 분리를 달성하기 위해 동시에 또는 다른 시간에 연속적으로 또는 간헐적으로 인가될 수 있다. 이어서, 입자들을 집합시키는데 사용한 전기 시그널을 제거시키거나 또는 강한 전극 접착이 발생하는 경우 이 전극에 적절한 특성을 갖는 전기 시그널을 인가함으로써 전극으로부터 목적하는 입자 유형을 먼저 유리시키고, 전극 부근에 위치하는 천공을 통해 입자 현탁 유체를 배출시킴으로써 처리 셀로부터 입자 유형을 분리 제거시킬 수 있다. 전극에서의 입자 집합 정도는 문헌[버트, 알-아민 및 페티그의 Journal of Physics, Section E, Scientific Instrumentation, 제22권(1989년), 제952-957페이지]에 기재되어 있는 바와 같이 광학 모니터 기술을 사용하여 연속적으로 평가할 수 있고, 이어지는 입자들의 유리는 마찬가지로 전극 및 천공의 다운스트림(downstream)에서 광학 프로브에 의해 모니터할 수 있다.
제1b도는 1종 이상의 입자 유형으로 이루어진 현탁액을 처리하는데 사용할 수 있는 다른 전극 형태의 평면도, 측면도 및 단면도이다. 예시를 위한 목적으로, 제1b도에 나타낸 전극은 성곽 구조의 서로 맞물린 장방형 형태를 갖지만, 입자 특성 및 달성하고자 하는 소정의 효과에 따라 기타 형태를 사용할 수도 있다.
제5a도는 전극(11) 및 (12) 사이에 전압을 인가한 후의 서로 맞물린 성곽 구조의 전극(11) 및 (12) 어레이의 단면을 개략적으로 나타낸다. 2개의 상이한 입자 유형(13) 및 (14)는 2개의 입자 유형 모두가 양의 유전영동력을 받은 결과로서 전극 성곽(castellation) 각각의 바깥쪽 끝에서 긴 사슬로 응집된다.
제5b도는 상이한 2개의 입자 유형(13) 및 (14)가 음의 유전영동력을 받은 결과 전극 측으로부터 떨어진 상부 전극 표면 영역 내에 응집되어 있는 제5a도와 동일한 유형의 형상을 갖는 전극을 개략적으로 나타낸다.
제5c도는 상이한 2개의 입자 유형(13) 및 (14)가 음의 유전영동력을 받은 결과 전극 측으로부터 떨어진 전극 성곽 사이의 영역에 삼각형의 응집물을 형성하도록 된, 제5a 및 제5b도와 동일한 유형의 형상을 갖는 전극을 개략적으로 나타낸다.
하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위해 제공된 것이다.
셀은 제1b도에 나타낸 것과 거의 동일한 서로 맞물린 성곽 구조의 전극 어레이를 갖는다. 각 성곽은 폭 20 미크론, 깊이 40 미크론, 높이 약 0.1 미크론, 중앙으로부터의 간격이 80 미크론이고, 서로 맞물린 전극 열들은 80 미크론 떨어져있다. 전체 어레이는 각 열에 60개의 전극을 갖고 길이는 약 5mm이다. 이 어레이는 내부 체적이 7.5mm3인 셀의 한 격벽 상에 위치한다.
현탁된 입자로서 마이크로코쿠스 리소데이크티쿠스(Micrococcus lysodeiktic us)(길이 약 2 미크론 및 지름 0.5 미크론의 타원체)를 함유하는 탈이온수 중의 280 mM 만니톨 매질 중의 현탁액을 탈이온수 중의 라텍스 입자(직경 1.27 미크론)의 현탁액에 동일한 양으로 첨가하였다. 현탁 입자의 농도는 635nm의 파장 및 1cm의 통로 길이에서의 광학 흡수도가 각 경우 1.61탈이온수 참조)이 되도록 한다. 마이크로코쿠스 현탁액의 전도도는 1cm 당 11.4 마이크로-지멘스(micro-Siemens)인 반면, 라텍스 입자 현탁액의 전도도는 1cm 당 2.1 마이크로-지멘스이다. 균일하게 분포되었을 때, 라텍스 입자와 마이크로코쿠스 사이의 상호 반응량은 매우 작다.
주파수 100 khz의 4V P/P 사인파(Sinewave) 전압을 가했을 때 라텍스 및 마이크로코쿠스 입자는 문헌[프라이스, 버트 및 페티그의 1988년 Biochimica et Biophysica Acta paper]의 제3도 및 본 명세서의 제5a도에 개략적으로 나타낸 것과 유사한 방식으로 개개의 전극 성곽의 바깥쪽 끝에서 긴 사슬로 응집된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 양의 유전영동은 입자들이 보다 높은 세기의 전기장 영역을 향해 이동하는 상기 형태의 입자 응집을 의미하는 것으로 넓게 해석되어야 한다. 인가 전압을 제거하였을 때, 라텍스 및 마이크로코쿠스 입자는 서로 분리되어 현탁 매질 중에 분산되게 된다. 라텍스 및 마이크로코쿠스 입자를 서로 긴밀하게 접촉시킨 다음 이들을 분리시키는 이러한 공정을 수회 반복할 수 있다.
100 hz 내지 1khz 범위의 주파수를 갖는 4V P/P 사인파 전압을 인가했을 때, 라텍스 및 마이크로코쿠스 입자는 제5b도에 나타낸 바와 같이, 전극 측으로부터 떨어진 상부 전극 표면의 영역에 응집된다. 입자들이 전극 연부의 높은 전기장 영역으로부터 멀리 이동하는 이러한 형태의 입자 응집은 정상적인 양의 유전영동 형태가 아니고, 이는 본 명세서에서 음의 유전영동으로 폭넓게 해석된다.
[실시예 2]
셀은 각 전극 성곽이 폭 80 미크론, 깊이 80 미크론, 높이 약 0.1 미크론, 중앙으로부터의 간격이 160 미크론이고, 서로 맞물린 전극 열들이 160 미크론의 간격을 두고 위치하는 것을 제외하고는 실시예1에서와 동일한 형태를 취한다. 전체 전극 어레이는 각 열 당 60개의 전극을 갖고, 길이가 약 1.0 cm이다. 이 어레이는 30㎣의 내부 체적을 갖는 셀의 한 격벽 상에 위치한다.
현탁 입자로서 동일한 수의 살아 있는 브류어(Brewers)효모 세포 및 죽은 (오토클레이브된)브류어 효모 세포를 635㎚의 파장에서 1㎝통로 길이에 대해 광학 흡수도가 약 0.8이 되도록 함유하는, 탈이온수 중의 280mM 만니롤 매질 중의 현탁액을 제조하였다. 100Hz 내지 200MHz 범위의 주파수를 갖는 20V P/P 사인파 전압을 인가했을 때, 살아있는 효모 세포 및 죽은 효모 세포는 모두 양의 유전영동력을 받아 전극 성곽의 바깥쪽 끝에 집합되었다.
만니롤 현탁 매질의 전기 전도도를 염화칼륨을 첨가하여 1cm당 150마이크로-지멘스로 증가시켰을 때, 전극에 인가된 전압의 주파수에 따라 2가지 유형의 세포는 각각 음 또는 야의 유전영동력을 받게 된다. 예를 들면, 주파수 10KHz의 20V P/P사인파의 전압을 전극에 인가했을 때, 죽은 효모 세포는(제5a도에 나타낸 바와 같이)양의 유전영동력을 받은 결과로서 전극 성곽의 바깥쪽 끝에 집합되는 반면, 살아 있는 효모 세포는 제5c도에 나타낸바와 같이, 음의 유전영동력에 의해 이동하여 전극 측으로부터 떨어진 전극 성곽 사이의 영역에 삼각형으로 응집된다. 살아있는 효모 세포 및 죽은 효모 세포의 전체적인 집합 모양은 제6도에 나타낸것과 같으며, 여기서 살아 있는 효모 세포는 입자 유형(15)로 표지시키고, 죽은 효모 세포는 입자 유형(16)으로 표지시켰다. 이와는 반대로, 주파수 10MHz의 20V P/P 사인파의 전압을 전극에 인가한 경우에는 살아 있는 효모 세포는 양의 유전영동력을 받아서 제5a도의 형태로 집합되는 반면, 죽은 효모 세포는 음의 유전영동력을 받아서 제5b도에 나타낸 바와 같은 삼각형으로 응집된다.
[실시예 3]
셀은 상기 실시예1에 사용한 것과 동일한 형태 및 치수를 갖는 서로 맞물린 성곽 구조의 전극 어레이를 갖는다. 현택 입자로서 직경이 1.27 미크론인 2가지 유형의 라텍스 입자를 함유하는 탈이온수 매질 중의 현탁액을 제조하였다. 제1유형의 라텍스 입자는 고추냉이 퍼옥시다제에 대해 토끼 중에 생성된 항체로 코팅 시키고, 제2 유형의 라텍스 입자는 토끼 중에 생성된 고추냉이 퍼옥시다제 항체에 대해 돼지 중에 생성된 고추냉이 퍼옥시다제-표지된 항체로 코팅시켰다. 635㎚의 파장 및 1㎝통로 길이에서의 광학 밀도가 0.8인 라텍스 입자 유형(1)의 현탁액, 및 635㎚의 파장 및 1㎝통로 길이에서의 광학 밀도가 0.54인 라텍스 입자유형(2)의 현탁액을 동일한 부피로 함께 혼합하여 전기 전도도가 1cm당 4.1마이크로-지멘스인 최종 현탁액을 형성하였다.
주파수 1KHz의 4V P/P 사인파의 전압을 전극에 인가했을 때, 2가지 유형의 라텍스 입자 모두는 음의 유전영동력을 받아 제5b도에 나타낸 바와 같이 전극 측으로부터 떨어진 상부 전극 표면의 영역에 신속하게 웅집되었다. 이 웅집은 2가지 유형의 라텍스 입자를 서로 밀접하게 접촉시키게 되고, 라텍스 입자들 위에 코팅된 2가지 유형의 항체 사이의 상호 작용의 속도를 매우 가속화시킨다. 전극에 인가된 전압을 제거하였을 때, 상당수의 라텍스 입자들이 유전영동적으로 유도된 라텍스 입자들의 상호 작용의 결과로 함께 결합되어 있는 것이 관찰되었다.
[실시예 4]
셀은 제7a 및 제7b도에 나타낸 것과 동일한 전극 형태를 취하며, 여기서 전극쌍(17)은 전극쌍(18)과는 독립적 및 개별적으로 인가 전압에 의해 에너지를 얻을 수 있다. 전극쌍(17)을 형성하는 2개의 전극 사이의 간격은 104 미크론이고, 전극쌍(18)을 형성하는 2개의 전극 사이의 간격도 마찬가지이다. 각 전극 요소는 폭 32 미크론 및 높이 약 0.1 미크론이고, 2개의 전극쌍들은 서로 130 미크론 떨어져 위치한다.
현탁 입자로서 동일한 수의 살아 있는 브류어 효모 세포(19) 및 죽은(오토클레이브된) 브류어 효모 세포(20)을 635㎚의 파장 및 1㎝의 광학 통로 길이에서 광학 흡수도가 약 0.8이되도록 함유하는 탈이온수 중의 280mM만니롤 매질 중의 현탁액을 제조하였다. 매질의 전기 전도도를 1㎝당 150 마이크로-지멘스로 증가시키기 위해 이 현탁액 매질에 충분한 농도의 염화칼륨을 첨가하였다. 주파수 10MHz의 20V P/P 사인파 전압을 제7a 및 제7b도의 전극쌍(17)에 인가하고, 동시에 주파수 10MHz의 20V P/P 사인파 전압을 전극쌍(18)에 인가하였다. 살아 있는 효모 세포는 10MHz 전압에 의해 에너지를 얻은 전극쌍(18)쪽으로 양의 유전영동력에 의해 끌어당겨지고, 10kHz 전압에 의해 에너지를 얻은 전극쌍(17) 주위의 영역으로부터 음의 유전영동력에 의해 반발되어 전극쌍(18)에 집합하는 것으로 관찰 되었다. 이와는 반대로, 죽은 효모 세포는 10MHz 전압에 의해 에너지를 얻은 전극쌍(18) 주위의 영역으로부터 음의 유전영동력에 의해 반발되고, 10kHz 전압에 의해 에너지를 얻은 전극쌍(17)쪽으로 양의 유전영동력에 의해 끌어 당겨져서 전극쌍(17)에 집합된다. 10kHz 및 10kHz 전압을 인가하기 전 및 후의 살아 있는 효모 세포 및 죽은 효모 세포의 분포는 각각 제7a 및 7b도에 나타내었다. 도시된 바와 같이, 이 방법에 의해 살아 있는 효모 세포의 죽은 효모 세포로부터의 공간적 분리가 달성된다.
[실시예 5]
셀은 상기 실시예 1에 사용한 바와 동일한 형태 및 치수를 갖는 서로 맞물린 성곽 구조의 전극 어레이를 취하였다. 공칭 직경이 1.0 미크론인 2가지 유형의 유리 비드를 사용하였다. 제1 유형의 유리 비드를 무수 아세톤 중의 5 % 아미노프로필 트리에톡시실란 중에서 3시간 동안 진탕시킨 다음 세척하고 70℃에서 건조시켰다. 건조 후, 비드를 클로로포름 중의 d-비오틴의 니트로페닐 에스테르의 5% 용액 중에서 진탕시켰다. 이 공정으로 제1 유형의 유리 비드는 d-비오틴 필름으로 코팅되었다. 제2 유형의 유리 비드는 pH 7.7의 인산염 완충 염수 중의 아비딘을 1 ㎎/㎖로 함유하는 용액 중에서 20분 동안 진탕시켰다. 이어서, 처리된 비드를 인산염 완충 염수 용액 중에서 3회 세척하였다. 이 공정으로 제2유형의 유리 비드는 야비딘 필름으로 코팅되었다. 이어서 비드 유형(1) 및 (2)를 1㎝당 3.5 마이크로-지멘스의 전기 전도도를 갖는 염화칼륨 용액 중에 개별적으로 현탁시켰다.
635 ㎚의 파장에서 1 ㎝의 광학 통로 길이에 대한 광학 밀도가 0.8인 유리 비드 유형(1)의 현탄액 및 635 ㎚의 파장에서 1 ㎝의 광학 통로 길이에 대한 광학 밀도가 0.8인 유리 비드 유형(2)의 현탁액을 동일한 부피로 함께 혼합하여 최종 현탁액을 형성하였다.
주파수 800 Hz의 6V P/P 사인파 전압을 전극에인가했을 때 2가지 유형의 유리 비드는 모두 음의 유전영동력을 받아서 제5b도에서 나타낸 것과 동일하게 전극측으로부터 떨어진 상부 전극 표면의 영역에 응집되었다. 인가 전압을 제거하였을 때, 상당수의 유리 비드는 유리 비드 유형(1) 및 (2)의 표면 사이에 형성된 아비딘-비오틴 복합체에 의해 함게 단단하게 결합된 것으로 관찰되었다.

Claims (7)

  1. 전극 어레이로부터 상이한 주파수를 갖는 2종 이상의 독립적인 불균일 전기장을 목적하는 반응을 자극 또는 촉진시키는 방식으로 액상물에 인가하는 것으로 이루어진, 액상물 중에 현탁된 균일한 유형 또는 1종 이상의 유형의 입자들 사이의 반응을 촉진시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상이한 주파수를 갖는 2가지 이상의 불균일 전기장을 동시에 인가하는 방법.
  3. 제1또는 2항에 있어서, 전기장 중 1종 이상을 액상물 중의 입자들 중 일부에게만 음의 유전영동력을 미칠 수 있도록 선택하는 방법.
  4. 제1 또는 2항에 있어서, 액상물 및ㅌ (또는 )입자의 전기 전도도 및 (또는) 유전 상수를 변화시키는 단계를 포함하는 방법.
  5. 전극 어레이를 갖는 처리 셀, 액상물 중의 입자 현탁액을 처리 셀로 공급하는 수단, 및 셀로부터 액상물을 제거하는 수단을 포함하고, 상기 제1 수단이 셀 중의 전극에 연결되어 셀 내에 제1 불균일 전기장을 생성시키는데 사용되고, 상기 제2 수단이 셀 중의 전극에 연결되어 셀 내에 제1 전기장과 상이한 주파수를 갖는 제2 불균일 전기장을 생성시키는데 사용되는, 제1항 기재의 방법을 수행하기 위한 장치.
  6. 제5항에 있어서, 전극 어레이가 처리 셀의 외벽 상에 장착되는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 액상물 제거 수단의 일부로서 전극을 함유하는 셀의 외벽에 천공을 포함하고, 상기 천공이, 전극이 셀 내의 액상 매질 중의 입자 및 액상 매질 자체에 대해 적절하게 전기적으로 활성화되었을 때, 천공을 통해 배출된 액상물 및 입자가 셀 내의 액상물 중의 입자 현탁액의 일반적인 벌크 특성과 상이하게 될 수 있도록 위치하는 장치.
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