KR0177013B1 - 시료의 분리와 분취를 동시에 수행할 수 있는 전기영동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물질의 분석장치의 하나인 전기영동(Electrophoresis, 電氣泳動) 장치에 관한 것으로, 서로 분리된 상부완충액(1)과 하부완충액(2)이 겔튜브(6)에 의해 연결되고, 이들 양 완충액(1,2)에 전극(8,9)이 각각 담겨져 구성되는 전기영동 장치에 있어서, 상기 겔튜브(6)의 끝과 완충액은 3개의 튜브로 구성된 3방향튜브(7)에 의해 연결되어 있되 이 3방향 튜브(7)의 나머지 한쪽 튜브(13)는 외부로 노출되도록 된 것을 특징으로 하는 구조로 되어, 시료를 단순히 분리해 주는데 그치지 않고, 시료의 분리와 분리된 시료의 분취를 단일과정으로 동시에 수행할 수 있도록 해 주는 것이다.

Description

시료의 분리와 분취를 동시에 수행할 수 있는 전기영동 장치

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 장치의 개략적인 구성도.

제2도는 종래의 전기영동 장치의 개략적인 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 상부완충액 2 : 하부완충액

3 : 상부챔버 4 : 하부챔버

5 : 겔(gel) 6 : 겔튜브

7 : 세방향튜브 8,9 : 전극

10 : T형 밸브 11 : 제1튜브

12 : 제2튜브 13 : 제3튜브

14 : 연동펌프 15 : 투석막

본 발명은 물질의 분석장치의 하나인 전기영동(Electrophoresis, 電氣泳動)장치에 관한 것으로, 특히 물질을 단순히 분리해 주는데 그치지 않고, 물질의 분리와 분리된 물질의 분취를 단일과정으로 동시에 수행할 수 있도록 해 주는 전기영동장치에 관한 것이다.

전기영동은 전기장 내에서 물질의 입자 또는 분자들이 그 전기적 성질에 따라 어느 한쪽 전극방향으로 이동하는 현상을 말하는 것인데, 그 이동속도가 물질의 분자량, 분자의 형태 등에 따라 변화하는 성질이 있기 때문에 물질분석의 한 방법이 될 수 있는 것이다. 이러한 전기영동은 그 고분리능으로 인해 생물과학 분야에서 물질분석의 매우 중요한 방법의 하나로서, 특히 대부분의 단백질, 효소, DNA, RNA등을 효율적으로 분석하는데 이용되어 왔다.

이와 같은 전기영동의 가장 일반적인 형태는 겔(gel)을 이용하는 겔 전기영동인데, 이러한 겔 전기영동실험장치는 일예로 제2도에 도시되어 있는 바와 같이, 서로 분리된 상부완충액(1)과 하부완충액(2)이 겔(5)이 채워진 겔튜브(6)에 의해 연결되어 있고, 상기 양 완충액에는 각각 전극(8)(9)이 담겨져 있어 전압을 가하면 상기 겔튜브(6)의 겔(5)을 통해 전압차가 발생하도록 되어 있다. 따라서 이와 같은 장치에 전압을 가하면 전하를 띠는 입자는 겔튜브를 통하여 그 전하와 반대되는 전극쪽으로 이동하게 되는데, 그 이동속도 또는 이동거리는 물질에 따라 달라지므로 물질의 분리가 이루어지게 되는 것이다. 한편, 이동속도가 빠르고 색을 띤 물질, 즉 트랙킹 다이(tracking dye)를 시료에 첨가하여 전기영동 실험을 함으로써, 전기영동의 종료시점, 즉 트랙킹 다이가 겔튜브(6)의 끌에 도달하는 시점을 알 수 있도록 한다. 전기영동을 종료하면 겔튜브(6)속의 겔(5)을 꺼내어 적당한 색소로 염색함으로써 시료의 위치를 확인하여 분석자료로 삼는다.

그러나, 상기와 같은 종래의 전기영동장치는 분리된 시료가 겔상에 그대로 존재하고 있으므로, 이를 분리 회수하는데는 한계가 있었고, 따라서 그 동안의 전기영동은 정량적인 분석이 거의 불가능하여 주로 물질 존재 여부를 판별하는 정성분석을 위한 목적으로 사용되어 왔다. 따라서 종래의 전기영동장치에서는 겔상에서 분리된 시료를 분리 추출하기 위해서 별도의 장치를 필요로 하였고, 이에 따라 최근에는 이를 위한 별도의 장치가 개발되어 시판되고 있는데, 이러한 장치는 주로 전기유출(electroelution) 방식에 의해 겔상의 시료를 수용액상으로 유출시켜 주는 장치이다.

따라서 본 발명은 물질을 단순히 분리해 주는데 그치지 않고, 물질의 분리와 분리된 물질의 분취를 단일과정으로 동시에 수행해 주는 전기영동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동장치는, 상부완충액이 담기는 상부챔버와, 하부완충액이 담기는 하부챔버, 상기 상부챔버와 하부챔버의 각 완충액에 담겨지게 된 전극, 상기 상부챔버와 하부챔버간을 연결하며 겔이 채워진 겔튜브로 이루어진 전기영동장치에 있어서, 상기 겔튜브의 하단과 상기 하부챔버 사이에 제1튜브와 제2튜브, 제3튜브로 구성된 세방향튜브가 삽입되어, 상기 제1튜브는 겔튜브와 접속되고, 상기 제2튜브는 하부챔버와 접속되며, 상기 제3튜브는 외부와 접속되도록 되어 있고, 상기 제3튜브의 끝단에 연동펌프가 추가로 연결되는 한편, 상기 겔튜브는 하부챔버내에 위치하여 하부완충액 속에 잠길 수 있게 된 것을 특징으로 하는 구조로 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 전기영동장치에서는, 겔튜브상에 시료가 분리된 후에도 계속 전압을 가하여 분리된 시료들이 분리된 순서대로 하부완충액이 채워진 제1튜브로 유출되게 하고, 상기 연동펌프를 이용하여 제2튜브와 제3튜브를 통해 외부로 배출되는 하부완충액에 유출된 시료가 편승할 수 있게 된 것으로, 이를 자외선검출기(UV-detector) 등을 거치게 하여 정량적 분석을 하거나 분취기(fraction collector)를 연결하여 분리된 시료를 분취할 수 있게 되며, 전기영동중 겔튜브에서 발생되는 열을 겔튜브를 둘러싸는 하부완충액으로 냉각시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 제2튜브에 투석막(dialysis membrane)을 설치해 주면 분리된 시료들이 전기장의 영향으로 제2튜브를 통해 하부챔버로 이동되는 현상을 확실하게 차단해 줄 수 있어 더욱 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 예시도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동장치의 대략적인 구성은, 제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 상부완충액(1)과 하부완충액(2)이 상부챔버(3)와 하부챔버(4)에 서로 분리되어 각각 채워져 있고, 겔(5)이 채워진 겔튜브(6)에 의해 상기 상부챔버(3)와 하부챔버(4)가 서로 통하도록 연결되어 있되, 하부완충액(2)과 겔튜브(6)의 끝은 제1튜브(11)와 제2튜브(12), 제3튜브(13)으로 구성된 세방향튜브(7)에 의해 연결되어 있으며, 상기 양 완충액(1)(2)에는 전극(8)(9)이 각각 담겨져 있는 구성으로 되어 있고, 상기 제3튜브(13)의 끝단에 연동펌프(14)가 추가로 연결되어 있으며, 상기 겔튜브(6)는 하부챔버(4)내에 위치하여 겔튜브(6)가 하부완충액 속에 잠길 수 있도록 되어 있다.

그리고 본 실시예에서는 상기 세방향튜브(7)의 제1튜브(11), 제2튜브(12), 제3튜브(13)가 T형밸브(10)에 의해 접속되게 되어 있다. 상기 제1튜브(11)는 겔튜브(6)에 연결되고, 상기 제2튜브(12)는 하부완충액의 전극(9)에 근접되도록 하부완충액(2)의 하단부에 연결되며, 상기 제3튜브(13)는 외부로 노출되어 있고, 또한 세방향튜브(7)의 각 튜브 내부는 하부완충액으로 채워지도록 되어 있다. 즉, 본 발명에서는 종래와는 달리 겔튜브(6)의 끝이 전극이 담겨진 하부챔버(4)의 하부완충액에 직접 노출되는 것이 아니라 제1튜브(11) 및 제2튜브(2)의 내부에 채워진 하부완충액을 통해 전극이 담겨진 하부완충액과 통하도록 되어 있으며, 하부챔버(4)내의 하부완충액이 제3튜브(13)를 통해 외부로 유출될 수 있도록 되어 있다. 또한 상기 제3튜브(13)에는 필요에 따라 연동 펌프(14) 외에 자외선 검출기 또는 분취기 등의 기구가 설치되게 한다.

그리고 상기 세방향튜브(7)의 분기점인 T형밸브(10)중 제2튜브(12)로 통하는 분기점 부분에 선택적 투과성을 갖는 투석막(15)이 설치되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기영동장치의 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

일예로 상부완충액(1)을 양극, 하부완충액(2)을 음극으로 하여 양 전극(8)(9)에 전압을 가하면, 양 완충액(1)(2) 사이에는 겔튜브(6)의 겔(5)을 통하여 전압차가 발생하게 된다. 이 전압차에 의해 겔상에 있는 시료 중 양전하를 띤 물질은 음극을 띠는 하부완충액(2) 방향으로 이동하게 되는데(음전하를 가진 물질은 반대 방향으로 이동할 것임), 분자량 등과 같은 시료중의 각 물질 특성에 따라 물질의 이동속도가 달라지므로 시료중의 여러 가지 물질은 서로 분리되게 된다. 이러한 기본적인 원리는 종래와 동일하지만, 겔(5)상에서 시료가 일단 분리되면, 종래에는 분리된 시료가 완충액중으로 흘러 들어가기 전에 전기영동을 중지하고 겔튜브(6)를 꺼집어 내어 별도의 과정으로 시료를 분석해 주는데 반해, 본 발명의 장치에서는 이하에서와 같이 전기영동을 계속 진행해 준다.

즉, 시료가 일단 겔(5)상에서 분리된 후에도 전기영동을 계속하면, 겔상의 분리된 시료들은 분리된 순서대로 제1튜브(11)의 하부완충액 속으로 전기유출되어 나오게 된다. 이와 같이 제1튜브(11)의 완충액 속으로 유출된 분리 물질이 세 방향튜브(7)의 분기점까지 이동되어 오기전에 제3튜브(13)를 통하여 하부챔버(4)에 있는 하부완충액을 연동펌프(14)로 지속적으로 배출시키는데, 이렇게 하면 제1튜브(11)의 완충액 속에 유출되어 있는 분리된 시료들은 제2튜브(12)를 통해 하부챔버(4)내의 하부완충액 중으로 이동하지 못하고, 세방향튜브(7)의 분기점에서 제3튜브(13)를 거쳐 하부완충액 중에 포함되어 외부로 흘러나오게 된다.

상기에서 분리된 시료들이 하부챔버(4)내의 하부완충액으로 이동하지 않고 제3튜브(13)를 거쳐 외부로 흘러나오는 이유는 다음과 같다. 즉, 제3튜브(13)에서 완충액을 외부로 펌핑하면, 제1튜브(11)의 끝은 겔튜브(6)에 의해 막혀 있기 때문에 제1튜브(11) 중의 완충액은 흘러나오지 않고 그대로 있게 되고, 제2튜브(12)를 통해 하부챔버(4)내의 하부완충액이 계속적으로 배출되게 된다. 따라서 제1튜브(11)에서는 완충액은 흐르지 않고 분리된 시료만이 전기적 힘에 의해 도면상 A방향으로 흐르고, 제2튜브(12)에서는 분리된 시료가 전기적 힘에 의해 위방향(B의 반대방향)으로의 가상적인 흐름이 형성될 뿐, 아랫방향(B방향)으로 흐르는 하부완충액의 흐름에 의해 그 이동이 차단되기 때문에 분리된 시료는 실제 이동할 수 없게 된다. 이에 따라 제1튜브(11)로부터 A방향으로 이동되어 온 분리된 시료는, 제2튜브(12)로부터 흘러나오는 하부완충액과 세 방향밸브(7)의 분기점에서 분리된 순서대로 섞여서 제3튜브(13)를 통하여 외부로 흘러나오게 되는 것이다.

한편, 분리된 시료는 하부완충액의 흐름에 의해 차단되고 있지만, 제2튜브(12)에서 그 전기적 성질에 의해 B의 반대방향으로 힘을 받고 있기 때문에, 제2튜브(12)를 통해 하부챔버(4)내의 하부완충액 속으로 이동되어 갈 가능성을 전혀 배제할 수 없는 바, 이러한 가능성은 상기 제2튜브(12)의 분기점 부분에 설치된 투석막(15)에 의해 확실하게 제거된다. 즉, 투석막(15)의 선택적 투과성이 하부완충액(2)은 통과할 수 있게 하지만, 분리된 시료입자는 통과할 수 없게 하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 하부챔버(4)내의 하부완충액이 지속적으로 소모되기 때문에 종래에 비해 상대적으로 많은 양의 하부완충액이 필요하게 되며, 겔튜브(6)가 하부챔버(4)내에 있는 하부완충액 중에 담겨져 있는 상태이므로, 하부완충액이 전기영동과정 중 겔에서 발생하는 열을 식혀 주는 냉각수의 역할도 겸하게 된다.

상기와 같이 제3튜브(13)로 흘러나오는 분리된 시료가 녹아 있는 완충액을 크로마토그래피 등에 사용되는 자외선 검출기 등의 플로우 셀을 거치게 하면 정량적 분석을 할 수 있고, 또한 분취기를 연결하여 분취를 수행하면 수용액 상태로 직접 시료를 얻을 수 있게 된다.

한편, 상기에서 설명한 실시예는 본 발명을 구체화한 예시적인 일 실시예에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자라면, 얼마든지 변경이 가능할 것 인 바, 이러한 변경 실시예는 당연히 본 발명의 범위에 속할 것이다. 예컨데, 상기 실시예에서는 세방향튜브(7)의 분기점이 되는 T형밸브(10)가 하부챔버(4) 바깥에 위치되어 있지만, 하부완충액(2)의 원활한 흐름이 방해되지 않도록 얼마든지 하부챔버(4)내에 설치하는 것도 가능하며, 또한 세방향튜브(7)의 형상 및 배치방법도 얼마든지 극히 용이하게 변경해 줄 수 있을 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 전기영동장치에서는, 전기영동을 하여 겔튜브(6)상에 시료가 일단 분리된 후에도 전기영동을 계속함으로써, 분리된 시료들이 분리된 순서대로 세방향튜브(7)의 제1튜브(11)의 완충액 속으로 유출되게 하여 제3튜브(13)를 통해, 연동펌프로 분리된 시료와 하부완충액이 함께 유출되도록 하고, 이 유출액을 자외선 검출기 등을 거치게 하여 정량적 분석을 하거나 분취기와 연결하여 분리된 시료를 분취할 수 있게 하고, 또한 전기영동중 겔튜브(6)상에 발생되는 열을 하부완충액으로 냉각할 수 있게 하는 것이다.

Claims (2)

1. 상부완충액이 담기는 상부챔버(3)와, 하부완충액이 담기는 하부챔버(4), 상기 상부챔버(3)와 하부챔버(4)의 각 완충액에 담겨지게 된 전극(8)(9), 상기 상부챔버(3)와 하부챔버(4)간을 연결하며 겔이 채워진 겔튜브(6)로 이루어진 전기영동장치에 있어서, 상기 겔튜브(6)의 하단과 상기 하부챔버(4) 사이에 제1튜브(11)와 제2튜브(12),제3튜브(13)로 구성된 세방향튜브(7)가 삽입되어, 상기 제1튜브(11)는 겔튜브(6)와 접속되고, 상기 제2튜브(12)는 하부챔버(4)와 접속되며, 상기 제3튜브(13)는 외부와 접속되도록 되어 있고, 상기 제3튜브(13)의 끝단에 연동펌프(14)가 추가로 연결되는 한편, 상기 겔튜브(6)는 하부챔버(4)내에 위치하여 하부완충액 속에 잠길 수 있게 된 것을 특징으로 하는 분리와 분취를 동시에 행할 수 있게 된 전기영동장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2튜브(12)에는 투석막(15)이 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 분리와 분취를 동시에 행할 수 있게 된 전기영동장치.