KR101934671B1

KR101934671B1 - 자성 입자 분리 장치

Info

Publication number: KR101934671B1
Application number: KR1020180050269A
Authority: KR
Inventors: 박태정
Original assignee: 중앙대학교 산학협력단
Priority date: 2018-04-30
Filing date: 2018-04-30
Publication date: 2019-01-02

Abstract

본 발명의 실시예들은 내부에 중공이 형성된 케이스; 및 홀이 형성되어 있는 판형 자석부재가 복수 개 마련되어, 서로 인접한 판형 자석부재의 홀이 연통되어 연통공을 형성할 수 있도록 상기 케이스의 내부에 중공의 길이 방향을 따라 적층된 자석세트를 포함하며, 자성 입자를 함유하는 현탄액이 수용된 튜브를 상기 자석세트의 연통공에 배치하여 상기 자석세트의 자기력에 의해 상기 자성 입자가 상기 튜브 내측면에 밀착되도록 하는 자성 입자 분리 장치를 개시한다.

Description

자성 입자 분리 장치{APPARATUS FOR SPARATING MAGNETIC PARTICLES}

본 발명은 자성 입자 분리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자성 입자를 함유하는 현탁액으로부터 자성 입자를 분리하기 위한 자성 입자 분리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 면역검정 및/또는 유전자 검사 등은 샘플 상에 피검출물질의 존재 및/또는 피검출물질의 존재량을 분석하여 이루어진다.

예를 들어, 혈액 샘플에 특정 항원이 존재하는지 여부 및/또는 특정 항원의 존재량을 분석하고자 하는 경우에는, 특정 항원에 대응되는 항체를 혈액에 섞어 항원-항체 반응을 유도하여, 항원-항체 반응을 통해 형성될 수 있는 항원-항체 복합체의 존재 여부 및 항원-항체 복합체의 존재량을 분석하게 된다.

이 때, 그 분석 시간을 단축하기 위하여 자성 입자에 상기 특정 항원에 대응되는 항체를 고정시킨 후 항체가 고정된 자성 입자를 혈액 샘플에 섞어 항원-항체 반응의 유도 및 자력을 인가함으로써, 항원-항체 복합체의 농축과정을 거칠 수 있다.

자력을 인가할 수 있는 수단의 일례로는, 전력 공급 여부에 따라 자력을 발휘하는 전자석이 이용될 수 있는데, 전력을 지속적으로 공급할 수 있는 인프라가 구축되지 않은 현장 내지는 전력을 이용함에 있어 위험이 있는 현장 등에서는 전자석을 이용한 장치의 이용이 곤란한 경우가 있다.

자력을 인가할 수 있는 다른 예로는, 영구 자석이 이용될 수 있으며, 상기 자성 입자가 고정된 항원-항체 복합체를 함유하고 있는 샘플에 인접배치시켜 자력이 작용하도록 함으로써, 자성 입자가 고정된 항원-항체 복합체를 샘플로부터 농축할 수 있다. 한편, 양면이 서로 반대되는 극성으로 자화되어 있는 영구자석을 이용하는 경우에는, 어느 일면으로부터 외부를 경유하여 다른 일면을 향하는 방향으로 자기장이 형성된다. 따라서, N극과 S극 중 어느 하나로 자화되어 있는 영구자석의 어느 일면을 샘플이 수용된 튜브에 인접시키는 구성 내지 방법으로 자력을 제공하는 경우에는 영구자석에 의해 형성되는 자기장 전체 영역 중 일부 영역만을 사용하게 되어, 자기장 이용 효율이 떨어지는 문제가 있다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 실시예들의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 실시예들의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명의 실시예들은, 현장 환경의 제약 없이 사용 가능하며, 휴대가 용이하고, 제한된 공간에 밀도 있는 자기력을 제공할 수 있는 자성 입자 분리 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 판형 자석부재는 상기 판형 자석부재의 적층 방향과 평행한 방향을 따라 자화된 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 있어서, 링 형상의 테두리부와, 상기 테두리부로부터 중심을 향하여 연장되며 플렉서블한 날개부를 구비하는 캡을 포함하며, 상기 캡은 상기 케이스의 상단부에 형성된 개구부에 밀착결합될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 날개부는 상기 테두리부로부터 중심을 향하여 형성된 절개부를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 캡은 상기 테두리부로부터 상기 중공의 길이 방향을 따라 연장된 지지부를 구비하며, 상기 지지부의 단부는 상기 자석세트의 최상측에 위치하는 최상측 판형 자석부재의 상면을 지지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 케이스의 외주면에는 내측으로 만곡되어 있는 만곡부가 원주방향을 따라 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자성 입자 분리 장치는 홀이 형성되어 있는 판형 자석부재가 복수 개 마련되어, 각 홀이 연통되어 연통공을 형성할 수 있도록 적층된 자석세트를 포함하므로, 튜브의 원주방향을 따라 고르게 자기력을 제공할 수 있으며, 동일 사이즈의 판형 자석부재의 적층 수량을 달리 하는 것만으로 길이가 다양한 튜브 타입에 대응하는 다양한 타입의 자성 입자 분리 장치를 양산화하는데 용이한 장점이 있다.

아울러, 상술한 구성의 자성 입자 분리 장치는 판형 자석부재가 판형 자석부재의 적층 방향과 평행한 방향을 따라 자화되어 있으므로, 판형 자석부재에 의해 형성되는 자기장은 연통공의 길이 방향을 따라 형성되되, 각 판형 자석부재가 위치하는 개별 층마다 자기장이 형성될 수 있으므로, 판형 자석부재가 적층된 자석세트에 의한 자기장 영역은 연통공 내측벽으로부터 소정 간격 떨어진 정도로 제한되어, 연통공에 삽입되는 튜브 상에 밀도 있는 자기력을 제공할 수 있다. 이는 현탁액으로부터 자성 입자를 분리 및 농축시키는 시간을 단축할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 입자 분리 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 자성 입자 분리 장치의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 자성 입자 분리 장치를 수직방향으로 이등분 절단하여 그 중 하나를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자석세트의 자력장 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자석세트와 대비되는 비교예의 자력장 모식도이다.

본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 입자 분리 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 자성 입자 분리 장치의 분리 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 자성 입자 분리 장치를 수직방향으로 이등분 절단하여 그 중 하나를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 입자 분리 장치(100)는 자석 입자를 함유하는 현탁액으로부터 자성 입자를 분리 및 농축하기 위한 장치로서, 케이스(110), 자석세트(120), 캡(130) 및 홀더(140)를 포함할 수 있다.

케이스(110)는 자성 입자 분리 장치(100)의 외형을 형성하는 구조를 가질 수 있다. 이러한 케이스(110)는 외부 자기장이 있을 때만 약하게 자화된 상태를 유지하는 상자성체 또는 외부 자기장이 있더라도 자화되지 않는 비자성체로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서 케이스(110)는 밀도가 낮고 외부 자기장에 따라 강하게 자화되지 않는 알루미늄을 포함하는 소재가 이용될 수 있다. 케이스(110)는 내부에 일 방향을 따라 중공(110a)이 형성될 수 있으며, 중공(110a)에는 후술하는 자석세트(121)가 배치될 수 있다. 케이스(110)의 외주면에는 내측으로 만곡되어 있는 만곡부(110b)가 원주방향을 따라 형성될 수 있다. 이러한 만곡부(110b)는 일 예로 케이스(110)의 외주면 중단부에 형성될 수 있는데, 이로써 케이스(110)의 상단부, 하단부보다 직경이 더 작은 중단부 상의 만곡부(110b)를 사용자가 용이하게 파지할 수 있다. 이는 자성 입자 분리 장치(100)를 손쉽게 휴대할 수 있도록 하고, 후술하는 현탁액 샘플로부터 상층액 배출시 자성 입자 분리 장치(100)의 안정적인 파지를 용이하게 할 수 있도록 한다.

자석세트(120)는 자성 입자를 함유하는 현탁액이 수용된 튜브(T)를 안정적으로 케이스(110) 내부에 안착될 수 있도록 가이드하며, 튜브(T) 내부에 자기력이 발휘될 수 있는 구조를 제공할 수 있다. 이러한 자석세트(120)는 홀(121a)이 형성되어 있으며 서로 적층되는 복수의 판형 자석부재(121)를 구비할 수 있다.

판형 자석부재(121)는 각각의 홀(121a)이 연통되어 연통공을 형성할 수 있도록 케이스(110) 내부에 형성된 중공(110a) 상에 그 길이 방향을 따라 적층될 수 있다. 케이스(110) 내부에 형성된 중공(110a), 판형 자석부재(121)의 테두리, 판형 자석부재(121) 상에 형성된 홀(121a)의 형상은 원형인 것이 바람직하다. 특히, 홀(121a)의 형상이 원형인 경우에는, 둘레에 의해 형성된 면적 대비 둘레의 길이 비를 가장 높게 형성할 수 있어, 홀(121a) 내측으로 높은 밀도의 자기력을 제공할 수 있기 때문이다.

판형 자석부재(121)는 영구적으로 자성을 띄는 영구자석인 것이 바람직하다. 예를 들어, 판형 자석부재(121)는 희토류 원소 중 하나인 네오디뮴을 포함하는 영구자석일 수 있다. 이렇게 판형 자석부재(121)로서 영구자석을 이용하게 되면, 전력을 지속적으로 공급할 수 있는 인프라가 구축되지 않은 현장 내지는 전력을 이용함에 있어 위험이 있는 현장 등에서도 자기력을 제공할 수 있으므로 자성 입자 분리장치를 사용함에 있어 환경의 제약이 크게 따르지 않는다는 장점, 전자석에 전력을 공급 내지 배터리 등을 충전하기 위한 어댑터를 별도로 구비하지 않아도 되므로 휴대성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있을 수 있다.

판형 자석부재(121)는 판형 자석부재(121)의 적층 방향과 평행한 방향을 따라 자화된 것이 바람직하다. 예를 들어, 각 판형 자석부재(121)는 중앙을 중심으로 상측은 N극, 하측은 S극을 띄도록 자화될 수 있으며, 이로써 자석세트는(120)는 판형 자석부재(121)의 적층 방향을 따라 N극과 S극이 교번된 형태를 가질 수 있다. 이는 자석세트(120)의 연통공(120a) 내부에 형성되는 자기장 영역을 연통공(120a) 내측벽으로부터 소정 간격 떨어진 정도로 제한시켜 밀도 있는 자기력을 제공하기 위함이다.

한편, 케이스(110)의 상단부, 하단부에는 내부에 형성된 중공(110a)과 연통된 개구부(110c, 110d)가 형성될 수 있다.

캡(130)은 케이스(110)의 상단부에 형성된 개구부(110c)에 밀착결합될 수 있다. 이러한 캡(130)은 링 형상의 테두리부(131)와, 테두리부(131)로부터 중심을 향하여 연장되되 플렉서블한 날개부(132)를 구비할 수 있다. 캡(130)은 판형 자석부재(121)를 통해 제공되는 자기장이 있더라도 거의 자화되지 않는 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 날개부(132)의 경우에는 특히, 연통공(120a)에 삽입되는 튜브(T)의 상단부와의 사이에 높은 마찰력을 제공할 수 있도록 실리콘을 포함하는 소재인 것이 바람직하다. 이로써, 연통공(120a)에 튜브(T)를 삽입한 채 자성입자가 농축된 현탁액으로부터 상층액을 배출하기 위해 케이스(110)를 기울이거나 뒤집는 경우에도, 튜브(T)는 날개부(132)와의 마찰력에 의해 연통공(120a)으로부터의 이탈이 방지될 수 있다.

캡(130)의 날개부(132)는 테두리부(131)로부터 중심을 향하여 형성된 절개부(132a)를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 절개부(132a)는 테두리부(131)의 원주 방향을 따라 복수개 구비될 수 있다. 날개부(132)는 절개부(132a)를 통해 절개부(132a)를 사이에 두고 양측에 배치되는 단위 날개(132b)가 형성될 수 있다. 서로 인접한 단위 날개(132b)는 절개부(132a)를 통해 서로 분리되어 있어, 상하방향으로의 만곡변형이 용이하므로, 연통공(120a)으로의 튜브(T) 삽입 및 연통공(120a)으로부터의 튜브(T) 이탈을 위해 한계 이상의 외력이 가해지는 경우에는 만곡변형을 통해 튜브(T)의 삽입 및 이탈이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

이러한 캡(130)은, 테두리부(131)로부터 중공(110a)의 길이 방향을 따라 하방으로 연장된 지지부(133)를 구비할 수 있다. 이러한 지지부(133)의 단부(133a)는 자석세트(120)의 최상측에 위치하는 최상측 판형 자석부재(121)의 상면을 지지할 수 있다. 지지부(133)는 자석세트(120)가 케이스의 중공(110a) 상에서 위치 이동하지 않도록 최상측 판형 자석부재(121)의 상면에 이르는 길이까지 충분히 연장형성되는 것이 바람직하다.

홀더(140)는 케이스(110)의 하단부에 형성된 개구부(110d)에 밀착결합될 수 있다. 이러한 홀더(140)는 개구부(110d)를 완전히 폐쇄할 수 있는 판형 마개부(141)와, 판형 마개부(141)로부터 중공(110a)의 길이 방향을 따라 상방으로 연장된 지지부(142)를 구비할 수 있다. 이러한 지지부(142)의 단부(142a)는 자석세트(120)의 최상측에 위치하는 최하측 판형 자석부재(121)의 하면을 지지할 수 있다. 지지부(142)는 자석세트(120)가 케이스의 중공(110a) 상에서 위치 이동하지 않도록 최하측 판형 자석부재(121)의 하면에 이르는 길이까지 충분히 연장형성되는 것이 바람직하다. 이러한 홀더(140)은 판형 자석부재(121)를 통해 제공되는 자기장이 있더라도 거의 자화되지 않는 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자석세트의 자력장 모식도이다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 판형 자석부재(121)가 적층 방향과 평행하면서 상방을 향하도록 자화되어 있다. 여기서, 각 판형 자석부재(121)가 위치하는 개별층 영역에서 상하로 N극과 S극이 배열되므로, 개별층 영역마다 N-S극에 의한 자기장이 형성될 수 있다. 이로써, 자석세트(120)의 연통공(120a) 내부에 형성되는 자기장 영역은 연통공(120a) 내측벽으로부터 소정 간격 떨어진 정도로 제한될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자석세트와 대비되는 비교예의 자력장 모식도이다.

구체적으로, 도 5의 (a)는 튜브가 삽입될 수 있는 중앙 영역을 중심으로 양 방향으로 이격된 형태로 배치된 막대형 자석 부재 또는 튜브가 삽입될 수 있는 방향을 따라 홀이 형성되어 있는 자석 부재로서, 자화방향이 튜브가 삽입되는 방향에 따른 수직 방향이 아니라 그와 교차하는 수평방향인 비교예 1에 대한 자력장의 모식도이다. 비교예 1의 경우에는 튜브가 삽입될 수 있는 공간(C1)을 중심으로 양측에 배치되는 자석부분(M1, M2)의 자화방향이 서로 마주보고 있게 되므로, 튜브가 삽입될 수 있는 공간(C)에 형성되는 자기장은 일측 자석부분(M1)과 타측 자석부분(M2)을 연결하는 형태로 넓게 형성될 수 있다.

도 5의 (b)는 튜브가 삽입될 수 있는 방향을 따라 홀(C2)이 형성되어 있는 단일 자석 부재(M3)로서, 자화방향이 튜브가 삽입되는 방향에 따른 수직 방향인 비교예 2에 대한 자력장의 모식도이다. 단일 자석부재(M3)는 길이 방향을 따라 상하로 N극과 S극이 배열되므로, 그 길이 방향 전체에 걸쳐 N-S극에 의한 자기장이 형성될 수 있다. 따라서, 비교예 2에 의해 형성되는 자기장 영역은 본 발명의 일 실시예에 따른 개별 판형 자석부재(121)에 의해 형성되는 자기장 영역보다 홀(C2) 내측벽으로부터 상당히 이격된 범위까지 넓게 형성될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 자석부재(121)가 적층된 자석세트(120)에 의해 형성되는 자기장 영역이, 비교예 1 및 2에 따른 자석 부재(M1 - M2; M3)에 의해 형성되는 자기장 영역보다 더 밀집되어 형성되므로, 자성 입자를 함유하는 현탁액을 수용하는 튜브 상에 더 밀도 있는 자기력을 제공할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 입자 분리 장치(100)를 사용하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 자성 입자가 함유된 현탁액을 수용하는 튜브(T)를 준비한다.

그리고, 튜브(T)를 자성 입자 분리 장치(100)의 연통공(120a)에 삽입배치한다.

일정 시간이 경과한 후, 케이스(110)를 기울임으로써, 자성 입자가 농축된 현탁액으로부터 상층액을 배출시킨다.

상층액이 배출된 튜브(T)를 자성 입자 분리 장치(100)의 연통공(120a)으로부터 이탈시킨 후, 자성 입자의 존재 여부 내지는 자성 입자의 농축량 등을 분석한다.

상술한 구성의 자성 입자 분리 장치(100)는 홀이 형성되어 있는 판형 자석부재(121)가 복수 개 마련되어, 각 홀이 연통되어 연통공(120a)을 형성할 수 있도록 적층된 자석세트(120)를 포함하므로, 튜브(T)의 원주방향을 따라 고르게 자기력을 제공할 수 있으며, 동일 사이즈의 판형 자석부재(121)의 적층 수량을 달리 하는 것만으로 길이가 다양한 튜브(T) 타입에 대응하는 다양한 타입의 자성 입자 분리 장치를 양산화하는데 용이한 장점이 있다.

아울러, 상술한 구성의 자성 입자 분리 장치(100)는 판형 자석부재(121)가 판형 자석부재(121)의 적층 방향과 평행한 방향을 따라 자화되어 있으므로, 판형 자석부재(121)에 의해 형성되는 자기장은 연통공(120a)의 길이 방향을 따라 형성되되, 각 판형 자석부재(121)가 위치하는 개별 층마다 자기장이 형성될 수 있으므로, 판형 자석부재(121)가 적층된 자석세트(120)에 의한 자기장 영역은 연통공(120a) 내측벽으로부터 소정 간격 떨어진 정도로 제한되어, 연통공(120a)에 삽입되는 튜브(T) 상에 밀도 있는 자기력을 제공할 수 있다. 이는 현탁액으로부터 자성 입자를 분리 및 농축시키는 시간을 단축할 수 있도록 한다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

100: 자성 입자 분리 장치
110: 케이스
110a: 중공
110b: 만곡부
110c, 110d: 개구부
120: 자석세트
120a: 연통공
121: 판형 자석부재
121a: 홀
130: 캡
131: 테두리부
132: 날개부
133: 지지부
140: 홀더

Claims

내부에 중공이 형성된 케이스; 및
홀이 형성되어 있는 판형 자석부재가 복수 개 마련되어, 서로 인접한 판형 자석부재의 홀이 연통되어 연통공을 형성할 수 있도록 상기 케이스의 내부에 중공의 길이 방향을 따라 적층된 자석세트를 포함하며,
자성 입자를 함유하는 현탄액이 수용된 튜브를 상기 자석세트의 연통공에 배치하여 상기 자석세트의 자기력에 의해 상기 자성 입자가 상기 튜브 내측면에 밀착되도록 하며,
링 형상의 테두리부와, 상기 테두리부로부터 중심을 향하여 연장되어 플렉서블한 날개부를 구비하는 캡을 더 포함하며,
상기 캡은 상기 케이스의 상단부에 형성된 개구부에 밀착결합되며,
상기 캡은, 상기 테두리부로부터 상기 중공의 길이 방향을 따라 연장된 지지부를 구비하며,
상기 지지부의 단부는 상기 자석세트의 최상측에 위치하는 최상측 판형 자석부재의 상면을 지지하는, 자성 입자 분리 장치.
제1항에 있어서,
상기 판형 자석부재는 상기 판형 자석부재의 적층 방향과 평행한 방향을 따라 자화된, 자성 입자 분리 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 날개부는 상기 테두리부로부터 중심을 향하여 형성된 절개부를 구비하는, 자성 입자 분리 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 케이스의 외주면에는 내측으로 만곡되어 있는 만곡부가 원주방향을 따라 형성된, 자성 입자 분리 장치.