KR102484404B1

KR102484404B1 - 이동형 이온 교환막 제어 장치

Info

Publication number: KR102484404B1
Application number: KR1020210065521A
Authority: KR
Inventors: 이정훈; 이준우; 김강현
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2021-05-21
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2023-01-02
Also published as: KR20220157688A

Abstract

본 실시예들은 복수의 이온 교환막을 채널의 양면에 위치시키고 복수의 이온 교환막에 전계를 인가하여 채널 내부에 이온 농도 분극 배리어를 형성하며, 이온 농도 분극 배리어를 이동시켜서 채널 내부에서 물질을 농축 및 분리시킬 수 있는 이동형 이온 교환막 제어 장치를 제공한다.

Description

이동형 이온 교환막 제어 장치 {MOVING ION EXCHANGE MEMBRANE CONTROL APPARATUS}

본 발명이 속하는 기술 분야는 이동형 이온 교환막 제어 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

현대 의학은 단순하게 수명을 연장하는 것이 아니라, 건강하게 오래 사는 건강수명의 연장을 실현하는 것을 목적으로 한다. 따라서 미래의학은 치료의학 중심이 아니라, 예방의학(Preventive Medicine), 예측의학(Predictive Medicine), 맞춤의학(Personalized Medicine)의 3P를 구현하는 것으로 패러다임이 변화하고 있다. 이를 구체적으로 실현하기 위해서는 질병의 조기발견 및 조기 치료 등이 매우 중요한 수단이 되고 있으며, 이를 위한 수단으로서 바이오마커(Biomarker)에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있다.

바이오마커는 정상이나 병적인 상태를 구분할 수 있거나 치료반응을 예측할 수 있고 객관적으로 측정할 수 있는 표지자를 말한다. 바이오마커에는 핵산(DNA, RNA), 단백질, 지방질, 대사물질 등과 그 패턴의 변화 등이 이용되고 있다. 즉, 당뇨병의 진단을 위한 혈중 포도당 같은 간단한 물질부터 글리벡의 치료 타겟인 만성골수성백혈병의 BCR-ABL 유전자 융합 같은 유전자 등이 모두 바이오마커에 해당하며 임상에서 실제적으로 사용하는 바이오마커이다.

핵산 또는 단백질을 분석하여 질병의 발현 및 진행 정도를 파악할 수 있다. 단백질 분석을 위한 기술 및 소자들은 나노 기술을 이용함으로써 소자의 제작이 어렵고 비교적 고가이어서 보급화 되기 어려운 문제점이 있다. 또한, 단백질 분석 장치에 고감도의 센서가 필요하거나 적은 양의 시료로는 정확한 분석이 어렵다는 단점이 있다. 핵산 또는 단백질을 검출하는 대표적인 방법은 크로마토그래피 방식을 이용한 측방 유동 분석 방법이다. 이러한 측방 유동 분석 방법은 임신 진단 등 다양한 분야에 사용되고 있다.

한국등록특허 제10-1652294호 (2016.08.24)

본 발명의 실시예들은 복수의 이온 교환막을 채널의 양면에 위치시키고 복수의 이온 교환막에 전계를 인가하여 채널 내부에 이온 농도 분극 배리어를 형성하며, 이온 농도 분극 배리어를 이동시켜서 채널 내부에서 물질을 농축 및 분리시키는 데 주된 목적이 있다.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 이동형 이온 교환막 제어 장치에 있어서, 물질이 이동하는 경로를 형성한 채널; 상기 채널의 일면의 일부에 위치하는 제1 이온 교환막; 상기 채널의 타면의 일부에 위치하는 제2 이온 교환막; 상기 제1 이온 교환막에 연결된 제1 이동부; 상기 제2 이온 교환막에 연결된 제2 이동부; 상기 제1 이온 교환막에 연결된 제1 전극; 상기 제2 이온 교환막에 연결된 제2 전극; 및 상기 채널이 위치하는 가이드를 포함하며, 상기 가이드를 따라 상기 채널이 이동하거나 상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부가 이동하는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 교환막 제어 장치를 제공한다.

상기 채널은 복수의 레이어가 적층된 구조로 형성될 수 있다.

상기 제1 이온 교환막 및 상기 제2 이온 교환막은 교체 가능한 구조로 형성될 수 있다.

상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전계를 인가하여, (i) 상기 채널과 접촉한 제1 이온 교환막 및 (ii) 상기 채널과 접촉한 제2 이온 교환막 사이에 이온 농도 분극 배리어를 형성할 수 있다.

상기 가이드를 따라 상기 채널이 이동하거나 상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부가 이동하면, 상기 이온 농도 분극 배리어가 이동할 수 있다.

상기 이온 농도 분극 배리어가 상기 채널에서 이동하면서 상기 이온 농도 분극 배리어가 진행하는 방향으로 상기 이온 농도 분극 배리어의 전방에 상기 물질을 농축시킬 수 있다.

상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부는 중력 방향을 기준으로 일정 각도를 갖는 대각 구조로 배치되어 상기 이온 농도 분극 배리어가 경사지도록 하여, 상기 물질이 농축되는 방향으로 미는 힘을 증가시킬 수 있다.

(i) 상기 채널과 상기 제1 이온 교환막이 접촉한 면적 및 (ii) 상기 채널과 상기 제2 이온 교환막이 접촉한 면적이 증가할수록 상기 이온 농도 분극 배리어를 견고하게 할 수 있다.

상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부에 연결된 간격 조절부를 포함하며, 상기 간격 조절부는 상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부 간의 간격을 조절하여 상기 제1 이온 교환막 및 상기 제2 이온 교환막의 간격을 조절할 수 있다.

상기 제1 이동부는 제1 휠 및 제1 슬라이드를 포함하고, 상기 제2 이동부는 제2 휠 및 제2 슬라이드를 포함할 수 있다.

상기 제1 슬라이드 및 상기 제2 슬라이드는 교체 가능한 구조로 형성될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 복수의 이온 교환막을 채널의 양면에 위치시키고 복수의 이온 교환막에 전계를 인가하여 채널 내부에 이온 농도 분극 배리어를 형성하며, 이온 농도 분극 배리어를 이동시켜서 채널 내부에서 물질을 농축 및 분리시킬 수 있는 효과가 있다.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 이온 교환막 제어 장치를 예시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 이온 교환막 제어 장치의 농축 동작 원리를 예시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 이온 교환막 제어 장치의 구조를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 이온 교환막 제어 장치를 시뮬레이션한 결과를 예시한 도면이다.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.

DNA 추출이나 단백질 검출(Western blot) 등과 같은 바이오분자를 측정하는 과정의 프로토콜에서 계면활성제(surfactant)가 들어가게 되는데, 샘플 내에 계면활성제가 들어가게 되면 전기 이중층(electrical double layer)이 깨지게 되면서 ICP(Ion Concentration Polarization)의 성능에 악영향을 준다.

본 실시예를 통해 계면활성제가 들어간 샘플을 ICP를 이용하여 효율적으로 농축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 이온 교환막 제어 장치를 예시한 도면이다.

이동형 이온 교환막 제어 장치(10)는 채널(100), 가이드(110), 제1 이온 교환막(210), 제2 이온 교환막(220), 제1 이동부(310), 제2 이동부(320), 제1 전극(410), 제2 전극(420), 간격 조절부(500)를 포함할 수 있다.

채널(100)은 물질이 이동하는 경로를 형성한다. 가이드(110)는 채널(100)의 길이 방향을 따라 형성될 수 있다.

제1 이온 교환막(210)은 채널(100)의 일면의 일부에 위치하고, 제2 이온 교환막(220)은 채널(100)의 타면의 일부에 위치할 수 있다.

제1 이동부(310)는 제1 이온 교환막(210)에 연결되고, 제2 이동부(320)는 제2 이온 교환막(220)에 연결될 수 있다.

제1 전극(410)은 제1 이온 교환막(210)에 연결되고, 제2 전극(420)은 제2 이온 교환막(220)에 연결될 수 있다.

이동형 이온 교환막 제어 장치(10)는 가이드(110)를 따라 채널(100)이 이동하거나 제1 이동부(310) 및 제2 이동부(320)가 이동할 수 있다.

채널(100)은 섬유 망상 구조(Fiber Network)로 이루어진 다공성 재료 (예컨대, 종이, 면직, 실 등)로 형성될 수 있다. 채널에 소수성 물질이 패턴화되어 코팅될 수 있다.

소수성 물질은 대표적으로 알코올 지방산 에스터로서 왁스(Wax) 등을 사용 할 수 있다. 베이스에 왁스를 인쇄하거나 가열하여 결합시킬 수 있다. 이에 한정되지 않으며, 아크릴(Acrylics), 올레핀(Olefins), 아미드, 이미드, 스티렌, 카보네이트, 비닐 아세탈, 디엔(Dienes), 비닐, 에스테르, 비닐에스테르, 케톤, 플루오로카본이나 테플론(Teflon), PDMS, 실란(Silane) 등에서 선택되는 성분을 포함할 수 있다. 그 외에도 알킬실란 계열의 실리클래드(Siliclad) 등이 있고, 실리콘 계열으로는 하이드라이드 터미네이티드 폴리디메틸실록산(Methylhydrosiloxane-Dimethysiloxane Copolymer) 등이 있다.

일반적으로 재료에서 물질이 소수성을 띄게 되는 경우는 물과 닿는 표면의 구조에 의한 영향과 재료의 표면 자체의 특성에 의한 영향으로 소수성을 가질 수 있다. 베이스인 종이에 코팅을 하여 마이크로 채널을 형성하는 경우는 후자에 해당하며, 종이에 왁스를 코팅하여 채널을 형성하는 것은 종이라는 친수성 재료에 채널로 사용할 부분을 제외하고 다른 부분을 소수성을 띄게 할 수 있다. 소수성의 성질은 베이스를 종이와 비슷한 파이버(Fiber) 소재를 이용할 경우에도 유사한 효과를 얻을 수 있으므로, 셀룰로오스 페이퍼 이외에 파이버 계열의 베이스를 사용하는 것도 가능하다.

베이스에 소수성 물질인 왁스를 결합시키는 방법으로서 종이 위에 소수성 물질의 패턴을 코팅시킬 수 있다. 왁스 패터닝 방법에 대하여 특별한 제한은 없고, 종이와 소수성 물질을 단순히 접합시키는 것, 종이에 소수성 물질을 침투시킨 상태로 결합시키는 것도 가능하지만, 바람직하게는 시료의 누수를 방지하기 위하여 소수성 물질을 종이에 침투되도록 결합시키는 것이 바람직하다. 종이의 경우 원가가 저렴할 뿐만 아니라, 탄성 및 성형성이 좋고, 소수성 물질과 흡착, 침투시키는 형태로 종이 위에 일정한 두께를 갖는 코팅층을 형성시키는 것이 용이하며, 소수성 코팅물질과의 결합력도 우수하다.

베이스는 다공성 멤브레인(Porous Membrane)을 포함할 수 있으며, 베이스의 두께를 조절하여 시료가 분리 및 농축되는 정도로서 분해능을 제어할 수 있다. 예를 들어, 베이스가 종이인 경우 종이의 두께를 50 ㎛, 180 ㎛, 350 ㎛ 등으로 차등 적용하여 분해능을 조절할 수 있고, 베이스의 미세공(Pore)의 크기를 조절하여 채널의 단면적을 효율적으로 제어할 수 있다.

이온 교환막은 선택적 투과막이라고도 한다. 이온 교환막(Ion exchange membrane, IEM)은 양이온 교환막(Cation Exchange Membrane, CEM), 음이온 교환막(Anion Exchange Membrane, AEM)이 있다.

이온 교환막을 형성하는 선택적 이온 투과 물질은 특정한 이온과는 잘 결합하고 서로 끌어들이지만, 다른 이온과는 잘 결합하지 않고 끌어들이지 않는 특성을 가진 물질을 말한다. 선택적 이온 투과 물질은 예를 들어 나피온(nafion)이 될 수 있다.

이온 교환막은 나피온(Nafion) 이외에도 PSS(Polystyrene Sulfonate), PAH(Polyallylamine Hydrochloride) 등의 고분자 전해질(Polyelectrolyte)로도 구현될 수 있으며, 선택적으로 이온 투과가 가능한 물질이라면 어떠한 물질로 구현되더라도 무방하다.

이온 교환막은 불소계 중합체에 이온교환기를 도입한 형태일 수 있다. 예컨대, 듀퐁(DuPont)의 나피온(Nafion), 다우 케미칼스(Dow Chemicals)의 다우(Dow)막, 아사히케미칼스(Asahi Chemicals)의 아시플렉스-에스(Aciplex-S)막, 아사히글래스(Asahi Glass)의 플레미온(Flemion)막 등이 있다.

한편 비불소계 중합체 및 불소가 부분 치환된 중합체를 활용하여 개발한 이온 교환막이 있으며, 술폰화된 폴리(페닐렌옥사이드)계, 폴리(페닐렌설파이드)계, 폴리설폰계, 폴리(파라-페닐렌)계, 폴리에테르에테르케톤계, 폴리이미드계 등의 중합체를 이용한 이온 교환막 등이 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 이온 교환막 제어 장치의 농축 동작 원리를 예시한 도면이다.

제1 전극 및 제2 전극에 전계를 인가하여, (i) 채널과 접촉한 제1 이온 교환막 및 (ii) 채널과 접촉한 제2 이온 교환막 사이에 이온 농도 분극 배리어를 형성할 수 있다.

이온 교환막에 전계를 인가하여 전압차가 발생하면, 전압차에 따른 전계에 의해 유체 내에 존재하는 이온들이 각 이온의 전기적 성질과 반대인 전극 쪽으로 이끌리게 된다. 이와 같이 이온들이 전기적 성질에 따라 채널 내에서 움직이면서 점성력에 의해 유체 입자들을 같이 이끌고 가게 된다. 전체적인 유체의 유동이 발생하게 되며, 이와 같은 유체의 이동현상을 전기삼투(Electro-Osmosis Flow, EOF)라고 하고, 이온의 움직임을 전기영동(electrophoresis, EP)이라 한다.

전기영동(Capillary Electrophoresis) 및 전기삼투(Electro-Osmosis)의 특성은 이온 교환막으로 구현된 채널 근처에서 그 특성이 달라져, 이온 농도 분극(Ion Concentration Polarization, ICP)이 발생한다. 따라서, 채널의 반응 영역에서 하나의 전극 쪽에는 이온 결핍(Depletion)이 발생하고, 반대 전극 쪽에서는 이온 농축(Enrichment)이 발생하게 된다. 이때, 결핍된 낮은 이온농도와 그에 따른 높은 전계에 의해 결핍 영역(Depletion Zone)이 전하(Charge)를 띈 분석물에 대해 일종의 전기적 장벽(Electric Barrier)으로 작용을 하게 된다. 이러한 장벽을 이온 농도 분극 배리어라고 칭할 수 있다.

그 결과 분석물은 결핍 영역을 통과하지 못하고 그 앞에 농축된다. 분석물이 채널 내의 결핍 영역 앞에 매우 빠른 시간에 농축된다. 이온 농도 분극에 의한 결핍 영역의 크기는 시료의 이온 농도 분극이 진행됨에 따라 확장되므로, 분석물은 채널의 가운데 영역에 농축 영역을 형성한다.

이온 교환막이 채널에 맞닿은 영역에 디플리션 힘(Depletion Force) 및 공핍 영역(Depletion Zone)을 형성하여 물질이 통과할 채널의 단면적을 감소시키고, 시간이 지남에 따라 물질의 이동 속도를 감소시킬 수 있다.

디플리션 힘이란 짧은 범위의 인력(Short Range Attraction)으로 힘을 받을 콜로이드들 간의 사이 간격이 충분히 가까워졌을 때에 발생하며, 그 거리 이상으로 멀어져 있을 때엔 작용하지 않는 힘을 의미한다. 여기서 충분한 거리란 콜로이드보다 작은, 그러나 같은 시스템 내에 분산되어 자유운동하고 있는 디플리션 힘을 발생시키는 또 다른 콜로이드인 디플턴트(Depletant)의 크기와 같다. 이러한 디플턴트란 용어는 디플리션 힘을 유도하는 입자를 의미한다. 다량의 콜로이드 입자는 서로 결합한다.

시료가 이온 교환막의 하단을 지나갈 때, 이온 교환막이 가지고 있는 본연의 이온(Native Charge)에 의하여 음이온 또는 양이온만 선택적으로 흡수하게 되고 디플리션 힘(depletion force)이 발생하게 되어 공핍 영역(Depletion Zone)을 형성한다.

공핍 영역(Depletion Zone)에 의하여 전하를 가지고 있는 시료가 지나갈 수 있는 경로의 폭 또는 높이가 작아지게 되고, 이에 따라 시료의 이동성(Mobility)이 감소하고 특정 영역에서 적층하게 된다. 즉, 디플리션 힘이 이온 교환막이 부착된 채널의 반대 방향으로 작용하여 채널의 통로 크기를 축소시킨다.

채널의 미세 기공을 통과하면서 물질의 이동 속도가 지연되는 현상과 채널에 부착된 이온 교환막에 의한 디플리션 힘이 상호 작용하여, 이온 교환막이 부착된 위치에 수직한 지점 또는 수직한 지점의 인접 영역에서 물질이 농축될 수 있다.

일정 시간이 지나면 물질은 채널에서 이동하고, 물질은 이온 교환막이 부착된 채널 영역의 중간에서 이동 속도가 O에 가깝게 된다.

이온 교환막이 부착된 채널의 미세 기공의 크기가 작아져서, 작아진 미세 기공의 크기보다 작은 크기를 갖는 물질은 통과하고, 작아진 미세 기공의 크기보다 큰 크기를 갖는 물질은 통과하지 못하여, 물질이 분리될 수 있다.

가이드를 따라 채널이 이동하거나 제1 이동부 및 제2 이동부가 이동하면, 이온 농도 분극 배리어가 이동할 수 있다.

이온 농도 분극 배리어가 채널에서 이동하면서 이온 농도 분극 배리어가 진행하는 방향으로 이온 농도 분극 배리어의 전방에 물질을 농축시킬 수 있다. 이동하는 이온 농도 분극 배리어가 채널 내부에서 물질을 밀어서 농축 및 분리시킬 수 있다.

제1 이동부 및 제2 이동부는 중력 방향을 기준으로 일정 각도를 갖는 대각 구조로 배치되어 이온 농도 분극 배리어가 경사지도록 하여, 물질이 농축되는 방향으로 미는 힘을 증가시킬 수 있다.

(i) 채널과 제1 이온 교환막이 접촉한 면적 및 (ii) 채널과 제2 이온 교환막이 접촉한 면적이 증가할수록 이온 농도 분극 배리어를 견고하게 할 수 있다. 이온 농도 분극 배리어의 두께를 증가시킬 수 있으므로, 이온 농도 분극 배리어를 유지하면서 보다 빠르게 이동시킬 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 이온 교환막 제어 장치의 구조를 예시한 도면이다.

채널은 복수의 레이어가 적층된 구조로 형성될 수 있다.

제1 이온 교환막 및 제2 이온 교환막은 교체 가능한 구조로 형성될 수 있다. 제1 이온 교환막은 제1 이동부에 탈부착이 가능한 구조로 형성될 수 있다.

제1 이동부는 제1 체결부를 포함하며 제1 체결부를 통해 제1 이온 교환막과 체결될 수 있다.

제2 이온 교환막은 제2 이동부에 탈부착이 가능한 구조로 형성될 수 있다. 제2 이동부는 제2 체결부를 포함하며 제2 체결부를 통해 제2 이온 교환막과 체결될 수 있다. 제1 이동부 및 제2 이동부에 제1 전극 및 제2 전극이 연결되고, 제1 이동부 및 제2 이동부가 이동하면 제1 전극 및 제2 전극도 이동하게 된다.

제1 이동부 및 제2 이동부에 연결된 간격 조절부를 포함할 수 있다.

간격 조절부는 제1 이동부 및 제2 이동부 간의 간격을 조절하여 제1 이온 교환막 및 제2 이온 교환막의 간격을 조절할 수 있다. 제1 이온 교환막 및 제2 이온 교환막 간의 거리에 반비례하여 물질을 농축시킨다.

간격 조절부는 제1 이동부와 제2 이동부가 경사 배치되도록 제1 이동부와 제2 이동부의 간격과 위치를 조절할 수 있다. 간격 조절부는 제1 이동부 및 제2 이동부가 이동할 때에는 제1 이동부 및 제2 이동부 간의 간격을 유지시킨다. 간격 조절부는 제1 이동부 및 제2 이동부로부터 제1 이온 교환막 및 제2 이온 교환막을 탈착할 때에는 제1 이동부 및 제2 이동부 간의 간격을 벌려서 채널로부터 이격시킨다.

제1 이동부는 제1 휠 및 제1 슬라이드를 포함할 수 있고, 제2 이동부는 제2 휠 및 제2 슬라이드를 포함할 수 있다.

제1 휠 및 제2 휠은 가이드를 따라 회전하면서 이동할 수 있다. 제1 휠 및 제2 휠의 중심축의 위치가 고정된 상태에서 제1 휠 및 제2 휠이 회전하면서 채널이 수평 방향으로 이동할 수도 있다.

제1 슬라이드 및 제2 슬라이드는 가이드를 따라 이동할 수 있다.

제1 슬라이드 및 제2 슬라이드는 교체 가능한 구조로 형성될 수 있다. 제1 슬라이드는 제1 이동부에 탈부착이 가능한 구조로 형성될 수 있다.

제1 이동부는 제1 체결부를 포함하며 제1 체결부를 통해 제1 슬라이드와 체결될 수 있다.

제2 슬라이드는 제2 이동부에 탈부착이 가능한 구조로 형성될 수 있다. 제2 이동부는 제2 체결부를 포함하며 제2 체결부를 통해 제2 슬라이드와 체결될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 이온 교환막 제어 장치를 시뮬레이션한 결과를 예시한 도면이다.

실험 조건을 전계 100 V, 시간 20 min, 시료 1 mg/ml orange-G, 버퍼 1X PBS, 1 % Tween 20(계면활성제), 볼륨 300 ul으로 하여 실험하였다.

도 6의 (a)->(b)->(c)->(d) 순서로 살펴보면, 형성된 이온 농도 분극 배리어를 이동시키는 방식을 통해 고농도의 계면활성제가 있음에도 시료를 농축 및 분리시킬 수 있음을 확인할 수 있다.

본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 이동형 이온 교환막 제어 장치
100: 채널
110: 가이드
210: 제1 이온 교환막
220: 제2 이온 교환막
310: 제1 이동부
320: 제2 이동부
410: 제1 전극
420: 제2 전극
500: 간격 조절부

Claims

이동형 이온 교환막 제어 장치에 있어서,
물질이 이동하는 경로를 형성한 채널;
상기 채널의 일면의 일부에 위치하는 제1 이온 교환막;
상기 채널의 타면의 일부에 위치하는 제2 이온 교환막;
상기 제1 이온 교환막에 연결된 제1 이동부;
상기 제2 이온 교환막에 연결된 제2 이동부;
상기 제1 이온 교환막에 연결된 제1 전극;
상기 제2 이온 교환막에 연결된 제2 전극; 및
상기 채널이 위치하는 가이드를 포함하며,
상기 가이드를 따라 상기 채널이 이동하거나 상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부가 이동하는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 교환막 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 채널은 복수의 레이어가 적층된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 교환막 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 이온 교환막 및 상기 제2 이온 교환막은 교체 가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 교환막 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전계를 인가하여, (i) 상기 채널과 접촉한 제1 이온 교환막 및 (ii) 상기 채널과 접촉한 제2 이온 교환막 사이에 이온 농도 분극 배리어를 형성하는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 교환막 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 가이드를 따라 상기 채널이 이동하거나 상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부가 이동하면, 상기 이온 농도 분극 배리어가 이동하는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 교환막 제어 장치.
제5항에 있어서,
상기 이온 농도 분극 배리어가 상기 채널에서 이동하면서 상기 이온 농도 분극 배리어가 진행하는 방향으로 상기 이온 농도 분극 배리어의 전방에 상기 물질을 농축시키는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 교환막 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부는 중력 방향을 기준으로 일정 각도를 갖는 대각 구조로 배치되어 상기 이온 농도 분극 배리어가 경사지도록 하여, 상기 물질이 농축되는 방향으로 미는 힘을 증가시키는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 교환막 제어 장치.
제4항에 있어서,
(i) 상기 채널과 상기 제1 이온 교환막이 접촉한 면적 및 (ii) 상기 채널과 상기 제2 이온 교환막이 접촉한 면적이 증가할수록 상기 이온 농도 분극 배리어를 견고하게 하는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 교환막 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부에 연결된 간격 조절부를 포함하며,
상기 간격 조절부는 상기 제1 이동부 및 상기 제2 이동부 간의 간격을 조절하여 상기 제1 이온 교환막 및 상기 제2 이온 교환막의 간격을 조절하는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 교환막 제어 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 이동부는 제1 휠 및 제1 슬라이드를 포함하고,
상기 제2 이동부는 제2 휠 및 제2 슬라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 교환막 제어 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 슬라이드 및 상기 제2 슬라이드는 교체 가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 이동형 이온 교환막 제어 장치.