KR20160133826A - 전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치 - Google Patents

전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치 Download PDF

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KR20160133826A
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천홍구
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Abstract

본 발명은 미세소포체 분리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생물학적 시료를 전기영동 유동성에 따라 분리하는 전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 일방향을 따라 생물학적 시료와 버퍼가 분리되어 나란히 유동하는 유동채널; 상기 유동채널 일단의 제1 경로에 연결되어 상기 버퍼가 주입되는 제1 주입구; 상기 유동채널 일단의 제2 경로에 연결되어 상기 생물학적 시료가 주입되는 제2 주입구; 상기 유동채널을 따라 유동하는 상기 생물학적 시료가 전기영동 유동성에 따라 분리되도록, 상기 유동채널에 상기 일방향과 직교하는 방향으로 전기장을 형성하는 전기장 형성부; 및 상기 전기영동 유동성에 따라 분리된 시료들이 상호 격리되어 유동되도록, 상기 유동채널의 타단에 연결되는 복수의 배출부를 포함함으로써 기영동 유동성에 따라 다량의 시료를 연속적으로 분리함으로써 생물학적 시료로부터 미세소포에 손상을 방지할 수 있다.

Description

전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치{Apparatus for separating fine endoplasmic reticulum using electrophoresis}
본 발명은 미세소포체 분리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 생물학적 시료를 전기영동 유동성에 따라 분리하는 전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치에 관한 것이다.
최근 들어, 바이오 기술에 대한 관심과 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그러나 기존의 바이오 분석 시스템은 급증하는 바이오 정보를 신속하게 처리하기 어렵다. 이에 따라 생명현상의 규명과 신약 개발 및 진단을 위한 생물학적 검출시스템은 미세 유체공학(microfluidics)의 기반 위에서 보다 적은 양으로 빠른 시간에 정확하고 편리하게 시료를 분석하기 위한 미세 종합 분석 시스템(μ-TAS: micro-Total Analysis System)과 랩온어칩(lab-on-a-chip)의 형태로 발전하고 있다. 분석의 대상이 되는 대부분의 생화학적 시료는 용액 상태로 존재하기 때문에 액체 시료를 전달하는 기술이 무엇보다도 중요한 요소라고 할 수 있다. 미세 유체 공학은 바로 이러한 미세 유체의 흐름을 조절하는 연구분야로서, 상기 미세 종합 분석시스템과 랩온어칩의 상용화에 기초가 되는 핵심기술을 연구 개발하는 분야이다.
상기 미세 종합 분석시스템은 다수의 실험 단계들과 반응을 거치는 화학 및 생물학 실험과 분석을, 하나의 실험대 위에 존재하는 하나의 유니트(unit)상에서 종합적으로 구현하는 시스템이다. 이러한 미세 종합 분석 시스템은 시료 채취 영역, 미세 유체 회로, 검출기 및 이들을 제어하는 제어기로 구성된다.
또한, 상기 랩온어칩이란 '칩 위의 연구실'이란 의미 그대로 상기 미세 종합 분석시스템의 개념과 기능을 하나의 칩(chip) 상에서 구현한 것을 나타낸다. 따라서, 상기 랩온어칩을 개발하기 위해서는 플라스틱이나 유리, 실리콘 등의 표면에 용액이 흐를 수 있는 미세 채널로 회로를 생성한 후, 시료의 전처리, 분리, 희석, 혼합, 생화학 반응, 검출 등을 하나의 칩에 소형화 및 집적화시킬 수 있어야만 한다.
한편, 생체 내 미세소포체(마이크로베지클)는 여러 종류의 세포들에 존재하거나 세포로부터 분비되는 막 구조의 작은 소포이다. 세포 외로 분비되는 마이크로베지클은 (1)엑소좀: 식균 기원의 직경 30 내지 100㎚의 막성 소포, (2)엑토좀(쉐딩 마이크로베지클(shedding microvesicles, SMVs)이라고도 함): 원형질막으로부터 직접 흘려지고 직경 50 내지 1000㎚의 큰 막성 소포, (3) 세포자살성 수포(apoptotic blebs): 죽어가는 세포에 의해 유출된 직경 50 내지 5000㎚의 소포를 포함한다.
상기 생체 내 미세소포체(마이크로베지클), 예를 들어 엑소좀은 세포에서 분비되는 수십 나노미터 크기의 소포로서, 지질 이중층(lipid bilayer) 또는 지질 단층(lipid monolayer) 내부에 세포질 또는 세포에서 생성되는 단백질과 RNA가 포함되어 있는 구조이다. 엑소좀은 단백질 및 RNA의 교환을 통한 세포 간 의사소통의 수단이며, 세포 내 불필요한 물질의 배출기능도 담당하고 있으며, 마이크로RNA(microRNA, miRNA)를 포함하고 있어 암 등의 질병 조기진단과 같은 분자진단에 있어서 유용한 마커로 활용 가능하다. 상기와 같이 생체 내 미세소포체들의 중요성 및 가치가 밝혀지고 있지만, 상기 미세소포체들을 수득하는 데는 어려움이 따른다.
기존 마이크로베지클을 분리하는 방법은 마이크로베지클과 항체를 결합시켜 마이크로베지클을 면역-캡쳐하여 분리하는 방법이다. 이러한 방법은 단백질 구조 변화 등에 의한 항체 인식 부위의 마스킹(masking), 마이크로베지클 이질성(heterogeneity), 단백질 상호 작용 등에 의해 분리 또는 검출 타깃에 따라 편향(bias)이 발생할 수 있다. 분리 또는 검출을 위해 복잡한 프로세스나 고가의 장비가 필요할 수 있고, 시료의 소모량이 높을 수 있다. 따라서, 적은 양의 시료로부터 타깃에 비의존적으로 마이크로베지클을 효율적으로 분리하는 것이 필요하다.
또한, 기존에 마이크로베지클 또는 엑소좀을 분리하기 위해서 일반적으로 윈심분리 방법을 많이 사용하였다. 세포나 조직 시료액에 Ficoll 용액 또는 OptiPrep(Nycomed Pharma, Norway) 등의 용액을 첨가하여 원심 분리함으로써 마이크로 베지클을 수득하고자 하였다. 그러나 이러한 방법은, 세포나 조직 시료액에 전처리를 요할 뿐만 아니라 많은 양(부피)의 샘플을 필요로 한다. 여러 번의 원심분리 과정을 필요로 하며, 원심분리를 위한 특별한 시약 및 장치를 필요로 하여 많은 시간 및 비용이 소요된다. 결과적으로 상기 원심분리를 통해 수득된 마이크로베지클이 포함된 펠렛에는 마이크로베지클 이외에도 이와 밀도나 질량이 유사한 미세 단백질 분자, 세포 파편 등 불순물이 많이 포함되어있다. 또한, 상기 불순물들은 마이크로베지클과 밀도가 크게 다르지 않아 분리가 쉽게 일어나지 않으므로, 즉각적인 대응을 필요로 하는 현장진단 등에 적용이 불가능하다는 단점이 있다. 또한, 장시간의 높은 관성력으로 인해 수득하고자 하는 마이크로베지클의 손상이 발생할 수 있어 생물학적 반응을 연구함에 있어 근본적인 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 생물학적 시료로부터 미세소포에 손상을 주지 않으면서, 연속적으로 미세소포를 분리할 수 있는 새로운 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제2005-0119128호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기영동 유동성을 이용하여 생물학적 시료로부터 미세소포에 손상을 주지 않으면서, 원하는 크기의 미세소포만을 선택적으로 수득할 수 있는 전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치를 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명에 따른 전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치는 일방향을 따라 생물학적 시료와 버퍼가 분리되어 나란히 유동하는 유동채널; 상기 유동채널 일단의 제1 경로에 연결되어 상기 버퍼가 주입되는 제1 주입구; 상기 유동채널 일단의 제2 경로에 연결되어 상기 생물학적 시료가 주입되는 제2 주입구; 상기 유동채널을 따라 유동하는 상기 생물학적 시료가 전기영동 유동성에 따라 분리되도록, 상기 유동채널에 상기 일방향과 직교하는 방향으로 전기장을 형성하는 전기장 형성부; 및 상기 전기영동 유동성에 따라 분리된 시료들이 상호 격리되어 유동되도록, 상기 유동채널의 타단에 연결되는 복수의 배출부를 포함하고, 상기 생물학적 시료는 단백질, 미세소포체 또는 이들의 혼합물이다.
그리고 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 유동채널은 주입되는 상기 버퍼의 유량을 조절하여, 상기 생물학적 시료가 상기 유동채널의 일측 벽면을 따라 상기 버퍼와 분리되어 나란히 유동한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 주입되는 버퍼의 유량은 상기 주입되는 생물학적 시료 유량의 1 내지 20배이다.
한편, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 전기장 형성부는 상기 유동채널의 일측에 연결되며, 상기 유동채널로 양이온을 공급하는 양이온 공급부; 상기 유동채널을 사이에 두고 상기 양이온 공급부의 반대측에 배치되도록 상기 유동채널에 연결되며, 상기 유동채널로 음이온을 공급하는 음이온 공급부; 및 상기 양이온 공급부와 상기 음이온 공급부에 각각 하나씩 설치되어 한 쌍의 전극을 가지는 전원 공급부; 를 포함한다.
그리고 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 전기장 형성부는 통과하는 상기 생물학적 시료에 포함된 입자들을 상기 양이온 공급부에서 공급된 양이온에 의해 양(+) 전하를 띄게 하고, 상기 양(+) 전하를 띈 미세소포체 입자들이 상기 일방향과 직교하는 방향으로 형성된 전기장에 의해 유동하면서 전기영동 유동성에 따라 분리된다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 양이온 공급부는 제1 전해질이 저장된 제1 저장부; 및 상기 제1 전해질에 포함된 이온 중에서 양이온만을 선택적으로 투과시키는 음전하 폴리머; 를 포함하고, 상기 음이온 공급부는 제2 전해질이 저장된 제2 저장부; 상기 제2 전해질에 포함된 이온 중에서 음이온만을 선택적으로 투과시키는 양전하 폴리머; 를 포함한다.
한편, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 제1 전해질은 수소 이온(H+)을 포함하고, 상기 제2 전해질은 수산화이온(OH-)을 포함한다.
그리고 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 상기 제1 전해질은 HCl이고, 상기 제2 전해질은 KOH이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르는 전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치는 전기영동 유동성에 따라 다량의 시료를 연속적으로 분리함으로써 생물학적 시료로부터 미세소포에 손상을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 미세소포체 분리장치의 원리를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세소포체 분리장치의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 미세소포체 분리장치의 개략적인 구성도.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 미세소포체 분리장치의 원리를 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 전기영동현상을 이용하여 미세소포체 또는 단백질을 전기영동 유동성에 따라 분리할 수 있다.
한편, 생물학적 시료에 포함되어 있는 단백질 또는 미세소포체 입자는 pH에 따라 전하를 띄게 되는데, 구체적으로 전하가 0이 되는 pH 값인 pI(Isoelectric point)보다 낮은 pH에서는 양전하를 띄고, 높은 pH에서는 음전하를 띄게 된다.
또한, 전기영동은 전기장이 걸린 영역에서 전하를 띈 입자가 이동하는 현상으로서, 전하를 띈 입자들은 입자의 크기, 전하량, 버퍼조성 등의 요소에 의해 유동 속도에 차이가 발생하는데, 이를 전기영동 유동성(electricphoretic mobility)이라고 하며, 본 발명은 상술한 특징, 즉 전하를 띈 입자들이 전기영동 유동성에 따라 분리되어 유동하는 특성을 이용하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
여기서, 상기 '미세소포체(마이크로 베지클)'란 여러 종류의 세포들에 존재하거나 세포로부터 분비되는 막 구조의 작은 소포를 의미하는 것으로, 세포외 소포(extracellular vesicle)를 포함한다. 세포 외로 분비되는 상기 미세소포체는 (1) 엑소좀: 식균 기원의 직경 30 내지 100 nm의 막성 소포, (2) 엑토좀(쉐딩 마이크로베지클(shedding microvesicles, SMVs)이라고도 함): 원형질막으로부터 직접 흘려지고 직경 50 내지 1000 nm의 큰 막성 소포, (3) 세포자살성 수포(apoptotic blebs): 죽어가는 세포에 의해 유출된 직경 50 내지 5000 nm의 소포를 포함하며, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서 목적하여 수득하고자 하는 미세소포체는 바람직하게는 엑소좀(exosome)일 수 있다.
상기 '엑소좀'은 여러 종류의 세포들로부터 분비되는 막 구조의 작은 소포이다. 엑소좀의 직경은 대량 30-1000 nm일 수 있다. 엑소좀은 전자 현미경을 통한 연구에서 원형질막(plasma membrane)으로부터 직접 떨어져 나가는 것이 아니라 다낭체(multivesicular bodies, MVBs)라고 불리는 세포내 특정 구획에서 기원하며 세포 밖으로 방출, 분비된다. 즉, 다낭체와 원형질막의 융합이 일어나면, 그러한 소포들은 세포 밖 환경으로 방출되는데, 이것을 엑소좀이라고 부른다. 이러한 엑소좀이 어떤 분자적 기작에 의해 만들어지는지 확실히 밝혀진 바가 없으나, 적혈구뿐만 아니라, B-림프구, T-림프구, 수지상 세포, 혈소판, 대식 세포 등을 포함한 다양한 종류의 면역 세포들과 종양 세포 등도 살아 있는 상태에서 엑소좀을 생산하여 분비한다고 알려져 있다. 엑소좀은 정상 상태, 병적 상태, 또는 이 두 상태 하에서 다수의 다른 세포 유형으로부터 분리되어 방출된다고 알려져 있다.
생물학적 시료에는 단백질을 비롯하여 미세소포체들과 크기가 유사한 입자(particles)들과, 미세소포체를 포함하는 다양한 크기의 소낭(vesicle)들이 혼재하여 있다. 상기 소낭 특히 미세소포체들은 세포 내에서 생성되는 부위가 다름에 따라 소낭을 구성하는 막 구조 지질층(lipid layer)이 단일층(monolayer) 또는 이중층(bilayer)으로 다양하고 소낭의 크기도 다양하게 존재한다.
본 발명의 상기 단백질과 미세소포체가 포함된 생물학적 시료는 목적하는 종류의 미세소포체를 수득할 수 있는 생물 유래 시료를 의미하며 이에 제한되지 않으나, 예를 들어 체액 또는 세포 배양액을 포함한다. 상기 체액은 소변, 점액, 타액, 눈물, 혈장, 혈청, 뇨, 객담, 척수액, 흉수, 유두 흡인물, 림프액, 기도액, 장액, 비뇨생식관액, 모유, 림프계 체액, 정액, 뇌척수액, 기관계 내 체액, 복수, 낭성 종양 체액, 양수액 또는 그의 조합일 수 있다. 상기 세포 배양액은 세포 배양 후에 세포를 제거시킨 배지(culture medium)를 의미한다. 상기 배지의 조성은 세포로부터 미세소포체를 다량 분비시킬 수 있도록 통상의 기술자가 선택적으로 변경할 수 있으며, 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 컨디션드 배지(conditioned media, 무혈청 배지)배양액 또는 혈청일 수 있다.
또한, 상기 시료의 제조 시, 통상의 기술자가 목적하는 실험 효율에 따라 여과 및 농축 과정이 임의로 추가될 수 있다. 상기 여과 과정은 공지의 여과 방법에 의할 수 있으며, 이에 제한되지 않으나, 예를 들어 원심분리 또는 마이크로 필터를 이용한 여과일 수 있다. 상기 농축 과정은 공지의 농축 방법에 의할 수 있으며, 이에 제한되지 않으나, 예를 들어 원심 분리법을 이용하여 농축할 수 있다.
본 발명의 상기 단백질과 미세소포체가 포함된 생물학적 시료는 바람직하게는 세포 배양 후 배양 배지(culture medium) 또는 혈청 농축액일 수 있다.
다음은 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 미세소포체 분리장치(100)를 후술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세소포체 분리장치의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 미세소포체 분리장치의 개략적인 구성도이다.
우선, 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세소포체 분리장치(100)는 일방향을 따라 생물학적 시료와 버퍼가 분리되어 나란히 유동하는 유동채널(110), 상기 유동채널(110) 일단의 제1 경로에 연결되어 상기 버퍼가 주입되는 제1 주입구(120), 상기 유동채널(110) 일단의 제2 경로에 연결되어 상기 생물학적 시료가 주입되는 제2 주입구(130), 상기 유동채널(110)을 따라 유동하는 상기 생물학적 시료가 전기영동 유동성에 따라 분리되도록, 상기 유동채널(110)에 상기 일방향과 직교하는 방향으로 전기장을 형성하는 전기장 형성부(140) 및 상기 전기영동 유동성에 따라 분리된 시료들이 상호 격리되어 유동되도록, 상기 유동채널의 타단에 연결되는 복수의 배출부(150)를 포함한다.
이때, 바람직하게 상기 생물학적 시료는 단백질, 미세소포체 또는 이들의 혼합물이다.
상기 유동채널(110)은 버퍼, 분리하고자 하는 생물학적 시료가 분리되어 나란히 유동되는 곳으로, 일방향으로 길게 형성된다. 이때, 상기 버퍼(buffer, 완충용액)는 채널 속을 흐르며 시료 속의 미세소포체를 운반 및 분리하므로 캐리어 버퍼(carrier buffer) 및 분리 액체(partitioning fluid)로서의 역할을 동시에 수행할 수 있는 것이 바람직하다.
상기 버퍼는 상기 유동채널(110) 일단의 제1 경로에 연결된 제1 주입구(120)를 통해 주입되며, 상기 생물학적 시료는 상기 유동채널(110) 일단의 제2 경로에 연결된 제2 주입구(130)를 통해 주입된다. 상기 주입구들을 통해 주입된 상기 버퍼와 생물학적 시료는 유동채널의 일단에서 만나 일방향을 따라 유동하며, 상술한 바와 같이, 상기 버퍼는 캐리어 버퍼 및 분리 액체로서의 역할을 수행하게 되는바, 상기 생물학적 시료와 분리되어 나란히 유동하게 된다. 이때, 상기 생물학적 시료는 분리효과의 상승을 위해 상기 유동채널(110)의 일측 벽면을 따라 유동할 수 있다. 상기 유동은 상기 제1 주입구(120)를 통해 주입되는 버퍼의 유량의 조절을 통해 제어할 수 있다. 이때, 상기 주입되는 버퍼의 유량은 상기 주입되는 생물학적 시료 유량의 1 내지 20배인 것이 바람직하다. 이와 같이 생물학적 시료 유량의 1 내지 20배로 상정한 것은 상기 상한치를 초과하면 시료의 일측 벽면을 따른 유동이 일정치 않는 문제가 있고, 상기 하한치 미만이면 시료가 분리 전 양 배출구(150)로 모두 흘러버리는 문제점이 있기 때문이다.
상기 버퍼는 생물학적 시료 속에 포함된 미세소포체의 지질막 구조에 영향을 주지 않는 것이라면 그 종류가 제한되지 않으며, 이는 당업계에 알려져 있다. 예를 들어 인산완충 식염수(phosphate buffer saline, PBS), 수크로오스를 포함하는 PBS 용액, 글라이신을 포함하는 PBS 용액 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 수크로오를 포함하는 PBS 용액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유동채널(110)의 일단에 합류하여 일방향을 따라 분리되어 유동하는 버퍼와 생물학적 시료는 상기 전기장 형성부(140)를 통과하면서, 전기영동 유동성에 따라 분리된다. 상기 전기장 형성부(140)는 상기 유동채널(110)에 상기 일방향과 직교하는 방향으로 pH 구배를 형성하게 되며, 이로 인해, 상기 전기장 형성부(140)를 통과하면서, 상기 생물학적 시료에 포함된 단백질 또는 미세소포체 입자들은 양(+) 전하를 띄게 된다. 이는, 상술한 바와 같이 상기 입자들이 pH 값보다 낮은 pH에서 양 전하를 띄는 것을 이용한 것으로, 상기 유동채널의 일측 벽면을 따라 입자들이 유동하는 영역은 pH가 매우 낮은 산성 영역에 해당하므로, 상기 입자들은 양 전하를 띄게 되는 것이다.
또한, 상기 전기장 형성부(140)에는 유동채널(110)의 일방향과 직교하는 방향으로 전기장이 형성되어 있는바, 상기 양(+) 전하를 띈 입자들은 전기영동에 의해 이동하게 되며, 전기영동 유동성에 따라 이동하는 거리가 달라진다. 상기 전기영동 유동성은 입자의 크기, 전하량, 및 버퍼조성 등에 의해 달라질 수 있다.
상기 전기장 형성부(140)를 통과하면서 전기영동 유동성에 따라 분리된 생물학적 시료 입자들은 상호 격리되어 유동되도록, 상기 유동채널(110)의 타단에 연결되는 복수의 배출부(150)를 통해 유동하여 최종적으로 분리된다. 이때, 상기 배출부(150)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 2개 이상의 유출채널로 구성되는 것이 바람직하며, 각 배출부(150)의 일단은 유동채널(110)에서 서로 다른 높이, 즉 유동채널(110)의 길이방향과 직교하는 방향을 기준으로 서로 다른 위치에 연결되는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면 상술한 바와 같이 전기장 형성부(140)는 유동채널(110)을 따라 유동하는 생물학적 시료에 pH 구배하거나 유동채널(110) 내부에 전기장을 형성할 수도 있다. 이와 같은 전기장 형성부(140)는 양이온 공급부(146)와 음이온 공급부(143)와 전원 공급부(149)를 포함한다.
이때, 상기 양이온 공급부(146)는 상기 유동채널(110)의 일측에 연결되어 상기 유동채널(110)로 양이온을 공급하는 역할을 하며, 제1 전해질이 저장된 제1 저장부와(144), 상기 제1 전해질에 포함된 이온 중에서 양이온만을 선택적으로 투과시키는 음전하 폴리머(145)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 전해질은 수소 이온(H+)을 포함하는 것이 바람직하고 예를 들어 HCl인 것이 더욱 바람직하다.
상기 음전하 폴리머(145)는 전해질에 포함된 이온(즉, 양이온과 음이온) 중 양이온만을 선택적으로 투과시키는 것으로, 예를 들어 poly-AMPS(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid)), poly-SS (styrene sulfonate)가 사용되는 것이 적당하다. 음전하 폴리머(145)는 제1 저장부(144)와 유동채널(110) 사이에 설치되며, 제1 전해질에 포함된 양이온 즉 예를 들어 수소 이온(H+)만을 유동채널(110)로 투과시킨다.
또한, 상기 음이온 공급부(143)는 상기 유동채널(110)을 사이에 두고 상기 양이온 공급부(146)의 반대측에 배치되도록 상기 유동채널(110)에 연결되어 유동채널(110)로 음이온을 공급하는 역할을 하며, 제2 전해질이 저장된 제2 저장부(141)와, 상기 제2 전해질에 포함된 이온 중에서 음이온만을 선택적으로 투과시키는 양전하 폴리머(142)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 전해질은 수산화이온(OH-)을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 상기 제2 전해질은 KOH인 것이 더욱 바람직하다.
상기 양전하 폴리머(141)는 전해질에 포함된 이온(즉, 양이온과 음이온) 중 음이온만을 선택적으로 투과시키는 것으로, 예를 들어 poly- DADMAC(diallyldimethylammonium chloride)가 사용될 수 있다. 양전하 폴리머(142)는 제2 저장부(141)와 유동채널(110) 사이에 설치되며, 제2 전해질에 포함된 음이온 즉 예를 들어 수산화이온(OH-)만을 유동채널(110)로 투과시킨다.
상기 전원 공급부(149)는 상기 양이온 공급부(146) 및 음이온 공급부(143)로부터 이온들로 유동채널(110)로 공급하며, 전기장이 형성되도록 전원을 인가하는 역할을 한다. 상기 전원 공급부(149)는 한 쌍의 전극(147, 148)을 포함하며, 상기 한 쌍의 전극(147, 148)은 상기 제1 저장부(144)와 상기 제2 저장부(141)에 하나씩 연결된다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 미세소포체 분리장치(100)를 이용하여 생물학적 시료를 분리하는 과정에 대하여 후술한다.
먼저, 유동채널(110)의 일단에 연결된 제1 주입구와 제2 주입구를 통해 버퍼와 생물학적 시료가 주입되면, 상기 버퍼의 유량을 조절하여 상기 생물학적 시료가 유동채널의 일측 벽면을 따라 상기 버퍼와 분리되어 나란히 유동하게 된다.
또한, 전원 공급부를 통해 전원이 공급되면 전기장 형성부(140)의 양이온 공급부로부터 유동채널로 양이온이 공급되고, 음이온 공급부에서 유동채널로 음이온이 공급되며, 그 결과, 유동채널 내에서 한 쌍의 전극 사이에 전기장이 형성된다.
이 상태에서 상기 유동채널의 일측 벽면을 따라 유동하는 상기 생물학적 시료가 상기 전기장 형성부(140)를 통과하는 과정에서, 유동채널 내에 형성된 pH 구배에 의해 생물학적 시료에 포함된 입자들(단백질 또는 미세소포체)이 양이온을 띄게 됨과 동시에, 형성된 전기장 방향으로 유동하게 되며, 이때, 상술한 입자의 크기, 전하량, 및 버퍼조성 등의 요소에 의해 달라지는 전기영동 유동성에 따라 이동하는 거리가 달라진다. 이에 따라 입자들은 서로 분리되며, 상기 전기장 형성부(140)를 통과한 상기 분리된 입자들은 상기 유동채널의 타단에 연결된 복수의 배출부(150)를 통해 격리되어 유동하면서 최종적으로 분리된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시 예 및 실험 예 등을 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
100: 미세소포체 분리장치 110: 유동채널
120: 제1 주입구 130: 제2 주입구
140: 전기장 형성부 141: 음이온 공급부
142: 양전하 폴리머 143: 음이온 공급부
144: 제1 저장부 145: 음전하 폴리머
146: 양이온 공급부 147: 전극
148: 전극 149: 전원 공급부
150: 배출부

Claims (10)

  1. 일방향을 따라 생물학적 시료와 버퍼가 분리되어 나란히 유동하는 유동채널;
    상기 유동채널 일단의 제1 경로에 연결되어 상기 버퍼가 주입되는 제1 주입구;
    상기 유동채널 일단의 제2 경로에 연결되어 상기 생물학적 시료가 주입되는 제2 주입구;
    상기 유동채널을 따라 유동하는 상기 생물학적 시료가 전기영동 유동성에 따라 분리되도록, 상기 유동채널에 상기 일방향과 직교하는 방향으로 전기장을 형성하는 전기장 형성부; 및
    상기 전기영동 유동성에 따라 분리된 시료들이 상호 격리되어 유동되도록, 상기 유동채널의 타단에 연결되는 복수의 배출부를 포함하는 전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 생물학적 시료는
    단백질, 미세소포체 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유동채널은
    주입되는 상기 버퍼의 유량을 조절하여, 상기 생물학적 시료가 상기 유동채널의 일측 벽면을 따라 상기 버퍼와 분리되어 나란히 유동하는 것을 특징으로 하는 미세소포체 분리장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 주입되는 버퍼의 유량은
    상기 주입되는 생물학적 시료 유량의 1 내지 20배인 것을 특징으로 하는 미세소포체 분리장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기장 형성부는,
    상기 유동채널의 일측에 연결되며, 상기 유동채널로 양이온을 공급하는 양이온 공급부;
    상기 유동채널을 사이에 두고 상기 양이온 공급부의 반대측에 배치되도록 상기 유동채널에 연결되며, 상기 유동채널로 음이온을 공급하는 음이온 공급부; 및
    상기 양이온 공급부와 상기 음이온 공급부에 각각 하나씩 설치되어 한 쌍의 전극을 가지는 전원 공급부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치.

  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전기장 형성부는
    통과하는 상기 생물학적 시료에 포함된 입자들을 상기 양이온 공급부에서 공급된 양이온에 의해 양(+) 전하를 띄게 하고,
    상기 양(+) 전하를 띈 미세소포체 입자들이 상기 일방향과 직교하는 방향으로 형성된 전기장에 의해 유동하면서 전기영동 유동성에 따라 분리되는 것을 특징으로 하는 미세소포체 분리장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 양이온 공급부는
    제1 전해질이 저장된 제1 저장부; 및
    상기 제1 전해질에 포함된 이온 중에서 양이온만을 선택적으로 투과시키는 음전하 폴리머; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치.
  8. 청구항 5에 있어서
    상기 음이온 공급부는
    제2 전해질이 저장된 제2 저장부;
    상기 제2 전해질에 포함된 이온 중에서 음이온만을 선택적으로 투과시키는 양전하 폴리머; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동을 이용한 미세소포체 분리장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 전해질은
    수소 이온(H+)을 포함하고,
    상기 제2 전해질은
    수산화이온(OH-)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세소포체 분리장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 전해질은
    HCl이고,
    상기 제2 전해질은
    KOH인 것을 특징으로 하는 미세소포체 분리장치.
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