자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법 및 분리 장치 {Target material using a magnetic particle separation method and separation device}

본 발명은 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법 및 분리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성 입자에 표적 물질과 친화력을 갖는 물질을 결합시켜 혼합물에서 표적 물질만을 선택적으로 결합할 수 있게 하고, 자기장을 인가해 자성 입자와 결합한 표적 물질만을 남기고 불순물을 제거하여, 자성 입자와 표적 물질만이 남은 상태에서 추출 완충 용액으로 표적 물질을 분리하고 다시 자기장을 인가해 자성 입자만을 구속시키고 표적 물질만을 분리해내는 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법 및 분리 장치에 관한 것이다.

혼합물의 분리 방법에서 가장 많이 사용되는 크로마토그래피는 복잡한 혼합물을 구성하고 있는 유사한 성분들을 분리할 수 있는 분리법이다. 혼합물은 이동상과 고정상에 대한 각각의 인력 차이를 이용해 분리되는데 고정상을 지나는 속도가 성분별로 달라 시간차를 두고 유출된다. 크로마토그래피는 고정상과 이동상의 특성에 의하여 다양한 종류가 존재한다. 그 종류에는 관 크로마토그래피(column chromatography), 평면 크로마토그래피(planar chromatography), 친화성 크로마토그래피(affinity chromatography), 분자 배제 크로마토크래피(molecular excursion chromatography), 이온 교환 크로마토그래피(ion exchang chromatography), 기체 크로마토그래피(gas chromatography), 액체 크로마토그래피(liquid chromatography) 등이 존재하고, 각 크로마토그래피는 특성이 상이하기 때문에 혼합물의 성질이나 효율성에 따라 알맞게 선택할 필요가 있다.

크로마토그래피 기술 중 바이오 분야에서 많이 쓰이는 정제 기술로는 agarose bead 를 이용한 단백질 분리 기술이 있다. 이 기술은 column내에 agarose bead를 충진시키고 완충 용액을 달리하면서 시료를 흘려준다. 혼합물은 시간차를 두고 분획별로 포집한 후 각각 단백질을 얻는다. 이 때 얻어진 시료는 dialysis를 통해 순도를 높이는 과정이 필요하다.

column의 길이와 부피, 용액을 흘려주는 속도, agarose bead의 일정한 충진 등은 분리능에 영향을 주는 다수 요인들이다. 고려해야 할 사항이 다양하고 혼합물 분리 내내 수동으로 작업해야하는 단점이 존재한다. 또한 시간차에 의해 용출되는 각 분획의 양(volumn)이 많고, 완충 용액과 함께 용출되었기 때문에 dialysis과정이 반드시 필요하며 혼합물이 분리되기까지의 시간이 오래 걸린다는 단점도 있다. 이 방법은 분리하려는 혼합물의 양에 비례하여 충진재와 용액의 양도 함께 비례해 반응 기기의 크기가 클 수밖에 없고 대량의 혼합물 분리에 적합하지 않다.

이 외에도 유리섬유, 실리카, 자성입자 등을 이용한 분리 방법이 존재하는데 주로 자성 입자를 이용한 방법이 널리 사용되고 있다. 공개번호 제 10-2012-0031724 호와 등록번호 10-0762969 에서는 자성 입자를 실리카로 코팅해 단백질 분리에 응용하였고 등록번호 10-0738496 에서는 자성 미세입자 및 배향성 고정화 리간드를 이용한 항체 단백질 분리 방법이 소개되었다. 이들의 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법은 자성 입자의 표면을 개질해 분리능을 향상시켰다는 점은 우수하나 이들 역시 반응 시간이 길고 단계마다 수동으로 진행해야하는 한계가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법 및 분리 장치는, 분리 장치 내에서 분산과 표적 물질의 용출이 한 번에 이루어지는 단계에 의해 분산 작업을 간소화하고 분산 작업 시간을 단축할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법 및 분리 장치는, 소량의 자성 입자로 대량의 시료를 분리, 정제할 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법 및 분리 장치는, 혼합물의 반응이 일어나는 반응 본체의 크기를 줄이도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법 및 분리 장치는, 혼합물 주입 후 작업자가 관여하지 않아도 자동으로 모든 과정이 이루어질 수 있도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법은, 표적 물질과 결합할 수 있는 반응기가 표면에 형성된 자성 입자를 분리 장치의 내부 본체에 제공하는 단계; 상기 내부 본체에 분해 균등 세척 완충 용액을 넣어 상기 자성 입자와 고루 섞고, 자기장을 인가해 자성 입자를 구속시킨 상태에서 상기 분해 균등 세척 완충 용액을 내부 본체의 외부로 흘려보내 불순물을 제거하는 단계; 상기 내부 본체에 분리하고자 하는 표적 물질을 포함한 시료를 제공하고, 자성 입자와 함께 분산시켜 자성 입자와 표적 물질이 결합하여 혼합물을 형성 하는 단계; 상기 혼합물에 자기장을 인가하여 표적 물질과 결합한 자성 입자를 구속시키고, 나머지 혼합물을 내부 본체의 외부로 흘려보내 이물질들을 제거하는 단계; 상기 인가되었던 자기장을 차단하고 추출 완충 용액을 제공하여 자성입자와 표적 물질을 분리하는 단계; 상기 자성 입자와 표적 물질이 분리되면 다시 자기장을 인가하여 자성입자를 구속시키고, 분리된 표적 물질을 정제하는 단계; 를 포함하여 이루어짐으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수 있다.

본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 장치는, 표적 물질을 포함하는 시료에서 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리· 정제하기 위해, 외부 본체의 내부에 구비되는 내부 본체; 내부 본체와 외부 본체 사이 또는 내부 본체 내부에 구비되는 온도유지장치; 상기 내부 본체의 외주연 또는 내부 본체의 상부에서 하부로 연장되어 구비되는 하나 이상의 전자석; 상기 내부 본체의 상부와 연결되어 상기 내부 본체로 용액을 주입하는 용액주입부; 상기 내부 본체의 상부와 연결되어 상기 내부 본체로 시료를 주입하는 시료주입부; 상기 내부 본체의 하부에 구비되어 여액을 외부로 배출하는 여액배출부; 를 포함하여 이루어짐으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수 있다.

본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법 및 분리 장치는, 소량의 자성 입자로 대량의 시료를 정제할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법 및 분리 장치는, 단계의 간소화와 분리 작업 시간을 단축할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법 및 분리 장치는, 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리함으로써, 기존 방법에서 사용되는 완충 용액의 양이 현저하게 줄어들어 전체 혼합물의 양이 적어지기 때문에 반응이 일어나는 반응 본체의 크기를 줄일 수 있는 효과를 가진다.

본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법 및 분리 장치는, 혼합물 주입 후 작업자가 관여하지 않아도 모든 과정이 자동으로 이루어지므로, 작업자의 능률을 향상시키고 표적 물질을 효율적으로 분리할 수 있으며, 분리된 표적 물질을 고품질로 유지할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법을 나타낸 모식도.
도 3은 본 발명에 따른 플라스크 회전 유형(flask spin type)의 전자석 내부형 분리 장치 도면.
도 4는 본 발명에 따른 플라스크 회전 유형(flask spin type)의 전자석 외부형 분리 장치 도면.
도 5는 본 발명에 따른 나사형 임펠러 유형(screw impeller type)의 전자석 내부형 분리 장치 도면.
도 6는 본 발명에 따른 나사형 임펠러 유형(screw impeller type)의 전자석 외부형 분리 장치 도면.
도 7는 본 발명에 따른 폭기조 유형(aeration type)의 전자석 내부형 분리 장치 도면.
도 8은 본 발명에 따른 폭기조 유형(aeration type)의 전자석 외부형 분리 장치 도면.
도 9는 본 발명에 따른 내부 본체(A) 하부에 위치하는 경사도 있는 구조물을 나타낸 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법 및 분리 장치를 상세하게 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다. 또한 첨부된 도면은 본 발명에 따른 분리 장치를 제한하지 않고 각각의 장치들은 서로 조합, 응용될 수 있음을 명시한다.

본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법은, 표적 물질과 결합할 수 있는 반응기가 표면에 형성된 자성 입자를 분리 장치의 내부 본체에 제공하는 단계;와, 상기 내부 본체에 분해 균등 세척 완충 용액(Lysis Equilibration wash buffer)을 넣어 상기 자성 입자와 고루 섞고, 자기장을 인가해 자성 입자를 구속시킨 상태에서 상기 분해 균등 세척 완충 용액(Lysis Equilibration wash buffer)을 내부 본체의 외부로 흘려보내 불순물을 제거하는 단계;와, 상기 내부 본체에 분리하고자 하는 표적 물질을 포함한 시료를 제공하고, 자성 입자와 함께 분산시켜 자성 입자와 표적 물질이 결합하여 혼합물을 형성하는 단계;와, 상기 혼합물에 자기장을 인가하여 표적 물질과 결합한 자성 입자를 구속시키고, 나머지 혼합물을 내부 본체의 외부로 흘려보내 이물질들을 제거하는 단계;와, 상기 인가되었던 자기장을 차단하고 추출 완충 용액(Elution buffer)을 제공하여 자성 입자와 표적 물질을 분리하는 단계; 및 상기 자성 입자와 표적 물질이 분리되면 다시 자기장을 인가하여 자성 입자를 구속시키고, 분리된 표적 물질을 정제하는 단계; 로 진행된다.

상기 자성 입자는, 분리하려는 표적 물질에 따라 친화력을 갖는 물질과 결합되어있다.

상기 자성 입자의 표면을 개질해 리간드로 코팅하거나 반응기를 자성 입자 표면에 붙여 표적 물질과의 반응성을 높여준다.

우선, 표적물질과 결합할 수 있는 반응기가 표면에 형성된 자성 입자를 분리 장치의 내부 본체에 제공하고, 상기 내부 본체에 분해 균등 세척 완충 용액(Lysis Equilibration wash buffer)을 넣어 상기 자성 입자와 고루 섞어준다.

상기 내부 본체에 자기장을 인가하여 자성 입자를 상기 자기장으로 구속시킨 상태에서 상기 분해 균등 세척 완충 용액(Lysis Equilibration wash buffer)을 내부 본체의 외부로 흘려보내 불순물을 제거한다.

그리고 상기 내부 본체에 분리하고자 하는 표적 물질을 포함한 시료를 제공하고, 자성 입자와 함께 분산시켜 자성 입자와 표적 물질이 결합하여 혼합물을 형성한다.

상기 내부 본체에 자기장을 인가하여 혼합물에서 표적 물질과 결합한 자성 입자를 구속시키고, 나머지 혼합물을 내부 본체의 외부로 흘려보내 이물질들을 제거한다.

상기 내부 본체에 인가되었던 자기장을 차단하고 추출 완충 용액(Elution buffer)을 제공하여 자성 입자와 표적 물질을 분리한다.

상기 자성 입자와 표적 물질이 분리되면 다시 내부 본체에 자기장을 인가하여 자성 입자를 구속시키고, 분리된 표적 물질을 정제함으로써, 본 발명의 기술적 과제인 표적 물질을 자성 입자를 이용하여 분리할 수 있게 된다.

한편, 분리하고자 하는 표적 물질에 따라 자성 입자의 표면에 형성시키는 반응기가 달라져야 함은 물론이다.

이하에서, 본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리방법에 따른 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

[실시 예1]

6X His로 표지된 단백질을 animal cell내에서 발현시킨 후 media 내로 분비된 단백질을 회수하기 위하여 다음과 같이 수행한다.

1. media의 total 단백질을 농축하여 50mM NaH ₂ PO ₄ , 300mM NaCl, pH 8.0 인 Lysis Equilibration Wash buffer로 dialysis를 통하여 buffer를 교체한다.

2. 상기 샘플을 기기에 투입한다.

3. SPM-Ni(Ni을 가지는 자성 입자) 20mg 을 샘플에 더해준다.

4. 회전을 통해 섞어주고 3시간 배양한다.

5. 자기장을 인가하여 자성 입자를 당긴다.

6. 완충 용액을 내부 본체에서 외부로 방출한다.

7. 0.2mM imidazole을 포함한 Lysis Equilibration Wash buffer 투입한다.

8. 자기장을 제거하고 회전 및 sonication을 통해 자성 입자를 분산시킨다.

9. 자기장을 인가하여 자성 입자를 당긴다.

10. buffer를 내부 본체에서 외부로 방출한다.

11. 250mM imidazole을 포함한 50mM NaH ₂ PO ₄ , 300mM NaCl 인 elution buffer 투입한다.

12. 자기장을 제거하고 회전 및 sonication을 통해 자성 입자를 분산시킨다.

13. 자기장을 인가하여 자성 입자를 당긴다.

14. 용액만을 얻어 단백질을 회수한다.

[실시 예 2]

antibody를 serum 내에서 회수하기 위하여 다음과 같이 수행한다.

1. serum을 기기에 투입한다.

2. SPM-protein A/G(protein A/G를 가지는 자성 입자) 20mg 을 샘플에 더해준다.

3. 회전을 통해 섞어주고 10분간 배양한다.

4. 자기장을 인가하여 자성 입자를 당긴다.

5. 여액을 내부 본체에서 외부로 방출시킨다.

6. phosphate-buffered saline (PBS)을 투입한다.

7. 자기장을 제거하고 회전 및 sonication을 통해 자성 입자를 분산시킨다.

8. 자기장을 인가하여 자성 입자를 당긴다.

9. buffer를 내부 본체에서 외부로 방출시킨다.

10. 9번 과정을 3회 반복한다.

11. 0.1M glycine-HCl, pH 2.8 인 acidic elution buffer를 투입한다.

12. 자기장을 제거하고 회전 및 sonication을 통해 자성 입자를 분산시킨다.

13. 자기장을 인가하여 자성 입자를 당긴다.

14. 용액만을 얻어 단백질을 회수한다.

15. pH 8.5 인 1M Tris-HCl를 전체 볼륨의 1/10 을 더해준다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 방법을 나타낸 모식도이다. 도 3은 본 발명에 따른 플라스크 회전 유형(flask spin type)의 전자석 내부형 분리 장치 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 플라스크 회전 유형(flask spin type)의 전자석 외부형 분리 장치 도면, 도 5는 본 발명에 따른 나사형 임펠러 유형(screw impeller type)의 전자석 내부형 분리 장치 도면, 도 6은 본 발명에 따른 나사형 임펠러 유형(screw impeller type)의 전자석 외부형 분리 장치 도면, 도 7은 본 발명에 따른 폭기조 유형(aeration type)의 전자석 내부형 분리 장치 도면, 도 8은 본 발명에 따른 폭기조 유형(aeration type)의 전자석 외부형 분리 장치 도면, 도 9는 본 발명에 따른 내부 본체(A) 하부에 위치하는 경사도 있는 구조물을 나타낸 도면이다.

본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 장치는, 표적 물질을 포함하는 시료에서 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리, 정제하기 위해, 외부 본체(B)의 내부에 구비되는 내부 본체(A); 상기 내부 본체(A)의 상부에서 하부로 연장되어 구비되는 하나 이상의 전자석(3); 상기 내부 본체(A)의 상부와 연결되어 상기 내부 본체(A)로 용액을 주입하는 용액주입부(1); 상기 내부 본체(A)의 상부와 연결되며 구비되어 상기 내부 본체(A)로 시료를 주입하는 시료주입부(2); 상기 내부 본체(A)의 하부에 구비되어 여액을 외부로 배출하는 여액배출부(4); 를 포함하여 이루어진다.

상기 내부 본체(A)가 회전하며 내부로 유입된 물질을 혼합하되, 상기 내부 본체(A)가 상하로 왕복 운동하며 회전하여 혼합할 수도 있고, 여기에 더해서 상기 내부 본체(A)가 상하좌우로 요동하고 회전하여 혼합할 수도 있음은 물론이다.

상기 전자석(3)이 회전하며 상기 내부 본체(A)로 유입된 물질을 혼합하되, 상기 전자석(3)은 상하로 왕복 운동하며 회전하여 혼합할 수도 있고, 상기 전자석(3)은 상하좌우로 요동하고 회전하여 혼합할 수도 있음은 물론이다.

상기 전자석(3)을 나사형 임펠러(5) 내부에 고정시키고, 외주연에 나사형 임펠러가 구비된 나사형 임펠러(5)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.

상기 내부 본체(A)의 외주연 또는 내부 본체(A)의 내부 하측에, 음파를 발생하는 음파기기(a,a')를 하나 이상 더 구비할 수도 있다.

상기 내부 본체(A)의 외주연 또는 내부 본체(A)의 내부 하측에, 폭기를 발생하는 폭기기기(b,b')를 하나 이상 더 구비할 수도 있다.

상기 내부 본체(A)의 하부에 경사각을 갖는 구조물(d)을 하나 이상 더 구비할 수도 있다.

상기 내부 본체(A)와 외부 본체(B) 사이 또는 내부 본체(A) 내에 온도 유지 장치(c)를 구비할 수도 있다.

한편, 본 발명 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 장치는, 표적 물질을 포함하는 시료에서 자성 입자를 이용하여 표적 물질을 분리, 정제하기 위해, 외부 본체(B)의 내부에 구비되는 내부 본체(A); 상기 내부 본체(A)의 외주연에 구비되는 하나 이상의 전자석(3); 상기 내부 본체(A)의 상부와 연결되며 구비되어 상기 내부 본체(A)로 용액을 주입하는 용액주입부(1); 상기 내부 본체(A)의 상부와 연결되며 구비되어 상기 내부 본체(A)로 시료를 주입하는 시료주입부(2); 상기 내부 본체(A)의 하부에 구비되어 여액을 외부로 배출하는 여액배출부(4); 를 포함하여 이루어질 수도 있다.

상기 내부 본체(A)가 회전하며 내부로 유입된 물질을 혼합하되, 상기 내부 본체(A)가 상하로 왕복 운동하며 회전하여 혼합할 수도 있고, 상기 내부 본체(A)가 상하좌우로 요동하고 회전하여 혼합할 수도 있다.

상기 내부 본체(A)의 상측에서 하부로 연장하여 구비되어 회전하고, 외주연에 나사 형상의 임펠러가 구비된 나사형 임펠러(5)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.

상기 나사형 임펠러(5)는 상하로 왕복 운동하며 회전할 수도 있고, 상기 나사형 임펠러(5)는 상하좌우로 요동하며 회전할 수도 있다.

상기 내부 본체(A)의 내부 하측에, 음파를 발생하는 음파기기(a,a')를 하나 이상 더 구비할 수도 있다.

상기 내부 본체(A)의 내부 하측에, 폭기를 발생하는 폭기기기(b,b')를 하나 이상 더 구비할 수도 있다.

상기 내부 본체(A)의 하부에 경사각을 갖는 구조물(d)을 하나 이상 더 구비할 수도 있다.

상기 내부 본체(A)와 외부 본체(B) 사이 또는 내부 본체(A) 내에 온도 유지 장치(c)를 구비할 수도 있다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 유형은 본 발명을 설명하기 위하여 사용한 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도에 따라 달라질 수 있으며, 이에 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 함은 물론이다.

플라스크 회전 유형(flask spin type)은, 내부 본체(A)가 회전하는 유형을 지칭하는 것이다.

나사형 임펠러 유형(screw impeller type)은, 나사 모양의 나사형 임펠러(5)가 회전하는 유형을 지칭하는 것이다.

폭기조 유형(aeration type)은, 폭기기기(b,b')에 의해 분산되는 유형을 지칭하는 것이다.

도 3 및 도 4는 플라스크 회전 유형(flask spin type)으로, 상기 내부 본체 (A)가 회전하면서 자성 입자와 혼합물을 분산, 혼합하여 자성 입자와 표적 물질을 결합할 수 있게 한다.

이때 상기 전자석(3)은 내부 또는 외부에 위치할 수 있게 되는데 그 위치에 따라 기기의 구조에 차이가 생긴다.

즉, 전자석 내부형인 도 3을 보면 상기 전자석(3)이 내부에 위치해 음파기기 (a,a')가 내부 본체(A) 하부와 측면에 위치할 수 있고, 전자석 외부형인 도 4를 보면 상기 전자석(3)이 내부 본체(A) 측면을 둘러싸고 있어 음파기기(a)를 내부 본체(A) 하부에 위치할 수 있는 것이다.

상기와 같은 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리 장치는, 우선, 내부 본체(A)하부에 구비된 여액배출부(4)를 폐쇄하고, 표적 물질과 결합할 수 있는 반응기가 표면에 형성된 자성 입자를 용액주입부(1)를 통해 내부 본체(A)에 제공하여, 상기 용액주입부(1)를 통해 내부 본체(A)에 분해 균등 세척 완충 용액(Lysis Equilibration wash buffer)을 넣어 상기 자성 입자와 고루 섞어준다.

이때 기 설명한 바와 같이, 내부 본체(A)가 회전하며 혼합하되, 상기 내부 본체(A)가 상하로 왕복 운동하며 회전하여 혼합할 수도 있고, 여기에 더해서 상기 내부 본체(A)가 상하좌우로 요동하며 회전하여 혼합할 수도 있음은 물론이다.

또한 상기 전자석(3)이 회전하며 상기 내부 본체(A)로 유입된 물질을 혼합하되, 상기 전자석(3)은 상하로 왕복 운동하며 회전하여 혼합할 수도 있고, 상기 전자석(3)은 상하좌우로 요동하며 회전하여 혼합할 수도 있음은 물론이다.

상기 내부 본체(A)에 구비된 전자석(3)을 통해 자기장을 인가하여 자성 입자를 상기 자기장으로 구속시킨 상태에서 여액배출부(4)를 개방하여 상기 분해 균등 세척 완충 용액(Lysis Equilibration wash buffer)을 내부 본체(A)의 외부로 흘려보내 불순물을 제거한다.

상기 여액배출부(4)를 폐쇄함과 동시에 상기 전자석(3)을 통해 인가되었던 자기장을 차단하고, 상기 시료주입부(2)를 통해 상기 내부 본체(A)에 분리하고자 하는 표적 물질을 포함한 시료를 제공, 자성 입자와 함께 분산시켜 자성 입자와 표적 물질이 결합한 혼합물을 형성한다.

상기 내부 본체(A)에 구비된 전자석(3)을 통해 자기장을 인가하여 혼합물에서 표적 물질과 결합한 자성 입자를 구속시키고, 상기 여액배출부(4)를 개방하여 나머지 혼합물을 내부 본체(A)의 외부로 흘려보내 이물질들을 제거한다.

상기 여액배출부(4)를 폐쇄함과 동시에 상기 전자석(3)을 통해 인가되었던 자기장을 차단하고, 추출 완충 용액(Elution buffer)을 제공하여 자성 입자와 표적 물질을 분리한다.

상기 자성 입자와 표적 물질이 분리되면 다시 내부 본체(A)에 구비된 전자석(3)을 통해 자기장을 인가하여 자성 입자를 구속시키고, 분리된 표적 물질을 정제함으로써, 본 발명의 기술적 과제인 자성 입자를 이용한 표적 물질 분리를 하게 된다.

도 5 및 도 6는 나사형 임펠러 유형(screw impeller type)으로 내부 본체(A)의 상부에 나사 모양의 날개가 달린 나사형 임펠러(5)가 위치해 회전하면서 자성 입자와 혼합물을 분산시켜 표적 물질과 결합할 수 있게 하는 것이다.

이때 상기 전자석(3)의 위치에 따라 내부형 또는 외부형으로 나뉘어 구조의 차이를 보이게 된다. 전자석 내부형인 도 5은 나사형 임펠러(5) 내부에 상기 전자석(3)을 고정시키고, 상기 나사형 임펠러(5)는 상기 전자석(3)과 별개로 회전한다. 내부 본체(A) 하부와 측면에 음파기기(a,a')가 위치할 수도 있다. 도 6는 전자석 외부형으로 내부 본체(A) 측면을 전자석(3)이 둘러싸고 있고, 내부 본체(A) 하부에 음파기기(a)가 위치할 수 있는 등 이에 따라 구조의 차이를 보이게 되는 것이다.

도 7 및 도 8은 폭기조 유형(aeration type)으로 수질 정화시 사용되는 aeration tank를 내부 본체(A)에 장착해 공기 방울로 자성 입자와 표적 물질을 분산시켜 결합시키는 것이다. 이 때 상기 폭기조 유형 역시 상기 전자석(3)의 결합 위치에 따라 전자석 내부형 또는 외부형으로 나뉠 수 있다.

즉, 전자석 내부형인 도 7는 상기 전자석(3)이 내부 본체(A) 상부에 위치하고 폭기기기(b,b')가 내부 본체(A) 하부나 측면에 위치하는 것이며, 전자석 외부형인 도 8은 상기 전자석(3)이 내부 본체(A) 측면을 둘러싸고 있고 폭기기기(b)는 하부에 위치하는 것이다.

한편, 도 3, 도 5, 도 6 및 도 7는 리프트 유형(lift type)으로 응용될 수 있는데, 리프트 유형이란 내부 본체(A) 상부의 전자석(3) 또는 나사형 임펠러(5)가 상하 왕복 운동으로 움직이거나 내부 본체(A)가 상하 왕복 운동으로 움직이면서 분산 및 혼합에 도움을 주는 구조이다.

또한 상기 전자석(3) 또는 나사형 임펠러(5) 또는 내부 본체(A)가, 상하좌우로 요동하며 회전할 수도 있도록 하여 분산 및 혼합에 도움을 주는 구조로 이루어질 수도 있는 것이다.

이 외에도 상기 설명한 4가지 유형의 기기를 다양하게 조합해 응용할 수도 있음은 물론이며, 이는 본 발명의 범주에 속한다 할 것이다.

즉, 상기 나사형 임펠러 유형과 폭기조 유형에서 내부 본체(A)를 회전시키면 플라스크 회전 유형을 응용한 기기가 되고, 상부에 구비된 전자석(3)이나 나사형 임펠러(5)를 상하로 왕복 운동하도록 하여 리프트 유형을 응용할 수 있다.

또한 상기 플라스크 회전 유형과 나사형 임펠러 유형에서 음파기기(a,a')가 위치할 수 있는 부분에 폭기기기(b,b')를 설치할 수도 있음은 물론이다.

상기 열거된 기기들에는 온도 유지 장치(c)가 구비될 수 있는데, 이는 분리하려는 표적 물질이 온도에 민감할 경우 사용할 수도 있다. 온도유지장치(c)로는 내부 본체(A)와 외부 본체(B) 사이에 이중자켓(c')을 설치하거나, 이동형 냉각기(c")를 사용할 수 있다.

내부 본체(A)의 하부에는 경사각을 가지는 구조물(d)를 설치할 수도 있다. 자성 입자와 혼합물의 반응에 전자석, 임펠러, 내부 본체의 회전· 상하 운동· 상하좌우 운동에 의한 분산 외에도 내부 본체(A)의 하부에 경사각을 가지는 구조물(d)을 하나 또는 복수개를 설치함으로써 분산능을 높일 수 있다. 또한 경사도를 이용해 여액배출이 용이하도록 하는 효과를 가진다.

1 - 용액주입부 2 - 시료주입부
3 - 전자석 4 - 여액배출부
5 - 나사형 임펠러
A - 내부 본체 B - 외부 본체
a,a' - 음파기기 b,b' - 폭기기기
c- 온도유지장치 (c´-이중자켓, c〃-이동식냉각기)
d 경사각 구조물