분석/분리 방법 {METHODS OF ANALYSIS/SEPARATION}

본 발명은 전기장에서 반응하는 입자의 이동을 기초로 하여 입자를 분리하기 위한 방법에 관한 것이다.

참고적으로, 입자는 진행(travelling) 전기장에 통과시킴으로써 다룰 수 있다. 이러한 진행 전기장은 적합한 장치의 마이크로 전극 배열에 적당한 전압을 가함으로써 생성될 수 있다. 마이크로 전극은 평행 막대의 기하학적 형태일 수 있으며, 일정 간격으로 위치하여 채널을 형성할 수 있고, 하기 문헌에 설명된 표준 금속 스퍼터링 및 사진 평판 기술을 사용하여 제조될 수 있다 [참고문헌: Price, Burt and Pethig, Biochemica et Biophysica, Vol. 964, pp.221-230]. 진행 전기장은 적합한 주파수 및 위상의 전압을 전극에 가함으로써 발생된다 [참고문헌: "Separation of small particles suspended in liquid by nonuniform travelling field", by Masuda, Washizu and Iwadare, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-23, pp.474-480]. 마슈다 및 그의 동료는 이론적으로 진행 전기장을 유도하는 직렬의 평행 전극(채널이 없음)이 이들의 전하 및 크기(중량)에 따라 입자를 분리하는데 어떻게 사용될 수 있는 지 설명하고 있다. 그러나, 마슈다 등은 이러한 입자 분리 방법을 실시적으로 증명하지는 않았다.

하기 문헌에는 살아있는 세포 및 매우 미세한 크기의 인공적 물체와 같은, 유전 입자를 전극에 의해 형성된 채널내에 및 마이크로 전극 구조물 위에 이동시키는 방법이 제시되어 있다 [참고문헌: "Travelling-wave dielectrophoresis of microparticles" by Hagedorn, Fuhr, Mueller and Gimsa (Electrophoresis, Vol.13, pp.49-54]. 진행 전기장은 이웃하는 전극간에 90°의 위상 이동이 있는 각각의 전극에 같은 주파수의 전압을 가함으로써 발생된다.

하기 문헌에서는, 실험에 의한 분석으로 상기 참고문헌에서 헤지돈 등에 의해 설명된 "진행파 유전영동"(travelling-wave dielectrophoresis: TWD) 효과가 설명되었다 [참고문헌: "Electrokinetic behaviour of colloidal particles in travelling electric fields: Studies using Yeast cells" by Y Huang, XB Wang and R Pethig J. Phys. D. Appl. Phys. 26 1993 1528-1535]. 하기의 현상 방정식(phenomenological equation)은 후앙 등에 의해 개발되었으며, 이 방정식은 TWD 속도가 입자 반경(r)의 제곱, 전기장 세기(A(0))의 제곱, 진행장(λ)의 주기적 길이, 매질 점도(η) 및 입자의 유전 성질과 이들 각각의 복소 유전율 ε _p ^* 및 ε _m ^* 로서 부류 매질을 한정하는 클라우시우스 모소티 계수 f(ε _p ^* , ε _m ^* )의 허수 부분의 함수인 것이다:

이 방정식은 먼저, 입자의 조작 및 분리를 위한 진행파 전극 시스템의 설계에 대해 실질적인 가이드를 제공한다.

상응하는 현상은 일반적으로 "진행파 유전영동"으로 명칭될지라도, 이것은 오칭된 것으로, 입자에 작용하여 변환 이동이 이루어지게 하는 힘은 유전영동력이라기 보다는 전기 회전에서 작용하는 힘이다. 이러한 힘은 입자를 둘러싸고 있는 매질내에서 입자의 분극률의 허수 성분에 관련된 것이다. 그러나, 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 입자의 이동은 입자상에 음의 값의 유전영동력을 유발하는 진행파 주파수에서만 일어난다. (유전영동력은 입자를 둘러싸고 있는 매질내에서 입자의 분극률의 실수 성분과 관련된다). 이들 힘은 전극으로부터 떨어져 있는 입자를 상승시킨다. 따라서 본 발명자들은 종래에 "진행파 유전영동"으로 불리었던 현상을 "진행파 전기장 이동"(travelling wave field migration: TWFM)으로 명칭되기를 선호한다. 본 발명자들이 WO 94/16821에서 설명된 바와 같이, TWFM을 설정하기 위해서는, 2가지의 별도 기준이 충족되어야 한다. 첫째, 입자상에서 작용하는 유전영동력이 음의 값이 되도록, 즉 전극으로부터 입자가 반발하도록 주파수가 선택되어야 한다. 이것은 본 발명자들이 발견한 것으로, 입자에서 유도되는 쌍극자 모멘트의 실수 성분은 음의 값을 필요로 한다.

두 번째, 선택된 주파수는 입자에서 유도된 쌍극자 모멘트의 허수 성분이 0이 아니어서(양의 값 또는 음의 값) 전극의 배열을 따라 입자를 위치시키는 힘을 유발하게 하여야 한다.

입자가 이들의 TWFM 작용에 의해 분리된다는 종래의 모든 제안에서, 입자는 상이한 속도로 이동하도록 유도되고, 더 빠르게 이동하는 입자는 보다 느리게 이동하거나 전혀 이동하지 않는 입자로부터 분리된다. 다루어질 수 있는 샘플 용량은 극히 작으며, 이것은 장치의 크기에 의해 결정된다. 분리 장치를 통한 샘플 물질의 흐름은 전혀 없다.

DE 4127406 호에는 전극에서 횡단 경로를 따라 입자를 인입(drawing)시키기 위해 평행 전극의 진행파 전극 배열을 사용하는 방법이 기재되어 있다. 동시에, 전기장은 전극 배열의 측부에서 측부로 유도되어 2개의 배출 채널 중 하나에 입자를 인입시킨다(도 2). 그러므로 입자의 분리는 상이한 진행파 전기장 이동 성질에 의한 것이 아니라 정지 전기영동장하에서의 상이한 작용에 의한 것이다. 진행파 전기장은 단지 장치를 통해 입자를 이동시키는데 사용된다.

와쉬자(Washiza)는 하기 문헌에서 유입구 및 2개의 배출구(이 사이에서 세포를 함유하는 액체의 흐름이 통과함)가 구비된 세포 분리기를 설명하고 있다 [참고문헌: "Electrostatic Manipulation of Biological Ojects", J. of Electrostatics 25 (1990) 109-123]. 각각의 세포는 1mH ₂ 의 전기장에 의한 유전영동 인력에 의해 유지된다. 연구 결과에 의하면, 세포는 전기장을 턴오프(turning off)함으로써 방출되고, 흐름에 의해 첫 번째 배출구를 통과하거나 제 2쌍의 전극으로의 전기장의 재적용에 의해 두 번째 배출구로 치우친다. 이것은 상이한 TWFM 특징에 따라 세포를 분리하는 것에 관련되지 않는다.

WO 94/16821에 제시된 것과는 대조적으로, 본 발명에 따라, 입자간의 TWFM 유도 분리의 방향에 대한 횡방향으로 장치를 통과하는 입자의 흐름은 다량의 샘플을 처리할 수 있게 하는데 사용된다.

따라서, 본 발명은 제 1 양태에서, 분리하려는 입자에 대한 출발 지점(예를 들어, 유입구) 및 분리된 입자에 대한 2개 이상의 도착 지점(임의로 2개의 배출구 형태를 가짐)이 있는 분리기를 통해 분리하려는 입자의 혼합물을 통과시킴을 포함하는 입자의 분리 방법으로서, 입자를 출발 지점으로부터 도착 지점까지의 경로를 따라 이동시키고, 이 경로에 대해 횡방향으로 입자를 이동시키는 진행파 전기장에 입자를 통과시켜 상이한 입자군이 도착 지점 중 각각의 지점에 도달하게 함으로써 입자를 분리시키는 방법을 제공한다.

본 발명의 방법은 평행 또는 직렬로 배열된 다수의 분리단을 이용하여 수행될 수 있다. 따라서, 분리기가 평행으로 작동되는 다수의 분리단을 포함하며, 각각의 분리단에는 분리하려는 입자에 대한 출발 지점 및 분리된 입자에 대한 2개 이상의 도착 지점이 있어서, 각각의 분리단에서 입자를 출발 지점으로부터 도착 지점까지의 경로를 따라 이동시키고, 이 경로에 대해 횡방향으로 입자를 이동시키는 진행파 전기장에 입자를 통과시켜 상이한 입자군이 도착 지점 중 각각의 지점에 도달하게 함으로써 입자를 분리시키는, 앞서 설명한 방법이 제공된다.

또한 다수의 분리단이 있는 분리기에 분리하려는 입자의 혼합물을 통과시킴을 포함하는 방법으로서, 각각의 분리단에는 분리하려는 입자에 대한 출발 지점 및 분리된 입자에 대한 2개 이상의 도착 지점이 있어서, 각각의 분리단에서 입자를 출발 지점으로부터 도착 지점까지의 경로를 따라 이동시키고, 이 경로에 대해 횡방향으로 입자를 이동시키는 진행파 전기장에 입자를 통과시켜 상이한 입자군이 도착 지점 중 각각의 지점에 도달하게 하면서, 선택된 군의 입자를 각각의 분리단의 각각의 도착 지점에서 다음 단의 출발 지점으로 공급함으로써 입자를 분리시키는, 앞서 설명한 방법이 제공된다.

바람직한 분자는 미소 분자이다. 미소 분자는 유생 분자, 예컨대 올리고누클레오티드, 다른 DNA나 RNA 분자, 단백질, 또는 펩티드일 수 있다. 이들은 박테리아와 같은 세포, 난모 세포, 포유류 세포나 다른 동물 세포, 식물 세포, 효모 세포 또는 바이러스나 프리온(prion)과 같은 유기체일 수 있다. 이들은 감수 분열 및 유사 분열이 일어나는 염색체와 같은 세포 성분일 수 있다.

선택된 군의 입자는 분리기의 출발 지점으로 재순환되어 다시 분리 과정을 거칠 수 있다.

또한 본 발명은 출발 지점 및 2개 이상의 도착 지점, 출발 지점과 도착 지점간의 입자 이동 경로를 형성하는 수단, 서로 일정 거리를 두고서 각각 상기 경로 방향으로 일반적으로 뻗어있는 전극 배열, 및 이 전극 배열에 진행 전기장을 가하여 상기 경로에서 선택된 입자의 진행파 전기장 이동이 횡방향으로 일어나게 함으로써 선택된 입자를 도착 지점 중 각각의 지점으로 선별적으로 유도시키는 수단을 포함하는, 입자를 분리시키는데 사용하기 위한 장치를 제공한다.

상기 장치는 각각의 단이 출발 지점과 2개 이상의 도착 지점을 포함하는 다수의 분리단, 출발 지점과 도착 지점간의 입자 경로를 형성하는 수단, 서로 일정 거리를 두고서 각각 상기 경로 방향으로 일반적으로 뻗어있는 전극 배열, 및 이 전극 배열에 진행 전기장을 가하여 상기 경로에서 선택된 입자의 진행파 전기장 이동이 횡방향으로 일어나게 함으로써 선택된 입자를 도착 지점 중 각각의 지점으로 선별적으로 유도시키는 수단을 포함할 수 있으며, 각각의 단의 선택된 입자에 대한 도착 지점 또는 각각의 단의 다른 도착 지점이 다음 단계의 출발 지점에 연결될 수 있다.

선택적으로 또는 부가적으로 상기 장치는 각각의 단이 출발 지점과 2개 이상의 도착 지점을 포함하며 평행으로 작동되도록 배열된 다수의 분리단, 각각의 단에서 출발 지점과 도착 지점간의 입자 이동 경로를 형성하는 수단, 서로 일정 거리를 두고서 각각 상기 경로 방향으로 일반적으로 뻗어있는 전극 배열, 및 이 전극 배열에 진행 전기장을 가하여 상기 경로에서 선택된 입자의 진행파 전기장 이동이 횡방향으로 일어나게 함으로써 선택된 입자를 각각의 단의 도착 지점 중 각각의 지점으로 선별적으로 유도시키는 수단을 포함할 수 있다.

본원에 설명된 분리 방법은 분석 과정의 일부를 형성하거나 분석 과정으로 이용될 수 있는데, 예를 들어 일부 분자를 분리하는데 성공함으로써 이들의 존재를 검출하고, 임의로 분리된 입자를 카운팅하거나 분리된 입자의 수를 다른 방식으로 평가함으로써 정량화할 수 있다.

분리를 수월하게 하기 위해, 발명자는 입자의 군을 처리하여, 본래의 입자의 경우와 구별되는 TWFM 성질이 있는 변형된 입자를 형성할 수 있으며, 변형된 입자의 이동이 동일한 조건하에서 본래 입자를 사용했을 때 수득된 이동과 다르게 하는 조건을 사용하여 TWFM에 의해 변형된 입자의 변환 이동이 이루어지게 함으로써, 원하는 분리를 수월하게 할 수 있다.

입자는 광학 현미경을 사용했을 때 볼 수 있는 크기(미소 입자)일 수 있거나 더 작은 크기(초미소 입자)일 수 있고 발광, 형광 및 전자기 복사선 흡수 표지와 같은 표지를 사용하여 검출될 수 있다.

본래의 입자를 변형 입자로 전환시키는데 사용되는 처리 특성은 입자의 특성에 따라 매우 다양할 수 있다. 이러한 처리는 입자와 리간드간의 복합체를 형성하는데 관여할 수 있다. 일부 경우에, 복합체는 입자와 리간드를 연결하는 결합 부분을 포함할 수 있다. 복합체는 또한 임의로 제 2 결합 부분을 통해, 상기 리간드에 연결된 표지를 포함할 수 있다. 복합체는 입자에 결합된 수많은 리간드를 포함할 수 있다.

결합 부분의 선택은 명백하게 입자 및 리간드의 특성에 따라 좌우된다. 예를 들어, 발명자가 플라스틱 미소구체(입자)상에 핵산 종(리간드)를 포획하기를 원하는 경우, 결합 부분으로서 리간드의 서열 또는 이것의 일부에 상보적인 서열을 갖는 핵산 또는 핵산 유사체 올리고머가 일반적으로 선택될 것이다.

결합 부분은 먼저 입자에 결합된 후 리간드에 대해 친화도를 갖는 종에 결합될 수 있다. 바람직하게, 리간드에 대한 친화도는 선택적인 것으로, 입자와 리간드간의 복합체의 형성을 선택적이게 하며, 일부 또는 전부의 리간드가 확인되게 한다. 바람직하게, 친화도는 매우 특이적이어서, 리간드에 대해 선택적인 친화도를 제공하는 입자에 결합된 결합 부분은 항체나 항체 활성도를 갖는 항체 단편, 항원, 핵산 프로브나 상보적인 핵산 서열에 대해 선택적인 친화도를 갖는 핵산 유사체 프로브, 또는 아비딘이나 스트렙타비딘과 같은 아비딘형 분자일 수 있다.

항체 또는 항체 반응성을 갖는 항체 단편이 특히 바람직하다. 당업자들에게 널리 공지된 플라스틱 미소 비드와 같은 입자의 표면상에 항체를 피복시키는데 적합한 기술이 공지되어 있다. 항체가 피복된 입자는 미생물 세포 또는 일부 다른 리간드상에 존재할 수 있는 상응하는 항원을 인식하여 결합할 수 있다.

상기 미소 비드에 올리고 핵산 프로브를 결합시키기 위한 여러 가지 방법들이 공지되어 있다. 적합한 기술의 예가 WO 93/01499에 기재되어 있다. 결합 부분이 핵산 프로브 또는 핵산 유사체 프로브인 경우, 생성된 입자는 당연히 상보적인 핵산 서열을 인식하여 결합하는데 적합할 것이다.

리간드는 입자의 가시도를 증가시키거나 입자의 검출도를 개선시킬 뿐만 아니라 입자의 TWFM 특징을 변형시킬 수 있게 선택될 수 있다. 예를 들어, 형광단 또는 발색단을 갖는 항체가 입자에 결합될 수 있어, 이렇게 형성된 복합체는 TWFM에 의해 출발 입자와 구별될 수 있으며 형광 또는 색상에 의해 검출될 수 있다.

일반적으로, 변형 입자와 관련하여 사용될 수 있는 기술은 WO 94/16821 에 상세하게 설명되어 있다.

본 발명에 따른 방법은 세포, 예를 들어 박테리아, 포유류, 효모, 및 곤충 세포 또는 바이러스 입자, 및 생물학적 거대분자를 함유하는 샘플의 분리 및 분석을 포함하는 다양한 분석학 적용에서 사용될 수 있다. 세포를 분리하는 현행 방법, 예를 들어, 흐름 세포 계산법은 값비싼 기기, 숙련된 작동자 및 상당한 실험실 수단을 필요로 한다. 이러한 현행 기술은 또한 분리하려는 상이한 세포 개체가 매우 많은 경우 및 관심 세포가 전체 세포중에 극히 적은 비율을 차지하는 경우에는 제한된다. 변형된 생물학적 분자 또는 생물학적 거대분자간의 복합체의 분리 및 분석에 있어서, 사용되는 기술은 전기영동 및 겔 여과 또는 친화성 크로마토그래프를 사용하는 크로마토그래프 분리법을 포함한다. 일부 경우에, 이들 방법에 의해 충분한 분리가 이루어질지라도, 많은 적용에 있어서, 이들 방법은 시간 소모적이며 제한된 분해가 초래된다. 또한, 이들 방법의 사용은 생물학적 복합체간의 평형화에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 겔 여과는 샘플을 상당히 희석시킨다. 일반적으로, 이들 방법으로 처리할 수 있는 샘플 부피는 제한된다.

이하에서 본 발명에 따라 설명되는 방법은 상기 단점의 일부 또는 전부를 해결하려는 것이다.

본 발명에 따른 분석 방법에서 입자와 리간드간의 복합체가 생성되는 경우에, 리간드는 그 자체가 분석의 최종 목적을 위해 존재, 특성 또는 양을 설정해야 하는 물질일 필요가 없다. 이와 같이, 리간드는 분석에 있어서 시약일 수 있으며 분석에서 관심이 되는 물질은 복합체의 또 다른 성분, 예를 들어 결합 부분 또는 입자 자체일 수 있다. 입자가 시약의 처리에 의해 변형되는 경우에, 본질적인 연구 대상은 입자 또는 시약일 수 있다.

이미 설명한 TWFM의 방법은 정상적으로 위상화된 전기장을 가한 직선형의 평행 전극 배열을 사용하여 수행되어, TWFM 경로를 따라 전극 4개씩이 같은 위상이다. 이러한 주기성은 생성된 진행파 전기장의 유효 파장 길이를 한정한다. 본 발명자들은 이러한 파장 길이가 최적으로는 TWFM하에서 이동하는 입자의 평균 직경의 약 10배, 예를 들어 5 내지 20배, 바람직하게는 8 내지 12배인 것으로 추정하였다. 거의 원형이 아닌 입자에 있어서, 중요한 것은 TWFM 이동에 대한 횡방향으로의 길이이다.

전극은 요구되는 크기에 따라, 미소 구조물을 패터닝(patterning)시키고 제조하기 위한 표준 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어 전극은 다음과 같은 기술에 의해 제조될 수 있다:

- 스크린 프린팅;

- 전극 물질의 침착(예를 들어 전기도금 또는 스퍼터 침착에 의함) 후 하기의 패터닝 기술 중 하나를 수행:

전자광을 사용한 직접 라이팅(writing) 후 에칭(예를 들어 습윤 화학적 에칭, 건조 플라즈마 에칭 또는 초점 이온광 에칭);

사진평판 기술적으로 형성된 마스크를 통한 노출에 의한 라이팅 후 에칭 (상기 마스크는 예를 들어 가시광선, 자외선, X선 또는 전자광 석판인쇄에 의해 형성될 수 있다);

엑시머 레이저 절제;

- 패터닝 후 전극 물질의 침착 (X선 LIGA 공정에서와 같이 수행)

본 발명은 또한 첨부된 도면을 참고로 하여 이하에서 장치 및 방법에 대해 상세히 설명되고 예시될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 제 1 구체예를 도시하고 있다.

도 2는 도 1의 장치의 전기적 연결을 개략적으로 도시하고 있다.

도 3은 다수의 분리단이 평행으로 배열된, 본 발명에 따른 제 2 구체예를 도시하고 있다.

도 4는 다수의 분리단이 직렬로 배열된, 본 발명에 따른 제 3 구체예의 투시도이다.

도 5는 도 4의 장치의 흐름 도식 및 전극 배치를 나타낸 평면도이다.

도 6은 다수의 분리단이 직렬로 배열된, 본 발명에 따른 제 4 구체예를 도시하고 있다.

도 7은 도 6의 장치의 흐름 도식 및 전극 배치를 나타낸 평면도이다.

도 8은 도 4 또는 도 6의 장치에 적용가능한 변형 형태를 나타낸 개략적인 투시도이다.

도 9는 도 4 또는 도 6의 장치에 적용가능한 또 다른 변형 형태를 나타낸 개략적인 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치의 제 1 구체예는 플라스틱판과 같은 절연 물질로 된 띠모양의 가요성 기판(10)를 포함하며, 기판 위에는 기판(10)의 폭만큼 거리를 두고 서로 평행하기 뻗어있는 전도성 전극(12)이 미세한 간격으로 형성되어 있거나 프린팅되어 있다. 기판(10)은 원통처럼 둥글게 말려져서 원통형 하우징(14)내에 장착된다. 배출관(16)은 둥글게 말린 기판(10)의 중앙부와 연결되는 장치의 배출 단부에 제공된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 장치의 전극은 전극 4개씩이 4개의 전압선 (1,2,3,4) 중 하나에 공통으로 연결되도록 와이어링(wiring)된다. 다음 전압선과 이전 전압선간의 위상차가 90°, 즉 0°, 90°, 180° 및 270°의 위상에 있는 전압선 각각에 사인파 전압이 가해진다.

분리하려는 입자를 함유하는 액체는 하우징(14)의 단부(18)에 유입되고, 기판(10) 롤의 중앙부 사이의 공간을 통해 스며들어 하우징의 배출 단부(20)으로 빠져나갈 수 있다. 도 2에 도시된 연결체를 통해, WO 94/16821에 설명된 방식으로 전극(12)에 진행파 전기장을 가하면 장치의 중앙을 향해서 전극(12)의 배열에 대한 액체중의 선택된 입자의 진행파 전기장 이동이 이루어지게 조정할 수 있다. 관련 입자에 따라, 혼합물중에서 별도의 입자군이 장치의 외부를 향해 반대 방향으로 이동하도록 선택되는 진행파 전기장 이동 조건을 조정하는 것이 가능할 수 있다. 대안적으로, 상기의 상이한 제 2 입자군이 진행파 전기장에 의해 영향받지 않을 수 있다.

이러한 방식으로, 선택된 입자는 장치의 중앙에 집중되어 배출관(16)을 통해 유출된다. 물론, 배출관(16)으로부터의 유출물은 제 2 단으로서 작용하는 후속되는 유사 장치에 대한 유입 유체로서 도입될 수 있고 이러한 과정은 막연하게 반복되어 충분히 분리된 입자를 수득할 수 있다. 당연히, 장치의 중앙에 집중된 입자는 관심되는 입자일 수 있거나, 샘플로부터 제거하려는 입자(이때, 주요 흐름중에 관심의 입자는 남겨둠)일 수 있다.

임의로, 장치의 배출 단부(20)로부터의 유출물은 유입 단부(18)로 재순환되어 원하는 군중의 입자가 중앙으로 이동되고 이 입자가 배출관(16)에 도달하는 기회를 제공한다.

도 3에 도시된 구체예는 기판(22)의 길이를 따라 서로 평행하기 뻗어있는 전극 배열(24)를 갖는 평평한 기판(22)를 각각 포함하는 선형 분리기열을 포함하여 각각의 분리단내에 기판(22)의 폭만큼 거리를 두고 있는 사닥다리형 전극을 형성하고 있다. 흐름 전환기(26)은 제 1 배출구(28)을 제 2 배출구(30)로부터 분리시키는 작용을 하여 배출구(28)이 분리단의 왼쪽편 아래로 흐르는 액체를 수집하고 배출구(30)이 오른쪽편 아래로 흐르는 액체를 수집하게 한다.

2가지 군의 입자를 함유하는 액체가 기판(22) 위의 단의 상부에 도입되어 분리기(26)을 향해 전극을 거쳐 기판 아래로 흐르는 경우, 진행 전기장이 이전에 설명된 방식으로 전극에 가해져서 1가지 군의 입자가 왼쪽에 있는 전극 배열에 위치하게 하고 다른 군의 입자는 오른쪽에 있는 전극 배열에 위치하게 하거나 영향받지 않게 한다. 이러한 방식으로, 배출구(28)을 통과한 유출물은 1가지 군의 입자로 부화될 것이고 배출구(30)을 통과한 유출물은 다른 군의 입자로 부화될 것이다. 제 1 군의 입자에 다른 특정 입자의 자취가 화살표(32)로 도시되어 있다. 예시된 상기 유형의 수많은 유사한 단의 설비는 다량의 액체가 처리될 수 있게 한다. 2개의 배출구(28 및 30) 중 어느 하나로부터의 유출물은 추가 분리를 위한 유사한 장치의 유입구로 진행될 수 있다.

도 4와 5에 도시된 장치 및 도 6과 7에 도시된 장치는 본질적으로 유사하며 함께 설명될 수 있다. 각각은 직사각형(평면체) 공동(42)를 규정하고 있는 하우징(40)을 갖고 있으며, 공동(42)의 한쪽에는 유입구(44)가 있고 다른 한쪽에는 배출구(46)이 있어서, 이 공동이 유입구와 배출구 사이의 흐름 경로를 형성하게 된다. 이러한 흐름 경로를 따라 다수의 흐름 전환기(48)가 일정 거리로 배치되어 있으며, 흐름 전환기 각각은 하우징의 측벽내에 배출구(50)와 연결되어 있다. 도 4의 장치에서, 유입구(44) 및 배출구(46)은 하우징(40)의 한쪽 측면에 있고, 모든 흐름 전환기(48)은 모든 배출구(50)이 위치하고 있는 반대쪽으로 흐름이 빗나가게 한다. 도 6의 장치에서, 유입구(44) 및 배출구(46) 모두는 하우징의 중심선상에 있으며 흐름 전환기는 하나씩 걸러 하우징의 반대쪽으로 유도된다.

사닥다리형 전극(52)는 각각 하우징(40)의 길이로 제공되며, 모두 평행하게 등거리로 위치하고 있다. 이 전극들은 앞서 설명한 것과 같은 방식으로, 도 5에 도시된 바와 같이 4개의 세트로 와이어링된다. 일반적으로 도시된 것 보다 더 많은 전극이 존재할 것이다.

집중시키거나 분리시키려는 입자를 함유하는 액체는 유입구(44)를 통해 유입되고 중력에 의하거나 펌프의 사용에 의해 장치를 통과하여 흐를 것이다.

전극에 가해지는 진행파 전기장은 주요 흐름으로부터 제 1 부류의 입자를 한쪽으로 인입시키는데 사용될 수 있다. 도 6에서, 2가지 부류의 입자는 서로 반대 방향으로 떨어져서 인입될 수 있다. 이들 입자는 배출구(50)을 통해 배출될 수 있으며, 도 5와 7에 도시된 바와 같이 유입구로 다시 재순환될 수 있다. 전기장에 의해 영향받지 않는 제 3 부류의 입자는 배출구(46)으로부터 순수하거나 증가된 농도의 입자로 수집될 수 있다.

장치를 통과하는 흐름은 연속적이거나 단속적일 수 있는데, 단속적일 때 입자가 전기장의 영향하에서 옆길로 이동하는 시간이 제공되는 동안에 멈추게 된다.

도 8에는 하우징(40)의 평면으로부터 폐쇄 회로내로 도 4 또는 6의 장치를 구부림으로써 (개념적으로) 형성되는 장치가 도시되어 있다. 유입구/배출구(44)는 샘플을 유입시키는데 사용될 수 있다. 장치를 둥글게 구부림으로써, 중력은 전극과 평행하게 샘플의 흐름을 제공하는데 사용될 수 있다. 전극에의 연결은 중심 회전 접촉을 통해서 이루어질 수 있다. 샘플은 유입구/배출구(40) 및 배출구(50)을 통해 배출되기 전 및 샘플내의 입자가 진행 전기장의 적용에 의해 분리된 후에 장치 주위를 셀수 없이 많이 통과할 수 있다.

유사하게, 도 9에 도시된 장치는 하우징(40)의 평면에서, 원내로 도 4 또는 6의 장치를 구부림으로써 개념적으로 형성될 수 있다. 일단 다시 유입구(44) 및 배출구(46)이 결합된 유입구/배출구(44)에 의해 대체될 수 있거나 이들은 장치의 반대면상에 배열될 수 있다. 샘플이 유입될 수 있으며, 장치는 기울어지고 가압되어(오비탈 쉐이커를 사용), 가능하게는 장치의 다수 회로를 만든 후에, 샘플이 유입구/배출구(45) 및 배출구(50)을 통해 배출될 때까지 중력 유도 흐름을 제공할 수 있다.

도 4 내지 9에 도시된 장치의 각각의 형태에서, 샘플이 직렬로 된 다수의 분리단에 가해져 부분적으로 정제된 입자가 매번 다음 단에 제공되고 점차적으로 분리는 증가하게 된다. 측면 배출구(50)으로부터의 흐름은 원하는 경우 도 5 및 7에 도시된 유입구에 재순환될 수 있다.

도 4 및 6에 도시된 유형의 분리 유닛은 직렬로 연결될 수 있어 상이한 전기적 조건이 각각 적용되어 통과 흐름으로부터 다른 입자가 제거될 수 있게 한다.