12. 자석 — 원심분리기를 통째로 들어낸 부품 · Dr. Yoo's mRNA Vaccine Synthesiser Mechanism, First Steps

비드에 붙은 것을 건져 올리는 일은 보통 원심분리기가 합니다. 그런데 원심분리기는 상자 안에 넣을 수 없습니다 — 크고, 무겁고, 튜브를 사람이 옮겨 꽂아야 합니다.

자성 비드를 쓰면 그 일이 자석 한 개로 바뀝니다. 논문의 Fig. 4c 는 비드가 90초 안에 모인 사진입니다.

자석까지의 거리와 비드 크기를 밀어 보세요. 모이는 데 걸리는 시간이 급격히 달라집니다.

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자기력은 자기장의 기울기에 붙습니다. 그래서 거리가 자석의 세기보다 자주 더 중요합니다.

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# 비드가 자석으로 끌려가는 시간 — 거리가 조금만 멀어도 확 느려진다.
# 자기력은 B가 아니라 'B 기울기' 에 붙는다: F ∝ ∇(B²) ≈ 1/r^4 (막대자석 근처, 어림)
import numpy as np

eta = 1.0e-3          # 물의 점성 Pa·s
def t_capture(r_mm, d_um, ref_t=90.0, ref_r=2.0, ref_d=2.8):
    """기준(거리 2 mm · 지름 2.8 µm 에서 90초)에 견준 상대 시간."""
    # 힘 ∝ 부피(d³) × 기울기(1/r⁴),  속도 ∝ 힘/지름(d)  →  속도 ∝ d² / r⁴
    v_rel = (d_um / ref_d) ** 2 / (r_mm / ref_r) ** 4
    return ref_t / v_rel

print("%-12s %-12s %-14s" % ("거리", "비드 지름", "모이는 시간"))
for r in (1, 2, 4, 8):
    for d in (2.8,):
        print("%8.0f mm %9.1f µm %12.0f 초" % (r, d, t_capture(r, d)))
print()
for d in (1.0, 2.8, 4.5):
    print("지름 %.1f µm → %6.0f 초 (거리 2 mm)" % (d, t_capture(2.0, d)))
print()
print("거리가 2배면 시간이 16배다. 그래서 '자석을 얼마나 가까이 붙이느냐' 가")
print("자석의 세기보다 중요할 때가 많다 — 껍데기 벽 두께가 여기서 값을 한다.")

살 수 있는 자석과 자석 거치대

부품	내용	값
K&J BX082	1 × 1/2 × 1/8 in 막대, N42	$2.68 (수량 시 $2.14)
K&J BX084	1 × 1/2 × 1/4 in 막대, N42	$4.67 (수량 시 $3.73)
Thermo DynaMag-2 (12321D)	1.5~2 mL 튜브 16개 · 작동 위치에서 3500~3700 gauss · 비드 1~4.5 µm	한국 페이지 ₩1,070,000
Alpaqua Magnum FLX	96웰 · Solid-Core 링 자석	견적 문의

복제할 때 쓸 만한 설계 목표가 DynaMag-2 의 규격에 들어 있습니다 — 작동 위치에서 0.35~0.37 T. 3D 프린팅 껍데기의 벽 두께를 정할 때 이 값을 튜브 벽에서 맞추도록 자석 크기를 고르면 됩니다.

N42 와 N52 의 차이는 잔류자속밀도 13.2 vs 14.8 kGs 정도입니다. N52 를 쓰면 같은 세기를 더 작은 자석으로 낼 수 있습니다 — 껍데기를 얇게 만들고 싶을 때 값을 합니다.

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