6. 플런저 펌프 — 흔들지 않고 섞는다 · Dr. Yoo's mRNA Vaccine Synthesiser Mechanism, First Steps

비드가 든 반응액은 가만두면 가라앉습니다. 그래서 계속 섞어야 합니다. 보통 실험실에서는 진동 배양기(oscillating cultivator) 에 튜브를 꽂아 흔듭니다.

논문은 그것을 쓰지 않았습니다.

A traditional oscillating cultivator mixes liquid in a constant shaking reaction
tube, which requires cumbersome external hardware. The proposed platform adopted a plunger pump
instead, further decreasing the size of the whole prototype.

흔드는 대신 빨았다 뱉습니다. 튜브는 가만히 있고 액체만 오갑니다.

빨고 뱉는 횟수와 속도를 밀어 보세요. 고르게 섞이는 정도와 드는 시간이 함께 바뀝니다.

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섞임은 지수적으로 좋아집니다. 그래서 열여섯 번이면 충분하고, 그 위로는 시간만 듭니다.

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# 빨았다 뱉기를 몇 번 하면 고르게 섞이나 — 지수적으로 다가간다.
import numpy as np

V_rxn, V_stroke = 200.0, 100.0        # 반응액 200 µL, 한 번에 100 µL 빤다 (가정)
f = V_stroke / V_rxn                   # 한 번에 건드리는 비율

print("한 번에 %d µL / %d µL = %.0f%% 를 섞는다" % (V_stroke, V_rxn, f * 100))
print()
print("%-8s %-14s" % ("횟수", "안 섞인 비율"))
for n in (1, 2, 4, 8, 16, 32):
    left = (1 - f) ** n
    print("%-8d %12.4f %%" % (n, left * 100))
print()

# 시간은? (한 번 왕복에 걸리는 시간 × 횟수)
for speed_uL_s in (50, 200, 500):
    t = 2 * V_stroke / speed_uL_s      # 왕복
    print("속도 %3d µL/s → 왕복 %.1f 초, 16회에 %.0f 초" % (speed_uL_s, t, t * 16))
print()
print("빠르게 빨면 시간은 줄지만, 비드와 mRNA 에 주는 전단력이 커진다.")
print("논문은 '최적화된 파라미터' 라고만 적고 그 값을 밝히지 않았다.")

살 수 있는 플런저 펌프

갈래	제품	대략의 값
실험실 등급	Kloehn(Norgren) V6 · Tecan Cavro XLP 6000 · Hamilton PSD	견적 문의
싼 등급	Runze SY-01B 계열	미확인
오픈소스	poseidon (Pachter lab, Sci Rep 2019)	펌프 한 대 $37.91 · 3대 $174.87
오픈소스	Pi-seq 다채널 (HardwareX 2024)	€600 미만

강의용 복제기에는 poseidon 을 권합니다. 논문으로 검증됐고, 도면과 코드가 공개돼 있으며, NEMA-17 스테퍼 + 리드스크류라는 자석을 움직이는 기구(13강)와 똑같은 구조입니다. 학생이 같은 메커니즘을 두 번 만들면서 익힙니다.

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