14. 압력 발생기 — 펌프 대신 누르는 힘으로 민다 · Dr. Yoo's mRNA Vaccine Synthesiser Mechanism, First Steps

이 기계는 액체를 옮길 때 연동펌프를 씁니다. 그런데 LNP 를 만드는 자리에서만 방식이 바뀝니다 — 압력으로 밉니다.

The combined pressure controller (Flow EZ, 0–2000 mbar) and the flow
monitoring module (FLOW UNIT, 0–1000 μL/min) from Fluigent (France) were used for
constant ﬂow control in the LNP encapsulation process.

까닭은 5강에서 본 맥동입니다. 지질과 물이 만나는 그 한 점에서 유량이 출렁이면 입자 크기가 출렁입니다. 압력으로 밀면 맥동이 없습니다.

배관 굵기와 길이를 바꿔 보세요. 같은 유량을 내는 데 필요한 압력이 확 달라집니다.

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배관만으로는 압력이 얼마 안 듭니다. 칩이 대부분을 먹습니다 — 그래서 칩을 바꾸면 압력 설정도 다시 잡아야 합니다.

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# 900 µL/min 을 흘리려면 압력이 얼마나 필요한가 — 하겐-푸아죄유
import numpy as np

def dP_mbar(Q_uL_min, d_mm, L_cm, mu=1.0e-3):
    Q = Q_uL_min * 1e-9 / 60            # m³/s
    r = d_mm / 2 * 1e-3                 # m
    L = L_cm * 1e-2                     # m
    dP = 8 * mu * L * Q / (np.pi * r ** 4)
    return dP / 100                     # Pa → mbar

print("물 900 µL/min 을 흘릴 때 필요한 압력 (mbar)")
print("%-10s %-12s %-12s %-12s" % ("안지름", "20 cm", "50 cm", "100 cm"))
for d in (0.10, 0.25, 0.50, 1.00):
    print("%6.2f mm %11.1f %12.1f %12.1f"
          % (d, dP_mbar(900, d, 20), dP_mbar(900, d, 50), dP_mbar(900, d, 100)))
print()
print("배관만 보면 2000 mbar 는 과해 보인다. 그런데 실제로는")
print("  · 칩 안의 헤링본 홈이 훨씬 좁고 (여기서 대부분의 압력을 먹는다)")
print("  · 에탄올 쪽은 점성이 물의 약 1.2배")
print("  · 여유 없이 설계하면 유량을 못 올린다")
print("→ Flow EZ 0–2000 mbar 는 '칩을 포함한' 값이다.")

살 수 있는 압력 제어기

부품	내용	값
Fluigent Flow EZ LU-FEZ-2000 (논문의 것)	정확도 FS의 0.25% · 응답 30 ms · 안정도 0.1% · 공급압 2100 mbar 이상 필요	견적 문의
Elveflow OB1 MK4	1~4채널 · 0~2000 / 0~8000 mbar 등 · 안정도 FS의 0.015%	견적 문의
PreciGenome PG-MFC	칩과 함께 파는 저가 계열	견적 문의
~~Dolomite Mitos P-Pump~~	단종 — Unchained Labs 가 Dolomite 제품군을 접었습니다	—
SMC ITV2030 등 비례 전공압 레귤레이터 + PID	직접 만드는 길	$400~600 (미확인)

압력원도 부품입니다. 2000 mbar 를 쓰려면 2100 mbar 이상의 깨끗하고 마른 기체가 있어야 합니다 — 무급유 컴프레서 + 필터/드라이어, 또는 질소 봄베 + 2단 레귤레이터. 그리고 시약을 담을 가압 저장통(캡) 이 따로 필요합니다.

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