3. 진동 IVT — 150 µL 를 3.8 m 관 속에서 왕복시킨다 · Dr. Yoo's On-Demand mRNA Synthesiser, First Steps II

이 논문에서 가장 낯선 발상입니다. 반응액을 관 속에 넣고 왕복시킵니다.

[공기] [물] [ 반응액 150 µL ] [물] [공기]      ← 다섯 토막 플러그
        ↑                              ↑
      믹서 A                        믹서 B
        └──────  모세관 3.8 m  ──────┘
              ← 앞으로 → ← 뒤로 → ← 앞으로 → …

반응액은 두 개의 세르펜타인 마이크로믹서 사이를 오갑니다. 한쪽 끝에 닿으면 분광계가 그것을 보고 밸브를 뒤집습니다. 다시 반대쪽으로. 60분 동안.

다섯 토막 플러그가 하는 일

토막	무엇	왜
바깥 공기	공기 간격	밀어 주는 액체와 섞이지 않게 막는다
물 (핵산분해효소 없는)	완충 토막	반응액이 관 벽에 묻어 흩어지는 것을 줄인다
반응액 150 µL	알맹이	주형+NTP+캡 75 µL 와 T7+완충액 75 µL 를 1:1 로 동시 주입

핵심은 반응액이 관 전체를 채우지 않는다 는 것입니다. 150 µL 짜리 덩이 하나가 움직입니다. 그래서 “흐름 반응기” 인데도 체류시간이 정확히 정해집니다 — 덩이가 관 안에 있던 시간이 곧 반응 시간입니다.

왕복 횟수와 유속을 밀어 보세요. 같은 관 길이로 체류시간이 얼마나 늘어나는지 보입니다.

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왕복이 관 길이를 몇 배로 늘려 주는지 계산합니다.

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# 3.8 m 관에서 60분 체류시간을 어떻게 만드나
import numpy as np

L_m       = 3.8
d_mm      = 1.0
q_capil   = 100.0        # µL/min — 모세관 유속
q_mixer   = 1000.0       # µL/min — 믹서 유속

area_mm2  = np.pi * (d_mm / 2) ** 2
V_uL      = area_mm2 * L_m * 1000          # mm^2 × mm = mm^3 = µL
print("모세관 내부 부피: %.0f µL" % V_uL)

one_pass_min = V_uL / q_capil
print("한 번 지나가는 데: %.1f 분" % one_pass_min)
print("60분을 채우려면 왕복 %.1f 회" % (60 / one_pass_min))
print()

# 연속흐름이었다면 관이 얼마나 길어야 하나
need_uL = q_capil * 60
need_m  = need_uL / area_mm2 / 1000
print("왕복 없이 60분을 얻으려면 관 길이 %.1f m 가 필요하다 (%.1f 배)" % (need_m, need_m / L_m))

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반응액을 왕복시키는 가장 직접적인 이득은?

🤔 Check yourself

반응액 양옆에 물과 공기 토막을 두는 까닭은?