5. 분광계가 밸브를 뒤집는다 — 시간을 흐름으로 정하기 · 유박사의 mRNA 즉석 합성기 첫걸음 II

왕복시키려면 언제 뒤집을지 를 알아야 합니다. 두 방법이 있습니다.

시계로 (열린 제어)

“38초마다 뒤집는다” 로 정합니다. 펌프가 조금 느려지거나 관에 기포가 끼면 덩이가 관 밖으로 밀려 나갑니다. 그러면 그 배치는 끝입니다.

보고서 (닫힌 제어)

인라인 분광계가 액체와 공기의 경계를 봅니다. 경계가 지나가면 뒤집습니다. 펌프가 흔들려도 덩이는 늘 정해진 구역 안에 있습니다.

논문의 표현으로는 “프로그램된 반응 구역 안에 플러그 위치를 유지” 입니다. 이 한 문장이 흐름 화학에서 자동화가 성립하는 조건입니다.

펌프의 흔들림을 키워 보세요. 시계 제어와 센서 제어가 어떻게 달라지는지 보입니다.

불러오는 중…

흔들림이 쌓이는지 안 쌓이는지가 두 제어 방식의 진짜 차이입니다.

Python 브라우저에서 실행

# 펌프 유량이 ±5% 흔들릴 때, 시계 제어와 센서 제어의 차이
import numpy as np
rng = np.random.default_rng(21)

zone_uL   = 3000.0     # 왕복 구역 부피
q_nom     = 100.0      # µL/min
n_rev     = 60         # 60분 동안 뒤집는 횟수 (대략)
t_fixed   = zone_uL / q_nom     # 시계 제어가 쓰는 고정 시간(분)

for jitter in (0.0, 0.02, 0.05, 0.10):
    pos = 0.0; over = 0
    for _ in range(n_rev):
        q = q_nom * (1 + rng.normal(0, jitter))
        moved = q * t_fixed
        pos += moved - zone_uL          # 목표보다 더/덜 간 만큼 누적
        if abs(pos) > zone_uL * 0.5:
            over += 1; pos = 0.0        # 구역을 벗어남
    print("유량 흔들림 ±%3.0f%% → 시계 제어: 구역 이탈 %2d 회 / %d" % (jitter * 100, over, n_rev))
print()
print("센서 제어: 경계를 직접 보므로 이탈 0 회. 흔들림이 누적되지 않는다.")
print("→ 차이는 '정확도' 가 아니라 '오차가 쌓이느냐' 다.")

최적 조건 한 줄

무엇	값
믹서 유속	1 mL/min
모세관 유속	100 µL/min
체류시간	60 분
T7 RNA 중합효소	5 U/µL
Mg²⁺	20 mM
캡 유사체 : NTP	4 : 5
온도	37 °C

I 권의 조건과 견줘 보면 재미있습니다. I 권은 rGTP 를 굶겨서 캡을 넣었습니다 (캡 0.375 : rGTP 0.225). 여기는 캡 : NTP 전체가 4 : 5 입니다 — 훨씬 넉넉합니다. 논문은 오히려 “배치보다 낮은 캡 조건에서도 발현이 더 좋아졌다” 고 적습니다.

🤔 확인 문제

인라인 분광계가 이 시스템에서 하는 일은?

🤔 확인 문제

섞임이 좋아지면 캡 유사체를 덜 써도 되는 까닭은?