계면 교환 셀
계면 교환 셀(Interfacial Exchange Cell)은 유변물성 측정 도중에 하부 액상층(하위 위상)의 구성을 직접 조작하는 기능을 제공함으로써 TA Instruments의 계면 유변물성 특허 제품을 확장합니다. 고유 기능을 통해 수정한 하위 위상 구성에 대한 계면 반응을 특성화할 수 있으므로 pH, 염분, 약물 농도 등의 변화 효과를 수량화하거나 새로운 단백질, 계면활성제, 다른 활성 성분을 소개할 가능성이 열립니다.
기술
계면 교환 셀은 이중벽 링 구조, 주입구 및 토출구 포트가 있는 교환 셀 용기, 컴퓨터로 제어하는 주사식 펌프 세 요소로 구성됩니다. Schroyren 등 공저의 컴퓨터를 이용한 유체 동적 시물레이션 (1)에 기반을 둔 셀 디자인은 일정한 계면 높이를 유지하고 계면에서 셀로 펌핑하는 유체로부터의 응력을 최소화하면서 구성 균일성을 극대화하려고 최적화하였습니다.
(1) Schroyen et. al., Rheologica Acta, Volume 56, Issue 1, pp1-10
교환 셀 용기
교환 셀 용기
특별히 설계한 이중벽 계면 용기 (2)는 유변물성 측정 도중에 하위 위상을 교환하기 위해 전략적으로 배치한 유체 주입구 및 토출구 포트가 특징입니다. 실험 도중 셀 하부에 있는 네 포트를 통과하여 새 하위 위상이 들어오는 한편 유체/유체 접점 아래에 있는 네 포트를 통해 동일 용량이 동시에 제거됩니다. 이처럼 교환이 동시에 발생하고 용기 디자인의 균형이 잡혀 있기에 균일한 주입과 토출이 보장되므로 테스트 도중 하위 위상의 접점 위치가 항상 일정합니다.
(2) 미국 특허번호 7,926,326
이중벽 링
이중벽 링
계면 교환 셀은 관성이 매우 낮은 이중벽 링을 측정 기하학으로 사용합니다. 지름이 큰 다이아몬드 모양의 횡단면은 접점을 링에 “핀” 방식으로 고정하는 것이 특징으로, 이중벽 링은 민감한 양적 계면 유변물성 데이터에서 선호하는 플랫폼입니다.
주사식 펌프
주사식 펌프
TRIOS 소프트웨어를 통해 직접 제어하고 프로그래밍하는 동시 주입/토출 주사기 펌프에 의해 하위 위상 교환이 정확히 실행됩니다. 양쪽에 있는 주사기 한 쌍은 늘 일정한 계면 높이를 유지하면서 하위 위상 용량을 완전하고 균일하게 교환하도록 해 줍니다. 일반적으로 분당 6mL 유속으로 셀 내부의 하위 위상 용량을 8분 안에 완전히 교환할 수 있습니다.
응용 분야
비눗물의 주입 조절
유분/수분 접점에서 흡수되는 단백질 네트워크의 계면 강도는 pH, 염분 농도 같은 요인과 계면활성제의 존재로 인해 영향을 받을 수 있습니다. 이 예에서는 인산염 완충 생리식염수와 도데칸 사이의 접점에서 강력하고 안정적인 소혈청 알부민 네트워크가 형성되었습니다.
다음으로 하위 위상의 완충액과 매우 희석된 비눗물이 교환됩니다. 비눗물을 주입한 지 몇 분 안에 단백질 접점의 심한 파괴를 반영하며 계면 탄성계수가 몇 자릿수 떨어집니다. 계면활성제가 들어와 표면 장력이 낮아지고 접점에서 단백질 분자를 대체합니다. 시간이 지나 접점에 계면활성제가 꾸준히 누적되면 조산 변위 또는 위상 분리 과정을 통해 원래 단백질 경계면의 처참한 파괴를 초래합니다.
리소스
“A versatile subphase exchange cell for interfacial shear rheology”, B. Schroyen, D. Z. Gunes, J. Vermant, Rheologica Acta, 2017, Volume 56 (1), pp 1-10
웹 세미나: Interfacial Rheology by Prof. Gerry Fuller, Stanford University
