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WO2025071365A1 - 흐름 반응기 및 이를 포함하는 생물학적 고분자 합성 시스템 - Google Patents

흐름 반응기 및 이를 포함하는 생물학적 고분자 합성 시스템 Download PDF

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Publication number
WO2025071365A1
WO2025071365A1 PCT/KR2024/014797 KR2024014797W WO2025071365A1 WO 2025071365 A1 WO2025071365 A1 WO 2025071365A1 KR 2024014797 W KR2024014797 W KR 2024014797W WO 2025071365 A1 WO2025071365 A1 WO 2025071365A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reactor
biological polymer
fluid
solid support
synthesis system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/KR2024/014797
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
장명훈
최재순
최민혁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Biosensor Laboratories Inc
Sp2 Tx Inc
Original Assignee
Biosensor Laboratories Inc
Sp2 Tx Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Biosensor Laboratories Inc, Sp2 Tx Inc filed Critical Biosensor Laboratories Inc
Priority claimed from KR1020240131849A external-priority patent/KR20250047637A/ko
Publication of WO2025071365A1 publication Critical patent/WO2025071365A1/ko
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07K—PEPTIDES
    • C07K1/00—General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
    • C07K1/04—General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length on carriers

Definitions

  • the present invention relates to a flow reactor and a biological polymer synthesis system.
  • Peptide drugs generate billions of dollars in sales annually in the fields of diabetes, obesity, and oncology, and are expanding into the development of new drugs for emerging diseases such as cardiovascular and neurodegenerative diseases.
  • peptides which is a shortcoming of short half-life in the body, has been solved by methods such as the introduction of unnatural amino acids.
  • Various peptide drugs with a dosing cycle of more than one week are already on the market, and many candidates for oral administration are undergoing clinical trials with the U.S. Food and Drug Administration. Accordingly, the production demand for peptide drugs is increasing by nearly 10% every year, and there is an urgent need for a new synthesis platform to respond to increased productivity and ESG issues such as regulations on the use of DMF used in traditional chemical synthesis methods.
  • Peptide drugs are largely manufactured using biological or chemical methods. Biological methods using genetically modified plants or animals have the disadvantage that it is difficult to produce peptide drugs with extended half-lives using non-natural amino acids or PEGylation, which are recent trends, and that it is difficult to remove various endogenous contaminants derived from organisms or exogenous contaminants generated during the process.
  • SPPS Solid Phase Peptide Synthesis
  • reactors In order to increase the production capacity of various biological polymers including peptides, various types of reactors are being studied in the SPPS field. Representative reactors include batch type reactors and flow type reactors. For mass synthesis, batch type reactors have been gradually scaled up from 10-50 mL to 100-500 L units, and various solutions have been improved for transfer, stirring, pressure control, and filtering methods. In laboratory scale, flow reactors have recently been introduced, and it has been shown that rapid peptide synthesis with high purity and yield is possible.
  • batch reactors have problems such as differences in temperature transfer and time until uniform mixing between the center and surface of the reaction solution because the reactor size varies depending on the reaction scale, and low reproducibility of reaction temperature/mixing, making it difficult to control yield and quality due to reproducibility.
  • a general flow reactor has the advantage of excellent reaction reproducibility as it passes through a tubular reactor and is mixed at high speed to increase the reaction surface area, thereby inducing uniform temperature transfer and chemical reaction, and easy quality control and yield control due to high reaction reproducibility.
  • the currently developed flow reactor has the advantage of rapid synthetic reaction, but has the problem of a back pressure of 30-50 bar when using 200 mg PS/DVB. This high back pressure clearly shows that the synthetic scale cannot be significantly increased.
  • the flow reactor developed by Vapourtek in the UK solved the high back pressure, which is a disadvantage of packed bead-type resin, by using an adjustable syringe, but has a very small usable flow rate, and it has limitations in that it is difficult to significantly increase the synthetic scale due to the nature of pressure control using a syringe.
  • the present invention aims to provide a SPPS type flow reactor having improved synthesis efficiency and yield and high durability and stability, and a biological polymer synthesis system including the same.
  • One embodiment of the present invention provides a biological polymer synthesis system, comprising: a mixing tank in which at least one of an amino acid, a reagent, and an additive is mixed; a reactor into which a fluid discharged from the mixing tank is introduced; a temperature controller disposed between the mixing tank and the reactor to control a temperature of the fluid introduced into the reactor; and a pump providing a driving force so that the fluid flows from the mixing tank to the reactor, wherein the reactor comprises a column having an inlet through which the fluid is introduced and an outlet through which the fluid is discharged; and a composite solid support disposed inside the column.
  • the flow reactor of the present invention and the biological polymer synthesis system including the same can provide a biological polymer synthesis process with improved efficiency and yield.
  • the biological polymer synthesis system has the characteristics of using a flow reactor loaded with a composite solid support, exhibiting a low pressure drop even at a high flow rate, and maintaining excellent efficiency and yield even in a variety of fluid temperature ranges.
  • the flow reactor of the present invention and the biological polymer synthesis system including the same have improved overall durability and stability of the equipment and can precisely control the process.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a biological polymer synthesis system according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a drawing illustrating the reactor of Figure 1.
  • Figure 3 is a graph measuring pressure drop according to flow rate to compare the reactor of the present invention with a comparative example.
  • Figure 4 is a graph measuring the pressure drop according to the size of the reactor of the present invention.
  • Figures 5 and 6 are graphs measuring the pressure drop according to temperature in the reactor of the present invention and a comparative example.
  • Figure 7 shows the appearance of the core substrate before coating
  • Figure 8 shows the appearance of the composite solid support.
  • Figures 9 to 11 show HPLC graphs for ACP synthesized according to flow rate using a composite solid support according to one specific example.
  • One embodiment of the present invention provides a biological polymer synthesis system, comprising: a mixing tank in which at least one of an amino acid, a reagent, and an additive is mixed; a reactor into which a fluid discharged from the mixing tank is introduced; a temperature controller disposed between the mixing tank and the reactor to control a temperature of the fluid introduced into the reactor; and a pump providing a driving force so that the fluid flows from the mixing tank to the reactor, wherein the reactor comprises a column having an inlet through which the fluid is introduced and an outlet through which the fluid is discharged; and a composite solid support disposed inside the column.
  • the composite solid support may include a core substrate and a functional coating positioned on the core substrate.
  • the composite solid support can be self-standing when the fluid passes through the column.
  • the composite solid support may have a loading density of the functional coating of 0.01 mmol/g to 2 mmol/g.
  • the pressure drop between the inlet and the outlet may be 10 bar or less at a flow rate of 40 C.V/min or less.
  • the pressure drop may be measured based on the pressure difference generated at the inlet and outlet of an empty column.
  • the flow rate can be expressed in C.V (Column Volume) per minute, and the reactor has a flow rate of 40 C.V/min or less, specifically 40 C.V/min or less, 30 C.V/min or less, 20 C.V/min or less, 0.1 C.V/min to 40 C.V/min, 1 C.V/min to 40 C.V/min, 5 C.V/min to 40 C.V/min, 10 C.V/min to 40 C.V/min, 15 C.V/min to 40 C.V/min, 20 C.V/min to 40 C.V/min, 25 C.V/min to 40 C.V/min, 30 C.V/min to 40 C.V/min, 35 C.V/min to 40 C.V/min, 0.1 C.V/min to 30 C.V/min, 1 C.V/min to 30 C.V/min, 5 C.V/min to 30 C.V/min, 10 C.V/min to 30 C.V/min, 15 C.
  • the pressure drop is 10 bar or less, specifically, 10 bar or less, 5 bar or less, 3 bar or less, 1 bar or less, 0.5 bar or less, 0.1 bar or less, 0.05 bar or less, 0.01 bar to 10 bar, 0.05 bar to 10 bar, 0.1 bar to 10 bar, 0.5 bar to 10 bar, 1 bar to 10 bar, 3 bar to 10 bar, 5 bar to 10 bar, 0.01 bar to 5 bar, 0.05 bar to 5 bar, 0.1 bar to 5 bar, 0.5 bar to 5 bar, 1 bar to 5 bar, 3 bar to 5 bar, 0.01 bar to 3 bar, 0.05 bar to 3 bar, 0.1 bar to 3 bar, 0.5 bar to 3 bar, 1 bar to 3 bar, It can represent 0.01 bar to 1 bar, 0.05 bar to 1 bar, 0.1 bar to 1 bar, 0.5 bar to 1 bar, 0.01 bar to 0.5 bar, 0.05 bar to 0.5 bar, 0.1 bar to 0.5 bar, 0.01 bar to 0.1 bar or 0.05 bar to 0.1 bar.
  • the temperature of the fluid flowing into the reactor after passing through the temperature controller may be 120°C or lower.
  • the biological polymer system of the present invention can synthesize a biological polymer with excellent purity and efficiency even in a variety of fluid temperature ranges, and the temperature of the fluid may be 120°C or lower, specifically, 120°C or lower, 100°C or lower, 80°C or lower, 60°C or lower, 25°C to 120°C, 50°C to 120°C, 70°C to 120°C, 100°C to 120°C, 25°C to 100°C, 50°C to 100°C, 70°C to 100°C, 25°C to 70°C, 50°C to 70°C, 25°C to 50°C, but is not limited thereto, and any temperature of the fluid used for biological polymer synthesis may be set without limitation.
  • a valve may be further included between the reactor and the mixing tank to discharge waste.
  • the method may further include a main line connecting the mixing tank, the pump, the temperature controller and the reactor, and a first branch line branched from the main line between the mixing tank and the reactor and connected to the mixing tank.
  • the fluid can have a circulating flow through the main line.
  • it may further include a solvent storage tank disposed on the first branch line.
  • the solvent storage tank can be connected to the valve and the mixing storage tank through the first branch line.
  • system may further include a sensor disposed on the main line to sense at least one of temperature, pressure, and flow rate of the fluid flowing along the main line.
  • the main line may further include a detector that detects the progress of synthesis of the biological polymer.
  • a second branch line branching from the valve and discharging the waste may be further included.
  • first, second, etc. are not used in a limiting sense but are used for the purpose of distinguishing one component from another.
  • a film, a region, a component, etc. when it is said that a film, a region, a component, etc. are connected, it includes not only the cases where the films, regions, and components are directly connected, but also the cases where other films, regions, and components are interposed between the films, regions, and components and are indirectly connected.
  • a film, a region, and a component, etc. are electrically connected, it includes not only the cases where the films, regions, and components, etc. are directly electrically connected, but also the cases where other films, regions, and components are interposed between them and are indirectly electrically connected.
  • loading density in this specification means “the number of moles of functional groups provided per unit mass of the composite solid support”, and may refer to a synthetic reaction site of a biological polymer according to the composition ratio of the polymer for biological polymer synthesis according to one embodiment.
  • the composite solid support comprises a core substrate having a length of 1 mm or more and a shape of one or more dimensions; and a functional coating surrounding the core substrate, wherein a biological polymer may be synthesized in the functional coating.
  • the functional coating may have a property of swelling in a solvent.
  • the functional coating may include a functional group on the surface and inside.
  • the functional coating includes a functional group, and due to the swelling characteristic in a solvent, it is easy for a reactant to penetrate into the functional coating due to a concentration gradient. Accordingly, the functional groups on the surface and inside of the functional coating are easily exposed to the reactant, so that high synthesis efficiency can be exhibited even at a low loading density.
  • the functional group may include at least one selected from an amine group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a carbonyl group, an amino group, a thiol group, and a phosphoric acid group.
  • the loading density of the reaction site of the functional coating may be 0.01 mmol/g to 2 mmol/g.
  • the loading density of the reaction site of the functional coating is 0.01 mmol/g to 2 mmol/g, 0.05 mmol/g to 2 mmol/g, 0.1 mmol/g to 2 mmol/g, 0.3 mmol/g to 2 mmol/g, 0.5 mmol/g to 2 mmol/g, 0.7 mmol/g to 2 mmol/g, 1 mmol/g to 2 mmol/g, 0.01 mmol/g to 1.7 mmol/g, 0.05 mmol/g to 1.7 mmol/g, 0.1 mmol/g to 1.7 mmol/g, 0.3 mmol/g to 1.7 mmol/g, 0.5 mmol/g to 1.7 mmol/g, 0.7 mmol/g to 1.7 mmol/g, 1.0 mmol/g to
  • the functional coating may have an expansion rate per unit mass of 2 mL/g to 8 mL/g in water.
  • the functional coating may have an expansion rate per unit mass of 2 mL/g to 8 mL/g, 2 mL/g to 7 mL/g, 2 mL/g to 6 mL/g, 2 mL/g to 5 mL/g, 3 mL/g to 8 mL/g, 3 mL/g to 7 mL/g, 3 mL/g to 6 mL/g or 3 mL/g to 5 mL/g in water, but is not limited thereto.
  • the functional coating causes swelling in a solvent other than water and may have different expansion rates per unit mass depending on the type of solvent.
  • the core substrate may have solvent resistant, thermal resistant, or both properties. Unlike the functional coating, the core substrate does not have swelling properties and solvent-soluble properties, and thus can be self-standing even at high flow rates and can act as a support for a composite solid support. In addition, the core substrate has thermal resistance, and thus can act as a support without being changed even when the synthesis of a biological polymer is carried out at a high temperature.
  • the component of the core substrate may include at least one selected from a polymer, a metal, and a ceramic.
  • the polymer may include at least one selected from, but is not limited to, high-density polyethylene (HDPE), low-density polyethylene (LDPE), linear low-density polyethylene (LLDPE), ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), polyamide (PA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl difluoride (PVDF), polyacetal, polycarbonate (PC), polyimide (PI), polyether ether ketone (PEEK), polyether sulfone (PES), polyphenylene oxide (PPO), and polyphenylene sulfide (PPS).
  • HDPE high-density polyethylene
  • LDPE low-density polyethylene
  • the metal may include at least one selected from, but is not limited to, stainless steel, titanium, nickel, tantalum, zirconium, and alloys thereof.
  • the ceramic may include at least one selected from, but is not limited to, fused silica, alumina, zirconia, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, and titanium diboride.
  • the core substrate may have at least one shape selected from a one-dimensional shape, a two-dimensional shape, and a three-dimensional shape.
  • the one-dimensional shape may include at least one selected from a staple fiber, a filament fiber, and a rod.
  • the one-dimensional shape of the core substrate may include a fiber shape, in which case the core substrate is configured to have a length sufficient for biological polymer synthesis to occur, and the composite solid support is loaded into a reactor in an entangled form so as to be utilized in a biological polymer synthesis reaction.
  • the two-dimensional shape may include at least one selected from a spunbond non-woven fabric, a meltblown non-woven fabric, a needle-punched non-woven fabric, a hydroentangled non-woven fabric, a woven fabric, a knitted fabric, a porous membrane, a polymeric film, and a mesh.
  • the two-dimensional shape of the core substrate may include a form in which a plurality of the one-dimensionally shaped core substrates are randomly arranged.
  • the two-dimensional shape may exhibit random porosity.
  • the three-dimensional shape may include an open cell foam, a macropored sphere, or both.
  • the length of one cross-section of the core substrate may be 1 mm or more, and may have a size sufficient for the functional coating to participate in the synthesis of the intended biological polymer.
  • the core substrate when the core substrate has a one-dimensional shape, it may be implemented so that a core substrate having a shape such as a fiber or the like can act as a support for a composite solid support through entanglement.
  • the core substrate when the core substrate has a two-dimensional or three-dimensional shape, it may act as a support in itself, such as a nonwoven fabric (two-dimensional) and a foam (three-dimensional). Therefore, the length of one cross-section of the core substrate may be 1 mm or more, and theoretically, a one-dimensional core substrate having an infinite length can also serve as a support.
  • the functional coating may include a polymer of one or more main monomers and an active monomer.
  • the functional coating may include a polymer of the first monomer and the active monomer, or a polymer of the first monomer, the second monomer, and the active monomer.
  • the functional coating of the present invention may be a polymer formed through a polymerization reaction of one or more main monomers with an active monomer providing a reaction site as a main component.
  • the first monomer may include at least one selected from a bisacrylamide-based crosslinking agent, a methacryloyl group, an alkenyl group-substituted triazine, and an acrylate-based crosslinking agent, and specifically, the first monomer may include a polyethylene glycol-based agent, for example, polyethylene glycol diacrylate.
  • the first monomer may be used without limitation as long as it is a material that can react or bind with an active monomer for exposing a functional group to the interior and/or surface in a functional coating.
  • the first monomer may include at least one selected from polyethylene glycol diacrylate, N,N'-methylenebisacrylamide (MBA), ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA), poly(ethylene glycol) dimethacrylate (PEGDMA), glycidyl methacrylate (GMA), divinyl sulfone (DVS), triethylene glycol divinyl ether (TEGDVE), and diallyl phthalate (DAP).
  • MSA polyethylene glycol diacrylate
  • MSA ethylene glycol dimethacrylate
  • PGDMA poly(ethylene glycol) dimethacrylate
  • GMA glycidyl methacrylate
  • DFS triethylene glycol divinyl ether
  • DAP diallyl phthalate
  • the second monomer may include at least one selected from 2-hydroxyethyl acrylate, It may include at least one selected from 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), acrylic acid (AA), methyl methacrylate (MMA), ethyl acrylate (EA), butyl acrylate (BA), glycidyl methacrylate (GMA), and vinyl acetate (VAc).
  • HEMA 2-hydroxyethyl methacrylate
  • AA acrylic acid
  • MMA methyl methacrylate
  • EA ethyl acrylate
  • BA butyl acrylate
  • GMA glycidyl methacrylate
  • VAc vinyl acetate
  • the active monomer may include at least one selected from among acrylate-based, acrylamide-based, and methacrylamide-based materials to provide a functional group to the interior and/or surface of the functional coating.
  • the active monomers include N-(2-aminopropyl) methacrylamide hydrochloride, Aminoethyl Methacrylate Hydrochloride (AEMA.HCl), 2-Aminoethyl Methacrylate (2-AEMA), N-(3-Aminopropyl) methacrylamide Hydrochloride (APMA), 4-Aminostyrene, N-(4-Aminophenyl)methacrylamide, N,N-Dimethylaminoethyl Methacrylate (DMAEMA), N,N-Dimethylaminopropyl Acrylamide (DMAPAA). and may include at least one selected from N-(2-aminoethyl)acrylamide hydrochloride.
  • the composite solid support may include a homogeneous composite solid support, a heterogeneous composite solid support, or both.
  • the functional coating may be formed as a polymer of the one or more main monomers and the active monomer.
  • the functional coating including the pulverized conventional solid support may be in a form coated on the core substrate.
  • the above conventional solid support may include at least one selected from, but is not limited to, polystyrene/divinylbenzene copolymer (PS/DVB), crosslinked polyethyleneglycol, poly- ⁇ -lysine/sebacic acid, controlled pore glass, amino-polyacrylamide resin fiber, cellulose, and hydroxylated polypropylene.
  • PS/DVB polystyrene/divinylbenzene copolymer
  • crosslinked polyethyleneglycol poly- ⁇ -lysine/sebacic acid
  • controlled pore glass controlled pore glass
  • amino-polyacrylamide resin fiber cellulose
  • hydroxylated polypropylene hydroxylated polypropylene
  • the one-dimensional core substrate may have a diameter (cross-section) of 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. Specifically, it may be, but is not limited to, 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, 20 ⁇ m to 100 ⁇ m, 30 ⁇ m to 100 ⁇ m, 40 ⁇ m to 100 ⁇ m, 10 ⁇ m to 80 ⁇ m, 20 ⁇ m to 80 ⁇ m, 30 ⁇ m to 80 ⁇ m, 40 ⁇ m to 80 ⁇ m, 10 ⁇ m to 60 ⁇ m, 20 ⁇ m to 60 ⁇ m, 30 ⁇ m to 60 ⁇ m, 40 ⁇ m to 60 ⁇ m, 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, 20 ⁇ m to 50 ⁇ m, 30 ⁇ m to 50 ⁇ m or 40 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the diameter of the above one-dimensional core substrate is less than 10 ⁇ m, it may become too thin, causing the core substrate to clump together and resulting in poor mechanical properties. If it exceeds 100 ⁇ m, the loading density of the functional coating may become excessively low.
  • the two-dimensional core substrate may have a thickness (layer thickness) of 10 ⁇ m to 10 mm.
  • the two-dimensional core substrate has a thickness of 10 ⁇ m to 10 mm, 50 ⁇ m to 10 mm, 100 ⁇ m to 10 mm, 150 ⁇ m to 10 mm, 200 ⁇ m to 10 mm, 250 ⁇ m to 10 mm, 300 ⁇ m to 10 mm, 350 ⁇ m to 10 mm, 400 ⁇ m to 10 mm, 10 ⁇ m to 5 mm, 50 ⁇ m to 5 mm, 100 ⁇ m to 5 mm, 150 ⁇ m to 5 mm, 200 ⁇ m to 5 mm, 250 ⁇ m to 5 mm, 300 ⁇ m to 5 mm, 350 ⁇ m to 5 mm, 400 ⁇ m to 5 mm, 10 ⁇ m to 3 mm, 50 ⁇ m to 3 mm, 100 ⁇ m to 3 mm, 150 ⁇ m to 3 mm, 200 ⁇ m to 3 mm, 250 ⁇ m to
  • the porosity of the core substrate may be 50% to 95%.
  • core substrates having a shape such as fibers may form pores through entanglement, and when the core substrate is two-dimensional or three-dimensional, it may include pores inside, such as nonwoven fabrics or foams.
  • the porosity of the core substrate may be, but is not limited to, 50% to 95%, 60% to 95%, 70% to 95%, 80% to 95%, 90% to 95%, 50% to 90%, 60% to 90%, 70% to 90%, or 80% to 90%.
  • the pore size of the porous membrane substrate there is no particular limitation on the pore size of the porous membrane substrate, and if the porosity is less than 50%, the pores may be blocked even after the functional coating swells, preventing the synthesis of biological polymers into the interior of the functional coating. In addition, if the porosity exceeds 95%, it may be difficult to maintain mechanical properties.
  • the thickness of the functional coating may be from 0.1 ⁇ m to 1000 ⁇ m.
  • the thickness of the functional coating may be selected to an appropriate thickness depending on the type of the desired biological polymer and whether the core substrate has a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional shape.
  • the thickness of the functional coating is 0.1 ⁇ m to 1000 ⁇ m, 0.5 ⁇ m to 1000 ⁇ m, 1 ⁇ m to 1000 ⁇ m, 5 ⁇ m to 1000 ⁇ m, 10 ⁇ m to 1000 ⁇ m, 50 ⁇ m to 1000 ⁇ m, 100 ⁇ m to 1000 ⁇ m, 0.1 ⁇ m to 500 ⁇ m, 0.5 ⁇ m to 500 ⁇ m, 1 ⁇ m to 500 ⁇ m, 5 ⁇ m to 500 ⁇ m, 10 ⁇ m to 500 ⁇ m, 50 ⁇ m to 500 ⁇ m, 100 ⁇ m to 500 ⁇ m, 0.1 ⁇ m to 200 ⁇ m, 0.5 ⁇ m to 200 ⁇ m, 1 ⁇ m to 200 ⁇ m, 5 ⁇ m to 200 ⁇ m, 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, 50 ⁇ m to 200 ⁇ m, 100 ⁇ m to 200 ⁇ m, 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, 0.5 ⁇ m to 100 ⁇ m, 1 ⁇ m to 200 ⁇ m
  • the thickness of the functional coating is excessively small, such as less than 0.1 ⁇ m, a problem occurs in that the loading density of the functional coating becomes very low.
  • the thickness of the functional coating is excessively large, such as exceeding 1000 ⁇ m, the functional coating itself may be manufactured through a non-uniform polymerization reaction, and a problem in that the purity decreases during the biological polymer synthesis process may occur.
  • the above composite solid support may not have a shell-core structure or a bead structure. Additionally, the solid support may not include a core in the shell-core structure.
  • the core substrate may have a surface that is hydrophilically treated.
  • the surface hydrophilic treatment may be performed by a method selected from a chemical method using a surfactant or an acidic solution and a physical method including plasma treatment or UV irradiation, but is not limited thereto.
  • the functional coating may be formed on the core substrate having a surface that is hydrophilically treated.
  • the functional coating may further include a linker.
  • the linker may include at least one selected from a Rink amide linker, a Wang linker, a 2-Chlorotrityl (CTC) linker, a Sieber linker, a BAL linker, a 4-sulfamylbutyryl linker, and a HMBA (TFA stabilized) linker.
  • a Rink amide linker a Wang linker, a 2-Chlorotrityl (CTC) linker, a Sieber linker, a BAL linker, a 4-sulfamylbutyryl linker, and a HMBA (TFA stabilized) linker.
  • the functional coating has a functional group exposed on the inside and/or surface, and the linker can be bonded to the functional group.
  • the linker can be bonded to the functional group.
  • the biological polymer may include, but is not limited to, one or more selected from a peptide, an oligonucleotide, and a peptide nucleic acid (PNA).
  • PNA peptide nucleic acid
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a biological polymer synthesis system according to one embodiment of the present invention.
  • a biological polymer synthesis system (1) can synthesize a biological polymer by forming a circulating flow in a fluid including at least one of an amino acid, a reagent, and an additive.
  • the 'amino acid mixture' as used herein is a liquid comprising amino acid(s) as well as reagent(s), wherein the 'amino acids' may be modified or non-modified and optionally may be pre-activated, and the amino acid mixture may also comprise peptides.
  • 'SPPS' is an abbreviation for Solid Phase Peptide Synthesis, and is used to mean producing peptides by adding amino acid residues to peptides or amino acids fixed on a solid support (resin).
  • 'reagent' is used to mean coupling reagent, deprotecting reagent, additive, base, and other reagents used in the synthesis.
  • 'fluid' is defined as a substance discharged from a storage tank and moving along the piping of a biological polymer synthesis system, and may be a single substance or a mixed substance of various types depending on the process.
  • the biological polymer synthesis system (1) can be applied with a flow-through process for solid phase peptide synthesis (SPPS) that enables sequential synthesis of at least one amino acid.
  • SPPS solid phase peptide synthesis
  • the biological polymer synthesis system (1) may include a mixing tank (100), a pump (200), a temperature controller (300), and a reactor (400).
  • the biological polymer synthesis system (1) may further include a valve (500), a solvent tank (500), a sensor (SE), and a detector (DE).
  • the main line (ML) can provide a circulation pipeline by connecting a mixing tank (100), a pump (200), a temperature controller (300), and a reactor (400).
  • a valve (500) is arranged in the main line (ML), and the valve (500) can be connected to a first branch line (SL1) and a second branch line (SL2).
  • the mixing storage tank (100) can provide a space where a fluid containing at least one of an amino acid, a reagent, and an additive stays.
  • the mixing storage tank (100) has an on-off valve (not shown) arranged at the outlet end to control the type and flow rate of the fluid flowing into the main line (ML).
  • the mixing tank (100) can mix amino acids, reagents, and additives that are introduced from one or more reagent tanks (not shown) and solvent tanks.
  • the operator can precisely control the type and flow rate of the fluid discharged from the mixing tank (100) according to each synthesis step by controlling the opening amount of each chamber.
  • the corresponding fluid can be introduced into the mixing tank, mixed and suspended, and then introduced into the reactor.
  • the pump (200) provides a driving force to the fluid so that the fluid can move along the main line (ML).
  • the pump (200) can provide a driving force so that the fluid flows from the mixing storage tank (100) to the reactor (400).
  • the pump (200) is positioned between the mixing storage tank (100) and the reactor (400) in the flow of the fluid, but since the fluid forms a circulating flow, it is not necessarily required to be positioned between the mixing storage tank (100) and the reactor (400).
  • the pump (200) may be any type of device that provides suction and discharge to the fluid.
  • the pump (200) may be a gear pump, a screw pump, a vane pump, a cap pump, a piston pump, a plunger pump, a diaphragm pump, a centrifugal pump, etc.
  • the pump (200) may be any type of pump, such as a mechanical displacement micropump and an electromagnetic motion micropump.
  • a mechanical displacement micropump is a pump that uses the movement of a solid or fluid, such as a gear or diagram, to generate a pressure difference to induce a fluid flow, and includes a diaphragm displacement pump, a fluid displacement pump, a rotary pump, etc.
  • An electromagnetic motion micropump is a pump that uses electric or magnetic energy to directly move a fluid, and includes an electrohydrodynamic pump (EHD), an electroosmotic pump, a magnetohydrodynamic pump, an electrowetting pump, etc.
  • EHD electrohydrodynamic pump
  • the temperature controller (300) can set the temperature of the fluid flowing into the reactor (400) to a target temperature.
  • the temperature controller (300) is arranged downstream of the mixing storage tank (100) and upstream of the reactor (400) to cool or heat the fluid including at least one selected from amino acids, reagents, and additives.
  • the temperature controller (300) is positioned between the mixing storage tank (100) and the reactor (400) in the flow of the fluid, but since the fluid forms a circulating flow, it does not necessarily have to be positioned between the mixing storage tank (100) and the reactor (400).
  • the temperature controller (300) may be a variety of devices that transfer heat to a fluid or receive heat from a fluid through heat exchange.
  • the temperature controller (300) may be an electric heating device, an induction heater, or a microwave cavity.
  • the temperature controller (300) can maintain the temperature of the fluid flowing into the reactor (400) at room temperature.
  • the temperature controller (300) can control the temperature of the fluid to 120° C. or lower, specifically, to 25° C. to 100° C.
  • the temperature controller (300) can control the temperature of the fluid to 50° C. to 80° C.
  • Figure 2 is a drawing illustrating the reactor of Figure 1.
  • the reactor (400) can circulate and flow the fluid discharged from the mixing tank (100).
  • the reactor (400) may have a column (410) and a composite solid support (420).
  • the column (410) may have an inlet (411) through which a fluid is introduced and an outlet (412) through which a fluid is discharged.
  • the column (410) has an internal space, and a composite solid support (420) may be arranged therein.
  • the column (410) may have various sizes depending on the type of biological polymer being synthesized, the amount of biological polymer being synthesized, the flow rate of the fluid, the velocity of the fluid, the type of the composite solid support, etc.
  • the inlet (411) and outlet (412) of the column (410) are arranged on the main line (ML), so that the fluid entering the inlet (411) can pass through the internal space of the column (410) and be discharged through the outlet (412). At this time, the fluid can pass through the composite solid support (420) arranged in the internal space of the column (410).
  • a composite solid support (420) can be placed inside the column (410).
  • the solid support (420) can be filled inside the column (410).
  • the composite solid support (420) can be arranged in various positions and shapes in the internal space of the column (410).
  • the composite solid support (420) can be filled in a preset position in the internal space of the column (410).
  • a composite solid support (420) can be loaded into the internal space of the column (410).
  • the fluid can pass between the filaments (FM).
  • the flow path of the fluid can vary depending on the method of loading the composite solid support (420). For example, if a composite solid support in a spirally rolled form is loaded, the fluid can flow between each layer of the spiral composite solid support and in the porous space generated by the entanglement.
  • the composite solid support (420) may have a core substrate (BM) and a functional coating (CO).
  • the core substrate (BM) may be formed by entangling multiple filaments to form random porosity.
  • the functional coating (CO) may be a polymer for synthesizing biological polymers coated on the core substrate so that functional groups such as amine groups and carboxyl groups are exposed.
  • the core substrate (BM) may have a length of 1 mm or more and a shape of one or more dimensions.
  • the core substrate (FM) may have one or more shapes selected from a one-dimensional shape, a two-dimensional shape, and a three-dimensional shape.
  • the core substrate (BM) may have solvent resistant, thermal resistant, or both of the above properties. Unlike the functional coating (CO), the core substrate (BM) does not have swelling properties or solvent-soluble properties, and thus is capable of self-standing and can act as a support for a composite solid support. In addition, the core substrate (FM) has thermal resistance, and thus can act as a support without being changed even when the synthesis of a biological polymer is carried out at a high temperature.
  • a functional coating can surround a core substrate (FM) and provide an area where biological polymers can be synthesized.
  • the functional coating (CO) may have the property of swelling in a solvent.
  • the functional coating (CO) may include functional groups on the surface and inside.
  • the functional coating includes a functional group, and due to the swelling characteristic in a solvent, it is easy for a reactant to penetrate into the functional coating due to a concentration gradient. As a result, the functional groups on the surface and inside of the functional coating are easily exposed to the reactant, so that high synthesis efficiency can be exhibited even at a low loading density.
  • the valve (500) is arranged between the reactor (400) and the storage tank (100) to set a path for discharging waste.
  • the valve (500) can control the flow direction of the fluid so that the waste generated after the reaction of the reactor (400) is discharged to the second branch line (SL2).
  • the valve (500) can be a four-channel valve, and the four-channel valve can be connected to the mixing tank (100), the reactor (400), the solvent storage tank (600), and the second branch line (SL2).
  • the valve (500) can control the circulation of the fluid and the discharge of waste.
  • the valve (500) can set the circulation flow of the reactant fluid during each stage of SPPS synthesis to increase the synthesis rate of the biological polymer, and can discharge the remaining material of each stage to the second branch line (SL2) to enable the process to proceed to the next stage.
  • the solvent storage tank (600) can store solvents used for biological polymer synthesis and cleaning.
  • the solvent can be selected in various ways depending on the synthesis process.
  • the solvent storage tank (600) may be placed on the first branch line (SL1).
  • the solvent storage tank (600) is connected to the first branch line (SL1), so that the solvent may be moved to the valve (500) or the mixing storage tank (100) according to each stage of the SPPS synthesis.
  • the solvent discharged from the solvent storage tank (600) is discharged to the first branch line (SL1), so that the main line (ML) can be washed.
  • the sensor (SE) is arranged on the main line (ML) and can sense at least one of temperature, pressure, and flow rate of the fluid flowing along the main line (ML).
  • the detector (DE) is arranged on the main line (ML) and can detect the progress of the biological polymer synthesis.
  • the detector can be arranged at least one of the inlet and the outlet of the reactor (400) and can detect the circulating fluid.
  • the detector (DE) is arranged between the reactor (400) and the mixing reservoir (100) in the fluid flow, but since the fluid forms a circulating flow, it does not necessarily have to be arranged between the reactor (400) and the mixing reservoir (100).
  • the main line (ML) can connect a mixing tank (100), a pump (200), a temperature controller (300), and a reactor (400), and can provide a circulation path for the fluid.
  • the first branch line (SL1) branches from the main line (ML) between the mixing storage tank (100) and the reactor (400) and can be connected to the mixing storage tank (100).
  • the first branch line (SL1) connects the valve (500) and the mixing storage tank (100) to supply the solvent in the solvent storage tank (600) to the main line (ML), thereby removing the substances remaining in the main line (ML).
  • the second branch line (SL2) can be branched from the valve (500) to discharge waste.
  • Figure 3 is a graph measuring pressure drop according to flow rate to compare the reactor of the present invention with a comparative example.
  • DMF Dimethylformaminde, SAMJHUN
  • Rink-Amide-MBHA-Resin GL Biochme, 0.5mmole/g
  • a composite solid support As an example, 5.0 g (0.5 mmol, loading density: 0.1 mmol/g) of a composite solid support was placed in the column, and as a comparative example, 1.0 g (0.5 mmol, loading density: 0.5 mmol/g) of a particle-type solid support (PS/DVB) was placed in the column, and then 20 mL of DMF solvent was added and the composite solid support was swollen for 30 minutes.
  • PS/DVB particle-type solid support
  • the discharge tube of the pump was connected to the column, pressure sensors were installed at the inlet and outlet of the column, and each pressure sensor was connected to the controller.
  • DMF was flowed at a flow rate of 40 mL/min (1.48 C.V/min) through an empty column, a composite solid support column (Example), and a particle type solid support column (Comparative Example), and the pressures at the inlet and outlet were measured. Thereafter, the pressures at the inlet and outlet of the columns were measured while changing the flow rates to 50 ml/min (1.85 C.V/min), 100 ml/min (3.7 C.V/min), 200 ml/min (7.4 C.V/min), 300 ml/min (11.11 C.V/min), 400 ml/min (14.81 C.V/min), and 500 ml/min (18.52 C.V/min).
  • the pressure drop values that occurred at the inlet and outlet of the empty column were set as the reference value (Zero).
  • the additional pressure drop values that occurred were calculated by comparing them with the reference values at the inlet and outlet of the column containing the composite solid support, and the additional pressure drop values that occurred were calculated by comparing them with the reference values at the inlet and outlet of the column containing the particle-type solid support.
  • the composite solid support of the present invention exhibits a small pressure drop even when the flow rate increases. This is because the fluid can pass through the empty space of the composite solid support, so even when the flow rate increases, the pressure drop occurs small and the fluid flowability increases.
  • the conventional particle-type solid support (bead-type solid-phase synthetic resin polymer (PS/DVB)) exhibits a large pressure drop when the flow rate increases and the fluid is not discharged at 300 ml/min. This is because the conventional particle-type solid support clumps together when the flow rate increases to fill the space within the column, reducing the space through which the fluid can pass, significantly reducing the pressure measured at the outlet, and decreasing the fluid flowability.
  • Figure 4 is a graph measuring the pressure drop according to the size of the reactor of the present invention.
  • DMF Dimethylformaminde, SAMJHUN
  • Rink-Amide-MBHA-Resin GL Biochme, 0.5mmole/g
  • the discharge tube of the pump was connected to each column, a pressure sensor was installed at the inlet and outlet of each column, and each pressure sensor was connected to a controller.
  • DMF was flowed at a flow rate of 0.5 column volume (mL)/min through columns A, B, and C, respectively, and the pressures at the inlet and outlet were measured. After that, the flow rates were changed to 1 C.V/min, 2 C.V/min, 3 C.V/min, 4 C.V/min, and 5 C.V/min, and the pressures at the inlet and outlet of the columns were measured.
  • the pressure drop values that occurred at the inlet and outlet of each empty column were set as the reference value (Zero).
  • the additional pressure drop values that occurred at the inlet and outlet of columns A, B, and C containing composite solid supports were calculated by comparing them with the reference values.
  • the composite solid support of the present invention exhibits a small pressure drop in the fluid at various flow rates even when the volume of the column is varied. This is because the fluid can pass through the empty space of the composite solid support, so that the pressure drop is small and the fluidity of the fluid increases even when the flow rate increases. Accordingly, the composite solid support of the present invention exhibits a consistently small degree of pressure drop regardless of the volume of the column.
  • Figures 5 and 6 are graphs measuring the pressure drop according to temperature in the reactor of the present invention and a comparative example.
  • the RPM values of the pump were recorded when the flow rates were 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, and 400 ml/min using DMF solvent at 50°C.
  • the viscosity of the solution decreased, which reduced the back pressure.
  • the pump stopped operating at 350 ml/min due to the high back pressure.
  • the RPM values of the pump were recorded when the flow rates were 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, and 400 ml/min using DMF solvent at 70°C.
  • the viscosity of the solution decreased, which reduced the back pressure.
  • the pump stopped operating at 350 ml/min due to the high back pressure.
  • the rotation speed of the pump was measured at room temperature using Piperidine 20% in DMF (0.1 M Oxymapure), which is widely used in solid-phase peptide synthesis reactions.
  • the particle-type solid support stopped operating due to high back pressure at 250 ml/min. That is, it was confirmed that the composite solid support of the present invention was subjected to less back pressure than the conventional particle-type solid support.
  • the composite solid support of the present invention can enhance the synthetic performance of a flow reactor by increasing the fluid flowability, unlike the conventional particle-type solid support.
  • a flow reactor according to one embodiment of the present invention and a biological polymer synthesis system including the same can increase the efficiency of a synthesis reaction.
  • a flow reactor and a biological polymer synthesis system including the same have increased flowability of the reactor by a composite solid support. Accordingly, the reactor has a low pressure drop and thus achieves a low back pressure, so that an increase in the synthesis scale is possible.
  • the rate of decrease (loss) in the flow rate is small, so mixing and diffusion between the reactants and the reaction solution within the column are promoted.
  • the biological polymer synthesis system has improved flow dynamics as the flow rate increases, and the reaction efficiency and yield are improved.
  • reducing back pressure reduces the risk of damage to pipes and connections through which the fluid flows, thereby reducing fluid leakage and improving the durability of the system and the stability and reliability of the process.
  • the fluid passing through the reactor can be precisely controlled when the back pressure is reduced, the reproducibility of the reaction process is improved, and consistent quality and high-quality biological polymers can be synthesized.
  • the functional coating solution (before curing) of (1) of the above Example 4 and 20 g of a core substrate (polypropylene, spunbond nonwoven fabric, 40 g/m 2 ) were prepared.
  • the core substrate was sufficiently impregnated in the functional coating solution, and after the core substrate was taken out of the functional coating solution, it was sufficiently irradiated with ultraviolet energy of 10 mJ/cm 2 to 1,000 mJ/cm 2 in an ultraviolet curing chamber.
  • the coated core substrate was subjected to a process of removing reaction residues using ethanol and drying.
  • a composite solid support in which a functional coating polymer was coated on a core substrate was obtained (solid support 30.4 g, 60.8 g/m 2 ).
  • the appearance of the core substrate before coating is as shown in Fig. 7, and the appearance of the composite solid support is as shown in Fig. 8.
  • Reaction stage reagent (Solvent: DMF) Volume (mL) Temperature (°C) Time (minutes) Deprotection 20% piperidine,0.1M Oxyma pure 15 70 2 purifying DMF 10 (3 times) - - Coupling Fmoc-Ile(0.2M) 6 70 4 DIC (0.5M) 2 Oxyma pure(1.0M) 1 purifying DMF 10 (2 times) - -
  • the particle-type solid support and the composite solid support were each sufficiently washed with ethanol and dried, and a cleavage reaction was performed for 2 hours using a stripping solution (95% TFA, 2.5% TSI, 2.5% DW). After that, the solid was precipitated using cold ether and centrifuged to obtain a solid, which was washed twice more using 15 ml of cold ether, and then sufficiently dried using reduced pressure drying. The purity and yield of the dried peptide were measured using high-performance liquid chromatography (HPLC). The results of measuring the purity and yield of the dried peptide are shown in Table 8.
  • Reaction stage reagent (Solvent: DMF) Volume (mL) temperature (°C) hour (minute) flux (mL/min) Deprotection 20% piperidine, 0.1M Oxyma pure 25 70 2 100 purifying DMF 125 - - Coupling Fmoc-Amino acid(0.2M) 15 70 4 DIC (0.5M) 6 Oxyma pure(1.0M) 3 purifying DMF 20 - -
  • the composite solid support is suitable for both batch and flow-type synthesis systems compared to the existing particulate solid support, and in particular, when applied to a flow-type synthesis system, the yield and purity of the ACP peptide were over 90%, showing significantly superior efficacy in the synthesis of biological polymers.
  • Example 6 Analysis and evaluation of changes in yield and purity of synthesized peptides according to the flow rate of biological polymers in a flow reactor
  • Example 5 the yield and purity of the synthesized peptide according to the flow rate were confirmed using a composite solid support.
  • ACP was synthesized using the same method as in Example 5, and the results of the purity and yield of the synthesized ACP peptide are shown in Table 10 and Figures 9 to 11 below.
  • Figures 9 to 11 are composite solids for synthesizing biological polymers according to one specific example.

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Abstract

본 발명은 흐름 반응기 및 이를 포함하는 생물학적 고분자 합성 시스템에 관한 것으로, 아미노산, 시약 및 첨가제 중 적어도 하나가 혼합되는 혼합 저장조와, 상기 혼합 저장조에서 배출된 유체가 유입되는 반응기와, 상기 혼합 저장조와 상기 반응기 사이에 배치되어, 상기 반응기로 유입되는 상기 유체의 온도를 조절하는 온도 조절기, 및 상기 유체가 상기 혼합 저장조에서 상기 반응기로 흐르도록 구동력을 제공하는 펌프를 포함하고, 상기 반응기는 상기 유체가 유입되는 입구와 배출되는 출구를 가지는 컬럼, 및 상기 컬럼의 내부에 배치되는 복합 고체 지지체를 구비한다.

Description

흐름 반응기 및 이를 포함하는 생물학적 고분자 합성 시스템
본 발명은 흐름 반응기와 생물학적 고분자 합성 시스템에 관한 것이다.
펩타이드 의약품은 당뇨 및 비만, 종양학 산업 분야에서 매년 수십억 달러의 매출을 올리고 있으며, 심혈관 및 신경 퇴행성 질환 등 신규 질환에 대한 신약 개발로 영역이 확대되고 있다. 현재는 펩타이드의 단점인 짧은 체내 반감기라는 단점을, 비천연 아미노산의 도입 등의 방식으로 해결하였다. 이미 1주일 이상의 투약 주기를 가지는 다양한 펩타이드 의약품이 시장에서 시판되고 있으며, 다수의 경구 투여 방식의 후보물질이 미국식품의약국(Food and Drug Administration) 임상 진행중이다. 이에, 펩타이드 의약품에 대한 생산 수요는 매년 10%가까이 증가하고 있어 이에 대응하는 생산성 향상 및, 전통적인 화학 합성법에서 사용하던 DMF 등의 사용규제와 같은 ESG 이슈에 대응하기 위한 새로운 합성 플랫폼이 절실한 상황이다.
펩타이드 의약품은 크게 생물학적인 방법 또는 화학적인 방법으로 제조된다. 유전자 재조합이나 형질 전환 동식물을 이용한 생물학적인 방법은 최근의 트렌드인 비천연 아미노산 또는 PEGylation을 이용한 반감기가 증대된 펩타이드 의약품 생산이 어렵다는 단점과 생물체에서 유래한 다양한 내인성 오염물이나 공정 과정에서 발생한 외인성 오염물을 제거하기 어렵다는 단점이 있다.
화학적인 방법에서 액상 반응의 경우 공정 비용이 저렴하나, 10개 이하의 아미노산으로 구성된 펩타이드만 합성이 가능하여 대개 20개 이상의 아미노산으로 구성된 펩타이드 의약품 생산이 불가능하다. 20-50개의 다양한 종류의 천연/비천연 아미노산으로 이루어진 PEGylation된 펩타이드 의약품 제조에는 고체상 펩타이드 합성법(Solid Phase Peptide Synthesis, 이하 SPPS)이 가장 적합한 방식이다.
펩타이드를 비롯한 다양한 생물학적 고분자 합성의 생산 능력을 높이기 위해, SPPS 분야에서는 다양한 형태의 반응기가 연구되고 있다. 대표적인 반응기에는 배치형(Batch type) 반응기와 흐름형(Flow type) 반응기가 있다. 대량 합성을 위해 배치형 반응기는 10-50 mL에서 점차 스케일이 커져 현재는 100-500L 단위까지 확대되었으며, 이를 위한 다양한 용액 이송, 교반, 압력 조절 및 필터 방식의 개선이 이루어졌다. 실험실 규모에서는 최근 흐름 반응기가 도입되어 빠르게, 높은 순도와 수율을 가지는 펩타이드 합성이 가능함을 보이기도 하였다.
그러나, 배치형 반응기는 반응 스케일에 따라 반응기 크기가 달라지므로 반응액 중심부와 표면부의 온도 전달력 및 균일 혼합까지의 시간 차이가 발생하는 점 및 반응 온도/혼합 재현성이 낮아 재현성에 기인한 수율 및 품질 관리의 어려운 점 등의 문제점이 존재한다.
반면, 일반적인 흐름형 반응기는 관 형태의 반응기를 통과하며 고속 혼합되어 반응 비표면적이 증대되므로 균일한 온도 전달 및 화학 반응이 유도되어 반응 재현성이 뛰어난 점 및 높은 반응 재현성에 따른 품질 관리와 수율 관리가 용이하다는 장점이 있다.
현재 개발된 흐름형 반응기는 합성 반응이 빠르게 진행된다는 장점은 있지만, 200 mg PS/DVB를 사용하는 경우 배압(Back pressure)이 30-50 bar가 발생하는 문제점이 있다. 이처럼 높은 배압은 합성 스케일을 크게 증가시킬 수 없음을 확실하게 보여준다. 또한, 영국의 Vapourtek 사에서 개발된 흐름형 반응기는 조절 가능한 실린지를 이용하여 Packed 비드형 레진의 단점인 높은 배압은 해결하였지만, 사용 가능한 유량이 매우 작고, 실린지를 이용한 압력 조절의 특성상 합성 스케일을 크게 높이기 어렵다는 한계가 있다.
또한, 기존의 입자형 레진은 입자라는 구조의 한계를 가져 자체 지지(Self-standing)가 불가능하고, 흐름에 의해 이동되어 쌓이므로(packed) 흐름 반응기내 배압이 증가한다는 구조적 한계를 가진다.
이에 SPPS 방식의 흐름 반응기에 적합한, 자제 지지가 가능한 고체 지지체 소재 및 이를 이용한 생물학적 고분자 합성 시스템을 신규 개발하게 되었다.
본 발명은 합성 효율과 수율이 향상되고, 높은 내구성 및 안정성을 가지는 SPPS 방식의 흐름 반응기 및 이를 포함하는 생물학적 고분자 합성 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, 아미노산, 시약 및 첨가제 중 적어도 하나가 혼합되는 혼합 저장조와, 상기 혼합 저장조에서 배출된 유체가 유입되는 반응기와, 상기 혼합 저장조와 상기 반응기 사이에 배치되어, 상기 반응기로 유입되는 상기 유체의 온도를 조절하는 온도 조절기, 및 상기 유체가 상기 혼합 저장조에서 상기 반응기로 흐르도록 구동력을 제공하는 펌프를 포함하고, 상기 반응기는 상기 유체가 유입되는 입구와 배출되는 출구를 가지는 컬럼, 및 상기 컬럼의 내부에 배치되는 복합 고체 지지체를 구비하는 생물학적 고분자 합성 시스템을 제공한다.
본 발명의 흐름 반응기 및 이를 포함하는 생물학적 고분자 합성 시스템은 효율과 수율이 향상된 생물학적 고분자 합성 공정을 제공할 수 있다. 구체적으로 생물학적 고분자 합성 시스템은 복합 고체 지지체가 적재된 흐름 반응기를 사용하여, 높은 유속에서도 낮은 압력 강하를 나타내며 다양한 유체의 온도 범위에서도 우수한 효율과 수율을 유지할 수 있는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 흐름 반응기 및 이를 포함하는 생물학적 고분자 합성 시스템은 장비의 전체 내구성과 안정성이 향상되고, 정밀하게 공정을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 고분자 합성 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 반응기를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 반응기와 비교예를 비교하기 위하여 유속에 따른 압력 강하를 측정한 그래프이다.
도 4은 본 발명의 반응기의 크기에 따른 압력 강하를 측정한 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 반응기와 비교예의 온도에 따른 압력 강하를 측정한 그래프이다.
도 7은 코팅 진행 전의 코어 기재의 외관이고, 도 8은 복합 고체 지지체의 외관을 나타낸 것이다.
도 9 내지 도 11은 일 구체예에 따른 복합 고체 지지체를 이용하여 유량에 따른 합성된 ACP에 대한 HPLC 그래프를 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 아미노산, 시약 및 첨가제 중 적어도 하나가 혼합되는 혼합 저장조와, 상기 혼합 저장조에서 배출된 유체가 유입되는 반응기와, 상기 혼합 저장조와 상기 반응기 사이에 배치되어, 상기 반응기로 유입되는 상기 유체의 온도를 조절하는 온도 조절기, 및 상기 유체가 상기 혼합 저장조에서 상기 반응기로 흐르도록 구동력을 제공하는 펌프를 포함하고, 상기 반응기는 상기 유체가 유입되는 입구와 배출되는 출구를 가지는 컬럼, 및 상기 컬럼의 내부에 배치되는 복합 고체 지지체를 구비하는 생물학적 고분자 합성 시스템을 제공한다.
또한, 상기 복합 고체 지지체는 코어 기재, 및 상기 코어 기재 상에 위치하는 기능성 코팅을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 복합 고체 지지체는 상기 유체가 상기 컬럼을 통과시에 자체 지지(self-standing)될 수 있다.
또한, 상기 복합 고체 지지체는 상기 기능성 코팅의 적재 밀도(Loading density)가 0.01 mmol/g 내지 2 mmol/g 일 수 있다.
또한, 상기 유체가 상기 반응기를 통과시에, 40 C.V/min 이하의 유속에서 상기 입구와 상기 출구의 압력 강하가 10 bar 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 압력 강하는 비어 있는 컬럼의 입구와 출구에서 발생한 압력 차이를 기준으로 측정되는 것일 수 있다. 또한, 상기 유속은 분 당 C.V(Column Volume)으로 나타낼 수 있으며, 상기 반응기는 유속 40 C.V/min 이하, 구체적으로는 40 C.V/min 이하, 30 C.V/min 이하, 20 C.V/min 이하, 0.1 C.V/min 내지 40 C.V/min, 1 C.V/min 내지 40 C.V/min, 5 C.V/min 내지 40 C.V/min, 10 C.V/min 내지 40 C.V/min, 15 C.V/min 내지 40 C.V/min, 20 C.V/min 내지 40 C.V/min, 25 C.V/min 내지 40 C.V/min, 30 C.V/min 내지 40 C.V/min, 35 C.V/min 내지 40 C.V/min, 0.1 C.V/min 내지 30 C.V/min, 1 C.V/min 내지 30 C.V/min, 5 C.V/min 내지 30 C.V/min, 10 C.V/min 내지 30 C.V/min, 15 C.V/min 내지 30 C.V/min, 20 C.V/min 내지 30 C.V/min, 25 C.V/min 내지 30 C.V/min, 0.1 C.V/min 내지 20 C.V/min, 1 C.V/min 내지 20 C.V/min, 5 C.V/min 내지 20 C.V/min, 10 C.V/min 내지 20 C.V/min, 15 C.V/min 내지 20 C.V/min, 0.1 C.V/min 내지 10 C.V/min, 1 C.V/min 내지 10 C.V/min, 또는 5 C.V/min 내지 10 C.V/min에서 압력 강하가 10 bar 이하일 수 있다. 아울러, 상기 유속 범위에서 상기 압력 강하는 10 bar 이하, 구체적으로는 10 bar 이하, 5 bar 이하, 3 bar 이하, 1 bar 이하, 0.5 bar 이하, 0.1 bar 이하, 0.05 bar 이하, 0.01 bar 내지 10 bar, 0.05 bar 내지 10 bar, 0.1 bar 내지 10 bar, 0.5 bar 내지 10 bar, 1 bar 내지 10 bar, 3 bar 내지 10 bar, 5 bar 내지 10 bar, 0.01 bar 내지 5 bar, 0.05 bar 내지 5 bar, 0.1 bar 내지 5 bar, 0.5 bar 내지 5 bar, 1 bar 내지 5 bar, 3 bar 내지 5 bar, 0.01 bar 내지 3 bar, 0.05 bar 내지 3 bar, 0.1 bar 내지 3 bar, 0.5 bar 내지 3 bar, 1 bar 내지 3 bar, 0.01 bar 내지 1 bar, 0.05 bar 내지 1 bar, 0.1 bar 내지 1 bar, 0.5 bar 내지 1 bar, 0.01 bar 내지 0.5 bar, 0.05 bar 내지 0.5 bar, 0.1 bar 내지 0.5 bar, 0.01 bar 내지 0.1 bar 또는 0.05 bar 내지 0.1 bar를 나타낼 수 있다.
또한, 상기 온도 조절기를 통과한 상기 반응기로 유입되는 유체의 온도는 120℃ 이하일 수 있다. 본 발명의 생물학적 고분자 시스템은 다양한 유체의 온도 범위에서도 우수한 순도와 효율로 생물학적 고분자를 합성할 수 있는 것으로, 상기 유체의 온도는 120℃ 이하, 구체적으로는 120℃ 이하, 100℃ 이하, 80℃ 이하, 60℃ 이하, 25℃ 내지 120℃, 50℃ 내지 120℃, 70℃ 내지 120℃, 100℃ 내지 120℃, 25℃ 내지 100℃, 50℃ 내지 100℃, 70℃ 내지 100℃, 25℃ 내지 70℃, 50℃ 내지 70℃, 25℃ 내지 50℃일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 생물학적 고분자 합성에 사용되는 유체의 온도라면 제한 없이 설정 가능하다.
또한, 상기 반응기와 상기 혼합 저장조 사이에 배치되어 폐기물을 배출하는 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 혼합 저장조, 상기 펌프, 상기 온도 조절기 및 상기 반응기를 연결하는 메인 라인, 및 상기 혼합 저장조와 상기 반응기 사이의 상기 메인 라인에서 분지되어, 상기 혼합 저장조에 연결되는 제1 분지 라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 메인 라인을 통해 상기 유체가 순환 흐름을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 분지 라인 상에 배치되는 용매 저장조를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 용매 저장조는 상기 제1 분지 라인으로 상기 밸브와 상기 혼합 저장조와 연결될 수 있다.
또한, 상기 메인 라인 상에 배치되어, 상기 메인 라인을 따라 유동하는 상기 유체의 온도, 압력 및 유량 중 적어도 하나를 센싱하는 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 메인 라인 상에 배치되어, 생물학적 고분자의 합성의 진행을 검출하는 검출기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 밸브에서 분지되어 상기 폐기물을 배출하는 제2 분지 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐 만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐 만 아니라 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우뿐 만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우도 포함한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서에서 용어 "적재 밀도(loading density)"는 “복합 고체 지지체의 단위 질량당 제공되는 작용기(Functional group)의 몰 수”를 의미하는 것으로, 일 구현예에 따른 생물학적 고분자 합성용 중합체의 조성비에 따른 생물학적 고분자의 합성 반응 자리를 의미할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 복합 고체 지지체는 길이가 1 mm 이상이고 1차원 이상의 형상을 갖는 코어 기재(Structure core); 및 상기 코어 기재를 둘러싼 기능성 코팅(Functional coating)을 포함하고, 상기 기능성 코팅에서 생물학적 고분자가 합성되는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 기능성 코팅은 용매 내에서 팽윤하는 특성을 갖는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 기능성 코팅은 표면과 내부에 작용기(Functional group)을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 기능성 코팅은 작용기를 포함하는 것으로서, 용매 내에서 팽윤하는 특성으로 인해 농도 구배로 인한 반응물의 기능성 코팅 내부로의 침투 작용이 발생하기 용이하다. 이로 인해 기능성 코팅의 표면과 내부의 작용기가 반응물에 노출되기 쉬우므로 낮은 적재 밀도에서도 높은 합성 효율을 나타낼 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 작용기는 아민기, 카르복실기, 하이드록실기, 카르보닐기, 아미노기, 티올기 및 인산기 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 기능성 코팅의 반응자리 적재 밀도(Loading density)가 0.01 mmol/g 내지 2 mmol/g인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 기능성 코팅의 반응자리 적재 밀도(Loading density)가 0.01 mmol/g 내지 2 mmol/g, 0.05 mmol/g 내지 2 mmol/g, 0.1 mmol/g 내지 2 mmol/g, 0.3 mmol/g 내지 2 mmol/g, 0.5 mmol/g 내지 2 mmol/g, 0.7 mmol/g 내지 2 mmol/g, 1 mmol/g 내지 2 mmol/g, 0.01 mmol/g 내지 1.7 mmol/g, 0.05 mmol/g 내지 1.7 mmol/g, 0.1 mmol/g 내지 1.7 mmol/g, 0.3 mmol/g 내지 1.7 mmol/g, 0.5 mmol/g 내지 1.7 mmol/g, 0.7 mmol/g 내지 1.7 mmol/g, 1.0 mmol/g 내지 1.7 mmol/g, 0.01 mmol/g 내지 1.5 mmol/g, 0.05 mmol/g 내지 1.5 mmol/g, 0.1 mmol/g 내지 1.5 mmol/g, 0.3 mmol/g 내지 1.5 mmol/g, 0.5 mmol/g 내지 1.5 mmol/g, 0.7 mmol/g 내지 1.5 mmol/g, 1.0 mmol/g 내지 1.5 mmol/g, 0.01 mmol/g 내지 1.2 mmol/g, 0.05 mmol/g 내지 1.2 mmol/g, 0.1 mmol/g 내지 1.2 mmol/g, 0.3 mmol/g 내지 1.2 mmol/g, 0.5 mmol/g 내지 1.2 mmol/g, 0.7 mmol/g 내지 1.2 mmol/g, 1.0 mmol/g 내지 1.2 mmol/g, 0.01 mmol/g 내지 1 mmol/g, 0.05 mmol/g 내지 1 mmol/g, 0.1 mmol/g 내지 1 mmol/g, 0.3 mmol/g 내지 1 mmol/g, 0.5 mmol/g 내지 1 mmol/g 또는 0.7 mmol/g 내지 1 mmol/g인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
일 구현예에 있어서, 상기 기능성 코팅은 물에서 2 mL/g 내지 8 mL/g의 단위 질량당 팽창률을 갖는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 기능성 코팅은 물에서 2 mL/g 내지 8 mL/g, 2 mL/g 내지 7 mL/g, 2 mL/g 내지 6 mL/g, 2 mL/g 내지 5 mL/g, 3 mL/g 내지 8 mL/g, 3 mL/g 내지 7 mL/g, 3 mL/g 내지 6 mL/g 또는 3 mL/g 내지 5 mL/g의 단위 질량당 팽창률을 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 아울러, 상기 기능성 코팅은 물 이외의 용매에서도 팽윤이 발생되는 것으로, 용매 종류에 따라 상이한 단위 질량당 팽창률을 가질 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 코어 기재는 용매 저항성(Solvent resistant), 열저항성(Thermal resistant), 또는 상기 둘 모두의 특성을 포함하는 것일 수 있다. 상기 코어 기재는 상기 기능성 코팅과 달리 팽윤하는 특성 및 용매에 용해되는 특성이 없는 것으로서, 높은 유속에서도 자체 지지(Self standing)가 가능하고 복합 고체 지지체의 지지체 역할을 할 수 있다. 아울러 상기 코어 기재는 열저항성을 갖는 것으로 생물학적 고분자의 합성이 높은 온도에서 진행되더라도 변경되지 않고 지지체의 역할을 할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 코어 기재의 성분은 고분자, 금속 및 세라믹 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리아미드(PA), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리비닐디플로라이드(PVDF), 폴리아세탈(Polyacetal), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르설폰(PES), 폴리페닐렌옥사이드(PPO) 및 폴리페닐렌설파이드(PPS) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 금속은 스테인레스 스틸(Stainless Steel), 티타늄(titanium), 니켈(nickel), 탄탈럼(tantalum), 지르코늄(zirconium) 및 이들의 합금 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 세라믹은 용융실리카(Fused Silica), 알루미나(alumina), 지르코니아(zirconia), 탄화규소(silicon carbide), 질화규소(silicon nitride), 질화붕소(boron nitride) 및 티타늄 디보라이드(titanium diboride) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
일 구현예에 있어서, 상기 코어 기재는 1차원 형상, 2차원 형상 및 3차원 형상 중 선택되는 하나 이상의 형상을 갖는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 1차원의 형상은 단섬유(Staple fiber), 장섬유(Filament fiber) 및 막대형(Rod) 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 코어 기재의 1차원 형상은 섬유 형상을 포함하는 것일 수 있으며, 이 경우 상기 코어 기재는 생물학적 고분자 합성이 발생될 수 있을 정도의 길이로 구성되고, 상기 복합 고체 지지체는 엉켜 있는 형태로 반응기 내에 적재됨으로써 생물학적 고분자 합성 반응에 활용될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 2차원의 형상은 스펀본드 부직포(Spunbond non-woven fabric), 멜트블로운 부직포(Meltblown non-woven fabric), 니들펀칭 부직포(Needle-punched non-woven fabric), 수력엉킴 부직포(Hydroentangled non-woven fabric), 직물(Woven fabric), 니티드 패브릭(Knitted fabric), 다공질막(Porous membrane), 고분자 필름(Polymeric Film) 및 메쉬(Mesh) 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 코어 기재의 2차원 형상은 복수개의 상기 1차원 형상의 코어 기재가 무작위로 배열된 형태를 포함하는 것일 수 있다. 또한 상기 무작위 배열에 의해 복수개의 상기 1차원 형상의 코어 사이에 기공을 형성하여 상기 2차원 형상은 무작위적 다공성을 나타내는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 3차원의 형상은 오픈셀 폼(Open cell foam), 매크로 기공 구(Marco-pored sphere) 또는 상기 둘 모두를 포함하는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 코어 기재의 일 단면의 길이는 1 mm 이상으로, 상기 기능성 코팅이 목적하는 생물학적 고분자 합성에 참여할 수 있을 정도의 크기를 가질 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 코어 기재가 1차원 형상인 경우, 섬유 등과 같은 형상의 코어 기재가 엉킴을 통해 복합 고체 지지체의 지지체 역할을 할 수 있도록 구현될 수 있다. 또한 상기 코어 기재가 2차원 또는 3차원 형상인 경우, 부직포(2차원) 및 폼(3차원) 등과 같이 그 자체로 지지체 역할을 할 수 있다. 따라서, 상기 코어 기재의 일 단면의 길이는 1 mm 이상일 수 있으며, 이론적으로 무한한 길이의 1차원 형상의 코어 기재도 지지체가 될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 기능성 코팅은 1종 이상의 주단량체 및 활성 단량체의 중합물을 포함하는 것일 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 기능성 코팅은 제1 단량체 및 상기 활성 단량체의 중합물을 포함하는 것이거나, 제1 단량체, 제2 단량체 및 상기 활성 단량체의 중합물을 포함하는 것일 수 있다. 또한 본 발명의 기능성 코팅은 1종 이상의 주단량체가 주성분으로 반응자리를 제공하는 활성 단량체와의 중합 반응을 통해 형성되는 고분자일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 제1 단량체는 비스아크릴아미드계 가교제, 메타아크릴로일기, 알케닐기로 치환된 트리아진 및 아크릴레이트계 가교제 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로 상기 제1 단량체는 폴리에틸렌 글리콜계, 예를 들면, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 단량체는 기능성 코팅에서 작용기를 내부 및/또는 표면에 노출하기 위한 활성 단량체와 반응 또는 결합할 수 있는 물질이라면 제한없이 사용 가능하다. 비제한적인 예시로서, 상기 제1 단량체는 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(Polyethylene glycol diacrylate), N,N'-메틸렌비스아크릴아미드(N,N'-Methylenebisacrylamide, MBA), 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(Ethylene Glycol Dimethacrylate, EGDMA), 폴리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트(Poly(ethylene glycol) 디메타크릴레이트(Dimethacrylate, PEGDMA), 글리시딜메타크릴레이트(Glycidyl Methacrylate, GMA), 디비닐술폰(Divinyl Sulfone, DVS), 트리에틸렌 글리콜 디비닐 에테르(Triethylene Glycol Divinyl Ether, TEGDVE) 및 디알릴 프탈레이트(Diallyl Phthalate, DAP) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 제2 단량체는 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA), 아크릴산(AA), 메틸 메타크릴레이트(MMA), 에틸 아크릴레이트(EA), 부틸 아크릴레이트(BA), 글리시딜 메타크릴레이트(GMA) 및 비닐아세테이트(VAc) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 활성 단량체는 상기 기능성 코팅의 내부 및/또는 표면에 작용기를 제공하기 위한 것으로, 아크릴레이트계, 아크릴아미드계 및 메타크릴아미드계 물질 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 비제한적인 예시로서, 상기 활성 단량체는 N-(2-아미노프로필) 메타크릴아미드 염산염(N-(2-aminopropyl) methacrylamide hydrochloride), 아미노에틸 메타크릴레이트 염산염(Aminoethyl Methacrylate Hydrochloride, AEMA.HCl), 2-아미노에틸메타크릴레이트(2-Aminoethyl Methacrylate, 2-AEMA), N-(3-아미노프로필) 메타크릴아미드 염산염(N-(3-Aminopropyl) methacrylamide Hydrochloride, APMA), 4-아미노스티렌(4-Aminostyrene), N-(4-아미노페닐)메타크릴아미드(N-(4-Aminophenyl)methacrylamide), N,N-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(N,N-Dimethylaminoethyl Methacrylate, DMAEMA), N,N-디메틸아미노프로필 아크릴아미드(N,N-Dimethylaminopropyl Acrylamide, DMAPAA) 및 N-(2-아미노에틸)아크릴아미드 염산염(N-(2-Aminoethyl)acrylamide Hydrochloride) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 복합 고체 지지체는 균질 복합 고체 지지체, 불균질 복합 고체 지지체, 또는 상기 둘 모두를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 균질 복합 고체 지지체에서는 상기 기능성 코팅이 상기 1종 이상의 주단량체 및 상기 활성 단량체의 중합물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 불균질 복합 고체 지지체에서는 분쇄된 종래 고체 지지체를 포함하는 상기 기능성 코팅이 상기 코어 기재에 코팅된 형태일 수 있다. 상기 종래 고체 지지체는 폴리스티렌/디비닐벤젠 공중합체(PS/DVB), 가교 결합된 폴리에틸렌글리콜 중합체(Crosslinked Polyethyleneglycol), 폴리-엡실론-라이신/세바식산 공중합체(poly-ε-lysine/sebacic acid), 다공성 유리(Controlled pore glass), 아미노-폴리아크릴아마이드 수지 섬유(Amino-polyacrylamide-resin fiber), 셀룰로오스(Cellulose) 및 수산화 폴리프로필렌(Hydroxylated PP) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
일 구현예에 있어서, 상기 1차원의 코어 기재는 직경(단면)이 10 μm 내지 100 μm인 것일 수 있다. 구체적으로, 10 μm 내지 100 μm, 20 μm 내지 100 μm, 30 μm 내지 100 μm, 40 μm 내지 100 μm, 10 μm 내지 80 μm, 20 μm 내지 80 μm, 30 μm 내지 80 μm, 40 μm 내지 80 μm, 10 μm 내지 60 μm, 20 μm 내지 60 μm, 30 μm 내지 60 μm, 40 μm 내지 60 μm, 10 μm 내지 50 μm, 20 μm 내지 50 μm, 30 μm 내지 50 μm 또는 40 μm 내지 50 μm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 1차원 코어 기재의 직경이 10 μm 미만일 경우에는 너무 가늘어져 코어 기재가 뭉쳐지게 되고 기계적 물성이 떨어지는 문제가 발생하며, 100 μm를 초과할 경우에는 기능성 코팅의 적재 밀도가 지나치게 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 2차원의 코어 기재는 두께(층 두께)가 10 μm 내지 10 mm인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 2차원의 코어 기재는 두께가 10 μm 내지 10 mm, 50 μm 내지 10 mm, 100 μm 내지 10 mm, 150 μm 내지 10 mm, 200 μm 내지 10 mm, 250 μm 내지 10 mm, 300 μm 내지 10 mm, 350 μm 내지 10 mm, 400 μm 내지 10 mm, 10 μm 내지 5 mm, 50 μm 내지 5 mm, 100 μm 내지 5 mm, 150 μm 내지 5 mm, 200 μm 내지 5 mm, 250 μm 내지 5 mm, 300 μm 내지 5 mm, 350 μm 내지 5 mm, 400 μm 내지 5 mm, 10 μm 내지 3 mm, 50 μm 내지 3 mm, 100 μm 내지 3 mm, 150 μm 내지 3 mm, 200 μm 내지 3 mm, 250 μm 내지 3 mm, 300 μm 내지 3 mm, 350 μm 내지 3 mm, 400 μm 내지 3 mm, 10 μm 내지 1 mm, 50 μm 내지 1 mm, 100 μm 내지 1 mm, 150 μm 내지 1 mm, 200 μm 내지 1 mm, 250 μm 내지 1 mm, 300 μm 내지 1 mm, 350 μm 내지 1 mm, 400 μm 내지 1 mm, 10 μm 내지 0.5 mm, 50 μm 내지 0.5 mm, 100 μm 내지 0.5 mm, 150 μm 내지 0.5 mm, 200 μm 내지 0.5 mm, 250 μm 내지 0.5 mm, 300 μm 내지 0.5 mm, 350 μm 내지 0.5 mm 또는 400 μm 내지 0.5 mm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 2차원의 코어 기재의 두께가 10 μm 미만일 경우에는 기계적 물성을 유지하기가 어렵고, 10 mm를 초과할 경우에는 기능성 코팅의 내부까지 중합 반응이 균일하게 일어나지 않을 가능성이 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 코어 기재의 기공도는 50% 내지 95%인 것일 수 있다. 상기 코어 기재가 1차원인 경우, 섬유 등과 같은 형상의 코어 기재가 엉킴을 통해 기공을 형성할 수 있으며, 상기 코어 기재가 2차원 또는 3차원인 경우 부직포, 폼 등과 같이 내부에 기공을 포함할 수 있다. 이렇듯 기공을 갖는 경우에 있어서, 상기 코어 기재의 기공도는 50% 내지 95%, 60% 내지 95%, 70% 내지 95%, 80% 내지 95%, 90% 내지 95%, 50% 내지 90%, 60% 내지 90%, 70% 내지 90% 또는 80% 내지 90%인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 여기서, 상기 다공성 분리막 기재의 기공 크기는 특별한 제한이 없으며, 상기 기공도가 50% 미만일 경우 기능성 코팅이 팽윤된 이후에도 기공이 막혀 기능성 코팅의 내부까지 생물학적 고분자 합성이 일어나지 않을 수 있다. 또한 기공도가 95%를 초과할 경우에는 기계적 물성을 유지하기 어려울 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 기능성 코팅의 두께는 0.1 μm 내지 1000 μm인 것일 수 있다. 상기 기능성 코팅의 두께는 목적하는 생물학적 고분자 종류와 상기 코어 기재가 1차원, 2차원 또는 3차원 형상에 따라 적절한 두께로 선택될 수 있다. 구체적으로는, 상기 기능성 코팅의 두께는 0.1 μm 내지 1000 μm, 0.5 μm 내지 1000 μm, 1 μm 내지 1000 μm, 5 μm 내지 1000 μm, 10 μm 내지 1000 μm, 50 μm 내지 1000 μm, 100 μm 내지 1000 μm, 0.1 μm 내지 500 μm, 0.5 μm 내지 500 μm, 1 μm 내지 500 μm, 5 μm 내지 500 μm, 10 μm 내지 500 μm, 50 μm 내지 500 μm, 100 μm 내지 500 μm, 0.1 μm 내지 200 μm, 0.5 μm 내지 200 μm, 1 μm 내지 200 μm, 5 μm 내지 200 μm, 10 μm 내지 200 μm, 50 μm 내지 200 μm, 100 μm 내지 200 μm, 0.1 μm 내지 100 μm, 0.5 μm 내지 100 μm, 1 μm 내지 100 μm, 5 μm 내지 100 μm, 10 μm 내지 100 μm, 50 μm 내지 100 μm, 0.1 μm 내지 50 μm, 0.5 μm 내지 50 μm, 1 μm 내지 50 μm, 5 μm 내지 50 μm, 10 μm 내지 50 μm, 0.1 μm 내지 20 μm, 0.5 μm 내지 20 μm, 1 μm 내지 20 μm, 5 μm 내지 20 μm 또는 10 μm 내지 20 μm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 기능성 코팅의 두께가 0.1 μm 미만과 같이 지나치게 작으면 기능성 코팅의 적재 밀도가 매우 낮아지게 되는 문제가 발생한다. 또한 상기 기능성 코팅의 두께가 1000 μm 초과하는 경우와 같이 지나치게 클 경우에는 기능성 코팅 자체가 불균일한 중합 반응으로 제조되고, 생물학적 고분자 합성과정에서 순도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 복합 고체 지지체는 쉘-코어 구조 또는 비드(bead) 구조가 아닌 것일 수 있다. 또한 상기 고체 지지체는 쉘-코어 구조에서 코어를 포함하지 않는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 코어 기재는 표면이 친수 처리된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 표면 친수 처리는 계면활성제 또는 산성 용액을 사용하는 화학적 방법 및 플라즈마 처리 또는 UV 조사를 포함하는 물리적 방법 중에서 선택되는 방법을 통해 수행될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 표면이 친수 처리된 상기 코어 기재에 상기 기능성 코팅이 형성된 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 기능성 코팅은 링커(Linker)를 추가 포함하는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 링커는 링크 아미드(Rink amide) 링커, 왕(Wang) 링커, 2-클로로트리틸(2-Chlorotrityl, CTC) 링커, 시베르(Sieber) 링커, BAL 링커, 4-설파밀부티릴(4-sulfamylbutyryl) 링커 및 HMBA(TFA 안정) 링커 중 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 기능성 코팅은 내부 및/또는 표면에 작용기가 노출되고, 상기 작용기에 상기 링커가 결합될 수 있다. 상기 기능성 코팅(작용기)-링커를 통해 연결된 단량체 단위(아미노산 잔기)에 추가적인 단량체 단위(아미노산 잔기)를 첨가함으로써 복수의 단량체 단위를 포함하는 생물학적 고분자가 합성될 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 생물학적 고분자는 펩타이드, 올리고뉴클레오타이드 및 펩타이드 핵산(PNA) 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 고분자 합성 시스템을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 고분자 합성 시스템(1)은 아미노산, 시약 및 첨가제 중 적어도 하나를 포함하는 유체에 순환 흐름을 형성하여, 생물학적 고분자를 합성할 수 있다.
이하에서, '아미노산 혼합물'은 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 아미노산(들)뿐만 아니라 시약(들)을 포함하는 액체이며, 여기서, '아미노산'은 변형되거나 비-변형될 수 있고, 선택적으로 사전-활성화될 수 있으며, 아미노산 혼합물은 또한 펩타이드를 포함할 수 있다.
이하에서, 'SPPS'는 고체상 펩타이드 합성(Solid Phase Peptide Synthesis)의 약어이고, 아미노산 잔기를 고체 지지체(수지) 상에 고정된 펩타이드 또는 아미노산에 첨가함으로써 펩타이드를 생산하는 의미로 사용된다.
이하에서, '시약'은 커플링 시약, 탈보호 시약, 첨가제, 염기, 및 합성에 사용되는 다른 시약의 의미로 사용된다.
이하에서, '유체'는 저장조에서 배출되어 생물학적 고분자 합성 시스템의 배관을 따라 이동하는 물질로 정의하고, 프로세스에 따라 다양한 종류의 단일 물질 또는 혼합 물질일 수 있다.
일 실시예로, 생물학적 고분자 합성 시스템(1)은 적어도 하나의 아미노산의 순차적 합성을 가능하게 하는 고체상 펩타이드 합성(solid phase peptide synthesis; SPPS)을 위한 관류 방법(flow-through process)이 적용될 수 있다.
일 실시예로, 생물학적 고분자 합성 시스템(1)은 혼합 저장조(100), 펌프(200), 온도 조절기(300) 및 반응기(400)를 포함할 수 있다. 또한, 생물학적 고분자 합성 시스템(1)은 밸브(500), 용매 저장조(500), 센서(SE), 검출기(DE)를 더 포함할 수 있다.
메인 라인(ML)은 혼합 저장조(100), 펌프(200), 온도 조절기(300) 및 반응기(400)가 연결되어, 순환 배관 라인을 제공할 수 있다. 또한, 메인 라인(ML)은 밸브(500)가 배치되며, 밸브(500)는 제1 분지 라인(SL1)과 제2 분지 라인(SL2)이 연결될 수 있다.
혼합 저장조(100)는 아미노산, 시약 및 첨가제 중 적어도 하나를 포함하는 유체가 머무르는 공간을 제공할 수 있다. 혼합 저장조(100)는 출구단에 개폐 밸브(미도시)가 배치되어, 메인 라인(ML)으로 유입되는 유체의 종류와 유량을 조절할 수 있다.
혼합 저장조(100)는 하나 이상의 시약 저장조(미도시) 및 용매 저장조에서 유입되는 아미노산, 시약, 첨가제가 혼합될 수 있다. 작업자는 각 챔버의 개방량을 조절하여, 각 합성 단계에 따라 혼합 저장조(100)에서 배출되는 유체의 종류와 유량을 정교하게 조절할 수 있다. 일 예시로, 하기의 SPPS 방식의 생물학적 고분자 각 합성 단계에서 해당 유체가 혼합 저장조에 유입되고, 혼합 및 계류된 다음 반응기로 유입될 수 있다.
1) 탈보호 단계: 탈보호 시약(피페리딘)
2) 세척 단계: 용매(DMF)
3) 커플링 단계: 아미노산, 커플링 시약(DIC), 첨가제(Oxyma pure)
4) 세척 단계: 용매(DMF)
펌프(200)는 유체에 구동력을 제공하여, 유체가 메인 라인(ML)을 따라 이동할 수 있다. 펌프(200)는 유체가 혼합 저장조(100)에서 반응기(400)로 흐르도록 구동력을 제공할 수 있다. 도 1에서 펌프(200)는 유체의 흐름 상 혼합 저장조(100)-반응기(400) 사이에 위치하나, 유체는 순환 흐름을 형성하므로 반드시 혼합 저장조(100)-반응기(400) 사이에 위치하지 않아도 무방하다.
펌프(200)은 유체에 흡입력과 토출력을 제공하는 모든 종류의 장치가 사용될 수 있다. 예컨대, 펌프(200)은 기어 펌프, 나사펌프, 베인 펌프, 캡 펌프, 피스톤 펌프, 플런저 펌프, 다이어프램 펌프, 원심 펌프 등일 수 있다.
또한, 펌프(200)는 기계 변위형 마이크로펌프와 전자기운동형 마이크로펌프 등의 모든 종류의 펌프가 사용될 수 있다. 기계 변위형 마이크로펌프는 유체의 흐름을 유도하기 위해 압력차를 일으키도록 기어나 다이어그램과 같은 고체 혹은 유체의 운동을 이용하는 펌프로서, 다이어프람 변위 펌프(Diaphragm displacement pump), 유체 변위 펌프(Fluid displacement pump), 회전 펌프(Rotary pump) 등이 있다. 전자기운동형 마이크로펌프는 전기적 또는 자기적 형태의 에너지를 바로 유체의 이동에 이용하는 펌프로서, 전기유체역학 펌프(Electro hydrodynamic pump, EHD), 전기삼투식 펌프(Electro osmotic pump), 자기유체역학 펌프(Magneto hydrodynamic pump), 전기습식 펌프(Electro wetting pump) 등이 있다.
온도 조절기(300)는 반응기(400)로 유입되는 유체의 온도를 목표 온도로 설정할 수 있다. 온도 조절기(300)는 혼합 저장조(100)의 다운 스트림과 반응기(400)의 업스트림에 배치되어, 아미노산, 시약 및 첨가제에서 선택된 하나 이상을 포함하는 유체를 냉각하거나 가열할 수 있다. 도 1에서 온도 조절기(300)는 유체의 흐름 상 혼합 저장조(100)-반응기(400) 사이에 위치하나, 유체는 순환 흐름을 형성하므로 반드시 혼합 저장조(100)-반응기(400) 사이에 위치하지 않아도 무방하다.
온도 조절기(300)는 열교환을 통해서 유체에 열을 전달하거나, 유체로부터 열을 전달받는 다양한 디바이스 일 수 있다. 예컨대, 온도 조절기(300)는 전기 가열 디바이스, 유도 히터, 또는 마이크로파 공동 등일 수 있다.
일 예시로, 온도 조절기(300)는 반응기(400)로 유입되는 유체의 온도를 상온으로 유지할 수 있다. 온도 조절기(300)는 유체의 온도를 120℃ 이하, 구체적으로 25℃ 내지 100℃로 조절할 수 있다. 또한 온도 조절기(300)는 유체의 온도를 50℃ 내지 80℃로 조절할 수 있다.
도 2는 도 1의 반응기를 도시하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반응기(400)는 혼합 저장조(100)에서 배출된 유체가 순환하여 흐를 수 있다.
반응기(400)는 컬럼(410)과 복합 고체 지지체(420)를 구비할 수 있다.
컬럼(410)은 유체가 유입되는 입구(411)와 배출되는 출구(412)를 가질 수 있다. 컬럼(410)은 내부 공간을 가지고, 복합 고체 지지체(420)가 배치될 수 있다.
컬럼(410)은 합성되는 생물학적 고분자의 종류, 생물학적 고분자의 합성량, 유체의 유량, 유체의 속도, 복합 고체 지지체의 종류 등을 고려하여 다양한 크기를 가질 수 있다.
컬럼(410)의 입구(411)와 출구(412)는 메인 라인(ML) 상에 배치되어, 입구(411)로 들어온 유체는 컬럼(410)의 내부 공간을 통과하고 출구(412)로 배출될 수 있다. 이때, 유체는 컬럼(410)의 내부 공간에 배치되는 복합 고체 지지체(420)를 통과할 수 있다.
복합 고체 지지체(420)는 컬럼(410)의 내부에 배치될 수 있다. 고체 지지체(420)는 컬럼(410)의 내부에 채워질 수 있다.
복합 고체 지지체(420)는 컬럼(410)의 내부 공간에 다양한 위치 및 형태로 배치될 수 있다. 복합 고체 지지체(420)는 컬럼(410)의 내부 공간의 기 설정된 위치에 채워질 수 있다.
예컨대, 복합 고체 지지체(420)는 컬럼(410)의 내부 공간에 적재될 수 있다.
일 예시로, 복합 고체 지지체(420)의 코어 기재는 필라멘트(FM)가 얽혀진 형태인 경우, 필라멘트(FM)의 사이로 유체가 통과할 수 있다. 복합 고체 지지체(420) 적재 방법에 따라 유체의 흐름 경로가 달라질 수 있다. 일 예시로, 나선형으로 말아진 형태의 복합 고체 지지체가 적재된 경우, 나선형의 복합 고체 지지체 각 층 사이와 얽힘으로 발생되는 다공성 공간에 유체가 흐를 수 있다
복합 고체 지지체(420)는 코어 기재(BM)와 기능성 코팅(CO)을 가질 수 있다.
일 예시로, 코어 기재(BM)는 복수개의 필라멘트가 얽혀져서 랜덤한 다공성을 형성할 수 있다. 기능성 코팅(CO)은 아민기, 카르복실기 등 작용기가 노출되도록 생물학적 고분자 합성용 중합체가 코어 기재에 코팅된 것일 수 있다.
코어 기재(BM)는 길이가 1 mm 이상이고 1차원 이상의 형상을 가질 수 있다. 코어 기재(FM)는 1차원 형상, 2차원 형상 및 3차원 형상 중 선택되는 하나 이상의 형상을 갖는 것일 수 있다.
코어 기재(BM)는 용매 저항성(Solvent resistant), 열저항성(Thermal resistant), 또는 상기 둘 모두의 특성을 포함하는 것일 수 있다. 코어 기재(BM)는 기능성 코팅(CO)과 달리 팽윤하는 특성 및 용매에 용해되는 특성이 없는 것으로서, 자체 지지(Self standing)가 가능하고 복합 고체 지지체의 지지체 역할을 할 수 있다. 아울러 코어 기재(FM)는 열저항성을 갖는 것으로 생물학적 고분자의 합성이 높은 온도에서 진행되더라도 변경되지 않고 지지체의 역할을 할 수 있다.
기능성 코팅(Functional coating)은 코어 기재(FM)를 둘러싸고 생물학적 고분자가 합성되는 영역을 제공할 수 있다.
일 실시예로, 기능성 코팅(CO)은 용매 내에서 팽윤하는 특성을 갖는 것일 수 있다.
기능성 코팅(CO)은 표면과 내부에 작용기(Functional group)을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 기능성 코팅은 작용기를 포함하는 것으로서, 용매 내에서 팽윤하는 특성으로 인해 농도 구배로 인한 반응물의 기능성 코팅 내부로의 침투 작용이 발생하기 용이하다. 이로 인해 기능성 코팅의 표면과 내부의 작용기가 반응물에 노출되기 쉬우므로 낮은 적재 밀도에서도 높은 합성 효율을 나타낼 수 있다.
밸브(500)는 반응기(400)와 저장조(100) 사이에 배치되어, 폐기물이 배출되는 경로를 설정할 수 있다. 밸브(500)는 반응기(400)의 반응 후에 생성되는 폐기물이 제2 분지 라인(SL2)으로 배출되도록 유체의 유동 방향을 조절할 수 있다. 일 예시로, 밸브(500)은 4채널 밸브일 수 있으며, 4채널 밸브는 혼합 저장소(100), 반응기(400), 용매 저장조(600) 및 제2 분지 라인(SL2)과 연결될 수 있다.
밸브(500)는 유체의 순환과 폐기물의 배출을 조절할 수 있다. 밸브(500)는 SPPS 합성의 각 단계 진행 중 반응물 유체의 순환 흐름을 설정하여 생물학적 고분자의 합성율을 높일 수 있으며, 각 단계의 남은 물질을 제2 분지 라인(SL2)으로 배출되도록 하여 다음 단계로의 진행이 되도록 할 수 있다.
용매 저장조(600)는 생물학적 고분자 합성 및 클리닝에 사용되는 용매가 저장될 수 있다. 용매는 합성 공정에 따라 다양하게 선택될 수 있다.
용매 저장조(600)는 제1 분지 라인(SL1) 상에 배치될 수 있다. 용매 저장조(600)는 제1 분지 라인(SL1)과 연결되어, SPPS 합성의 각 단계에 따라 용매는 밸브(500)로 이동하거나, 혼합 저장조(100)로 이동할 수 있다.
합성 공정 중에 세척(wash) 공정을 진행하기 전에, 이전 단계에서 배관에 잔류된 물질이 제거되어야 한다. 이때 용매 저장조(600)에서 배출되는 용매는 제1 분지 라인(SL1)으로 배출되어, 메인 라인(ML)이 세척될 수 있다.
센서(SE)는 메인 라인(ML) 상에 배치되어, 메인 라인(ML)을 따라 유동하는 유체의 온도, 압력 및 유량 중 적어도 하나를 센싱할 수 있다.
검출기(DE)는 메인 라인(ML) 상에 배치되어, 생물학적 고분자 합성의 진행을 검출할 수 있다. 일 예시로, 검출기는 반응기(400)의 입구와 출구 중 적어도 하나에 배치될 수 있으며, 순환하는 유체를 검출할 수 있다. 도 1에서 검출기(DE)는 유체의 흐름 상 반응기(400)-혼합 저장조(100) 사이에 위치하나, 유체는 순환 흐름을 형성하므로 반드시 반응기(400)-혼합 저장조(100) 사이에 위치하지 않아도 무방하다.
메인 라인(ML)은 혼합 저장조(100), 펌프(200), 온도 조절기(300) 및 반응기(400)를 연결할 수 있으며, 유체의 순환 경로를 제공할 수 있다.
제1 분지 라인(SL1)은 혼합 저장조(100)와 반응기(400) 사이의 메인 라인(ML)에서 분지되어, 혼합 저장조(100)에 연결될 수 있다. 제1 분지 라인(SL1)은 밸브(500)와 혼합 저장조(100)를 연결하여, 용매 저장조(600)의 용매를 메인 라인(ML)으로 공급하여, 메인 라인(ML)에 잔류된 물질을 제거할 수 있다.
제2 분지 라인(SL2)은 밸브(500)에서 분지되어 폐기물을 배출할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 유속에 따른 반응기의 압력 강하 분석
도 3은 본 발명의 반응기와 비교예를 비교하기 위하여 유속에 따른 압력 강하를 측정한 그래프이다.
(시험 장비)
- 컬럼(Intertec empty cartridge column): 27 mL, I.D./Hight: 12.8*60 mm
- 펌프: LEAD FLUID CT3001, 펌프헤드: Fluid-o-Tech/MG209
- 사용시약: DMF (Dimethylformaminde, SAMJHUN), Rink-Amide-MBHA-Resin (GL Biochme, 0.5mmole/g)
- 압력 측정 장비: SMC PSE560-C01 압력센서, SMC PSE200A 디지털 압력센서 컨트롤러
실시예로는 복합 고체 지지체 5.0 g(0.5 mmol, 적재 밀도: 0.1 mmol/g)를 컬럼에 넣고, 비교예로는 입자형 고체 지지체(PS/DVB) 1.0 g(0.5 mmol, 적재 밀도: 0.5 mmol/g)를 컬럼에 넣은 후, 20 mL의 DMF 용매를 가하고 30분 동안 복합 고체 지지체를 팽윤시켰다.
이후 펌프의 토출부 튜브를 컬럼을 연결하고, 컬럼의 입구와 출구에 압력 센서를 각각 설치하고, 각 압력 센서를 컨트롤러와 연결시켰다.
빈 컬럼, 복합 고체 지지체 컬럼(실시예), 입자형 고체 지지체 컬럼(비교예)에 각각 40 mL/min(1.48 C.V/min) 유속의 DMF를 흘려주며 입구와 출구에서의 압력을 측정하였다. 이후, 유속을 50 ml/min(1.85 C.V/min), 100 ml/min(3.7 C.V/min), 200 ml/min(7.4 C.V/min), 300 ml/min(11.11 C.V/min), 400 ml/min(14.81 C.V/min), 500 ml/min(18.52 C.V/min) 변경해가면서 컬럼의 입구와 출구에서의 압력을 측정하였다.
빈 컬럼의 입구와 출구에서 발생한 압력 강하된 값을 기준값(Zero)으로 설정하였다. 복합 고체 지지체를 넣은 컬럼의 입구와 출구에서의 기준값과 비교하여 추가적으로 발생한 압력 강하 수치와, 입자형 고체 지지체를 넣은 컬럼의 입구와 출구에서의 기준값과 비교하여 추가적으로 발생한 압력 강하 수치를 산출하였다.
유속 (ml/min) 비교예 실시예
40 0.17 0.04
50 0.23 0.04
100 0.5 0.05
200 0.97 0.08
300 - 0.1
400 - 0.11
도 3과 표 1을 참고하면, 본 발명의 복합 고체 지지체는 유속이 증가하더라도, 압력 강하가 작게 발생하였다. 이는 복합 고체 지지체의 빈 공간으로 유체가 통과할 수 있으므로, 유속이 증가하더라도 압력 강하가 작게 발생하고 유체의 흐름성이 증가하기 때문이다.이에 반해, 종래의 입자형 고체 지지체(비드형 고체상 합성용 레진 고분자(PS/DVB))는 유속이 증가하면 압력 강하가 크게 발생하고 300 ml/min에서는 유체가 토출되지 않았다. 이는 종래의 입자형 고체 지지체는 유속이 증가할 때 서로 뭉쳐져 컬럼 내의 공간을 채워서 유체가 통과할 수 있는 공간이 줄어들고, 그에 따라 출구에서 측정되는 압력이 크게 저하되고, 유체의 흐름성이 감소하기 때문이다.
실시예 2. 컬럼의 크기에 따른 복합 고체 지지체의 압력 강하 분석
도 4은 본 발명의 반응기의 크기에 따른 압력강하를 측정한 그래프이다.
(시험 장비)
- A컬럼(Intertec empty cartridge column): 27 mL, I.D./Hight: 12.8*60 mm
- B컬럼(Intertec empty cartridge column): 108 mL, I.D./Hight: 21.4*76 mm)
- C컬럼(Intertec empty cartridge column): 385mL, I.D./Hight:26.8*127 mm
- 펌프: LEAD FLUID CT3001, 펌프헤드: Fluid-o-Tech/MG209
- 사용시약: DMF (Dimethylformaminde, SAMJHUN), Rink-Amide-MBHA-Resin (GL Biochme, 0.5mmole/g)
- 압력 측정 장비: SMC PSE560-C01 압력센서, SMC PSE200A 디지털 압력센서 컨트롤러
A컬럼에는 복합 고체 지지체를 5 g 담지하고, 20 ml의 DMF 용매를 가하고 30분 동안 팽윤 시켰다. B컬럼에는 복합 고체 지지체를 20 g 담지하고, 80 ml의 DMF 용매를 가하고 30분 동안 팽윤 시켰다. C컬럼에는 복합 고체 지지체를 70 g 담지하고, 300 ml의 DMF 용매를 가하고 30분 동안 팽윤 시켰다.
펌프의 토출부 튜브를 각각의 컬럼을 연결하고, 각 컬럼의 입구와 출구에 압력 센서를 각각 설치하고, 각 압력 센서를 컨트롤러와 연결시켰다.
A컬럼, B컬럼, C컬럼에 각각 0.5 컬럼 부피(Column volume, mL)/min 유속의 DMF를 흘려주며 입구와 출구에서의 압력을 측정하였다. 이후, 유속을 1 C.V/min, 2 C.V/min, 3 C.V/min, 4 C.V/min, 5 C.V/min 변경하여 컬럼의 입구와 출구에서의 압력을 측정하였다.
비어 있는 각 컬럼의 입구와 출구에서 발생한 압력 강하된 값을 기준값(Zero)으로 설정하였다. 복합 고체 지지체를 넣은 A, B, C컬럼의 입구와 출구에서 기준값과 비교하여 추가적으로 발생한 압력 강하 수치를 산출하였다.
유속(C.V/min) A 컬럼 B 컬럼 C 컬럼
0.5 0.03 0.05 0.05
1 0.04 0.06 0.05
2 0.04 0.06 0.07
3 0.04 0.07 0.08
4 0.05 0.08 0.09
도 4와 표 2를 참고하면, 본 발명의 복합 고체 지지체는 컬럼의 부피를 다양하게 하더라도, 다양한 유속에서 유체의 압력 강하가 작게 발생하였다. 이는 복합 고체 지지체의 빈 공간으로 유체가 통과할 수 있으므로, 유속이 증가하더라도 압력 강하가 작게 발생하고 유체의 흐름성이 증가하기 때문이다.이에, 본 발명의 복합 고체 지지체는 컬럼의 부피에 관계없이 일관되게 압력 강하의 정도가 작다.
실시예 3. 온도에 따른 복합 고체 지지체의 압력 강하 분석
도 5 및 도 6은 본 발명의 반응기와 비교예의 온도에 따른 압력 강하를 측정한 그래프이다.
같은 유속을 가질 때 동일한 펌프의 회전속도가 빠르면 배압(Back pressure)이 크다. 이를 통해 특정 유량이 토출 될 때의 펌프의 회전속도를 측정하여 각 고체 지지체에 걸리는 배압을 비교하였다.
본 발명에서 사용된 복합 고체 지지체(0.5 mmol)가 적재된 27ml 컬럼(실시예), 빈 컬럼(비교예1), 종래의 입자형 고체 지지체(Rink-Amide-MBHA-Resin, 0.5 mmol, 1.25 g)가 적재된 27 ml 컬럼(비교예2)을 비교하였다.
표 3과 도 5과 같이, 25℃에서 DMF용매를 사용하여 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 ml/min의 유속이 나올 때의 펌프의 RPM값을 기록하였다.
25℃에서 DMF를 사용하였을 때 복합 고체 지지체가 적재된 컬럼(실시예)은 빈 컬럼(비교예1)과의 펌프 회전속도에서 차이가 크지 않았다. 반면 입자형 고체 지지체가 적재된 컬럼(비교예2)은 250 ml/min에서 높은 배압으로 인해 펌프의 작동이 멈추었다.
유속 (ml/min) 실시예 비교예1 비교예2
50 96 94 103
100 191 188 205
150 287 282 317
200 383 376 542
250 479 471 0
300 574 565 0
350 670 646 0
400 766 724 0
표 4와 도 6과 같이, 50℃에서 DMF용매를 사용하여 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 ml/min의 유속이 나올 때의 펌프의 RPM값을 기록하였다.50℃에서 DMF를 사용하였을 때, 용액의 점도가 감소하여 배압이 감소하였다. 하지만 입자형 고체 지지체(비교예2)는 350 ml/min에서 높은 배압으로 인해 펌프의 작동이 멈추었다.
유속 (ml/min) 실시예 비교예1 비교예2
50 92 89 97
100 184 177 194
150 276 266 378
200 368 355 474
250 459 443 554
300 551 532 768
350 669 621 0
400 765 710 -
표 5와 같이, 70℃에서 DMF용매를 사용하여 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 ml/min의 유속이 나올 때의 펌프의 RPM값을 기록하였다.70℃에서 DMF를 사용하였을 때, 용액의 점도가 감소하여 배압이 감소하였다. 하지만 입자형 고체 지지체(비교예2)는 350 ml/min에서 높은 배압으로 인해 펌프의 작동이 멈추었다.
유속 (ml/min) 실시예 비교예1 비교예2
50 89 87 94
100 180 175 189
150 271 259 375
200 364 349 465
250 453 440 543
300 547 530 730
350 659 618 0
400 763 705 -
또한, 고체상 펩타이드 합성 반응에 많이 사용되는 Piperidine 20% in DMF (0.1M Oxymapure)를 이용하여 상온에서 펌프의 회전수를 측정하였다. 이때에도 입자형 고체 지지체는 250 ml/min에서 높은 배압으로 인해 작동이 멈추었다. 즉, 본 발명의 복합 고체 지지체는 종래의 입자형 고체 지지체보다 배압이 적게 걸림을 확인하였다. 긴 펩타이드를 합성할수록 복합 고체 지지체의 부피와 무게가 증가하여 더욱 많은 배압이 걸리는 것을 고려하면, 본 발명의 복합 고체 지지체는 기존의 입자형 고체 지지체와 달리 유체의 흐름성을 높여서 흐름형 반응기의 합성 성능을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 흐름 반응기 및 이를 포함하는 생물학적 고분자 합성 시스템은 합성 반응의 효율성이 증대될 수 있다.
종래의 입자형 고체상 합성용 레진 고분자는 높은 유속에서 뭉쳐져 컬럼의 내부 공간을 빈 공간 없이 채우므로, 반응기의 흐름성이 저하된다. 그리하여, 반응기는 출구에서 높은 압력 강하가 발생하고, 그에 따라 높은 배압(Back pressure)이 발생한다. 높은 배압은 합성 시스템의 합성 스케일을 크게 증가시킬 수 없다.
본 발명의 일 실시예에 따른 흐름 반응기 및 이를 포함하는 생물학적 고분자 합성 시스템은 복합 고체 지지체에 의해서 반응기의 흐름성이 높아진다. 그리하여, 반응기는 낮은 압력 강하가 발생하고, 그에 따라 낮은 배압을 달성하므로, 합성 스케일이 증가가 가능하다.
구체적으로, 동일한 압력 조건에서 배압이 낮으면 유속 감소도(손실)가 작아지므로, 컬럼 내의 반응물질과 반응 용액 간의 혼합과 확산이 촉진된다. 생물학적 고분자 합성 시스템은 유속의 증가에 따라 개선된 흐름 역학(flow dynamics)을 가지고, 반응 효율과 수율이 향상된다.
또한, 배압이 감소되면 반응기의 내부 부품의 마모와 기계적인 스트레스가 감소하여, 전체 시스템의 내구성이 향상된다. 또한, 다양한 압력을 제공하는 펌프가 적용될 수 있으므로, 활용성과 선택 범위가 증대될 수 있다. 특히, 낮은 압력의 펌프를 사용하더라도 높은 반응 효율과 수율을 나타낼 수 있다.
또한, 배압이 감소되면 유체가 흐르는 배관과 연결부의 파손이 저하되고, 유체의 누출을 줄여서 시스템의 내구성과 공정의 안정성 및 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 배압이 감소되면 반응기를 통과하는 유체를 정밀하게 반응 제어할 수 있으므로, 반응 과정의 재현성이 향상되고, 일정한 품질 및 고품질의 생물학적 고분자를 합성할 수 있다.
실시예 4. 복합 고체 지지체의 제조
(1) 기능성 코팅용 고분자의 제조
앞서 확인한 흐름 반응기를 이용하여 생물학적 고분자를 합성 성능을 측정하기 위한 실험을 진행하였다. 먼저, 복합 고체 지지체에 사용되는 기능성 코팅용 고분자를 제조하였다. 하기 표 6과 같은 각 시약을 사용하였으며, 각 시약들을 용매에서 혼합 교반하여 균일하게 용해하였다. 이때, 기능성 코팅용 고분자의 성분은 각 질량비(중량부) 범위 내를 만족하면 되며, 용매는 추후 건조될 예정으로 관계없이 사용 가능하다. 실험에서는 각 시약과 용매(D.W)의 합이 100 g이 되도록 측량하였다 [용매는 전체(시약+용매) 중 10 wt% 내지 90 wt% 내에서 사용 가능].
분류 시약명 질량부
제1 단량체 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(Polyethylene Glycol Diacrylate) 100
제2 단량체 메틸 아크릴레이트(Methyl acrylate) 0~50
활성 단량체 N-(2-아미노프로필)메타크릴아미드 하이드로클로라이드(N-(2-aminopropyl) methacrylamide hydrochloride) 1~25
계면활성제 황산 도데실 나트륨(Sodium Dodecyl Sulfate) 0~25
이후 상기 용액에 경화 반응 개시제인 2-히드록시-2-메틸프로피오페논(2-Hydroxy-2-methylpropiophenone) 0.5g을 가하고 균일하게 혼합하여 기능성 코팅 용액을 제조하였다. 기능성 코팅 용액을 페트리 디쉬에 균일하게 도포하고, 10 mJ/cm2 내지 1,000 mJ/cm2의 자외선 에너지를 경화가 되도록 충분히 조사하였다. 경화가 완료된 후, 에탄올을 이용하여 반응 잔여물을 제거하여 기능성 코팅 고분자 디스크를 수득하였다. 건조가 완료된 기능성 코팅용 고분자의 질량은 45.7 g으로 측정되었다. 제조된 기능성 코팅용 고분자를 액체 질소를 이용하여 급속 냉동시킨 뒤, 막자사발을 이용하여 분쇄하였다. 이후 100, 200 매쉬 거름망을 이용하여 100-200 매쉬의 입자 크기 범위(74-149 μm)를 가진 기능성 코팅용 고분자 입자를 수득하였다
(2) 생물학적 고분자 합성용 복합 고체 지지체의 제조
복합 고체 지지체를 제조하기 위해, 상기 실시예 4의 (1)에서의 기능성 코팅 용액(경화 진행 전)와 코어 기재(폴리프로필렌, 스펀본드 부직포, 40 g/m2) 20 g을 준비하였다. 기능성 코팅 용액에 코어 기재를 충분히 함침시키고 코어 기재를 기능성 코팅 용액에서 꺼낸 이후, 자외선 경화 챔버에서 10 mJ/cm2 - 1,000 mJ/cm2의 자외선 에너지를 충분히 조사하였다.
경화 작용이 완료된 이후, 코팅된 코어 기재를 에탄올을 이용한 반응 잔여물 제거 작업과 건조를 진행하였다. 기능성 코팅용 고분자가 코어 기재에 코팅된 복합 고체 지지체를 수득(고체 지지체 30.4 g, 60.8 g/m2)하였고, 코팅 진행 전의 코어 기재의 외관은 도 7과 같으며, 복합 고체 지지체의 외관은 도 8 과 같다.
실시예 5. 복합 고체 지지체를 이용한 생물학적 고분자의 합성
배치형 자동합성기(CEM Liberty, 미국)의 방식과 비교하여, 일 구체예에 따른 생물학적 고분자 합성용 고체 지지체를 포함하는 컬럼(Column) 형태의 흐름 반응기를 포함하는 생물학적 고분자 합성 시스템을 이용하여 SPPS 방식으로 합성하는 경우 펩타이드의 합성이 가능한지 및 합성된 펩타이드의 순도와 수율에 차이가 나타나는지 알아보았다.
(1) 배치형 자동합성기를 이용한 펩타이드의 합성
자동합성기에 기존 고체상 합성용 입자형 고체 지지체과 일 구체예에 따른 복합 고체 지지체를 각각 0.1 mmol 가한 후, 하기 표 7과 같은 조건에서 동일하게 하기 서열번호 1의 ACP(acyl carrier protein) 모델 펩타이드(65-74)의 합성 반응을 진행하였다.
서열번호 1: VQAAIDYING
반응단계 시약
(용매: DMF)		 부피(mL) 온도(℃) 시간(분)
탈보호 20% piperidine,0.1M Oxyma pure 15 70 2
세척 DMF 10(3회) - -
커플링 Fmoc-Ile(0.2M) 6 70 4
DIC (0.5M) 2
Oxyma pure(1.0M) 1
세척 DMF 10(2회) - -
상기 펩타이드 합성 반응이 끝난 입자형 고체 지지체와 복합 고체 지지체를 각각 에탄올로 충분히 세척 및 건조한 후, 탈거 용액(95% TFA, 2.5% TSI, 2.5% DW)을 이용하여 2시간 동안 탈거(cleavage) 반응을 진행하였다. 이후, 차가운 에테르를 이용하여 침전시킨 후 원심분리하여 고체를 얻고 차가운 에테르 15 ml를 이용하여 2회 더 세척한 후, 감압건조를 이용하여 충분히 건조하였다. 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 이용하여 건조된 펩타이드의 순도 및 수율을 측정하였다. 상기 건조된 펩타이드의 순도 및 수율을 측정한 결과를 표 8에 나타내었다.
고체 지지체의 종류 순도(%) 수율(%)
복합 고체 지지체 85.1 88.4
입자형 고체 지지체 81.4 71.5
기존 상용 배치형 SPPS 합성기(Liberty, CEM, 미국)를 이용한 입자형 고체 지지체 및 일 구체예에 따른 생물학적 고분자복합 고체 지지체의 펩타이드 합성 분석에서, ACP 펩타이드의 수율 및 순도가 입자형 고체 지지체보다 일 구체예에 따른 복합 고체 지지체에서 일부 향상된 결과를 보였다.
(2) 흐름(flow) 기반의 컬럼(column)합성기를 이용한 펩타이드의 합성
입자형 고체 지지체와 균질 복합 고체 지지체의 흐름형 반응기에서의 합성 성능을 비교하기 위해, 27 mL 컬럼에 입자형 고체 지지체와 복합 고체 지지체를 각 0.5 mmol가한 후, 하기 표 9와 같은 조건에서 아미노산의 종류를 변경해가며 반응단계를 진행하여 상기 서열번호 1의 ACP(acyl carrier protein) 모델 펩타이드(65-74)를 합성하였다. 이후 건조 질량을 측정하여 수율을 계산하고, 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 이용하여 합성 펩타이드의 순도를 측정하였다.
반응단계 시약
(용매: DMF)		 부피(mL) 온도
(℃)		 시간
(분)		 유량
(mL/min)
탈보호 20% piperidine,
0.1M Oxyma pure		 25 70 2 100
세척 DMF 125 - -
커플링 Fmoc-Amino acid(0.2M) 15 70 4
DIC (0.5M) 6
Oxyma pure(1.0M) 3
세척 DMF 20 - -
복합 고체 지지체를 이용하여 흐름형 반응기에서 합성 성능은 순도 95.8% 및 수율 93.5%로 나타나, 배치형 반응기에 비해 합성 순도와 수율 모든 면에서 우수한 것으로 나타났다. 이에 반해 흐름형 반응기에 입자형 고체 지지체를 채워 ACP(65-74) 펩타이드 합성을 진행할 경우에는 합성도중 컬럼이 막히는 문제(Backpressure issue)가 발생하여 합성이 제대로 이루어지지 않았다. 이는 입자형 고체 지지체가 팽윤으로 인해 흐름형 반응기의 컬럼을 막아 발생하는 것으로, 코어 기재에 기능성 코팅이 코팅된 상태로 존재하는 복합 고체 지지체는 이러한 문제가 발생될 여지가 없어 흐름형 반응기에서 사용되기에 보다 적합한 것임을 나타낸다. 이를 통해 복합 고체 지지체는 기존의 입자형 고체 지지체에 비해 배치형 및 흐름형 합성 시스템에 모두 적합하며, 특히 흐름형 합성 시스템에 적용될 경우 ACP 펩타이드의 수율 및 순도가 90% 이상으로 나타나 생물학적 고분자 합성에 현저히 우수한 효능을 나타내는 것을 확인하였다.
실시예 6. 흐름 반응기에서 생물학적 고분자의 유량(flow rate)에 따른 합성된 펩타이드의 수율 및 순도 변화 분석 평가
실시예 5과 같이 복합 고체 지지체를 이용하여 유량에 따른 합성된 펩타이드 수율 및 순도를 확인하였다. 상기 실시예 5와 같은 방법으로 ACP를 합성하였으며, 합성된 ACP 펩타이드의 순도 및 수율의 결과를 하기 표 10 및 도 9 내지 도 11에 나타내었다.
유량 (mL/min) 수율(%) 순도(%)
100 84.9 85.3
200 88.3 90.5
300 91.1 95.7
도 9 내지 도 11은 일 구체예에 따른 생물학적 고분자 합성용 복합 고체
지지체를 이용하여 유량에 따른 합성된 ACP에 대한 HPLC 그래프를 나타낸 것이다.일 구체예에 따른 생물학적 고분자 합성용 고체 지지체를 사용하였을 경우, 컬럼 합성기의 유량이 증가될 경우, 펩타이드의 순도 및 수율이 증가되는 것을 확인할 수 있었다.
상기 결과는 컬럼을 포함하는 흐름 기반의 반응기가 일 구체예에 따른 복합 고체 지지체에 보다 적합한 반응기임을 의미한다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 아미노산, 시약 및 첨가제 중 적어도 하나가 혼합되는 혼합 저장조;
    상기 혼합 저장조에서 배출된 유체가 유입되는 반응기;
    상기 혼합 저장조와 상기 반응기 사이에 배치되어, 상기 반응기로 유입되는 상기 유체의 온도를 조절하는 온도 조절기; 및
    상기 유체가 상기 혼합 저장조에서 상기 반응기로 흐르도록 구동력을 제공하는 펌프;를 포함하고,
    상기 반응기는
    상기 유체가 유입되는 입구와 배출되는 출구를 가지는 컬럼; 및
    상기 컬럼의 내부에 배치되는 복합 고체 지지체;를 구비하는, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복합 고체 지지체는
    코어 기재; 및
    상기 코어 기재 상에 위치하는 기능성 코팅을 포함하는, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복합 고체 지지체는
    상기 유체가 상기 컬럼을 통과시에 자체 지지(self-standing)되는, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 복합 고체 지지체는
    상기 기능성 코팅의 적재 밀도(Loading density)가 0.01 mmol/g 내지 2 mmol/g 인, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 유체가 상기 반응기를 통과시에, 40 C.V/min 이하의 유속에서 상기 입구와 상기 출구의 압력 강하가 10 bar 이하인, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 온도 조절기를 통과한 상기 반응기로 유입되는 유체의 온도가 120℃ 이하인, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 반응기와 상기 혼합 저장조 사이에 배치되어 폐기물을 배출하는 밸브;를 더 포함하는, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 혼합 저장조, 상기 펌프, 상기 온도 조절기 및 상기 반응기를 연결하는 메인 라인; 및
    상기 혼합 저장조와 상기 반응기 사이의 상기 메인 라인에서 분지되어, 상기 혼합 저장조에 연결되는 제1 분지 라인;을 더 포함하는, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 메인 라인을 통해 상기 유체가 순환 흐름을 가지는, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 분지 라인 상에 배치되는 용매 저장조;를 더 포함하는, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 용매 저장조는
    상기 제1 분지 라인으로 상기 밸브와 상기 혼합 저장조와 연결되는, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 메인 라인 상에 배치되어, 상기 메인 라인을 따라 유동하는 상기 유체의 온도, 압력 및 유량 중 적어도 하나를 센싱하는 센서;를 더 포함하는, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 메인 라인 상에 배치되어, 생물학적 고분자의 합성의 진행을 검출하는 검출기;를 더 포함하는, 생물학적 고분자 합성 시스템.
  14. 제7 항에 있어서,
    상기 밸브에서 분지되어 상기 폐기물을 배출하는 제2 분지 라인;을 더 포함하는, 생물학적 고분자 합성 시스템.
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