KR100727489B1 - Apparatus for detecting biological material - Google Patents

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KR100727489B1
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하연철
최기봉
윤희주
윤경원
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국방과학연구소
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Abstract

An apparatus for detecting a biological material is provided to automatically and rapidly detect the biological material by performing crush of a sample and detection of the biological material at the same time. The apparatus for detecting a biological material comprises a crusher(110) for crushing an injected sample, a detector(130) which senses fluorescence and radiation from the crushed sample to detect information relating to the biological material, and a driving source(160) for transferring the crushed material to the detector, wherein the biological material includes nucleic acids such as DNA and RNA, proteins and ATP. The apparatus further comprises an air collector(100) which collects and concentrates biological particles from atmosphere and then injects the concentrated particles to the crusher and a reagent storage portion(140) in which a reagent transferred to the detector by the driving source is stored.

Description

생물학적 물질 검출장치{APPARATUS FOR DETECTING BIOLOGICAL MATERIAL}Biological substance detection device {APPARATUS FOR DETECTING BIOLOGICAL MATERIAL}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 물질 검출장치를 개략적으로 나타낸 모식도,1 is a schematic diagram schematically showing a biological material detection apparatus according to an embodiment of the present invention,

도 2는 도 1의 파쇄기를 개략적으로 나타낸 단면도,2 is a cross-sectional view schematically showing the crusher of FIG.

도 3a는 도 1의 검출기를 개략적으로 나타낸 단면도,3A is a schematic cross-sectional view of the detector of FIG. 1;

도 3b는 도 3a의 3b-3b를 따라 절개한 단면도,3B is a cross-sectional view taken along 3B-3B of FIG. 3A;

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 물질 검출장치의 제어블럭도이다.4 is a control block diagram of a biological material detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100; 공기수집기 110; 파쇄기100; Air collector 110; crusher

130; 검출기130; Detector

130a, 130b, 130c, 130d; 제1 내지 제4검출기130a, 130b, 130c, 130d; First to fourth detectors

132; 유동셀 137; 수광소자132; Flow cell 137; Light receiving element

138; 광원 140; 시약저장부138; Light source 140; Reagent Storage

140a, 140b, 140c, 140d; 제1 내지 제4시약저장부140a, 140b, 140c, 140d; First to fourth reagent storage unit

150; 밸브유닛 152; 멤브레인 밸브(Membrane Valve)150; Valve unit 152; Membrane Valve

152a, 152b, 152c, 152d : 제1 내지 제4멤브레인 밸브152a, 152b, 152c, and 152d: first to fourth membrane valves

154aa, 154ab, 154ba, 154bb, 154ca, 154cb, 154da, 152db; 제1 내지 제8솔레노이드 밸브154aa, 154ab, 154ba, 154bb, 154ca, 154cb, 154da, 152db; 1st to 8th solenoid valve

160; 구동원 162, 164; 제1 및 제2매니폴드160; Drive sources 162 and 164; First and Second Manifolds

170; 온도조절유닛 171, 175; 제1 및 제2온도조절유닛170; Temperature control units 171 and 175; First and second temperature control unit

172, 176; 제1 및 제2온도센서 173, 177; 제1 및 제2냉온기172, 176; First and second temperature sensors 173 and 177; 1st and 2nd cold air heater

180; 제어부 180; Control

본 발명은 대기 중에 핵산, 단백질 또는 생체에너지 물질(ATP)과 같은 생물학적 물질을 검출하기 위한 생물학적 물질 검출장치에 관한 것이다.The present invention relates to a biological material detection device for detecting a biological material such as nucleic acid, protein or bioenergy material (ATP) in the atmosphere.

최근 국제사회의 긴장화에 따라 테러 사건의 발생 위험성이 고조되고 있다. 특히, 생물학 테러사건은 생물학적 무기를 쉽게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 생물학 무기의 이동 및 살포가 용이하기 때문에 그 위험성이 더욱 증대되고 있다. 또한, 생물학 테러는 병원성 균 등의 잠복기에 의한 전염성의 증대로 심리적 공황 상태와 막대한 경제적 피해를 발생시킨다.Recently, as the international community becomes more tense, the risk of terrorist incidents is increasing. In particular, biological terrorist incidents are at increased risk because biological weapons can be easily manufactured, and biological weapons can be easily moved and sprayed. In addition, biological terrorism causes psychological panic and enormous economic damage due to an increase in infectiousness due to incubation of pathogenic bacteria.

이러한 국제적 상황하에 환경 중 인체에 유해한 병원성 균이나 포자가 존재할 경우 이를 단시간 내에 검출하여 이에 대응하는 조치를 취해야 하나, 병원성 균이나 포자와 같은 생물학적 입자는 육안으로 쉽게 확인이 되지 않아 별도의 탐지 시스템이 필요하다.Under such international circumstances, pathogenic bacteria or spores that are harmful to humans in the environment should be detected within a short period of time and countermeasures taken.However, biological particles such as pathogenic bacteria or spores are not easily identified with the naked eye. need.

최근 개발된 생물학적 물질 탐지시스템으로는 미국의 BIDS(Biological Integrated Detection System)을 들 수 있다. 이 시스템은 특정 크기 범위의 에어로졸을 선별 농축하는 대용량 에어로졸 농축기, 대기 배경입자의 농도 및 크기별 분포를 측정하는 입자분석장치, 유동식 세포측정기(Flow cytometer), 질량분석기 및 면역 식별기로 이루어진다.Recently developed biological material detection systems include the US Biological Integrated Detection System (BIDS). The system consists of a large-scale aerosol concentrator that screens and concentrates a specific range of aerosols, a particle analyzer that measures the concentration and size distribution of atmospheric background particles, a flow cytometer, a mass spectrometer, and an immune identifier.

그러나 상기 생물학적 물질 탐지시스템은 각 장비를 개별적으로 작동시켜야 할 뿐만 아니라, 각각의 장비마다 숙달된 작업자가 필요하다. 따라서 이러한 시스템은 숙련된 작업자에 의하여 가동되어야 하므로 비효율적으로 가동될 뿐만 아니라 생물학전이나 생물학 테러사건과 같이 긴급한 상황이 발생할 경우, 대기 중의 생물학적 물질을 신속하게 탐지할 수 없어 긴급한 상황에 신속하게 대처할 수 없다는 단점이 있다.However, the biological material detection system not only needs to operate each piece of equipment individually, but also requires a skilled worker for each piece of equipment. Therefore, such a system must be operated by skilled workers, which not only operates inefficiently, but in case of emergencies such as biological warfare or biological terrorism, the biological materials in the air cannot be detected quickly, so that the emergency situations cannot be dealt with quickly. There are disadvantages.

본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 생물학적 물질을 자동으로 신속하게 검출할 수 있는 생물학적 물질 검출장치를 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above-described point, and an object of the present invention is to provide a biological material detection apparatus capable of automatically and rapidly detecting biological materials.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생물학적 물질 검출장치는, 주입된 시료를 파쇄하기 위한 파쇄기; 상기 파쇄기에 의해 파쇄된 시료로부터 형광 및 발광을 감지하여 생물학적 물질에 대한 정보를 검출하기 위한 검출기; 및 상기 파쇄기로부터 파쇄된 시료를 상기 검출기로 이송시키기 위한 구동원; 을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a biological material detecting apparatus including a crusher for crushing an injected sample; A detector for detecting fluorescence and luminescence from a sample crushed by the crusher to detect information on a biological material; And a driving source for transferring the sample crushed from the crusher to the detector. It includes.

상기의 생물학적 물질 검출장치는 대기 중으로부터 생물학적 입자를 수집함과 아울러 농축시켜 상기 파쇄기로 주입시키는 공기수집기; 상기 구동원에 의해 상기 검출기로 이송되는 시약이 저장된 시약저장부; 상기 검출기로부터 검출된 생물학적 물질에 대한 정보로부터 생물학적 물질의 양을 산출하는 제어부;를 포함할 수 있다.The biological material detection device includes an air collector for collecting and concentrating biological particles from the atmosphere and injecting them into the crusher; A reagent storage unit storing a reagent transferred to the detector by the driving source; And a controller configured to calculate an amount of a biological material from information about the biological material detected by the detector.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 생물학적 물질은, 핵산(DNA, RNA)과, 단백질 및 생체에너지 물질(ATP)을 포함하며, 상기 검출기는, 상기 핵산의 양을 검출하기 위한 제1검출기; 상기 단백질의 양을 검출하기 위한 제2검출기; 및 상기 생체에너지 물질의 양을 검출하기 위한 제3검출기;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the biological material includes nucleic acid (DNA, RNA), protein and bioenergy material (ATP), and the detector comprises: a first detector for detecting the amount of the nucleic acid; A second detector for detecting the amount of said protein; And a third detector for detecting the amount of the bioenergy material.

상기 제1 검출기는 상기 파쇄기에 의해 파쇄된 시료와 핵산용 형광시약이 유입 및 유출되는 검출기유입구 및 검출기배출구가 형성된 유동셀; 상기 유동셀로 유입된 시료와 형광시약에 형광을 발생시키기 위해 소정 파장의 광을 조사하는 광원; 및 상기 광원에 의해 시료와 형광시약에 발생된 형광양을 검출하기 위한 수광소자를 포함하고, 상기 제2 검출기는 상기 파쇄기에 의해 파쇄된 시료와 단백질용 형광시약이 유입 및 유출되는 검출기유입구 및 검출기배출구가 형성된 유동셀; 상기 유동셀로 유입된 시료와 형광시약에 형광을 발생시키기 위해 소정 파장의 광을 조사하는 광원; 및 상기 광원에 의해 시료와 형광시약에 발생된 형광양을 검출하기 위한 수광소자;를 포함한다.The first detector includes a flow cell having a detector inlet and a detector outlet through which the sample crushed by the crusher and the fluorescent reagent for nucleic acid flow in and out; A light source for irradiating light having a predetermined wavelength to generate fluorescence in the sample and the fluorescent reagent introduced into the flow cell; And a light receiving device for detecting the amount of fluorescence generated in the sample and the fluorescent reagent by the light source, wherein the second detector includes a detector inlet and a detector through which the sample and the protein fluorescent reagent crushed by the crusher flow in and out. A flow cell in which an outlet is formed; A light source for irradiating light having a predetermined wavelength to generate fluorescence in the sample and the fluorescent reagent introduced into the flow cell; And a light receiving element for detecting the amount of fluorescence generated in the sample and the fluorescent reagent by the light source.

상기 광원은 청색계열의 LED(Light-Emitting Diode)인 것이 바람직하며, 상기 수광소자는 채널 광전자증배소자(CPM, Channel PhotoMultiplier)로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제3검출기는, 상기 파쇄기로부터 파쇄된 시료와 생체에너지 물질용 발광 시약이 유입 및 유출되는 시료유입구 및 시료배출구가 마련된 유동셀; 및 상기 유동셀의 내부로 유입된 시료와 발광시약으로부터 발광된 광을 검출하기 위한 수광소자;를 포함한다. 상기 발광시약은 루시페린과 루시페라제를 포함하는 것이 바람직하다.The light source may be a blue light-emitting diode (LED), and the light receiving element may be a channel photomultiplier (CPM). The third detector may include a flow cell provided with a sample inlet and a sample outlet through which the sample and the light emitting reagent for the bioenergy material are introduced and discharged from the crusher; And a light receiving element for detecting light emitted from the sample and the light emitting reagent introduced into the flow cell. The light emitting reagent preferably contains luciferin and luciferase.

한편, 상술한 바와 같은 생물학적 물질 검출장치는, 상기 파쇄기에 의해 파쇄된 시료와 상기 시약저장부에 저장된 시약을 상기 검출기로 선택적으로 공급하는 밸브유닛;을 포함할 수 있다.On the other hand, the biological material detection apparatus as described above, may include a valve unit for selectively supplying the sample and the reagent stored in the reagent storage unit crushed by the crusher to the detector.

상기 밸브유닛은, 상기 파쇄기와 상기 검출기 사이의 유로와 상기 시약저장부와 상기 검출기 사이의 유로 상에 설치되어 상기 파쇄기로부터 이송된 시료와 상기 시약저장부에 저장된 시약을 선택적으로 상기 검출기로 공급하기 위한 멤브레인 밸브; 및 상기 구동원으로부터 발생되는 압력을 상기 멤브레인 밸브에 선택적으로 전달하여 상기 멤브레인 밸브를 개폐시키는 솔레노이드 밸브;를 포함한다.The valve unit is installed on the flow path between the crusher and the detector and the flow path between the reagent storage unit and the detector to selectively supply the sample transferred from the crusher and the reagent stored in the reagent storage unit to the detector. Membrane valve for; And a solenoid valve for selectively opening and closing the membrane valve by selectively transmitting the pressure generated from the driving source to the membrane valve.

상기 시약저장부는, 상기 제1검출기에 공급하기 위한 핵산용 형광시약이 저장된 제1시약저장부; 상기 제2검출기에 공급하기 위한 단백질용 형광시약이 저장된 제2시약저장부; 및 상기 제3검출기에 공급하기 위한 발광시약이 저장된 제3시약저장부;를 포함하며, 상기 파쇄기와 상기 제1 내지 제3검출기 사이의 각 유로와, 상기 파쇄기와 상기 제1 내지 제3시약저장부 사이의 각 유로 상에 설치되는 제1 내지 제3멤브레인 밸브; 상기 구동원으로부터 발생되는 압력을 상기 제1멤브레인 밸브에 선택적으로 전달하여 상기 제1멤브레인 밸브를 개폐시키기 위한 제1 및 제2솔레노이드 밸브; 상기 구동원으로부터 발생되는 압력을 상기 제2멤브레인 밸브에 선택적으로 전달하여 상기 제2멤브레인 밸브를 개폐시키기 위한 제3 및 제4솔레노이드 밸브; 및 상기 구동원으로부터 발생되는 압력을 상기 제3멤브레인 밸브에 선택적으로 전달하여 상기 제3멤브레인 밸브를 개폐시키기 위한 제5 및 제6솔레노이드 밸브;를 포함한다.The reagent storage unit, the first reagent storage unit for storing a fluorescent reagent for nucleic acid for supply to the first detector; A second reagent storage unit storing a fluorescent reagent for protein for supplying to the second detector; And a third reagent storage unit storing a light emitting reagent for supplying to the third detector, wherein each flow path between the crusher and the first to third detectors and the crusher and the first to third reagent storages are stored. First to third membrane valves provided on respective flow paths between the parts; First and second solenoid valves for selectively opening and closing the first membrane valve by selectively transmitting pressure generated from the driving source to the first membrane valve; Third and fourth solenoid valves for selectively opening and closing the second membrane valve by selectively transmitting pressure generated from the driving source to the second membrane valve; And fifth and sixth solenoid valves for selectively opening and closing the third membrane valve by selectively transmitting the pressure generated from the driving source to the third membrane valve.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 물질 검출장치는, 상기 제1 내지 제6솔레노이드 밸브와 압력전달가능하게 연결됨과 아울러 상기 구동원과 압력전달가능하게 연결된 제1매니폴드; 상기 제1 내지 제3시약저장부 및 상기 파쇄기와 압력전달가능하게 연결됨과 아울러 상기 구동원과 압력전달가능하게 연결된 제2매니폴드; 및 상기 시약저장부와 상기 검출기의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도조절유닛;을 포함한다.In addition, the biological material detection apparatus according to an embodiment of the present invention, the first to sixth solenoid valve is connected to the pressure transfer and the first manifold connected to the pressure source and the pressure source; A second manifold connected to the first to third reagent storage units and the crusher to be pressure-transmittable, and to the pressure-transmittable second manifold; And a temperature control unit for maintaining a constant temperature of the reagent storage unit and the detector.

상기 온도조절유닛은, 상기 시약저장부의 온도를 일정하게 유지하기 위한 제1온도조절유닛; 및 상기 검출기의 온도를 일정하게 유지하기 위한 제2온도조절유닛;을 포함하며, 상기 제1온도조절유닛은, 상기 시약저장부의 온도를 감지하기 위한 제1온도센서; 및 상기 제1온도센서에 의해 감지된 온도에 따라 상기 시약저장부를 가열 또는 냉각시키기 위한 제1냉온기;를 포함하고, 상기 제2온도조절유닛은, 상기 검출기의 온도를 감지하기 위한 제2온도센서; 및 상기 제2온도센서에 의해 감지된 온도에 따라 상기 검출기를 가열 또는 냉각시키기 위한 제2냉온기;를 포함한다. 상기 제1 및 제2냉온기는 열전소자인 것이 바람직하며, 상기 파쇄기는 초음파 파쇄기인 것이 바람직하다.The temperature control unit, the first temperature control unit for maintaining a constant temperature of the reagent storage unit; And a second temperature control unit for maintaining a constant temperature of the detector, wherein the first temperature control unit comprises: a first temperature sensor for sensing a temperature of the reagent storage unit; And a first cooler for heating or cooling the reagent storage unit according to the temperature sensed by the first temperature sensor, wherein the second temperature control unit comprises: a second temperature for sensing the temperature of the detector; sensor; And a second cooler for heating or cooling the detector according to the temperature sensed by the second temperature sensor. The first and second cold and hot groups are preferably thermoelectric elements, and the shredder is preferably an ultrasonic shredder.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 물질 검출장치에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a biological material detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 생물학적 물질 검 출장치는, 대기 중의 생물학 입자를 포함하는 시료인 부유입자를 수집하기 위한 공기수집기(100)와, 상기 공기수집기(100)로부터 수집된 생물학적 입자로부터 핵산(DNA(Dioxy-riboNucleic Acid), RNA(RiboNucleic Acid)), 단백질 및 생체에너지 물질(ATP, Adenosine TriPhosphate)과 같은 생물학적 물질을 추출하기 위한 파쇄기(110)와, 상기 파쇄기에 의해 추출된 생물학적 물질의 양을 측정하기 위한 검출기(130)와, 상기 검출기(130)에 공급하기 위한 시약이 저장된 시약저장부(140)와, 상기 시약저장부(140)에 저장된 시약과 파쇄된 시료를 상기 검출기(130)에 선택적으로 공급하기 위한 밸브유닛(150)과, 상기 파쇄기(110)로부터 상기 검출기(130)로 생물학적 물질을 이송시킴과 아울러 상기 밸브유닛(150)의 개폐를 위한 동력을 제공하는 구동원(160)과, 상기 검출기(130) 및 시약저장부(140)의 온도를 조절하기 위한 온도조절유닛(170) 및 제어부(180)를 포함한다.1 to 4, the biological material inspection trip according to an embodiment of the present invention, the air collector 100 for collecting the suspended particles which is a sample containing biological particles in the atmosphere, and the air collector 100 A crusher 110 for extracting a biological material such as nucleic acid (DNA (Dioxy-riboNucleic Acid), RNA (RiboNucleic Acid), a protein and a bioenergy material (ATP), and Adenosine TriPhosphate (ATP) A detector 130 for measuring the amount of biological material extracted by the crusher, a reagent storage unit 140 storing a reagent for supplying the detector 130, a reagent stored in the reagent storage unit 140, The valve unit 150 for selectively supplying the crushed sample to the detector 130, and transfers the biological material from the crusher 110 to the detector 130, as well as opening and closing the valve unit 150 top It includes a drive source 160 for providing a power, a temperature control unit 170 and a controller 180 for adjusting the temperature of the detector 130 and the reagent storage unit 140.

상기 공기수집기(100)는 대기 중의 부유입자를 흡입하고, 일정 크기에 해당하는 부유입자 만을 선별하여 농축한다. 시료인 상기 농축된 부유입자에는 병원성 균이나 포자와 같은 생물학적 입자가 포함되어 있다. 상기 공기수집기(100)가 상기 부유입자를 크기별로 선별하는 기능은 이미 공지된 기술이므로 이의 구조 및 원리에 대한 상세한 설명은 생략한다. 상기 공기수집기(100)에 의해 농축된 시료는 이송펌프(101)에 의해 파쇄기(110)로 이송된다.The air collector 100 sucks suspended particles in the atmosphere and concentrates only the suspended particles corresponding to a predetermined size. The concentrated suspended particles, which are samples, contain biological particles such as pathogenic bacteria or spores. Since the air collector 100 selects the floating particles by size, a detailed description of the structure and principle thereof is omitted. The sample concentrated by the air collector 100 is transferred to the crusher 110 by the transfer pump 101.

상기 파쇄기(110)는 상기 공기수집기(100)로부터 수집 및 농축된 시료인 생물학적 입자를 파쇄하여 생물학적 물질을 추출하기 위한 것으로서, 상기 파쇄기는 세균벽이나 포자 협막을 파쇄하여 그 내부에 존재하는 핵산(DNA, RNA), 단백질 및 생체에너지 물질(ATP) 등과 같은 생물학적 물질을 추출한다. 이와 같이 추출된 생물학적 물질은 용액 속에 용해된 시료의 형태로 상기 검출기(130)로 이송된다.The shredder 110 is for extracting biological material by shredding biological particles, which are samples collected and concentrated from the air collector 100, and the shredder breaks a bacterial wall or spore capillary and has a nucleic acid present therein. Biological materials such as DNA, RNA), proteins, and bioenergy materials (ATP). The biological material thus extracted is transferred to the detector 130 in the form of a sample dissolved in a solution.

상기 파쇄기(110)는 상기 공기수집기(100)와 연통되도록 파이프와 같은 연결수단에 의해 연결되며, 상기 파쇄기(110)와 상기 공기수집기(100)의 사이에 존재하는 연결수단에는 다른 형태의 시료를 주입할 수 있도록 시료주입구(111)가 마련된다. 따라서, 공기수집기(100)에 의해 농축된 시료가 아니더라도 독성 생물학적 물질로 의심스러운 분말을 용액에 용해시킨 시료를 주사기와 같은 도구로 상기 시료주입구(111)를 통해 상기 파쇄기(110)에 주입할 수 있다.The shredder 110 is connected by a connection means such as a pipe so as to communicate with the air collector 100, the other means of the sample is connected to the connection means existing between the shredder 110 and the air collector 100. The sample inlet 111 is provided to be injected. Therefore, even if the sample is not concentrated by the air collector 100, a sample in which the powder suspected of being a toxic biological substance is dissolved in the solution may be injected into the crusher 110 through the sample inlet 111 using a tool such as a syringe. have.

상기 파쇄기(110)는 생물학적 입자를 가열시켜 파쇄시키는 가열파쇄기와, 세포를 분해시키는 시약을 이용한 시약파쇄기와, 초음파를 발생시켜 세포를 파쇄시키는 초음파 파쇄기(Ultrasonicator) 등이 이용될 수 있으나, 가열파쇄기 및 시약파쇄기에 비해 효율이 좋은 초음파 파쇄기를 이용하는 것이 바람직하다.The crusher 110 may be a heat crusher for heating and crushing biological particles, a reagent crusher using a reagent for breaking down cells, an ultrasonic crusher (Ultrasonicator) for breaking down cells by generating ultrasonic waves, and a heat crusher. And it is preferable to use an ultrasonic crusher which is more efficient than the reagent crusher.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 파쇄기(110)에는 상기 공기수집기(100) 또는 시료주입구(111)로부터 주입된 시료가 유입되는 시료유입구(112)와, 파쇄된 시료를 배출하기 위해 시료배출구(113)와, 상기 이송펌프(101)에 의해 시료를 상기 공기수집기(100)로부터 파쇄기(110)로 이동시키기 위해 유입된 공기를 배출시키기 위한 공기배출구(114)를 포함한다. 또한, 상기 파쇄기(110)에는 시료의 유입 여부를 감지하기 위해 시료감지센서(115)가 마련된다. 이 시료감지센서(115)에 의해 파쇄기(110)의 고장 여부 등을 판단하게 된다. 상기 파쇄기(110)가 초음파 파쇄기로 구성될 경우, 상기 파쇄기(110)는 초음파 신호를 발진하는 발진부와, 상기 발진된 신호 에 따라 진동하는 진동부를 포함할 수 있다. 상기 파쇄기(110)를 통과한 파쇄된 시료는 연결관을 통해 후송용 시료수집장치(120)로 이송된다.As illustrated in FIG. 2, the shredder 110 includes a sample inlet 112 through which the sample injected from the air collector 100 or the sample inlet 111 flows in, and a sample outlet for discharging the crushed sample. 113 and an air outlet 114 for discharging the air introduced to move the sample from the air collector 100 to the crusher 110 by the transfer pump 101. In addition, the shredder 110 is provided with a sample detection sensor 115 to detect whether or not the sample is introduced. The sample detecting sensor 115 determines whether or not the breaker 110 is broken. When the crusher 110 is configured as an ultrasonic crusher, the crusher 110 may include an oscillator for oscillating an ultrasonic signal and a vibrator for vibrating according to the oscillated signal. The crushed sample that has passed through the crusher 110 is transferred to the sample collection device 120 for transport through the connecting pipe.

상기 후송용 시료수집장치(120)는 파쇄된 시료를 수집하여 시료를 필요로 하는 연구소나 병원과 같은 장소로 후송시키기 위한 것으로서, 파쇄된 시료를 다수의 튜브(121)에 수집할 수 있는 구조를 가진다. 이러한 후송용 시료수집장치(120)에는 니들밸브(122)가 설치되며, 독성 생물학적 물질이 존재할 위성험이 있다고 판단되는 경우에 상기 니들밸브(122)를 개방하여 파쇄된 시료를 상기 튜브(121)에 수집하게 된다. 상기 후송용 시료수집장치(120)는 이미 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 후송용 시료수집장치(120)를 통과한 시료는 검출기(130)로 이송된다.The transport sample collection device 120 is to collect the crushed sample to be transported to a place such as a laboratory or a hospital that requires the sample, the structure that can collect the crushed sample in a plurality of tubes 121 Have A needle valve 122 is installed in the transport sample collection device 120, and when it is determined that there is a satellite experience in which a toxic biological material is present, the needle valve 122 is opened and the crushed sample is transferred to the tube 121. Will be collected. Since the transport sample collection device 120 is already known, a detailed description thereof will be omitted. The sample passing through the transport sample collection device 120 is transferred to the detector 130.

상기 검출기(130)는, 형광 또는 발광을 측정하여 시료로부터 각 생물학적 물질의 양을 검출하기 위한 것으로서, 제1 내지 제4검출기(130a)(130b)(130c)(130d)를 포함한다. 제1 내지 제3검출기(130a)(130b)(130c)는 각각 핵산(DNA, RNA), 단백질, 생체에너지 물질(ATP)의 양을 검출하기 위한 것이고, 제4검출기(130d)는 제1 내지 제3검출기(130a)(130b)(130c)로부터 측정된 결과가 독성 생물학적 물질이 존재할 위험성이 큰 경우, 생물학적 물질에 대해 유전자 검사를 하여 생물학 입자의 정체성을 확인하기 위한 것이다. The detector 130 is for detecting the amount of each biological material from a sample by measuring fluorescence or luminescence, and includes first to fourth detectors 130a, 130b, 130c, and 130d. The first to third detectors 130a, 130b, and 130c are for detecting the amounts of nucleic acids (DNA, RNA), proteins, and bioenergy substances (ATP), respectively, and the fourth detectors 130d are the first to third detectors. When the results measured from the third detectors 130a, 130b, and 130c have a high risk of the presence of toxic biological substances, genetic tests of the biological substances are performed to confirm the identity of the biological particles.

상기 제1검출기(130a) 및 제4검출기(130d)에는 핵산(DNA, RNA)과 결합하여 형광을 발생시키는 핵산용 형광시약이 공급된다. 상기 핵산용 형광시약으로는 미국 Molecular Probe사의 SYBR green I이나 Pico green 등이 이용될 수 있다.The first detector 130a and the fourth detector 130d are supplied with nucleic acid fluorescent reagents that generate fluorescence by binding to nucleic acids (DNA and RNA). As the fluorescent reagent for nucleic acids, SYBR green I or Pico green of Molecular Probe of the United States may be used.

상기 제2검출기(130b)에는 단백질과 결합하여 형광을 발생시키기 위한 단백질용 형광시약이 공급된다. 상기 단백질용 형광시약으로는 미국 Molecular Probe사의 NanoOrange 등이 이용될 수 있다.The second detector 130b is supplied with a fluorescent reagent for protein to generate fluorescence by binding to the protein. The fluorescent reagent for the protein may be used, such as NanoOrange of Molecular Probe of the United States.

상기 제3검출기(130c)에는 생체에너지 물질(ATP)을 발광시키기 위한 발광시약이 공급되며, 상기 발광시약으로는 루시페린(Luciferin)과 루시페라제(Luciferase)가 이용된다. A light emitting reagent for emitting the bioenergy material (ATP) is supplied to the third detector 130c, and luciferin and luciferase are used as the light emitting reagent.

상기 제1, 2, 4검출기(130a)(130b)(130d)는 시료로부터 핵산(DNA, RNA)과 단백질의 양을 측정하기 위해서는 형광현상을 이용하는 것으로서, 그 구조 및 원리가 동일하다. 또한, 제3검출기(130c)는 발광현상을 이용하는 것으로서, 광원(138)의 존재유무를 제외하고는 제1, 2, 4검출기(130a)(130b)(130d)와 동일하다. 따라서, 이하에서는 각 제1 내지 4검출기(130a)(130b)(130c)(130d) 각각의 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여한다.The first, second, and fourth detectors 130a, 130b, and 130d use fluorescence to measure the amount of nucleic acid (DNA, RNA) and protein from a sample, and the structure and principle thereof are the same. In addition, the third detector 130c uses a light emission phenomenon, and is the same as the first, second, and fourth detectors 130a, 130b, and 130d except for the existence of the light source 138. Therefore, hereinafter, the same reference numerals are given to the same configuration of each of the first to fourth detectors 130a, 130b, 130c, and 130d.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 제1, 2, 4검출기(130a)(130b)(130d)는 파쇄된 시료 및 형광 시약이 유입되는 검출기유입구(133) 및 시료를 배출시키기 위한 검출기 유출구(134)가 마련된 유동셀(132)과, 상기 형광시약과 시료에 소정 파장의 광을 조사하기 위한 광원(138)과, 상기 유동셀(132)로부터 발생되는 형광량을 측정하기 위한 수광소자(137)를 포함한다.3A and 3B, the first, second, and fourth detectors 130a, 130b, and 130d may include a detector inlet 133 through which a crushed sample and a fluorescent reagent are introduced, and a detector outlet for discharging the sample. 134 is provided with a flow cell 132, a light source 138 for irradiating light of a predetermined wavelength to the fluorescent reagent and the sample, and a light receiving element 137 for measuring the amount of fluorescence generated from the flow cell 132 ).

상기 유동셀(132)은 발생된 형광이 상기 수광소자(137)로 전달될 수 있도록 투명한 유리재질로 형성되는 것이 바람직하다.The flow cell 132 is preferably formed of a transparent glass material so that the generated fluorescence can be transferred to the light receiving element 137.

상기 광원(138)은 상기 시료의 형광을 발생시키기 위한 것으로서, 일정 파장 의 광을 상기 유동셀(132)에 조사한다. 상기 광원(138)으로는 청색계열의 광을 출사하는 LED(Light-Emitting Diode) 등이 이용될 수 있다.The light source 138 is for generating fluorescence of the sample, and irradiates the flow cell 132 with light having a predetermined wavelength. The light source 138 may be a light-emitting diode (LED) or the like that emits blue light.

상기 수광소자(137)는 상기 시료로부터 발생되는 형광량을 측정하기 위한 것으로서, 광전자증배관(PMT, PhotoMultiplier Tube)이 이용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 휴대를 위해 진동 및 충격에 강하고 감도가 우수한 채널 광전증배소자(CPM, Channel PhotoMultiplier)가 이용될 수 있다. 상기 수광소자(137)로부터 검출되는 형광량은 시료에 포함되는 핵산(DNA, RNA) 또는 단백질의 양과 비례하게 되어, 형광량을 측정함으로써 핵산(DNA, RNA)과 단백질의 양을 산출할 수 있게 된다.The light receiving element 137 is for measuring the amount of fluorescence generated from the sample, and may be a photomultiplier tube (PMT), and more preferably, it is strong against vibration and shock and has excellent sensitivity for carrying. A channel photomultiplier (CPM) may be used. The amount of fluorescence detected from the light receiving element 137 is proportional to the amount of nucleic acid (DNA, RNA) or protein included in the sample, so that the amount of nucleic acid (DNA, RNA) and protein can be calculated by measuring the amount of fluorescence. do.

상기 제3검출기(130c)는 발광시약과 생체에너지 물질(ATP)의 결합에 의해 발생되는 발광현상을 이용하여 생체에너지 물질(ATP)의 양을 측정하기 위한 것으로서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 광원(138)이 존재하지 않는다. 그 외의 구조 및 구성은 상기 제1, 2, 4검출기(130a)(130b)(130d)와 동일하게 유동셀(132)과 수광소자(137)를 포함한다.The third detector 130c is for measuring the amount of the bioenergy material (ATP) by using the light emission phenomenon generated by the combination of the light emitting reagent and the bioenergy material (ATP), as shown in Figure 3a, There is no light source 138. Other structures and configurations include the flow cell 132 and the light receiving element 137 in the same manner as the first, second, and fourth detectors 130a, 130b, and 130d.

상기 시약저장부(140)는 제1 내지 제4검출기(130a)(130b)(130c)(130d) 각각에 시약을 공급하기 위한 제1 내지 제4시약저장부(140a)(140b)(140c)(140d)를 포함한다. 제1 및 제4시약저장부(140a)(140d)에는 제1 및 제4검출기(130a)(130d)로 공급하기 위한 핵산용 형광시약이 저장되며, 제2시약저장부(140)에는 제2검출기(130b)로 공급하기 위한 단백질용 형광시약이 저장된다. 또한, 제3시약저장부(140c)에는 생체에너지 물질(ATP)을 발광시키기 위한 루시페린과 루시페라제와 같은 발광시약이 저장된다.The reagent storage unit 140 is a first to fourth reagent storage unit (140a) (140b) (140c) for supplying a reagent to each of the first to fourth detector (130a) (130b) (130c) (130d) 140d. The first and fourth reagent storage units 140a and 140d store the fluorescent reagent for nucleic acid for supply to the first and fourth detectors 130a and 130d, and the second reagent storage unit 140 stores the second reagent. A fluorescent reagent for protein for supply to the detector 130b is stored. In addition, the third reagent storage unit 140c stores light emitting reagents such as luciferin and luciferase for emitting the bioenergy material (ATP).

상기 밸브유닛(150)은 상기 파쇄기(110)와 상기 검출기(130) 사이의 유로와 상기 시약저장부(140)와 상기 검출기(130) 사이의 유로 상에 설치되어 상기 파쇄기(110)로부터 이송된 시료와 상기 시약저장부(140)에 저장된 시약을 선택적으로 상기 검출기(130)로 공급하기 위한 멤브레인 밸브(152)와, 상기 구동원(160)으로부터 발생되는 압력을 상기 멤브레인 밸브(152)에 선택적으로 전달하여 상기 멤브레인 밸브(152)를 개폐시키는 솔레노이드 밸브(154)를 포함한다. The valve unit 150 is installed on the flow path between the crusher 110 and the detector 130 and the flow path between the reagent storage unit 140 and the detector 130 and transferred from the crusher 110. A membrane valve 152 for selectively supplying a sample and a reagent stored in the reagent storage unit 140 to the detector 130 and a pressure generated from the driving source 160 are selectively supplied to the membrane valve 152. It includes a solenoid valve 154 to transfer to open and close the membrane valve 152.

상기 멤브레인 밸브(152)는 상기 제1 내지 제4검출기(130a)(130b)(130c)(130d) 각각에 파쇄된 시료 및 시약을 선택적으로 공급하기 위한 제1 내지 제4멤브레인 밸브(152a)(152b)(152c)(152d)를 포함한다. 각 멤브레인 밸브(152a)(152b)(152c)(152d)는 탄성 및 유연성을 가지는 얇은 막이 압력차에 의해 유로를 개폐시키는 구조를 가지는 것으로서, 상기 솔레노이드 밸브(154)가 구동원(160)으로부터 발생되는 압력을 각 멤브레인 밸브(152a)(152b)(152c)(152d)에 선택적으로 전달함으로써 유로가 개폐된다. 그러나, 본 실시예와 달리, 상기 멤브레인 밸브(152a)(152b)(152c)(152d)는 전기적으로 개폐되는 공지된 다양한 구조를 가질 수 있다.The membrane valve 152 is a first to fourth membrane valve (152a) for selectively supplying the sample and reagent crushed to each of the first to fourth detector (130a) (130b) (130c) (130d) ( 152b) 152c and 152d. Each of the membrane valves 152a, 152b, 152c, and 152d has a structure in which a thin film having elasticity and flexibility opens and closes the flow path due to a pressure difference, and the solenoid valve 154 is generated from the driving source 160. The flow path is opened and closed by selectively transmitting pressure to each of the membrane valves 152a, 152b, 152c, and 152d. However, unlike the present embodiment, the membrane valves 152a, 152b, 152c and 152d may have various known structures that are electrically opened and closed.

상기 솔레노이드 밸브(154)는, 제 1 내지 제8솔레노이드 밸브(154aa)(154ab)(154ba)(154bb)(154ca)(154cb)(154da)(154db)를 포함한다. 제1 및 제2솔레노이드 밸브(154aa)(154ab)는 제1멤브레인 밸브(152aa)를 개폐시키기 위한 것으로서, 제1 및 제2솔레노이드 밸브(154aa)(154ab)의 개방 및 폐쇄에 따른 압력차에 의해 상기 제1멤브레인 밸브(152aa)가 개방 및 폐쇄된다. 따라서, 상기 제1 및 제2솔레노이드 밸브(154aa)(154ab)는 어느 하나가 개방되면, 어느 하나는 차단되도록 제어되어야 한다. 그러나 본 실시예와 달리, 멤브레인 밸브(152)의 막의 탄성력을 이용할 경우, 각 멤브레인 밸브(152)를 개폐시키기 위한 솔레노이드 밸브(154)는 하나만 필요할 것이다. The solenoid valve 154 includes first to eighth solenoid valves 154aa, 154ab, 154ba, 154bb, 154ca, 154cb, 154da, and 154db. The first and second solenoid valves 154aa and 154ab are used to open and close the first membrane valve 152aa. The pressure difference is caused by the opening and closing of the first and second solenoid valves 154aa and 154ab. The first membrane valve 152aa is opened and closed. Accordingly, the first and second solenoid valves 154aa and 154ab should be controlled so that any one of them is blocked. However, unlike the present embodiment, when using the elastic force of the membrane of the membrane valve 152, only one solenoid valve 154 for opening and closing each membrane valve 152 will be required.

상기 제3 및 제4솔레노이드 밸브(154ba)(154bb)는 제2멤브레인 밸브(152ab)를, 제5 및 제6솔레노이드 밸브(154ca)(154cb)는 제3멤브레인 밸브(152c)를, 제7 및 제8솔레노이드 밸브(154da)(154db)는 제4멤브레인 밸브(152d)의 개폐를 각각 제어하기 위한 것으로서, 상기 제1 및 제2솔레노이드 밸브(154aa)(154ab)와 동일한 원리로 동작한다.The third and fourth solenoid valves 154ba and 154bb are the second membrane valves 152ab, the fifth and sixth solenoid valves 154ca and 154cb are the third membrane valves 152c, and the seventh and The eighth solenoid valves 154da and 154db are for controlling opening and closing of the fourth membrane valves 152d, respectively, and operate on the same principle as the first and second solenoid valves 154aa and 154ab.

상기 구동원(160)은 시료 및 시약을 이송시키기 위한 공압을 발생시키기 위한 것으로서, 컴프레서(Compressor) 등이 이용될 수 있다. 상기 구동원(160)은 제1 및 제2매니폴드(162)(164)와 압력전달 가능하게 병렬적으로 연결된다. 따라서, 상기 구동원(160)의 구동되며, 공압은 제1 및 제2매니폴드(162)(164)로 전달된다.The driving source 160 is for generating pneumatic pressure for transferring the sample and the reagent, and a compressor or the like may be used. The driving source 160 is connected to the first and second manifolds 162 and 164 in a pressure-transmittable parallel manner. Accordingly, the driving source 160 is driven and pneumatic pressure is transmitted to the first and second manifolds 162 and 164.

상기 제1매니폴드(162)는 상기 제1 내지 제8솔레노이드 밸브(154aa)(154ab)(154ba)(154bb)(154ca)(154cb)(154da)(154db)와 연결되어, 제1매니폴드(162)에 형성된 압력을 상기 제1 내지 제4멤브레인 밸브(152a)(152b)(152c)(152d)로 선택적으로 전달하여 제1 내지 제4멤브레인 밸브(152a)(152b)(152c)(152d)를 선택적으로 개폐시킨다.The first manifold 162 is connected to the first to eighth solenoid valves 154aa, 154ab, 154ba, 154bb, 154ca, 154cb, 154da, and 154db, and the first manifold ( The pressure formed in the 162 is selectively transferred to the first to fourth membrane valves 152a, 152b, 152c, and 152d, thereby providing the first to fourth membrane valves 152a, 152b, 152c, and 152d. Selectively open and close the

상기 제2매니폴드(164)는 상기 제1 내지 제4시약저장부(140a)(140b)(140c)(140d)와 각각 연결되어 저장된 시약을 각각 제1 내지 제4검출 기(130a)(130b)(130c)(130d)로 이송시키는 압력을 제공한다. 또한, 상기 제2매니폴드(164)는 상기 파쇄기(110)와 압력 전달하게 연결되어 파쇄된 시료를 상기 파쇄기(110)로부터 멤브레인 밸브(152) 및 검출기(130)로 이송시키는 동력을 제공한다. The second manifold 164 is connected to the first to fourth reagent storage units 140a, 140b, 140c, and 140d, respectively, and stores the reagents stored in the first to fourth detectors 130a and 130b, respectively. Pressure 130c and 130d). In addition, the second manifold 164 is connected to the crusher 110 in pressure transmission to provide power to transfer the crushed sample from the crusher 110 to the membrane valve 152 and the detector 130.

상기 온도조절유닛(170)은 상기 검출기(130)의 온도를 일정하게 유지하기 위한 제1온도조절유닛(171)과, 상기 시약저장부(140)의 온도를 일정하게 유지하기 위한 제2온도조절유닛(175)을 포함한다.The temperature control unit 170 is a first temperature control unit 171 for maintaining a constant temperature of the detector 130 and a second temperature control for maintaining a constant temperature of the reagent storage unit 140 Unit 175.

상기 제1 및 제2온도조절유닛(171)(175) 각각은 상기 검출기(130) 및 상기 시약저장부(140) 각각의 온도를 감지하기 위한 제1 및 제2온도센서(172)(176)와, 상기 제1 및 제2온도센서(172)(176)로부터 감지된 온도에 따라 상기 검출기(130) 및 상기 시약저장부(140) 각각을 냉각 또는 가열시키기 위한 제1 및 제2냉온기(173)(177)를 포함한다. 상기 제1 및 제2냉온기(173)(177)는 인가되는 전류의 방향에 따라 일면은 가열되고, 타면은 냉각되는 열전소자를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 제1 및 제2냉온기(173)(177)는 제어부(180)의 신호에 따라 ON/OFF가 제어되거나, 인가되는 전류의 방향이 제어된다.Each of the first and second temperature control units 171 and 175 may include first and second temperature sensors 172 and 176 for sensing the temperature of each of the detector 130 and the reagent storage unit 140. And first and second cold and warmers for cooling or heating each of the detector 130 and the reagent storage unit 140 according to the temperatures detected by the first and second temperature sensors 172 and 176. 173) 177. The first and second coolers 173 and 177 may use a thermoelectric element in which one surface is heated and the other surface is cooled according to the direction of the applied current. The first and second coolers 173 and 177 may control ON / OFF or the direction of the applied current according to the signal of the controller 180.

상기 제어부(180)는 상술한 각 구성요소, 즉 파쇄기(110), 검출기(130), 솔레노이드 밸브(154), 구동원(160), 제1 및 제2냉온기(173)(177) 및 각각의 구성요소에 전원을 인가하기 위한 전원부(182)를 제어한다. The controller 180 includes each of the above-described components, that is, the shredder 110, the detector 130, the solenoid valve 154, the driving source 160, the first and second coolers 173 and 177, and the respective components. The power supply unit 182 for supplying power to the component is controlled.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 가지는 생물학적 물질 검출장치의 동작에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the biological material detection device having the configuration as described above will be described in detail.

우선, 제어부(180)는 전원부(182)를 제어하여 공기수집기(100)에 전원을 인 가한다. 그러면, 공기수집기(100)는 대기 중에 일정 크기의 생물학적 입자를 선별하여 농축시킨다. 그리고, 제어부(180)는 이송펌프(101)에 전원을 인가하여 농축된 생물학적 입자인 시료를 파쇄기(110)로 이송시킨다. 이 때, 상기 공기수집기(100)를 거치지 않고 시료주입구(111)에 주사기 등을 이용하여 시료를 직접 주입할 수도 있다.First, the controller 180 controls the power supply unit 182 to apply power to the air collector 100. Then, the air collector 100 selects and concentrates biological particles of a predetermined size in the atmosphere. The controller 180 applies power to the transfer pump 101 to transfer the sample, which is the concentrated biological particles, to the crusher 110. At this time, the sample may be directly injected into the sample inlet 111 using a syringe or the like without passing through the air collector 100.

파쇄기(110)로 이송된 시료는 시료유입구(112)를 통해 유입되어 파쇄된다. 시료의 파쇄란, 세포벽이나 포자막을 파쇄하여 그 내부의 핵산(DNA, RNA), 단백질, 생체에너지 물질(ATP)와 같은 생물학적 물질이 추출하는 과정을 말한다. 상기 시료는 초음파에 의한 파쇄뿐만 아니라 시료를 가열하거나 파쇄용 시약을 주입하여 파쇄될 수 있다.The sample transferred to the crusher 110 is introduced and crushed through the sample inlet 112. Fracture of a sample refers to a process in which a biological material such as nucleic acid (DNA, RNA), protein, or bioenergy material (ATP) is extracted by breaking up a cell wall or a spore membrane. The sample may be crushed by not only crushing by ultrasonic but also by heating the sample or injecting crushing reagent.

구동원(160)에 전원이 인가되면, 구동원(160)에 의해 발생된 공압은 제1 및 제2매니폴드(162)(164)로 전달된다. 상기 제2매니폴드(164)로 전달된 공압은 파쇄기(110)로 전달되고, 파쇄기(110)로 전달된 공압은 파쇄된 시료를 시료배출구(113)를 통해 배출되며, 배출된 시료는 후송용 시료수집장치(120)를 거쳐 시료분배기(188)로 이송된다. 이 때, 제2매니폴드(164)와 상기 파쇄기(110)의 사이에는 삼방제어밸브(102)가 마련되며, 이 삼방제어밸브(102)에 의해 공압의 파쇄기(110)로의 전달 여부가 제어될 수 있다. 시료분배기(188)로 이송된 시료는, 제1 내지 제4멤브레인 밸브(152a)(152b)(152c)(152d) 각각에 동일한 양으로 이송된다. 한편, 제2매니폴드(164)로 전달된 공압은 제1 내지 제4시약저장부(140a)(140b)(140c)(140d)로도 전달되어 각 시약을 멤브레인 밸브(152)로 이송시킨다.When power is applied to the driving source 160, the pneumatic pressure generated by the driving source 160 is transmitted to the first and second manifolds 162 and 164. The pneumatic pressure delivered to the second manifold 164 is delivered to the crusher 110, the pneumatic pressure delivered to the crusher 110 is discharged through the sample outlet 113, the crushed sample, the discharged sample for transport It is transferred to the sample distributor 188 via the sample collection device 120. At this time, a three-way control valve 102 is provided between the second manifold 164 and the shredder 110, and the three-way control valve 102 controls whether or not the pneumatic pressure is delivered to the shredder 110. Can be. The sample transferred to the sample distributor 188 is transferred to the first to fourth membrane valves 152a, 152b, 152c and 152d in the same amount. On the other hand, the pneumatic pressure delivered to the second manifold 164 is also delivered to the first to fourth reagent reservoirs 140a, 140b, 140c and 140d to transfer each reagent to the membrane valve 152.

상기 제1매니폴드(162)로 전달된 공압은 상기 제1 내지 제8솔레노이드 밸브(154aa)(154ab)(154ba)(154bb)(154ca)(154cb)(154da)(154db)에 의해 상기 제1 내지 제4멤브레인 밸브(152a)(152b)(152c)(152d)로 선택적으로 전달되어 상기 제1 내지 제4멤브레인 밸브(152a)(152b)(152c)(152d)를 선택적으로 개폐시킨다. 예컨대, 제1솔레노이드 밸브(154)를 개방되고 제2솔레노이드 밸브(154ab)를 차단되면, 제1멤브레인 밸브(152a)는 차단된 상태가 되어 제1시약저장부(140)의 시약 및 파쇄된 시료가 제1검출기(130a)로 이송되지 않는 상태가 되며, 제1솔레노이드 밸브(154aa)가 차단되고 제2솔레노이드 밸브(154ab)가 개방되면, 제1멤브레인 밸브(152a)가 개방되어 시약 및 시료가 제1검출기(130a)로 이송된다. 그 외의 나머지 솔레노이드 밸브(154ba)(154bb)(154ca)(154cb)(154da)(154db) 및 검출기(130b)(130c)(130d)도 상술한 바와 동일하게 동작하여 동일한 양의 시료가 제2 내지 제4검출기(130b)(130c)(130d)의 유동셀(132)로 각각 이송된다.Pneumatic pressure delivered to the first manifold 162 is the first to eighth solenoid valves (154aa) (154ab) (154ba) (154bb) (154ca) (154cb) (154da) (154db). It is selectively delivered to the fourth to fourth membrane valves 152a, 152b, 152c, and 152d to selectively open and close the first to fourth membrane valves 152a, 152b, 152c, and 152d. For example, when the first solenoid valve 154 is opened and the second solenoid valve 154ab is blocked, the first membrane valve 152a is in a blocked state, and the reagent and the crushed sample of the first reagent storage unit 140 are blocked. When the first solenoid valve 154aa is blocked and the second solenoid valve 154ab is opened, the first membrane valve 152a is opened so that the reagent and the sample are not transferred to the first detector 130a. It is transferred to the first detector 130a. The other solenoid valves 154ba, 154bb, 154ca, 154cb, 154da, 154db and detectors 130b, 130c and 130d operate in the same manner as described above, so that the same amount of the sample is second to It is conveyed to the flow cell 132 of 4th detector 130b, 130c, 130d, respectively.

제1 및 제4검출기(130a)(130d)의 유동셀(132)에 시료와 핵산용 형광시약이 검출기유입구(133)를 통해 유입되면, 제어부(180)는 광원(138)에 전원을 인가한다. 그러면, 광원(138)으로부터 조사된 광에 의해 시료와 핵산용 형광시약으로부터 형광현상이 발생하게 되며, 이러한 형광량은 수광소자(137)에 의해 검출된다. 그러면, 제어부(180)는 수광소자(137)에 의해 검출된 형광량으로부터 시료 내 핵산(DNA, RNA)의 양을 산출하게 된다.When the fluorescent reagents for the sample and the nucleic acid flow into the flow cells 132 of the first and fourth detectors 130a and 130d through the detector inlet 133, the controller 180 applies power to the light source 138. . Then, fluorescence is generated from the sample and the nucleic acid fluorescent reagent by the light irradiated from the light source 138, and the amount of fluorescence is detected by the light receiving element 137. Then, the controller 180 calculates the amount of nucleic acid (DNA, RNA) in the sample from the amount of fluorescence detected by the light receiving element 137.

제2검출기(130b)의 유동셀(132)에는 시료와 단백질용 형광시약이 유입되며, 제어부(180)는 제1 및 제4검출기(130a)(130d)와 동일하게 광원(138)을 제어하여 광 을 상기 시료 및 형광시약에 조사하여 형광량에 따른 단백질의 양을 산출한다.A fluorescent reagent for a sample and a protein flows into the flow cell 132 of the second detector 130b, and the controller 180 controls the light source 138 in the same manner as the first and fourth detectors 130a and 130d. Light is irradiated to the sample and the fluorescent reagent to calculate the amount of protein according to the amount of fluorescence.

제3검출기(130c)는 생체에너지 물질(ATP)의 양을 검출하기 위한 것으로서, 제3검출기(130c)의 유동셀(132)로 시료 및 발광시약이 유입되면, 발광현상이 발생하게 되고 이를 수광소자(137)가 검출하고, 제어부(180)는 상기 수광소자(137)에 의해 검출된 발광량을 통해 생체에너지 물질(ATP)의 양을 산출한다.The third detector 130c is used to detect the amount of bioenergy material (ATP). When the sample and the light emitting reagent flow into the flow cell 132 of the third detector 130c, the light emitting phenomenon occurs and the light is received. The device 137 detects the control unit 180 and calculates an amount of the bioenergy material ATP based on the amount of light emitted by the light receiving device 137.

상술한 과정을 통해 제1 내지 제3검출기(130a)(130b)(130c)로부터 측정된 핵산(DNA, RNA), 단백질, 생체에너지 물질(ATP)의 양 및 각 물질의 비율은 기준치와 비교되고, 이러한 비교치에 의해 대기 중의 환경 오염 정도 및 위험수준 여부가 판단하게 된다.Through the above-described process, the amounts of nucleic acids (DNA, RNA), proteins, and bioenergy substances (ATP) measured from the first to third detectors 130a, 130b, and 130c and ratios of the respective substances are compared with reference values. Based on these comparisons, the degree of environmental pollution and the level of danger in the air can be determined.

만약 대기 환경이 위험한 것으로 판단되면, 제4검출기(130d)로 유입된 시료 및 형광시약을 별도의 샘플로 채취되어 환경 중에 분포된 생물학적 입자의 정체를 파악하게 된다.If it is determined that the atmospheric environment is dangerous, the sample and the fluorescent reagent introduced into the fourth detector 130d are collected as separate samples to identify the identity of biological particles distributed in the environment.

반대로 대기 중의 환경이 위험하지 않은 것으로 판단되면, 제1 내지 제4검출기(130a)(130b)(130c)(130d)로 유입된 시료 및 시약은 검출기 유출구(134)를 통해 폐수통(184)으로 이송된다.On the contrary, if it is determined that the environment in the atmosphere is not dangerous, the samples and reagents introduced into the first to fourth detectors 130a, 130b, 130c, and 130d are transferred to the waste water container 184 through the detector outlet 134. Transferred.

한편, 제어부(180)는 검출기(130) 및 시약저장부(140)의 온도를 조절하기 위해 제1 및 제2온도센서(172)(176)로부터 검출된 온도를 기준치와 비교하여 제1 및 제2냉온기(173)(177)를 제어하게 된다. 제1 및 제2냉온기(173)(177)가 열전소자로 구성되는 경우에는 전원부(182)를 제어하여 열전소자로 인가되는 전류의 방향을 제어하게 된다.Meanwhile, the controller 180 compares the temperature detected by the first and second temperature sensors 172 and 176 with the reference value to adjust the temperature of the detector 130 and the reagent storage 140 with the first and the second values. It controls the two cold and hot (173, 177). In the case where the first and second chillers 173 and 177 are formed of thermoelectric elements, the power supply unit 182 is controlled to control the direction of the current applied to the thermoelectric elements.

한편, 상기 제어부(180)는 시료로부터 검출된 각 생물학적 물질의 양을 표시부(190)로 출력할 수도 있다. 이때, 상기 표시부()는 PC(Personal Computer) 등으로 구성될 수 있으며, 이와 같은 경우 상기 제어부(180)와 상기 PC 사이에는 AD 컨버터(Analog to Digital Converter)가 구성될 수도 있다.The controller 180 may output the amount of each biological material detected from the sample to the display 190. In this case, the display unit may be configured as a personal computer (PC). In this case, an AD to analog converter may be configured between the controller 180 and the PC.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 파쇄기, 검출기, 시약저장부 등의 시약 및 시료를 자동으로 이송시킴과 아울러 자동으로 생물학적 물질의 양을 측정토록함으로써, 숙력된 작업자가 불필요할 뿐만 아니라 단시간에 생물학적 물질의 양을 측정할 수 있다.According to the present invention as described above, by automatically transporting reagents and samples such as shredders, detectors, reagent storage, and the like to automatically measure the amount of biological material, not only a skilled worker is required, The amount of biological material can be measured.

생물학적 물질의 양을 자동으로 신속하게 검출함에 따라 환경의 위험 또는 오염 여부를 조기에 판단할 수 있게 되어, 생물학적 테러와 같은 유사시 대응을 신속하게 할 수 있다.The rapid and automatic detection of the amount of biological material enables early determination of environmental risks or contamination, enabling rapid response in case of emergency such as biological terrorism.

또한, 핵산, 단백질 및 생체에너지 물질(ATP)을 형광 및 발광반응을 이용하여 동시 측정함으로써, 더욱 신속한 시간 내에 생물학적 물질의 양을 측정할 수 있다.In addition, nucleic acid, protein, and bioenergy material (ATP) can be measured simultaneously using fluorescence and luminescence to determine the amount of biological material in a faster time.

특히, 온도조절유닛에 의해 검출기와 시약저장부의 온도를 일정하게 유지함으로써, 형광 및 발광반응의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되어, 생물학적 물질의 양의 양을 정밀하게 측정할 수 있다.In particular, by keeping the temperature of the detector and the reagent storage unit constant by the temperature control unit, it is possible to improve the reliability of the fluorescence and the luminescence reaction, thereby accurately measuring the amount of the biological material.

Claims (23)

주입된 시료를 파쇄하기 위한 파쇄기;A crusher for crushing the injected sample; 상기 파쇄기에 의해 파쇄된 시료로부터 형광 및 발광을 감지하여 생물학적 물질에 대한 정보를 검출하기 위한 검출기; 및A detector for detecting fluorescence and luminescence from a sample crushed by the crusher to detect information on a biological material; And 상기 파쇄기로부터 파쇄된 시료를 상기 검출기로 이송시키기 위한 구동원;을 포함하고,And a driving source for transferring the sample crushed from the crusher to the detector. 상기 생물학적 물질은, 핵산(DNA, RNA)과, 단백질 및 생체에너지 물질(ATP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.The biological material is a biological material detection device comprising a nucleic acid (DNA, RNA), protein and bioenergy material (ATP). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 대기 중으로부터 생물학적 입자를 수집함과 아울러 농축시켜 상기 파쇄기로 주입시키는 공기수집기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And an air collector for collecting and concentrating biological particles from the atmosphere and injecting them into the crusher. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구동원에 의해 상기 검출기로 이송되는 시약이 저장된 시약저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a reagent storage unit configured to store a reagent transferred to the detector by the driving source. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 검출기로부터 검출된 생물학적 물질에 대한 정보로부터 생물학적 물질의 양을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a controller configured to calculate an amount of the biological material from the information on the biological material detected by the detector. 삭제delete 제4항에 있어서, 상기 검출기는,The method of claim 4, wherein the detector, 상기 핵산의 양을 검출하기 위한 제1검출기;A first detector for detecting the amount of said nucleic acid; 상기 단백질의 양을 검출하기 위한 제2검출기; 및A second detector for detecting the amount of said protein; And 상기 생체에너지 물질의 양을 검출하기 위한 제3검출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a third detector for detecting the amount of the bioenergy material. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제1 검출기는,The first detector, 상기 파쇄기에 의해 파쇄된 시료와 핵산용 형광시약이 유입 및 유출되는 검출기유입구 및 검출기배출구가 형성된 유동셀;A flow cell having a detector inlet and a detector outlet through which the sample crushed by the crusher and the fluorescent reagent for nucleic acid flow in and out; 상기 유동셀로 유입된 시료와 형광시약에 형광을 발생시키기 위해 소정 파장의 광을 조사하는 광원; 및A light source for irradiating light having a predetermined wavelength to generate fluorescence in the sample and the fluorescent reagent introduced into the flow cell; And 상기 광원에 의해 시료와 형광시약에 발생된 형광양을 검출하기 위한 수광소자를 포함하고,It includes a light receiving element for detecting the amount of fluorescence generated in the sample and the fluorescent reagent by the light source, 상기 제2 검출기는, The second detector, 상기 파쇄기에 의해 파쇄된 시료와 단백질용 형광시약이 유입 및 유출되는 검출기유입구 및 검출기배출구가 형성된 유동셀;A flow cell in which a detector inlet and a detector outlet through which the sample and the protein fluorescent reagent crushed by the crusher flow in and out are formed; 상기 유동셀로 유입된 시료와 형광시약에 형광을 발생시키기 위해 소정 파장의 광을 조사하는 광원; 및A light source for irradiating light having a predetermined wavelength to generate fluorescence in the sample and the fluorescent reagent introduced into the flow cell; And 상기 광원에 의해 시료와 형광시약에 발생된 형광양을 검출하기 위한 수광소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a light receiving element for detecting the amount of fluorescence generated in the sample and the fluorescent reagent by the light source. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 광원은 청색계열의 LED(Light-Emitting Diode)인 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.The light source is a biological material detection device, characterized in that the blue light-emitting diode (LED). 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 수광소자는 채널 광전자증배소자(CPM, Channel PhotoMultiplier)로 이루어진 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.The light receiving device is a biological material detection device, characterized in that consisting of a channel photomultiplier (CPM, Channel PhotoMultiplier). 제6항에 있어서, 상기 제3검출기는,The method of claim 6, wherein the third detector, 상기 파쇄기로부터 파쇄된 시료와 생체에너지 물질용 발광 시약이 유입 및 유출되는 검출기유입구 및 검출기배출구가 마련된 유동셀; 및A flow cell provided with a detector inlet and a detector outlet through which the sample and the light emitting reagent for bioenergy material are introduced and discharged from the shredder; And 상기 유동셀의 내부로 유입된 시료와 발광시약으로부터 발광된 광을 검출하기 위한 수광소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a light receiving device for detecting the light emitted from the sample and the light emitting reagent introduced into the flow cell. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 생체에너지 물질용 발광시약은 루시페린과 루시페라제를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.The bioluminescent material luminescent reagent includes a luciferin and luciferase. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 파쇄기에 의해 파쇄된 시료와 상기 시약저장부에 저장된 시약을 상기 검출기로 선택적으로 공급하는 밸브유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a valve unit selectively supplying the sample crushed by the crusher and the reagent stored in the reagent storage unit to the detector. 제12항에 있어서, 상기 밸브유닛은, The method of claim 12, wherein the valve unit, 상기 파쇄기와 상기 검출기 사이의 유로와 상기 시약저장부와 상기 검출기 사이의 유로 상에 설치되어 상기 파쇄기로부터 이송된 시료와 상기 시약저장부에 저장된 시약을 선택적으로 상기 검출기로 공급하기 위한 멤브레인 밸브; 및A membrane valve installed on the flow path between the crusher and the detector and a flow path between the reagent storage unit and the detector to selectively supply the sample transferred from the crusher and the reagent stored in the reagent storage unit to the detector; And 상기 구동원으로부터 발생되는 압력을 상기 멤브레인 밸브에 선택적으로 전달하여 상기 멤브레인 밸브를 개폐시키는 솔레노이드 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a solenoid valve for selectively opening and closing the membrane valve by selectively transferring the pressure generated from the driving source to the membrane valve. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 시약저장부는,The reagent storage unit, 상기 제1검출기에 공급하기 위한 핵산용 형광시약이 저장된 제1시약저장부;A first reagent storage unit storing a fluorescent reagent for nucleic acid for supplying to the first detector; 상기 제2검출기에 공급하기 위한 단백질용 형광시약이 저장된 제2시약저장부; 및A second reagent storage unit storing a fluorescent reagent for protein for supplying to the second detector; And 상기 제3검출기에 공급하기 위한 발광시약이 저장된 제3시약저장부;를 포함하며,And a third reagent storage unit storing a light emitting reagent for supplying to the third detector. 상기 파쇄기와 상기 제1 내지 제3검출기 사이의 각 유로와, 상기 파쇄기와 상기 제1 내지 제3시약저장부 사이의 각 유로 상에 설치되는 제1 내지 제3멤브레인 밸브;First to third membrane valves provided on respective flow paths between the breaker and the first to third detectors and on each flow path between the breaker and the first to third reagent storage portions; 상기 구동원으로부터 발생되는 압력을 상기 제1멤브레인 밸브에 선택적으로 전달하여 상기 제1멤브레인 밸브를 개폐시키기 위한 제1 및 제2솔레노이드 밸브;First and second solenoid valves for selectively opening and closing the first membrane valve by selectively transmitting pressure generated from the driving source to the first membrane valve; 상기 구동원으로부터 발생되는 압력을 상기 제2멤브레인 밸브에 선택적으로 전달하여 상기 제2멤브레인 밸브를 개폐시키기 위한 제3 및 제4솔레노이드 밸브; 및Third and fourth solenoid valves for selectively opening and closing the second membrane valve by selectively transmitting pressure generated from the driving source to the second membrane valve; And 상기 구동원으로부터 발생되는 압력을 상기 제3멤브레인 밸브에 선택적으로 전달하여 상기 제3멤브레인 밸브를 개폐시키기 위한 제5 및 제6솔레노이드 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And fifth and sixth solenoid valves for selectively opening and closing the third membrane valve by selectively transferring the pressure generated from the driving source to the third membrane valve. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제1 내지 제6솔레노이드 밸브와 압력전달가능하게 연결됨과 아울러 상기 구동원과 압력전달가능하게 연결된 제1매니폴드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a first manifold connected to the first to sixth solenoid valves in a pressure transfer manner and connected to the drive source in a pressure transfer manner. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 제1 내지 제3시약저장부 및 상기 파쇄기와 압력전달가능하게 연결됨과 아울러 상기 구동원과 압력전달가능하게 연결된 제2매니폴드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a second manifold connected to the first to third reagent reservoirs and the crusher to be pressure-transmittable, and to the pressure-transmitter to the drive source. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 시약저장부와 상기 검출기의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도조절유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a temperature control unit for maintaining a constant temperature of the reagent storage unit and the detector. 제17항에 있어서, 상기 온도조절유닛은,The method of claim 17, wherein the temperature control unit, 상기 시약저장부의 온도를 일정하게 유지하기 위한 제1온도조절유닛; 및A first temperature control unit for maintaining a constant temperature of the reagent storage unit; And 상기 검출기의 온도를 일정하게 유지하기 위한 제2온도조절유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a second temperature control unit for maintaining a constant temperature of the detector. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 제1온도조절유닛은,The first temperature control unit, 상기 시약저장부의 온도를 감지하기 위한 제1온도센서; 및A first temperature sensor for sensing a temperature of the reagent storage unit; And 상기 제1온도센서에 의해 감지된 온도에 따라 상기 시약저장부를 가열 또는 냉각시키기 위한 제1냉온기;를 포함하며,And a first cooler for heating or cooling the reagent storage unit according to the temperature sensed by the first temperature sensor. 상기 제2온도조절유닛은,The second temperature control unit, 상기 검출기의 온도를 감지하기 위한 제2온도센서; 및A second temperature sensor for sensing a temperature of the detector; And 상기 제2온도센서에 의해 감지된 온도에 따라 상기 검출기를 가열 또는 냉각시키기 위한 제2냉온기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a second cooler for heating or cooling the detector according to the temperature sensed by the second temperature sensor. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 제1 및 제2냉온기는 열전소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 생물학 적 물질 검출장치.The first and second cold and hot air detectors, characterized in that consisting of a thermoelectric element. 제1항 내지 제4항 또는 제6항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4 or 6 to 20, 상기 파쇄기는 초음파 파쇄기인 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.The crusher is a biological material detection device, characterized in that the ultrasonic crusher. 대기 중으로부터 생물학적 입자를 수집함과 아울러 농축시키는 공기수집기;An air collector for collecting and concentrating biological particles from the atmosphere; 상기 공기수집기에 의해 농축된 생물학적 입자를 파쇄하여 생물학적 물질 시료를 만드는 파쇄기;A crusher for crushing biological particles concentrated by the air collector to make a biological material sample; 상기 공기수집기에 의해 농축된 생물학적 입자를 상기 파쇄기에 이송시키기 위한 이송펌프;A transfer pump for transferring the biological particles concentrated by the air collector to the crusher; 상기 파쇄기에 의해 파쇄된 시료를 형광 및/또는 발광시키기 위한 시약이 저장된 시약저장부;A reagent storage unit for storing a reagent for fluorescence and / or luminescence of a sample crushed by the crusher; 상기 파쇄기에 의해 파쇄된 시료로부터 형광 및 발광을 감지하여 생물학적 물질에 대한 정보를 검출하기 위한 검출기;A detector for detecting fluorescence and luminescence from a sample crushed by the crusher to detect information on a biological material; 상기 파쇄기로부터 파쇄된 시료와 상기 시약저장부에 저장된 시약을 상기 검출기로 이송시키기 위한 구동원; 및A driving source for transferring the sample crushed from the crusher and the reagent stored in the reagent storage unit to the detector; And 상기 검출기로부터 검출된 생물학적 물질에 대한 정보로부터 생물학적 물질의 양을 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a controller configured to calculate an amount of the biological material from the information on the biological material detected by the detector. 제22항에 있어서,The method of claim 22, 상기 제어부로부터 출력되는 신호에 따라 상기 시약저장부에 저장된 시약을 상기 검출기에 선택적으로 공급하기 위한 밸브유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물학적 물질 검출장치.And a valve unit for selectively supplying the reagent stored in the reagent storage unit to the detector according to the signal output from the control unit.
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