KR101657898B1 - 부유미생물 검출장치 - Google Patents

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박민준
이도훈
김준협
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장호찬
전태진
이병양
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 부유미생물 검출장치는 공기 중에 부유하는 미생물을 포집하고, 내부에 수용된 완충용액에 포집된 미생물이 혼합된 미생물혼합액이 수용된 포집부; 복수의 특정항체가 부착되고 복수의 특정항체로 미생물혼합액을 제공하는 복수의 채널이 마련된 센싱부재가 구비되고, 미생물혼합액과 복수의 특정항체의 항원항체반응시 미생물혼합액 속에 존재하는 미생물을 검출하는 센싱부; 및 완충용액을 포집부로 제공하는 제 1 펌프, 포집부와 복수의 채널에 각각 연결되어 미생물혼합액을 복수의 채널로 개별적으로 공급하는 복수의 혼합액공급펌프, 및 포집부와 센싱부의 토출라인에 연결되어 미생물혼합액 또는 완충용액을 외부로 배출하는 제 2 펌프가 구비된 펌프부를 포함하는 것이 바람직하다.

Description

부유미생물 검출장치{AN AIRBORNE MICROBE DITECTING APPARATUS}
본 발명은 부유미생물 검출장치에 관한 것이며, 상세하게는 공기 중 부유미생물을 포집하여, 배양 및 검출하는 일련의 과정을 자동화하여 실시간으로 공기 중에 부유하는 미생물을 검출할 수 있는 부유미생물 검출장치에 관한 것이다.
기존 공기 중에 부유하는 바이오에어로졸 검출 장비는 필터에 공기를 통과시켜 채집한 미생물 입자를 패트리디쉬에서 일정기간 배양하여 그 콜로니 숫자를 세어 미생물 입자의 농도를 결정하는 방식이 사용되고 있다. 이러한 방식은 미생물 입자를 채집하기 위해 소요되는 시간과 인력투입시의 인건비가 많이 드는 문제점이 있었다.
아울러, 필터에 의한 미생물의 포집방법의 경우, 필터링으로 인하여 심한 탈수현상이 발생되어 포집된 미생물의 생존율이 낮고, 이러한 필터링에 의한 미생물 포집방법은 비교적 오염의 정도가 높은 지역에서 주로 이용되는 방법으로써, 일반적인 공기 중의 미생물을 포집하기에는 부적합한 문제점이 있었다.
한국등록특허 제 10-0868460호에는 공기 중 미생물 포집장치의 포집판이 개시되어 있다.
본 발명은 공기 중 부유미생물을 포집하여, 배양 및 검출하는 일련의 과정을 자동화하여 실시간으로 공기 중에 부유하는 미생물을 검출할 수 있는 부유미생물 검출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 부유미생물 검출장치는 공기 중에 부유하는 미생물을 포집하고, 내부에 수용된 완충용액에 포집된 미생물이 혼합된 미생물혼합액이 수용된 포집부; 복수의 특정항체가 부착되고 복수의 특정항체로 미생물혼합액을 제공하는 복수의 채널이 마련된 센싱부재가 구비되고, 미생물혼합액과 복수의 특정항체의 항원항체반응시 미생물혼합액 속에 존재하는 미생물을 검출하는 센싱부; 및 완충용액을 포집부로 제공하는 제 1 펌프, 포집부와 복수의 채널에 각각 연결되어 미생물혼합액을 복수의 채널로 개별적으로 공급하는 복수의 혼합액공급펌프, 및 포집부와 센싱부의 토출라인에 연결되어 미생물혼합액 또는 완충용액을 외부로 배출하는 제 2 펌프가 구비된 펌프부를 포함하고, 펌프부는, 제 1 펌프, 복수의 혼합액공급펌프와 제 2 펌프가 순착적으로 순환작동되면서, 제 1 펌프의 작동시 포집부로 완충용액이 공급되고, 복수의 혼합액공급펌프의 작동시 포집부 내의 미생물혼합액이 센싱부로 제공되고, 제 2 펌프의 작동시 센싱부를 통과한 미생물혼합액이 토출라인을 따라 외부로 배출되면서 미생물이 실시간으로 검출되도록 작동되고, 제 2 펌프, 제 1 펌프와 복수의 혼합액공급펌프가 순차적으로 순환 작동되면서, 제 2 펌프의 작동시 포집부 또는 센싱부 내의 미생물혼합액이 외부로 배출되고, 제 1 펌프의 작동시 포집부로 새롭게 공급된 완충용액이 공급되고, 복수의 혼합액공급펌프의 작동시 포집부 내의 완충용액이 센싱부로 제공되고, 제 2 펌프의 작동시 센싱부 내의 완충용액이 토출라인을 따라 외부로 배출되면서, 완충용액에 의해 포집부와 센싱부가 세척되도록 작동되는 것이 바람직하다.
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본 발명의 일 실시예에 있어서, 포집부는, 내부에 수용공간이 마련되고, 밀폐된 구조를 가진 포집부재; 포집부재에 연결되어, 포집부재로 진공압을 제공하는 포집펌프; 및 포집부재에 연결되어, 공기가 유입되는 포집튜브를 포함하고, 제 1 펌프의 작동시, 수용공간으로 완충용액이 유입되고, 포집펌프의 작동시, 포집부재의 외부에 존재하는 공기는 포집튜브를 통해 수용공간으로 공급되고 완충용액에 혼합되어 미생물혼합액을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 센싱부는 센싱부재와 펌프부를 연결하는 혼합액유동관에 접하도록 위치된 열전소자; 열전소자에 부착되어, 열전소자에서 발생된 열을 외부로 방열하는 방열부재; 및 센싱부재에 연결되어, 미생물을 검출하는 계측부재를 포함하고, 센싱부재는 열전소자를 경유하면서 온도조절된 미생물혼합액을 제공받는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수의 채널은 제 1 특정항원과 반응하는 제 1 특정항체가 부착되고, 제 1 혼합액유동관에 의해 펌프부의 제 1 혼합액공급펌프에 연결된 제 1 채널; 및 제 2 특정항원과 반응하는 제 2 특정항체가 부착되고, 제 2 혼합액유동관에 의해 펌프부의 제 2 혼합액공급펌프에 연결된 제 2 채널인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 열전소자에는 온도조절부가 연결되고, 온도조절부는 열전소자의 작동온도를 제어하여, 혼합액유동관을 유동하는 미생물혼합액의 온도를 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 센싱부재는 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터(CNT-FET)인 것이 바람직하다.
본 발명은 공기 중 부유미생물을 액상으로 채집하여 검출하는 일련의 과정을 자동화하여 실시간 검출 가능하게 함으로써 기존 방식과 비교하여 그 검출 시간 및 인력투입을 줄일 수 있다.
아울러, 본 발명은 작업자가 일일이 포집부와 센싱부를 세척하지 않고도 펌프부의 조작을 통해 자동으로 포집부와 센싱부를 세척할 수 있어, 작업시간 및 인력사용을 줄 일 수 있고, 이로 인해 미생물 검출 작업효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 센싱부재를 낮은 온도에서 구동 가능하도록 설계되어 있어, 센싱부재의 수명이 연장시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 하나의 센싱부재에 서로 다른 특정항체를 부착하여, 특정항체와 반응하는 미생물을 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유미생물 검출장치의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서, 포집부와 센싱부 사이의 연결상태도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3(a)는 두 개의 채널이 마련된 센싱부재의 평면도를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3(b)는 센싱부의 구성도와, 두 개의 채널로 각각 유입되는 미생물혼합액의 흐름도를 개략적으로 도시한 것이며,
도 4는 암모니아 가스의 온도 변화시 시간에 따른 전류값 변화그래프를 도시한 것이다.
도 5는 순수완충용액과 미생물혼합액의 제공시, 시간의 경과에 따른 전류값변화와, 센싱부의 세척후 전류값변화그래프를 도시한 것이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 부유미생물 검출장치에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 부유미생물 검출장치는 공기 중에 부유하는 미생물을 포집한 후 검출하는 일련의 과정을 하나의 과정으로 수행하여 미생물을 검출하기 위한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 부유미생물 검출장치(100)는 포집부(110), 센싱부(150)와 펌프부(130)를 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 포집부(110)는 공기 중에 부유하는 미생물을 포집하기 위한 것으로서, 포집부재(111), 포집커버부재(111a), 포집펌프(113)와 포집튜브(115)를 포함한다.
포집부재(111)는 내부에 수용공간(112)이 마련된다. 여기서, 수용공간(112)은 완충용액 또는 미생물혼합액이 수용되는 공간이다. 포집부재(111)의 하부에는 제 1a 유동관(131a), 제 2a 유동관(132a), 제 1a 혼합액유동관(133a)과 제 2a 혼합액유동관(134a)이 연결된다. 제 1a 유동관(131a), 제 2a 유동관(132a), 제 1a 혼합액유동관(133a)과 제 2a 혼합액유동관(134a)은 수용공간(112)과 연통가능하게 포집부재(111)에 설치된 것이 바람직하다.
완충용액은 제 1 펌프(131)의 작동시 제 1a 유동관(131a)을 통해 수용공간(112)으로 유입된다. 여기서, 완충용액은 제 1a 유동관(131a)을 통해 유입된 용액이다. 완충용액은 일명 "버퍼 용액"이라고도 불리며, 외부로부터 어느 정도의 산이나 염기를 가했을 때, 영향을 크게 받지 않고 수소이온농도를 일정하게 유지하기 위한 것이다.
포집펌프(113)의 작동시, 포집부재(111)의 외부에 존재하는 공기는 포집튜브(115)를 통해 포집커버부재(111a)로 유입된 후 포집부재(111)의 수용공간(112)으로 투입된다. 이 과정에서, 공기 중에 부유하는 미생물은 완충용액에 혼합된다. 본 실시예에서는, 미생물이 혼합된 상태의 완충용액을 '미생물혼합액'이라 지칭하기로 한다.
포집부재(111)의 상부에는 포집커버부재(111a)가 설치된다. 포집커버부재(111a)는 포집부재(111)를 밀폐하는 구조를 가진다. 포집커버부재(111a)에는 포집펌프(113)와 포집튜브(115)가 연결된다. 포집펌프(113)는 진공펌프가 사용될 수 있다.
포집튜브(115)는 포집부재(111)의 외부에 존재하는 공기가 유입되는 통로이다. 포집펌프(113)의 작동시 포집튜브(115)를 통해 포집커버부재(111a)로 유입된 공기는 진공압에 의해 포집부재(111)의 수용공간(112)으로 제공되어, 수용공간(112)에 수용된 완충용액에 혼합된다.
이하에서는 펌프부(130)에 대해 설명하기로 한다.
펌프부(130)는 포집부(110)와 센싱부(150) 사이에 위치되어, 미생물혼합액을 포집부(110)에서 센싱부(150)로 제공하기 위한 것이다. 펌프부(130)는 제 1 펌프(131), 제 2 펌프(132)와 혼합액공급펌프로 이루어진다.
제 1 펌프(131)는 포집부(110)와 제 1 저장탱크(137) 사이에 연결된다. 구체적으로, 제 1 펌프(131)는 제 1a 유동관(131a)에 의해 포집부(110)에 연결되고, 제 1b 유동관(131b)에 의해 제 1 저장탱크(137)에 연결된다. 여기서, 제 1 저장탱크(137)는 완충용액이 수용되는 부재이다. 제 1 펌프(131)의 작동시, 제 1 저장탱크(137) 내의 완충용액은 제 1b 유동관(131b)을 따라 제 1 펌프(131)로 유입된 후 토출되어 제 1a 유동관(131a)을 따라 수용공간(112)으로 공급된다.
제 2 펌프(132)는 포집부(110)와 제 2 저장탱크(138) 사이에 연결된다. 구체적으로, 제 2 펌프(132)는 제 2a 유동관(132a)에 의해 포집부(110)에 연결되고, 제 2b 유동관에 의해 제 2 저장탱크(138)에 연결된다. 여기서, 제 2 저장탱크(138)는 수용공간(112)을 세척한 용액 또는 센싱부(150)에서 센싱된 미생물혼합액이 수용되는 공간이다. 즉, 제 2 저장탱크(138)는 폐용액이 수용되는 부재이다.
제 2 펌프(132)는 제 1 펌프(131)와 별개로 작동된다. 본 실시예에서, 제 2 펌프(132)는 펌프제어부(136)의 제어에 의해 수용공간(112)을 세척하는 경우에 작동된다. 제 2 펌프(132)의 작동시, 제 1 저장탱크(137) 내의 완충용액 또는 미생물혼합액은 제 2a 유동관(132a)을 따라 제 2 펌프(132)로 유입된 후 제 2b 유동관으로 토출되어, 제 2b 유동관을 따라 센싱부(150)의 토출라인(135)에 연결되어 제 2 저장탱크(138)로 유동된다.
여기서, 센싱부(150)의 토출라인(135)은 센싱부(150)와 제 2 저장탱크(138) 사이에 연결된다. 센싱부(150)의 토출라인(135)은 센싱부(150)를 통과한 미생물혼합액과 제 2 펌프(132)의 작동시 포집부재(111)의 수용공간(112)을 세척한 완충용액이 유동하는 통로이다.
혼합액공급펌프(133, 134)는 혼합액유동관에 의해 포집부(110)와 센싱부(150) 사이에 연결되어, 포집부(110) 내의 미생물혼합액을 센싱부(150)로 공급하기 위한 것이다. 혼합액공급펌프는 제 1 펌프(131) 및 제 2 펌프(132)와 서로 개별적으로 포집부(110)에 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 혼합액공급펌프는 복수 개가 구비될 수 있으며, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여 '제 1 혼합액공급펌프(133)와 제 2 혼합액공급펌프(134)'로 구분하여 설명하기로 하나, 후술할 센싱부재(154)에 마련된 채널의 개수에 따라 그 개수가 가변될 수 있음은 물론이다. 또한, 혼합액공급펌프가 '제 1 혼합액공급펌프(133)와 제 2 혼합액공급펌프(134)'로 구분됨에 따라, 이에 연결된 혼합액유동관도 '제 1 혼합액유동관(133a, 133b)과 제 2 혼합액유동관(134a, 134b)'으로 구분지어 설명하기로 한다.
제 1 혼합액공급펌프(133)와 제 2 혼합액공급펌프(134)는 서로 개별적으로 포집부(110)와 센싱부(150)를 연결한다.
구체적으로, 제 1 혼합액공급펌프(133)는 제 1 혼합액유동관(133a, 133b)에 의해 포집부(110)와 센싱부(150)의 제 1 채널(154c) 사이에 연결된다. 여기서, 제 1 혼합액유동관(133a, 133b)은 연결되는 위치에 따라 제 1a 혼합액유동관(133a)과 제 1b 혼합액유동관(133b)으로 구분지어 지칭하기로 한다.
제 1 혼합액공급펌프(133)는 제 1a 혼합액유동관(133a)에 의해 포집부재(111)에 연결되고, 제 1b 혼합액유동관(133b)에 의해 제 1 채널(154c)과 연결된다. 제 1 혼합액공급펌프(133)는 펌프제어부(136)에 연결된다. 펌프제어부(136)는 제 1 혼합액공급펌프(133)의 작동여부를 제어한다. 펌프제어부(136)는 제 1 혼합액공급펌프(133)가 미생물혼합액을 제 1 채널(154c)로 1mml/min의 유량으로 공급토록 제 1 혼합액공급펌프(133)를 제어할 수 있다. 펌프제어부(136)는 제 1 펌프(131), 제 2 펌프(132), 제 1 혼합액공급펌프(133)와 제 2 혼합액공급펌프(134)를 개별적으로 작동을 제어할 수 있다.
제 2 혼합액공급펌프(134)는 제 2 혼합액유동관에 의해 포집부(110)와 센싱부(150)의 제 2 채널(154d) 사이에 연결된다. 여기서, 제 2 혼합액유동관은 연결되는 위치에 따라 제 2a 혼합액유동관(134a)과 제 2b 혼합액유동관(134b)으로 구분지어 지칭하기로 한다.
제 2 혼합액공급펌프(134)는 제 2a 혼합액유동관(134a)에 의해 포집부재(111)에 연결되고, 제 2b 혼합액유동관(134b)에 의해 제 2 채널(154d)과 연결된다. 제 2 혼합액공급펌프(134)는 펌프제어부(136)에 연결된다. 펌프제어부(136)는 제 2 혼합액공급펌프(134)가 미생물혼합액을 제 2 채널(154d)로 1mml/min의 유량으로 공급토록 제 2 혼합액공급펌프(134)를 제어할 수 있다.
이하에서는 센싱부(150)에 대해 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 센싱부(150)는 포집부(110)에서 미생물혼합액을 제공받아, 미생물혼합액에 존재하는 미생물을 검출하기 위한 것이다. 센싱부(150)는 센싱케이스(151), 센싱홀더(151a), 방열부재(152), 열전소자(153), 센싱부재(154), 온도조절부(158)와 계측부재(159)를 포함한다.
센싱케이스(151)는 방열부재(152), 열전소자(153)와 센싱부재(154)를 보호하기 위한 것이다. 방열부재(152)는 센싱케이스(151)의 내부에서, 열전소자(153)와 맞닿게 설치된다. 방열부재(152)는 열전소자(153)의 작동시 열전소자(153)의 열을 외부로 방열하기 위한 부재이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 열전소자(153)는 방열부재(152)의 표면에 맞닿게 연결된다. 즉, 열전소자(153)는 일측에 방열부재(152)가 설치되고, 타측에 제 1b 혼합액유동관(133b)과 제 2b 혼합액유동관(134b)으로 열전달가능하게 위치된다. 열전소자(153)는 제 1b 혼합액유동관(133b)과 제 2b 혼합액유동관(134b)을 따라 유동하는 미생물혼합액을 소정의 온도로 냉각시키기 위한 것이다.
열전소자(153)는 온도조절부(158)에 연결되어, 온도조절부(158)에 의해 미생물혼합액을 냉각시키는 온도를 조절할 수 있다. 열전소자(153)는 온도조절부(158)에 의해 센싱부재(154)의 동작온도를 5℃에서 상온까지 조절할 수 있어, 센싱부재(154)의 수명을 연장시킬 수 있다.
열전소자(153)는 센싱홀더(151a)에 의해 고정된다. 여기서, 센싱홀더(151a)는 센싱부재(154), 열전소자(153), 제 1b 혼합액유동관(133b)과 제 2b 혼합액유동관(134b)이 일정 위치에 놓이도록 이들을 고정하기 위한 것이다.
센싱홀더(151a)는 알루미늄과 같이 열전도도가 높은 재질로 이루어진 것이 바람직하다. 센싱홀더(151a)는 열전소자(153)에서 제공된 냉기를 제 1b 혼합액유동관(133b)과 제 2b 혼합액유동관(134b)으로 전달할 수 있다.
열전소자(153)를 경유한 제 1b 혼합액유동관(133b)과 제 2b 혼합액유동관(134b)은 센싱부재(154)에 연결된다. 구체적으로, 제 1b 혼합액유동관(133b)의 종단은 센싱부재(154)의 제 1 채널(154c)에 연결되고, 제 2b 혼합액유동관(134b)의 종단은 센싱부재(154)의 제 2 채널(154d)에 연결된다.
센싱부재(154)는 미생물혼합액에 존재하는 미생물을 검출하기 위한 것이다. 본 실시예에서, 센싱부재(154)는 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터(CNT-FET)인 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 센싱부재(154)는 Si/SiO2 기판(154a)에 크롬 또는 금이 패턴화되어 형성된다. 여기서, 금 또는 크롬 재질을 가진 인쇄패턴(154b)은 Si/SiO2 기판(154a)에 양각화되어 형성된다. 그리고, 인쇄패턴(154b)이 Si/SiO2 기판(154a)에 양각됨에 따라 생긴 홈에는 탄소나노튜브가 부착된다. 인쇄패턴(154b)에는 계측부재(159)가 연결된다.
인쇄패턴(154b)에는 제 1 채널(154c)과 제 2 채널(154d)이 마련된다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여, 제 1 채널(154c)과 연결되는 부분을 '제 1 탄소나노튜브(155a)'라 지칭하고, 제 2 채널(154d)과 연결되는 부분을 '제 2 탄소나노튜브(155b)'라 구분하여 지칭하기로 한다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 것이지, 제 1 탄소나노튜브(155a)와 제 2 탄소나노튜브(155b)가 서로 개별적인 부재를 뜻하는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 센싱부재(154)는 제 1 탄소나노튜브(155a)의 표면에 고정화된 제 1 특정항체(156a)에 제 1 특정항원(157a)이 특이적으로 결합하거나, 제 2 탄소나노튜브(155b)의 표면에 고정화된 제 2 특정항체(156b)에 제 2 특정항원(157b)이 특이적으로 결합하면 전기적 신호를 계측부재(159)로 전달하는 장치이다.
제 1 탄소나노튜브(155a)의 표면에는 제 1 특정항체(156a)가 부착된다. 제 1 특정항체(156a)는 제 1 특정항원(157a)과 반응하는 항체이다. 제 1 특정항체(156a)로는 IgG 또는 IgM가 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제 1b 혼합액유동관(133b)에서 토출된 미생물혼합액은 제 1 채널(154c)을 통과하여 제 1 탄소나노튜브(155a)로 제공된다. 이때, 미생물혼합액에 포함된 미생물 중 제 1 특정항체(156a)와 반응하는 제 1 특정항원(157a)이 존재하면 항원항체반응이 일어나면서, 인쇄패턴(154b)에서 전기적 신호를 발생하고 이를 계측부재(159)로 제공한다.
본 실시예에서, 제 2 탄소나노튜브(155b)의 표면에는 제 2 특정항체(156b)가 부착된다. 제 2 특정항체(156b)는 제 2 특정항원(157b)과 반응하는 항체이다. 제 2 특정항체(156b)는 제 1 특정항체(156a)와 구별되는 항체가 사용될 수 있다. 제 2 특정항체(156b)로는 IgG 또는 IgM가 사용될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제 2b 혼합액유동관(134b)에서 토출된 미생물혼합액은 제 2 채널(154d)을 통과하여 제 2 탄소나노튜브(155b)로 제공된다. 이때, 미생물혼합액에 포함된 미생물 중 제 2 특정항체(156b)와 반응하는 제 2 특정항원(157b)이 존재하면 항원항체반응이 일어나게 되고, 인쇄패턴(154b)에서 전기적 신호를 발생하고 이를 계측부재(159)로 제공한다.
본 실시예에서, 계측부재(159)는 인쇄패턴(154b)에 전기적으로 연결되어, 특정항체와 특정항원의 항원항체반응시, 인쇄패턴(154b)의 전류값의 변화로부터 미생물을 검출할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여, 가스의 종류 및 온도변화에 따른 센싱부재(154)의 감도테스트에 대해 살펴보기로 한다. 도 4는 상온의 물과, 암모니아 가스의 온도 변화시 시간에 따른 전류값 변화그래프를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상온(25℃)의 물(H2O)은 시간이 경과하더라도 전류값(I)의 변화가 거의 미비함을 알 수 있다. 반면, 암모니아가스(NH4OH)의 경우에, 25℃에서 암모니아가스(NH4OH)의 전류값 측정시, 80nA에서 시작된 전류값이 30분 경과후 대략 70nA로 낮아지는 것을 볼 수 있고, 35℃에서 암모니아가스(NH4OH)의 전류값 측정시 70nA에서 시작된 전류값이 30분 경과후에 대략 60nA로 낮아지는 것을 알 수 있다. 그러나, 7℃에서 암모니아가스(NH4OH)의 전류값 측정시 80nA 이상의 전류값에서 30분 경과시 대략 30nA로 전류값이 가파르게 낮아짐을 알 수 있다.
도 4의 그래프를 통해 암모니아가스(NH4OH)는 상온(25℃) 또는 상온 이상의 온도(35℃)에는 시간의 경과에 따른 전류값 변화폭이 대략 10nA 정도로 작으나, 7℃ 정도의 저온에서는 시간의 경과에 따른 전류값 변화폭이 대략 50nA이상으로 큼을 알 수 있다. 이는, 암모니아가스(NH4OH)와 같은 가스는 온도가 높아지면, 기체용해도가 떨어지기 때문에 감도가 낮아지기 때문이다. 일반적으로, 기체용해도가 온도에 반비례하고, 온도는 감도에 반비례한다.
도 4의 그래프를 통해, 본 발명은 열전소자(153)를 이용하여 센싱부재(154)와 미생물혼합액을 쿨링시킴으로써, 센싱부재(154)의 센싱효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
이하에서는 도 5를 참조하여, 순수완충용액과 미생물혼합액의 제공시, 시간의 경과에 따른 전류값변화와, 센싱부(150)의 세척후 전류값변화에 대해 살펴보기로 한다. 도 5에 도시된 실험그래프는 7℃에서 센싱부재(154)에서 센싱된 전류값변화그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 센싱부재(154)는 미생물이 포함되지 않은 순수완충용액이 통과하는 경우에 시간이 경과하더라도 미생물을 검출하지 못해, 동일한 전류값 10nA을 측정함을 알 수 있다. 그래프상에 제 1 전류값변화선(1)은 시간의 변화에 따른 완충용액의 전류값변화이다.
그러나, 센싱부재(154)는 미생물이 포함된 미생물혼합액의 경우에 0분 내지 5분 내에서 시간이 경과함에 따라 전류값 변화를 측정할 수 있다. 미생물혼합액의 경우, 시간에 따른 전류값변화는 제 2 전류값변화선(2)과 제 3 전류값변화선(3)에 따른다. 이는, 센싱부재(154)에서 부착된 제 1 특정항체(156a)와 제 2 특정항체(156b)와 반응하는 특정항원이 서로 다르기 때문이다. 여기서, 제 2 전류값변화선(2)은 미생물혼합액 내에 Aspergillus niger 균주가 포함된 경우에 반응하는 전류값변화선이고, 제 3 전류값변화선(3)은 Alternaria alternata 균주가 포함된 경우에 반응하는 전류값변화선이다. 여기서, Alternaria alternata 균주와 Aspergillus niger 균주는 검은곰팡이의 유발항원이다.
5분 경과후, 센싱부(150)의 세척과정이 수행되면, 센싱부(150)에서 감지하는 전류값?화는 시간이 경과할수록 완충용액의 전류값에 가까워지게 되고, 이로부터, 센싱부(150)가 세척됨을 알 수 있다.
본 발명은 센싱부(150)의 세척과정은 다음과 같다.
우선, 제 2 펌프(132)를 작동시켜, 포집부(110)의 수용공간(112)에 존재하는 미생물혼합액을 제 2 저장탱크(138)로 배출한다. 이후, 제 2 펌프(132)의 작동을 정지시킨 후, 제 1 펌프(131)를 작동시켜 수용공간(112)으로 깨끗한 완충용액을 투입한다. 이후, 제 1 혼합액공급펌프(133)와 제 2 혼합액공급펌프(134)가 작동되면서, 깨끗한 완충용액, 즉 미생물이 포함되지 않은 완충용액을 센싱부(150)로 공급하여, 완충용액을 이용하여 센싱부(150)를 세척한다. 이후, 센싱부(150)를 세척한 완충용액은 토출라인(135)을 통해 제 2 저장탱크(138)로 제공된다. 이와 같은 과정이 몇분동안 반복되면서 센싱부(150)의 세척이 이루어진다.
이하에서는 포집부(110)의 세척과정에 대해 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 부유미생물 검출장치(100)는 포집부(110)에서의 포집후에, 제 1 펌프(131)와 제 2 펌프(132)를 이용하여 포집부(110)의 수용공간(112)을 세척할 수 있다.
제 2 펌프(132)를 작동시켜, 포집부(110)의 수용공간(112)에 존재하는 미생물혼합액을 제 2 저장탱크(138)로 배출시킨다. 이후, 제 1 펌프(131)를 작동시켜 완충용액을 수용공간(112)으로 제공하여, 깨끗한 완충용액으로 하여금 수용공간(112)을 세척토록 할 수 있다. 세척시, 펌프제어부(136)는 제 1 펌프(131)가 수용공간(112)으로 10mml/mim의 유량으로 완충용액을 공급토록, 제 1 펌프(131)를 제어할 수 있다.
또는, 완충용액 대신에 세척액을 제 1 펌프(131)를 이용하여 수용공간(112)으로 제공할 수 있다. 세척액 또는 깨끗한 완충용액에 의해 포집부(110)의 수용공간(112)이 세척되면, 제 2 펌프(132)를 작동시켜 수용공간(112)에 존재하는 세척액 또는 세척후의 완충용액이 제 2a 유동관(132a)을 따라 제 2 펌프(132)로 유입한 후 이를 제 2b 유동관에서 토출라인(135)으로 제공하여 제 2 저장탱크(138)로 배출할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 과정을 통해, 작업자가 일일이 포집부(110)와 센싱부(150)를 세척하지 않고도 자동으로 포집부(110)와 센싱부(150)를 세척할 수 있어, 작업시간 및 인력사용을 줄 일 수 있고, 이로 인해 미생물 검출 작업효율을 증대시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 센싱부재(154)의 온도를 조절하여, 미생물을 효과적으로 검출할 수 있는 온도로 센싱부재(154)의 온도를 유지함으로써, 센싱효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 하나의 센싱부재(154)에 서로 다른 특정항체를 부착하여, 특정항체와 반응하는 미생물을 검출할 수 있다. 아울러, 본 발명은 특정항원의 종류만큼 이에 반응하는 특정항체의 종류를 가변시켜, 미생물을 검출할 수 있다.
100: 부유미생물 검출장치 110: 포집부
111: 포집부재 111a: 포집커버부재
112: 수용공간 113: 포집펌프
115: 포집튜브 130: 펌프부
131: 제 1 펌프 131a: 제 1a 유동관
131b: 제 1b 유동관 132: 제 2 펌프
132a: 제 2a 유동관 132b: 제 2b 유동관
133: 제 1 혼합액공급펌프 133a: 제 1a 혼합액유동관
133b: 제 1b 혼합액유동관 134: 제 2 혼합액공급펌프
134a: 제 2a 혼합액유동관 134b: 제 2b 혼합액유동관
137: 제 1 저장탱크 138: 제 2 저장탱크
150: 센싱부 151: 센싱케이스
151a: 센싱홀더 152: 방열부재
153: 열전소자 158: 온도조절부
159: 계측부재 154: 센싱부재

Claims (8)

  1. 공기 중에 부유하는 미생물을 포집하고, 내부에 수용된 완충용액에 상기 포집된 미생물이 혼합된 미생물혼합액이 수용된 포집부;
    복수의 특정항체가 부착되고 상기 복수의 특정항체로 상기 미생물혼합액을 제공하는 복수의 채널이 마련된 센싱부재가 구비되고, 상기 미생물혼합액과 상기 복수의 특정항체의 항원항체반응시 상기 미생물혼합액 속에 존재하는 상기 미생물을 검출하는 센싱부; 및
    상기 완충용액을 상기 포집부로 제공하는 제 1 펌프, 상기 포집부와 상기 복수의 채널에 각각 연결되어 상기 미생물혼합액을 상기 복수의 채널로 개별적으로 공급하는 복수의 혼합액공급펌프, 및 상기 포집부와 상기 센싱부의 토출라인에 연결되어 상기 미생물혼합액 또는 상기 완충용액을 외부로 배출하는 제 2 펌프가 구비된 펌프부를 포함하고,
    상기 펌프부는,
    상기 제 1 펌프, 상기 복수의 혼합액공급펌프와 상기 제 2 펌프가 순착적으로 순환작동되면서, 상기 제 1 펌프의 작동시 상기 포집부로 상기 완충용액이 공급되고, 상기 복수의 혼합액공급펌프의 작동시 상기 포집부 내의 상기 미생물혼합액이 상기 센싱부로 제공되고, 상기 제 2 펌프의 작동시 상기 센싱부를 통과한 상기 미생물혼합액이 상기 토출라인을 따라 외부로 배출되면서 상기 미생물이 실시간으로 검출되도록 작동되고,
    상기 제 2 펌프, 상기 제 1 펌프와 상기 복수의 혼합액공급펌프가 순차적으로 순환 작동되면서, 상기 제 2 펌프의 작동시 상기 포집부 또는 상기 센싱부 내의 상기 미생물혼합액이 외부로 배출되고, 상기 제 1 펌프의 작동시 상기 포집부로 새롭게 공급된 완충용액이 공급되고, 상기 복수의 혼합액공급펌프의 작동시 상기 포집부 내의 상기 완충용액이 상기 센싱부로 제공되고, 상기 제 2 펌프의 작동시 상기 센싱부 내의 상기 완충용액이 상기 토출라인을 따라 외부로 배출되면서, 상기 완충용액에 의해 상기 포집부와 상기 센싱부가 세척되도록 작동되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 부유미생물 검출장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 포집부는,
    내부에 수용공간이 마련되고, 밀폐된 구조를 가진 포집부재;
    상기 포집부재에 연결되어, 상기 포집부재로 진공압을 제공하는 포집펌프; 및
    상기 포집부재에 연결되어, 상기 공기가 유입되는 포집튜브를 포함하고,
    상기 제 1 펌프의 작동시, 상기 수용공간으로 상기 완충용액이 유입되고,
    상기 포집펌프의 작동시, 상기 포집부재의 외부에 존재하는 상기 공기는 상기 포집튜브를 통해 상기 수용공간으로 공급되고 상기 완충용액에 혼합되어 상기 미생물혼합액을 형성하는 것을 특징으로 하는 부유미생물 검출장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 센싱부는
    상기 센싱부재와 상기 펌프부를 연결하는 혼합액유동관에 접하도록 위치된 열전소자;
    상기 열전소자에 부착되어, 상기 열전소자에서 발생된 열을 외부로 방열하는 방열부재; 및
    상기 센싱부재에 연결되어, 상기 미생물을 검출하는 계측부재를 포함하고,
    상기 센싱부재는 상기 열전소자를 경유하면서 온도조절된 상기 미생물혼합액을 제공받는 것을 특징으로 하는 부유미생물 검출장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 복수의 채널은
    제 1 특정항원과 반응하는 제 1 특정항체가 부착되고, 제 1 혼합액유동관에 의해 상기 펌프부의 제 1 혼합액공급펌프에 연결된 제 1 채널; 및
    제 2 특정항원과 반응하는 제 2 특정항체가 부착되고, 제 2 혼합액유동관에 의해 상기 펌프부의 제 2 혼합액공급펌프에 연결된 제 2 채널인 것을 특징으로 하는 부유미생물 검출장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 열전소자에는 온도조절부가 연결되고,
    상기 온도조절부는 상기 열전소자의 작동온도를 제어하여, 상기 혼합액유동관을 유동하는 상기 미생물혼합액의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 부유미생물 검출장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 센싱부재는 탄소나노튜브 전계 효과 트랜지스터(CNT-FET)인 것을 특징으로 하는 부유미생물 검출장치.
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