KR102159346B1 - Equipment for measurement of airborne microorganism and method thereof - Google Patents

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KR102159346B1
KR102159346B1 KR1020190145395A KR20190145395A KR102159346B1 KR 102159346 B1 KR102159346 B1 KR 102159346B1 KR 1020190145395 A KR1020190145395 A KR 1020190145395A KR 20190145395 A KR20190145395 A KR 20190145395A KR 102159346 B1 KR102159346 B1 KR 102159346B1
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정재희
정상빈
조유성
고현식
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한국과학기술연구원
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Abstract

A device for measuring airborne microorganisms in real-time according to the present invention includes: an upper body that is provided with an inlet through which air containing airborne microbial particles is introduced, has a space inside, and is open on the bottom; a light source disposed on the top of the ceiling of the upper body to emit light; an optical noise filter disposed under the light source and selectively passing only some wavelengths of light irradiated from the light source; a condensing lens disposed below the optical noise filter and allowing light irradiated from the light source to proceed in a direction perpendicular to the ground; a lower body that is coupled to the lower part of the upper body, has an outlet through which air introduced through the inlet is discharged, and is open on the top; a light source transmitting member that is disposed between the upper body and the lower body, is provided with a hole-shaped nozzle penetrating the upper and lower surfaces, and is made of a transparent material; a fluorescent collision plate that is installed on the lower body, is disposed under the light transmitting member at a certain distance from the light transmitting member to collide and collect airborne microorganisms passing through the nozzle, is made of a transparent material, and includes a plurality of microorganisms dyeing substances; a fluorescent filter disposed under the fluorescent collision plate and allowing only light of a fluorescent wavelength generated by reacting with the airborne microorganisms collected in the fluorescent collision plate to pass through; and an image sensor installed on the lower body, disposed below the fluorescent collision plate, and sensing fluorescence generated from airborne microorganisms collected on the fluorescent collision plate.

Description

부유미생물 실시간 측정 장치 및 방법{Equipment for measurement of airborne microorganism and method thereof}TECHNICAL FIELD [Equipment for measurement of airborne microorganism and method thereof]

본 발명은 부유미생물 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 실시간으로 부유미생물의 포집과 정량 분석을 하나의 장치에서 연속적으로 수행할 수 있는 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for measuring airborne microorganisms, and more particularly, to a measuring apparatus and method capable of continuously performing the capture and quantitative analysis of airborne microorganisms in real time in one device.

공기 질 유지 수준과 관련하여 국가(대한민국)에서는 미세먼지, 이산화탄소, 포름알데히드, 일산화탄소, 이산화탄소와 같은 실내공기 내 유해물질을 실시간으로 측정하도록 하고 있다. 그러나 총 부유 세균이나 총 부유 곰팡이와 같이 부유미생물 입자의 농도는 실시간으로 측정하지 않고 1년에 1회 또는 2년에 1회 측정하도록 하고 있어서 측정의 실효성이 매우 낮은 문제점이 있다. 일반적으로 부유미생물의 농도 측정을 위해서는 최소 24시간 이상의 배양 시간이 필요하므로, 실시간으로 부유미생물의 농도를 정량화 하기에는 어려움이 따른다.Regarding the level of air quality maintenance, the country (Korea) requires real-time measurement of harmful substances in indoor air such as fine dust, carbon dioxide, formaldehyde, carbon monoxide, and carbon dioxide. However, the concentration of airborne microbial particles, such as total airborne bacteria and total airborne fungi, is not measured in real time, but is measured once a year or once every two years, so the effectiveness of the measurement is very low. In general, since a culture time of at least 24 hours is required to measure the concentration of airborne microorganisms, it is difficult to quantify the concentration of airborne microorganisms in real time.

현재까지 부유미생물(airborne microorganism)을 탐지 및 측정하는 기술과 관련해서 다양한 입자 포집 장치들이 개발됐다. 대표적인 예로, 일반 미세먼지 포집 방법과 유사한 필터 집진 방법(Filtration)과 입자가 포함된 공기를 충돌판에 충돌시켜 관성력에 의해 입자를 포집하는 관성 충돌법(inertial impaction)이 있다. 공기 중 부유미생물을 필터 집진 방식이나 관성 충돌법을 사용하여 포집하는 경우, 분석 장비나 센서를 이용하여 측정하기 위해, 멸균 증류수나 인산완충생리식염수(Phosphate buffered saline, PBS) 등을 이용하여 포집 된 시료를 액상 추출하는 과정이 필요하다. 따라서, 필터 집진 방법과 관성 충돌법을 통한 부유미생물의 농도 변화 관측은 연속적이고 실시간으로 이루어질 수 없다.Up to now, various particle collection devices have been developed in connection with technology for detecting and measuring airborne microorganisms. Representative examples include a filter filtration similar to a general fine dust collection method and an inertial impaction method in which air containing particles collides with an impact plate to collect particles by inertial force. When airborne microorganisms are collected using a filter dust collection method or an inertial collision method, they are collected using sterile distilled water or phosphate buffered saline (PBS) to measure using an analysis device or sensor. A liquid phase extraction process is required. Therefore, the observation of changes in the concentration of airborne microorganisms through the filter dust collection method and the inertial collision method cannot be performed continuously and in real time.

또한, 현재 보편적으로 사용되는 미생물 탐지방법은 콜로니계수법(Colony count)과 중합효소연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, PCR)이다. 특히, 콜로니계수법은 실내외 부유미생물의 농도를 정량화할 때 사용하는 대표적인 방법이다. 콜로니계수법은 시료를 평판 형태로 24시간 이상 적절한 온도와 습도에서 배양하여 나타난 미생물 군락의 수를 계수하는 방법이다. 그러나 콜로니계수법은 특정 균류만 배양이 가능하며 배양 시간이 길다는 단점이 있다. 한편, 중합효소연쇄반응은 생물의 유전물질을 증폭하여 분석하는 방법이다. 중합효소연쇄반응은 포집한 시료를 높은 정확도로 구체화 및 정량화할 수 있다. 그러나 중합효소연쇄반응은 많은 시간과 정교함, 전문가의 운용을 요구하기 때문에 콜로니계수법 방식과 마찬가지로 실시간으로 부유미생물의 농도 추이를 관측하기가 어려운 문제점이 있다. 또한, 이러한 장비는 현장이나 실험실에서 연구자가 직접 구동해야 하는 수동형 장치로서 연속적인 부유미생물 포집 및 탐지에 관한 전반적인 장치의 개발에는 해결해야 할 난제가 많이 남아있는 상황이다.In addition, currently commonly used microbial detection methods are colony count and polymerase chain reaction (PCR). In particular, the colony counting method is a representative method used to quantify the concentration of airborne microorganisms indoors and outdoors. The colony counting method is a method of counting the number of microbial communities that appear by incubating a sample in a plate shape at an appropriate temperature and humidity for more than 24 hours. However, the colony counting method has the disadvantage that only certain fungi can be cultured and the culture time is long. Meanwhile, the polymerase chain reaction is a method of amplifying and analyzing the genetic material of an organism. The polymerase chain reaction can specify and quantify the collected samples with high accuracy. However, since the polymerase chain reaction requires a lot of time, sophistication, and expert operation, it is difficult to observe the trend of the concentration of airborne microorganisms in real time like the colony counting method. In addition, these devices are passive devices that must be directly driven by researchers in the field or in the laboratory, and there are many difficulties to be solved in the development of the overall device for the continuous airborne microbial capture and detection.

또한, 종래의 측정 장치는 부유미생물을 포집하는 과정과, 포집 된 부유미생물을 분석하는 과정이 연속적으로 이루어지지 못하기 때문에 부유미생물의 추출과정에서 손실이 불가피하며 실시간 검출이 불가능하다는 문제점이 있다.In addition, the conventional measuring apparatus has a problem in that the process of collecting airborne microorganisms and the process of analyzing the collected airborne microorganisms cannot be performed continuously, so that loss in the extraction process of airborne microorganisms is inevitable and real-time detection is impossible.

KR 10-2015-0101648 A 2015.09.04KR 10-2015-0101648 A 2015.09.04

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 공기 중 부유미생물을 실시간으로 포집 및 정량 분석할 수 있는 부유미생물 실시간 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention has been conceived to solve the above-described problems, and is to provide a real-time airborne microbial measurement apparatus and a measurement method capable of collecting and quantitatively analyzing airborne micro-organisms in real time.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 부유미생물 실시간 측정 장치는, 공기 중 부유미생물을 실시간으로 포집하여 분석하는 장치로서,In order to achieve the above object, an apparatus for measuring airborne microorganisms in real time according to an embodiment of the present invention is an apparatus for collecting and analyzing airborne microorganisms in real time,

부유미생물 입자가 포함된 공기가 유입되는 유입구가 구비되고, 내부에 공간이 구비되며, 하방이 개방된 구조의 상부 몸체;An upper body having an inlet through which air containing airborne microbial particles is introduced, a space therein, and an open lower side;

상기 상부 몸체의 천장 상단에 배치되어 발광하는 광원;A light source disposed on the top of the ceiling of the upper body to emit light;

상기 광원의 하방에 배치되며, 상기 광원에서 조사된 빛의 일부 파장만을 선택적으로 통과시키는 광 노이즈 필터;An optical noise filter disposed under the light source and selectively passing only some wavelengths of light irradiated from the light source;

상기 광 노이즈 필터의 하방에 배치되며, 상기 광원에서 조사된 빛이 지면에 수직인 방향으로 진행하도록 하는 집광 렌즈;A condensing lens disposed below the optical noise filter and allowing light irradiated from the light source to proceed in a direction perpendicular to the ground;

상기 상부 몸체의 하부에 결합 되며, 상기 유입구로 유입된 공기가 유출되는 유출구가 구비되고, 내부에 공간이 구비되며, 상방이 개방된 구조의 하부 몸체;A lower body coupled to the lower portion of the upper body, provided with an outlet through which air introduced through the inlet port is discharged, and provided with a space therein, and having a structure in which the upper side is open;

상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체 사이에 배치되며 상면과 하면을 관통하는 구멍 형태의 노즐이 구비되며 투명한 소재로 이루어진 광원 투과 부재;A light source transmitting member disposed between the upper body and the lower body, provided with a hole-shaped nozzle penetrating through the upper and lower surfaces, and made of a transparent material;

상기 하부 몸체에 설치되며, 상기 광원 투과 부재 하방에 상기 광원 투과 부재와 일정한 간격을 두고 배치되어 상기 노즐을 통과한 부유미생물이 충돌하여 포집 되며 투명한 물질로 이루어지고 복수의 미생물 염색 물질을 포함한 형광 충돌판;It is installed on the lower body, and is disposed under the light transmitting member at a certain distance from the light transmitting member, and the airborne microorganisms passing through the nozzle collide and are collected and are made of a transparent material, and fluorescence collision including a plurality of microorganism dyeing substances plate;

상기 형광 충돌판의 하방에 배치되며, 상기 광원에서 조사된 빛이 상기 형광 충돌판에 포집 된 부유미생물과 반응하여 발생한 형광 파장의 빛만 통과시키는 형광필터; 및A fluorescent filter disposed below the fluorescent collision plate and allowing only light having a fluorescence wavelength generated by reacting light irradiated from the light source with the airborne microorganisms collected on the fluorescent collision plate to pass through; And

상기 하부 몸체에 설치되며, 상기 형광 충돌판의 하방에 배치되어 상기 형광 충돌판에 포집 된 부유미생물에서 발생하는 형광을 감지하는 이미지 센서;를 포함한 점에 특징이 있다.And an image sensor installed on the lower body and disposed under the fluorescent collision plate to detect fluorescence generated from airborne microorganisms collected on the fluorescent collision plate.

상기 형광 충돌판은 한천(agar)과 미생물 염색 물질이 혼합된 것이 바람직하다.It is preferable that the fluorescent collision plate is a mixture of agar and a microorganism dyeing material.

상기 유출구측에 공기의 유입량을 제어할 수 있는 펌프가 설치된 것이 바람직하다.It is preferable that a pump capable of controlling the inflow amount of air is installed at the outlet side.

상기 상부 몸체 및 상기 하부 몸체의 내벽은 상기 광원에서 조사된 빛에 의해 형광을 방출하지 않는 소재로 이루어지거나, 형광을 방출하지 않도록 코팅 처리된 것이 바람직하다.It is preferable that the upper body and the inner wall of the lower body are made of a material that does not emit fluorescence by light irradiated from the light source, or is coated so as not to emit fluorescence.

상기 광원은 발광다이오드, 방전등, 레이저 광원, 할로겐등 중 어느 하나인 것이 바람직하다.The light source is preferably any one of a light-emitting diode, a discharge lamp, a laser light source, and a halogen lamp.

상기 광원 투과 부재는 복수의 노즐을 구비할 수 있다.The light source transmitting member may include a plurality of nozzles.

상기 광원 투과 부재는 석영, 유리, 합성수지 중 어느 하나의 소재로 제조된 것이 바람직하다.It is preferable that the light source transmitting member is made of any one of quartz, glass, and synthetic resin.

상기 형광 충돌판에 포함된 미생물 염색 물질은 서로 다른 형광 파장을 발생시키는 것이 바람직하다.It is preferable that the microbial dyeing materials contained in the fluorescent collision plate generate different fluorescence wavelengths.

상기 형광 충돌판은 롤투롤(roll-to-roll) 또는 카트리지(cartridge) 방식으로 교환될 수 있도록 설치된 것이 바람직하다.It is preferable that the fluorescent collision plate is installed so that it can be exchanged in a roll-to-roll or cartridge (cartridge) manner.

상기 형광 충돌판을 일정한 온도로 유지할 수 있는 항온 유지 수단이 구비된 것이 바람직하다.It is preferable that a constant temperature maintaining means capable of maintaining the fluorescent collision plate at a constant temperature is provided.

상기 이미지 센서 및 상기 광원과 전기적으로 연결되며, 외부와 무선 통신이 가능한 무선 통신 모듈이 구비된 것이 바람직하다.It is preferable that a wireless communication module that is electrically connected to the image sensor and the light source and capable of wireless communication with the outside is provided.

한편, 본 발명에 따른 부유미생물 실시간 측정 방법은,On the other hand, the airborne microbial real-time measurement method according to the present invention,

공기 중 부유미생물을 실시간으로 포집하여 분석하는 방법으로서,As a method of collecting and analyzing airborne microorganisms in real time,

외부의 공기를 내부에 공간이 구비된 상부 몸체에 유입시키는 공기 유입 단계;An air introduction step of introducing external air into an upper body having a space therein;

상기 공기 유입 단계에서 유입된 공기를 투명한 소재로 이루어진 광원 투과 부재의 노즐을 통과한 후 급격히 방향을 바꾸어 외부로 배출시키는 공기 유출 단계;An air outflow step of rapidly changing the direction of the air introduced in the air inflow step and discharging it to the outside after passing through a nozzle of a light transmitting member made of a transparent material;

상기 공기 유입 단계에서 유입된 공기에 포함된 부유미생물 입자가 상기 노즐의 하방에 일정한 간격을 두고 배치되며 미생물 염색 물질이 포함되고 투명한 소재의 형광 충돌판에 관성에 의해 포집되는 부유미생물 포집 단계;Airborne microbial collection step in which airborne microbial particles contained in the air introduced in the air inflow step are disposed at a predetermined interval below the nozzle, and microbial dyeing material is contained and collected by inertia by a fluorescent collision plate made of a transparent material;

상기 부유미생물 포집 단계에서 포집 된 부유 미생물 입자가 상기 미생물 염색 물질에 의해 염색되는 염색 단계;A dyeing step in which the airborne microbial particles collected in the airborne microbial collection step are dyed by the microbial dyeing material;

상기 염색 단계에서 염색된 부유미생물에 빛이 조사되어 형광을 발생시키는 형광 단계;A fluorescence step of generating fluorescence by irradiating light onto the airborne microorganisms dyed in the dyeing step;

상기 형광 충돌판의 하방에 배치된 형광 필터에 의해 상기 형광 단계에서 발생 된 형광만 통과되는 형광 필터링 단계; 및A fluorescence filtering step in which only fluorescence generated in the fluorescence step is passed by a fluorescence filter disposed under the fluorescence collision plate; And

상기 형광 필터의 하방에 배치된 이미지 센서가 상기 형광 단계에서 발생 된 형광을 측정하는 형광 이미지 측정 단계;를 포함한 점에 특징이 있다.It is characterized in that it includes a fluorescence image measurement step of measuring fluorescence generated in the fluorescence step by an image sensor disposed under the fluorescence filter.

본 발명에 따른 부유미생물의 실시간 측정 장치 및 방법은, 부유미생물을 실시간으로 형광 충돌판으로 포집하며, 포집 된 부유미생물이 상기 형광 충돌판에 포함된 형광 물질로 즉시 염색된 후 광원에서 조사된 빛에 의해 형광을 발생하며, 상기 형광 충돌판에 포집 된 부유미생물에서 발생 된 형광은 상기 형광 충돌판의 직하방에 설치된 이미지 센서에 의해 실시간으로 측정되도록 구성됨으로써, 실시간으로 수집된 부유미생물 농도 분석을 통해 대기 및 실내 공기 내 오염물질의 농도 변화에 대응할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 부유미생물의 포집부터 분석에 추가적인 추출 과정이나 화학처리 과정이 없는 일체형 장비로, 연속적인 공기 내 오염물질 측정이 가능한 효과를 제공한다.The apparatus and method for measuring airborne microorganisms in real time according to the present invention collects airborne microorganisms in real time with a fluorescent collision plate, and the collected airborne microorganisms are immediately dyed with a fluorescent substance contained in the fluorescent collision plate, and then light irradiated from a light source. Fluorescence is generated by the fluorescent collision plate, and the fluorescence generated from the airborne microorganisms collected on the fluorescent collision plate is configured to be measured in real time by an image sensor installed directly under the fluorescent collision plate, thereby analyzing the concentration of airborne microorganisms collected in real time. Through this, there is an effect that can respond to changes in the concentration of pollutants in the atmosphere and indoor air. In addition, the present invention provides an effect capable of continuously measuring contaminants in the air as an integrated equipment without an additional extraction process or chemical treatment process for analysis from the capture of airborne microorganisms.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 상기 형광 충돌판의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 항온 유지 수단이 구비된 경우, 날씨와 계절에 관계없이 최적의 물리적, 생물학적 수집환경을 제공할 수 있다.In addition, as in a preferred embodiment of the present invention, when a constant temperature maintaining means capable of maintaining a constant temperature of the fluorescent collision plate is provided, it is possible to provide an optimal physical and biological collection environment regardless of weather and season.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 상기 무선 통신 모듈이 구비된 경우, 자동으로 오염물질의 농도를 감시 및 제어할 수 있는 환경을 제공하는 효과가 있다.In addition, when the wireless communication module is provided as in a preferred embodiment of the present invention, there is an effect of providing an environment in which the concentration of pollutants can be automatically monitored and controlled.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유미생물 실시간 측정 장치의 부분 절단 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치를 구성하는 형광 충돌판과 이미지 센서의 시제품 사진이다.
도 3은 도 1에 도시된 장치의 최적 설계를 위한 시뮬레이션 결과로서 입자 크기(스톡스 수)에 따른 형광 충돌판에 포집되는 양태를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3에 따른 시뮬레이션 결과로서 노즐의 직경과 입자의 크기(스톡스 수)의 분포를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3에 따른 시뮬레이션 결과로서 입자의 크기(스톡스 수)에 따른 포집 효율을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 3에 따른 시뮬레이션 실험시 도 1에 도시된 장치를 사용하여 입자의 포집 성능을 확인하기 위한 실험 장치의 구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 실험 장치를 통해 형광 충돌판의 성분을 변화시키면서 폴리스티렌 라텍스 입자의 크기에 따른 포집 효율 관계를 보여주는 자료다.
도 8은 도 6에 도시된 실험 장치를 통해 공기의 유속을 변화시키면서 폴리스티렌 라텍스 입자의 크기에 따른 포집 효율 관계를 보여주는 자료다.
도 9는 도 6에 도시된 실험 장치를 통해 공기의 유속과 포집 된 입자의 크기의 관계를 보여주는 자료다.
도 10은 도 6에 도시된 실험장치를 통해 폴리스티렌 라텍스 입자의 크기에 따른 농도 분포를 보여주는 자료다.
도 11은 도 6에 도시된 실험장치를 통해 폴리스티렌 라텍스 입자의 크기에 따른 포집 효율의 관계를 보여주는 자료다.
도 12는 도 1에 도시된 장치의 형광 충돌판에 포집 된 부유미생물의 이미지를 일반 현미경, 에피 형광 현미경, 본 발명의 이미지 센서로 본 이미지를 순차적으로 보여주는 사진이다.
도 13은 본 발명에 따른 장치에 의해 측정된 부유미생물의 포집시간과 형광 강도의 관계를 보여주는 자료다.
도 14는 본 발명에 따른 장치의 의해 측정된 부유미생물의 형광 강도와 콜로니 밀도와의 관계를 보여주는 자료다.
도 15는 본 발명에 따른 장치에서 형광 충돌판을 카트리지 방식으로 교환하는 구조를 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 장치에서 형광 충돌판을 롤투롤 방식으로 교환하는 구조를 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 부유미생물의 실시간 측정 방법의 공정도이다.1 is a partial cut-away perspective view of an apparatus for measuring airborne microorganisms in real time according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a photograph of a prototype of a fluorescent collision plate and an image sensor constituting the apparatus shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a view showing a state in which a fluorescent collision plate according to a particle size (the number of stocks) is collected as a simulation result for the optimal design of the device shown in FIG. 1.
FIG. 4 is a view showing a distribution of a nozzle diameter and a particle size (stock number) as a result of the simulation according to FIG. 3.
5 is a diagram showing collection efficiency according to particle size (stock number) as a result of the simulation according to FIG. 3.
FIG. 6 is a configuration diagram of an experimental apparatus for confirming particle collection performance using the apparatus shown in FIG. 1 during a simulation experiment according to FIG. 3.
7 is data showing the relationship of collection efficiency according to the size of polystyrene latex particles while changing the components of the fluorescent collision plate through the experimental apparatus shown in FIG. 6.
FIG. 8 is data showing the relationship of collection efficiency according to the size of polystyrene latex particles while changing the flow rate of air through the experimental apparatus shown in FIG. 6.
9 is data showing the relationship between the flow rate of air and the size of the collected particles through the experimental apparatus shown in FIG. 6.
FIG. 10 is data showing the concentration distribution according to the size of polystyrene latex particles through the experimental apparatus shown in FIG. 6.
FIG. 11 is data showing the relationship of collection efficiency according to the size of polystyrene latex particles through the experimental apparatus shown in FIG. 6.
FIG. 12 is a photograph sequentially showing images of airborne microorganisms captured on the fluorescent collision plate of the apparatus shown in FIG. 1 by a general microscope, an epifluorescence microscope, and an image sensor of the present invention.
13 is data showing the relationship between the collection time and fluorescence intensity of airborne microorganisms measured by the apparatus according to the present invention.
14 is data showing the relationship between the fluorescence intensity and colony density of airborne microorganisms measured by the apparatus according to the present invention.
15 is a diagram conceptually showing a structure in which a fluorescent collision plate is replaced by a cartridge method in the apparatus according to the present invention.
16 is a view conceptually showing a structure for exchanging a fluorescent collision plate in a roll-to-roll method in the apparatus according to the present invention.
17 is a flow chart of a real-time measurement method of airborne microorganisms according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유미생물 실시간 측정 장치의 부분 절단 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 장치를 구성하는 형광 충돌판과 이미지 센서의 시제품 사진이다. 도 3은 도 1에 도시된 장치의 최적 설계를 위한 시뮬레이션 결과로서 입자 크기(스톡스 수)에 따른 형광 충돌판에 포집되는 양태를 보여주는 도면이다. 도 4는 도 3에 따른 시뮬레이션 결과로서 노즐의 직경과 입자의 크기(스톡스 수)의 분포를 보여주는 도면이다. 도 5는 도 3에 따른 시뮬레이션 결과로서 입자의 크기(스톡스 수)에 따른 포집 효율을 보여주는 도면이다. 도 6은 도 3에 따른 시뮬레이션 실험시 도 1에 도시된 장치를 사용하여 입자의 포집 성능을 확인하기 위한 실험 장치의 구성도이다. 도 7은 도 6에 도시된 실험 장치를 통해 형광 충돌판의 성분을 변화시키면서 폴리스티렌 라텍스 입자의 크기에 따른 포집 효율 관계를 보여주는 자료다. 도 8은 도 6에 도시된 실험 장치를 통해 공기의 유속을 변화시키면서 폴리스티렌 라텍스 입자의 크기에 따른 포집 효율 관계를 보여주는 자료다. 도 9는 도 6에 도시된 실험 장치를 통해 공기의 유속과 포집 된 입자의 크기의 관계를 보여주는 자료다. 도 10은 도 6에 도시된 실험장치를 통해 폴리스티렌 라텍스 입자의 크기에 따른 농도 분포를 보여주는 자료다. 도 11은 도 6에 도시된 실험장치를 통해 폴리스티렌 라텍스 입자의 크기에 따른 포집 효율의 관계를 보여주는 자료다. 도 12는 도 1에 도시된 장치의 형광 충돌판에 포집 된 부유미생물의 이미지를 일반 현미경, 에피 형광 현미경, 본 발명의 이미지 센서로 본 이미지를 순차적으로 보여주는 사진이다. 도 13은 본 발명에 따른 장치에 의해 측정된 부유미생물의 포집시간과 형광 강도의 관계를 보여주는 자료다. 도 14는 본 발명에 따른 장치의 의해 측정된 부유미생물의 형광 강도와 콜로니 밀도와의 관계를 보여주는 자료다. 도 15는 본 발명에 따른 장치에서 형광 충돌판을 카트리지 방식으로 교환하는 구조를 개념적으로 보여주는 도면이다. 도 16은 본 발명에 따른 장치에서 형광 충돌판을 롤투롤 방식으로 교환하는 구조를 개념적으로 보여주는 도면이다. 도 17은 본 발명에 따른 부유미생물의 실시간 측정 방법의 공정도이다.1 is a partial cut-away perspective view of an apparatus for measuring airborne microorganisms in real time according to an embodiment of the present invention. 2 is a photograph of a prototype of a fluorescent collision plate and an image sensor constituting the apparatus shown in FIG. 1. FIG. 3 is a view showing a state in which a fluorescent collision plate according to a particle size (the number of stocks) is collected as a simulation result for the optimal design of the device shown in FIG. 1. FIG. 4 is a view showing a distribution of a nozzle diameter and a particle size (stock number) as a result of the simulation according to FIG. 3. 5 is a diagram showing collection efficiency according to particle size (stock number) as a result of the simulation according to FIG. 3. FIG. 6 is a configuration diagram of an experimental apparatus for confirming particle collection performance using the apparatus shown in FIG. 1 during a simulation experiment according to FIG. 3. 7 is data showing the relationship of collection efficiency according to the size of polystyrene latex particles while changing the components of the fluorescent collision plate through the experimental apparatus shown in FIG. 6. FIG. 8 is data showing the relationship of collection efficiency according to the size of polystyrene latex particles while changing the flow rate of air through the experimental apparatus shown in FIG. 6. 9 is data showing the relationship between the flow rate of air and the size of the collected particles through the experimental apparatus shown in FIG. 6. FIG. 10 is data showing the concentration distribution according to the size of polystyrene latex particles through the experimental apparatus shown in FIG. 6. FIG. 11 is data showing the relationship of collection efficiency according to the size of polystyrene latex particles through the experimental apparatus shown in FIG. 6. FIG. 12 is a photograph sequentially showing images of airborne microorganisms captured on the fluorescent collision plate of the apparatus shown in FIG. 1 by a general microscope, an epifluorescence microscope, and an image sensor of the present invention. 13 is data showing the relationship between the collection time and fluorescence intensity of airborne microorganisms measured by the apparatus according to the present invention. 14 is data showing the relationship between the fluorescence intensity and colony density of airborne microorganisms measured by the apparatus according to the present invention. 15 is a diagram conceptually showing a structure in which a fluorescent collision plate is replaced by a cartridge method in the apparatus according to the present invention. 16 is a view conceptually showing a structure for exchanging a fluorescent collision plate in a roll-to-roll method in the apparatus according to the present invention. 17 is a flow chart of a real-time measurement method of airborne microorganisms according to the present invention.

도 1 내지 도 17을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 부유미생물 실시간 측정 장치(10)는 공기 중 부유미생물을 실시간으로 포집하여 분석하는 장치이다. 상기 부유미생물 실시간 측정 장치(10)는, 상부 몸체(20)와, 광원(40)과, 광 노이즈 필터(50)와, 집광 렌즈(60)와, 하부 몸체(30)와, 광원 투과 부재(70)와, 형광 충돌판(80)과, 형광 필터(90)와, 이미지 센서(100)를 포함한다.1 to 17, a real-time airborne microbial measurement apparatus 10 according to a preferred embodiment of the present invention is a device for collecting and analyzing airborne microbes in real time. The airborne microbial real-time measurement device 10 includes an upper body 20, a light source 40, an optical noise filter 50, a condensing lens 60, a lower body 30, and a light source transmitting member ( 70), a fluorescent collision plate 80, a fluorescent filter 90, and an image sensor 100.

상기 상부 몸체(20)는 상부가 폐쇄되고 하방이 개방되며 내부 공간이 구비된 구조물이다. 상기 상부 몸체(20)는 예컨대 알루미늄이나 스테인리스 강과 같은 금속 소재로 제조될 수 있다. 상기 상부 몸체(20)는 후술하는 광원(40)에서 발산된 빛을 흡수하지 않고 반사하는 재질로 이루어진 것이 바람직하다. 이러한 점에서 일반적으로 상기 상부 몸체(20)는 금속 소재로 이루어진 것이 바람직하다. 그러나 상기 상부 몸체(20)의 소재는 금속으로 한정되지 않는다. 상기 상부 몸체(20)는 합성수지 소재로 제조될 수 있다. 상기 상부 몸체(20)는 광원(40)에 의해 발산된 빛에 의해 형광을 발생시키지 않는 것이 바람직하다. 상기 상부 몸체(20)가 광원(40)에 의해 형광을 발생시키는 소재로 구성되는 경우 상기 상부 몸체(20)의 내벽에는 빛을 반사할 수 있는 도료를 코팅함으로써 형광이 발생하는 것을 방지할 수 있다.The upper body 20 is a structure in which the upper part is closed, the lower part is open, and an inner space is provided. The upper body 20 may be made of a metal material such as aluminum or stainless steel. The upper body 20 is preferably made of a material that reflects without absorbing the light emitted from the light source 40 to be described later. In this respect, it is generally preferable that the upper body 20 is made of a metal material. However, the material of the upper body 20 is not limited to metal. The upper body 20 may be made of a synthetic resin material. It is preferable that the upper body 20 does not generate fluorescence by the light emitted by the light source 40. When the upper body 20 is made of a material that generates fluorescence by the light source 40, the generation of fluorescence can be prevented by coating a paint that can reflect light on the inner wall of the upper body 20. .

상기 상부 몸체(20)의 측면에는 유입구(22)가 구비된다. 상기 유입구(22)는 공기 중에 포함된 부유미생물 입자를 장치 내부로 유입시키기 위한 통로이다. 상기 유입구(22)는 지면에 평행인 방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 상기 유입구(22)는 장치 외부의 공기를 유입시키기 위해 마련된 것이다. 상기 유입구(22)의 외측에는 공기 유량을 제어하기 위한 사이클론 장치가 설치될 수 있다.An inlet 22 is provided on the side of the upper body 20. The inlet 22 is a passage for introducing airborne microbial particles contained in the air into the device. The inlet 22 is preferably arranged in a direction parallel to the ground. The inlet 22 is provided to introduce air outside the device. A cyclone device for controlling the air flow rate may be installed outside the inlet 22.

상기 광원(40)은 상기 상부 몸체(20)의 천장 상단에 배치된다. 상기 광원(40)은 전기에 의해 발광하는 발광 장치다. 예컨대 상기 광원(40)은 발광다이오드, 방전등, 레이저 광원, 할로겐등 중 어느 하나일 수 있다. 방전등의 예로는 수은등, 아크등 등이 사용될 수 있다. 상기 광원(40)에서 발생 된 빛은 원점에서 모든 방향으로 발산된다.The light source 40 is disposed on the top of the ceiling of the upper body 20. The light source 40 is a light emitting device that emits light by electricity. For example, the light source 40 may be any one of a light emitting diode, a discharge lamp, a laser light source, and a halogen lamp. Examples of the discharge lamp may be a mercury lamp or an arc lamp. The light generated by the light source 40 is emitted in all directions from the origin.

상기 광 노이즈 필터(50)는 상기 광원(40)의 하방에 배치된다. 상기 광 노이즈 필터(50)는 상기 광원(40)에서 조사된 빛의 일부 파장만을 선택적으로 통과시키는 부재이다. 상기 광 노이즈 필터(50)는 후술하는 형광 충돌판(80)에 포집 된 부유미생물에 조사되는 빛을 일정한 범위의 파장대로 한정하는 역할을 수행한다.The optical noise filter 50 is disposed under the light source 40. The optical noise filter 50 is a member that selectively passes only some wavelengths of light irradiated from the light source 40. The optical noise filter 50 serves to limit the light irradiated to the airborne microorganisms collected by the fluorescent collision plate 80 to be described later in a range of wavelengths.

상기 집광 렌즈(60)는 상기 광 노이즈 필터(50)의 하방에 배치된다. 상기 집광 렌즈(60)는 상기 광원(40)에서 조사된 빛이 지면에 수직인 방향으로 진행하도록 굴절시킨다. 예컨대 상기 집광 렌즈(60)가 볼록 렌즈일 경우 상기 광원(40)은 상기 집광 렌즈(60)의 상측 초점에 배치된 것이 바람직하다. 상기 집광 렌즈(60)는 상기 광원(40)에서 발생 된 빛을 상기 광원 투과 부재(70)를 향해 평행하게 진행하도록 하는 역할을 수행한다.The condensing lens 60 is disposed under the optical noise filter 50. The condensing lens 60 refracts the light irradiated from the light source 40 to proceed in a direction perpendicular to the ground. For example, when the condensing lens 60 is a convex lens, the light source 40 is preferably disposed at an image-side focal point of the condensing lens 60. The condensing lens 60 serves to propagate the light generated from the light source 40 in parallel toward the light transmitting member 70.

상기 하부 몸체(30)는 상기 상부 몸체(20)의 하부에 결합 된다. 상기 하부 몸체(30)는 상기 상부 몸체(20)와 접촉된 상태로 결합 될 수도 있으며, 상기 상부 몸체(20)와 일정한 간격을 두고 결합 될 수도 있다. 상기 하부 몸체(30)의 소재나 내벽 물질의 구성은 상기 상부 몸체(20)와 동일하게 구성될 수 있다. 상기 하부 몸체(30)는 상방이 개방된다. 상기 하부 몸체(30)는 내부 공간이 구비된다. 상기 하부 몸체(30)의 측면에는 유출구(32)가 구비된다. 상기 유출구(32)는 상기 유입구(22)와 평행하게 배치될 수 있다. 상기 유출구(32)는 상기 유입구(22)를 통해 유입된 공기가 급격한 방향 전환 후 유출되는 부위다. 상기 유출구(32)측에 공기의 유입량을 제어할 수 있는 펌프(200)가 설치될 수 있다. 상기 펌프(200)는 상기 유입구(22)를 통해 유입되는 공기의 양을 제어할 수 있도록 함으로써 후술하는 노즐(72)을 통과하는 유속을 조절할 수 있다.The lower body 30 is coupled to the lower portion of the upper body 20. The lower body 30 may be coupled while being in contact with the upper body 20, or may be coupled with the upper body 20 at regular intervals. The material of the lower body 30 or the composition of the inner wall material may be the same as that of the upper body 20. The lower body 30 is opened upward. The lower body 30 has an inner space. An outlet 32 is provided on the side of the lower body 30. The outlet 32 may be disposed parallel to the inlet 22. The outlet 32 is a portion through which the air introduced through the inlet 22 is discharged after a sudden change in direction. A pump 200 capable of controlling an inflow amount of air may be installed at the outlet 32 side. The pump 200 may control the amount of air introduced through the inlet 22 to adjust the flow rate passing through the nozzle 72 to be described later.

상기 광원 투과 부재(70)는 투명한 소재로 제조된다. 상기 광원 투과 부재(70)는 예컨대 석영, 유리, 합성수지 중 어느 하나의 소재로 제조될 수 있다. 상기 광원 투과 부재(70)는 상기 광원(40)에서 조사된 빛에 의해 형광을 발생시키지 않는 것이 바람직하다. 상기 광원 투과 부재(70)는 상기 상부 몸체(20)와 상기 하부 몸체(30) 사이에 배치된다. 상기 광원 투과 부재(70)는 상면과 하면을 관통하는 구멍 형태의 노즐(72)이 구비된다. 상기 노즐(72)은 단수 또는 복수 구비될 수 있다. 상기 노즐(72)은 상기 광원 투과 부재(70)의 중심부에 배치된 것이 바람직하다. 상기 광원 투과 부재(70)는 상기 광원(40)에서 조사된 빛이 차단되지 않고 형광 충돌판(80)에 입사되도록 하는 역할을 수행한다. 상기 노즐(72)은 상기 유입구(22)로 유입된 공기의 방향을 급격하게 변화시키면서 형광 충돌판(80)에 공기를 충돌시키는 역할을 수행한다.The light source transmitting member 70 is made of a transparent material. The light source transmitting member 70 may be made of, for example, any one of quartz, glass, and synthetic resin. It is preferable that the light source transmitting member 70 does not generate fluorescence by the light irradiated from the light source 40. The light source transmitting member 70 is disposed between the upper body 20 and the lower body 30. The light source transmitting member 70 is provided with a hole-shaped nozzle 72 penetrating the upper and lower surfaces. The number of nozzles 72 may be provided in a single or plural number. It is preferable that the nozzle 72 is disposed in the center of the light source transmitting member 70. The light source transmitting member 70 serves to cause the light irradiated from the light source 40 to be incident on the fluorescent collision plate 80 without being blocked. The nozzle 72 serves to collide the air against the fluorescent collision plate 80 while rapidly changing the direction of the air introduced through the inlet 22.

상기 형광 충돌판(80)은 상기 하부 몸체(30)에 설치된다. 상기 형광 충돌판(80)은 상기 광원 투과 부재(70) 하방에 상기 광원 투과 부재(70)와 일정한 간격을 두고 배치된다. 상기 형광 충돌판(80)은 공기와 함께 상기 노즐(72)을 통과한 부유미생물이 충돌하여 포집 되는 부위다. 상기 형광 충돌판(80)은 투명한 물질로 이루어진다. 상기 형광 충돌판(80)은 복수의 미생물 염색 물질을 포함할 수 있다. 상기 형광 충돌판(80)은 2wt%의 한천(agar)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 형광 충돌판(80)은 예컨대 SYBR Green series, Propidium Iodiode, SYTO series 등과 같은 공지된 미생물 염색 물질을 포함할 수 있다. 미생물 염색 물질은 상기 광원(40)으로부터 조사된 빛에 의해 형광을 빛을 발생시킨다. 예컨대, 상기 형광 충돌판(80)의 제조 방법은 다음과 같다. 즉, 증류수에 분말 상태의 한천이 2wt% 포함되도록 혼합한 후 60℃ 정도로 가열한다. 그리고 미생물 염색 물질을 스포이드나 피펫으로 소량 투입하여 혼합한다. 이제 증류수와 한천과 미생물 염색 물질이 혼합된 액체를 일정한 틀에 부어 건조 시킴으로써 겔(gel) 형태로 응고시킨다. 이와 같이 제조된 형광 충돌판(80)이 사용된다. 상기 형광 충돌판(80)은 일정 정도의 점성을 가지므로 부유미생물 입자가 공기와 함께 충돌할 경우 부유미생물 입자가 한천 내부에 박히기 때문에 튕김 현상(bouncing)을 억제하여 부유미생물 입자를 양호하게 포집할 수 있는 장점이 있다. 상기 형광 충돌판(80)은 투명한 소재로 구성되므로 상기 형광 충돌판(80)에 포집 된 물질이 미생물 염색 물질로 염색된 후 상기 광원(40)에서 조사된 빛에 의해 형광이 발생하면, 그 형광은 상기 형광 충돌판(80)을 통과하여 하방으로 투과된다. 상기 형광 충돌판(80)에 포함된 미생물 염색 물질이 복수로 구성될 경우 서로 다른 형광 파장을 발생시키는 것이 바람직하다.The fluorescent collision plate 80 is installed on the lower body 30. The fluorescent collision plate 80 is disposed under the light transmitting member 70 at a predetermined distance from the light transmitting member 70. The fluorescent collision plate 80 is a portion where airborne microorganisms that have passed through the nozzle 72 collide and are collected. The fluorescent collision plate 80 is made of a transparent material. The fluorescent collision plate 80 may include a plurality of microbial dyeing materials. It is preferable that the fluorescent collision plate 80 includes 2wt% of agar. The fluorescent collision plate 80 may include a known microbial dyeing material such as, for example, SYBR Green series, Propidium Iodiode, and SYTO series. The microorganism dyeing material generates fluorescence by the light irradiated from the light source 40. For example, a method of manufacturing the fluorescent collision plate 80 is as follows. That is, after mixing so that 2wt% of powdery agar is contained in distilled water, it is heated to about 60℃. Then, a small amount of the microbial dyeing material is mixed with a dropper or pipette. Now, a liquid mixed with distilled water, agar, and microbial dyeing material is poured into a certain mold and dried to solidify in a gel form. The fluorescent collision plate 80 manufactured in this way is used. Since the fluorescent collision plate 80 has a certain degree of viscosity, when the airborne microbial particles collide with the air, the airborne microbial particles are lodged inside the agar, thereby suppressing bouncing and collecting the airborne microbial particles well. There is an advantage to be able to do. Since the fluorescent collision plate 80 is made of a transparent material, when fluorescence is generated by the light irradiated from the light source 40 after the material collected in the fluorescent collision plate 80 is dyed with a microorganism dyeing material, the fluorescence Is transmitted downward through the fluorescent collision plate 80. When a plurality of microbial dyeing materials included in the fluorescent collision plate 80 are formed, it is preferable to generate different fluorescent wavelengths.

상기 형광 충돌판(80)은 도 15에 도시된 바와 같이 카트리지(cartridge) 방식으로 교환되도록 구성될 수도 있다. 한편, 상기 형광 충돌판(80)은 도 16에 도시된 바와 같이 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 교환되도록 구성될 수도 있다.The fluorescent collision plate 80 may be configured to be replaced by a cartridge method as shown in FIG. 15. Meanwhile, the fluorescent collision plate 80 may be configured to be exchanged in a roll-to-roll manner, as shown in FIG. 16.

상기 형광 충돌판(80)을 일정한 온도로 유지할 수 있는 항온 유지 수단(미도시)이 더 구비될 수 있다. 상기 항온 유지 수단은 예컨대 후술하는 형광 필터(90)에 열선을 설치하는 형태로 구성할 수 있다.A constant temperature maintaining means (not shown) capable of maintaining the fluorescent collision plate 80 at a constant temperature may be further provided. The constant temperature maintaining means may be configured in a form in which, for example, a heating wire is installed in a fluorescent filter 90 to be described later.

상기 형광 필터(90)는 상기 형광 충돌판(80)의 하방에 배치된다. 상기 형광 필터(90)는 상기 형광 충돌판(80)에 포집 된 부유미생물과 반응하여 발생한 형광 파장의 빛만 통과시키는 역할을 수행한다. 상기 형광 필터(90)는 상기 광원(40)에서 조사된 원래 파장의 빛은 차단함으로써 후술하는 이미지 센서(100)에 순수하게 상기 형광 충돌판(80)에서 발생한 형광만 측정되도록 스크린 하는 역할을 수행한다.The fluorescent filter 90 is disposed below the fluorescent collision plate 80. The fluorescence filter 90 serves to pass only light having a fluorescence wavelength generated by reacting with airborne microorganisms collected by the fluorescence collision plate 80. The fluorescence filter 90 blocks the light of the original wavelength irradiated from the light source 40 so that only the fluorescence generated from the fluorescence collision plate 80 is measured on the image sensor 100 to be described later. do.

상기 형광 필터(90)는 상기 형광 충돌판(80)의 하면을 지지함으로써 상기 형광 필터(90)가 일정한 형태를 유지할 수 있도록 상기 형광 충돌판(80)의 지지대 역할도 수행한다.The fluorescent filter 90 also serves as a support for the fluorescent collision plate 80 so that the fluorescent filter 90 can maintain a certain shape by supporting the lower surface of the fluorescent collision plate 80.

상기 이미지 센서(100)는 상기 하부 몸체(30)에 설치된다. 상기 이미지 센서(100)는 예컨대 스마트폰에 채용되는 소형 카메라와 같이 공지된 부품을 채용할 수 있다. 예컨대 상기 이미지 센서(100)는 웹캠(webcam)이나 CMOS 이미지 센서(Complementary metal-oxide semiconductor image sensor)가 채용될 수 있다. 상기 이미지 센서(100)는 종래 고가의 광학 현미경이나, 에피 현미경과 같은 제품을 사용하지 않고 저렴한 제품도 적용할 수 있다는 측면에서 매우 유용하고 효과적이라 할 수 있다. 상기 이미지 센서(100)는 상기 형광 충돌판(80)의 하방에 배치된다. 상기 이미지 센서(100)는 상기 형광 충돌판(80)에 포집 된 부유미생물에서 발생하는 형광을 감지한다. 상기 이미지 센서(100)는 이미지 신호를 분석 및 처리하는 인쇄회로기판에 실장 된 형태로 구성될 수 있다. 상기 이미지 센서(100)는 도 3에 도시된 시제품 사진과 같이 인쇄회로기판을 포함한 모듈 형태로 제조될 수 있다. 이미지 센서(100)로서 저렴한 소형 웹캠이나 스마트폰 카메라와 같은 구조가 채용될 수 있으므로 장치의 소형화에 매우 유리하므로 장치의 휴대성이 현저하게 향상되는 장점이 있다.The image sensor 100 is installed on the lower body 30. The image sensor 100 may employ a known component such as a small camera employed in a smartphone. For example, the image sensor 100 may be a webcam or a CMOS image sensor (Complementary metal-oxide semiconductor image sensor). The image sensor 100 can be said to be very useful and effective in terms of being able to apply an inexpensive product without using a product such as a conventional expensive optical microscope or epi microscope. The image sensor 100 is disposed under the fluorescent collision plate 80. The image sensor 100 detects fluorescence generated from airborne microorganisms collected in the fluorescent collision plate 80. The image sensor 100 may be configured in a form mounted on a printed circuit board that analyzes and processes image signals. The image sensor 100 may be manufactured in the form of a module including a printed circuit board as shown in the prototype photograph shown in FIG. 3. As the image sensor 100, a structure such as an inexpensive small webcam or a smart phone camera may be employed, and thus it is very advantageous for miniaturization of the device, and thus the portability of the device is remarkably improved.

상기 이미지 센서(100) 및 상기 광원(40)과 전기적으로 연결되며, 외부와 무선 통신이 가능한 무선 통신 모듈(미도시)이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 무선 통신 모듈은 예컨대 인쇄회로기판에 실장 되는 형태로 구성될 수 있다. 무선 통신 모듈은 예컨대 스마트폰 앱으로 실시간 측정 자료를 전송할 수 있다.It is preferable that a wireless communication module (not shown) electrically connected to the image sensor 100 and the light source 40 and capable of wireless communication with the outside is provided. The wireless communication module may be configured to be mounted on, for example, a printed circuit board. The wireless communication module can transmit real-time measurement data to, for example, a smartphone app.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성요소를 포함한 장치를 사용하여 부유미생물 실시간 측정 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for measuring airborne microorganisms in real time using a device including the above-described components will be described in detail.

본원 발명에 따른 부유미생물 실시간 측정 방법은 공기 중의 부유미생물을 포집하는 원리로서 공지된 관성 충돌법이 사용된다.In the real-time measurement method of airborne microorganisms according to the present invention, a known inertial collision method is used as the principle of collecting airborne microorganisms.

상기 부유미생물 실시간 측정 방법은, 공기 중 부유미생물을 실시간으로 포집하여 분석하는 방법이다.The method of measuring airborne microorganisms in real time is a method of collecting and analyzing airborne microorganisms in real time.

본원 발명에 따른 부유미생물 실시간 측정 방법은, 공기 유입 단계(S10)와, 공기 유출 단계(S20)와, 부유미생물 포집 단계(S30)와, 염색 단계(S40)와, 형광 단계(S50)와, 형광 필터링 단계(S60)와, 형광 이미지 측정 단계(S70)를 포함한다.The airborne microbial real-time measurement method according to the present invention includes the air inflow step (S10), the air outflow step (S20), the airborne microorganism collection step (S30), the dyeing step (S40), and the fluorescence step (S50), It includes a fluorescence filtering step (S60) and a fluorescence image measurement step (S70).

상기 공기 유입 단계(S10)는 유입구(32)에 연결된 펌프(200)를 가동하여 유입구(22)를 통해 부유미생물 입자가 포함된 외부의 공기를 내부에 공간이 구비된 상부 몸체(20)에 유입시킨다.In the air inlet step (S10), the pump 200 connected to the inlet port 32 is operated to introduce external air containing airborne microbial particles through the inlet port 22 into the upper body 20 having a space therein. Let it.

상기 공기 유출 단계(S20)는 상기 공기 유입 단계(S10)에서 유입된 공기를 투명한 소재로 이루어진 광원 투과 부재(70)의 노즐(72)을 통과한 후 급격히 방향을 바꾸어 유출구(32)를 통해 외부로 배출시키는 단계이다. 상기 공기 유입 단계(S10)와 상기 공기 유출 단계(S20)는 시계열적으로 연속적으로 일어난다.In the air outflow step (S20), the air introduced in the air inflow step (S10) passes through the nozzle 72 of the light source transmitting member 70 made of a transparent material, and then changes the direction to the outside through the outlet port 32. It is a step to discharge into. The air inflow step (S10) and the air outflow step (S20) occur continuously in time series.

상기 부유미생물 포집 단계(S30)에서는, 상기 유입구(22)를 통해 유입된 공기가 상기 노즐(72)의 하방에 일정한 간격을 두고 배치되며 미생물 염색 물질이 포함되고 투명한 소재의 형광 충돌판(80)에 관성 충돌에 의해 포집 된다. 이 과정에서 공기의 유속과 부유미생물 입자의 크기가 서로 연관되므로 최적의 유속을 설정할 필요가 있다. 본 실시 예에서는 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이 부유미생물을 박테리아 종류를 대상으로 하였으므로, 입자의 크기가 1㎛ 정도의 부유미생물을 효과적으로 포집할 수 있도록 공기의 유속을 10L/min로 설정하였다. 또한, 노즐(72)의 크기는 1.8mm로 설정하고, 형광 충돌판(80)은 한천이 2wt% 포함되도록 제조하였다. 또한, 노즐(72)과 형광 충돌판(80)의 거리는 2.7mm로 설정하였다.In the airborne microbial collection step (S30), the air introduced through the inlet 22 is disposed under the nozzle 72 at regular intervals, and a fluorescent collision plate 80 made of a transparent material containing a microorganism dyeing material Is captured by inertial collision. In this process, the flow rate of air and the size of airborne microbial particles are correlated with each other, so it is necessary to set the optimum flow rate. In this embodiment, as shown in FIGS. 7 to 9, the air flow rate was set to 10 L/min so that airborne microorganisms having a particle size of about 1 μm can be effectively collected. . In addition, the size of the nozzle 72 was set to 1.8mm, and the fluorescent collision plate 80 was manufactured to contain 2wt% of agar. In addition, the distance between the nozzle 72 and the fluorescent collision plate 80 was set to 2.7 mm.

상기 염색 단계(S40)에서는, 상기 부유미생물 포집 단계(S30)에서 포집 된 부유미생물 입자가 미생물 염색 물질에 의해 염색된다. 상기 부유미생물 포집 단계(S30)와 상기 염색 단계(S40)는 연속적으로 이루어지며, 종래와 달래 포집 된 부유미생물을 배양시키는 단계가 없는 점이 특징이다.In the dyeing step (S40), the airborne microbial particles collected in the airborne microbial collecting step (S30) are dyed by the microbial dyeing material. The airborne microorganism collecting step (S30) and the dyeing step (S40) are performed continuously, and there is no step of culturing the airborne microorganisms collected in a conventional manner.

상기 형광 단계(S50)에서는 상기 염색 단계(S40)에서 염색된 부유미생물에 빛을 조사하여 형광을 발생시킨다. 상기 형광 단계(S50)에서 염색된 부유미생물에 조사되는 빛은 상기 광원(40)에서 발생하여 상기 광 노이즈 필터(50)를 통과한 빛이 상기 집광 렌즈(60)에서 광원 투과 부재(70)를 향해 평행하게 진행하여 광원 투과 부재(70)를 투과한 후 형광 충돌판(80)에 포집 된 부유미생물에 조사된다.In the fluorescence step (S50), fluorescence is generated by irradiating light to the airborne microorganisms dyed in the dyeing step (S40). The light irradiated to the airborne microorganisms dyed in the fluorescence step (S50) is generated from the light source 40 and the light that has passed through the optical noise filter 50 passes through the light source transmitting member 70 from the condensing lens 60. It proceeds in parallel toward and passes through the light source transmitting member 70 and then irradiated onto the airborne microorganisms collected by the fluorescent collision plate 80.

상기 형광 필터링 단계(S60)에서는, 상기 형광 충돌판(80)의 하방에 배치된 형광 필터(90)에 의해 상기 형광 단계(S50)에서 발생 된 형광만을 통과시킨다. 상기 형광 필터링 단계(S60)에서는 상기 광원(40)에서 조사된 원래 파장의 빛은 차단되어 이미지 센서(100)에 도달하지 못하도록 하는 역할을 수행한다. 상기 형광 단계(S50)에서 발생 된 형광은 형광 충돌판(80)의 하방에 배치된 형광 필터(90)를 통과하여 이미지 센서(100)에 도달한다.In the fluorescence filtering step (S60), only the fluorescence generated in the fluorescence step (S50) is passed by the fluorescence filter 90 disposed below the fluorescence collision plate 80. In the fluorescence filtering step (S60), light of the original wavelength irradiated from the light source 40 is blocked to prevent it from reaching the image sensor 100. The fluorescence generated in the fluorescence step (S50) passes through the fluorescence filter 90 disposed below the fluorescence collision plate 80 to reach the image sensor 100.

상기 형광 이미지 측정 단계(S70)에서는 상기 형광 필터(90)의 하방에 배치된 이미지 센서(100)가 상기 형광 단계(S50)에서 발생 된 형광을 측정하는 형광 이미지를 측정한다. 상기 형광 이미지 측정 단계(S70)에서 측정된 이미지는 상기 형광 충돌판(80)에 포집 되어 염색된 부유미생물에서 발생한 형광의 강도를 측정함으로써 법률에서 고시하는 형태의 농도로 환산이 가능하다. 이러한 농도 환산은 상기 이미지 센서(100)와 연결된 인쇄회로기판에서 처리될 수도 있다.In the fluorescence image measurement step (S70), the image sensor 100 disposed under the fluorescence filter 90 measures a fluorescence image for measuring fluorescence generated in the fluorescence step (S50). The image measured in the fluorescence image measurement step (S70) can be converted into a concentration of a form notified by law by measuring the intensity of fluorescence generated from the airborne microorganisms collected and dyed by the fluorescent collision plate 80. This concentration conversion may be processed on the printed circuit board connected to the image sensor 100.

이와 같이 본 발명에 따른 부유미생물 실시간 측정 장치 및 방법은 관성 충돌법에 의해 형광 충돌판(80)에 포집 된 부유미생물을 형광 충돌판(80)에 포함된 미생물 염색 물질이 실시간으로 염색하고, 광원에서 조사된 빛은 투명한 소재의 광원 투과 부재(70)를 투과하여 형광 충돌판(80)에 포집 된 부유미생물과 반응하여 형광을 발생시킨다. 상기 형광 충돌판(80)도 투명 소재로 구성되므로 형광 충돌판(80)에서 발생 된 형광은 형광 충돌판(80)을 투과하여 이미지 센서(100)에 도달됨으로써 부유미생물을 측정할 수 있다. 이 과정에서 광원(40)에서 이미지 센서(100)에 이르는 빛은 하나의 광축 방향을 따라서 구성되므로 장치의 구조가 복잡하지 않고 단순하여 제조 비용이 저렴할 뿐 아니라 측정 오차가 적어 측정 정밀도가 높은 장점이 있다.As described above, in the apparatus and method for measuring airborne microorganisms in real time according to the present invention, the microorganism dyeing material included in the fluorescent collision plate 80 dyes the airborne microorganisms collected in the fluorescent collision plate 80 by the inertial collision method in real time, and the light source The light irradiated from passes through the light source transmitting member 70 made of a transparent material and reacts with the airborne microorganisms collected in the fluorescent collision plate 80 to generate fluorescence. Since the fluorescent collision plate 80 is also made of a transparent material, the fluorescence generated from the fluorescent collision plate 80 passes through the fluorescent collision plate 80 and reaches the image sensor 100 to measure airborne microorganisms. In this process, since the light from the light source 40 to the image sensor 100 is configured along one optical axis direction, the structure of the device is not complicated and simple, so manufacturing cost is low and measurement error is small, so that the measurement accuracy is high. have.

도 3을 참조하면, 최적의 측정 장치 제작을 위해 시뮬레이션을 수행한 결과로서, 일정한 크기의 노즐을 통과한 입자가 충돌판에 포집될 때 스톡스 수에 따른 포집 분포를 보여준다. 일반적으로 스톡스 수(Stokes number, Stk)는 입자의 크기와 비례 관계에 있다. 도 3을 참조하면 스톡스 수가 큰 입자가 노즐의 중심 부근에 더 많이 포집 되는 양상을 보여 준다. 스톡스 수가 큰 입자는 유체역학적으로 점성에 의한 영향보다 관성에 의한 영향을 더 크게 받는다. 본 실시 예에서 형광 충돌판(80)과 노즐(72)의 거리는 2.7mm, 노즐(72)의 직경은 1.8mm로 구성하였다.Referring to FIG. 3, as a result of performing a simulation for manufacturing an optimal measuring device, when particles passing through a nozzle of a certain size are collected by a collision plate, the collection distribution according to the number of Stokes is shown. In general, the Stokes number (Stk) is proportional to the size of the particle. 3 shows a pattern in which more particles with a large number of Stokes are collected near the center of the nozzle. Particles with a large Stokes number are hydrodynamically affected by inertia rather than viscous. In this embodiment, the distance between the fluorescent collision plate 80 and the nozzle 72 is 2.7 mm, and the diameter of the nozzle 72 is 1.8 mm.

도 4를 참조하면, 최적의 측정 장치 제작을 위해 시뮬레이션을 수행한 결과로서, 노즐의 중심 부근에 포집 된 입자의 스톡스 수가 큰 것을 알 수 있다. 즉, 크기가 큰 입자가 노즐의 중심 부근에서 포집 된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, as a result of performing a simulation for manufacturing an optimal measuring device, it can be seen that the number of stokes of particles collected near the center of the nozzle is large. That is, it can be seen that large-sized particles are collected near the center of the nozzle.

도 5를 참조하면, 최적의 측정 장치 제작을 위해 시뮬레이션을 수행한 결과로서, 스톡스 수의 변화에 따라 포집 효율(collection efficiency)이 급격하게 달라지는 입자 크기가 있음을 알 수 있으며, 동일한 스톡스 수에 대해 레이놀즈 수가 증가함에 따라 포집 효율이 증가함을 알 수 있다. 일반적으로 레이놀즈 수(Reynolds number, Re)가 증가한다는 것은 유체역학에서 점성에 의한 영향력 보다 관성력의 효과가 더 지배적이 된다는 것을 의미한다. 즉, 레이놀즈 수가 커짐에 따라 유속이 빨라진다는 물리적 의미를 가진다.Referring to FIG. 5, as a result of performing a simulation for manufacturing an optimal measuring device, it can be seen that there is a particle size whose collection efficiency rapidly changes according to a change in the number of Stokes. It can be seen that the collection efficiency increases as the Reynolds number increases. In general, an increase in the Reynolds number (Re) means that the effect of inertial forces becomes more dominant than the influence of viscous in fluid mechanics. In other words, it has a physical meaning that the flow velocity increases as the Reynolds number increases.

도 6을 참조하면, 본원 발명에 따른 장치의 성능을 확인하기 위한 실험 구성도로서, 콜리슨 네뷸라이저 내에 부유미생물을 대표할 수 있는 폴리스티렌 라텍스 (Polystyrene latex) 입자 또는 박테리아 입자가 증류수와 함께 혼합된 채로 비치된다. 네뷸라이저로 일정한 유량의 깨끗한 공기를 공급하면, 테스트 입자는 증류수와 함께 에어로졸화된다. 이를 확산 건조기를 통과시켜 상온 내에서 입자의 과도한 수분을 제거시켰다. 이러한 입자를 포함한 공기를 유입구(22)에 공급하는 동시에 유입구(22)와 유출구(32)에 UV-APS(Ultraviolet aerodyamic particle sizer)와 WPS(Wide-range particle spectrometer)를 설치하여 테스트 입자의 직경의 크기에 따른 포집 효율을 분석하였다.Referring to FIG. 6, as an experimental configuration diagram for confirming the performance of the apparatus according to the present invention, polystyrene latex particles or bacteria particles representing airborne microorganisms in the Collison nebulizer are mixed with distilled water. It is provided. When a constant flow of clean air is supplied to the nebulizer, the test particles are aerosolized with distilled water. This was passed through a diffusion dryer to remove excess moisture from the particles at room temperature. While supplying air containing these particles to the inlet 22, UV-APS (Ultraviolet aerodyamic particle sizer) and WPS (Wide-range particle spectrometer) are installed at the inlet 22 and outlet 32 to determine the diameter of the test particles. The collection efficiency according to the size was analyzed.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 도 6에 도시된 실험을 통해, 장치의 입자 포집 성능을 다양한 조건하에서 폴리스티렌 라텍스 입자의 에어로졸로 확인한 결과, 형광 충돌판(80)에 사용된 한천과 SYBR Green I의 농도비와 유량은 포집 효율(collection efficiency)에 영향을 주는 요소임을 확인할 수 있다. 이를 통해 2wt%의 한천이 포함된 형광 충돌판(80)과 에어로졸의 유속을 10L/min으로 한 조건이 본 발명의 측정 장치 및 측정 방법에 최적화된 조건이 됨을 알 수 있었다. 즉, 도 7은 에어로졸의 유속을 10L/min로 고정하고 입자의 크기(particle diameter)와 포집 효율의 관계를 측정한 것이다. 도 7를 참조하면 한천의 농도가 2wt%일 때 포집 효율이 가장 높은 것을 알 수 있다. 도 8을 참조하면, 한천의 농도를 2wt%로 고정한 조건에서 입자의 크기와 포집 효율의 관계를 측정한 경우, 유속이 빨라짐에 따라 포집 효율이 증가함을 알 수 있다. 도 9를 참조하면, 유속이 증가함에 따라 포집되는 최소 입자의 크기(cutoff Dp)가 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서, 유속을 적절하게 조절함으로써 포집하고자 하는 부유미생물의 종류를 선택할 수 있음을 알 수 있다.7 to 9, through the experiment shown in FIG. 6, the particle collection performance of the device was confirmed with an aerosol of polystyrene latex particles under various conditions. As a result, agar and SYBR Green I used in the fluorescent collision plate 80 It can be seen that the concentration ratio and flow rate of are factors affecting the collection efficiency. Through this, it was found that the conditions in which the fluorescent impact plate 80 containing 2wt% of agar and the aerosol flow rate was 10L/min became an optimized condition for the measuring apparatus and method of the present invention. That is, FIG. 7 shows the measurement of the relationship between the particle diameter and the collection efficiency by fixing the flow rate of the aerosol at 10 L/min. Referring to FIG. 7, it can be seen that the collection efficiency is highest when the concentration of agar is 2 wt%. Referring to FIG. 8, when the relationship between the particle size and the collection efficiency is measured under the condition that the concentration of the agar is fixed at 2 wt%, it can be seen that the collection efficiency increases as the flow rate increases. Referring to FIG. 9, it can be seen that as the flow velocity increases, the size of the collected minimum particles (cutoff Dp) decreases. Therefore, it can be seen that the type of airborne microorganisms to be collected can be selected by appropriately controlling the flow rate.

도 10 및 도 11를 참조하면, 도 6과 같은 실험을 통해 입자의 크기와 포집 효율의 관계를 알 수 있다. 즉, 특정한 크기의 입자(particle diameter)의 포집 효율(collection efficiency)이 현저하게 높은 것을 알 수 있다. 최고의 포집 효율을 가지는 입자 크기가 본원 장치를 통해 포집하고자 부유미생물의 크기가 될 수 있다.Referring to FIGS. 10 and 11, it is possible to know the relationship between the size of the particles and the collection efficiency through the experiment as shown in FIG. 6. That is, it can be seen that the collection efficiency of particles of a specific size (particle diameter) is remarkably high. The particle size with the highest collection efficiency can be the size of airborne microorganisms to be collected through the present apparatus.

도 12를 참조하면, 도 6과 같은 실험을 통해 포집 된 박테리아의 형광 이미지를 여러 가지 측정 도구를 사용하여 관할한 결과, 본원 발명의 이미지 센서(100)에 의해 얻어진 이미지는 종래의 일반 현미경, 에피 형광 현미경(Epi-fluorescence microscop)과 매우 유사한 결과를 보여준다. 즉, 3가지의 이미지 기법에 따른 박테리아의 포집 상태는 모두 대부분의 박테리아 입자들이 고리 모양으로 가장자리에 많이 포집 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치의 측정 성능이 종래의 측정 결과와 매우 유사한 수준임을 알 수 있다. 이와 같이 거의 동일한 수준의 이미지 측정 결과물을 보여주지만 종래의 일반 현미경이나 에피 형광 현미경은 매우 고가이며 장치의 구성이 복잡하다는 단점이 있다. 따라서, 본원 발명에 따른 장치는 휴대성과 경제성 측면에서 종래의 장비에 비하여 현저하게 우수하다고 할 수 있다.Referring to FIG. 12, as a result of jurisdiction over the fluorescence images of bacteria collected through the experiment as shown in FIG. 6 using various measuring tools, the image obtained by the image sensor 100 of the present invention is a conventional general microscope, epi It shows very similar results to a fluorescence microscope (Epi-fluorescence microscop). In other words, it can be seen that most of the bacteria particles are collected at the edges in a ring shape in all of the collecting states of bacteria according to the three imaging techniques. Accordingly, it can be seen that the measurement performance of the device according to the present invention is very similar to that of the conventional measurement result. Although the results of image measurement at the same level are shown as described above, conventional microscopes or epi-fluorescence microscopes are very expensive, and the configuration of the device is complicated. Therefore, the device according to the present invention can be said to be remarkably superior to conventional equipment in terms of portability and economy.

도 13 및 도 14를 참조하면, 도 6과 같은 실험을 통해 포집한 시간의 변화에 따른 형광의 강도(도 13) 변화와, 형광의 강도 따른 박테리아 농도의 변화(도 14)의 관계를 알 수 있다. 도 13에서 폴리스티렌 라텍스(PSL) 입자는 미생물 염색 물질에 의해 염색되지 않으므로 시간이 지나도 형광이 검출되지 않지만, 박테리아 입자는 미생물 염색 물질에 의해 염색되어 시간에 따라 형광 강도(fluorescence intensity)가 강해진다. 또한, 도 14는 형광 강도(fluorescence intensity)로 정량화된 박테리아 배양 농도(culturable colony density)가 전통적인 콜로니계수법 방식과 비례함을 알 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 이미지 센서(100)에서 측정된 부유미생물의 농도를 전통적인 콜로니계수법에 의한 농도로 쉽게 환산할 수 있음을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명에 따른 부유미생물 실시간 측정 장치(10)의 성능과 분석 결과의 현실적인 신뢰성을 확인할 수 있다.13 and 14, the relationship between the change in the intensity of fluorescence (FIG. 13) according to the change in time collected through the experiment as in FIG. 6 and the change in the concentration of bacteria (FIG. 14) according to the intensity of fluorescence can be seen. have. In FIG. 13, since the polystyrene latex (PSL) particles are not stained by the microbial dyeing material, fluorescence is not detected even after time, but the bacterial particles are dyed by the microbial dyeing material, so that the fluorescence intensity increases with time. In addition, FIG. 14 shows that the culturable colony density quantified by fluorescence intensity is proportional to the traditional colony counting method. Accordingly, it can be seen that the concentration of airborne microorganisms measured by the image sensor 100 according to the present invention can be easily converted to the concentration by the traditional colony counting method. Through this, the performance of the airborne microbial real-time measurement device 10 according to the present invention and the realistic reliability of the analysis result can be confirmed.

이와 같이 본 발명에 따른 부유미생물의 실시간 측정 장치 및 방법은, 부유미생물을 실시간으로 형광 충돌판으로 포집하며, 포집 된 부유미생물이 상기 형광 충돌판에 포함된 형광 물질로 즉시 염색된 후 광원에서 조사된 빛에 의해 형광을 발생하며, 상기 형광 충돌판에 포집 된 부유미생물에서 발생 된 형광은 상기 형광 충돌판의 직하방에 설치된 이미지 센서에 의해 실시간으로 측정되도록 구성됨으로써, 실시간으로 수집된 부유미생물 농도 분석을 통해 대기 및 실내 공기 내 오염물질의 농도 변화에 대응할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 부유미생물의 포집부터 분석에 추가적인 추출 과정이나 화학처리 과정이 없는 일체형 장비로, 연속적인 공기 내 오염물질 측정이 가능한 효과를 제공한다.As described above, in the real-time measuring apparatus and method of airborne microorganisms according to the present invention, airborne microorganisms are collected by a fluorescent collision plate in real time, and the collected airborne microorganisms are immediately dyed with a fluorescent material contained in the fluorescent collision plate and then irradiated with a light source. Fluorescence is generated by the generated light, and the fluorescence generated from the airborne microorganisms collected on the fluorescent collision plate is configured to be measured in real time by an image sensor installed directly under the fluorescent collision plate, and thus the concentration of airborne microorganisms collected in real time Through analysis, there is an effect that can respond to changes in the concentration of pollutants in the atmosphere and indoor air. In addition, the present invention provides an effect capable of continuously measuring contaminants in the air as an integrated equipment without an additional extraction process or chemical treatment process for analysis from the capture of airborne microorganisms.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 상기 형광 충돌판의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 항온 유지 수단이 구비된 경우, 날씨와 계절에 관계없이 최적의 물리적, 생물학적 수집환경을 제공할 수 있다.In addition, as in a preferred embodiment of the present invention, when a constant temperature maintaining means capable of maintaining a constant temperature of the fluorescent collision plate is provided, it is possible to provide an optimal physical and biological collection environment regardless of weather and season.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예와 같이 상기 무선 통신 모듈이 구비된 경우, 자동으로 오염물질의 농도를 감시 및 제어할 수 있는 환경을 제공하는 효과가 있다.In addition, when the wireless communication module is provided as in a preferred embodiment of the present invention, there is an effect of providing an environment in which the concentration of pollutants can be automatically monitored and controlled.

이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.In the above, although the present invention has been described with reference to a preferred embodiment, the present invention is not limited to such an example, and various types of embodiments may be embodied within the scope not departing from the technical spirit of the present invention.

10 : 부유미생물 실시간 측정 장치
20 : 상부 몸체
22 : 유입구
30 : 하부 몸체
32 : 유출구
40 : 광원
50 : 광 노이즈 필터
60 : 집광 렌즈
70 : 광원 투과 부재
72 : 노즐
80 : 형광 충돌판
90 : 형광 필터
100 : 이미지 센서
200 : 펌프
S10 : 공기 유입 단계
S20 : 공기 유출 단계
S30 : 부유미생물 포집 단계
S40 : 염색 단계
S50 : 형광 단계
S60 : 형광 필터링 단계
S70 : 형광 이미지 측정 단계10: Real-time measurement device for airborne microorganisms
20: upper body
22: inlet
30: lower body
32: outlet
40: light source
50: optical noise filter
60: condensing lens
70: light source transmitting member
72: nozzle
80: fluorescent collision plate
90: fluorescence filter
100: image sensor
200: pump
S10: air inlet stage
S20: air outflow stage
S30: Airborne microorganism collection step
S40: dyeing step
S50: fluorescence stage
S60: fluorescence filtering step
S70: Fluorescence image measurement step

Claims (12)

공기 중 부유미생물을 실시간으로 포집하여 분석하는 장치로서,
부유미생물 입자가 포함된 공기가 유입되는 유입구가 구비되고, 내부에 공간이 구비되며, 하방이 개방된 구조의 상부 몸체;
상기 상부 몸체의 천장 상단에 배치되어 발광하는 광원;
상기 광원의 하방에 배치되며, 상기 광원에서 조사된 빛의 일부 파장만을 선택적으로 통과시키는 광 노이즈 필터;
상기 광 노이즈 필터의 하방에 배치되며, 상기 광원에서 조사된 빛이 지면에 수직인 방향으로 진행하도록 하는 집광 렌즈;
상기 상부 몸체의 하부에 결합 되며, 상기 유입구로 유입된 공기가 유출되는 유출구가 구비되고, 내부에 공간이 구비되며, 상방이 개방된 구조의 하부 몸체;
상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체 사이에 배치되며 상면과 하면을 관통하는 구멍 형태의 노즐이 구비되며 투명한 소재로 이루어진 광원 투과 부재;
상기 하부 몸체에 설치되며, 상기 광원 투과 부재 하방에 상기 광원 투과 부재와 일정한 간격을 두고 배치되어 상기 노즐을 통과한 부유미생물이 충돌하여 포집 되며 투명한 물질로 이루어지고 복수의 미생물 염색 물질을 포함한 형광 충돌판;
상기 형광 충돌판의 하방에 배치되며, 상기 형광 충돌판에 포집 된 부유미생물과 반응하여 발생한 형광 파장의 빛만 통과시키는 형광필터; 및
상기 하부 몸체에 설치되며, 상기 형광 충돌판의 하방에 배치되며 상기 형광 충돌판에 포집 된 부유미생물에서 발생하는 형광을 감지하는 이미지 센서;를 포함한 것을 특징으로 하는 부유미생물 실시간 측정 장치.As a device that collects and analyzes airborne microorganisms in real time,
An upper body having an inlet through which air containing airborne microbial particles is introduced, a space therein, and an open lower side;
A light source disposed on the top of the ceiling of the upper body to emit light;
An optical noise filter disposed under the light source and selectively passing only some wavelengths of light irradiated from the light source;
A condensing lens disposed below the optical noise filter and allowing light irradiated from the light source to proceed in a direction perpendicular to the ground;
A lower body coupled to the lower portion of the upper body, provided with an outlet through which air introduced through the inlet port is discharged, and provided with a space therein, and having a structure in which the upper side is open;
A light source transmitting member disposed between the upper body and the lower body, provided with a hole-shaped nozzle penetrating through the upper and lower surfaces, and made of a transparent material;
It is installed on the lower body, and is disposed under the light transmitting member at a certain distance from the light transmitting member, and the airborne microorganisms passing through the nozzle collide and are collected and are made of a transparent material, and fluorescence collision including a plurality of microorganism dyeing substances plate;
A fluorescent filter disposed below the fluorescent collision plate and allowing only light having a fluorescent wavelength generated by reacting with the airborne microorganisms collected on the fluorescent collision plate to pass through; And
And an image sensor installed on the lower body, disposed under the fluorescent collision plate, and detecting fluorescence generated from airborne microorganisms collected in the fluorescent collision plate. 제1항에 있어서,
상기 형광 충돌판은 한천(agar)과 미생물 염색 물질이 혼합된 것을 특징으로 하는 부유미생물 실시간 측정 장치.The method of claim 1,
The fluorescent collision plate is an airborne microbial real-time measurement device, characterized in that agar and a microorganism dyeing material are mixed. 제1항에 있어서,
상기 유출구측에 공기의 유입량을 제어할 수 있는 펌프가 설치된 것을 특징으로 하는 부유미생물 실시간 측정 장치.The method of claim 1,
A real-time measurement device for airborne microorganisms, characterized in that a pump capable of controlling an inflow amount of air is installed at the outlet side. 제1항에 있어서,
상기 상부 몸체 및 상기 하부 몸체의 내벽은 상기 광원에서 조사된 빛에 의해 형광을 방출하지 않는 소재로 이루어지거나, 형광을 방출하지 않도록 코팅 처리된 것을 특징으로 하는 부유미생물 실시간 측정 장치.The method of claim 1,
The upper body and the inner wall of the lower body are made of a material that does not emit fluorescence by the light irradiated from the light source, or a coating treatment to not emit fluorescence. 제1항에 있어서,
상기 광원은 발광다이오드, 방전등, 레이저 광원, 할로겐등 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부유미생물 실시간 측정 장치.The method of claim 1,
The light source is a light-emitting diode, a discharge lamp, a laser light source, a real-time measurement apparatus for airborne microorganisms, characterized in that any one of a halogen lamp. 제1항에 있어서,
상기 광원 투과 부재는 복수의 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 부유미생물 실시간 측정 장치.The method of claim 1,
The apparatus for measuring airborne microorganisms in real time, wherein the light source transmitting member includes a plurality of nozzles. 제1항에 있어서,
상기 광원 투과 부재는 석영, 유리, 합성수지 중 어느 하나의 소재로 제조된 것을 특징으로 하는 부유미생물 실시간 측정 장치.The method of claim 1,
The device for measuring airborne microorganisms in real time, characterized in that the light source transmitting member is made of any one of quartz, glass, and synthetic resin. 제1항에 있어서,
상기 형광 충돌판에 포함된 미생물 염색 물질은 서로 다른 형광 파장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 부유미생물 실시간 측정 장치.The method of claim 1,
The airborne microbial real-time measurement apparatus, characterized in that the microbial dyeing material included in the fluorescent collision plate generates different fluorescent wavelengths. 제1항에 있어서,
상기 형광 충돌판은 롤투롤(roll-to-roll) 또는 카트리지(cartridge) 방식으로 교환될 수 있도록 설치된 것을 특징으로 하는 부유미생물 실시간 측정 장치.The method of claim 1,
The fluorescent collision plate is a real-time airborne microbial measurement device, characterized in that installed to be exchanged in a roll-to-roll or cartridge (cartridge) method. 제1항에 있어서,
상기 형광 충돌판을 일정한 온도로 유지할 수 있는 항온 유지 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 부유미생물 실시간 측정 장치.The method of claim 1,
Airborne microorganisms real-time measurement device, characterized in that provided with a constant temperature maintaining means capable of maintaining the fluorescent collision plate at a constant temperature. 제1항에 있어서,
상기 이미지 센서 및 상기 광원과 전기적으로 연결되며, 외부와 무선 통신이 가능한 무선 통신 모듈이 구비된 것을 특징으로 하는 부유미생물 실시간 측정 장치.The method of claim 1,
An airborne microbial real-time measurement device comprising a wireless communication module that is electrically connected to the image sensor and the light source and capable of wireless communication with the outside. 공기 중 부유미생물을 실시간으로 포집하여 분석하는 방법으로서,
외부의 공기를 내부에 공간이 구비된 상부 몸체에 유입시키는 공기 유입 단계;
상기 공기 유입 단계에서 유입된 공기를 투명한 소재로 이루어진 광원 투과 부재의 노즐을 통과한 후 급격히 방향을 바꾸어 외부로 배출시키는 공기 유출 단계;
상기 공기 유입 단계에서 유입된 공기에 포함된 부유미생물 입자가 상기 노즐의 하방에 일정한 간격을 두고 배치되며 미생물 염색 물질이 포함되고 투명한 소재의 형광 충돌판에 관성에 의해 포집되는 부유미생물 포집 단계;
상기 부유미생물 포집 단계에서 포집 된 부유 미생물 입자가 상기 미생물 염색 물질에 의해 염색되는 염색 단계;
상기 염색 단계에서 염색된 부유미생물에 빛이 조사되어 형광을 발생시키는 형광 단계;
상기 형광 충돌판의 하방에 배치된 형광 필터에 의해 상기 형광 단계에서 발생 된 형광만 통과되는 형광 필터링 단계; 및
상기 형광 필터의 하방에 배치된 이미지 센서가 상기 형광 단계에서 발생 된 형광을 측정하는 형광 이미지 측정 단계; 를 포함한 것을 특징으로 하는 부유미생물 실시간 측정 방법.

As a method of collecting and analyzing airborne microorganisms in real time,
An air introduction step of introducing external air into an upper body having a space therein;
An air outflow step of rapidly changing the direction of the air introduced in the air inflow step and discharging it to the outside after passing through a nozzle of a light transmitting member made of a transparent material;
Airborne microbial collection step in which airborne microbial particles contained in the air introduced in the air inflow step are disposed at a predetermined interval below the nozzle, and microbial dyeing material is contained and collected by inertia by a fluorescent collision plate made of a transparent material;
A dyeing step in which the airborne microbial particles collected in the airborne microbial collection step are dyed by the microbial dyeing material;
A fluorescence step of generating fluorescence by irradiating light onto the airborne microorganisms dyed in the dyeing step;
A fluorescence filtering step in which only fluorescence generated in the fluorescence step is passed by a fluorescence filter disposed under the fluorescence collision plate; And
A fluorescence image measurement step of measuring fluorescence generated in the fluorescence step by an image sensor disposed under the fluorescence filter; Airborne microbial real-time measurement method comprising a.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022081543A1 (en) * 2020-10-13 2022-04-21 University Of Maryland, Baltimore County Office Of Technology Development Rapid and low-cost sampling for detection of airborne sars-cov-2 in dehumidifier condensate
KR20230102642A (en) 2021-12-30 2023-07-07 경희대학교 산학협력단 Investigation of bacterial and fungal communities in indoor and outdoor air of classrooms by 16S rRNA gene and ITS region sequencing

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040107900A (en) * 2003-06-14 2004-12-23 (주)이앤에치테크 System and method for interpreting microorganisms in air
KR20150051456A (en) * 2013-11-04 2015-05-13 한국과학기술연구원 Device and method for detecting of bio-aerosol
KR20150101648A (en) 2014-02-27 2015-09-04 엘지전자 주식회사 Airborne microbial measurement apparatus and measurement method
KR20170054991A (en) * 2015-11-10 2017-05-18 엘지전자 주식회사 Optical measuring device and air conditioning device including the same
KR20180115447A (en) * 2017-04-13 2018-10-23 엘지전자 주식회사 Apparatus for measuring airborne microbial, measuring method using the same and air conditioning device having the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040107900A (en) * 2003-06-14 2004-12-23 (주)이앤에치테크 System and method for interpreting microorganisms in air
KR20150051456A (en) * 2013-11-04 2015-05-13 한국과학기술연구원 Device and method for detecting of bio-aerosol
KR20150101648A (en) 2014-02-27 2015-09-04 엘지전자 주식회사 Airborne microbial measurement apparatus and measurement method
KR20170054991A (en) * 2015-11-10 2017-05-18 엘지전자 주식회사 Optical measuring device and air conditioning device including the same
KR20180115447A (en) * 2017-04-13 2018-10-23 엘지전자 주식회사 Apparatus for measuring airborne microbial, measuring method using the same and air conditioning device having the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022081543A1 (en) * 2020-10-13 2022-04-21 University Of Maryland, Baltimore County Office Of Technology Development Rapid and low-cost sampling for detection of airborne sars-cov-2 in dehumidifier condensate
KR20230102642A (en) 2021-12-30 2023-07-07 경희대학교 산학협력단 Investigation of bacterial and fungal communities in indoor and outdoor air of classrooms by 16S rRNA gene and ITS region sequencing

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