WO2020032625A1 - 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치 - Google Patents

부유 미생물의 실시간 연속 측정장치 Download PDF

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WO2020032625A1
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floating
time continuous
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황정호
한장섭
김형래
안상권
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연세대학교 산학협력단
재단법인 바이오나노헬스가드연구단
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Definitions

  • the present invention relates to a real-time continuous measurement device of suspended microorganisms for continuously and real-time measurement of the concentration of suspended microorganisms moving in the gaseous phase, and more particularly, ATP extraction, bioluminescence, concentration measurement for bio aerosols moving in the gas phase
  • the present invention relates to a real-time continuous measurement apparatus of suspended microorganisms capable of measuring the concentration of bio aerosols without collecting bio aerosols by performing the steps up to a series of processes.
  • the biological particles suspended in the sample gas are collected on a solid or liquid surface suitable for propagation, incubated in a suitable temperature and humidity environment for a certain period of time, and the collected microbial number is obtained from the colony water appearing on the surface.
  • Culture methods, and dyeing methods using a fluorescence microscope after staining are used to determine the number of the cells in the sample gas.
  • ATP bioluminescence method uses the principle that ATP (adenosine triphosphate) and luciferin / luciferase shine to produce light.
  • the process has been reduced to about 30 minutes, allowing for quick work.
  • the US has developed a device capable of measuring microorganisms without separate sampling, such as "UV-APS" of the TSI company, but it is very expensive and difficult to spread practically.
  • An object of the present invention is to provide a real-time continuous measuring device of the floating microorganisms capable of measuring the floating microorganisms in the air without expensive equipment by automatically supplying the solution and ATP reaction light emitting agent to the floating microorganisms present in the air.
  • an object of the present invention is to evaporate the lysate for destroying the cell wall of the suspended microorganisms and to discharge it in a vapor state, then to cool it to condense on the surface of the floating microorganisms, thereby increasing the contact area between the lysate and the floating microorganisms.
  • the present invention relates to a real-time continuous measurement device of suspended microorganisms that can reduce the extraction time and the measurement time of the microbial concentration.
  • Real-time continuous measuring apparatus of the floating microorganism according to the present invention for achieving the above object includes a body portion, vaporization portion, liquefaction portion, coating portion, and measuring unit.
  • the body portion is formed with inlets and outlets through which the floating microorganisms are introduced and discharged.
  • the vaporization part vaporizes the solution and supplies it into the body part.
  • the liquefaction section cools the vaporized solution and condenses it on the surface of the suspended microorganism.
  • the coating part applies a light emitting agent to the suspended microorganisms dissolved by the solution.
  • the measurement unit measures the concentration of the microorganism by detecting the intensity of light generated when the floating microorganism reacts with the light emitting agent.
  • the lysate comprises a Lysis buffer to lyse the cells of the suspended microorganism to extract adenosine triphosphate (ATP).
  • ATP adenosine triphosphate
  • the lysis buffer comprises alcohol
  • the luminescent agent includes luciferin and luciferase.
  • the light emitting agent further includes magnesium ions (Mg 2+ ).
  • the measurement unit includes a photomultiplier tube (PMT) sensor.
  • PMT photomultiplier tube
  • a concentration portion is formed between the coating portion and the measurement portion to reduce the volume by concentrating suspended microorganisms.
  • the concentrator comprises an aerodynamic lens.
  • the concentrating portion is provided to form so that the diameter of the body portion is reduced in stages.
  • the suction port for controlling the movement of the floating microorganism is installed in the outlet of the body portion.
  • the real-time continuous measuring apparatus of the suspended microorganism includes a body portion, a vaporization portion, a liquefaction portion, a coating portion, a concentration portion, and a measuring portion.
  • the body portion is formed with inlets and outlets through which the floating microorganisms are introduced and discharged.
  • the vaporization part vaporizes the solution and supplies it into the body part.
  • the liquefaction section cools the vaporized solution and condenses it on the surface of the suspended microorganism.
  • the coating part applies an ATP reactive light emitter to the suspended microorganisms dissolved by the solution.
  • the concentrating portion concentrates the suspended microorganisms coated with the ATP reaction light emitting agent, thereby reducing the volume of the suspended microorganisms.
  • the measurement unit measures the concentration of the microorganism by detecting the intensity of light generated when the concentrated suspended microorganism reacts with the ATP reaction light emitting agent.
  • the lysate comprises a Lysis buffer to lyse the cells of the suspended microorganism to extract adenosine triphosphate (ATP).
  • ATP adenosine triphosphate
  • the lysis buffer comprises alcohol
  • the ATP reactive luminescent agent comprises luciferin and luciferase.
  • the ATP reactive light emitter further comprises magnesium ions (Mg 2+).
  • the measurement unit includes a photomultiplier tube (PMT) sensor.
  • PMT photomultiplier tube
  • the concentrator comprises an aerodynamic lens.
  • the concentrating portion is provided to form so that the diameter of the body portion is reduced in stages.
  • the suction port for controlling the movement of the floating microorganism is installed in the outlet of the body portion.
  • the airborne microorganisms in the air can be sampled, and ATP extraction, bioluminescence, and concentration measurement can be performed in a series of processes. .
  • the cooling solution is condensed on the surface of the floating microorganisms to increase the contact area between the lysate and the floating microorganisms. Therefore, the rate at which the floating microorganisms are dissolved increases, which can increase the extraction rate of the ATP that reacts with the light emitting agent to emit light, thereby shortening the measurement time of the microbial concentration.
  • the measurement accuracy can be improved by preventing the light emitting agent from adhering to the surface of the floating microorganism.
  • the concentration of suspended microorganisms is gradually reduced between the coating unit and the measuring unit, and a concentration unit for forming a laminar flow and discharging them in a line is installed, so that the concentration of the floating microorganisms can be measured more accurately because the floating microorganisms do not overlap during the measurement. Will be.
  • FIG. 1 is a block diagram of a device for real-time continuous measurement of suspended microorganism according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing another embodiment of the concentrating part in FIG. 1;
  • FIG. 1 is a block diagram of a device for real-time continuous measurement of suspended microorganism according to an embodiment of the present invention.
  • the apparatus 100 for real-time continuous measurement of suspended microorganisms includes a body part 110, a vaporization part 120, a liquefaction part 130, a coating part 140, and a measurement part 150. ).
  • the real-time continuous measuring device 100 of the floating microorganism according to the present embodiment may be used to continuously and in real time detect the concentration of the floating microorganism 10, including viruses, bacteria, bioaerosol, etc. present in the air. have.
  • the real-time continuous measuring device 100 of such a floating microorganism may be applied to a bacteria detection sensor such as an air cleaner, a sterilizer.
  • Body portion 110 may be formed with an inlet (110a) and outlet 110b through which the floating microorganism 10 is introduced and discharged.
  • the body 110 may be formed in a pipe shape in which a passage for moving the floating microorganism 10 is provided.
  • the body part 110 may be formed as a single body or may be formed by connecting a plurality of pipes provided to each other.
  • a suction pump 170 for controlling the movement of the floating microorganism 10 may be installed in the outlet 110b of the body 110. As the suction pump 170 is installed on the outlet 110b side of the body 110 as described above, the floating microorganism 10 may move from the inlet port 110a to the outlet port 110b.
  • the vaporization unit 120 may vaporize the dissolved solution and supply the inside of the body unit 110.
  • the vaporization unit 120 may be installed inside or outside the inlet 110a side of the body unit 110 and may include a carburetor for vaporizing the dissolved solution.
  • Such a vaporizer may be made into a small solution of the supplied solution to be mixed with air, and then discharged in a vapor state.
  • dissolving microorganisms does not mean dissolving the microorganisms into a liquid state, but decomposing one microorganism into a plurality of elements.
  • the lysate discharged from the vaporization unit 120 may include a Lysis buffer (Lysis buffer) for lysing the cells of the floating microorganism 10 to extract adenosine triphosphate (ATP).
  • the lysis buffer may be formed of alcohol because alcohol is cheap, easy to obtain, and does not change its properties upon vaporization.
  • the liquefaction unit 130 may cool the vaporized solution to condense on the surface of the floating microorganism 10. As the solution is cooled by the liquefaction unit 130 and condensed on the surface of the floating microorganism 10, the contact area between the solution and the floating microorganism 10 is increased, thereby increasing the dissolution rate. That is, when the dissolved solution in the vapor state is changed to the liquid state by the liquefaction unit 130, the surface area is increased, and the wettability with the floating microorganism 10 increases with the increase of the surface area, which is compared with that in the vapor state. So that a greater amount of the solution is in contact with the floating microorganism (10).
  • Liquefaction unit 130 may include a cooling module for lowering the ambient temperature.
  • the cooling module may be implemented in various forms such as cooling fans, cooling water, cooling fins, and the like.
  • a temperature difference is inevitably generated between the liquefaction unit 130 and the vaporization unit 120. Therefore, the liquefaction unit 130 and the vaporization unit 120 may be disposed in different spaces. For example, after the body part 110 is formed of the first body part 111 and the second body part 112, the first body part 111 is provided with a liquefaction part 130, and the second body part ( The vaporization unit 120 may be installed at 112.
  • the coating unit 140 may apply a light emitting agent to the floating microorganism 10 dissolved by the dissolution liquid.
  • the coating unit 140 may include a nozzle to spray the light emitting agent stored therein in the form of fine particles.
  • the light emitting agent sprayed from the coating unit 140 may include a material generating light by reacting with ATP extracted from the floating microorganism 10, for example, luciferin and luciferase.
  • the light emitting agent may further include magnesium ions (Mg 2+ ).
  • the ATP extracted from the floating microorganism 10 reacts with the light emitting agent to generate light.
  • the dissolved liquid is condensed on the surface of the floating microorganism 10 to increase the surface area, it is possible to prevent the light emitting agent from adhering to the surface of the floating microorganism 10 by increasing the success rate of contact with the light emitting agent.
  • the measurement unit 150 may detect the intensity of light generated when the floating microorganism 10 reacts with the light emitting agent and measure the concentration of the floating microorganism 10. That is, the higher the concentration of the suspended microorganism 10, the greater the amount of ATP extracted, so the strength is also increased, the measurement unit 150 measures the increase and decrease of the intensity to measure the concentration of the floating microorganism 10 will be. In this case, the intensity detected by the measuring unit 150 may be finally converted to the concentration of the suspended microorganism 10 through a signal processing process. And, although not shown, the measurement unit 150 may include a display unit for outputting the concentration of the floating microorganism 10 in real time.
  • the measurement unit 150 may include a photomultiplier tube (PMT) sensor to receive and measure light generated from a microorganism.
  • the PMT sensor is a high-sensitivity near-infrared sensor that can measure even light with low intensity, and thus can accurately measure the concentration of microorganisms.
  • the measuring unit 150 may be applied to any one that detects light such as a photodiode (PD), an avalanche photodiode (APD), and the like to extract the concentration of microorganisms.
  • PD photodiode
  • APD avalanche photodiode
  • Real-time continuous measuring device 100 of the suspended microorganism may further include a concentration unit 160.
  • the concentrator 160 is for reducing the volume by concentrating the suspended microorganism 10, and may be installed between the coating unit 140 and the measuring unit 150. As the floating microorganism 10 is concentrated by the concentrating unit 160 as described above, a larger amount of the floating microorganism 10 may be stored in the same space, thereby reducing the overall size.
  • the concentrator 160 may include an aerodynamic lens 161 for gradually reducing the volume of the suspended microorganism 10 to form laminar flow. As shown in FIG. 1, the aerodynamic lens 161 may be disposed in the body portion 110 or may be formed in a pipe shape to connect the pair of body portions.
  • the aerodynamic lens 161 may include a plurality of lens parts 161a having a lens hole formed in a central portion thereof so that the floating microorganism 10 passes therethrough.
  • the hole formed in the lens unit 161a may be formed to become smaller in the moving direction of the floating microorganism 10. Accordingly, each time the floating microorganism 10 passes through one lens unit 161a, the volume becomes smaller and smaller, and laminar flow may be formed and discharged in a line.
  • the reason why the volume of the suspended microorganism 10 is not reduced at a time and is gradually reduced is to reduce the occurrence of the differential pressure so that the suspended microorganism 10 is not separated.
  • the discharge portion of the concentrator 160 that is, the width of the body portion 110 in which the measurement unit 150 is located is formed to be narrower than the width of the body portion 110 in which the concentrator 160 is disposed, thereby concentrating floating.
  • the microorganism 10 may help to flow in line.
  • the real-time continuous measurement device 100 of the suspended microorganisms can sample the suspended microorganisms 10 present in the air and perform ATP extraction, bioluminescence, and concentration measurement in a series of processes.
  • the airborne microorganism 10 has the advantage of being able to measure continuously and in real time.
  • the solution is condensed on the surface of the floating microorganism 10, and between the dissolved liquid and the floating microorganism 10 The contact area is increased. Therefore, the rate at which the floating microorganism 10 is dissolved increases, which can increase the extraction rate of the ATP that reacts with the light emitting agent to emit light, thereby shortening the measurement time of the concentration of the microorganism.
  • the measurement accuracy may be improved by preventing the light emitting agent from being attached to the surface of the floating microorganism 10. Will be.
  • the coating unit 140 and the measuring unit 150 by reducing the volume of the floating microorganisms 10 step by step, forming a laminar flow and the concentration unit 160 to discharge in a line, the floating microorganisms in the measurement (10) do not overlap can more accurately measure the concentration of the floating microorganism (10).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another embodiment of the concentrating part in FIG. 1. In the present embodiment will be described focusing on the difference from the above-described embodiment.
  • the concentrating part 260 may be provided by forming the diameter of the body part 110 in steps. That is, the concentrator 260 is formed by processing the diameter of the body 110 located between the coding unit and the measurement unit 150 to become smaller. As a result, a plurality of steps 261 are formed in the body part 110, and the volume becomes smaller every time the floating microorganism 10 passes through the steps 261. Thus, the suspended microorganism 10 passing through the step 261 is arranged in a line and can pass through the outlet 110b side of the body portion 110.

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Abstract

공기 중 부유 미생물을 연속적으로 검출할 수 있는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치에 관한 것이다. 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치는 바디부와, 기화부와, 액화부와, 코팅부, 및 측정부를 포함한다. 바디부는 부유 미생물이 유입 및 배출되는 유입구와 배출구가 형성된다. 기화부는 용해액을 기화하여 바디부 내부로 공급한다. 액화부는 기화된 용해액을 냉각하여 부유 미생물의 표면에 응축시킨다. 코팅부는 용해액에 의해 용해된 부유 미생물에 발광제를 도포한다. 측정부는 부유 미생물이 발광제와 반응하여 발생하는 광의 강도(intensity)를 검출하여 미생물의 농도를 측정한다.

Description

부유 미생물의 실시간 연속 측정장치
본 발명은 기상에서 이동하는 부유 미생물의 농도를 연속적이면서도 실시간으로 측정하기 위한 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기상에서 이동하는 바이오 에어로졸에 대한 ATP 추출, 생물 발광, 농도 측정까지의 단계를 일련의 과정으로 수행함으로써 바이오 에어로졸을 포집하지 않고도 바이오 에이로졸의 농도를 측정할 수 있는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치에 관한 것이다.
최근 조류 인플루엔자, 신종 인플루엔자 등이 이슈화되면서 공기 감염 문제가 대두되고 있으며, 이에 따라 공기 중 부유 미생물 측정(airborne microbial measurement)이 보다 중요하게 다루어지고, 바이오센서 시장도 이에 맞추어 큰 폭으로 성장하고 있다.
공기 중 부유 미생물 측정하는 방법에는, 시료기체 중에 부유하고 있는 생물입자를 증식에 적합한 고체 또는 액체 표면에 포집하고 일정기간 적당 온습도 환경 하에서 배양한 후, 표면에 출현한 콜로니수에서 포집 미생물수를 구하는 배양법과, 염색 후 형광현미경을 이용하는 염색법 등이 있다.
근래에는 ATP(아데노신삼인산, adenosine triphosphate)와 루시페린(luciferin)/루시페라아제(luciferase)가 반응하여 빛을 내는 원리를 이용하는 ATP 생물 발광법에 의해, ATP 소거처리, ATP 추출, 발광량 측정까지 소요되는 일련의 과정을 30분 정도로 축소하여 신속한 작업이 가능하게 되었다.
그러나, 상기와 같은 방법들에 의하면 공기 중에 존재하는 부유 미생물을 실시간으로 측정할 수 없으며, 별도의 샘플링 과정과 전처리 등을 포함한 일련의 수작업이 요구되는 한계가 있었다. 따라서, 종래의 바이오센서들은 공기 중 부유 미생물의 측정시 별도의 샘플링 과정 후 적용하여야 하므로, 최소 20분에서 최대 2시간의 소요시간을 요구하는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 미국 TSI사의 "UV-APS"제품과 같이 별도의 샘플링 없이도 미생물의 측정이 가능한 장비를 개발하였으나, 매우 고가여서 현실적으로 보급화되기 어려운 실정이다.
본 발명의 과제는 공기 중에 존재하는 부유 미생물에 자동으로 용해액과 ATP 반응 발광제를 공급함으로써, 고가의 장비 없이도 공기중 부유 미생물의 측정이 가능한 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 부유 미생물의 세포벽을 파괴하기 위한 용해액을 기화하여 증기 상태로 배출시킨 후 이를 냉각하여 부유 미생물의 표면에 응축시킴으로써, 용해액과 부유 미생물 간의 접촉 면적을 증가시켜 ATP의 추출 속도 및 미생물 농도의 측정 시간을 단축시킬 수 있는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치에 관한 것이다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치는 바디부와, 기화부와, 액화부와, 코팅부, 및 측정부를 포함한다. 바디부는 부유 미생물이 유입 및 배출되는 유입구와 배출구가 형성된다. 기화부는 용해액을 기화하여 바디부 내부로 공급한다. 액화부는 기화된 용해액을 냉각하여 부유 미생물의 표면에 응축시킨다. 코팅부는 용해액에 의해 용해된 부유 미생물에 발광제를 도포한다. 측정부는 부유 미생물이 발광제와 반응하여 발생하는 광의 강도(intensity)를 검출하여 미생물의 농도를 측정한다.
일 실시예에 따르면, 용해액은 부유 미생물의 세포를 용해하여 아데노신삼인산(ATP, adenosine triphosphate)을 추출하는 라이시스 버퍼(Lysis buffer)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 라이시스 버퍼는 알코올(alcohol)을 포함하다.
일 실시예에 따르면, 발광제는 루시페린(luciferin) 및 루시페라아제(luciferase)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 발광제는 마그네슘이온(Mg2+)을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 측정부는 PMT(photomultiplier tube) 센서를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 코팅부와 측정부 사이에는 부유 미생물을 농축하여 부피를 감소키기 위한 농축부가 형성된다.
일 실시예에 따르면, 농축부는 공기역학적 렌즈(aerodynamic lens)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 농축부는 바디부의 직경이 단계적으로 줄어들도록 형성하여 마련된다.
일 실시예에 따르면, 바디부의 배출구에는 부유 미생물의 이동을 제어하기 위한 흡입 펌프가 설치된다.
본 발명에 따른 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치는 바디부와, 기화부와, 액화부와, 코팅부와, 농축부, 및 측정부를 포함한다. 바디부는 부유 미생물이 유입 및 배출되는 유입구와 배출구가 형성된다. 기화부는 용해액을 기화하여 바디부 내부로 공급한다. 액화부는 기화된 용해액을 냉각하여 부유 미생물의 표면에 응축시킨다. 코팅부는 용해액에 의해 용해된 부유 미생물에 ATP 반응 발광제를 도포한다. 농축부는 ATP 반응 발광제가 코팅된 부유 미생물을 농축하여, 부유 미생물의 부피를 감소시킨다. 측정부는 농축된 부유 미생물이 ATP 반응 발광제와 반응하여 발생하는 광의 강도를 검출하여 미생물의 농도를 측정한다.
일 실시예에 따르면, 용해액은 부유 미생물의 세포를 용해하여 아데노신삼인산(ATP, adenosine triphosphate)을 추출하는 라이시스 버퍼(Lysis buffer)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 라이시스 버퍼는 알코올(alcohol)을 포함한다.
일 실시예에 따르면, ATP 반응 발광제는 루시페린(luciferin) 및 루시페라아제(luciferase)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, ATP 반응 발광제는 마그네슘이온(Mg2+)을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 측정부는 PMT(photomultiplier tube) 센서를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 농축부는 공기역학적 렌즈(aerodynamic lens)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 농축부는 바디부의 직경이 단계적으로 줄어들도록 형성하여 마련된다.
일 실시예에 따르면, 바디부의 배출구에는 부유 미생물의 이동을 제어하기 위한 흡입 펌프가 설치된다.
본 발명에 따르면, 공기 중에 존재하는 부유 미생물을 샘플링하고, ATP 추출, 생물 발광, 농도 측정까지의 단계를 일련의 과정으로 수행할 수 있으므로, 공기 중 부유 미생물을 연속적이면서도 실시간으로 측정 가능한 이점이 있다.
또한, 기상에서 이동하는 부유 미생물을 실시간으로 측정함에 따라, 부유 미생물을 포집하기 위한 별도의 포집 장치를 필요로 하지 않으므로, 포집 장치에 의한 폐수액이 발생하지 않아 환경 오염을 줄일 수 있게 된다.
또한, 부유 미생물이 포집 장치에 포집되는 방식이 아니므로, 포집 장치의 오염으로 인한 측정 오차가 없다.
또한, 부유 미생물의 샘플링 후 측정까지가 연속적으로 이루어지기 때문에, 부유 미생물의 포집과 농축을 위한 별도의 시간이 소요되지 않아 측정 시간을 단축할 수 있게 된다.
또한, 부유 미생물의 세포벽을 파괴하기 위한 용해액을 기화하여 증기 상태로 배출시킨 후 이를 냉각함으로써, 부유 미생물의 표면에 용해액이 응축되어 용해액과 부유 미생물 간의 접촉 면적이 증가하게 있게 된다. 따라서, 부유 미생물이 용해되는 속도가 증가하고, 이는 발광제와 반응하여 광을 방출하는 ATP의 추출 속도를 증가시킬 수 있으므로 미생물 농도의 측정 시간을 단축시킬 수 있게 된다.
또한, 부유 미생물의 표면에 용해액이 응축됨에 따라 부유 미생물의 표면적이 증가하게 되므로, 발광제가 부유 미생물의 표면에 부착되지 않는 것을 예방하여 측정 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.
아울러, 코팅부와 측정부 사이에 부유 미생물의 부피를 단계적으로 줄이고, 층류를 형성하여 일렬로 배출시키기 위한 농축부가 설치됨에 따라, 측정시 부유 미생물들이 겹치지 않아 보다 정확하게 부유 미생물의 농도를 측정할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치에 대한 구성도.
도 2는 도 1에 있어서, 농축부의 다른 실시예를 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치에 대한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치(100)는 바디부(110)와, 기화부(120)와, 액화부(130)와, 코팅부(140) 및 측정부(150)를 포함한다. 본 실시예에 따른 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치(100)는 공기 중에 존재하는 바이러스, 세균, 바이오에어로졸(bioaerosol) 등을 포함하는 부유 미생물(10)의 농도를 연속적이면서도 실시간으로 검출하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치(100)는 공기청정기, 제균기 등의 세균 감지 센서에 적용될 수 있다.
바디부(110)는 부유 미생물(10)이 유입 및 배출되는 유입구(110a)와 배출구(110b)가 형성될 수 있다. 바디부(110)는 내부에 부유 미생물(10)이 이동하기 위한 통로가 마련된 파이프 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 바디부(110)는 하나의 몸체로 형성되거나, 복수로 마련된 파이프를 상호 연결하여 형성될 수 있다.
바디부(110)의 배출구(110b)에는 부유 미생물(10)의 이동을 제어하기 위한 흡입 펌프(170)가 설치될 수 있다. 이처럼 바디부(110)의 배출구(110b) 측에 흡입 펌프(170)가 설치됨에 따라, 부유 미생물(10)은 유입구(110a) 측에서 배출구(110b) 측으로 이동할 수 있게 된다.
기화부(120)는 용해액을 기화하여 바디부(110) 내부로 공급할 수 있다. 기화부(120)는 바디부(110)의 유입구(110a)측 내부 또는 외부에 설치될 수 있으며, 용해액을 기화시키기 위한 기화기(carburetor)를 포함할 수 있다. 이러한 기화기는 공급되는 용해액을 미세하게 작은 입자로 만들어 공기와 혼합시킨 후, 증기 상태로 배출시킬 수 있다.
이처럼 기화부(120)로부터 용해액이 증기 상태로 공급됨에 따라 바디부(110) 내부를 지나는 부유 미생물(10)의 표면에 용해액이 묻게 되고, 용해액이 묻은 부유 미생물(10)은 용해되어 내부에 있는 ATP(adenosine triphosphate), DNA, RNA 등을 추출하게 된다. 즉, 용해액에 의해 부유 미생물(10)의 세포벽이 손상되어, 부유 미생물(10) 내부에 있던 ATP가 DNA, RNA 등과 함께 세포 외부로 노출되는 것이다. 여기서, 미생물을 용해한다는 것은 미생물을 녹여 액체상태로 만드는 것이 아니라, 미생물 하나를 다수의 요소로 분해하는 것을 의미한다.
한편, 기화부(120)로부터 배출되는 용해액은 부유 미생물(10)의 세포를 용해하여 아데노신삼인산(ATP, adenosine triphosphate)을 추출하는 라이시스 버퍼(Lysis buffer)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 라이시스 버퍼는 알코올(alcohol)로 형성될 수 있는데, 이는 알코올의 가격이 싸고, 구하기 용이하며, 기화시 성질이 변하지 않기 때문이다.
액화부(130)는 기화된 용해액을 냉각하여 부유 미생물(10)의 표면에 응축시킬 수 있다. 이처럼 액화부(130)에 의해 용해액이 냉각되어 부유 미생물(10)의 표면에 응축됨에 따라, 용해액과 부유 미생물(10) 간의 접촉 면적이 증가하게 되어 용해되는 속도를 증가시킬 수 있게 된다. 즉, 증기 상태의 용해액이 액화부(130)에 의해 액체 상태로 변화하면 표면적이 증가하게 되고, 이러한 표면적 증가에 따라 부유 미생물(10)과의 젖음성이 증가하게 되므로, 증기 상태일 때와 비교하여 더 많은 양의 용해액이 부유 미생물(10)에 접촉되는 것이다.
액화부(130)는 주변의 온도를 낮추기 위한 냉각 모듈을 포함할 수 있다. 이러한 냉각 모듈은 냉각 팬, 냉각수, 냉각 핀 등과 같이 다양한 형태로 구현 가능하다. 이처럼 액화부(130)가 냉각 모듈을 포함함에 따라, 액화부(130)와 기화부(120) 사이에는 필연적으로 온도차가 생기게 된다. 따라서, 액화부(130)와 기화부(120)를 서로 다른 공간에 배치시킬 수 있다. 일례로, 바디부(110)를 제1 바디부(111)와 제2 바디부(112)로 형성한 후, 제1 바디부(111)에는 액화부(130)를 설치하고 제2 바디부(112)에는 기화부(120)를 설치할 수 있다.
코팅부(140)는 용해액에 의해 용해된 부유 미생물(10)에 발광제를 도포할 수 있다. 구체적으로, 코팅부(140)는 노즐을 구비하여 내부에 저장된 발광제를 미립자 형태로 분사할 수 있다.
코팅부(140)로부터 분사되는 발광제는 부유 미생물(10)로부터 추출된 ATP와 반응하여 광을 발생시키는 물질, 일례로 루시페린(luciferin), 루시페라아제(luciferase)을 포함할 수 있다. 그리고, 발광제는 마그네슘이온(Mg2+)을 더 포함할 수도 있다.
이와 같이, 코팅부(140)에 의해 부유 미생물(10)의 표면에 발광제가 도포됨에 따라, 부유 미생물(10)에서 추출된 ATP는 발광제와 반응하여 광을 발생시키게 된다. 이때, 부유 미생물(10)의 표면에는 용해액이 응축되어 있어 표면적이 증가하게 되므로, 발광제와의 접촉 성공률이 증가하여 발광제가 부유 미생물(10)의 표면에 부착되지 않는 것을 예방할 수 있다.
한편, ATP와 발광제가 반응하여 광을 발생시키는 과정은 이미 공지된 기술이므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
측정부(150)는 부유 미생물(10)이 발광제와 반응하여 발생하는 광의 강도(intensity)를 검출하여, 부유 미생물(10)의 농도를 측정할 수 있다. 즉, 부유 미생물(10)의 농도가 높을수록 추출되는 ATP의 양이 많아지므로, 강도 또한 커지게 되는데, 측정부(150)는 이러한 강도의 증감을 측정하여 부유 미생물(10)의 농도를 측정하는 것이다. 이때, 측정부(150)를 통해 검출된 강도는 신호 처리과정을 거쳐 부유 미생물(10)의 농도로 최종 변환될 수 있다. 그리고, 도시하지는 않았지만, 측정부(150)는 부유 미생물(10)의 농도를 실시간으로 출력하기 위한 디스플레이부를 포함할 수 있다.
측정부(150)는 PMT(photomultiplier tube) 센서를 구비하여 미생물에서 발생되는 광을 수광 및 측정할 수 있다. PMT 센서는 고감도 근적외선 센서로서, 세기가 약한 광까지 모두 측정 가능하므로 보다 정확히 미생물의 농도를 측정할 수 있게 된다. 이밖에도 측정부(150)는 광 다이오드(PD), 애벌란시 포토 다이오드(APD) 등과 같이 광을 검출하여 미생물의 농도를 추출하는 것이라면 어느 것이나 적용 가능하다.
부유 미생물의 실시간 연속 측정장치(100)는 농축부(160)를 더 포함할 수 있다.
농축부(160)는 부유 미생물(10)을 농축하여 부피를 감소시키기 위한 것으로, 코팅부(140)와 측정부(150) 사이에 설치될 수 있다. 이처럼 농축부(160)에 의해 부유 미생물(10)이 농축됨에 따라, 동일한 공간에 더 많은 양의 부유 미생물(10)을 저장할 수 있으므로 전체적인 크기를 줄일 수 있게 된다.
농축부(160)는 부유 미생물(10)의 부피를 단계적으로 줄여 층류를 형성하기 위한 공기역학적 렌즈(aerodynamic lens, 161)를 포함할 수 있다. 공기역학적 렌즈(161)는 도 1에 도시된 바와 같이 바디부(110) 내에 배치되거나, 파이프 형태로 형성되어 한 쌍의 바디부 사이를 연결하도록 형성될 수 있다.
일례로, 공기역학적 렌즈(161)는 부유 미생물(10)이 통과하도록 중심부에 렌즈 홀이 형성된 렌즈부(161a)를 복수개 구비할 수 있다. 이때, 렌즈부(161a)에 형성된 홀은 부유 미생물(10)의 이동 방향으로 점점 작아지도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 부유 미생물(10)이 하나의 렌즈부(161a)를 통과할 때마다 부피는 점점 작아지게 되고, 층류가 형성되어 일렬로 배출될 수 있다. 이때, 부유 미생물(10)의 부피를 한번에 줄이지 않고, 단계적으로 줄이는 이유는 차압의 발생을 줄여 부유 미생물(10)이 분리되지 않도록 하기 위함이다. 그리고, 농축부(160)의 배출부위, 즉 측정부(150)가 위치한 바디부(110)의 폭을 농축부(160)가 배치된 바디부(110)의 폭 보다 좁게 형성하여, 농축된 부유 미생물(10)이 일렬로 흐르는 것을 도울 수 있다.
전술한 바와 같이, 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치(100)는 공기 중에 존재하는 부유 미생물(10)을 샘플링하고, ATP 추출, 생물 발광, 농도 측정까지의 단계를 일련의 과정으로 수행할 수 있으므로, 공기 중 부유 미생물(10)을 연속적이면서도 실시간으로 측정 가능한 이점이 있다.
또한, 기상에서 이동하는 부유 미생물(10)을 실시간으로 측정함에 따라, 부유 미생물(10)을 포집하기 위한 별도의 포집 장치를 필요로 하지 않으므로, 포집 장치에 의한 폐수액이 발생하지 않아 환경 오염을 줄일 수 있게 된다.
또한, 부유 미생물(10)이 포집 장치에 포집되는 방식이 아니므로, 포집 장치의 오염으로 인한 측정 오차가 없다.
또한, 부유 미생물(10)의 샘플링 후 측정까지가 연속적으로 이루어지기 때문에, 부유 미생물(10)의 포집과 농축을 위한 별도의 시간이 소요되지 않아 측정 시간을 단축할 수 있게 된다.
또한, 부유 미생물(10)의 세포벽을 파괴하기 위한 용해액을 기화하여 증기 상태로 배출시킨 후 이를 냉각함으로써, 부유 미생물(10)의 표면에 용해액이 응축되어 용해액과 부유 미생물(10) 간의 접촉 면적이 증가하게 된다. 따라서, 부유 미생물(10)이 용해되는 속도가 증가하고, 이는 발광제와 반응하여 광을 방출하는 ATP의 추출 속도를 증가시킬 수 있으므로 미생물의 농도의 측정 시간을 단축시킬 수 있게 된다.
또한, 부유 미생물(10)의 표면에 용해액이 응축됨에 따라 부유 미생물(10)의 표면적이 증가하게 되므로, 발광제가 부유 미생물(10)의 표면에 부착되지 않는 것을 예방하여 측정 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.
아울러, 코팅부(140)와 측정부(150) 사이에 부유 미생물(10)의 부피를 단계적으로 줄이고, 층류를 형성하여 일렬로 배출시키기 위한 농축부(160)가 설치됨에 따라, 측정시 부유 미생물(10)들이 겹치지 않아 보다 정확하게 부유 미생물(10)의 농도를 측정할 수 있게 된다.
도 2는 도 1에 있어서, 농축부의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 농축부(260)는 바디부(110)의 직경이 단계적으로 줄어들도록 형성함으로써 마련될 수 있다. 즉, 농축부(260)는 코딩부와 측정부(150) 사이에 위치한 바디부(110)의 직경이 점점 작아지도록 가공함으로써 형성되는 것이다. 이에 따라, 바디부(110)에는 복수의 단차(261)가 형성되고, 부유 미생물(10)이 이 단차(261)를 통과할 때마다 부피가 점점 작아지게 되는 것이다. 이렇게 단차(261)를 통과한 부유 미생물(10)은 일렬로 배치되며 바디부(110)의 배출구(110b) 측을 통과할 수 있게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 부유 미생물이 유입 및 배출되는 유입구와 배출구가 형성된 바디부;
    용해액을 기화하여 상기 바디부 내부로 공급하는 기화부;
    상기 기화된 용해액을 냉각하여 상기 부유 미생물의 표면에 응축시키는 액화부;
    상기 용해액에 의해 용해된 부유 미생물에 발광제를 도포하는 코팅부; 및
    상기 부유 미생물이 상기 발광제와 반응하여 발생하는 광의 강도(intensity)를 검출하여 상기 미생물의 농도를 측정하는 측정부;
    를 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용해액은 상기 부유 미생물의 세포를 용해하여 아데노신삼인산(ATP, adenosine triphosphate)을 추출하는 라이시스 버퍼(Lysis buffer)를 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 라이시스 버퍼는 알코올(alcohol)을 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발광제는 루시페린(luciferin) 및 루시페라아제(luciferase)를 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발광제는 마그네슘이온(Mg2+)을 더 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는 PMT(photomultiplier tube) 센서를 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코팅부와 상기 측정부 사이에는 상기 부유 미생물을 농축하여 부피를 감소키기 위한 농축부가 형성되는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 농축부는 공기역학적 렌즈(aerodynamic lens)를 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 농축부는 상기 바디부의 직경이 단계적으로 줄어들도록 형성하여 마련되는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 바디부의 배출구에는 상기 부유 미생물의 이동을 제어하기 위한 흡입 펌프가 설치되는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  11. 부유 미생물이 유입 및 배출되는 유입구와 배출구가 형성된 바디부;
    용해액을 기화하여 상기 바디부 내부로 공급하는 기화부;
    상기 기화된 용해액을 냉각하여 상기 부유 미생물의 표면에 응축시키는 액화부;
    상기 용해액에 의해 용해된 부유 미생물에 ATP 반응 발광제를 도포하는 코팅부;
    상기 ATP 반응 발광제가 코팅된 상기 부유 미생물을 농축하여, 상기 부유 미생물의 부피를 감소시키는 농축부; 및
    상기 농축된 부유 미생물이 상기 ATP 반응 발광제와 반응하여 발생하는 광의 강도를 검출하여 미생물의 농도를 측정하는 측정부;
    를 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 용해액은 상기 부유 미생물의 세포를 용해하여 아데노신삼인산(ATP, adenosine triphosphate)을 추출하는 라이시스 버퍼(Lysis buffer)를 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 라이시스 버퍼는 알코올(alcohol)을 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 ATP 반응 발광제는,
    루시페린(luciferin) 및 루시페라아제(luciferase)를 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 ATP 반응 발광제는 마그네슘이온(Mg2+)을 더 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 측정부는 PMT(photomultiplier tube) 센서를 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 농축부는 공기역학적 렌즈(aerodynamic lens)를 포함하는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 농축부는 상기 바디부의 직경이 단계적으로 줄어들도록 형성하여 마련되는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 바디부의 배출구에는 상기 부유 미생물의 이동을 제어하기 위한 흡입 펌프가 설치되는 부유 미생물의 실시간 연속 측정장치.
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