KR100454248B1 - 신형 루미노미터 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정한 물질에서 나오는 특정 파장대의 빛을 광전자증배관 (Photomultiplier Tube, PMT)으로 증폭하여 생물학적 빛(광)을 측정하는 장치인 루미노미터에 대한 것으로 RS232 통신부와, 스텝 모터부와, 모터 드라이버와, MCU 제어부와, RAM과, 전원부와, CPLD와, 포화 상태 조절부(SATURATION)와, 온도센서와, 열관리부와, PMT부와, PMT 신호 증폭부와, 신호 절재부와, V-F 변환부와, LCD부와, 키패드부와, 고전압 모니터부와, 고전압 발생부로 구성함으로써 기존에 사용되어 왔던 루미노미터가 지니고 있던 민감도(Sensitivity), 안정도(Stability), 잡음 (Background noise)을 개선하여 본 발명은 기존의 실험실 상에서의 사용 범위를 확장시켜 실재 현장에서도 신속하게 측정에 응용할 수 있도록 기존 제품에 비하여 루미노미터의 크기를 소형화한 매우 뛰어난 효과가 있다.

Description

신형 루미노미터 및 그 제어방법 {A New Luminometer and method thereof}

본 발명은 특정한 물질에서 나오는 특정 파장대의 빛을 광전자증배관 (Photomultiplier Tube, PMT)으로 증폭하여 생물학적 빛(광)을 측정하는 장치인 루미노미터에 대한 것으로 더욱 상세하게는 고감도로 작동할 수 있는 검출기 (detector) 및 루미노미터를 구성하고 PCB 보드, 트랜스포머(Transformer), 히팅장치, 전원공급기(power supply)를 소형화하여 국산화한 신형 루미노미터에 관한 것이다.

도 1은 종래의 루미노미터 개념도로 데이터를 관리하고 분석하기 위한 기초자료로 활용하기 위해 PC의 통신포트와 연결된 RS232 통신부(1)와; 조리개의 오픈/닫힘 신호를 제어하여 광 포화로 인한 측정오차를 줄이는 스텝 모터부(2)(STEP MOTOR)와; 상기 스텝 모터부(2)가 구동할 수 있도록 제어와 데이터 전송하는 모터 드라이브(3)와; 시스템의 모든 상태를 제어하는 MCU 제어부(4)와; 시스템의 전원을 공급하는 전원부(5)와; 미생물활동을 계측하기 위한 프로그램 로직부(6)와; 측정중의 상태, 측정의 결과를 표시하는 LCD부(7)와; 고압의 리퍼런스 전압을 제어하는 A/D 컨버터부(8)와; 빛의 과다 노출 및 과다 증폭작용을 보호하기 위한 포화상태 조절부(9)와; 신호나 고압 발생부로부터 모니터 되는 신호를 절재하는 신호절재부(10)와; 고전압 발생부를 모니터링하는 고전압 모니터부(11)와; 200V 내지 1200V까지 고압을 발생하는 고전압 발생부(12)와; 미약한 신호를 발생하는 PMT부(14)와; 상기 PMT부에서 발생된 신호를 증폭하는 PMT 신호 증폭부(13)로 구성되어 있었다.

그러나, 이러한 종래 기술은 최근 면역학 분야에서 케미루미네센스 테크놀러지(Chemiluminescence technology)를 이용한 효소분석, 파이어플라이(Firefly)를 이용한 아데노신삼인산(ATP : Adenosine TriposPhate) 분석을 통해 미생물의 활성도를 측정하기도 하며 무엇보다도 재조합 발광 박테리아의 럭스(lux) 유전자 발현을 이용한 환경 독성 탐지와 같이 생명 산업을 발달시키기 위한 지시로 중요한 기기로 부각되고 있는 것이 바로 루미노미터이다.

따라서, 루미노미터는 국내외적으로 루미노미터의 수요가 급증하고 있는 반면에 제품을 생산하는 회사는 제한되어 있으며 특히 국내 생명공학 산업에서 사용되는 루미노미터의 경우는 전부 수입에 의존하고 있는 실정이다.

이러한 루미노미터 제품들은 높은 민감성(sensitivity)와 안정도 (stability), 낮은 잡음(background noise)을 지니고 있어 실험 결과의 재현성이 뛰어난 반면, 제품가격이 고가이므로 국내 수입에 있어 많은 어려운 문제점이 있었다.

뿐만 아니라 전부가 외국에서 수입해온 고가의 제품들로 필요성과 수요에 비해 실재 루미노미터를 보유하고 있는 연구그룹은 그리 많지 않으며 또한, 기존에 사용해 온 루미노미터들은 주로 실험실 수준에서 사용할 수 있도록 제품의 크기가 상당히 크고 무거워 휴대하기가 불가능하였다.

최근 루미노미터의 주 사용용도는 환경모니터링 분야로 오염현장에서 신속 간편하게 측정하도록 하기 위해 환경 모니터링 분야로 오염현장에서 신속 간편하게 측정하도록 하기 위해 소형화 작업이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 기존의 루미노미터에서 불필요하게 큰 부피를 차지했던 부품들을 소형화 및 국산화하여 PCB 보드와 트랜스포머, 냉각장치, 전원공급기의 장비를 현장에서 사용할 수 있는 휴대형태로 변형하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 RS232 통신부와, 스텝 모터부와, 모터 드라이버와, MCU 제어부와, RAM과, 전원부와, CPLD와, 포화 상태 조절부 (SATURATION)와, 온도센서와, 열관리부와, PMT부와, PMT 신호 증폭부와, 신호 절체부와, V-F 변환부와, LCD부와, 키패드부와, 고전압 모니터부와, 고전압 발생부로 구성되어 오염도에 따라서 발광하는 빛의 양을 달리하는 미생물을 이용하여 오염도를 측정하는 신형 루미노미터를 달성하였다.

도 1은 종래의 루미노미터 블록도,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예의 신형 루미노미터 블록도,

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 바람직한 실시예의 신형 루미노미터 제어방법 블록도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예의 유전공학적으로 변형된 발광성 대장균을 이용하여 에탄올 독성물질에 대한 반응성 검증 그래프,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예의 유전공학적으로 변형된 발광성 미생물을 이용하여 연속적으로 모니터링한 그래프,

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예의 신형 루미노미터의 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *

1, 15 : RS 232 통신부 2, 16, 34 : 모터 구동부

3, 17 : 모터 드라이버 4, 18 : 엠시유(MCU)제어부

5, 20 : 전원부 6 : 로직부

7, 29, 33 : 엘시디(LCD)부 8 : A/D 컨버터부

9, 22 : 포화상태 조절부 10, 27 : 신호 절재부

11, 31 : 고전압 모터부 12, 32 : 고전압 발생부

13, 26 : 피엠티(PMT)신호 증폭부 14, 25 : 피엠티(PMT)부

19 : 램(RAM) 21 : 시피엘디(CPLD)

23 : 온도센서 24 : 열관리부

28 : V-F 변환부 30, 35 : 키패드부

36 : 메인 피시비(Main PCB) 37 : 본체

38 : 피엠티 센서 홀더(PMT sensor holder)

39 : 피엠티 센서(PMT sensor) 40 : 셔터

41 : 샘플 챔버 42 : 샘플 어뎁터

43 : 도어 힌지 44 : 도어

45 : 샘플 튜브 홀더 46 : 인젝터 샘플 홀더

이하, 본 발명의 구성을 바람직한 실시예를 들어 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명한다.

도 2는 바람직한 실시예의 신형루미노미터 개념도로 RS232 통신부(15)와, 모터 구동부(16)와, 모터 드라이버(17)와, MCU 제어부(18)와, RAM(19)과, 전원부(20)와, Complex Programmable Logic Device(21, 이하 CPLD라 칭함.)와, 포화 상태 조절부(22)(SATURATION)와, 온도센서(23)와, 열관리부(24)와, PMT부(25)와, PMT 신호 증폭부(26)와, 신호 절체부(27)와, V-F 변환부(28)와, LCD부(29)와, 키패드부(30)와, 고전압 모니터부(31)와, 고전압 발생부(32)로 구성되어 있다.

상기 RS 232 통신부(15)는 측정 결과를 시스템에 부착된 액정 디스플레이 장치 쪽으로도 표시하지만 윈도우즈의 응용프로그램인 엑셀로 전송하여 윈도우즈에서 측정 데이터를 관리함으로서 사용자의 취향에 맞는 여러 가지 분석을 위한 기초자료로서 활용할 수 있도록 하기 위하여 컴퓨터의 연결 포트와 결속하여 사용된다.

상기 모터 구동부(16)는 PMT 모듈에 부착되어 있는 조리개의 오픈 및 닫힘 신호를 제어하며 이는 직사광선이나 강한 빛이 PMT 모듈에 인가 될 때 PMT 모듈의 파괴나 포화상태를 미연에 방지함으로서 광의 포화로 인한 측정 오차를 줄이는 역할을 한다.

상기 모터 드라이버(17)는 상기 모터 구동부(16)가 구동할 수 있도록 컴퓨터로 제어 및 데이터 전송하기 위한 수단인 것이다.

상기 MCU 제어부(18)는 시스템의 모든 상태를 제어하는 부분으로 ATMEL의 AMEGA103을 사용하였고 본 MCU는 128Kbyte의 Rom, 4Kbyte의 EEPROM을 내부에 가지고 있으며 10bit 8초의 A/D 컨버터가 내장된 것으로 PMT 모듈의 포화상태를 감지하며 상황에 맞는 모터 구동부의 제어, LCD 모듈과의 인터페이스, 키 눌림 상태 및 순서의 판단, SRAM의 데이터를 관리하는 역할을 하는 것이다.

상기 RAM(19)는 128Kbyte의 SRAM으로 전원 차단시에도 기 측정된 데이터를 인식하고 있으며 총 11,800개의 측정 데이터를 저장할 수 있는 것이다.

상기 전원부(20)는 본 발명의 시스템이 작동할 수 있도록 전원을 공급하는 것이다.

상기 CPLD(21)는 기존의 로직을 집적화 한 부분으로 V-F 컨버터부(전원 주파수 변환기)로부터 입력되는 주파수를 측정하고 MCU로부터의 신호를 받아 LCD 혹은 키패드, 측정의 결과를 간직하고 있는 SRAM 인터페이스에 필요한 신호를 생성하는 역할을 하는 것이다.

상기 포화 상태 조절부(22)(SATURATION)는 PMT 모듈의 특성상 과다한 양의 빛에 노출될 때 포화되어 연속적인 측정이 불가능해지며 나아가 과다한 증폭작용으로 인하여 파괴될 수 있고 이를 방지하기 위하여 상기 PMT 모듈의 출력전압을 감지하여 이상 현상 발생시에 보호하기 위한 부분인 것이다.

상기 온도센서(23)는 직사광선이나 강한 빛을 감지하는 것이다.

상기 열관리부(24)는 온도에 따라 미생물의 번식률에 큰 영향을 받으므로 이를 위해서 열관리를 제어하는 것이다.

상기 PMT부(25)는 미약한 신호를 발생하는 것이다.

상기 PMT 신호 증폭부(26)는 PMT 모듈로부터의 미약한 신호를 증폭하기 위하여 수 ㎀의 신호까지도 증폭이 가능한 증폭기가 사용되고 있으며 오프셋(Offset)에 의한 오차를 줄이기 위한 오프셋(Offset) 조절회로가 있어야 하는 것이다.

상기 신호 절재부(27)(MUX)는 PMT 증폭기로부터의 신호나 고압 발생부로부터 모니터되는 신호를 절재하기 위하여 사용되었다.

상기 V-F 변환부(28)는 MUX로부터의 광신호를 이 장치를 통하여 CPLD에 주파수 형태로 변환되어 입력되고 미생물이 발광하는 빛의 양에 비례한 주파수가 얻어지는 것이다.

상기 LCD부(29)는 4라인 16문자의 사이즈를 가지며 사용자에게 현 시스템의 상태를 현시함으로서 원활한 인터페이스를 제공하며 측정중의 상태 및 측정의 결과를 표시하는 것이다.

상기 키패드부(30)는 가로 세로 행렬에 해당되는 키로서 시스템 운영에 필요한 수치입력 및 환경변수를 설정하기 위한 메뉴키, 입력의 취소 및 정정하기 위한 CANCEL키, DATA의 이동 및 검색, 메뉴의 이동 및 검색을 위한 UP, DOWN, PAGE UP, PAGE DOWN키 등으로 구성되어 있고 이하 그 기능키에 관하여 설명한다.

Nurmeric Key : 0-9 까지의 키를 의미하며 이들 키는 메뉴키와 연동되어 설정에 있어 수치 입력값을 입력하거나 Memory Data 값들을 검색하기 위한 Index 값의 입력 혹은 Yes(1)/N(2)의 의미나 모드에 선택 등으로 사용된다.

Home : 측정초기화면으로 Jump하는 기능.

Menu : 여러 가지 환경설정값을 입력할 수 있게 끔 Pull Down 메뉴를 불러오는 기능.

cancel : 입력 중 취소나 메뉴상태에서 탈출하는 기능.

page up : 메뉴 이동시 3줄씩 위로 올리는 기능, 메모리 데이터 뷰(view) 기능에서 10개씩 데이터를 위로 올리는 기능, 시간 및 날자 입력시 입력항목을 선택하는 기능.

page Dn : 메뉴 이동시 3줄씩 뒤로 내리는 기능, 메모리 데이터 뷰(view) 기능에서 10개 씩 데이터를 아래로 내리는 기능과, 시간이나 날자 입력시 입력항목을 선택하는 기능.

Up : 메뉴 이동시 위로 1줄 이동, 메모리 데이터 뷰(view)기능에서 1개씩 데이터를 아래로 내리는 기능과, HV 모니터기능에서 하이 볼테이지 값을 증가시키는 기능과, 민감성(Sensitivity)에서 1% 증가시키는 기능.

Down : 메뉴 이동시 아래로 1줄 이동, 메모리 데이터 뷰 기능에서 1개씩 데이터를 아래로 내리는 기능, HV 모니터 기능에서 하이 볼테이지 값을 감소시키는 기능과, 민감성(Sensitivity)에서 1% 감소시키는 기능.

Enter : 메뉴화면에서 이동키(Up, Down, PageUp, PageDown)에 의해 선택된 현재 메뉴를 선택하고 Nurmeric Key 입력이 있을 시 입력된 값으로 이전 값을 갱신하는 기능.

Run : 측정시작

Stop : 측정정지을 가지는 기능키로 구성되어 있다.

상기 고전압 모니터부(31)는 고압 광증폭기의 신호세기를 결정하고 얼마만큼의 PMT에 인가되고 있는가를 피드벡하기 위하여 사용되는 것이다.

상기 고전압 발생부(32)는 200V 내지 1200V까지의 고압 발생을 살수 있으며 여기서 발생된 전압은 광증폭기인 PMT의 음극전압으로 인가된다.

따라서, 본 발명은 특정한 물질에서 나오는 특정 파장대의 빛을 광전자증배관으로 증폭하여 생물학적 빛을 측정하는 루미노미터의 그 제어방법을 하기에 설명한다.

도 3a 내지 도 3e는 루미노미터 소프트웨어 로직으로 그 내용을 설명하면 일단 측정하기 위해서 루미노미터 기기에 제품과 함께 공급되는 케이블을 시스템의 뒷면에 있는 소켓에 삽입하고 뒷면의 파워 스위치를 ON하면 전면의 LCD에 도 3a 중 (가)와 같은 화면이 나타나도록 준비한다.

이전 사용시에 설정되었던 Chamber Temperature가 30℃라면 Chamber Temperature 가 30℃ 이하가 되면 Blank값을 측정하는 도 3a 중 (나)와 같은 화면으로 바뀌면서 자동으로 Blank 값을 측정하는 모드로 들어간다.

주어진 Delay Time이 지난후 도 3a 중 (다)로 바뀌며 설정된 Blank Make Number가 되면 도 3a 중 (라)로 바뀐다.

도 3a 중 (라)의 상태에서 하드웨어의 키패드부(31)의 HOME 키를 누르거나 RUN 키를 누르면 측정의 모드로 들어가게 되는데 HOME 키를 누를시는 도 3a 중 (마)와 같은 홈 스크린이 나타나며 RUN 키를 누르게 되면 즉시적인 측정을 시작하는 점에서 차이가 있고 이때 측정모드에 따라서, 혹은 측정에 있어 Blank 값을 측정값에 반영하느냐에 따라서 다양한 형태의 화면 구성이 이루어지는데 도 3a 중 (마)의 경우는 싱글 모드로서 Blank 값을 측정값에 반영하는 경우를 예시한 것이다.

또한, Blank 값을 측정값에 반영하지 않을 때는 Acq Progress[B] 부분이 Acq Progress로서 나타나게 되는데 어느 경우의 모드에서나 동일한 적용을 받는다.

이상으로 측정준비가 완료된 것이다.

그리고 초기 출하시 설정값은 하기 [표 1]과 같으며 각 키의 기능도 하기와 같다.

[표 1]

루미노미터 환경설정값

변수	설정값	Unit
Integrate Time	6	Sec
Delay Time	3	Sec
Sampleing number	3	Ea
Mode	single
Interval Time	0	Sec
Sensitivity	70	%
Blank Make Number	20	Ea
Chambertemp	25	℃

상기 [표 1]에 열거한 환경설정값은 시스템 전원 OFF시에도 데이터가 유지되며 Configuration Valiable Setting 방법에서 값을 변경시 별도 설정이 없는한 설정된 값으로 영구히 보존된다.

그리고 본 발명의 프로그램 셋팅 방법은 하기와 같이 구성되어 있다.

integrate period 측정은 측정에 있어 평균을 취하기 위한 개수를 결정하는 것으로 6으로 설정되어 있다면 0.5초마다 Sampleing을 하므로 결국 12개의 평균을 취하게 되고 RUL Maker 개수가 3개라면 12개의 평균으로 이루어진 RLU를 3개 형성하게 되며 그 순서는 하기와 같다.

Menu(도 3a 중 바) →enter 시(도 3a 중 사) →Nurmeric key[5](도 3a 중 아) →enter

또한, 상기 내용중에서 입력키를 바꾸고자 할 경우는 cancel key → 8을 누른다.

Delay time 측정은 측정에 앞선 과도현상으로 인한 측정 오차를 줄이기 위하여 휴지 시간설정으로 보통 2초 내지 3초면로 정하며 그 순서는 하기와 같다.

Menu(도 3a 중 바) →Down(그림 3a 중 자) →Enter 시(도 3a 중 차) →Nurmeric Key[5](도 3b 중 카) →Enter

상기 Delay time 실시예는 5를 눌렀을 경우지만 8로서 고쳐 입력하고자 할 경우에는 Cancel Key →8을 누르면 되고 입력의 범위는 화면 하단에 표시된 1-100의 범위이내 이며 단위는 sec이다.

RUL Make number 측정은 1회 RUN 키 조작에 의하여 하나의 표준편차나 평균을 구함에 있어 중간 평균을 산출하는 단위로서 RLU를 만들고 하나의 RLU 값은 상기에서 측정한 Integrate period 값에 의하여 영향 받으며 RUL 값들이 모여서 평균 및 RLU 값들간의 표준편차 계수(Coefficient)값이 구해지고 그 순서는 하기와 같다.

Menu(도 3a 중 바) →Down(도 3a 중 타) →Enter 시(도 3b 중 파) →Numeric Key[5](도 3b 중 하) →Enter

Interval Time 측정 실시예는 RUN 키를 누름에 의해서 한번씩 측정되나, 키 조작하는 Interval에 의해서 연속적인 측정결과에 영향을 줄 수 있으며 그 이유는 시료에서의 변화를 감지함에 있어 샘플값이 얻어지는 Interval이 불규칙적이 되기 때문이고 이러한 점을 개선하기 위하여 본 설정이 존재하여 Interval Time을 0이 아닌 수치로 입력시 주어진 시간 만큼의 지연후 RUN키를 규칙적으로 누르고 동작을 자동으로 수행하며 그 순서는 하기와 같다.

Menu(도 3a 중 바) →Down(도 3b 중 갸) →Enter 시(도 3b 중 냐) →Nurmeric Key[5](도 3b 중 댜) →Enter

상기 Interval Time 측정 실시예는 경우는 0으로 되어 있어 RUN 키를 누르는 동작에 의해서만 측정을 개시하지만 2로 입력이 되면 RUN 키를 누르거나 2초가 지나면 자동으로 측정이 시작되며 1회의 측정이 완료되면 자동으로 2초 지연 후 재측정을 무한대로 하게 되고 측정 종료는 Stop 키를 누르거나 메뉴에서 Interval Time을 0으로 설정하면 종료된다.

Sensitivity 측정은 PMT 모듈의 감도를 조절하는 것으로 조절 범위는 10 - 100%이고 감도가 높으면 높을수록 높은 값이 나타나며 9999 이상은 Saturation의 가능성이 있고 입력값이 9999이상이거나 이 값에 근접한 값 입력시에는 본 메뉴 선택후에 Up, Down 키를 눌러서 조정하거나 Nurmeric Key로 원하는 값을 입력하고 그 순서는 하기와 같다.

Menu(도 3a 중 바) →Down(도 3b 중 랴) →Enter 시(도 3b 중 먀) →Nurmeric Key[4][0](도 3b 중 뱌) →Enter

Black Make Num 측정은 PMT 모듈에 흐르는 Dark Current는 측정의 오차를 유발할 수 있고 이러한 오차를 줄이기 위하여 몇 번의 측정 결과로서 평균을 취하여 사용한다면 그 만큼 Dark Current의 영향을 줄일 수 있으며 이러한 목적으로 사용되는 Black 값을 얻기 위하여 요구되는 측정 횟수의 의미로 만약 20이라면 20번의 측정 평균이 Black 값이 되며 그 순서는 하기와 같다.

Menu(도 3a 중 바) →이동키(도 3c 중 샤) →Enter 시(도 3c 중 야) →Numeric Key[1][0](도 3c 중 쟈) →Enter

상기 실시예의 Black Make Number에서 입력값을 0으로 셋팅하고 측정시 측정값에 Black은 고려되지 않으며 이러한 기능에서 새로운 Black Number가 입력되면 전원 ON 시에 Black 값을 얻는 것과 동일한 절차로서 새로운 Black 값이 생성된다.

Chamber Temp 측정은 측정에 있어 일정한 온도로 Chamber를 유지하기 위하여 사용하며 설정범위는 25℃에서 40℃이며 그 순서는 하기와 같다.

Menu(도 3a 중 바) →이동키(도 3c 중 챠) →Enter 시(도 3c 중 캬)→Nurmeric Key[3][0](도 3c 중 탸) →Enter

Data setting 측정은 측정시 측정일자 시간이 메모리에 기록되므로 측정종료 후 다시금 데이터를 뷰(view)할 때 언제 측정된 내용인지를 알려주기 위한 기능이고 그 순서는 하기와 같다.

Menu(도 3a 중 바) →이동키(도 3c 중 퍄) →Enter 시(도 3c 중 햐) →Nurmeric key[2][0][0][1][0][6][2][0](도 3c 중 거) →Enter

상기 Data setting 실시예에서 도 3c 중 (햐)가 표시되고 2001이 0.5초 간격으로 Blink되고 수정할 항목을 선택하기 위해 Page Up, Page Dn을 이용 수정 항목이 Blink 되게 한 후 수치 입력키로 입력을 하거나 처음부터 수치키 20010620(/는 입력 안함)을 연속적으로 입력하면 도 3c 중 (거)가 되고 입력이 끝나면 Enter를 눌러 입력 내용을 확인한다.

Time Setting측정은 하기와 같은 순서로 되어 있다.

Menu(도 3a 중 바) →이동키(도 3c 중 너) →Enter 시(도 3d 중 더) →Nurmeric Key[1][3][2][0][5][0](도 3d 중 러) →Enter

상기 Time Setting 측정은 입력방법이 데이터와 같으며 이들 날자나 시간은 전원 Off시에도 진행(Running)된다.

또한, 모드의 종류와 선택 방법에 관하여 하기와 같이 설명한다.

[표 2]

Mode의 종류

종류	내용	용도
STD	Single 측정	사용자가 Run 키를 누를 때 마다 측정되며 비교되는 샘플이 없을 때
DLR	Dual 측정	Standard가 있어 Standard와 비교 측정시
Continue	연속해서 0.5초 Interval 측정	반응시간이 짧은 측정
Auto Run	Interval Time 경과후 자동 측정	Interval Time이 0이 아닌 값일 때 Run 키를 누르며 측정시 마다 Interval Time 만큼 지체후 다시 Run 키를 누르는 효과

단, AutoRun 모드는 Interval Time 값에 종속되고 Mode 선택은 하기 순서와 같다.

Menu(도 3a 중 바) →이동키(도 3d 중 머) →Enter 시(도 3d 중 버) →Nurmeric Key(도 3d 중 서) →Enter

메모리 데이터 관리 기능(Memory Data Management Function)은 측정시 마다 결과 값은 장치에 부착된 액정 디스플레이 장치로도 표현되지만 매번 PC로도 통지되고 내부적으로는 비휘발성 메모리에 기록되어 지는데 이러한 데이터 11,800까지의 저장이 가능하고 메모리 데이터 뷰(Memory Data View), 메모리 데이터 이데이즈(Memory Data Erase), 컴퓨터 백업(Pc Backup)의 기능이 있다.

메모리 데이터 뷰는 비휘발성 메모리에 저장된 데이터를 LCD로 조회하는 기능으로 비휘발성 메모리에 저장된 정보가 없을 경우는 도 3d 중 (어)와 같이 되며 존재할 때에는 도 3d 중 (저)와 양식으로 구성되는데 현재 보는 데이터의 유형에 따라 다른 모양으로 나타나고 상기 도 3d 중 (저)의 상태에서 이동키를 누르면 그에 상응한 리코드(Recode)로 이동하며 수치입력에 의해 원하는 인덱스(Index)로 직접 이동이 가능하다.

메모리 데이터 이레이즈는 새로운 측정 데이터를 비휘발성 메모리에 처음부터 기록할 수가 있는데 이를 위하여 사용되는 기능으로 이 기능을 사용한 이후부터는 데이터는 메모리의 처음부터 채워 나간다.

이러한 기능은 특수 목적일 경우 새로운 작업 조건에서 데이터를 기록하고자 할 경우 같은 곳에 유용하고 측정 기록된 데이터가 11,800개를 초과하면 이전 최근의 11,799의 데이터는 유지되고 가장 오래된 데이터 1개는 새로운 데이터로 교체되는 것이다.

컴퓨터 백업(Pc Backup)은 측정시 PC와 RS232로 링크 후 사용하는 것이 바람직하지만 PC가 없는 상태에서 측정을 했을 때 그 결과값을 다시금 PC로 전송하는 기능이다.

이러한 기능을 선택함에 앞서서 반드시 PC와 RS232 케이블을 연결한 상태에서 PC의 루미노미터 프로그램을 새로이 실행하여 놓아야 하고 이 기능이 정상적인 메뉴 조작후 선택이 되었을 때 도 3d 중 (처)와 같이 디스플레이 된다.

하이 볼트 모니터링 펑션(High Volt Monitoring Function)은 PMT 모듈에 인가되는 하이 볼트를 확인하는 기능이다.

이하, 환경에서 설정된 값들에 따라 여러 가지 형태의 측정이 이루어지게 되는데 모드별로 설명한다.

STD Mode는 RUN 키를 누르면 도 3d 중 (커)와 같은 화면이 디스플레이되고주어진 3초의 지연 후 도 3d 중 (터)와 화면으로 바뀌며 주어진 6초 동안의 Integrate를 주어진 RLU Make 개수만큼 반복 후 도 3e 중 (퍼)의 결과를 만든다.

상기 설명은 Blank 값을 사용하는 경우이고 Blank Make Number의 값이 0일 경우에는 [B]표시가 없다.

DLR Mode는 RUN키를 누르면 도 3e 중 (허)가 되고 메시지에 표시된 것과 같이 스텐다드 셈플을 넣은 후 RUN키를 누르면 도 3e 중 (겨)가 되고 주어진 Delay Time 만큼의 지연후 Integrate 시간동안 샘플 후 스텐다드 측정 종료 후 도 3e 중 (녀)가 된다.

메시지에 표시된 것과 같이 Control Sample를 넣은 후 RUN 키를 누르면 도 3e 중 (뎌)가 되며 RUN 키를 누르면 도 3e 중 (뎌)가 되고 Delay Time 만큼의 지연후 Integrate 시간동안 Sample 후 Control 측정 종료 후 두 값에 대한 결과를 도 3e 중 (려)와 같이 표현하고 상기 도 3e 중 (려)는 스텐다드에 대한 Control 비율이다.

Continue Mode는 Continue Mode 선택 후 RUN키를 누르면 도 3e 중 (며)가 되고 Delay 후 도 3e 중 (벼)가 되는데 0.5초 마다의 Sampleing 값을 표시한다.

끝으로 Saturation Detect는 과도한 고압의 발생이나 과다한 광량의 유입으로 인한 PMT 모듈의 파손을 방지하기 위하여 일정값 이상이 되면 Saturaion Detect 회로에서 이를 Detect하게 되는데 이와같은 상황 발생시 도 3e 중 (셔)와 같이 된다.

이때, 덮개가 열려 있을 때는 덮개를 닫고 STOP키나 RUN, MENU 키를 누르면다시 측정할 수 있는 상태로 복귀되지만 덮개가 닫혀 있음에도 발생될 경우에는 측정물에서 발광량이 과다한 경우이므로 MENU 키를 눌러서 Sensitivity를 Down시켜야 하고 측정값이 9900 이상이 되지 않게 조정한다.

또한, 본 발명을 운영하기 위한 윈도우 응용프로그램을 설치하고 본 발명의 응용프로그램과 호환을 이루는 엑셀 프로그램을 설치하여 측정결과를 디스플레이하는 것이다.

도 4 또는 도 5는 하드웨어와 소프트웨어를 기반으로 측정한 결과를 나타낸 것이고 이하 그 측정 내용 설명하면 하기와 같다.

도 4는 바람직한 실시예의 유전공학적으로 변형된 발광성 대장균을 이용하여 에탄올 독성 검증 그래프로 본 발명에서 발현된 효소가 기질을 분해할 때 발생하는 발광(luminescence)을 측정한 장치로 본 장치의 민감도 및 반응성을 살펴보기 위하여 생물학적 발광(bioluminescence)을 발하는 유전공학적으로 변형된 대장균을 이용하여 독성물질에 대한 반응성을 확인한 것으로 도 4를 보면 에탄올을 이용하여 서로 다른 농도에서의 유전자 변형 대장균의 발광량을 조사한 것이다.

에탄올로 인한 독성이 증가할수록 대장균의 빛의 양이 감소하는 것을 확인하고 따라서 증가하는 에탄올 농도에 따라 감소하는 빛의 양을 본 발명을 통해 개발된 루미노미터가 민감하게 측정하는 것을 확인한 것이다.

도 5는 바람직한 실시예의 유전공학적으로 변형된 발광성 미생물을 이용하여 연속적으로 모니터링한 그래프로 본 발명에서는 intergration time을 조절하여 연속적으로 발생하는 발광(luminescence)의 양을 측정할 수 있게 되어 있는데intergration time을 2초간 주고 18분간 발생하는 빛의 양을 측정한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이 연속적으로 세포의 안정화되는 조건을 탐지한 후 4분정도 지난후 에탄올 4％를 주입하였더니 일정한 빛의 감소가 나타나는 것을 확인할 수 있으므로 본 발명을 통해 개발된 루미노미터의 경우 실재 현장에서의 측정 뿐만 아니라 연속적으로 환경 독성 변화를 모니터링하는데도 응용가능한 것이다.

이상 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 민감도, 잡음, 안정도가 향상되는데 그 이유는 다음과 같다.

종래의 루미노미터는 PMT로부터의 전류출력을 전류 전압 변환하여 아날로그 디지털 변환기로 변환후 MCU에서 처리 하였는데 본 발명에서 사용된 것은 아날로그 디지털 변환기의 분해능이 18Bit를 넘지 않고 PMT로부터의 전류출력을 전류 전압 변환후 다시금 전압 주파수 변환을 하여 MCU에 공급하는데 전압 주파수 변환의 심플링 주파수를 1㎒까지 사용함으로 종래의 방법에 비하여 5배정도의 향상된 분해능을 가지게 되었고 챔버의 온도를 일정하게 유지시켜주는 기능이 있어 민감도, 안정도, 잡음이 개선되었다.

도 6은 바람직한 실시예의 루미노미터 조립도로 상기 설명한 하드웨어 및 소프트웨어로 본 발명을 제작한 루미노미터을 도시한 것으로 액정디스플레이(33), 키패드(35), 모터(34), 메인 PCB(36), 본체(37), PMT 센서 홀더(38), PMT 센서(39), 셔터(40), 샘플 챔버(41), 샘플 어뎁터(42), 샘플 튜브 홀더(45), 도어 흰지(43), 도어(44), 인적션 샘플 홀더(46)로 구성되어 본 발명을 형성한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 루미노미터의 경우는 현장에서 신속 간편하게 적용이 가능한 소형 제품이기 때문에 상업화를 통하여 국내는 물론 외국으로 수출도 가능하고 뿐만 아니라, 주입기 부위의 수동식 전환으로 기존에 개발된 루미노미터에 비해 경제적인 이점도 지니게 되며 따라서, 소형 루미노미터의 개발은 국내 수요 급증으로 인한 경제, 산업적 파급효과가 상당하리라 예상되며 환경오염현장 뿐만 아니라, 여러 가지 연구분야에 적용할 수 있는 효과가 있으므로 환경공학산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. PC의 통신포트와 연결되는 RS232 통신부(1)와; 조리개의 열림 및 닫힘 신호를 제어하여 광 포화로 인한 측정오차를 줄이는 모터 구동부(2)와; 상기 모터 구동부(2)가 구동할 수 있도록 제어와 데이터 전송하는 모터 드라이브(3)와; 시스템의 모든 상태를 제어하는 MCU 제어부(4)와; 시스템의 전원을 공급하는 전원부(5)와; 미생물활동을 계측하기 위한 프로그램 로직부(6)와; 측정중의 상태, 측정의 결과를 표시하는 LCD부(7)와; 고압의 리퍼런스 전압을 제어하는 A/D 컨버터부(8)와; 빛의 과다 노출 및 과다 증폭작용을 보호하기 위한 포화상태조절부(10)와; 고압 발생부를 모니터링하는 고전압 모니터부(11)와; 200V 내지 1200V까지 고압을 발생하는 고전압 발생부(12)와; 미약한 신호를 발생하는 PMT부(14)와 상기 PMT부(14)에서 발생된 신호를 증폭하여 PMT 신호 증폭부(13)으로 구성되는 루미노키터에 있어서,

   신호 절재부(16)부터의 광신호를 CPLD(21)에 맞는 주파수 형태로 변환되어 입력되고 미생물이 발광하는 빛의 양에 비례한 주파수가 V-F 변화부(28)와; 상기 V-F 변환부(28)의 입력 주파수를 측정하고 상기 MCU제어부(4)의 SRAM 인터페이스에 필요한 신호를 생성하고 측정된 데이터를 저장하는 RAM(19)과 결속되는 CPLD(Complex Programmable Logic Device 22)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 신형 루미노미터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 CPLD는 논리구현을 IC 칩으로 집적화한 것을 특징으로 한 신형 루미노미터.
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