KR101036519B1 - 생물막 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

생물막의 형성을 생물막 성장에 영향없이 실시간으로 모니터링할 수 있는 생물막 측정 방법에 있어서, 제1 생물막을 성장시키고, 제1 생물막을 성장시키는 동안 전기화학적 임피던스 분광법을 이용하여 제1 생물막의 임피던스를 측정하여 복수의 임피던스 데이터를 얻는다. 제1 생물막의 임피던스에 대응하여 제1 생물막의 미생물량을 측정하여 복수의 미생물량 데이터를 얻는다. 복수의 임피던스 데이터와 복수의 미생물량 데이터를 대응시켜 임피던스-미생물량 데이터를 얻는다. 제2 생물막의 임피던스를 측정하고, 임피던스-미생물량 데이터를 이용하여 임피던스에서의 제2 생물막의 미생물량을 도출한다. 따라서, 전기화학적 임피던스 분광법을 이용하여 임피던스-미생물량 데이터를 얻음으로써, 생물막의 임피던스 측정만으로 생물막의 형성 정도를 생물막 성장에 영향 없이, 실시간 및 정량적으로 모니터링 할 수 있다.

Description

생물막 측정 방법{Method of detecting a biofilm}
본 발명은 생물막 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생물막(biofilm) 형성에서 나타나는 저항 및 전기용량의 변화를 이용하여 생물막을 측정하는 방법에 관한 것이다.
수중 환경에서의 부유 미생물은 고체 표면에 흡착하여 생물막이라는 3차원 군집체를 형성한다. 생물막은 산업용 배관, 상하수도, 정수기, 공기 정화시설, 생활용품등 미생물이 접근할 수 있는 모든 종류의 인공 시설물과 카테터(catheter), 각종 삽입 보형물(implant), 인공장기 같은 의·치과 의료기구에서도 형성된다. 상수관망의 배관 표면에 흡착된 미생물은 수돗물의 2차 오염을 발생시키고, 수인성 질병을 발생시키는 원인이 된다. 또한, 생체 내에서는 만성 염증의 주된 원인이 되며, 전체 감염성 질환의 65% 정도가 생물막에 의한 것으로 추산되고 있다. 또한, 치아와 잇몸 표면의 생물막은 충치, 치은염, 치주염 등 구강 질환의 가장 큰 원인으로 보고되고 있다.
특히, 생물막 미생물은 상기 부유 미생물에 비해 항생제, 소독제 등에 강한 저항력을 가지고 있고, 생물막의 형성이 인간이 접근하기 어려운 배관 등에 형성되 기 때문에 효과적인 제어가 어렵다. 또한, 생물막은 형성되는 표면 특성에 따라 다양한 구조로 형성되며, 상기 형성된 생물막의 구조에 의해 생물막의 생리학적 특성이 다르게 나타난다. 이에 따라, 상기 생물막의 효과적인 제어를 위하여, 생물막의 형성 및 성장에 대한 정확한 정보 획득이 필요하다.
상기 생물막의 효과적인 제어를 위한 선행 단계로서, 우선 생물막의 측정 방법들이 생물학적 방법 및 물리·화학적 방법으로 다양하게 연구되고 있다. 예를 들어, 생물막 형성에 따른 이미지를 적외선 및 핵자기 공명 장치를 활용하여 분석하는 이미지 분석법, 탁도 등의 광학적 변화를 광섬유 장치를 이용하여 분석하는 광 분석법 및 열전달 정도를 측정하여 분석하는 광음향 분광법 등 다양한 접근 방식으로 발전되고 있다.
그러나, 상기와 같은 생물막 측정 방법을 사용하는 경우에도, 생물막 측정시 생물막 성장에 영향을 미치거나, 측정 한계가 매우 높기 때문에 생물막 측정 장비에 실제 적용하기에는 어려움이 있다. 또한, 생물막이 미생물에 흡착에 의한 종합적인 생물학적 현상임에도 불구하고, 의학, 치의학, 약학 등의 임상 분야와 토목, 건축, 재료, 환경 등의 다양한 공학 분야에서 분산적으로만 연구가 진행되어, 다양한 학제 분야에서 통용될 수 있으면서, 쉽고 간편한 생물막 측정 방법이 요구된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 쉽고 간편하며, 생물막 성장에 영향을 주지 않으면서 생물막의 성장을 모니터링할 수 있는 생물막 측정 방법을 제공하는데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일 실시예에 따른 생물막 측정 방법은 제1 생물막을 성장시키고, 상기 제1 생물막을 성장시키는 동안, 전기화학적 임피던스 분광법을 이용하여 상기 제1 생물막의 임피던스를 측정하여 복수의 임피던스 데이터를 얻는다. 또한, 상기 제1 생물막의 임피던스에 대응하여 상기 제1 생물막의 미생물량을 측정하여 미생물량 데이터를 얻는다. 그런 다음, 상기 복수의 임피던스 데이터와 상기 복수의 미생물량 데이터를 대응시켜 임피던스-미생물량 데이터를 얻는다. 제2 생물막의 임피던스를 측정하고, 상기 임피던스-미생물량 데이터를 이용하여 상기 제2 생물막의 임피던스에서의 제2 생물막의 미생물량을 도출한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 생물막 및 제2 생물막은 도전체 위에서 성장된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 임피던스 데이터는 상기 제1 생물막의 전기용량 변화를 나타내는 제1 임피던스 데이터를 포함하고, 상기 전기용량 변화를 나타내는 상기 제1 임피던스 데이터는 1mHz 내지 99Hz의 주파수를 이용하여 측정한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 임피던스 데이터는 상기 제1 생물막의 저항 변화를 나타내는 제2 임피던스 데이터를 포함하고, 상기 저항 변화를 나타내는 상기 제2 임피던스 데이터는 100Hz 내지 10kHz의 주파수를 이용하여 측정한다.
본 발명에 따르면, 생물막 성장에 따른 기준이 되는 임피던스-미생물량 데이터를 이용하여 다른 생물막의 임피던스에 따른 미생물량을 용이하게 도출할 수 있어, 생물막의 성장 정도를 실시간, 정량적으로 파악할 수 있다.
본 발명의 생물막 측정 방법에 따르면, 생물막의 성장에 따라 전극 반응이 변화를 보이는 특성을 이용하여 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 통해 생물막의 성장에 따른 임피던스 데이터 및 임피던스-미생물량 데이터를 획득할 수 있다. 따라서, 임의의 생물막을 형성한 미생물량을 임피던스의 측정만으로 상기 임피던스-미생물량 데이터를 이용하여 정량적으로 파악할 수 있다. 이때, 상기 임피던스-미생물량 데이터에서 상기 임피던스와 미생물량은 선형적인 관계를 가지므로, 상기 임의의 생물막로부터 측정된 임피던스를 상기 임피던스-미생물량 데이터에 대입시킬 때 상기 임의의 생물막의 미생물량을 용이하게 도출할 수 있다.
또한, 상기 생물막의 성장에 영향을 주지 않으면서 생물막의 미생물량을 파악할 수 있어, 생물막 성장의 실시간 모니터링이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 생물막 측정 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 생물막을 형성한 미생물 수의 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 제1 생물막(biofilm)을 성장시킨다(S10).
상기 제1 생물막은 미생물을 흡착시켜 형성한다. 예를 들어, 미생물을 배양 및 증식한 다음, 회분식 및 흐름식 반응기 내 전극막 표면 상에 미생물을 주입하면서 흡착시켜 제1 생물막(biofilm)을 형성할 수 있다. 상기 제1 생물막은 미생물의 성장에 의한 오염 정도를 확인하고자 하는 여러 가지 물질 표면 상에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 제1 생물막은 실제 사용되는 수도관 등에서 얻어진 시편의 표면 상에서 성장될 수도 있다.
예를 들어, 상기 미생물로 Psedomonas aeruginosa(이하, 'PA14'라 한다)를 사용하는 경우, PA14는 약 37℃의 온도 조건에서 배양시키고, 배지에 접종시켜 증식시킨다. 그리고, 상기 증식된 미생물은 102 내지 108 CFU/ml의 농도가 되도록 희석 조절하여 준비된다. 이때, 상기 미생물의 배양 및 희석에 사용되는 배지로는 Tryptic Soy Agar(TSA), Tryptic Soy Broth(TSB) 등을 들 수 있다.
이때, 상기 전극막의 재질로는 백금(Pt) 등의 도전체가 사용될 수 있다. 상기 전극막에는 상기 제1 생물막의 성장에 따른 전극 반응을 측정하기 위하여 반응기 외부의 전위차계(potentio stat)가 연결될 수 있다.
상기 제1 생물막을 성장시키는 동안, 전기화학적 임피던스 분광법(electrochemical impedance spectroscopy ; EIS)을 이용하여 상기 제1 생물막의 임피던스를 측정하여 복수의 임피던스 데이터를 얻는다(S20). 미생물의 흡착을 통한 생물막의 형성시, 이온성 대사 산물(ionic metabolites) 및 세포 외 고분자 물질(extracellular polymeric substance; EPS)을 분비하여, 전기화학적 물성 변화를 나타낸다. 따라서, 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 이용하여 상기 이온성 대사 산물 및 고분자 물질 등의 미소 교류성분을 통한 전극 반응을 측정함으로써, 상기 제1 생물막의 성장 정도에 따라 상기 복수의 임피던스 데이터를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 임피던스 데이터는 상기 제1 생물막의 전기용량 변화(△capacitance, ㎌)를 나타내는 제1 임피던스 데이터 및 상기 제1 생물막의 저항 변화(△resistance, ㏀)를 나타내는 제2 임피던스 데이터를 포함한다. 상기 전기용량 변화를 나타내는 제1 임피던스 데이터는 상기 저항 변화를 나타내는 제2 임피던스 데이터 보다 낮은 주파수에서 측정하는 것이 바람직하다. 이는 전기용량과 저항의 특성 차이에 의해 적합한 측정 주파수가 다르기 때문이다. 예를 들어, 상기 전기용량 변화를 나타내는 제1 임피던스 데이터는 1mHz 내지 99Hz의 낮은 주파수를 이용하여 측정할 수 있으며, 상기 저항 변화를 나타내는 제2 임피던스 데이터는 100Hz 내지 10kHz의 높은 주파수를 이용하여 측정할 수 있다.
이어서, 상기 제1 생물막의 임피던스에 대응하여 상기 제1 생물막의 미생물량을 측정하여 복수의 미생물량 데이터를 얻는다(S30).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 생물막의 미생물량은 도말 평판법(spread plate method)으로 측정할 수 있다. 즉, 상기 미생물은 일정한 면적에서 백금 전극에 부착된 미생물을 탈리시켜 미생물량을 확인할 수 있다. 이때, 형성된 제1 생물막은 초음파 처리 후 약간의 외부충격을 가하면 탈리될 수 있다. 또한, 부착 미생물을 물이나 기타 용매에 털어낼 때 용매의 pH가 달라질 경우 미생물이 죽거나 변화를 일으킬 수 있으므로 용매의 pH를 일정하게 유지시키는 것이 중요하다. 예를 들어, 상기 용매로 인산완충용액(phosphate buffered saline, PBS)을 1ml 정도로 사용할 수 있다. 상기와 같은 방법을 통해, 상기 제1 생물막의 성장 시간에 따른 상기 제1 생물막의 미생물량을 나타내는 복수의 미생물량 데이터를 얻을 수 있다.
다음으로, 상기 복수의 임피던스 데이터와 상기 복수의 미생물량 데이터를 대응시켜 임피던스-미생물량 데이터를 얻는다(S40). 즉, 상기 제1 생물막의 형성 시간에 따라 각기 측정된 상기 복수의 임피던스 데이터 및 상기 복수의 미생물량 데이터로부터 임피던스-미생물량 데이터를 얻을 수 있으며, 상기 복수의 임피던스 데이터를 x축으로 하고, 상기 복수의 미생물량 데이터를 y축으로 하는 임피던스-미생물량 그래프로 도식하는 등의 방법으로, 특정 임피던스에 대응되는 특정 미생물 량을 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 임피던스-미생물량 데이터는 상기 제1 임피던스 데이터를 이용한 전기용량-미생물량 데이터 및 상기 제2 임피던스 데이터를 이용한 저항-미생물량 데이터를 포함한다.
다음으로, 제2 생물막의 임피던스를 측정한다(S50). 상기 제2 생물막은 실험적으로 얻어진 임피던스-미생물량 데이터를 이용하여, 임피던스를 측정함으로써 미생물량을 알고자 하는 대상이다. 따라서, 상기 제2 생물막은 실제 사용되는 수도관 등에서 성장된 생물막으로부터 얻어진 것일 수 있으며, 제1 생물막이 성장되는 기재와 동일한 기재 상에서 성장되는 것이 바람직하다. 상기 제2 생물막의 임피던스 측정시, 주파수 영역에 따라 전기용량 또는 저항을 얻을 수 있다.
이어서, 상기 임피던스-미생물량 데이터를 이용하여 상기 제2 생물막의 임피던스에서의 제2 생물막의 미생물량을 도출한다(S60). 상기 측정을 통해 얻어진 제2 생물막의 임피던스, 전기용량, 저항 등을 제1 생물막으로부터 얻어진 임피던스-미생물량 데이터, 전기용량-미생물량 데이터, 상기 저항-미생물량 데이터 등과 비교하여 제2 생물막의 미생물량을 추정할 수 있다. 따라서, 미생물량을 실제로 계수하지 않고도, 간편하게 측정된 임피던스로부터 미생물량을 도출해낼 수 있다. 이에 따라, 상기 도출된 미생물량을 통해 상기 제2 생물막의 성장 정도를 정량적으로 분석할 수 있다.
실시예
미생물로 PA14를 배양 및 증식한 다음, 회분식 및 흐름식 반응기에 일정 농 도로 주입시켜 형성하였다. 구체적으로, 먼저, 상기 PA14를 Tryptic Soy Agar(TSA) 배지 위에서 백금링으로 스트리킹(streaking)하고, 37℃에서 48시간 배양시킨 후, Tryptic Soy Broth(TSB) 배지에 접종시켜 37℃, 110rpm 조건에서 18시간 증식시켜 준비한 다음 102 내지 108 CFU/ml의 농도가 되도록 희석 조절하였다. 그런 다음, 상기 희석 조절된 미생물을 상기 회분식 및 흐름식 반응기에 일정 농도로 주입시켜 백금(Pt) 전극막 상에 형성시켰다. 계속해서, 상기 백금 전극막에 연결된 전위차계(Model 2273A, Princeton Applied Research, USA)로부터 공정 시간에 따른 복수의 임피던스 데이터를 측정하였다.
도 2는 높은 주파수 영역에서의 제1 생물막이 형성하는 공정시간에 따른 복수의 임피던스 데이터를 나타낸 그래프이다. 도 2에 있어서, "△"값들은 생물막의 형성 초기부터 2 시간 동안 20분 간격으로 약 10kHz의 주파수 조건에서 측정한 복수의 임피던스 데이터이며, "●"값들은 상기 복수의 임피던스 데이터에 대응하여 측정된 미생물량을 나타내는 복수의 미생물량 데이터이다. 여기서, 상기 복수의 임피던스 데이터는 제1 생물막의 전기용량 변화(△capacitance, ㎌)를 나타내는 제1 임피던스 데이터이다.
도 2를 참조하면, 상기 제1 생물막의 형성 시간 동안 전기용량 변화를 나타내는 제1 임피던스 데이터는 반응 초기 13분까지 급격히 증가되었고, 13분에 약 0.22㎌로 최고값을 가진 다음 서서히 감소되었다. 또한, 미생물량 데이터는 반응 초기 13분까지 급격히 증가하다가 감소되어 상기 제1 임피던스 데이터와 유사한 패 턴을 나타내었다. 이를 통해, 상기 제1 생물막의 형성 공정에서의 전기용량 변화는 제1 생물막의 형성시 흡착되는 미생물량의 변화와 상관 관계를 가짐을 확인할 수 있다.
도 3은 낮은 주파수 영역에서의 제1 생물막이 형성하는 공정시간에 따른 복수의 임피던스 데이터를 나타낸 그래프이다. 도 3에 있어서, "◇"값들은 생물막의 형성 초기부터 2시간 동안 20분 간격으로 약 100mHz의 주파수 조건에서 측정한 복수의 임피던스 데이터이며, "●"값들은 상기 복수의 임피던스 데이터에 대응하여 측정된 미생물량을 나타내는 복수의 미생물량 데이터이다. 여기서, 상기 복수의 임피던스 데이터는 제1 생물막의 저항 변화(△resistance, ㏀)를 나타내는 제2 임피던스 데이터이다. 그리고, 상기 제1 생물막은 주파수 조건을 제외하고는 상기 도 2에서와 동일한 방법으로 형성된다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 생물막의 형성 시간 동안 저항 변화를 나타내는 제2 임피던스 데이터는 반응 초기부터 마이너스 경향을 보이며, 공정 시간 50분에 약 -5.5㏀으로 최저값을 가진 다음 다시 증가되는 것으로 나타났다. 이때, 미생물량 데이터는 반응 초기 13분까지는 급격히 증가되다가 50분에 피크를 이룬 후 서서히 감소되고 있어 상기 제2 임피던스 데이터와 서로 상반된 관계를 갖는 것으로 나타났다. 그러나, 상기 제2 임피던스 데이터와 상기 미생물량 데이터는 급격한 데이터 변화를 보이는 공정 시간이 유사하고, 피크점을 도달되는 시간도 동일하므로, 상기 제1 생물막의 형성 공정에서의 저항 변화는 제1 생물막의 형성시 흡착되는 미생물량과 역 상관 관계를 가지는 것을 알 수 있다.
여기서, 상기 전기용량-미생물량 데이터는, 상기 도 2에서 도시된 바와 같이, 상기 제1 생물막의 전기용량 변화를 나타내는 제1 임피던스 데이터와 미생물량 데이터 사이에 유사한 경향을 보였다. 따라서, 상기 전기용량에 대한 미생물량 변화는 선형적인 증가관계로 나타낼 수 있다.
반면, 상기 저항-미생물량 데이터는, 상기 도 3에서 도시된 바와 같이, 상기 제1 생물막의 저항 변화를 나타내는 제2 임피던스 데이터와 상기 미생물량 데이터 사이에 서로 상반된 경향을 보였다. 특히, 상기 제2 임피던스 데이터가 -1㏀ 이상의 조건과 -1㏀ 미만의 조건으로 구분할 경우, 상기 구분된 저항-미생물량 데이터에서는 각기 제1 생물막의 형성 시간에 따라 선형적인 감소 관계로 나타낼 수 있다.
본 발명에서는, 상기 저항-미생물량 데이터를 상기 저항 변화를 나타내는 제2 임피던스 데이터를 -1㏀ 이상, 0㏀ 이하의 조건 및 -6㏀ 이상, -1㏀ 미만의 조건으로 구분할 때 각각 선형적인 감소 관계를 갖는 저항-미생물량 그래프로 도시할 수 있다.
상기 저항-미생물량 데이터에 있어서의 상기 저항 변화는, 미생물의 대사 활동을 통한 전도도 증가 현상에 따른 저항의 감소와 미생물 흡착에 따른 저항 증가가 동시에 관련이 있다. 즉, 상기 저항 변화를 나타내는 제2 임피던스 데이터가 -1㏀ 이상인 조건에서는, 미생물량이 적은 편이나 저항 변화가 증가되고 있어, 미생물의 대사 활동보다는 흡착 작용이 더 컸음을 알 수 있다. 반면, 제2 임피던스 데이터가 -1㏀ 미만의 조건에서는, 미생물량은 많은 편이나 저항 변화가 큰 감소를 보여, 미생물의 대사 활동이 흡착 활동에 비해 활발한 것을 알 수 있다.
도 4는 도 2에서의 제1 임피던스 데이터에 따른 미생물량 데이터를 나타내는 전기용량-미생물량 데이터를 도식한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 상기 전기용량-미생물량 데이터를 도식한 그래프로부터 기울기가 약 0.9862이고 y절편이 약 6.322로그(log/cm2)인 제1 기준선(I)(y1 = 0.9862x + 6.322로그, R2=0.6429)이 계산된다. 이에 따라, 전기용량의 변화는 흡착 미생물의 수가 약 6로그(log/cm2) 이상인 경우 미생물의 흡착에 기인하고, 전극막 표면에 흡착한 미생물 수와 선형 관계를 가짐을 확인할 수 있다.
도 5는 도 3에서의 제2 임피던스 데이터에 따른 미생물량 데이터를 나타내는 저항-미생물량 데이터를 도식한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 상기 저항-미생물량 데이터를 도식한 그래프로부터 저항 변화를 나타내는 제1 임피던스 데이터 -1㏀을 기준으로, -1㏀ 이상에서는 기울기가 -4.9101이고 y절편이 0.5036로그(log/cm2)인 제2 기준선(Ⅱ)(y2 = -4.9101x + 0.5036로그, R2=0.7878)이 계산되고, -1㏀ 미만에서는 기울기가 -1.2107이고 y절편이 3.0973로그(log/cm2)인 제3 기준선(Ⅲ)(y3 = -1.2107x + 3.0973로그, R2=0.8283)이 계산된다. 상기 저항-미생물량 데이터로부터, 제1 생물막의 저항 변화는 미생물의 대사 활동 및 미생물 흡착과 관련되며, 미생물의 대사 활동에 의한 전도도 증가 로 저항이 감소되는 현상 및 미생물 흡착으로 인한 저항의 증가 현상이 동시에 나타나고 있음을 확인할 수 있다.
실험을 통해 나타난 바와 같이, 미생물량과 전기용량, 저항 사이에 선형 관계를 가질 수 있으며, 따라서, 생물막의 전기용량, 저항을 측정함으로써 미랭물량을 용이하게 정량화하는 것이 가능함을 알 수 있다.
상기와 같이, 생물막의 전기화학적 반응을 이용하여 측정된 임피던스-미생물량 데이터를 도출함으로서, 임의의 생물막의 임피던스만을 측정하여 상기 임피던스-미생물량 데이터로부터 상기 임의의 생물막의 미생물량을 용이하게 파악해낼 수 있다. 또한, 상기 임의의 생물막을 형성한 미생물량의 정량적인 정보를 얻을 수 있어, 실시간적 생물막 형성 모니터링도 가능할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 생물막 측정 방법에 따르면, 생물막의 성장에 따라 전극 반응이 변화를 보이는 특성을 이용하여 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 통해 생물막의 성장에 따른 임피던스 데이터 및 임피던스-미생물량 데이터를 획득할 수 있다. 따라서, 임의의 생물막을 형성한 미생물량을 임피던스의 측정만으로 상기 임피던스-미생물량 데이터를 이용하여 정량적으로 파악할 수 있다. 또한, 상기 생물막의 성장에 영향을 주지 않으면서 생물막의 미생물량을 파악할 수 있어, 생물막 성장의 실시간 모니터링이 가능하다.
따라서, 미생물의 종류, 성장 환경 등을 조절하여 임피던스-미생물량 데이터를 얻는 경우, 가정, 산업현장, 연구소 등에서 간편하고 정확하게 미생물량을 측정 하는 것이 가능하다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 특허의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 특허를 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 생물막을 형성한 미생물 수의 측정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 높은 주파수 영역에서의 제1 생물막이 형성하는 공정시간에 따른 복수의 임피던스 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 3은 낮은 주파수 영역에서의 제1 생물막이 형성하는 공정시간에 따른 복수의 임피던스 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 2에서의 제1 임피던스 데이터에 따른 미생물량 데이터를 나타내는 저항-미생물량 데이터를 도식한 그래프이다.
도 5는 도 3에서의 제2 임피던스 데이터에 따른 미생물량 데이터를 나타내는 저항-미생물량 데이터를 도식한 그래프이다.

Claims (4)

  1. 제1 생물막을 성장시키는 단계;
    상기 제1 생물막을 성장시키는 동안, 전기화학적 임피던스 분광법을 이용하여 상기 제1 생물막의 임피던스를 측정하여 상기 제1 생물막의 전기용량 변화를 나타내는 제1 임피던스 데이터 및 상기 제1 생물막의 저항 변화를 나타내는 제2 임피던스 데이터를 포함하는 복수의 임피던스 데이터를 얻는 단계;
    상기 제1 생물막의 임피던스에 대응하여 상기 제1 생물막의 미생물량을 측정하여 미생물량 데이터를 얻는 단계;
    상기 복수의 임피던스 데이터와 상기 복수의 미생물량 데이터를 대응시켜 임피던스-미생물량 데이터를 얻는 단계;
    제2 생물막의 임피던스를 측정하는 단계; 및
    상기 임피던스-미생물량 데이터를 이용하여 상기 제2 생물막의 임피던스에서의 제2 생물막의 미생물량을 도출하는 단계를 포함하는 생물막 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 생물막 및 제2 생물막은 도전체 위에서 성장되는 것을 특징으로 하는 생물막 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 임피던스 데이터 중에서 상기 전기용량 변화를 나타내는 상기 제1 임피던스 데이터는 1mHz 내지 99Hz의 주파수를 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 생물막 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 임피던스 데이터 중에서 상기 저항 변화를 나타내는 상기 제2 임피던스 데이터는 100Hz 내지 10kHz의 주파수를 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 생물막 측정 방법.
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