KR101138642B1 - 유전 영동을 이용한 병원성 미생물 검침시료 전처리장치 및방법 - Google Patents

유전 영동을 이용한 병원성 미생물 검침시료 전처리장치 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미생물 검침 시료 전처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 식품 및 환경에서의 ATP 생체발광법을 이용한 미생물 검침방법에서 흔히 나타나는, 외부 ATP에 의한 검침 장애를 제거하고, 미생물만에 의한 오염도를 정확하게 측정하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 마이크로 크기의 미세 유로와 그 내부의 금속 전극으로 전처리장치를 구성하여, 미생물은 전기적 원리를 이용하여 포집하고, 미생물이 아닌 검침에 장애가 되는 물질을 제거하여, 미생물 검침 반응 시 미생물만 확인할 수 있도록 하며, 그 전처리 방법은, 전처리가 필요한 시료를 흘려 보내주는 미세 유로의 내부에 위치한 금속 전극에 전압을 인가하여, 특정 미생물을 잡기 위한 유전영동(dielectrophoresis) 현상을 일으키며, 이 유전영동 현상에 따른 전기적 힘을 이용하여 미생물이 전극의 상단부로 포집이 되는 현상을 이용한 것이다.
ATP 생체발광, 미생물 전처리, 미세 유로, 전극, 유전영동,

Description

유전 영동을 이용한 병원성 미생물 검침시료 전처리장치 및 방법{Microfluidic pre-treatment device and method for detecting intracellular ATP of pathogenic microbe using DEP}
본 발명은 미생물 검침시료 전처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 ATP(adenosine triphosphate) 생체발광법을 이용한 미생물 측정 시 외부 ATP에 의한 방해를 받지 않고 병원성 미생물의 ATP만을 검침할 수 있도록 한 유전영동법(Dielectrophoresis)과 미세유로를 이용한 시료 전처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.
미생물 발견 방법에는 여러가지가 있으나, 그 중에서 미생물의 대사산물인 ATP를 이용하는 방법이 꾸준히 이용되고 있으며, 현재 ATP에 의한 생체발광의 원리를 이용하는 제품들이 시판되고 있다.
기본 원리는 개똥벌레(Firefly)가 가지고 있는 루시페린(Luciferin) 분자와 루시페라아제(Luciferase) 효소를 이용하여, 도 1에 도시된 바와 같이 ATP와 생체 발광 반응(Bioluminescence reaction)을 진행시키며, 반응시 약 560nm에서 peak을 보이는 빛이 발생하게 된다.
그러나 이 ATP에 의한 미생물 측정법은 미생물의 ATP와 외부의 ATP를 구별할 수 있는 능력이 없다. 미생물에 의한 오염도 측정에 있어서 이 미생물의 ATP와 외부의 ATP를 구별해야 하는 것은 매우 중요한 사항이다. 식품 및 식품 조리 도구 등에 있어 음식물에 존재하는 ATP가 미생물의 ATP와 구별이 되지 않는 경우에는, 즉, 외부 ATP가 존재하는 상태일 때는 미생물이 존재 하지 않음에도 미생물이 있다고 판단해 버릴 수 있다.
이런 외부 ATP로 인한 ATP 검사법의 측정 실패를 막기 위해서, 효소를 이용하여 외부 ATP를 제거해 주는 방법이 개발되어 왔다. 효소를 이용한 외부 ATP 제거법은 ATP를 탈 인산화 과정을 통해 ADP(adenosine diphosphate), AMP (adenosine monophosphate)로 산화시키거나 혹은 ITP(inosine triphosphate)와 같은 이노신 유도체로 분해시켜 주는 역할을 한다.
그러나 이런 효소를 이용한 외부 ATP제거법은, 효소의 비싼 가격으로 인해 경제성이 없으므로 제품화하기에 어렵다.
그리고 효소는 온도, 농도, pH 등의 다양한 조건들이 활성에 영향을 미친다. 따라서 이러한 여러 가지 조건들 중에 하나라도 적합한 상태가 되지 않으면, 효소에 의한 ATP 분해는 일어날 수 없다. 따라서 환경적 제약을 받는 것 역시 효소법을 이용한 전처리 방법의 문제점이다.
또한 외부 ATP를 제거한 후에 이들 효소가 남아있는 상태에서 ATP 검사법을 진행할 수밖에 없으므로, ATP 생체 발광 검사시에 잔류하는 효소에 의해서 미생물 내부의 ATP 역시 분해될 수 있다는 단점이 있다.
따라서, 적은 비용으로 다양한 조건의 환경 하에서도 외부 ATP를 제거하며, 내부 ATP에 대한 영향을 주지 않는 전처리 기술 및 기기의 개발이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 식품과 같은 외부 ATP가 많은 환경에서 ATP 생체 발광법을 이용한 미생물 시료의 전처리과정에서 유전 영동의 원리와 미세 유로를 이용하여 최소량의 시료를 전처리할 수 있도록 함으로써, 비용 절감이 가능한 미생물 검침 시료 전처리장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 외부 조건에 관계없이 실시간으로 정확하게 미생물을 외부의 ATP와 분리시킬 수 있도록 한 미생물 검침 시료 전처리장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, ATP 생체 발광법을 이용한 미생물 측정시 사용되는 미생물 검침 시료의 전처리장치에 있어서, 칩의 내부에 시료의 주입구와 배출구가 연설된 미세 유로를 형성하고 상기 미세 유로의 내부에 금속 전극을 구비한 형태의 바이오 칩으로 구성되어, 상기 미세 유로 상에서 시료 유체의 외부 ATP와 병원성 미생물을 분리해내는 전처리부;를 포함하는 미생물 검침 시료 전처리장치이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, ATP 생체 발광법을 이용한 미생물 측정시 사용되는 미생물 검침 시료의 전처리장치에 있어 서, 한 표면에 금속 전극을 증착시켜 형성한 글라스 웨이퍼와, 칩의 내부에 시료 유체의 주입과 배출을 위한 주입구와 배출구가 연설된 미세 유로를 형성한 바이오 칩으로 구성되되, 상기 금속 전극이 상기 미세 유로의 내부에 노출될 수 있도록 상기 글라스 웨이퍼 상에 상기 바이오 칩을 봉합하여, 상기 미세 유로 상에서 시료 유체의 외부 ATP와 병원성 미생물을 분리해내는 전처리부;를 포함하는 미생물 검침 시료 전처리장치이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 미세 유로의 내부에 금속 전극을 형성한 바이오 칩을 이용한 전처리방법에 있어서, 미세 유로 상에 시료 유체를 주입하고, 그 미세 유로 내의 금속 전극에 전압을 인가하여 금속 전극 위에 미생물을 포획하는 제1단계; 상기 금속 전극에 포획된 미생물을 제외한 외부 ATP를 미세 유로상에서 제거하는 제2단계;를 포함하는 미생물 검침 시료 전처리방법이다.
상기 본 발명의 미생물 검침 시료 전처리방법은, 상기 미세 유로에 미생물의 용해를 위한 용해 버퍼 용액을 주입하여 미생물 내부의 ATP를 분리시키는 제3단계; 상기 미생물 내부 ATP를 미세 유로의 배출구를 통해 수집하는 제4단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면 ATP 생체 발광법을 이용한 미생물 측정 시 필요한 미생물 시료의 전처리 과정을 효소를 사용하지 않고 미세 유로와 전기적 방법을 이용하여 실시할 수 있게 되므로, 전처리 비용을 절감할 수 있게 되는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 ATP 생체 발광법을 위한 미생물 시료의 전처리 과정 시 미세 유로 상에서 시료 유체의 외부 ATP와 병원성 미생물을 분리해낼 수 있게 되므로 최소양의 시료만을 이용하여 미생물 시료 전처리가 가능하게 되고, 따라서 미생물 측정 비용을 절감할 수 있게 하는 이점이 있다.
또한, 종래의 미생물 시료의 전처리 방법들이 효소를 이용하기 때문에 일정한 온도 및 pH의 환경 조건에서만 적용 가능한 것과는 달리, 본 발명은 어떠한 조건에서도 실시간으로 정확하게 미생물을 외부의 ATP와 분리시켜줄 수 있게 되므로, 정확한 미생물 시료 전처리가 가능하게 될 것이다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 또한, 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 미생물 검침 시료 전처리장치의 전체 구성을 예시한 개략도로서, 본 발명의 핵심 구성요소인 전처리부(100)와, 상기 전처리부에 미생물 시료를 주입하는 미생물 시료 주입부(200)와, 상기 전처리부에 전원을 인가하는 전원 공급부(300), 및 상기 전처리부에서의 검침 시료를 수집하는 시료 수집부(400)로 구성된다.
전처리부(100)는 미세 유로와 금속 전극을 이용하여 유전 영동(Dielectrophoresis)의 원리로 검침 시료의 외부 ATP와 병원성 미생물을 분리해 내는 기능을 하는 것으로, 이러한 전처리부의 설명은 도 3을 참고하여 상세히 후술하기로 한다.
미생물 시료 주입부(200)는 상기 전처리부(100)의 시료 주입구에 검침하고자 하는 미생물 시료를 주입하는 장치로 이루어진다.
전원 공급부(300)는 상기 전처리부(100)에 전원을 인가하는 전원 공급장치로서, 금속 전극에 교류 전압을 인가하는 장치로 이루어진다.
시료 수집부(400)는 상기 전처리부(100)의 시료 배출구에서 배출되는 외부 ATP 나 병원성 미생물을 수집하는 장치로 이루어진다.
도 3은 본 발명에 따른 미생물 검침 시료 전처리장치에서, 전처리부(100)의 한 구성예를 확대하여 도시한 사시도로서, 본 발명의 전처리부(100)가 글라스 웨이퍼(130)와, 상기 글라스 웨이퍼 위에 탑재된 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)(이하, 'PDMS'라 함)으로 구성되는 바이오 칩(150)으로 이루어진 예를 도시하고 있다.
도면으로는 예시되지 않았으나, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 전처리부(100)는, 칩의 내부에 시료의 주입구와 배출구가 연설된 미세 유로를 형성하고, 상기 미세 유로의 내부에 금속 전극을 구비한 형태의 바이오 칩(150)만으로도 구성 가능하다.
또한 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 전처리부(100)는, 도 3에 예시된 바와 같이 금속 전극을 한 표면에 증착시켜 형성한 글라스 웨이퍼(130)와, 칩의 내부에 시료 유체의 주입과 배출을 위한 주입구와 배출구가 연설된 미세 유로를 형성한 바이오 칩(150)으로 구성되되, 상기 금속 전극이 상기 미세 유로의 내부에 노출될 수 있도록 상기 글라스 웨이퍼(130) 상에 상기 바이오 칩(150)을 봉합한 형태이다.
상기 본 발명의 각 실시 형태에 의한 전처리부(100)는 기본적으로 ATP 생체 발광법에 의한 측정을 위해, 외부의 ATP를 미생물과 분리시켜 주며, 이러한 목적을 위해서 유전 영동 현상을 적용, 전기적으로 미생물들을 외부 ATP로부터 분리해내는 방법을 이용한다. 이를 위해 전처리부(100)는 바이오 칩(150) 내부에 형성되는 중간 유로(153)와, 상기 중간 유로에 연설되는 마이크로 크기의 미세 유로(113), 상기 미세 유로의 내부에 설치되는 마이크로 크기의 금속 전극(110)을 포함한다. 여기서 상기 전처리부(100)는 시료 유체가 들어올 수 있는 시료 주입구(151)와, 들어온 시료가 미세 유로 밖으로 나갈 수 있도록 상기 시료 주입구와 동일한 크기로 연설되는 시료 배출구(157)를 포함한다.
또한 상기 전처리부(100)는, 미세 유로와 동일한 높이를 가지고, 미세유로보다 큰 너비를 가지는 챔버(155)를 포함하고 있어, 이 챔버 내부에 일정한 부피의 시료양을 유지할 수 있도록 한다. 그리고 상기 챔버(155)의 바닥 부분에는 금속 전극(110)이 위치되고, 이 금속 전극은 유로 내부의 시료에 노출되어 있도록 구성한다. 예를 들면 상기 금속 전극은 금(Au)으로 구성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 전처리부(100)는 금속 전극(110)에 인가되는 교류전압에 의해 상기 챔버(155) 내에 전기장을 형성하여, 유전 영동(Dielectrophoresis) 현상에 의해 미세 유로 상에 존재하는 미생물을 포획할 수 있도록 함으로써, 그 미세 유로 상에서 시료 유체의 외부 ATP로부터 병원성 미생물 을 금속 전극(110)에 붙잡아 둘 수 있게 된다.
이때 전처리부(100)에 주입 가능한 미생물의 종류는 식품 혹은 식품 위생 기구에 존재하여 식중독 등의 질환을 일으키는 병원성 미생물들로서, 비브리오 콜레라균(Vibrio cholerae), 캄필로박터 식중독균(Campylobacter jejuni), 병원성 대장균(Escherichia coli O157:H7), 포도상구균(Staphylococcus aureus), 클로스트리디움 퍼프린전스(Clostridium perfringens), 살모넬라균(Salmonella) 등이 있다.
도 4는 본 발명에 의한 전처리장치에서 적용되는 유전 영동의 원리를 설명하기 위하여 도시한 개념도이다.
상기 유전 영동의 원리는 균일하지 않은 전기장 상에 입자가 존재할 때, 이 입자에 유도된 쌍극자 모먼트에 힘이 작용하는 현상을 이용하는 것으로서, 모든 입자는 이런 유전 영동 현상을 보이게 되며, 전기장이 밀한 부분으로 끌리는 것을 positive DEP, 전기장이 소한 부분으로 끌리는 것을 negative DEP 라고 한다. 따라서 이 DEP 현상을 이용하여 미생물을 붙잡아 두는 것이 가능하게 된다.
상기와 같이 병원성 미생물을 금속 전극에 붙잡아 둔 상태에서 이후에 시료 주입구(151)를 통해 증류수를 주입하게 되면 금속 전극에 의해 포획된 병원성 미생물을 제외한 외부 ATP가 시료 배출구(157)를 통해 외부로 배출될 수 있게 되고, 다시 시료 주입구(151)를 통해 세포 용해액(ATP releasing reagent 혹은 lysis buffer)을 주입하게 되면, 상기 금속 전극 위에 포획된 미생물의 세포 내부의 ATP가 세포 밖으로 유출될 수 있게 되므로, 검침 시료 내의 ATP가 시료 배출구를 통해 수집될 수 있게 된다.
도 5a는 본 발명에 따른 미생물 검침 시료 전처리장치에서, 금속 전극(110)이 PDMS 칩(150)의 챔버(155) 내부에 위치해 있는 상태에서의 평면사진이고, 도 5b는 도 5a의 금속 전극(110)의 일부분을 확대한 사진이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 금속 전극(110)은 손가락이 교차하고 있는 형상(interdigitated pattern)의 제1전극(110a)과 제2전극(110b)으로 구성되며, 이들 각각의 제1전극과 제2전극은 도 5b에 예시된 바와 같이 다수의 미세 전극(111)이 일정 간격으로 이격 배열되어 형성된다. 이때 상기 미세 전극(111)은 폭 50μm, 길이 3.4mm인 직사각형 형태인 것이 바람직하며, 각 미세 전극간의 간격은 50μm인 것이 바람직하다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 미세 유로와 금속 전극을 이용한 미생물 검침 시료 전처리방법을 설명하기 위하여 예시한 개념도로서, 도 6a는 미세 유로 상에 시료 유체를 주입하고, 그 미세 유로 내의 금속 전극에 전압을 인가하여 미세 유로의 금속 전극에 의해 미생물을 포획하는 제1단계를 예시한 PDMS 칩의 단면도이고, 도 6b는 금속 전극에 포획된 미생물을 제외한 외부 ATP를 증류수를 이용하여 미세 유로상에서 제거하는 제2단계를 예시한 PDMS 칩의 단면도이며, 도 6c는 미세 유로에 미생물의 용해를 위한 용해 버퍼 용액(ATP releasing reagent)을 주입하여 미생물 내부의 ATP를 분리시키는 제3단계를 예시한 PDMS 칩의 단면도이다.
상기와 같은 본 발명의 미생물 검침 시료 전처리방법은 상기 미생물 내부 ATP를 미세 유로의 배출구를 통해 수집하는 제4단계;를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
본 발명의 제1단계에서는 상기 금속 전극에 교류 전압을 가하여 유전 영동을 야기시키는 것으로, 상기 미세 유로 내에 형성된 금속 전극의 표면 상부에서 유전 영동의 원리를 이용하여 미생물을 금속 전극 위에서 포획할 수 있게 된다.
본 발명의 제2단계에서는 상기 미세유로의 주입구를 통하여 증류수를 주입하여 상기 미세 유로의 내부에 잔류하는 외부 ATP를 배출구로 밀어내 제거할 수 있게 된다.
본 발명에서 제3단계에서는 상기 금속 전극 위에 포획된 미생물을 용해 버퍼용액을 이용하여 세포 내부의 ATP를 세포 밖으로 유출시킬 수 있게 된다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 유전 영동을 이용하여 병원성 미생물 ATP만을 검침할 수 있는 전처리장치 및 그 방법은 다음과 같이 실시한다.
먼저, 시료 주입부(200)에서, PDMS 칩(150)의 시료 주입구(151)를 통해 외부 ATP와 미생물이 섞여있는 시료를 미세 유로의 내부로 주입한다.
다음으로는, 전원 공급부(300)에서, 금속 전극(110)의 제1전극(110a) 및 제2전극(110b)에 교류 전압을 가해주어 도 6a와 같은 유전 영동 현상이 일어나도록 한다. 이러한 유전 영동 현상은 미세 유로 내에 형성되는 전기장에 의해 미생물이 금속 전극(110) 쪽으로 이끌리는 힘이 작용하게 만들며, 따라서 미생물은 금속 전극(110)을 구성하고 있는 다수의 미세 전극(111)에 의해 효율적으로 포획되고 나머지 외부 ATP는 그대로 미세 유로를 통해 흘러 시료 배출구(157)쪽으로 진행하게 된다.
이후 시료 주입구(151)를 통해 미세유로의 내부로 증류수를 주입하게 되면, 미생물은 금속 전극(110)에 의해 포획되어 있게 때문에 외부 ATP가 포함되어 있는 시료가 시료 배출구 쪽으로 배출되면서 외부 ATP가 충분히 제거될 수 있게 된다. 이때 포획된 미생물은 그대로 금속 전극(110)을 구성하는 다수의 미세 전극(111) 에 의해 포집된 상태를 유지하게 된다.
상기와 같이 외부 ATP가 충분히 제거된 뒤에, 다시 시료 주입구(151)를 통해 미세 유로의 내부로 용해 버퍼 용액(ATP releasing reagent 또는 lysis buffer)을 주입하게 되면, 금속 전극(110)에 의해 포획된 미생물은, 시료 주입구를 통해 주입되는 ATP releasing reagent 또는 lysis buffer에 의하여 용해되며, 이때 용해되는 미생물 내부의 ATP가 외부로 흘러 나오게 되고, 이를 시료 배출구(157)를 통해 획득한다.
이렇게 획득한 미생물 내부 ATP를 이용하여, 외부 ATP가 제거된 상태로 순수한 미생물의 내부 ATP만을 가지고 ATP 생체 발광검사가 가능하게 된다.
도 7a와 도 7b는 본 발명에 의한 미생물 검침 시료 전처리장치 및 그 방법을 이용하여 미생물 시료의 전처리 실험을 실시한 후, ATP 생체 발광법을 사용하여 측정한 외부 ATP 및 미생물의 농도에 따른 광량의 관계 그래프이다. 이러한 실험을 위해 제작된 전처리장치는, 유로의 길이는 9 mm, 높이는 100 μm, 폭은 700 μm, 챔버의 크기는 4 mm x 5 mm x 100 μm이고, 금속 전극에 있어서, 미세 전극 길이는 3.4 mm, 높이는 4500 Å, 폭은 50 μm, 전극 간 간격은 50 μm이며, 외부 ATP와 미생물을 섞어서 외부 ATP가 제거되는가에 대한 실험을 아래와 같이 실시하였다.
실험에 사용된 대상 미생물은 Escherichia coli를 이용하였으며, 측정은 Kikkoman 社 의 Lucipac W kit와 Lumitester PD 10N을 이용하였다.
<실험예 1>
이 실험에서는 일정한 외부 ATP의 존재하에서 E.coli의 농도가 다양하게 존재할 때 외부 ATP를 제거하였다.
먼저, ATP가 10-8 M 의 농도(in D.I. water)로 일정한 5개의 샘플을 준비하고, 각각 E.coli를 2x104, 2x105, 2x106, 2x107, 2x108 (개/ml)의 농도가 되도록 준비하였다.
다음으로 전처리부를 이용하여 유속 10μl/분의 조건으로 10분 동안 외부 ATP를 제거한 후, 유속 20μl/분의 조건으로 10분 동안 세포 내부의 ATP를 획득하였다.
상기와 같이 획득한 ATP를 Kikkoman의 Lucipac W 와 Lumitester PD10N을 이용한 ATP 검사법으로 측정하였으며, 그 결과는 도 7a의 그래프와 같다.
이 결과 그래프에서는 외부 ATP의 농도(10-8 M)에 관계 없이 E.coli 농도에 따른 광량의 변화가 나타났음을 보이고 있으며, 이는 즉, 외부 ATP가 제거되었음을 나타낸다.
<실험예 2>
이 실험에서는 일정한 E.coli의 농도에서 ATP의 농도가 다양하게 존재할 때 외부 ATP를 제거하였다.
먼저, E.coli가 2x105 (개/ml)의 농도(in D.I. water)로 일정한 5개의 샘플을 준비하였고, 각각 ATP를 10-6, 10-7, 10-8, 10-9, 10-10 (M)의 농도가 되도록 준비하였다.
다음으로 전처리부를 이용하여 유속 10μl/분의 조건으로 10분 동안 외부 ATP를 제거한 후, 유속 20μl/분의 조건으로 10분 동안 세포 내부의 ATP를 획득하였다.
상기와 같이 획득한 ATP를 Kikkoman의 Lucipac W 와 Lumitester PD10N을 이용한 ATP 검사법으로 측정하였으며, 그 결과는 도 7b의 그래프와 같다.
이 결과 그래프에서는 외부 ATP의 농도에 관계 없이 일정한 E.coli 농도에 따른 일정한 광량이 나타났음을 보이고 있으며, 이는 즉 외부 ATP가 제거되었음을 나타낸다.
도 1은 ATP를 이용한 미생물 검사법의 기본 원리를 설명하기 위하여 예시한 생채발광반응 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미생물 검침 시료 전처리장치의 전체 구성을 예시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 미생물 검침 시료 전처리장치에서, 전처리부의 한 구성예를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 전처리장치에서 적용되는 유전 영동의 원리를 설명하기 위하여 도시한 개념도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 미생물 검침 시료 전처리장치에서, 금속 전극이 PDMS 칩의 챔버 내부에 위치해 있는 상태에서의 평면사진이고, 도 5b는 도 5a의 금속 전극의 일부분을 확대 예시한 사진이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 의한 미세 유로와 금속 전극을 이용한 미생물 검침 시료 전처리방법을 설명하기 위하여 예시한 개념도이다.
도 7a와 도 7b는 본 발명에 의한 미생물 검침 시료 전처리장치 및 그 방법을 이용하여 미생물 시료의 전처리 실험을 실시한 후, ATP 생체 발광법을 사용하여 측정한 외부 ATP 및 미생물의 농도에 따른 광량의 관계 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 전처리부 110: 금속 전극 110a : 제1전극
110b : 제2전극 111 : 미세전극 113 : 미세 유로
130: 글라스 웨이퍼 150 : PDMS 칩 151: 시료 주입구
153 : 중간 유로 155 : 챔버 157 : 시료 배출구
200 : 시료 주입부 300 : 전원 공급부 400 : 시료 수집부

Claims (28)

  1. ATP 생체 발광법을 이용한 미생물 측정시 사용되는 미생물 검침 시료의 전처리장치에 있어서,
    칩의 내부에 시료의 주입구와 배출구가 연설된 미세 유로를 형성하고 상기 미세 유로의 내부에 금속 전극을 구비한 형태의 바이오 칩으로 구성되어, 상기 미세 유로 상에서 시료 유체의 외부 ATP와 병원성 미생물을 분리해내는 전처리부를 포함하되,
    상기 전처리부는,
    상기 미세 유로 상에 시료 유체가 담길 수 있는 공간을 제공하고 상기 공간의 내부로 상기 금속 전극이 노출되는 챔버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  2. ATP 생체 발광법을 이용한 미생물 측정시 사용되는 미생물 검침 시료의 전처리장치에 있어서,
    칩의 내부에 시료의 주입구와 배출구가 연설된 미세 유로를 형성하고 상기 미세 유로의 내부에 금속 전극을 구비한 형태의 바이오 칩으로 구성되어, 상기 미세 유로 상에서 시료 유체의 외부 ATP와 병원성 미생물을 분리해내는 전처리부;
    상기 전처리부에 미생물 시료를 주입하는 미생물 시료 주입부;
    상기 전처리부에 전원을 인가하는 전원 공급부; 및
    상기 전처리부에서의 검침 시료를 수집하는 시료 수집부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 검침시료 전처리장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전처리부는,
    상기 미세 유로 상에 시료 유체가 담길 수 있는 공간을 제공하고 상기 공간의 내부로 상기 금속 전극이 노출되는 챔버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  4. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이오 칩은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 칩으로 구성된 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  5. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 전극의 재질은 금(Au)인 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  6. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전처리부는,
    상기 미세 유로 내에 형성된 금속 전극의 표면 상부에서 유전 영동의 원리로 미생물을 포획하여, 외부 ATP로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 전극에 교류 전압을 인가하여 유전 영동을 야기시키는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 금속 전극 위에 포획된 미생물의 세포 내부의 ATP를 세포 용해 버퍼용액을 이용하여 세포 밖으로 유출시키는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처 리장치.
  9. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 전극은 손가락이 교차하고 있는 형상의 제1전극과 제2전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1전극과 제2전극은 다수의 미세 전극이 일정 간격으로 이격 배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  11. ATP 생체 발광법을 이용한 미생물 측정시 사용되는 미생물 검침 시료의 전처리장치에 있어서,
    한 표면에 금속 전극을 증착시켜 형성한 글라스 웨이퍼와, 칩의 내부에 시료 유체의 주입과 배출을 위한 주입구와 배출구가 연설된 미세 유로를 형성한 바이오 칩으로 구성되되,
    상기 금속 전극이 상기 미세 유로의 내부에 노출될 수 있도록 상기 글라스 웨이퍼 상에 상기 바이오 칩을 봉합하여, 상기 미세 유로 상에서 시료 유체의 외부 ATP와 병원성 미생물을 분리해내는 전처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전처리부에 미생물 시료를 주입하는 미생물 시료 주입부;
    상기 전처리부에 전원을 인가하는 전원 공급부; 및
    상기 전처리부에서의 검침 시료를 수집하는 시료 수집부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 검침시료 전처리장치.
  13. 제11항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전처리부는,
    상기 미세 유로 상에 시료 유체가 담길 수 있는 공간을 제공하고 그 공간의 내부로 상기 금속 전극이 노출되는 챔버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  14. 제11항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이오 칩은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 칩으로 구성된 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  15. 제11항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 전극의 재질은 금(Au)인 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  16. 제11항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전처리부는,
    상기 미세 유로 내에 형성된 금속 전극의 표면 상부에서 유전 영동의 원리로 미생물을 포획하여, 외부 ATP로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 금속 전극에 교류 전압을 인가하여 유전 영동을 야기시키는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 금속 전극 위에 포획된 미생물의 세포 내부의 ATP를 세포 용해 버퍼용액을 이용하여 세포 밖으로 유출시키는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  19. 제11항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 전극은 손가락이 교차하고 있는 형상의 제1전극과 제2전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1전극과 제2전극은 다수의 미세 전극이 일정 간격으로 이격 배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  21. 제1항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전처리부에 주입 가능한 미생물은 식품 혹은 식품 위생 기구에 존재하여 식중독 등의 질환을 일으키는 병원성 미생물들로서, 비브리오 콜레라균(Vibrio cholerae), 캄필로박터 식중독균(Campylobacter jejuni), 병원성 대장균(Escherichia coli O157:H7), 포도상구균(Staphylococcus aureus), 클로스트리디움 퍼프린전스(Clostridium perfringens), 살모넬라균(Salmonella) 중에서 선택되는 어느 하나의 미생물인 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리장치.
  22. 시료 주입구와 배출구가 연설된 미세 유로의 내부에 금속 전극을 형성한 바이오 칩을 이용한 전처리방법에 있어서,
    미세 유로 상에 시료 유체를 주입하고, 상기 미세 유로 내부의 금속 전극에 전압을 인가하여 금속 전극 위에 미생물을 포획하는 제1단계;
    상기 금속 전극에 포획된 미생물을 제외한 외부 ATP를 미세 유로상에서 제거하는 제2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 미세 유로에 미생물의 용해를 위한 용해 버퍼 용액을 주입하여 미생물 내부의 ATP를 분리시키는 제3단계;
    상기 미생물 내부 ATP를 미세 유로의 배출구를 통해 수집하는 제4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리방법.
  24. 제22항 또는 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1단계는,
    상기 미세 유로 내에 형성된 금속 전극의 표면 상부에서 유전 영동의 원리를 이용하여 미생물을 금속 전극 위에서 포획하는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리방법.
  25. 제22항 또는 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1단계는,
    상기 금속 전극에 교류 전압을 가하여 유전 영동을 야기시키는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리방법.
  26. 제22항 또는 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2단계는,
    상기 미세유로의 주입구를 통하여 증류수를 주입하여 상기 미세 유로의 내부에 잔류하는 외부 ATP를 배출구로 밀어내 제거하는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리방법.
  27. 제23항에 있어서, 상기 제3단계는,
    상기 금속 전극 위에 포획된 미생물을 용해 버퍼용액을 이용하여 세포 내부의 ATP를 세포 밖으로 유출시키는 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리방법.
  28. 제22항 또는 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 유로에 주입 가능한 미생물은 식품 혹은 식품 위생 기구에 존재하여 식중독 등의 질환을 일으키는 병원성 미생물들로서, 비브리오 콜레라균(Vibrio cholerae), 캄필로박터 식중독균(Campylobacter jejuni), 병원성 대장균(Escherichia coli O157:H7), 포도상구균(Staphylococcus aureus), 클로스트리디움 퍼프린전스(Clostridium perfringens), 살모넬라균(Salmonella) 중에서 선택되는 어느 하나의 미생물인 것을 특징으로 하는 미생물 검침 시료 전처리방법.
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