KR101193051B1 - 항균필터 성능 평가장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 항균필터 상에 흡착되어 있는 미생물을 두 종류의 형광염료를 이용하여 살아있는 미생물과 죽은 미생물을 구분하고, 형광분석장치를 통해 미생물을 정량분석함으로써 항균필터의 성능을 정확히 파악할 수 있는 항균필터 성능 평가장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 항균필터 성능 평가장치는 미생물이 포함된 용액을 기상으로 분무하여 공급하는 미생물 공급장치와, 상기 기상으로 분무된 미생물이 포함된 용액을 건조하여 용매 성분을 건조시키는 건조장치와, 항균필터를 구비함과 함께 상기 건조장치로부터 공급되는 미생물이 상기 항균필터 상에 부착되는 공간을 제공하는 항균필터 챔버와, 살아있는 미생물을 형광염색하는 제 1 형광염료와 죽어있는 미생물을 형광염색하는 제 2 형광염료가 혼합된 형광염료를 이용하여 상기 항균필터를 형광염색하는 항균필터 형광염색장치 및 상기 항균필터 형광염색장치에 의해 형광염색된 항균필터에서 방출되는 형광 빛을 측정하여 살아있는 미생물과 죽어있는 미생물을 정량분석하는 형광분석장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 항균필터 성능 평가장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항균필터 상에 흡착되어 있는 미생물을 두 종류의 형광염료를 이용하여 살아있는 미생물과 죽은 미생물을 구분하고, 형광분석장치를 통해 미생물을 정량분석함으로써 항균필터의 성능을 정확히 파악할 수 있는 항균필터 성능 평가장치 및 방법에 관한 것이다.
실내 공기에는 박테리아, 곰팡이, 바이러스와 같은 다양한 미생물이 부유하고 있으며, 이러한 부유 미생물은 공기 감염 및 환경성 질병을 유발하여 건강에 나쁜 영향을 미친다. 이와 같은 실내 부유 미생물은 1차적으로 먼지를 제거하는 에어필터에 여과될 수 있지만, 미생물이 지닌 생명성으로 인해 필터여재의 표면에서 증식하여 인체에 해로운 생물학적 휘발성 유기화합물을 배출하거나 미생물 자체가 다시 실내로 유입되는 문제가 발생한다.
이러한 문제에 대응하기 위해 최근에는 은, 구리, 금, TiO2와 같은 무기계 항균제 또는 카데킨, 키토산, 피톤치드, 일월비비추 추출물, 고삼 추출물, 은행잎 추출물, 허브 추출물, 솔잎 추출물, 단풍잎 추출물과 같은 유기계 항균제를 필터여재 표면에 도포하여 미생물의 증식을 방지하는 기술이 제시되고 있다. 예를 들어, 한국등록특허 제843191호는 은 나노입자가 함유된 필터여재를 제시하고 있다.
한편, 항균제가 도포된 필터여재의 성능에 대한 평가가 요구된다. 항균 처리된 필터여재의 성능을 시험하는 대표적인 방법으로 액상 추출법과 배지 확산 방법이 있다. 액상 추출법은 필터여재에 포집된 미생물을 추출한 후 고체배지 위에 도말하여 미생물 군락(colony)을 측정하는 방법이고, 배지 확산 방법은 고체배지에 미생물을 도말한 후 필터여재를 부착시켜 미생물의 생장 억제 거리를 측정하는 방법이다.
그러나, 종래의 액상 추출법과 배지 확산 방법은 미생물의 항균 성능을 측정하는 측면에서 과다한 중간처리 과정이 요구되고, 배지 확산 방법의 경우 생장 억제 거리를 측정하는 방식임에 따라 성능 평가가 간접적이어서 필터여재의 종류 및 필터여재의 항균처리 과정에 따라 성능 평가가 크게 달라질 수 있는 문제점이 있다. 또한, 성능 평가 과정에서 필터여재에 도포된 항균물질이 함께 추출되거나 항균물질에 물리적인 스트레스를 줄 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 항균필터 상에 흡착되어 있는 미생물을 두 종류의 형광염료를 이용하여 살아있는 미생물과 죽은 미생물을 구분하고, 형광분석장치를 통해 미생물을 정량분석함으로써 항균필터의 성능을 정확히 파악할 수 있는 항균필터 성능 평가장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 항균필터 성능 평가장치는 미생물이 포함된 용액을 기상으로 분무하여 공급하는 미생물 공급장치와, 상기 기상으로 분무된 미생물이 포함된 용액을 건조하여 용매 성분을 건조시키는 건조장치와, 항균필터를 구비함과 함께 상기 건조장치로부터 공급되는 미생물이 상기 항균필터 상에 부착되는 공간을 제공하는 항균필터 챔버와, 살아있는 미생물을 형광염색하는 제 1 형광염료와 죽어있는 미생물을 형광염색하는 제 2 형광염료가 혼합된 형광염료를 이용하여 상기 항균필터를 형광염색하는 항균필터 형광염색장치 및 상기 항균필터 형광염색장치에 의해 형광염색된 항균필터에서 방출되는 형광 빛을 측정하여 살아있는 미생물과 죽어있는 미생물을 정량분석하는 형광분석장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 형광염료와 제 2 형광염료는 서로 다른 파장의 형광 빛을 발현하며, 제 1 형광염료는 Syto9이고, 상기 제 2 형광염료는 Propidium Iodide일 수 있다.
상기 기상으로 분무된 미생물이 포함된 용액 및 상기 건조장치 내의 미생물은 압축공기에 의해 이동되며, 상기 압축공기는 공기압축기에 의해 발생될 수 있다.
또한, 상기 항균필터 형광염색장치는 형광염료 공급수단과 기판을 포함하여 구성되며, 상기 항균필터 챔버에서 미생물이 부착된 항균필터를 상기 기판 상에 장착한 상태에서 상기 형광염료 공급수단을 통해 상기 항균필터에 형광염료를 분사함으로써 상기 항균필터가 형광염료에 의해 형광염색될 수 있다.
상기 형광분석장치는 형광필터블록과 형광현미경으로 구성되며, 상기 형광필터블록은 형광염색된 살아있는 미생물과 죽어있는 미생물에서 방출되는 특정 형광 빛을 여과하는 역할을 하며, 상기 형광현미경은 미생물 형상과 미생물에서 방출되는 형광을 인식하여 살아있는 미생물 및 죽어있는 미생물의 개수를 파악할 수 있다.
본 발명에 따른 항균필터 성능 평가방법은 미생물 공급장치, 건조장치, 항균필터 챔버, 항균필터 형광염색장치 및 형광분석장치를 포함하여 구성되는 항균필터 성능 평가장치를 이용한 항균필터 성능 평가방법에 있어서, 상기 미생물 공급장치에 의해 미생물이 포함된 용액이 기상으로 분무되는 단계와, 상기 기상으로 분무된 용액이 상기 건조장치에 의해 건조되어 상기 항균필터 챔버에 공급되는 단계와, 상기 항균필터 챔버 내에 구비된 항균필터에 상기 건조장치에서 공급된 미생물이 부착되는 단계와, 미생물이 부착된 항균필터를 상기 항균필터 형광염색장치의 기판 상에 장착한 후, 살아있는 미생물을 형광염색하는 제 1 형광염료와 죽어있는 미생물을 형광염색하는 제 2 형광염료가 혼합된 형광염료를 이용하여 항균필터를 형광염색하는 단계 및 제 1 형광염료와 제 2 형광염료에 의해 형광염색된 항균필터에서 발생되는 형광 빛을 측정하여 살아있는 미생물과 죽어있는 미생물의 개수를 파악하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 항균필터 성능 평가장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
실내공기를 정화하는 과정에서 미생물이 항균필터 상에 포집되는 것을 실제와 가깝게 모사할 수 있고, 항균필터 상에 미생물을 균일하게 분포시킬 수 있으며, 이에 따라 항균필터의 항균성능을 보다 객관적으로 평가할 수 있다.
종래의 액상추출법과 배지확산방법의 경우 과다한 중간처리과정이 요구되고 간접측정방식이라는 단점이 있으나, 본 발명의 경우 항균필터에 포집된 미생물을 추출하는 과정이 요구되지 않고 항균필터에 포집된 미생물을 직접 측정하는 방식임에 따라, 평가방식이 간소하다는 장점과 함께 성능 평가의 정확성을 기할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항균필터 성능 평가장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 공급장치, 건조장치 및 항균필터 챔버의 모식도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항균필터 형광염색장치 및 형광현미경에 의한 형광염색 및 분석 과정을 나타낸 모식도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균필터 성능 평가장치에 의해 발생된 미생물의 크기분포를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균필터 성능 평가장치에 의해 항균필터에 부착된 미생물의 형광현미경 사진.
도 6은 도 5에 의거한 실시예로서 일반 멤브레인 필터와 항균필터 상에 각각 포집된 미생물의 시간에 따른 형광반응을 나타낸 사진.
도 7은 도 6의 실험에서 형광세기를 측정하여 미생물의 생존율을 측정한 결과를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 공급장치, 건조장치 및 항균필터 챔버의 모식도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항균필터 형광염색장치 및 형광현미경에 의한 형광염색 및 분석 과정을 나타낸 모식도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균필터 성능 평가장치에 의해 발생된 미생물의 크기분포를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균필터 성능 평가장치에 의해 항균필터에 부착된 미생물의 형광현미경 사진.
도 6은 도 5에 의거한 실시예로서 일반 멤브레인 필터와 항균필터 상에 각각 포집된 미생물의 시간에 따른 형광반응을 나타낸 사진.
도 7은 도 6의 실험에서 형광세기를 측정하여 미생물의 생존율을 측정한 결과를 나타낸 그래프.
본 발명은 항균물질이 도포된 필터여재 즉, 항균필터의 항균 성능을 정량적으로 평가하는 것을 목적으로 하며, 이를 위해 미생물을 항균필터에 부착시키고 일정 시간이 경과된 상태에서, 살아있는 미생물과 죽은 미생물 각각을 서로 다른 종류의 형광염료로 염색한 후, 각각의 미생물을 정량분석함으로써 항균필터의 성능을 파악하는 것을 특징으로 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 항균필터 성능 평가장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균필터 성능 평가장치는 미생물 공급장치(110), 건조장치(120), 항균필터 챔버(130), 항균필터 형광염색장치(140) 및 형광분석장치(150)를 포함하여 구성된다.
상기 미생물 공급장치(110)는 미생물이 포함된 용액을 기상의 형태로 분무하여 공급하는 장치이며, 기상으로 분무된 상기 미생물이 포함된 용액은 압축공기에 의해 상기 건조장치(120)로 유입된다. 상기 압축공기는 공기압축기(160)에 의해 발생되며, 압축공기의 유량은 공기유량장치(162)에 의해 제어될 수 있으며, 압축공기에 포함되어 있는 불순물 등을 제거하기 위해 압축공기의 유로 상에 별도의 필터(161)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 미생물은 항균필터를 오염시키는 균주를 일컬으며, 미생물의 공급량은 압축공기 유량, 미생물이 포함된 용액의 농도 등을 제어하여 결정될 수 있다.
상기 건조장치(120)는 상기 미생물 공급장치(110)에 의해 발생되어 공급된 미생물이 포함된 용액을 건조하는 장치이며, 상기 건조장치(120)에 의해 용매 성분은 증발되고 미생물 즉, 균주만이 상기 건조장치(120) 후단에 구비된 항균필터 챔버(130)에 공급된다. 이 때, 용매 성분이 제거된 균주의 항균필터 챔버(130)로의 이동은 압축공기에 의해 가능하게 된다.
상기 항균필터 챔버(130)는 항균필터(131)를 구비한 챔버로서, 상기 항균필터의 표면 상에 미생물이 부착되는 공간을 제공한다. 상기 건조장치(120)로부터 공급된 미생물은 상기 항균필터 챔버(130)의 항균필터 상에 부착된다. 상기 항균필터는 항균물질이 도포된 필터여재를 일컬으며, 상기 항균물질로는 은(Ag), 이산화티탄(TiO2), 카본나노튜브(CNT)와 같은 무기계 항균물질, 키토산, 피톤치드, 일월비비추 추출물, 고삼 추출물과 같은 유기계 천연항균물질이 이용될 수 있다. 또한, 상기 항균필터에 부착되는 미생물의 양은 상기 미생물 공급장치(110)에 의한 미생물 공급량과 항균필터에 미생물이 포집되는 포집시간에 의해 결정된다.
상기 항균필터에 부착된 미생물은 항균필터의 항균물질에 의해 사멸되는데, 상기 항균필터에 의해 미생물 사멸 정도 즉, 항균필터의 성능은 상기 항균필터 형광염색장치(140) 및 형광분석장치(150)에 의해 평가된다.
상기 항균필터 형광염색장치(140)는 형광염료를 이용하여 상기 항균필터를 형광염색하는 장치이다. 구체적으로, 상기 항균필터 형광염색장치(140)는 형광염료 공급수단과 기판을 포함하여 구성되며, 상기 항균필터 챔버(130)에서 일정 시간 동안 미생물이 부착된 항균필터를 상기 기판 상에 장착한 상태에서 상기 형광염료 공급수단을 통해 상기 항균필터에 형광염료를 분사함으로써 상기 항균필터가 형광염료에 의해 형광염색되도록 한다. 이 때, 상기 기판 상에 미리 형광염료를 분사한 상태에서 상기 항균필터를 상기 형광염료에 담지되도록 하여 형광염색되도록 하는 것도 가능하다.
한편, 상기 형광염료 공급수단에 의해 공급되는 형광염료는 제 1 형광염료와 제 2 형광염료가 혼합된 것으로서, 상기 제 1 형광염료는 살아있는 미생물을 형광염색시키는 형광염료이고, 제 2 형광염료는 죽어있는 미생물을 형광염색하는 형광염료이다. 상기 제 1 형광염료로 살아있는 미생물의 세포벽과 결합하며, 520～550nm의 파장을 나타내는 녹색형광 빛을 발산한다. 또한, 상기 제 2 형광염료는 죽어있는 미생물의 핵산과 결합하며, 660～680nm의 파장을 나타내는 적색형광 빛을 발산한다. 상기 제 1 형광염료로 Syto9, 상기 제 2 형광염료로 Propidium Iodide가 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 항균필터에 부착된 살아있는 미생물과 죽어있는 미생물이 각각 제 1 형광염료와 제 2 형광염료에 의해 형광염색됨에 따라, 살아있는 미생물과 죽어있는 미생물은 서로 다른 형광 빛을 발산하게 된다.
상기 형광분석장치(150)는 상기 항균필터 형광염색장치(140)에 의해 형광염색된 항균필터로부터 방출(emission)되는 형광 빛을 측정하여 살아있는 미생물과 죽어있는 미생물을 정량분석하는 장치이다. 세부적으로, 상기 형광분석장치(150)는 형광필터블록과 형광현미경으로 구성되며, 상기 형광필터블록은 형광염색된 살아있는 미생물과 죽어있는 미생물에서 방출되는 특정 형광 빛을 여과하는 역할을 하며, 상기 형광현미경은 미생물 형상과 미생물에서 방출되는 형광을 인식하는 역할을 한다. 이 때, 상기 형광현미경에 이미지처리장치를 부가적으로 부착할 수 있으며, 이를 이용하여 형광 빛을 내는 미생물의 전체 개수를 측정할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 항균필터 성능 평가장치 및 방법을 설명하였다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 발생된 미생물(균주)의 특성과 성능 평가된 항균필터의 특성을 살펴보기로 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균필터 성능 평가장치에 의해 발생된 미생물의 크기분포를 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 항균필터 성능 평가장치에 의해 항균필터에 부착된 미생물의 형광현미경 사진이다.
먼저, 도 4는 시험균주인 대장균(E. coli)을 공기 중으로 발생시킨 후 측정한 크기분포 결과인데, 대장균이 포함된 액상시료의 농도는 약 1x107 CFU/mL(colony forming unit/mL) 이었으며, 압축공기의 유량은 1L/min 이었다. 도 4에 있어서, X축은 미생물의 직경을 의미하며, Y축은 미생물의 크기에 따른 농도를 나타낸다. 도 4에 도시한 바와 같이, 최대 농도를 갖는 미생물의 직경은 약 0.85㎛이며, 좁은 단분산 크기분포를 갖고 발생되는 것을 알 수 있다.
도 5는 도 4의 미생물을 항균필터 표면에 부착시킨 다음, 형광염색 처리하여 형광현미경으로 측정한 미생물의 형광 특성을 나타낸 것이다. 2가지 종류의 형광으로 발현되는 미생물의 개수를 계산함으로써 전체 미생물의 생존율을 계산할 수 있고, 이를 이용하여 항균필터의 항균 성능을 평가할 수 있다.
한편, 도 6은 도 5에 의거한 실시예로서 일반 멤브레인 필터와 항균필터 상에 각각 포집된 미생물의 시간에 따른 형광반응을 나타낸 것이고, 도 7은 도 6의 실험에서 형광세기를 측정하여 미생물의 생존율을 측정한 결과이다. 도 6 및 도 7의 실험을 통해 본 발명에 따른 항균필터 성능 평가장치를 통해 항균필터의 성능을 준실시간으로 파악할 수 있음을 확인할 수 있다.
110 : 미생물 공급장치 120 : 건조장치
130 : 항균필터 챔버 140 : 항균필터 형광염색장치
150 : 형광분석장치 160 : 공기압축기
130 : 항균필터 챔버 140 : 항균필터 형광염색장치
150 : 형광분석장치 160 : 공기압축기
Claims (9)
- 미생물이 포함된 용액을 기상으로 분무하여 공급하는 미생물 공급장치;
상기 기상으로 분무된 미생물이 포함된 용액을 건조하여 용매 성분을 건조시키는 건조장치;
항균필터를 구비함과 함께 상기 건조장치로부터 공급되는 미생물이 상기 항균필터 상에 부착되는 공간을 제공하는 항균필터 챔버;
살아있는 미생물을 형광염색하는 제 1 형광염료와 죽어있는 미생물을 형광염색하는 제 2 형광염료가 혼합된 형광염료를 이용하여 상기 항균필터를 형광염색하는 항균필터 형광염색장치; 및
상기 항균필터 형광염색장치에 의해 형광염색된 항균필터에서 방출되는 형광 빛을 측정하여 살아있는 미생물과 죽어있는 미생물을 정량분석하는 형광분석장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 항균필터 성능 평가장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 형광염료와 제 2 형광염료는 서로 다른 파장의 형광 빛을 발현하는 것을 특징으로 하는 항균필터 성능 평가장치.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 형광염료는 Syto9이고, 상기 제 2 형광염료는 Propidium Iodide인 것을 특징으로 하는 항균필터 성능 평가장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기상으로 분무된 미생물이 포함된 용액 및 상기 건조장치 내의 미생물은 압축공기에 의해 이동되며, 상기 압축공기는 공기압축기에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 항균필터 성능 평가장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 항균필터 형광염색장치는 형광염료 공급수단과 기판을 포함하여 구성되며, 상기 항균필터 챔버에서 미생물이 부착된 항균필터를 상기 기판 상에 장착한 상태에서 상기 형광염료 공급수단을 통해 상기 항균필터에 형광염료를 분사함으로써 상기 항균필터가 형광염료에 의해 형광염색되는 것을 특징으로 하는 항균필터 성능 평가장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 형광분석장치는 형광필터블록과 형광현미경으로 구성되며, 상기 형광필터블록은 형광염색된 살아있는 미생물과 죽어있는 미생물에서 방출되는 특정 형광 빛을 여과하는 역할을 하며, 상기 형광현미경은 미생물 형상과 미생물에서 방출되는 형광을 인식하여 살아있는 미생물 및 죽어있는 미생물의 개수를 파악하는 것을 특징으로 하는 항균필터 성능 평가장치.
- 미생물 공급장치, 건조장치, 항균필터 챔버, 항균필터 형광염색장치 및 형광분석장치를 포함하여 구성되는 항균필터 성능 평가장치를 이용한 항균필터 성능 평가방법에 있어서,
상기 미생물 공급장치에 의해 미생물이 포함된 용액이 기상으로 분무되는 단계;
상기 기상으로 분무된 용액이 상기 건조장치에 의해 건조되어 상기 항균필터 챔버에 공급되는 단계;
상기 항균필터 챔버 내에 구비된 항균필터에 상기 건조장치에서 공급된 미생물이 부착되는 단계;
미생물이 부착된 항균필터를 상기 항균필터 형광염색장치의 기판 상에 장착한 후, 살아있는 미생물을 형광염색하는 제 1 형광염료와 죽어있는 미생물을 형광염색하는 제 2 형광염료가 혼합된 형광염료를 이용하여 항균필터를 형광염색하는 단계; 및
제 1 형광염료와 제 2 형광염료에 의해 형광염색된 항균필터에서 발생되는 형광 빛을 측정하여 살아있는 미생물과 죽어있는 미생물의 개수를 파악하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 항균필터 성능 평가방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 형광염료와 제 2 형광염료는 서로 다른 파장의 형광 빛을 발현하는 것을 특징으로 하는 항균필터 성능 평가방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 기상으로 분무된 미생물이 포함된 용액 및 상기 건조장치 내의 미생물은 압축공기에 의해 이동되며, 상기 압축공기는 공기압축기에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 항균필터 성능 평가방법.
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