KR101667591B1 - 미생물 측정유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미생물 측정유닛에 관한 것으로, 미생물을 포함하는 음용수가 유입되는 유입부와 음용수가 토출되는 토출부를 포함하고, 음용수가 유동하는 유동공간을 형성하는 채널, 상기 토출부에 인접하여 마련되고 측정된 전류값 변화에 따라 미생물의 농도 또는 개수를 감지하는 센싱부 및 상기 유입부로 유입되어 상기 채널 내부를 유동하는 미생물을 상기 센싱부로 안내하는 유로를 형성하는 안내부를 포함하는 미생물 측정유닛이 제공된다.

Description

미생물 측정유닛 {MICROORGANISM MEASURING UNIT}
본 발명은 미생물 측정유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음용수에 포함된 미생물의 농도를 측정하기 위한 미생물 측정유닛에 관한 것이다.
일반적으로 음용수 공급장치는 사용자에게 음용수를 공급하는 장치이다. 이러한 음용수 공급장치는 다른 가전제품과는 독립적인 장치로 구성될 수 있고, 냉장고와 같은 가전제품의 일부를 이룰 수도 있다.
음용수는 지하수 또는 수도전으로부터 급수되는 원수일 수 있고, 수도전으로 급수되는 원수를 별도의 여과수단으로 여과한 정수일 수도 있다. 이하에서 기술하는 음용수는 마실 수 있는 물을 포괄하는 의미로 전술한 물의 종류에 한정되지는 않는다.
한편, 음용수 공급장치는 사용자에게 음용수를 제공하는 장치이므로, 음용수는 항상 일정 수질 이상으로 관리되어야 한다. 특히 미생물이 다량 함유되어 있는 음용수를 사용자가 마시게 될 경우 수인성 질병이 발생할 수 있으므로, 미생물을 일정 수준 이하로 감소시키거나 완전히 제거하는 것이 요구된다.
한편, 필터 등을 이용하여 정수과정을 거치는 음용수 공급장치의 경우 필터의 교체 없이 장기간의 사용시 필터의 기능이 감소하여 미생물을 효과적으로 여과할 수 없는 문제가 발생하기도 한다.
따라서, 음용수 공급장치에 구비되어 사용자에게 수질 정보를 제공할 수 있는 특히, 미생물을 포함하는 미생물의 농도를 측정할 수 있는 센서 또는 장치가 필요한 실정이다.
그러나 종래 미생물의 농도를 측정할 수 있는 센서 또는 장치는 정확도가 떨어지고 측정 시간이 오래 소요되며 고가인 문제점이 있었다.
본 발명은 미생물의 농도를 측정하는 측정유닛에 관한 것으로 보다 상세하게는, 미생물의 농도를 더욱 정확하게 측정할 수 있는 미생물 측정유닛을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 미생물의 농도를 더욱 빠르게 측정할 수 있는 미생물 측정유닛을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 낮은 농도의 미생물에 대한 농도 측정을 효율적으로 할 수 있는 미생물 측정유닛을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 구동 중에 미생물에 의해 발생될 수 있는 측정유닛의 오염 또는 손상을 방지할 수 있는 미생물 측정유닛을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 미생물의 농도 측정 정확도는 향상시키면서 저렴한 비용의 미생물 측정유닛을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 미생물의 농도를 측정할 수 있는 미생물 측정유닛이 구비된 음용수 공급장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 유전영동(dielectrophoresis, DEP)을 이용하여 미생물을 집중, 감지하는 방식으로, 미생물을 포함하는 음용수가 유입되는 유입부와 토출되는 토출부를 포함하고 음용수가 유동하는 유동공간을 형성하는 채널을 포함하는 미생물 측정유닛이 제공된다.
상기 미생물 측정유닛은 상기 토출부에 인접하여 마련되고 측정된 전류값 변화에 따라 상기 미생물의 농도 또는 개수를 감지하는 센싱부 및 상기 유입부로 유입되어 상기 채널 내부를 유동하는 미생물을 상기 센싱부로 안내하는 유로를 형성하는 안내부를 포함한다.
상기 안내부는 특정 주파수의 교류전압을 인가하여 유전영동을 발생시키는 금속전극을 포함하고, 상기 안내부에서 발생된 유전영동의 힘에 의해 상기 미생물은 상기 안내부를 따라 유동하여 상기 센싱부로 안내되는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 센싱부의 세로방향 단면적은 상기 안내부의 세로방향 단면적 보다 작게 형성되고, 상기 토출부에 인접하여 상기 채널의 세로방향 일측에 형성되며, 이때 상기 안내부는 상기 센싱부에 대응되는 위치로 상기 미생물을 안내할 수 있다. 이에 의해 실시간으로 미생물을 집중(focus)시키고 검출(sensing)하는 것이 가능하다.
그리고 상기 안내부는 양의 유전영동(positive dielectrophoretic)을 띄는 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 안내부에서의 양의 유전영동에 의한 미생물의 전극 부착현상을 방지하기 위하여 다음과 같은 방안이 제시된다.
상기 안내부는 소정각도를 가지고 상기 유입부로부터 상기 토출부로 상기 채널의 세로방향으로 연장되고, 상기 채널의 가로방향으로 소정간격 이격되어 복수개 형성되며 폭이 좁은 사각형의 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 안내부의 상기 센싱부로 상기 미생물을 안내하는 일측 끝단의 모서리는 소정 반경의 원호로 형성되어 유전영동력의 집중에 의한 미생물 부착을 방지할 수 있다.
그리고 상기 안내부는 상기 미생물이 부착되지 않도록 상기 금속전극의 상부를 감싸는 보호막이 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 보호막은 실리콘 질화물(silicon nitride), 실리콘 산화물 (silicon oxide) 또는 절연체 (dielectric material)등으로 형성될 수 있다.
상기 센싱부에서는 미생물의 유동에 따른 전류 변화를 측정하여 미생물의 개수 또는 농도를 측정할 수 있다. 상기 센싱부는 미생물을 소정시간 포집하여 포집된 미생물의 농도를 측정하는 미생물 포집 농도측정 방식 또는 실시간으로 미생물의 개수를 측정하여 미생물의 농도를 측정하는 싱글 카운트 방식으로 구현될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 미생물 측정유닛에 따르면, 미생물의 농도를 보다 정확하고 빠르게 측정할 수 있는 미생물 측정유닛을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 미생물 측정유닛에 따르면, 미생물 포집 농도측정 방식 또는 싱글 카운팅 방식의 센싱 방식을 모두 적용하여 적절한 측정방식의 센싱부를 선택적으로 구비할 수 있는 미생물 측정유닛을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 미생물 측정유닛에 따르면, 많은 유량의 음용수에 대하여 미생물의 유동 영역을 집중시킴으로써, 미생물 측정 시간은 단축시키고 측정 신뢰도는 향상시킬 수 있는 미생물 측정유닛을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 미생물 측정유닛에 따르면, 안내부를 이용하여 센싱부로 미생물을 집중시켜 작은 면적의 센싱부로도 미생물을 정확하게 측정할 수 있음에 따라 저렴한 비용의 미생물 측정유닛을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 미생물 측정유닛에 따르면, 구동 중에 미생물에 의해 발생될 수 있는 측정유닛의 오염 또는 손상을 방지할 수 있는 미생물 측정유닛을 제공을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 음용수 공급장치에 따르면, 미생물의 농도를 측정할 수 있는 미생물 측정유닛이 구비되어 미생물의 농도 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 측정유닛의 전체도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 측정유닛에서 미생물의 이동경로를 나타내는 개념도이다.
도 3은 발명의 일 실시예에 따른 미생물 측정유닛의 미생물을 포집하여 전류를 측정하는 방식의 센싱부의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 측정유닛의 안내부의 형상을 나타내는 상세도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 측정유닛의 집중유로와 이탈방지부를 유동하는 미생물의 이동경로를 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 변형예로 미생물 측정유닛의 집중유로와 이탈방지부를 유동하는 미생물을 싱글 카운팅 방식의 센싱부로 측정하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 변형예로 미생물 측정유닛의 싱글 카운팅 방식의 센싱부의 회로도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 측정유닛을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
한편, 제1 또는 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예와 관련된 미생물 측정유닛을 구성하는 각 구성요소를 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 미생물 측정유닛을 나타내는 전체도이고, 도 2는 본 발명의 미생물 측정유닛에서의 미생물의 이동 경로를 나타내는 개념도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 측정유닛의 안내부의 형상을 나타내는 상세도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 측정유닛(1)은 음용수에 포함된 미생물의 농도를 측정하는 장치로, 사용자에게 음용수를 제공하는 음용수 공급장치에 적용되어 미생물의 농도 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
이때 음용수는 지하수, 수도전을 통하여 공급받은 원수 또는 필터 등을 이용하여 정수과정을 거친 정수일 수 있다.
음용수 공급장치에서 공급되는 음용수는 항상 일정 수질 이상으로 관리되어야 하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 측정유닛(1)은 음용수에 포함된 미생물 등의 미생물의 농도를 검출하여 사용자에게 미생물의 농도를 기반으로 하는 수질 정보를 제공할 수 있다.
이를 위해 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 미생물 측정유닛(1)은 미생물을 포함하는 음용수가 유입되는 유입부(11)와 토출되는 토출부(12)를 포함하고, 음용수가 유동하는 유동공간을 형성하는 채널(10)을 포함한다.
그리고, 상기 채널(10)에는 상기 토출부(12)에 인접하여 마련되고 측정된 전류값 변화에 따라 상기 미생물의 농도 또는 개수를 감지하는 센싱부(30)와, 상기 유입부(11)로 유입되어 상기 채널(10) 내부를 유동하는 미생물을 상기 센싱부(30)로 안내하는 유로를 형성하는 안내부(20)가 형성될 수 있다.
일반적으로 음용수에서 미생물의 농도를 측정하기 위한 방법으로 음용수에 존재하는 미생물을 배지에서 소정시간 배양하여 미생물의 농도를 측정하거나, 미생물의 전기적, 광학적 특성을 이용하여 미생물의 농도를 측정할 수 있다.
미생물의 전기적 특성을 이용하는 미생물의 농도를 측정하는 방법으로, 유체 내에 존재하는 개별 미생물의 개수를 카운팅하는 싱글 카운팅(single counting) 방법으로 음용수에 포함된 미생물의 농도를 측정하는 방법이 있다.
개별 미생물의 개수를 카운팅하는 싱글 카운팅 방법은 미생물을 포함한 유체가 센싱부를 지나갈 때 유체와 미생물이 가지는 전기전도도의 차이에 의해서 동일한 전압을 걸었을 때 센싱부의 전극에서 측정되는 전압 또는 전류의 변화를 이용하여 측정하는 방법이다.
상기 싱글 카운팅 방법은 센싱부를 지나갈 때 유체와 미생물이 가지는 전기전도도에 의한 신호변화가 크지 않을 경우 미생물을 구분하지 못해 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.
그리고, 또 다른 방법으로 미생물을 소정시간 포집하여 포집된 미생물에 의한 실시간 임피던스, 전류 또는 전압의 변화를 측정하여 미생물의 농도를 측정하는 방법으로 미생물 포집 농도측정 방법이 있다.
미생물 포집 농도측정 방법은 미생물을 소정시간 센싱부의 전극에서 양의 유전영동 힘을 이용하여 포집하고, 포집된 복수개의 미생물에 의한 신호변화를 측정하여 검출 정확도를 향상시키는 방법이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 측정유닛(1)은 미생물의 농도가 비교적 낮은 음용수에 포함된 미생물의 농도를 측정하기 위한 것이므로, 상기 센싱부(30)는 소정시간 미생물을 포집하여 미생물의 신호 변화를 측정하는 미생물 포집 농도측정 방법으로 미생물의 농도를 검출할 수 있다.
그리고, 상기 센싱부(30)에서 미생물을 포집하기 위한 방법으로 본 발명의 미생물 측정유닛(1)은 채널(10) 내부에 비균일한 전기장을 형성시키기 위한 특정 형상을 갖는 금속전극을 배치하고, 교류전압을 인가하여 유전영동(dielectrophoresis, DEP)을 발생시키는 방식으로 미생물을 포집할 수 있다.
유전영동력(dielectrophoretic force)은 전기장 세기의 비균일성에 의해 발생될 수 있다. 즉 유전영동력은 유체 내 존재하는 분극화(polarization)된 미생물이 전기장의 세기의 구배에 의해 이동하는 힘으로, 미생물 양단에 작용하는 전기장의 세기의 차이에 의하여 발생되는 힘이라 할 수 있다. 이 힘의 크기와 방향은 미생물의 크기, 유체의 전기적 특성, 외부에서 인가해주는 전기장의 주파수에 의해 결정될 수 있다.
유전영동력은 하기의 식으로 표현될 수 있다.
Figure 112014091207109-pat00001
상기 수학식 (1)에서 r은 미생물 반경, εm은 유체의 유전율(permittivity), Re(fCM)은 Clausius-Mossotti factor 실수부의 값, Erms는 전기장의 벡터 rms(root mean square) 값이다.
Figure 112014091207109-pat00002
그리고, 상기 수학식 (2)에서 fCM은 Clausius-Mossotti factor, εp *는 미생물의 복소유전율, εm *은 유체의 복소유전율이다.
즉, 미생물의 분극성이 미생물의 주위를 둘러싼 유체의 분극성보다 클 경우 Re(fCM)은 양의 값을 가지고, 미생물에는 전기장이 큰 방향으로 이동하는 양의 유전영동력(positive DEP, pDEP)이 작용하게 된다.
반대로, 미생물의 분극성이 미생물의 주위를 둘러싼 유체의 분극성보다 작은 경우 Re(fCM)은 음의 값을 가지고, 유체가 전기장이 큰 방향으로 이동하는 음의 유전영동력(negative DEP, nDEP)이 작용하게 된다.
즉, 양의 유전영동력은 미생물에 전기장의 힘이 강한 쪽으로 끌어당기는 인력을 작용하고, 음의 유전영동력은 미생물에 척력을 작용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 미생물 포집을 위한 방법으로 상기 센싱부(30)에 양의 유전영동력을 발생시켜 미생물에 인력을 작용하여 상기 센싱부(30)에 미생물을 포집할 수 있다.
즉, 미생물은 상기 센싱부(30)에 포집된 후 상기 센싱부(30)를 구성하는 복수개의 전극 사이에 연결고리를 형성할 수 있다. 그리고, 상기 센싱부(30)는 실시간으로 전극 사이의 전류량의 변화를 측정하고, 전류량의 변화에 따른 미생물의 농도의 상관관계를 이용하여 음용수 내에 포함된 미생물의 농도를 검출할 수 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 안내부와 센싱부에 대하여 구체적으로 기술하고자 한다. 이하 기술하는 가로방향은 도면에 도시된 x 방향, 세로방향은 도면에 도시된 y 방향, 높이방향은 도면에 도시된 z 방향을 나타내는 것이다.
본 발명의 미생물 측정유닛(1)은 상기 유입부(11)로 유입되어 상기 채널(10) 내부를 유동하는 미생물(M)을 상기 센싱부(30)로 안내하는 안내부(20)를 포함할 수 있다.
상기 안내부(20)는 상기 채널(10)의 유입부(11)로 유입되어 상기 채널(10) 내부를 유동하는 미생물(M)을 상기 안내부(20)를 따라 유동하도록 유도하여 상기 센싱부(30)로 안내할 수 있다. 즉, 상기 안내부(20)는 상기 유입부(11)로 유입되어 상기 채널(10) 내부를 유동하는 미생물(M)을 상기 센싱부(30)로 안내하는 유로를 형성할 수 있다.
먼저 상기 센싱부(30)에 대하여 기술하면, 상기 토출부(12)에 인접하여 상기 채널(10)의 세로방향(y) 일측에 형성되고, 상기 안내부(20)는 상기 센싱부(30)에 대응되는 위치로 미생물을 안내할 수 있다.
음용수에 포함된 적은 양의 미생물을 정확하게 측정하기 위해서는 센싱부(30)의 민감도 및 검출 정확도가 높아야 하고, 짧은 시간 내에 미생물을 측정하기 위해서는 미생물을 감지하기 위한 음용수의 유량이 많아야 한다.
상기 안내부(20)는 채널(10)로 유입되는 동일한 유량의 음용수에 대하여 미생물의 유동 영역을 집중시킴에 따라 센싱부(30)의 민감도 및 검출 정확도를 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 채널(10)의 상기 토출부(12)에 인접하게 위치하는 상기 센싱부(30)의 세로방향 단면적은 상기 안내부(20)의 세로방향 단면적보다 작게 형성될 수 있다.
즉, 상기 안내부(20)에 의해 미생물이 집중되어 상기 센싱부(30)로 안내됨에 따라 미생물은 상기 채널(10)의 세로방향으로 좁은 영역에 밀집되어 유동할 수 있다.
따라서, 상기 센싱부(30)의 세로방향 단면적을 줄일 수 있고, 그 결과 미생물이 집중되어 유동하지 않을 경우 미생물의 검출 효율을 높이기 위하여 센싱부(30)의 세로방향 단면적을 넓게 형성하는 것에 비하여 미생물 검출 민감도(sensitivity)가 향상될 수 있다.
그리고, 상기 센싱부(30)의 세로방향 단면적을 줄일 수 있음에 따라 센싱부(30)를 형성하기 위한 비용이 절감되며 상기 채널(10)을 작게 만들 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 채널(10) 내부의 미생물이 포집된 후 상기 센싱부(30)의 세로방향 단면적에 대응되는 유로로 미생물이 집중되어 유동함에 따라 상기 센싱부(30)에 포집되는 미생물의 포집율이 증가하게 되어 음용수의 전기전도도와의 구분이 용이해지므로 상기 센싱부(30)에서의 미생물 검출 정확도가 증가될 수 있다.
전술한바와 같이 상기 센싱부(30)는 상기 안내부(20)에서 집중된 미생물을 양의 유전영동(pDEP)에 의해 포집하고, 포집된 미생물이 센싱부(30)의 전극 사이에서 연결고리를 형성한 미생물에 의한 전류 변화량을 측정하여 미생물의 농도를 측정할 수 있다.
도 3을 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 미생물 측정유닛(1)에 구비되는 미생물 포집 농도측정 방식의 센싱부(31)를 구체적으로 기술한다.
미생물 포집 농도측정 방식의 센싱부(31)는 교류 상용 전압을 인가하는 제1 전극(311), 미생물에 의해 변화된 전류값을 측정하는 제2 전극(312) 및 상기 제2 전극(312)에서 측정된 전류값을 전압값으로 치환하는 치환부(313)를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(311)에 특정 주파수의 교류 상용 전압을 인가하면, 미생물은 상기 제1 전극(311)과 상기 제2 전극(312) 사이에 연결고리를 형성하게 된다.
이때 제2 전극(312)을 통하여 측정된 전류값을 전류-전압변환기(I-V converter)(313)에 의해 전류값을 전압으로 변환시킴으로써 미생물에 의해 변화된 전압값을 알 수 있다.
한편, 상기 안내부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 미생물(M)을 끌어당긴 후 상기 안내부(20)를 따라 이동하도록 유도하고, 상기 센싱부(30)로 안내할 수 있다.
상기 안내부(20)는 특정 주파수의 교류전압을 인가하여 유전영동을 발생시키는 금속전극(20a, 20b)을 포함하고, 상기 금속전극(20a, 20b)에서 발생된 유전영동력에 의해 미생물은 상기 안내부(20)를 따라 유동하여 상기 센싱부(30)로 안내될 수 있다.
즉, 상기 채널(10)의 유동공간을 유동하는 미생물은 상기 안내부(20)의 금속전극(20a, 20b)에서 발생된 양의 유전영동력(pDEP)에 의해 상기 안내부(20)에 인접하게 끌어당겨질 수 있다.
그리고, 상기 채널(10) 내부에는 상기 유입부(11)에서 토출부(12)를 향하는 음용수의 유동이 형성되고, 미생물은 상기 안내부(20)의 유전영동력에 의해 상기 안내부(20)에 인접하여 상기 채널(10) 내부의 형성된 음용수의 유동을 따라 상기 토출부(12)를 향하여 이동하게 된다.
이때, 상기 안내부(20)에 발생되는 전기장의 세기를 달리하여 미생물을 상기 안내부(20)를 따라 특정 방향으로 이동시킬 수도 있다.
한편, 미생물의 분리 또는 이동을 위한 방법으로 종래에는 음의 유전영동(nDEP)을 이용하여 입자를 전기장의 밀도가 낮은 곳을 밀어내는 방법이 채택되어 왔다. 이는 양의 유전영동(pDEP)은 입자를 끌어당기는 특성을 가지고 있으므로 입자가 전기장을 발생시키는 전극에 붙어버리는 문제를 발생시킬 수 있었기 때문이었다.
그러나, 수도전을 통하여 공급받은 원수를 정수하기 위한 필터를 구비하는 음용수 공급장치에서 UF 필터, RO 필터 등의 필터를 통과한 음용수에 포함된 미생물은 모든 주파수 영역에서 양의 유전영동력(positive DEP, pDEP)의 현상을 나타내는 특징이 있다.
즉, 본 발명의 미생물 측정유닛(1)의 상기 안내부(20)는 미생물에 대하여 양의 유전영동(positive dielectrophoretic)을 띄게 된다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 안내부의 형상에 대해 구체적으로 기술하고자 한다.
안내부(20)는 미생물의 포집 효율을 높이기 위하여 소정각도를 가지고 상기 유입부(11)로부터 상기 토출부(12)로 상기 채널(10)의 세로방향으로 연장 형성되며, 상기 채널(10)의 가로방향으로 소정간격 이격되어 복수개 형성될 수 있다. 상기 안내부(20)는 폭이 다른 사각형 형상의 금속전극이 교번하여 형성될 수 있다.
상기 안내부(20)는 인접하게 형성되는 두 개의 금속전극 사이에서 발생되는 전기장의 세기 차이를 이용해 미생물을 특정 위치로 이동시킬 수 있다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 금속전극(20a)의 폭이 제2 금속전극(20b)의 폭보다 크게 형성됨에 따라 불균일한 전기장이 형성되고, 미생물은 전기장이 강하게 형성되는 상기 제2 금속전극(20b) 측으로 이동하게 된다.
이와 같이 안내부(20)를 이루는 금속전극의 면적을 다르게 형성함에 따라 전기장의 구배 및 유전영동 현상에 의해 발생하는 유전영동의 힘의 세기를 동일 면적으로 형성하는 경우 대비 상대적으로 키울 수 있다.
그리고, 상기 유입부(11)에서 상기 토출부(12)를 향하여 소정각도를 가지고 경사지게 형성될 수 있다.
이는 상기 채널(10)의 길이방향으로 유입되는 미생물의 포집 효율을 높이기 위하여 안내부(20)가 넓게 분포되도록 하기 위한 것이다.
한편, 전술한바와 같이 본 발명에 따른 미생물 측정유닛(1)의 안내부(20) 에서 양의 유전영동(pDEP)이 발생됨에 따라 미생물이 금속전극에 부착되거나 전기장이 집중되는 금속전극 상측으로 미생물이 머물게 되는 현상이 발생될 수 있다. 따라서, 미생물이 안내부(20)에 부착되는 것을 방지하기 위한 방안이 요구된다.
이하에서는, 도 1 및 도 4를 참조하여 상기의 문제를 해결하기 위한 방법을 기술하고자 한다.
먼저, 상기 안내부(20)와 상기 채널(10)의 내주면과의 거리에 따른 미생물의 국부적 집중 현상을 방지하기 위한 방법으로 상기 안내부(20)의 끝단은 상기 채널(10)의 내주면으로부터 소정간격 이격되어 형성될 수 있다.
상기 안내부(20)는 소정각도를 가지고 상기 유입부(11)로부터 상기 토출부(12)로 상기 채널(10)의 세로방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 안내부(20)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 채널(10)의 내주면과 소정간격(L) 이격되어 형성될 수 있다. 상기 안내부(20)가 상기 채널(10)의 내주면과 근접하여 위치하거나 상기 채널(10)의 내주면과 맞닿아 위치할 경우 채널(10)의 내주면에 전기장이 집중되어 미생물이 원활히 유동하지 않고 채널(10) 내주면에 달라붙는 형상이 발생될 수 있다.
이는 안내부(20)로 전기장을 인가하는 인가부가 상기 채널(10)의 내주면에 인접하게 형성됨에 따라 상기 채널(10) 내주면에 국부적으로 전기장이 집중될 수 있기 때문이다. 상기 채널(10)의 내주면과 상기 안내부(20)와의 이격 거리(L)는 채널(10) 및 안내부(20)의 크기 또는 교류전압의 크기에 따라 달라질 수 있으므로, 설계자의 설계 의도에 따라 최적화될 수 있을 것이다.
다음으로, 상기 안내부(20)의 형상에 따른 미생물의 국부적 집중 현상을 방지하기 위한 방법으로 상기 안내부(20)의 상기 센싱부(30)로 미생물을 안내하는 일측 끝단의 모서리가 소정 반경의 원호(R)로 형성될 수 있다.
상기 안내부(20)는 상기 채널(10)의 세로방향으로 연장되어 형성되는 사각형의 형상으로 형성되므로 상기 안내부(20)의 사각형의 꼭지점으로는 전기장이 집중되어 형성될 수 있다. 따라서, 상기 안내부(20)의 꼭지점을 소정 반경의 원호(R)로 형성함에 따라 상기 안내부(20)의 끝단에서 미생물이 집중되는 현상을 방지할 수 있다. 그 결과 상기 안내부(20)에서 상기 센싱부(30)로의 음용수 유동에 따라 상기 안내부(20)의 끝단으로부터 미생물이 용이하게 이탈되어 상기 센싱부(30)로 안내될 수 있다.
추가적으로, 상기 안내부(20)는 금속전극 상면으로 미생물이 부착되는 현상을 방지하기 위한 방법으로 상기 금속전극의 상부를 감싸는 보호막(40)을 포함할 수 있다.
상기 보호막(40)은 상기 금속전극(20a, 20b)의 상부에 직접적으로 미생물이 부착되는 것을 방지하며 미생물의 음용수 유동에 따른 이동을 용이하기 하게 할 수 있다. 상기 보호막(40)은 실리콘 질화물(silicon nitride), 실리콘 산화물 (silicon oxide) 또는 절연체 (dielectric material)등으로 형성될 수 있다.
상기 보호막(40)은 금속전극(20a, 20b)을 보호하고 미생물의 이동을 용이하게 할 수 있는 재질이라면 어떤 재질이든 무방하게 적용될 수 있다.
상기 안내부(20)는 미생물의 상기 센싱부(30)로의 집중(focusing)을 위한 미생물의 이동을 유도하는 것이 목적이지만, 상기 센싱부(30)는 미생물의 검출(sensing)이 목적이다. 따라서, 상기 안내부(20)는 양의 유전영동(pDEP)에 의한 미생물이 부착을 방지하기 위한 보호막(40)이 구비되나, 상기 센싱부(30)는 양의 유전영동(pDEP)에 의한 미생물의 포집이 유리하도록 보호막(40)이 구비되지 않는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 미생물 측정유닛(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 센싱부(30) 주위로는 보호막이 형성되지 않도록 하는 것이 특징이다.
이하에서는, 도 5를 참고하여 본 발명의 미생물 측정유닛의 집중유로 및 이탈방지부에 대하여 상세히 기술한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 측정유닛의 집중유로와 이탈방지부를 유동하는 미생물의 이동경로를 나타내는 개념도이다.
본 발명의 미생물 측정유닛(1)의 상기 센싱부(30)와 상기 안내부(20)는 상기 채널(10)의 가로방향으로 소정간격 이격되고, 상기 센싱부(30)와 상기 센싱부(30)에 인접한 안내부(20)의 일측 끝단 사이에는 상기 안내부(20)를 따라 유동한 미생물이 상기 안내부(20)로부터 상기 센싱부(30)로 유동할 수 있다.
상기 안내부(20)를 따라 유동한 미생물(M)은 상기 안내부(20)의 끝단에서 이탈되어 상기 채널(10)의 토출부(12)를 향하여 유동하는 제1 구역(I)에서 상기 센싱부(30)가 위치한 제3 구역(III)으로 음용수의 유동을 따라 유동할 수 있다.
즉, 상기 채널(10)의 일부 영역에서 상기 안내부(20)를 따라 유동한 미생물이 상기 센싱부(30)를 향하여 집중되어 유동하게 되는 집중유로(50)가 형성될 수 있다.
이때, 상기 안내부(20)와 상기 센싱부(30)가 상기 채널(10)의 가로방향(x)으로 소정간격 이격되어 형성됨에 따라 상기 제1 구역(I)에서 상기 제3 구역(III)으로 미생물이 유동하는 중 일부 영역에서 상기 안내부(20)의 유전영동력을 받지 않는 구역이 발생될 수 있다.
구체적으로 상기 집중유로(50)에서 상기 안내부(20)의 유전영동력을 받지 않는 구역(II)에서는 상기 채널(10)의 유입부(11)에서 토출부(12)로 유동하는 음용수의 유동을 따라 상기 센싱부(30)를 향하여 유동하게 된다.
그러나, 음용수의 유동 방향의 일부는 상기 센싱부(30)를 향하지 않도록 형성될 수 있고, 이에 의해 미생물은 상기 집중유로(50)를 이탈하게 될 수 있다.
따라서, 상기 미생물 측정유닛(1)은 상기 집중유로(50)를 이탈하는 미생물이 발생되지 않도록 도 5에 도시된 바와 같이 상기 안내부(20)를 따라 유동한 미생물이 상기 센싱부(30)로 이동하는 중에 상기 집중유로(50)를 이탈하는 것을 방지하기 위한 이탈방지부(60)가 더 형성될 수 있다.
상기 이탈방지부(60)는 상기 안내부(20)와 센싱부(30) 사이에 위치하고, 상기 집중유로(50) 내에서 유전영동력을 발생시키는 금속전극으로 형성될 수 있다.
상기 이탈방지부(60)는 상기 집중유로(50) 영역 내에 형성되고, 상기 안내부(20)와 상기 센싱부(30)의 사이에 형성되며, 상기 안내부(20)와 동일하게 양의 유전영동(pDEP)을 형성함에 따라 상기 집중유로(50)을 벗어나는 미생물은 상기 이탈방지부(60)에서 발생되는 인력에 의해 다시 상기 집중유로(50)로 유입되도록 할 수 있다.
상기 이탈방지부(60)는 상기 안내부(20)와 상기 센싱부(30) 사이에서 상기 채널(10)의 가로방향으로 연장되어 형성되며 금속전극 간의 전기장의 구배를 이용하여 미생물의 이동 경로를 형성할 수 있다.
이하에서는, 도 6 내지 도 7을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 측정유닛의 변형예를 기술하고자 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 변형예로 미생물 측정유닛의 집중유로와 이탈방지부를 유동하는 미생물을 싱글 카운팅 방식의 센싱부로 측정하는 방법을 나타내는 개념도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예의 변형예로 미생물 측정유닛의 싱글 카운팅 방식의 센싱부의 회로도이다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱부(31)는 미생물(M)을 포집하여 포집된 미생물에 의한 실시간 전류 변화를 측정하여 미생물의 농도를 측정하는 방법인 미생물 포집 농도측정 방법으로 음용수에 포함된 미생물의 농도를 측정한다. 상기 미생물 포집 농도측정 방법은 유체에 포함된 미생물의 농도가 낮을 경우 사용되는 방법으로 복수개의 미생물을 포집하여 포집된 미생물에 의한 신호변화를 측정함으로써 검출 정확도를 향상시키는 방법이다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 미생물 측정유닛(1)의 센싱부는 유체 내에 존재하는 개별 미생물의 개수를 카운팅하는 싱글 카운팅(single counting) 방식의 센싱부(32)로 구현될 수도 있다.
전술한 바와 같이 상기 싱글 카운팅 방법은 센싱부(32)를 지나갈 때 유체와 미생물이 가지는 전기전도도에 의한 신호변화가 크지 않을 경우 미생물을 구분하지 못해 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.
특히, 본 발명의 미생물 측정유닛(1)에서와 같이 유입되는 유체가 필터를 거친 음용수가 이온화되어 전기적 성질을 가지며, 음용수 내부에 포함된 미생물의 농도가 낮을 경우 측정이 어려울 수 있다.
그러나, 싱글 카운팅 방법은 센싱부(32)를 지나는 미생물을 각각 카운팅 할 수 있음에 따라, 상기 미생물 포집 농도측정 방법에서 발생될 수 있는 센싱부(32)에 형성된 연결고리에 미생물이 중첩되어 위치될 경우 농도 측정이 되지 않는 오류를 줄일 수 있는 장점도 있다.
본 발명의 미생물 측정유닛(1)은 채널(10) 내부에 미생물을 센싱부(32)로 안내하기 위하여 양의 유전영동(pDEP)을 띄는 안내부(20)를 구비함에 따라, 상기 채널(10) 내부로 유입된 미생물은 상기 안내부(20)의 인력에 의해 끌어당겨져 상기 채널(10)의 높이 방향(z)을 기준으로 하측으로 이동하게 된다.
따라서, 상기 안내부(20)로부터 상기 센싱부(32)로 유동하는 미생물은 상기 채널(10) 내부에서 상기 안내부(20)와 상기 센싱부(32)에 인접한 소정 높이로 유동하고, 상기 안내부(20) 및 이탈방지부(60)에 의해 집중유로(50)에 집중되어 상기 센싱부(32)로 안내될 수 있다.
그 결과 싱글 카운팅 방법으로 미생물을 측정하는 상기 센싱부(32)에서는 높이 방향(z)으로 측정 전극에 인접하게 집중되어 유동하는 미생물을 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
상기 싱글 카운팅 방법의 센싱부(32)는 도 7에 도시된 바와 같이 교류 상용 전압을 인가하는 제1 전극(322), 전류값을 측정하는 제2 전극(321) 및 제3 전극(323), 상기 제2 전극(321) 및 제3 전극(323)에서 측정된 전류값의 차이를 측정하는 차동기(324)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 차동기(324)와 연결되어 상기 제2 전극(321) 및 제3 전극(323)에서 측정된 전류값의 차이를 전압값으로 치환하는 치환부(325)를 포함할 수 있다.
즉 상기 제1 전극(322)에 특정 주파수의 교류 상용 전압을 인가하고, 상기 제2 전극(321)과 제3 전극(323)에서 전류값의 변화를 측정한 후, 전류-전압변환기(I-V converter)(325)에 의해 전류값을 전압으로 변환시킴으로써 미생물에 의해 변화된 전압값을 알 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
1: 미생물 측정유닛 10: 채널
11: 유입부 12: 토출부
13: 메인유로 14: 제1 토출유로
141: 제1 밸브 15: 제2 토출유로
151: 제2 밸브 16: 유량계
20: 안내부 30: 센싱부
31: 미생물 포집 농도측정 방식 센싱부
32: 싱글 카운팅(single counting) 방식 센싱부
40: 보호막 50: 집중유로
60: 이탈방지부 M: 미생물

Claims (17)

  1. 미생물을 포함하는 음용수만 유입되는 유입부와 상기 음용수가 토출되는 토출부를 포함하고, 상기 음용수가 유동하는 유동공간을 형성하는 채널;
    상기 토출부에 인접하여 마련되고 측정된 전류값 변화에 따라 미생물의 농도 또는 개수를 감지하는 센싱부; 및,
    상기 유입부로 유입되어 상기 채널 내부를 유동하는 미생물을 상기 센싱부로 안내하는 유로를 형성하는 안내부;를 포함하고,
    상기 안내부는 특정 주파수의 교류전압을 인가하여 유전영동을 발생시키는 금속전극을 포함하고, 상기 안내부에서 발생된 유전영동력에 의해 미생물은 상기 안내부를 따라 유동하여 상기 센싱부로 안내되며,
    상기 센싱부와 안내부는 양의 유전영동(positive Dielectrophoretic)을 띄어 상기 음용수에서 미생물을 실시간으로 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부의 제 1 방향 단면적은 상기 안내부의 제 1 방향 단면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 센싱부는 상기 토출부에 인접하여 상기 채널의 제 1 방향 일측에 형성되고, 상기 안내부는 상기 센싱부에 대응되는 위치로 미생물을 안내하는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부와 상기 안내부는 소정간격 이격되고, 상기 센싱부와 상기 센싱부에 인접한 안내부의 일측 끝단 사이에는 상기 안내부를 따라 유동한 미생물이 상기 안내부로부터 상기 센싱부로 유동하는 집중유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안내부를 따라 유동한 미생물이 상기 센싱부로 이동하는 중에 상기 집중유로를 이탈하는 것을 방지하기 위한 이탈방지부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이탈방지부는 상기 안내부와 센싱부 사이에 위치하고, 상기 집중유로 내에서 유전영동을 발생시키는 금속전극으로 형성되는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 안내부는 소정각도를 가지고 상기 유입부로부터 상기 토출부로 상기 채널의 제1방향으로 연장되고, 상기 채널의 제1방향과 수직으로 구비된 제 2 방향으로 소정간격 이격되어 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 안내부의 끝단은 상기 채널의 내주면으로부터 소정간격 이격되는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 안내부는 폭이 다른 사각형의 형상의 금속전극이 교번하여 형성되는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 안내부의 금속전극의 상기 센싱부로 미생물을 안내하는 일측 끝단의 모서리는 소정 반경의 원호로 형성되는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 안내부는 미생물이 부착되지 않도록 상기 금속전극의 상부를 감싸는 보호막을 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 센싱부에는 상기 센싱부의 상부를 감싸는 보호막이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 보호막은 실리콘 질화물(silicon nitride), 실리콘 산화물(silicon oxide) 또는 절연체 중 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    교류 상용 전압을 인가하는 제1 전극;
    미생물에 의해 변화된 전류값을 측정하는 제2 전극; 및,
    상기 제2 전극에서 측정된 전류값을 전압값으로 치환하는 치환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    교류 상용 전압을 인가하는 제1 전극;
    전류값을 측정하여 미생물의 개수를 검출하는 제2 전극, 제3 전극;
    상기 제2 전극 및 제3 전극에 측정된 전류값의 차이를 이용하여 미생물의 농도를 측정하는 차동기; 및,
    상기 차동기와 연결되어 상기 제2 전극 및 제3 전극에서 측정된 전류값의 차이를 전압값으로 치환하는 치환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 측정유닛.
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