KR101801311B1 - 기체내 액적 포집 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 대상 기체내 액적을 액화시켜 포집하는 기체내 액적 포집 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기체내 액적 포집 장치는, 액체를 내장하는 용기체, 상기 용기체의 일측에 구비되어 초음파를 발생시키는 초음파 발진부, 상기 초음파에 의하여 대상 기체가 미세 기포로 미립화되어 액체 속에 혼합되도록 상기 용기체의 일측을 관통하여 상기 초음파 발진부 상으로 유도되어 대상 기체를 유입하는 유입관, 및 상기 용기체의 다른 일측에 구비되어, 상기 대상 기체에 포함된 액적이 액화 제거된 대상 기체를 배출하는 배출관을 포함한다.

Description

기체내 액적 포집 장치 {GAS CONDENSATE COLLECTION DEVICE}
본 기재는 기체내 액적 포집 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대상 기체의 종류를 다양하게 하고 샘플링 후 일련의 검출 과정을 실시간으로 처리할 수 있게 하는 기체내 액적 포집 장치에 관한 것이다.
최근 폐암, 폐렴, 만성호흡기질환 등 호흡기 질환을 조기 또는 치료 예후 모니터링 하기 위하여, 엑스선(X-ray) 및 컴퓨터 단층촬영(CT) 검사 보다 호흡기체를 분석하는 기술이 필요하다. 만성호흡기질환의 경우, 지속적인 검사가 필요하지만 다수의 X-ray 피폭으로 문제가 발생되기 때문에 비 침습적이면서 또한 간단한 검사가 요구된다. 이러한 요구에 따라 호흡기체 분석방법이 각광을 받고 있다.
호흡기체는 가스(O2, CO2, CO, NO, H2S 등), 기체(Acetone과 같은 휘발성 유기기체), 및 수분이 응축된 호흡기체내 액적(EBC, exhaled breath condensate) 등을 포함하고 있다. 호흡기체내 액적(EBC)은 단백질, 디엔에이(DNA), 및 비휘발성 유기물 등을 포함한다.
포집된 EBC에 포함된 단백질, DNA, 및 수소이온농도(pH)를 검출하거나 분석하는 연구가 목적 질환과의 높은 연계성을 가진다. 따라서 호흡기체내의 액적을 포집하고, 액적 내에 포함된 바이오마커(단백질 또는 DNA)를 검출하고 분석하여, 호흡기 질환을 진단하는 기술이 개발되고 있다.
일본특허 제4804464호(2011. 8. 19. 등록)
선행기술문헌의 호기 응축액 중의 리포다당체를 이용하는 그램 음성 균성 폐렴 진단은 자발 호흡하는 피험자 및 인공 호흡하는 피험자의 양쪽에서 호기 응측액을 채취한다.
선행기술문헌의 호기 응축액 채취 장치는 이중벽의 주사기 및 호기 입력 어셈블리를 구비하며, 주사기의 내벽은 원통형 중앙실를 설정하고, 호기 액적을 응축하기 위하여 내벽과 외벽 사이에 냉각재를 구비한 냉각 재킷을 구비한다.
또한 호흡기체내 액적을 포집하기 위하여 극저온을 이용한 응축 동결 방법이 사용되고 있다. 그러나 액적이 극 미세입자(500nm 이하)인 경우, 액적의 응축 동결이 제한적이다. 또한 극저온(-20℃ 이하)을 이용하여 액적을 응축 동결하는 경우, 응축 액적의 샘플링 후에 이어지는 일련의 검출 과정이 실시간으로 처리되기 어렵다.
본 발명의 일 실시예는 대상 기체내 액적을 액화시켜 포집하는 기체내 액적 포집 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예는 초음파를 사용하여 포집될 액적을 포함한 대상 기체의 종류를 다양하게 하고, 액적의 샘플링 후에 이어지는 일련의 검출 과정을 실시간으로 처리 가능하게 하는 기체내 액적 포집 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기체내 액적 포집 장치는, 액체를 내장하는 용기체, 상기 용기체의 일측에 구비되어 초음파를 발생시키는 초음파 발진부, 상기 초음파에 의하여 대상 기체가 미세 기포로 미립화되어 액체 속에 혼합되도록 상기 용기체의 일측을 관통하여 상기 초음파 발진부 상으로 유도되어 대상 기체를 유입하는 유입관, 및 상기 용기체의 다른 일측에 구비되어, 상기 대상 기체에 포함된 액적이 액화 제거된 대상 기체를 배출하는 기체 배출관을 포함한다.
상기 대상 기체는 호흡기체, 나노입자를 포함하는 기체, 바이러스를 포함하는 공기, 및 바이오에어로졸(bioaerosol) 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 용기체는 일측 하방에 구비되어 대상 기체내에 포함되어 액적을 액화시켜 포집한 액체를 배출하는 액체 배출관을 더 포함할 수 있다.
상기 기체 배출관은 펌프를 구비하여 상기 용기체 내부에 부압을 설정할 수 있다.
상기 액체는 포집대상을 분리하기 위한 자성나노입자를 포함할 수 있다.
상기 액적은 바이오마커를 포함하며, 상기 바이오마커는 PCR(핵산중합반응) 또는 면역 측정법으로 포집 확인될 수 있다.
상기 액체는 소금물이나 수액 같은 버퍼(buffer) 및 물 중 하나일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는 액체(예, 소금물이나 수액 같은 버퍼 또는 물)을 내장하는 용기체에 초음파 발진부를 구비하여 일측으로 유입되어 배출되는 대상 기체에 초음파를 가하여, 대상 기체를 미세 기포로 미립화하여 대상 기체에 포함된 액적을 보다 넓은 면적으로 액체에 접촉시킴으로서 액화하여 포집할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체내 액적 포집 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 기체내 액적 포집 장치를 이용한 액적의 포집율을 도시한 그래프이다.
도 3은 DNA가 포함된 수분 공기를 포집한 후 PCR(핵산중합반응)을 이용하여 포집 여부를 확인한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체내 액적 포집 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예의 기체내 액적 포집 장치는 액체(예를 들면, 소금물이나 수액 같은 버퍼(buffer) 또는 물일 수 있다. 이하에서 편의상 물로 설명한다)을 내장하는 용기체(10)와, 용기체(10)의 일측에 구비되어 초음파를 발생시켜 물로 초음파를 전달하는 초음파 발진부(20)를 포함한다.
용기체(10)는 대상 기체에 포함된 액적을 포집하는 물을 내장하여 대상 기체에 포함된 액적을 물에 접촉시켜 액화시켜 포집할 수 있게 한다. 초음파 발진부(20)는 용기체(10)의 하부 일측에 구비되어 초음파를 발생시켜, 내장된 물을 통하여 용기체(10)의 상부로 초음파를 전달한다.
즉 초음파 발진부(20)에서 발생되는 초음파는 물로 전달되어, 물 속으로 유도되는 대상 기체를 미세 기포로 미립화하여 물과 혼합할 수 있다. 미세 기포를 포함하는 대상 기체는 물과 넓은 면적으로 접촉되며, 대상 기체의 미세 기포에 포함된 액적이 물과 넓은 면적으로 접촉되어 액화될 수 있다. 즉 액적이 물에 포집된다.
종래기술의 액적의 응축 동결과 달리, 일 실시예는 대상 기체에 포함된 액적을 기체 상태에서 바로 액화시킬 수 있다. 따라서 일 실시예는 응축 동결 방식의 적용이 제한되는 극 미세입자(500nm 이하)에도 적용되어 대상 기체에 포함된 액적을 효과적으로 액화하여 포집할 수 있다.
대상 기체는 피험자로부터 획득되는 호흡기체, 나노입자를 포함하는 기체, 바이러스를 포함하는 공기 또는 바이오에어로졸(bioaerosol)일 수 있다. 일 실시예는 호흡기체를 대상 기체로 하여 설명되지만, 기체 중의 나노입자의 액화, 공기 중의 바이러스의 액화 또는 바이오에어로졸의 액화에 효과적으로 적용될 수 있다.
용기체(10)에는 유입관(30)과 기체 배출관(40)이 연결된다. 유입관(30)은 용기체(10)의 상부 일측을 관통하여 용기체(10) 내부로 유도되며 초음파 발진부(20) 상으로 유도 설치되어, 대상 기체를 초음파 발진부(20) 상으로 유입한다. 유입관(30)은 초음파 발진부(20)에 최대로 접근 설치되며, 피험자 또는 펌프에 의하여 대상 기체를 주입할 수 있다.
즉 유입관(30)으로 공급되는 대상 기체는 초음파 발진부(20) 상의 인접한 위치에 공급되어 초음파 발진부(20)에서 발생되어 물을 통하여 전달되는 초음파에 노출되어 미세한 기포로 미립화 된다.
미립화된 미세 기포를 포함한 대상 기체는 용기체(10) 내의 물과 넓은 면적으로 접촉되어, 대상 기체의 미세 기포에 포함된 액적이 물과의 접촉 확률을 높인다. 따라서 액적은 액화되어 물에 효과적으로 포집된다. 포집된 액적을 제외한 대상 기체는 용기체(10)의 상방으로 상승한다.
기체 배출관(40)은 용기체(10)의 상부 다른 일측에 연결되어, 액화된 액적을 제외한 대상 기체를 배출한다. 액적이 제외된 대상 기체는 비중에 의하여 상승되어 기체 배출관(40)의 배출될 수 있다.
또한 기체 배출관(40)은 펌프(41)를 더 구비할 수 있다. 펌프(41)는 작동되어 기체 배출관(40)으로 연결된 용기체(10) 내부에 부압을 설정하여 포집된 액적을 제외한 대상 기체를 용기체(10)의 외부로 보다 신속하게 배출한다.
용기체(10)는 일측 하방에 물 배출관(11)을 더 구비할 수 있다. 물 배출관(11)은 밸브(12)를 구비하여, 용기체(10) 내에서 물에 액화되어 포집된 액적을 물과 함께 배출하여 샘플링 할 수 있게 한다.
한편, 용기체(10)에 수용되는 물은 자성나노입자를 포함할 수 있다. 물에 자성나노입자를 포함하는 경우, 일 실시예의 기체내 액적 포집 장치는 대상 기체에 포함된 포집대상인 액적을 용기체(10) 내에서 액화시켜 포집시킴과 동시에 물 배출관(11)으로 물과 함께 포집된 액적을 배출하여 물로부터 포집대상인 액적을 분리할 수 있게 한다.
즉 일 실시예는 액적의 액화, 물로부터 액적을 분리하며, 샘플링 된 액적으로부터 일련의 검출 과정을 실시간으로 진행할 수 있게 한다. 액적은 바이오마커(예, 단백질 또는 DNA)를 포함할 수 있다. 바이오마커는 PCR(polymerase chain reaction)) 또는 면역 측정법으로 포집 확인될 수 있다.
도 2는 도 1의 기체내 액적 포집 장치를 이용한 액적의 포집율을 도시한 그래프이다. 도 2를 참조하면, 나노입자의 액적이 포함된 대상 기체에 초음파를 인가하는 경우, 그렇지 않은 경우에 비하여, 나노입자의 포집 효율이 상승되는 것을 확인할 수 있다.
즉 제1라인(L1)은 대상 기체에서 폴리스티렌(polystyrene) 표준입자(400nm)가 전혀 포집되지 않은 상태를 나타낸다. 제2라인(L2)은 대상 기체에 초음파를 인가하지 않고 대상 기체가 단순히 임프린저를 경유한 경우, 임프린저를 경유한 대상 기체에서 폴리스티렌(polystyrene) 표준입자(400nm)가 53% 잔류하는 것을 나타낸다. 즉 제2라인(L2)은 임프린저에서 대상 기체로부터 폴리스티렌(polystyrene) 표준입자(400nm)를 47% 포집한 상태를 나타낸다.
제3라인(L3)은 대상 기체를 일 실시예의 기체내 액적 포집 장치를 경유시킨 경우, 기체내 액적 포집 장치를 경유한 대상 기체에서 폴리스티렌(polystyrene) 표준입자(400nm)가 10% 잔류하는 것을 나타낸다.
즉 제3라인(L3)은 기체내 액적 포집 장치에서 대상 기체로부터 폴리스티렌(polystyrene) 표준입자(400nm)를 90% 포집한 상태를 나타낸다.
즉, 폴리스티렌(polystyrene) 표준입자(400nm)가 포함된 대상 기체를 유입관(30)으로 유입하고, 초음파 발진부(20)에서 초음파를 발생시켜, 폴리스티렌 표준입자(나노입자)가 포합된 대상 기체에 초음파를 인가하면, 대상 기체에 포함된 나노입자의 포집 효율이 상승할 수 있다.
도 3은 DNA가 포함된 수분 공기를 포집한 후 PCR(핵산중합반응)을 이용하여 포집 여부를 확인한 그래프이다. 도 3은 PCR(핵산중합반응)을 이용하여 DNA의 포집 여부를 확인하는 것이고, 도시하지 않았으나 면역 측정법으로 DNA의 포집 여부를 확인할 수도 있다.
도 3을 참조하면, DNA가 포함된 수분 공기를 유입관(30)으로 주입하고, 초음파 발진부(20)에서 초음파를 발생시켜 수분 공기를 미립화 시켜, 미립화된 수분 공기에 포함된 DNA를 물에 액화 포집한 후, 물 배출관(11)으로 물이 배출될 수 있다. 배출되는 물로부터 PCR을 이용하여 DNA의 포집 여부가 확인된다.
제4라인(L4)는 DNA가 고농도인 경우, PCR 사이클과 빛 강도의 증가에 따라 DNA의 농도가 더 높아지는 것을 나타낸다. 제5라인(L5)는 DNA가 저농도인 경우, PCR 사이클과 빛 강도의 증가에 따라 DNA의 농도가 더 높아지는 것을 나타낸다. 또한 제5라인(L5)는 제4라인(L4)에 비하여 저농도이므로 PCR 사이클과 빛 강도의 증가에도 DNA의 농도 증가가 더 늦게 나타난다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 용기체 11: 물 배출관
12: 밸브 20: 초음파 발진부
30: 유입관 40: 기체 배출관
41: 펌프 L1: 제1라인
L2: 제2라인 L3: 제3라인
L4: 제4라인 L5: 제5라인

Claims (7)

  1. 액체를 내장하는 용기체;
    상기 용기체의 일측에 구비되어 초음파를 발생시키는 초음파 발진부;
    상기 초음파에 의하여 대상 기체가 미세 기포로 미립화되어 액체 속에 혼합되도록 상기 용기체의 일측을 관통하여 상기 초음파 발진부 상으로 유도되어, 액적이 포함된 대상 기체를 유입하는 유입관; 및
    상기 용기체의 다른 일측에 구비되어, 바이오 물질이 존재하는 상기 액적이 액화 제거된 대상 기체를 배출하는 기체 배출관
    을 포함하며,
    상기 용기체는
    일측 하방에 구비되어 대상 기체 내에 포함된 액적에서 액화되어 포집된 액체를 배출하는 액체 배출관을 더 포함하고,
    상기 초음파 발진부는
    상기 대상 기체에 초음파를 가하여, 상기 대상 기체를 미세 기포로 미립화하여 상기 대상 기체에 포함된 액적을 보다 넓은 면적으로 액체에 접촉시키는
    기체내 액적 포집 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대상 기체에 포함된 액적의 바이오 물질은
    호흡기체, 나노입자를 포함하는 기체, 바이러스를 포함하는 공기, 및 바이오에어로졸(bioaerosol) 중 하나를 포함하는 기체내 액적 포집 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기체 배출관은
    펌프를 구비하여 상기 용기체 내부에 부압을 설정하는 기체내 액적 포집 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액체는
    포집대상을 분리하기 위한 자성나노입자를 포함하는 기체내 액적 포집 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액적은 바이오마커를 포함하며,
    상기 바이오마커는 PCR(핵산중합반응) 또는 면역 측정법으로 포집 확인되는 기체내 액적 포집 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 액체는 소금물이나 수액 같은 버퍼(buffer) 및 물 중 하나인 기체내 액적 포집 장치.
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