KR101857887B1 - 부유미생물의 고속 농도측정을 위한 측정키트. - Google Patents

부유미생물의 고속 농도측정을 위한 측정키트. Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기 중 부유미생물의 농도를 고속으로 측정 가능한 기상 부유균 측정키트에 관한 것으로서, 본 발명의 측정키트에 의하면 공기 중에 부유하는 크기 범위가 상이한 바이러스, 세균 및 곰팡이의 샘플링 시간을 단축할 수 있으며, 선택적 샘플링이 가능하고, 고속 측정이 가능한 측정키트를 제공한다.

Description

부유미생물의 고속 농도측정을 위한 측정키트. {MEASURING KIT FOR FAST BIOAEROSOL DETECTION}
본 출원은 공기 중 부유미생물의 고속 농도 측정을 위한 측정키트에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 중에 부유하는 미생물을 측정하는 방법으로 부유균 측정법이 있으며, 부유균 측정법은 강제적으로 일정량의 공기를 흡입시켜 배지를 통과시키고 배지에 흡착된 미생물을 배양하여 측정하는 방법으로서, 부유 미생물 균수와 상당히 근접한 결과를 얻을 수 있다는 장점이 있으나 배양 조건 또는 측정 위치에 따라 결과가 달라진다는 문제점과 결과를 얻기 위한 시간이 매우 길다는 문제점이 있다.
종래의 미생물 포집 기술 중 국내등록특허 제10-0549222호에서는, 노즐에 의하여 회전하는 포집판에 공기를 분사하게 함으로써 공기 중에 부유하는 입자들 속의 미생물을 관성 충돌에 의해 용이하게 포집되도록 하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 상기 선행기술은 포집판에 미생물을 포집하여 이를 배양 장비로 옮겨야 하며, 포집판을 회전시키기 위한 구동장치 등이 포함되어 있어 장비 부피가 커서 휴대 및 이동이 불편하다는 문제점이 있다.
KR 등록 제10-00549222호
본 발명은 공기 중에 부유하는 크기 범위가 상이한 바이러스, 세균 및 곰팡이의 샘플링 시간을 단축할 수 있으며, 선택적 샘플링이 가능하고, 고속 측정이 가능한 측정키트를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유입구와 배출구 및 유입구와 배출구 사이에 마련된 내부공간을 갖고, 스왑이 장착되며, 상기 스왑이 내부 공간으로 삽입될 수 있도록 마련된 소켓; 상기 소켓의 유입구와 유체 이동 가능하게 연결되며, 미생물을 포함하여 유입되는 외부 물질을 크기에 따라 분류하고, 소정 크기 범위 내의 물질을 유입구로 공급하도록 마련된 미세유로 분리기; 및 상기 소켓의 유입구로 유입된 물질이 스왑이 위치한 내부 공간을 거쳐 배출구 측으로 유동되도록 안내하는 펌프; 를 포함하는 기상 부유균 측정키트를 제공한다.
또한, 상기 소켓의 배출구와 펌프 사이에 배치된 유량계 및 밸브를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 미세유로 분리기는, 크기에 따라 상기 물질의 유동이 분기되는 서로 다른 방향의 복수 개의 미세 유로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 서로 다른 방향의 복수 개의 미세 유로는, 상기 소켓의 유입구와 연결되는 하나 이상의 주유로; 및 상기 소켓의 배출구 측에서 배출되는 물질과 합류하도록 연결되는 부유로; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스왑 표면에 부착된 미생물을 감지하기 위한 RLU(Relative Luminescence Unit) 리더를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 미세 유로 분리기는 상기 소켓의 유입구에 분리 가능하게 장착될 수 있다.
또한, 상기 미세 유로 분리기는 유입유로의 너비와 주유로의 너비 및 미세유로의 두께로 이루어진 설계인자의 조합에 따라 주유로로 유동하는 물질의 크기가 조절되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 스왑은 소켓의 내부 공간으로 인입 및 내부공간으로부터 인출 가능하게 마련될 수 있다.
또한, 상기 소켓은 스왑의 이동 경로 상에 개폐 가능하게 마련된 원형 셔터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 원형 셔터는 스왑이 내부 공간으로 삽입되면 닫히도록 마련될 수 있다.
예시적인 본 발명의 측정키트에 의하면 공기 중에 부유하는 크기 범위가 상이한 바이러스, 세균 및 곰팡이에 대해 소켓 전단에 미세유로 분리기를 적용함으로써, 선택적 샘플링 및 샘플링 시간을 단축할 수 있으며, 부유 미생물의 농도를 고속 측정을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정키트의 사시도 이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정키트의 스왑과 소켓을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유로 분리기를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유미생물 농도 측정을 위한 RLU 리더를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세유로 분리기의 제작방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 샘플링한 부유미생물 및 이를 비교한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 공기 중 부유미생물의 농도를 고속 측정 할 수 있는 측정키트에 관한 것이다. 예시적인 본 발명의 측정키트에 의하면, 공기 중에 부유하는 크기 범위가 상이한 바이러스, 세균 및 곰팡이에 대해 소켓 전단에 미세유로 분리기를 적용함으로써, 선택적 샘플링 및 샘플링 시간을 단축할 수 있으며, 부유미생물의 농도를 고속 측정을 할 수 있다.
본 출원에서 사용되는 용어 「부유미생물」, 「기상부유균」은 공기 중에 부유하고 있는 박테리아, 바이러스, 세균, 곰팡이 등을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 기상 부유균 측정키트를 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 기상 부유균 측정키트(10)는 유입구(210)와 배출구(220) 및 유입구와 배출구 사이에 마련된 내부공간을 갖고, 스왑(100)이 장착되며, 상기 스왑이 내부 공간으로 삽입될 수 있도록 마련된 소켓(200), 상기 소켓의 유입구(210)와 유체 이동 가능하게 연결되며, 미생물을 포함하여 유입되는 외부 물질을 크기에 따라 분류하고, 소정 크기 범위 내의 물질을 유입구(210)로 공급하도록 마련된 미세유로 분리기(300) 및 상기 소켓의 유입구(210)로 유입된 물질이 상기 스왑(100)이 위치한 내부 공간을 거쳐 배출구(220) 측으로 유동되도록 안내하는 펌프(400)를 포함한다.
보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 상기 소켓(200)은 소정 크기의 내부 공간이 마련되고, 상기 내부 공간과 연통 되도록 소켓 일측에 형성된 삽입관(230)의 홀(231)을 통해 상기 스왑(100)이 상기 내부 공간으로 인입되거나, 내부 공간으로부터 인출되도록 탈착 가능하게 삽입될 수 있다.
이에 더하여, 상기 소켓(200)은 스왑(100)의 이동 경로 상에 개폐 가능하게 마련된 원형 셔터(232)를 포함할 수 있으며, 상기 원형 셔터(232)는 상기 스왑이 내부 공간으로 삽입되면 닫히도록 마련될 수 있다.
예를 들어, 상기 스왑(100)을 삽입한 후, 상기 삽입관(230)을 회전시킴으로써 상기 소켓 중심 내부에 형성된 원형 셔터(Shutter, 232)를 닫을 수 있다.
상기 삽입관(230)을 회전 시키면 원형 셔터를 구성하는 실리콘 또는 고무재질의 반원형의 링 두 개가 회전하면서 홀을 닫을 수 있다.
상기와 같은 작동에 의해 기체 기밀도(Sealing)가 확보 될 수 있다.
이에 더하여, 도 3을 참조하면, 상기 미세유로 분리기(300)는 미생물을 포함하여 유입되는 외부 물질을 크기에 따라 분류하고, 소정 크기 범위 내의 물질을 상기 유입구로 공급하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 미세유로 분리기(300)는 물질의 크기에 따라 유동이 분기되는 서로 다른 방향의 복수개의 미세 유로를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 미세유로 분리기(300)는 미생물을 포함하는 외부 물질이 공기 중으로부터 유입되는 유입유로(310)와 상기 소켓의 유입구(210)와 유체 이동 가능하게 연결되는 하나 이상의 주유로(320) 및 상기 소켓의 배출구(220) 측에서 배출되는 물질과 합류하도록 연결되는 부유로(330)를 포함할 수 있다.
상기 유입유로(310)를 통해 유입된 물질 중 샘플링 하고자 하는 소정 크기 범위 내의 물질은 주유로(320)를 통해 상기 소켓의 내부 공간으로 유동하게 되어, 최종적으로 상기 스왑(100)의 표면에 부착될 수 있다.
또한, 샘플링 하고자 하는 크기와 상이한 물질은 부유로(330)를 통해 상기 펌프(400)와 연통되도록 연결 구비된 유동전환기(410)로 유동되어 외부로 배출 될 수 있다.
여기서, 상기 소켓의 배출구(220)와 펌프(400) 사이에는 유량계(420) 및 밸브(430)가 추가적으로 포함 될 수 있으며, 상기 물질의 일부는 상기 유동전환기(410)와 유량계(420) 및 밸브(430)를 통과하여 외부로 배출될 수 있다.
상기 유량계(420)를 통해 배출되는 물질의 유량을 측정할 수 있으며, 상기 밸브(430)의 온(On) 오프(Off) 개도 조절을 통해 상기 밸브의 개방 정도를 조절할 수 있다.
상기 미세유로 분리기(300)를 통과하는 미생물을 포함하는 물질 중 크기가 큰 입자는 큰 관성으로 인해 직선운동을 유지하여 부유로(330)로 이동하게 되고, 크기가 작은 입자는 작은 관성으로 인해 미세 유로의 분사방향으로부터 90도 꺾인 주유로(320)로 대부분의 유량이 이동되면서 물질의 크기에 따른 분류가 가능하게 된다.
이에 더하여, 상기 샘플링 하고자 하는 유입된 물질의 크기, 즉, 상기 주유로(320)로 유동하는 물질의 크기는 미세유로의 유입유로(310) 너비 W, 주유로(320) 너비 S, 미세유로 두께 t의 설계인자의 조합에 의해 조절 될 수 있다.
상기 설계인자의 다양한 조합을 통해, 상기 스왑(100) 표면에는 선택된 소정 크기 범위 내의 입자가 주로 부착되는 농축 효과를 얻게 되어 샘플링 시간을 단축 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 선택적인 샘플링이 가능하게 된다.
한편, 상기 미세유로 분리기(300)는 상기 소켓의 유입구(210)에 분리 가능하게 장착 될 수 있으며, 샘플링 하고자 하는 물질의 크기에 맞춰 상기 설계인자의 다양한 조합을 통해 다양한 미세유로 분리기를 제작할 수 있다.
따라서, 샘플링 하고자 하는 물질의 크기 맞춰 제작된 다수개의 미세유로 분리기는 필요에 따라 서로 교체하여 장착 될 수 있다.
한편, 도 4의 (A)를 참조하면, 상기 미세유로 분리기(300)를 통과하여 상기 스왑 표면에 부착되어 포집된 미생물은, 상기 소켓으로부터 분리된 스왑(100)을 RLU(Relative Luminescence Unit) 리더에 삽입하여 광학적으로 측정할 수 있다.
일반적으로 광학 측정은, 도 4의 (B) 와 같이, 발광물질인 루시페린(Luciferin) 및 루시페라아제(Luciferase)를 포함한다. 상기 루시페린은 용해된 세포내에 존재하는 ATP(Adenosine Triphosphate)에 의해 활성화되어 활성 루시페린으로 변화되고, 상기 활성 루시페린이 발광효소인 루시페라아제의 작용에 의하여 산화되어 산화 루시페린으로 되면서 화학 에너지를 빛 에너지로 전환시켜 빛을 발하게 된다.
상기에서 서술한 원리로, 본 발명의 측정키트를 통해 포집된 미생물 입자의 세포로부터 추출된 ATP가 발광물질과 반응하여 빛을 발함으로써 농도를 측정할 수 있다.
상기에서 서술한 바와 같이, 본 발명의 측정키트는, 상기 펌프(400)를 작동시켜 공기 중의 부유 미생물을 포함하는 물질, 예를 들어, 분진(Dust)을 미세유로 분리기(300)로 유입시켜 크기범위가 상이한 바이러스, 세균 및 곰팡이 등에 대해 각각 적합한 분배를 수행하게 함으로써, 상기 스왑(100) 표면에 선택된 크기의 입자가 주로 부착되어 농축 효과를 얻어, 샘플링 시간 단축시킬 수 있다.
즉, 미세유로 분리기(300)를 적용함으로써, 선택적 샘플링 및 농축 효과에 의해 측정 신뢰도가 증대될 수 있으며, 측정시간 단축이 확보될 수 있다.
또한, 준실시간으로 공기 중 부유미생물의 농도를 측정할 수 있다.
이에 더하여, 기존에 표면 또는 수중 세균 농도의 측정을 위해 상용화 된 ATP Test Kit에 적용시켜 부유 미생물 농도 측정에 확장 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 측정키트는 부유 미생물 측정이 요구되는 다중이용시설, 의료시설을 포함하여 식품 생산가공 시설에 이르는, 광범위한 활용이 가능하다.
실시예 1: 미세유로 분리기 제작
본 실시예에서는 상기 미세유로 분리기를 제작하고, 제작 단계를 도 5에 나타내었다.
먼저, 실리콘웨이퍼(Silicon Wafer) 위에 PR(Photo Resist) SU-8(Micro Chem Corp.,USA)을 500rpm에서 10초간, 1000rpm에서 30초간 연속적으로 스핀코팅(Spin Coating) 코팅을 수행하였다.
다음으로, 핫 플레이트(Hot Plate)에서 65℃에서 10분간, 95℃에서 60분간 두 단계로 온도를 상승시키는 소프트 베이킹(Soft Baking) 단계를 수행하였다.
그 후, SU-8 층(Layer)에 365nm로 UV 라이트(Ultraviolet Light)에 노출 시킨 후, 핫 플레이트(Hot Plate)를 이용하여 65℃에서 5분간, 20℃에서 60분간 두 단계로 온도를 상승시키는 PEB(Post Exposure Baking) 단계를 수행하였다.
PEB 공정 후, SU-8 층(Layer)의 열 충격(Thermal Shock)을 감소 시키기 위해 주위 온도(Ambient Temperature)로 서서히 냉각 시켰다.
SU-8 층(Layer)은 상업용 SU-8 현상액(Developer)을 이용하여 6분 30초간 현상(Developing) 단계를 수행하였다.
상기의 공정을 거친 장치는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 가스켓(Gasket)으로 고밀도 실링(Tight Sealing) 하고, 상단과 하단(Top and Bottom)에 PMMA(Polymethyl Methacrylate) 플레이트(Plate)로 패키징(Packaging) 하였다.
실시예 2: 부유미생물 샘플링 비교 실험
본 실시예에서는, 도 1과 같은 장치에서, 미세유로 분리기의 유무에 따른 측정오차를 비교하기 위한 공기 중 부유미생물 샘플링 실험을 진행하였다. 샘플링은 동일시간 동안 진행하였다.
그 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, 미세유로 분리기를 적용하였을 때 오차 범위가 7.6%로 나타났으며, 미세유로 분리기를 미 적용하였을 때, 오차범위가 19.2%로 나타났다.
또한, 도 6의 (A)의 사진을 보면, 더 많은 수의 CFU(Colony Forming Unit)가 미생물 배양실험을 통해서 확인됨을 알 수 있었다.
또한, RLU 측정에 대한 재현성도 우수함을 확인할 수 있었다.
10: 기상 부유균 측정키트
100: 스왑
200: 소켓
210: 유입구
220: 배출구
230: 삽입관
231: 홀
232: 원형 셔터
300: 미세유로 분리기
310: 유입유로
320: 주유로
330: 부유로
400: 펌프
410: 유동전환기
420: 유량계
430: 밸브

Claims (10)

  1. 유입구와 배출구 및 유입구와 배출구 사이에 마련된 내부공간을 갖고, 스왑이 장착되며, 상기 스왑이 내부 공간으로 삽입될 수 있도록 마련된 소켓;
    상기 소켓의 유입구와 유체 이동 가능하게 연결되며, 미생물을 포함하여 유입되는 외부 물질을 크기에 따라 분류하고, 소정 크기 범위 내의 물질을 상기 유입구로 공급하도록 마련된 미세유로 분리기; 및
    상기 소켓의 유입구로 유입된 물질이 상기 스왑이 위치한 내부 공간을 거쳐 배출구 측으로 물질의 일부가 유동전환기와 유량계 및 밸브를 통과하여 외부로 배출되도록 유동을 안내하는 펌프; 를 포함하되,
    상기 미세유로 분리기는, 크기에 따라 상기 물질의 유동이 분기되는 서로 다른 방향의 복수 개의 미세유로를 포함하고,
    상기 서로 다른 방향의 복수 개의 미세유로는, 미생물을 포함하는 외부 물질이 공기 중으로부터 유입되는 유입유로와 상기 소켓의 유입구와 유체 이동 가능하게 연결되어, 유입되는 외부 물질 중 샘플링 하고자 하는 소정 크기 범위내의 물질을 상기 소켓의 내부 공간으로 유동시켜, 스왑의 표면에 부착되도록 마련된 하나 이상의 주유로 및 샘플링 하고자 하는 크기와 상이한 물질을 외부로 배출되도록 마련된 부유로를 포함하며,
    상기 부유로는, 샘플링 하고자 하는 크기와 상이한 물질을 상기 펌프와 연통되도록 연결 구비된 유동전환기로 유동시켜 소켓의 배출구 측에서 배출되는 물질과 합류하도록 연결되고,
    상기 미세유로 분리기는, 샘플링 하고자 하는 물질의 크기에 따라 교체 장착되도록 상기 소켓의 유입구에 분리 가능하게 장착되는, 기상 부유균 측정키트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 스왑 표면에 부착된 미생물을 감지하기 위한 RLU(Relative Luminescence Unit) 리더를 추가로 포함하는 기상 부유균 측정키트.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 미세 유로 분리기는 유입유로의 너비와 주유로의 너비 및 미세유로의 두께로 이루어진 설계인자의 조합에 따라 주유로로 유동하는 물질의 크기가 조절되도록 마련된 기상 부유균 측정키트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 스왑은 소켓의 내부 공간으로 인입 및 내부공간으로부터 인출 가능하게 마련된 기상 부유균 측정키트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 소켓은 스왑의 이동 경로 상에 개폐 가능하게 마련된 원형 셔터를 포함하는 기상 부유균 측정키트.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 원형 셔터는 상기 스왑이 내부 공간으로 삽입되면 닫히도록 마련된 기상 부유균 측정키트.
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