KR102322195B1 - Aerosol Collecting and Analyzing Device - Google Patents

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KR102322195B1
KR102322195B1 KR1020190137311A KR20190137311A KR102322195B1 KR 102322195 B1 KR102322195 B1 KR 102322195B1 KR 1020190137311 A KR1020190137311 A KR 1020190137311A KR 20190137311 A KR20190137311 A KR 20190137311A KR 102322195 B1 KR102322195 B1 KR 102322195B1
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고현식
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은, 굴곡관부를 구비하고, 미세입자 및 액상물질을 제공받아 상기 굴곡관부 내에서 원심력 및 관성력에 의해 상기 미세입자를 상기 액상물질 내에 유동시키도록 액상 포집하는 포집부; 및 상기 포집부에 연결되어 상기 액상 포집된 미세입자를 제공받으며, 상기 액상 포집된 미세입자를 분석 가능하게 하는 탐지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 포집 및 분석 장치를 제공한다.The present invention includes: a collecting part having a curved pipe part, receiving fine particles and a liquid material, and collecting liquid so as to flow the fine particles into the liquid substance by centrifugal force and inertial force in the curved pipe part; and a detection unit connected to the collection unit to receive the liquid-phase collected fine particles, and to enable analysis of the liquid-phase collected fine particles.

Description

미세입자 포집 및 분석 장치{Aerosol Collecting and Analyzing Device}Fine particle collection and analysis device {Aerosol Collecting and Analyzing Device}

본 발명은 미세입자 포집 및 분석 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입자를 공기로부터 액상으로 이동시켜 연속적인 모니터링을 가능하게 하는 미세입자 포집 및 분석 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for collecting and analyzing fine particles, and more particularly, to a device for collecting and analyzing fine particles that enables continuous monitoring by moving particles from air to a liquid phase.

공기 중 미세입자는 중금속 및 유해미생물 등, 다양한 화학적, 생물학적 요소를 포함하고 있으며, 수 나노미터에서 수백 마이크로미터에 이르는 입자 크기로 인해 공기 중에 오랫동안 부유 가능하고, 주변 기류에 의해 넓은 지역으로 확산될 수 있기 때문에, 건강 및 환경복지의 불안요소로 작용할 수 있다. 유해한 미세입자의 확산 방지 및 관리를 위해선, 신속하고 효과적으로 이를 포집 및 분석할 수 있는 기술 개발이 필요하다.Fine particles in the air contain various chemical and biological elements, such as heavy metals and harmful microorganisms. Due to the particle size of several nanometers to several hundreds of micrometers, they can be suspended in the air for a long time and can be spread over a large area by the surrounding air currents. Because of this, it can act as an anxiety factor for health and environmental welfare. In order to prevent and manage the spread of harmful fine particles, it is necessary to develop a technology that can quickly and effectively capture and analyze them.

기존 미세입자의 분석 방법으로, 미세먼지의 크기와 농도 등과 같은 물리적 특성을 분석하는 수준에서의 실시간 분석 기술은 존재하나, 미세입자 내 화학적, 생물학적 조성과 같은 세밀한 분석을 위해서는 미세입자의 포집과 분석이 이원화되어 연속적인 탐지가 불가능하거나, 연구실 수준에서 사용 가능한 고가의 분석장비를 이동, 운반하여 분석한 수준으로서, 일반적인 생활환경에서 사용하기에 큰 어려움이 따른다.As an existing analysis method for fine particles, real-time analysis technology exists at the level of analyzing physical characteristics such as size and concentration of fine dust, but for detailed analysis such as chemical and biological composition within fine particles, collection and analysis of fine particles This is the level of analysis by moving and transporting expensive analysis equipment that cannot be continuously detected due to this duality, or that can be used at the laboratory level.

미세유체 기반 분석방법은 시료의 정밀한 제어가 가능하고, 시스템의 크기를 매우 작게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 비용을 절감할 수 있는 방법으로서 바이오/의료 기술분야에서 매우 활발하게 이루어지고 있는 방법이다. 그러나 대부분의 미세유체 기반 분석 방법은 액상에서 이루어지고 있고, 공기와 같은 기체를 대상으로 하는 미세유체 기반 분석 방법은 상대적으로 미미한 수준으로 연구가 진행되고 있다.The microfluidic-based analysis method is a method that is actively performed in the field of bio/medical technology as a method that enables precise control of a sample, can reduce the size of a system to a very small size, and can also reduce costs. However, most microfluidic-based analysis methods are conducted in a liquid phase, and microfluidic-based analysis methods targeting gases such as air are being studied at a relatively insignificant level.

미세입자를 액화 포집하기 위한 샘플러 중 바이오샘플러(BioSampler)와 임핀저(Impinger)의 경우, 액체 기반의 샘플링 방법을 이용하기 때문에 미세입자의 포집 효율은 물론 입자 특성 보존이 용이하다. Among the samplers for liquefying fine particles, BioSampler and Impinger use a liquid-based sampling method, so it is easy to collect fine particles as well as to preserve particle properties.

하지만, 샘플러 작동을 위해 연구자가 직접 구동을 해야 하는 수동형 시스템으로서, 연속적인 탐지 및 측정이 불가능한 문제가 있다. However, since it is a passive system that a researcher must directly drive to operate the sampler, there is a problem in that continuous detection and measurement is impossible.

또한, 기존의 액체 기반 샘플링 기술의 경우, 실시간 및 연속 모니터링을 위한 다른 첨단 기술과 함께 사용하기에 부적합한 문제가 있었다. In addition, in the case of the existing liquid-based sampling technology, there was a problem that it was not suitable for use with other advanced technologies for real-time and continuous monitoring.

본 발명의 목적은 공기 중 미세입자의 실시간, 연속 분석을 위한 미세유체 기반 미세입자 포집 및 분석 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a microfluidic-based microparticle collection and analysis method for real-time, continuous analysis of microparticles in air.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 미세입자 포집 및 분석 장치는, 굴곡관부를 구비하고, 미세입자 및 액상물질을 제공받아 상기 굴곡관부 내에서 원심력 및 관성력에 의해 상기 미세입자를 상기 액상물질 내에 유동시키도록 액상 포집하는 포집부; 및 상기 포집부에 연결되어 상기 액상 포집된 미세입자를 제공받으며, 상기 액상 포집된 미세입자를 분석 가능하게 하는 탐지부를 포함한다. In order to solve the above problems, the apparatus for collecting and analyzing fine particles of the present invention includes a curved pipe part, receives fine particles and a liquid material, and converts the fine particles into the liquid substance by centrifugal force and inertial force in the curved pipe part a collecting unit for collecting liquid to flow therein; and a detection unit connected to the collection unit to receive the liquid-phase collected fine particles, and to enable analysis of the liquid-phase collected fine particles.

본 발명과 관련된 일 예에 의하면, 상기 포집부는, 상기 미세입자가 포함된 공기가 유입되는 시료 주입구; 상기 액상물질이 유입되는 액체 주입구; 및 상기 공기를 배출하는 공기 배출구를 포함한다. According to an example related to the present invention, the collecting unit may include: a sample inlet through which air containing the fine particles is introduced; a liquid inlet through which the liquid material is introduced; and an air outlet for discharging the air.

바람직하게는, 상기 포집부는, 상기 굴곡관부의 내부로 쉬스 공기를 유입 가능하게 하는 쉬스 공기 유입구를 더 포함할 수 있다. Preferably, the collecting unit may further include a sheath air inlet for allowing sheath air to flow into the inside of the bent pipe unit.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 의하면, 상기 굴곡관부의 외주에는 초친수 표면처리될 수 있다. According to another example related to the present invention, the outer periphery of the curved pipe portion may be treated with a super hydrophilic surface.

상기 액상물질은, 은 나노 입자 또는 금 나노 입자가 포함된 물일 수 있다. The liquid material may be water containing silver nanoparticles or gold nanoparticles.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 의하면, 본 발명의 미세입자 포집 및 분석 장치는, 상기 탐지부의 상기 미세 입자에 빛을 조사하여 상기 미세 입자를 분석 가능하게 하는 광 처리부를 더 포함할 수 있다. According to another example related to the present invention, the apparatus for collecting and analyzing fine particles of the present invention may further include a light processing unit that enables the analysis of the fine particles by irradiating light to the fine particles of the detection unit.

본 발명에 따른 미세채널 기반 미세입자 포집 및 분석 방법은 대기 중 존재하는 미세입자를 미세채널 내 곡관을 통해 형성되는 공기-액체 층류 유동 내에서, 공기 중 미세입자를 원심력과 관성력을 통해 액체로 이동하여 고농축 액화 포집이 가능하도록 하고, 포집된 액체 시료를 탐지부로 연속적으로 이송하여 실시간 분석이 이루어질 수 있도록 한다.The microchannel-based microparticle collection and analysis method according to the present invention moves microparticles existing in the air into a liquid through centrifugal and inertial forces in an air-liquid laminar flow formed through a curved tube in the microchannel. This enables high-concentration liquefied collection and continuous transfer of the collected liquid sample to the detection unit for real-time analysis.

또한, 본 발명에 따른 미세채널 기반 미세입자 포집 및 분석 방법은, 원심력과 관성력을 조절함으로서 포집되는 입자들의 크기별로 분류를 가능하게 할 수 있으며, 탐지부의 분석 방법에 따라, 주입되는 액체 내 첨가제를 첨가하여 주입이 가능하므로, 미세입자의 포집과 액체내 포함되어 있는 첨가제에 의한 포집된 입자의 전처리가 동시에 이루어질 수 유도할 수 있다.In addition, the microchannel-based microparticle collection and analysis method according to the present invention can enable classification by size of the collected particles by controlling centrifugal force and inertial force, and according to the analysis method of the detection unit, additives in the injected liquid Since the injection is possible by adding it, it is possible to induce the capture of the fine particles and the pretreatment of the captured particles by the additives contained in the liquid at the same time.

또한, 본 발명은 미세채널을 기반으로한 미세입자의 포집 및 분석 방법으로서, 실시간, 연속 미세먼지의 화학적, 생물학적 분석을 가능하게 하고, 크기를 매우 줄이고, 비용절감의 효과가 크므로, 국민 건강과 환경복지 관련 정책 및 시장에 큰 기여를 할 수 있다.In addition, the present invention is a method for collecting and analyzing fine particles based on microchannels, which enables real-time and continuous chemical and biological analysis of fine dust, greatly reduces the size, and has a large effect of cost reduction, so that public health and environmental welfare-related policies and markets.

도 1a는 본 발명의 미세입자 포집 및 분석 장치를 도시하는 개념도.
도 1b는 포집부의 굴곡관부(A 부분)의 확대도.
도 1c는 광 처리부에 의해 레이저가 탐지부(B 부분)의 미세 입자로 인가되는 예를 도시하는 개념도.
도 1d는 섬유 결합 레이저를 도시하는 사진.
도 1e는 본 발명의 미세입자 포집 및 분석 장치에서 공기, 미세입자 및 액상물질의 유동을 도시하는 개념도.
도 2a는 굴곡관부 내의 안정적인 공기-액체 층류 유동 및 운전 조건을 보여주는 그래프.
도 2b는 공기 내 미세입자가 원심력과 관성에 의해 액체로 포집되는 효율을 보여주는 그래프.
도 3a는 공기 중 미세입자로서 부유박테리아를 사용하였을 경우, 부유박테리아의 입경에 대한 입도분포를 보여주는 그래프.
도 3b는 도 3a에서의 부유박테리아 종류별 투과전자현미경 사진.
도 3c는 도 3a의 부유박테리아의 입경별 포집 효율을 도시하는 그래프.
도 4a는 미세채널 내 공기 중 미세입자가 포집된 액체가 공기와 분리되어 탐지부로 안정적으로 이동되는 과정을 보여주는 개념도.
도 4b는 액상 포집된 부유 포도상구균 입자에 표면증강라만분석을 적용했을 경우, 수집 액체에 첨가제로 첨가한 은 나노 입자가 부유 포도상구균 입자의 액상 포집과 동시에 포도상구균의 표면에 은 나노 입자가 부착되어 있는 전처리 모습을 나타내는 투과전자현미경 사진.
도 5a는 포집하기 위한 미세입자로서 부유박테리아를 사용하고, 분석을 위해 표면증강라만분석을 적용하였을 경우, 탐지부에서 실시간, 연속적으로 시료의 표면증강라만 분석을 수행한 분석 결과를 보여주는 그래프.
도 5b는 공기 중 포도상구균의 농도 변화에 따른 라만 분석 강도의 변화를 보여주는 그래프.
도 5c는 공기 중 포도상구균의 농도와 라만 분석을 통해 얻어진 지배적 피크의 강도와 상관관계를 보여주는 그래프.
Figure 1a is a conceptual diagram showing the apparatus for collecting and analyzing fine particles of the present invention.
Figure 1b is an enlarged view of the curved pipe portion (A portion) of the collecting portion.
1C is a conceptual diagram illustrating an example in which a laser is applied to fine particles of a detection unit (part B) by a light processing unit.
1D is a photograph showing a fiber-bonded laser.
Figure 1e is a conceptual diagram showing the flow of air, fine particles and liquid material in the device for collecting and analyzing fine particles of the present invention.
Fig. 2a is a graph showing stable air-liquid laminar flow and operating conditions in a bent tube section;
Figure 2b is a graph showing the efficiency in which fine particles in the air are collected into a liquid by centrifugal force and inertia.
Figure 3a is a graph showing the particle size distribution with respect to the particle size of the airborne bacteria when using the airborne bacteria as fine particles in the air.
Figure 3b is a transmission electron microscope picture of each type of floating bacteria in Figure 3a.
Figure 3c is a graph showing the collection efficiency of each particle size of the floating bacteria of Figure 3a.
4A is a conceptual diagram illustrating a process in which a liquid in which fine particles are collected in air in a microchannel is separated from air and stably moved to a detection unit.
Figure 4b shows that when the surface-enhanced Raman analysis is applied to the suspended staphylococcal particles collected in the liquid phase, the silver nanoparticles added as an additive to the collection liquid collect the suspended staphylococcal particles in the liquid phase and the silver nanoparticles adhere to the surface of the staphylococcus at the same time. Transmission electron micrograph showing the pre-treatment state.
Figure 5a is a graph showing the analysis results of real-time and continuous surface-enhanced Raman analysis of the sample in the detection unit when the floating bacteria are used as fine particles for collection and surface-enhanced Raman analysis is applied for the analysis.
5B is a graph showing a change in Raman analysis intensity according to a change in the concentration of Staphylococcus in the air.
5C is a graph showing the correlation between the concentration of staphylococcus in the air and the intensity of the dominant peak obtained through Raman analysis.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar components, and overlapping descriptions thereof will be omitted. The suffix "part" for the components used in the following description is given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and does not have a meaning or role distinct from each other by itself. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in the present specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical spirit disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including an ordinal number, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being “connected” to another component, it may be directly connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 명세서에서 “미세입자”라 함은, 대기 중 부유하는 입자상 물질을 의미하는 것으로서, 중금속 및 생물학적 특성을 갖는 박테리아, 바이러스, 곰팡이와 같은 부유미생물을 포함할 수 있다.As used herein, the term “fine particles” refers to particulate matter suspended in the air, and may include heavy metals and airborne microorganisms such as bacteria, viruses, and fungi having biological properties.

본 발명의 미세입자 포집 및 분석 장치(100)는 포집부(10) 및 탐지부(20)를 포함한다.The apparatus 100 for collecting and analyzing fine particles of the present invention includes a collecting unit 10 and a detecting unit 20 .

포집부(10)는, 도 1a 및 1b에 도시되는 바와 같이, 굴곡관부(11)를 구비하는 미세채널로 이루어지는 관 구조일 수 있는데, 대기 중에 부유하는 입자상 물질을 미세채널 내에서 원심력과 관성력을 이용하여 액상 상태의 물질로 포집하도록 한다.As shown in FIGS. 1A and 1B , the collecting unit 10 may have a tubular structure including a microchannel having a curved pipe part 11, and centrifugal and inertial forces are applied to the particulate matter suspended in the air in the microchannel. It is used to collect substances in a liquid state.

액상 물질은 표면 증강 리만 스펙트럼 효과에 의해 미세입자의 포집 효율을 향상시키는데, 본 발명에서 액상 물질(액체 상태의 물질)은 은 나노 입자 또는 금 나노 입자가 포함된 물일 수 있다. The liquid material improves the collection efficiency of fine particles by the surface-enhanced Riemann spectrum effect. In the present invention, the liquid material (a liquid material) may be water containing silver nanoparticles or gold nanoparticles.

포집부(10)는, 고정된 형태를 가지고 시료를 이동시킬 수 있는 재료로 실리콘 함유 폴리머 또는 감광수지 등으로 형성되는 것이 바람직하다. 일례로, 포집부(10)는, PDMS(polydimethylsiloxane) 또는 PMMA(polymethylmethacrylate) 등의 고분자 물질 중 하나로 형성될 수 있다. The collecting unit 10 is preferably formed of a silicon-containing polymer or a photosensitive resin as a material having a fixed shape and capable of moving a sample. For example, the collection unit 10 may be formed of one of a polymer material such as polydimethylsiloxane (PDMS) or polymethylmethacrylate (PMMA).

굴곡관부(11)는 통과하는 시료의 유선(streamline)이 급격히 변하도록 유도할 수 있어 공기 중 미세입자에 원심력과 관성력을 인가할 수 있는 구조라면, 그 형태는 제한되지 않는다. The curved pipe part 11 can induce a streamline of a passing sample to change rapidly, so that if it is a structure capable of applying centrifugal force and inertial force to the fine particles in the air, the shape is not limited.

굴곡관부(11)는, 도 1a에는 반원형의 형상인 예가 도시되지만, 반드시 이러한 구조에 한정되는 것은 아니고, 여러 평면 및 곡면의 혼합 형태로 이루어질 수도 있다. The bent tube portion 11, although an example of a semicircular shape is shown in FIG. 1A, is not necessarily limited to this structure, and may be formed in a mixed form of several flat surfaces and curved surfaces.

포집부(10)에 포집된 입자는 액상 상태로 농축되며 탐지부(20)로 연속적으로 이송된다.The particles collected by the collecting unit 10 are concentrated in a liquid state and are continuously transferred to the detecting unit 20 .

즉, 포집부(10)는 공기 중 부유미생물인 미세입자를 포집 및 액화 농축하여 탐지부(20)로 이송시킨다. That is, the collecting unit 10 collects, liquefies, and concentrates fine particles that are airborne microorganisms in the air, and transfers them to the detecting unit 20 .

포집부(10)는, 시료 주입구(13), 액체 주입구(15) 및 공기 배출구(17)를 포함할 수 있다.The collection unit 10 may include a sample inlet 13 , a liquid inlet 15 , and an air outlet 17 .

시료 주입구(13)는 미세입자가 포함된 공기를 포집부(10) 내부의 관으로 유입시킨다. The sample inlet 13 introduces air containing fine particles into the tube inside the collecting unit 10 .

액체 주입구(15)는 액상물질이 유입된다. 본 발명에서 액상물질에는 후술하는 탐지부(20)의 분석 방법의 종류에 따라 다양한 첨가제가 포함될 수 있다. 첨가제는 표면증강라만 분석을 위한 은 나노 입자, 금 나노 입자, 형광 분석을 위한 퀀텀닷, 염색시료, 생체발광분석을 위한 용해시료 및 ATP발광효소일 수 있다. The liquid inlet 15 is a liquid material is introduced. In the present invention, various additives may be included in the liquid material according to the type of analysis method of the detection unit 20 to be described later. The additive may be silver nanoparticles, gold nanoparticles for surface-enhanced Raman analysis, quantum dots for fluorescence analysis, dye samples, dissolved samples for bioluminescence analysis, and ATP luminescent enzymes.

공기 배출구(17)는 공기를 배출하도록 이루어진다. 도 1a에는 포집부(10)의 우측 상부에 구비된 공기 배출구(17)의 예가 도시되는데, 액상물질과 함께 유동하는 공기가 배출되게 된다. The air outlet 17 is configured to discharge air. 1A shows an example of the air outlet 17 provided on the upper right side of the collecting unit 10, the air flowing together with the liquid material is discharged.

포집부(10)의 굴곡관부(11)의 외주에는 초친수 표면처리되어 굴곡관부(11)의 바깥쪽 벽에 안정적이고 균일한 액체 필름의 형성을 가능하게 한다. The outer periphery of the curved pipe part 11 of the collecting part 10 is treated with a super hydrophilic surface to enable the formation of a stable and uniform liquid film on the outer wall of the curved pipe part 11 .

미세입자 포집 및 분석 장치(100)의 포집부(10)로 주입되는 공기 및 수집 액체의 유량은 미세유체의 포집하고자 하는 입자의 크기에 따라 달라질 수 있다. 실시예로서 1 μm의 직경을 가지는 입자의 포집을 목표로 하는 경우, 공기 유량은 0.3 내지 0.9 L/min, 물 유량은 0.5 내지 3.0 mL/min일 수 있다.Flow rates of the air and collection liquid injected into the collection unit 10 of the apparatus 100 for collecting and analyzing fine particles may vary depending on the size of the particles to be collected in the microfluid. As an example, when targeting particles having a diameter of 1 μm, the air flow rate may be 0.3 to 0.9 L/min, and the water flow rate may be 0.5 to 3.0 mL/min.

도 1b에는 포집부(10)의 굴곡관부(11)의 확대도가 도시되는데, 도 1b를 참조하면, 굴곡관부(11)의 하단에는 액상물질(3)과 액상물질(3) 내에서 액상 물질(3)과 공기(5)가 층류 유동하고, 이와 함께 미세입자(1)가 유동하는 예가 도시된다. 액상물질(3)은 원심력에 의해 포집부(10)의 하단에서 유동한다. 굴곡관부(11)의 내부에서, 하단의 액상물질(3)의 상부에는 공기(5)가 유동한다. 공기(5)는 도 1b에서 접선 방향의 속도(Vr) 및 반경 방향의 속도(U)로 유동하는 예가 도시된다. 액상물질(3)도 접선 방향 및 반경 방향의 속도로 굴곡관부(11)의 내에서 유동하게 된다. 1B is an enlarged view of the curved pipe part 11 of the collecting part 10. Referring to FIG. 1B, at the lower end of the curved pipe part 11, the liquid material 3 and the liquid material 3 in the liquid material 3 are shown. An example in which (3) and air (5) flow laminar, and fine particles (1) flow therewith is shown. The liquid material 3 flows at the lower end of the collecting unit 10 by centrifugal force. In the inside of the curved pipe part 11, the air 5 flows in the upper part of the liquid material 3 at the bottom. An example of air 5 flowing at a tangential velocity Vr and a radial velocity U is shown in FIG. 1B . The liquid material 3 also flows in the curved pipe portion 11 at tangential and radial speeds.

굴곡관부(11) 내에서 공기중의 미세입자는 액상물질로 이동하여(transfer) 액상물질과 함께 탐지부(20)로 유입되게 된다. 미세입자(1)는 도 1b에서 점으로 도시되어 있으며, 입자의 유동(1a)이 점선으로 도시된다. 한편, 도 1b에는 공기(5)의 유동선(5a)도 도시되어 있다. The fine particles in the air in the curved pipe part 11 are transferred to the liquid material and are introduced into the detection unit 20 together with the liquid material. The fine particles 1 are shown as dots in FIG. 1b , and the flow 1a of the particles is shown with dotted lines. Meanwhile, the flow line 5a of the air 5 is also shown in FIG. 1b .

굴곡관부(11) 내에서 공기 및 액상물질의 유동 속도를 조절하거나, 굴곡관부(11)의 각도를 조절함으로써 공기 및 액상물질의 원심력이 조절될 수 있고, 이로 인해 원하는 크기의 미세 입자를 포집할 수 있다. The centrifugal force of air and liquid material can be controlled by adjusting the flow rate of air and liquid material in the bent pipe part 11 or by adjusting the angle of the bent pipe part 11, thereby collecting fine particles of a desired size. can

상대적으로 원심력이 증가하면, 상대적으로 작은 미세입자를 포집할 수 있고, 상대적으로 원심력이 감소하면, 상대적으로 큰 미세입자를 포집할 수 있다. When the relative centrifugal force is increased, relatively small fine particles can be collected, and when the centrifugal force is relatively decreased, relatively large fine particles can be collected.

상기 포집부(10)는, 상기 굴곡관부(11)의 내부로 쉬스 공기(sheath air)를 유입 가능하게 하는 쉬스 공기 유입구(19)를 더 포함할 수 있다. 쉬스 공기 유입구(19)를 통하여 굴곡관부(11)의 내부로 쉬스 공기를 유입하여 미세입자의 액상 포집을 보다 활성화시킬 수 있다.The collecting unit 10 may further include a sheath air inlet 19 for allowing sheath air to flow into the bent pipe unit 11 . By introducing the sheath air into the inside of the curved pipe part 11 through the sheath air inlet 19, it is possible to more activate the collection of the liquid phase of the fine particles.

탐지부(20)는, 이러한 액상 포집된 입자의 전처리 및 분광학 분석을 할 수 있도록 구성되며, 실시간으로 분석 결과를 표시한다.The detection unit 20 is configured to perform pre-processing and spectroscopy analysis of the liquid-phase captured particles, and displays the analysis results in real time.

탐지부(20)는, 포집부(10)에 연결되고, 포집부(10)와 마찬가지로 미세채널로 형성되는 관구조일 수 있다. The detection unit 20 is connected to the collection unit 10 , and may have a tubular structure formed of a microchannel like the collection unit 10 .

탐지부(20)는, 포집부(10)로부터 제공된 액상물질을 전처리하는 전처리부(23)를 구비할 수 있다. The detection unit 20 may include a pre-processing unit 23 for pre-processing the liquid material provided from the collecting unit 10 .

도 1a를 참조하면, 전처리부(23)는 포집부(10)의 굴곡관부(11)에 연결되고, 복수 회 구부러진 형상으로 이루어지는 예가 도시된다. 액상물질 및 미세입자는 전처리부(23)를 통과하면서, 유동 속도 및 압력이 조절되어 분석이 용이한 상태가 된다. Referring to FIG. 1A , an example in which the pre-processing unit 23 is connected to the bent pipe unit 11 of the collecting unit 10 and is bent a plurality of times is shown. As the liquid material and the fine particles pass through the pre-processing unit 23, the flow rate and pressure are controlled, so that analysis is easy.

일례로, 탐지부(20)는, 부유미세물 미세입자의 표면증강 라만산란 신호 분석을 통하여 실시간 미세입자 광학 분석 방법을 수행할 수 있게 한다. 본 발명에서, 광학 분석 방법은, FT-IR분석, 형광분석 또는 광산란분석일 수 있다.As an example, the detection unit 20 may perform a real-time optical analysis method of fine particles through surface-enhanced Raman scattering signal analysis of suspended fine particles. In the present invention, the optical analysis method may be FT-IR analysis, fluorescence analysis or light scattering analysis.

또한, 탐지부(20)는, 분자생물학적 분석 방법을 수행할 수도 있게 하는데, 분자생물학적 분석 방법은, ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay, enzyme-linked immunospecific assay), PCR(polymerase chain reaction), ATP(Adenosine triphosphate)법 또는 QCM(Quartz crystal microbalance)일 수 있다.In addition, the detection unit 20, it is also possible to perform a molecular biological analysis method, the molecular biological analysis method, ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay, enzyme-linked immunospecific assay), PCR (polymerase chain reaction), ATP ( Adenosine triphosphate) method or QCM (Quartz crystal microbalance) may be used.

미세입자 포집 및 분석 장치(100)는, 탐지부(20)의 미세 입자에 빛을 조사하여 미세 입자를 분석 가능하게 하는 광 처리부(30)를 더 포함할 수 있다. The apparatus 100 for collecting and analyzing fine particles may further include a light processing unit 30 configured to analyze the fine particles by irradiating light to the fine particles of the detection unit 20 .

광 처리부(30)는 도 1c에서 도시되는 미세 입자에 레이저를 조사하는 구성들을 포함하여 이루어질 수 있다. The light processing unit 30 may include components for irradiating a laser to the fine particles shown in FIG. 1C .

도 1c에는 탐지부(20)의 미세 입자로 레이저가 인가되는 예를 도시하는 개념도가 도시된다. 1C is a conceptual diagram illustrating an example in which a laser is applied to the fine particles of the detection unit 20 .

섬유 결합 레이저(Fiber-coupled Laser) 장치의 광원(30a)으로부터 조사된 레이저는 제1렌즈(31a) 및 제1 편광 필터(31b)를 통과하여, 제1렌즈(31a) 및 제1 편광 필터(31b)를 투과한 기 결정된 파장(일례로, 532 nm) 이상의 레이저는 다이크로닉 미러(33)(dichronic mirror)에 의해 반사된 후, 대물 렌즈(34)를 투과하여 미세 입자로 도달하게 된다. The laser irradiated from the light source 30a of the fiber-coupled laser device passes through the first lens 31a and the first polarizing filter 31b, and the first lens 31a and the first polarizing filter ( After passing through 31b) of a predetermined wavelength (for example, 532 nm) or more, the laser is reflected by the dichroic mirror 33 and then passes through the objective lens 34 to arrive as fine particles.

또한, 미세입자로 도달한 레이저광 중에서 일부는 미세입자로부터 반사되어 대물렌즈(34) 및 다이크로닉 미러(33)를 투과하여 빔스플리터(35)를 통해 분리된 후 CMOS(36)에 도달한다. In addition, some of the laser light reaching the fine particles is reflected from the fine particles, passes through the objective lens 34 and the dichroic mirror 33, is separated through the beam splitter 35, and then reaches the CMOS 36 .

한편, 미세입자로 도달한 레이저광 중에서 일부는 미세입자로부터 반사되어 대물렌즈(34) 및 다이크로닉 미러(33)를 투과하여 빔스플리터(35)를 통해 분리된 후 제2렌즈(37a), 제2 편광 필터(37b) 및 섬유부재(37c)를 투과하여 스펙트로미터(38)로 도달하게 된다. On the other hand, some of the laser light reaching the fine particles is reflected from the fine particles, passes through the objective lens 34 and the dichroic mirror 33, is separated through the beam splitter 35, and then the second lens 37a, It passes through the second polarizing filter 37b and the fiber member 37c to reach the spectrometer 38 .

CMOS(36)에서는 미세 입자의 이미지를 촬영하고, 스펙트로미터(38)는 미세 입자의 스펙트럼 정보를 얻는다. The CMOS 36 captures an image of the fine particles, and the spectrometer 38 obtains spectral information of the fine particles.

CMOS(36)에서의 이미지 및 스펙트로미터(38)의 스펙트럼 정보는 각각 PC(39, Personal Computer)로 제공되어 저장되며, 분석할 수 있게 된다. The image in the CMOS 36 and the spectral information of the spectrometer 38 are provided and stored to a PC 39 (Personal Computer), respectively, and can be analyzed.

도 1e는 본 발명의 미세입자 포집 및 분석 장치(100)에서 공기, 미세입자 및 액상물질의 유동을 도시하는 개념도이다. 1E is a conceptual diagram illustrating the flow of air, fine particles, and liquid material in the apparatus 100 for collecting and analyzing fine particles of the present invention.

도 1e를 참조하면, 미세입자 포집 및 분석 장치(100)에서 미세입자를 포함한 공기는 시료 주입구(13)를 통해서, 그리고 액상물질은 액체 주입구(15)를 통해서 각각 유입되어 굴곡관부(11)로 유입된다. Referring to FIG. 1E , in the apparatus 100 for collecting and analyzing fine particles, air including fine particles is introduced through the sample inlet 13 , and liquid material is introduced through the liquid inlet 15 , respectively, to the curved pipe part 11 . is brought in

또한, 쉬스 공기가 쉬스 공기 유입구(19)를 통해 굴곡관부(11)로 유입된다.In addition, sheath air is introduced into the bent pipe portion 11 through the sheath air inlet 19 .

굴곡관부(11) 내부에서 액상 포집된 미세입자는 탐지부(20)의 전처리부(23)로 유입되어 전처리된 후에, 탐지 및 분석되고, 시료 배출부(25)를 통해 배출된다.The fine particles collected in the liquid phase inside the curved pipe unit 11 are introduced into the pre-processing unit 23 of the detection unit 20 and pre-treated, then detected and analyzed, and discharged through the sample discharge unit 25 .

한편, 굴곡관부(11) 내부의 공기는 탐지부(20) 내부로 유입되지 않고, 공기 배출구(17)를 통해 외부로 배출된다.On the other hand, the air inside the bent pipe portion 11 is not introduced into the detection unit 20 , but is discharged to the outside through the air outlet 17 .

또한, 본 발명의 미세입자 포집 및 분석 장치(100)는 상기 시료 주입부에 주입되는 시료의 하나 이상의 변수를 조절하는 변수 조절부를 더 포함할 수 있으며, 변수로는 레이놀즈수(Reynolds number), 스톡스수(Stokes number) 및 딘수(Dean number)를 예로 들 수 있다. 각각의 변수의 정의는 하기와 같다.In addition, the apparatus 100 for collecting and analyzing fine particles of the present invention may further include a variable control unit for controlling one or more parameters of the sample injected into the sample injection unit, and the variables include Reynolds number, Stokes. Examples are Stokes number and Dean number. The definition of each variable is as follows.

Figure 112019111570335-pat00001
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여기서, ρ는 공기의 밀도, U는 공기의 속도, Dh는 수력학적 지름, μ는 공기의 점성, ρp는 입자의 밀도, dp는 입자의 직경,Ro는 유로의 곡률을 나타낸다. 주입되는 시료의 상기와 같은 변수들을 조절할 경우 원하는 직경 이상의 크기를 갖는 입자를 포집할 수 있다.Here, ρ is the density of air, U is the velocity of the air, D h is the hydraulic diameter, μ is the viscosity of the air, ρ p is the density of the particles, d p is the diameter of the particles, and R o is the curvature of the flow path. When the above parameters of the injected sample are adjusted, particles having a size greater than or equal to a desired diameter can be collected.

또한, 본 발명의 미세입자 포집 및 분석 장치(100)는 수집 액체 주입부에 주입되는 액체의 경우 상기 미세채널 내에 포집되는 미세입자들을 효과적으로 포집하기 위하여 증류수 또는 PBS 버퍼와 같은 수집 액체를 포함할 수 있다. In addition, the apparatus 100 for collecting and analyzing fine particles of the present invention may include a collection liquid such as distilled water or PBS buffer in order to effectively collect the fine particles collected in the microchannel in the case of a liquid injected into the collection liquid injection unit. have.

또한, 본 발명의 미세입자 포집 및 분석 장치(100)는 시료 배출부(25)에 연결되어 바이오에어로졸을 측정 및 분석하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들면, 현미경, CCD 카메라(charge-coupled device camera) 등을 포함하여 포집된 입자의 형상 및 특징을 실시간으로 측정할 수 있다. 또한, 광학적인 방법으로 연속 라만, 형광 분석이 사용될 수 있으며, 단세포 유동 세포 계측법, 박테리아 ATP-발광과 같은 다양한 원위치 물리 화학적 분석 방법과 연결하여 실시간으로 바이오에어로졸을 포집하고 검출할 수 있는 통합 시스템으로 확장이 가능할 수 있다.In addition, the apparatus 100 for collecting and analyzing fine particles of the present invention may include a device for measuring and analyzing bio-aerosols by being connected to the sample discharge unit 25 . For example, it is possible to measure the shape and characteristics of the captured particles in real time, including a microscope, a charge-coupled device camera (CCD camera), and the like. In addition, continuous Raman and fluorescence analysis can be used as optical methods, and it is an integrated system that can capture and detect bioaerosols in real time by linking with various in situ physicochemical analysis methods such as single cell flow cytometry and bacterial ATP-luminescence. Extensibility may be possible.

[실험예 1][Experimental Example 1]

주입유량에 따른 입자크기 별 포집효율 분석Analysis of collection efficiency by particle size according to injection flow rate

또한, 본 발명의 실험예 1로서, 상기 미세입자 포집 장치 내부에서 입자크기에 따른 포집효율을 분석하기 위하여 표준입자(Polystyrene Latex particle)를 사용하여 실험을 실시하였다.In addition, as Experimental Example 1 of the present invention, an experiment was conducted using standard particles (Polystyrene Latex particles) in order to analyze the collection efficiency according to the particle size inside the fine particle collection device.

다양한 크기를 갖는 표준입자(Duke scientific, USA)를 네뷸라이저(Nebulizer, MRE CN25, BGI Corp, USA)를 사용하여 공기 중에 부유시킨 후, 유량에 따른 포집효율을 분석하기 위하여 상기 미세입자 포집장치에 질량 유량 제어기(FC-280S, Mykrolis Corp., Billerica, MA)를 이용하여 공기 유량을 0.3 내지 0.9 L/min 조절하였고, 수집 액체 유량의 경우 주사기 펌프(KDS Scientiric Inc., Holliston, MA, USA)를 이용하여 0.5 내지 3.0 mL/min로 투입하였다. 이때, 상기 각 표준입자의 입경은 0.65, 0.80, 0.91, 1.00, 1.53, 2.10 μm였다.Standard particles having various sizes (Duke scientific, USA) were suspended in the air using a nebulizer (MRE CN25, BGI Corp, USA), and then to the fine particle collection device to analyze the collection efficiency according to the flow rate. A mass flow controller (FC-280S, Mykrolis Corp., Billerica, MA) was used to control the air flow rate from 0.3 to 0.9 L/min, and a syringe pump (KDS Scientific Inc., Holliston, MA, USA) for the collection liquid flow rate. was added at 0.5 to 3.0 mL/min. At this time, the particle diameter of each standard particle was 0.65, 0.80, 0.91, 1.00, 1.53, 2.10 μm.

포집효율은 다음과 같은 방법으로 계산하였다. 미세채널의 공기를 포함하는 시료 주입구(13)와 시료 배출구에서 공기역학적 입경분포 측정기(Aerodynamic Particle Sizer, TSI inc.)를 사용하여 농도를 측정하였다. 그리고 수학식 2에 따라 포집효율(E(%))를 계산한 다음, 그 결과를 도 2a 및 2b에 나타내었다.The collection efficiency was calculated as follows. Concentrations were measured at the sample inlet 13 and the sample outlet containing air in the microchannel by using an aerodynamic particle size analyzer (Aerodynamic Particle Sizer, TSI inc.). Then, the collection efficiency (E(%)) was calculated according to Equation 2, and the results are shown in FIGS. 2A and 2B.

Figure 112019111570335-pat00002
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이때, N1은 공기를 포함한 시료 주입구(13)에서 표준입자의 농도이고, N2는 시료 배출구에서 표준입자의 농도이다.In this case, N 1 is the concentration of standard particles at the sample inlet 13 including air, and N 2 is the concentration of standard particles at the sample outlet.

도 2a 및 2b에 나타난 바와 같이, 주입 유량이 높아지게 되면 유선과의 반경 방향 이동거리가 원심력에 따라 증가하기 때문에 전체 크기 범위에 대한 입자 포집 효율은 공기 유량에 따라 증가한다. 이는 주입 유량에 따라 타겟으로 하는 입경에 맞추어서 입자 크기에 따라 선택적으로 채취가 가능함을 확인할 수 있다. As shown in FIGS. 2A and 2B , when the injection flow rate is increased, the radial movement distance with the streamline increases according to the centrifugal force, so the particle collection efficiency for the entire size range increases with the air flow rate. It can be confirmed that it is possible to selectively collect according to the particle size according to the target particle size according to the injection flow rate.

이때, 상기 미세채널 시스템에 주입되는 상대적으로 높은 공기 유량과 낮은 수집 액체 유량으로 곡관의 바깥쪽 벽에 안정적인 액체 필름을 형성하는 것이 중요하다. 이는 높은 공기 유량이 지나갈 때, 상대적으로 적은 액체 유량으로 수집 액체를 흘림으로써 곡관을 통과할 때 가해지는 원심력과 공기와 수집 액체 사이의 계면에서 발생하는 전단력 및 액체의 표면장력이 균형을 이루도록 함으로써 유지할 수 있는 방법이다.At this time, it is important to form a stable liquid film on the outer wall of the curved tube with a relatively high flow rate of air injected into the microchannel system and a low flow rate of collected liquid. This is maintained by balancing the surface tension of the liquid and the centrifugal force exerted as it passes through the curved tube by flowing the collecting liquid at a relatively small liquid flow rate when a high air flow rate is passed, and the shear force occurring at the interface between the air and the collecting liquid. way you can

[실험예 2][Experimental Example 2]

실제 부유 박테리아 입자를 이용한 포집효율 분석Analysis of collection efficiency using actual airborne bacterial particles

실제 부유 박테리아 입자를 본 발명에 따른 미세입자 포집 및 분석 장치(100)에 주입하여 상기 미세입자 포집 시스템의 포집효율을 분석하는 실험을 실시하였다.An experiment was conducted to analyze the collection efficiency of the fine particle collection system by injecting actual suspended bacterial particles into the fine particle collection and analysis apparatus 100 according to the present invention.

도 3a에 나타난 크기분포를 가지는 포도상구균(Staphylococcus epidermidis), 마이크로코커스(Micrococcus luteus), 엔테로코쿠스 (Enterococcus hirae), 고초균 (Bacillus subtilis), 대장균 (Escherichia coli) 바이오에어로졸로 사용하였고, 이를 네뷸라이저(Nebulizer, MRE CN25, BGI Corp, USA)를 사용하여 공기 중에 부유시켜, 상기 실시예의 미세입자 포집장치 시료 주입구(13)를 통하여 유량 1 L/min으로 투입하였다. Staphylococcus epidermidis, Micrococcus luteus, Enterococcus hirae, Bacillus subtilis, Escherichia coli having the size distribution shown in FIG. 3A was used as a bio-aerosol, which was used as a nebulizer (Nebulizer, MRE CN25, BGI Corp, USA) was suspended in the air, and introduced at a flow rate of 1 L/min through the sample inlet 13 of the fine particle collecting device of the above example.

그리고, 부유 박테리아 입자의 포집효율을 상기 [수학식 2]를 사용하여 [실험예 1]과 같은 방법으로 계산하였다. 그 결과는 도 3b에 나타난 바와 같이, 최대 및 최소 공기 역학적 직경은 각각 0.55 μm 및 1.3 μm였다. 포도상구균의 포집효율 곡선은 표준크기의 PSL 입자와 유사하였다. 또한, 전체크기 범위에 걸쳐 포집효율이 90% 이상을 나타내었다.Then, the collection efficiency of the floating bacterial particles was calculated in the same manner as in [Experimental Example 1] using [Equation 2]. As a result, as shown in Fig. 3b, the maximum and minimum aerodynamic diameters were 0.55 μm and 1.3 μm, respectively. The collection efficiency curve of Staphylococcus aureus was similar to that of PSL particles of standard size. In addition, the collection efficiency was over 90% over the entire size range.

[실험예 3][Experimental Example 3]

실제 부유 박테리아 입자를 이용한 표면증강라만산란 분석Surface-enhanced Raman Scattering Analysis Using Real Airborne Bacterial Particles

실제 부유 박테리아 입자를 사용하여 본 발명의 실시예에 따라 상기 미세입자 검출 시스템의 표면증강라만산란을 분석하는 실험을 실시하였다. 각 테스트 부유 박테리아 입자의 수 농도는 약 108 CFU/mL 였으며, 표면증강 라만산란용 나노 입자의 농도는 1 mM 이었다. 전자현미경 분석 결과, 도 4b에서와 같이 나노 입자는 박테리아 표면에 달라붙어 있었다. 표면증강 라만산란 스펙트럼 결과로 732, 1322, 1440 및 1600 cm-1에서 공통적으로 구별되는 피크가 관찰되었으며 이는 도 5a에 나타나있다. 특히, 아데닌 (732 cm-1), 단백질이나 지질(1440 cm-1) 피크는 포도상구균과 엔테로코쿠스에서만 검출되었다.An experiment was conducted to analyze the surface-enhanced Raman scattering of the microparticle detection system according to an embodiment of the present invention using actual floating bacterial particles. The number concentration of each test suspended bacterial particle was about 10 8 CFU/mL, and the concentration of surface-enhanced Raman scattering nanoparticles was 1 mM. As a result of the electron microscope analysis, the nanoparticles were attached to the surface of the bacteria as shown in FIG. 4b. As a result of the surface-enhanced Raman scattering spectrum , commonly distinguished peaks were observed at 732, 1322, 1440, and 1600 cm -1 , which is shown in FIG. 5a . In particular, adenine (732 cm -1 ), protein or lipid (1440 cm -1 ) peaks were detected only in Staphylococcus aureus and Enterococcus.

본 발명의 실시예에 따라, 부유 박테리아 입자 농도에 따른 표면증강 라만산란 결과 분석을 위해, 부유 박테리아 입자의 농도를 103 CFU/mL 에서 108 CFU/mL 로 증가시켰으며 그 결과는 도 5b의 그래프에 나타나있다. 농도에 따른 표면증강 라만산란 결과는 732 cm-1와 1324 cm-1의 두 피크에서 두드러지게 나타났다. 부유 박테리아 입자 농도 변화에 따른 두 피크점에서의 산란 강도 변화를 정량화하여 도 5c에 나타나있다. 검출량 내의 박테리아 세포 수에 의해 표면증강라만산란 신호가 강해졌으며, 신호는 박테리아 농도가 103 CFU/mL 에서 107 CFU/mL 로 증가함에 따라 선형적으로 증가하였다. 732 cm-1에서의 피크 강도는 박테리아 농도 변화에 더욱 민감하게 영향을 받았다.According to an embodiment of the present invention, for the analysis of the surface-enhanced Raman scattering results according to the concentration of the suspended bacterial particles, the concentration of the suspended bacterial particles was increased from 10 3 CFU/mL to 10 8 CFU/mL, and the results are shown in FIG. 5b shown in the graph. The results of surface-enhanced Raman scattering according to the concentration were prominent in the two peaks, 732 cm -1 and 1324 cm -1 . The quantification of the scattering intensity change at the two peak points according to the change in the concentration of suspended bacteria particles is shown in Fig. 5c. The surface-enhanced Raman scattering signal was strengthened by the number of bacterial cells in the detection amount, and the signal increased linearly as the bacterial concentration increased from 10 3 CFU/mL to 10 7 CFU/mL. The peak intensity at 732 cm -1 was more sensitively affected by changes in bacterial concentration.

이와 같이 부유 박테리아 입자 포집 및 검출 시스템의 경우 우수한 포집 효율과 정량적인 표면증강 라만산란 신호를 검출할 수 있었다. 본 발명의 미세입자 포집장치의 경우 짧은 시간에 더 높은 농축비를 부여한다면, 바이오샘플러와 비슷한 미생물 회수율을 갖고 보다 정량적인 부유 미생물 농도 분석 가능성이 있음을 보여주었다. 또한, 연속적으로 현장에서 사용할 수 있는 실시간 포집 및 검출 방법이라고 할 수 있다.As described above, in the case of the airborne bacterial particle collection and detection system, it was possible to detect an excellent collection efficiency and quantitative surface-enhanced Raman scattering signal. In the case of the device for collecting fine particles of the present invention, if a higher concentration ratio is given in a short time, it has a similar microbial recovery rate to that of a biosampler and shows the possibility of more quantitative analysis of suspended microorganism concentration. In addition, it can be said that it is a real-time collection and detection method that can be continuously used in the field.

이상에서 설명한 미세입자 포집 및 분석 장치(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. The fine particle collection and analysis apparatus 100 described above is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but all or part of each embodiment is selectively combined so that various modifications can be made. could be

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

100:미세입자 포집 및 분석 장치
10:포집부 11:굴곡관부 13:시료 주입구
15:액체 주입구 17:공기 배출구 19:쉬스 공기 유입구
20:탐지부 23:전처리부 25:시료 배출부
30:광 처리부
30a:광원 31a:제1렌즈 31b:제1 편광 필터
33:다이크로닉 미러 34:대물렌즈 35:빔스플리터
36:CMOS 37a:제2렌즈 37b:제2 편광 필터
37c:섬유부재 38:스펙트로미터
39:PC
3:액상물질 1:미세 입자 5:공기
100: Fine particle collection and analysis device
10: Collection part 11: Bend pipe part 13: Sample injection port
15: liquid inlet 17: air outlet 19: sheath air inlet
20: detection unit 23: pre-processing unit 25: sample discharge unit
30: light processing unit
30a: light source 31a: first lens 31b: first polarizing filter
33: dichroic mirror 34: objective lens 35: beam splitter
36: CMOS 37a: second lens 37b: second polarizing filter
37c: fiber member 38: spectrometer
39:PC
3: Liquid substance 1: Fine particles 5: Air

Claims (6)

굴곡관부를 구비하고, 미세입자 및 액상물질을 제공받아 상기 굴곡관부 내에서 원심력 및 관성력에 의해 상기 미세입자를 상기 액상물질 내에 유동시키도록 액상 포집하는 포집부; 및
상기 포집부에 연결되어 상기 액상 포집된 미세입자를 제공받으며, 상기 액상 포집된 미세입자를 분석 가능하게 하는 탐지부를 포함하고,
상기 탐지부는 상기 액상물질을 전처리하는 전처리부를 구비하고, 상기 전처리부는 복수 회 구부러진 형상으로 이루어지며 상기 굴곡관부에 연결되며,
상기 포집부는,
상기 미세입자가 포함된 공기가 유입되는 시료 주입구;
상기 굴곡관부의 내부로 쉬스 공기를 유입 가능하게 하는 쉬스 공기 유입구;
상기 액상물질이 유입되는 액체 주입구; 및
상기 공기를 배출하는 공기 배출구를 포함하며,
굴곡관부 내에서 액상물질의 흐름, 미세입자가 포함된 공기의 흐름, 쉬스 공기의 흐름이 층류 형태로 이동되며,
액상물질의 흐름과 쉬스 공기의 흐름 사이에, 미세입자가 포함된 공기의 흐름이 위치하는 것을 특징으로 하는 미세입자 포집 및 분석 장치.
a collecting part having a curved pipe part, receiving fine particles and a liquid substance, and collecting the liquid to flow the fine particles into the liquid substance by centrifugal force and inertial force in the curved pipe part; and
It is connected to the collection unit to receive the liquid-phase collected fine particles, and comprises a detection unit that enables analysis of the liquid-phase collected fine particles,
The detection unit includes a pre-processing unit for pre-processing the liquid material, and the pre-processing unit has a shape bent a plurality of times and is connected to the bent pipe unit,
The collection unit,
a sample inlet through which air containing the fine particles is introduced;
a sheath air inlet for allowing sheath air to flow into the curved pipe portion;
a liquid inlet through which the liquid material is introduced; and
It includes an air outlet for discharging the air,
The flow of liquid material, the flow of air containing fine particles, and the flow of sheath air are moved in a laminar flow within the bent pipe part,
A device for collecting and analyzing fine particles, characterized in that between the flow of the liquid material and the flow of the sheath air, a flow of air containing fine particles is located.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 굴곡관부의 외주에는 초친수 표면처리된 것을 특징으로 하는 미세입자 포집 및 분석 장치.
According to claim 1,
An apparatus for collecting and analyzing fine particles, characterized in that the outer periphery of the curved pipe part is treated with a super-hydrophilic surface.
제1항에 있어서,
상기 액상물질은, 은 나노 입자 또는 금 나노 입자가 포함된 물인 것을 특징으로 하는 미세입자 포집 및 분석 장치.
According to claim 1,
The liquid material is an apparatus for collecting and analyzing fine particles, characterized in that water containing silver nanoparticles or gold nanoparticles.
제1항에 있어서,
상기 탐지부의 상기 미세 입자에 빛을 조사하여 상기 미세 입자를 분석 가능하게 하는 광 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 포집 및 분석 장치.
According to claim 1,
The apparatus for collecting and analyzing fine particles, characterized in that it further comprises a light processing unit that enables analysis of the fine particles by irradiating light to the fine particles of the detection unit.
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