KR102384408B1 - Microorganism population counting method and system for the same - Google Patents

Microorganism population counting method and system for the same Download PDF

Info

Publication number
KR102384408B1
KR102384408B1 KR1020200054774A KR20200054774A KR102384408B1 KR 102384408 B1 KR102384408 B1 KR 102384408B1 KR 1020200054774 A KR1020200054774 A KR 1020200054774A KR 20200054774 A KR20200054774 A KR 20200054774A KR 102384408 B1 KR102384408 B1 KR 102384408B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
wave
microorganisms
divided
divided cells
Prior art date
Application number
KR1020200054774A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200051567A (en
Inventor
김영덕
Original Assignee
주식회사 더웨이브톡
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020180057326A external-priority patent/KR102113311B1/en
Application filed by 주식회사 더웨이브톡 filed Critical 주식회사 더웨이브톡
Priority to KR1020200054774A priority Critical patent/KR102384408B1/en
Publication of KR20200051567A publication Critical patent/KR20200051567A/en
Priority to KR1020220041666A priority patent/KR102453456B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102384408B1 publication Critical patent/KR102384408B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • C12Q1/04Determining presence or kind of microorganism; Use of selective media for testing antibiotics or bacteriocides; Compositions containing a chemical indicator therefor
    • C12Q1/06Quantitative determination
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483Physical analysis of biological material
    • G01N33/487Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/48707Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
    • G01N33/48735Investigating suspensions of cells, e.g. measuring microbe concentration

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는 각각 배양물질을 포함하는 복수의 분할셀을 구비하는 시료배치부를 마련하는 단계, 상기 복수의 분할셀에 측정하고자 하는 샘플을 분배하는 단계, 상기 복수의 분할셀에 순차적으로 파동을 조사하는 단계, 상기 순차적으로 조사되는 파동에 연계되어 각 분할셀에 수용된 샘플들로부터 출사되는 개별 파동 정보를 순차적으로 검출하는 단계, 상기 개별 파동 정보를 이용하여 각 분할셀에서의 미생물의 존재유무를 판단하는 단계 및 상기 미생물이 존재하는 분할셀의 개수를 이용하여 상기 샘플 내의 미생물 개체수를 산출하는 단계를 포함하는, 미생물 개체수의 계수 방법을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a sample arrangement unit having a plurality of divided cells each containing a culture material, distributing a sample to be measured to the plurality of divided cells, sequentially to the plurality of divided cells irradiating a wave, sequentially detecting individual wave information emitted from samples accommodated in each divided cell in connection with the sequentially irradiated wave, the presence of microorganisms in each divided cell using the individual wave information It provides a method for counting the number of microorganisms, comprising the steps of determining the presence or absence and calculating the number of microorganisms in the sample by using the number of divided cells in which the microorganisms are present.

Description

미생물 개체수의 계수 방법 및 미생물 개체수의 계수 시스템{Microorganism population counting method and system for the same}Microorganism population counting method and system for the same}

본 발명의 실시예들은 미생물 개체수의 계수 방법 및 미생물 개체수의 계수시스템에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a method for counting microbial populations and a system for counting microbial populations.

식품공업분야에서는, 제조 공정에서 의도치 않은 미생물이 발생되어 문제가 되는 경우가 빈번하다. 이러한 미생물의 증식 여부를 확인하기 위해 종래에는 세포 검출 시스템으로, 배지를 사용한 배양형의 계수 방법이 이용되었다. 예를 들면, 미생물 계수 방법으로서, 한천 배지를 사용하여 증식된 미생물의 콜로니수를 계측하는 방법이 사용되고 있다. 한편, 한천 배지 등에 생성된 콜로니수를 시각적으로 계수하는 방법 대신, 최근 CCD 카메라 등을 이용하여 촬영한 계수 대상 배지의 영상 데이터를 데이터 처리해 콜로니수를 계수하는 방법도 제안되고 있다. In the field of the food industry, unintentional microorganisms are frequently generated in the manufacturing process, which is often a problem. In order to check whether such microorganisms proliferate, conventionally, a culture-type counting method using a medium has been used as a cell detection system. For example, as a microorganism counting method, the method of counting the number of colonies of the microorganisms propagated using an agar medium is used. On the other hand, instead of the method of visually counting the number of colonies generated on an agar medium, etc., a method of counting the number of colonies by data processing the image data of the medium to be counted recently photographed using a CCD camera or the like has also been proposed.

그러나, 상기한 계수 방법들은 미생물의 개체수를 직접적으로 계수하지 못하고, 육안으로 확인 가능한 콜로니 상태로 배양시켜 계수할 수 밖에 없어 계수를 위하여 적어도 하루 이상의 시간이 소요되는 문제점이 있었다. However, the above-described counting methods do not directly count the number of microorganisms, and have no choice but to count by culturing them in a colony state that can be confirmed with the naked eye.

상기한 문제 및/또는 한계를 해결하기 위하여, 혼돈파 센서를 이용하여 계수 시간을 단축시킬 수 있는 미생물 개체수의 계수 방법 및 미생물 개체수의 계수 시스템을 제공하는 데에 목적이 있다.In order to solve the above problems and/or limitations, an object of the present invention is to provide a method for counting the number of microorganisms and a system for counting the number of microorganisms that can reduce the counting time using a chaotic wave sensor.

본 발명의 일 실시예는 각각 배양물질을 포함하는 복수의 분할셀을 구비하는 시료배치부를 마련하는 단계, 상기 복수의 분할셀에 측정하고자 하는 샘플을 분배하는 단계, 상기 복수의 분할셀에 순차적으로 파동을 조사하는 단계, 상기 순차적으로 조사되는 파동에 연계되어 각 분할셀에 수용된 샘플들로부터 출사되는 개별 파동 정보를 순차적으로 검출하는 단계, 상기 개별 파동 정보를 이용하여 각 분할셀에서의 미생물의 존재유무를 판단하는 단계 및 상기 미생물이 존재하는 분할셀의 개수를 이용하여 상기 샘플 내의 미생물 개체수를 산출하는 단계를 포함하는, 미생물 개체수의 계수 방법을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a sample arrangement unit having a plurality of divided cells each containing a culture material, distributing a sample to be measured to the plurality of divided cells, sequentially to the plurality of divided cells irradiating a wave, sequentially detecting individual wave information emitted from samples accommodated in each divided cell in connection with the sequentially irradiated wave, the presence of microorganisms in each divided cell using the individual wave information It provides a method for counting the number of microorganisms, comprising the steps of determining the presence or absence and calculating the number of microorganisms in the sample by using the number of divided cells in which the microorganisms are present.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개별 파동 정보는, 상기 복수의 분할셀 각각에 수용된 샘플로부터 다중 산란(multiple scattering)되어 발생되는 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출하여 획득한 정보일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the individual wave information may be information obtained by detecting a laser speckle generated by multiple scattering from a sample accommodated in each of the plurality of divided cells at each preset time point. there is.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 미생물의 존재유무를 판단하는 단계는, 상기 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 상기 검출된 레이저 스펙클의 시간 상관관계(temporal correlation)을 획득하고, 상기 획득된 시간 상관관계에 기초하여 해당 분할셀에서의 미생물의 존재유무를 판단하는 단계일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the determining of the presence or absence of the microorganism includes obtaining a temporal correlation of the detected laser speckle using the detected laser speckle, and It may be a step of determining the presence or absence of microorganisms in the corresponding divided cell based on the time correlation.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개별 파동 정보는 해당 분할셀에서 출사되는 레이저 스펙클 중 제1 시점에서 검출된 상기 레이저 스펙클의 제1 영상정보와, 제2 시점에서 검출된 상기 레이저 스펙클의 제2 영상정보와, 제3 시점에서 검출된 상기 레이저 스펙클의 제3 영상정보를 포함하고, 상기 제1 시점 내지 상기 제3 시점은 서로 다른 시점이며, 상기 미생물의 존재유무를 판단하는 단계는, 상기 제1 영상정보 내지 상기 제3 영상정보의 차이를 이용하여 상기 미생물의 존재유무를 판단할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the individual wave information includes first image information of the laser speckle detected at a first point in time among laser speckles emitted from the divided cell, and the laser spec detected at a second point in time. It includes the second image information of the cleavage and the third image information of the laser speckle detected at a third time point, wherein the first to the third time points are different from each other, and to determine the presence or absence of the microorganism In the step, the presence or absence of the microorganism may be determined using a difference between the first image information and the third image information.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 분할셀은 매트릭스(matrix) 형태로 배열되며, 상기 복수의 분할셀의 개수는 상기 샘플 내에 포함된 미생물의 예상 개체수보다 많을 수 있다. In an embodiment of the present invention, the plurality of divided cells are arranged in a matrix form, and the number of the plurality of divided cells may be greater than the expected number of microorganisms included in the sample.

본 발명의 일 실시예는, 각각 배양물질을 포함하며, 측정하고자 하는 샘플을 분배하여 수용하는 복수의 분할셀을 구비하는 시료배치부, 상기 복수의 분할셀에 순차적으로 파동을 조사하는 파동원, 상기 순차적으로 조사되는 파동에 연계되어 각 분할셀에 수용된 샘플로부터 출사되는 개별 파동 정보를 순차적으로 검출하는 검출부 및 상기 검출된 개별 파동 정보를 이용하여 각 분할셀에서의 미생물의 존재유무를 판단하고, 상기 미생물이 존재하는 분할셀의 개수를 이용하여 상기 샘플 내의 미생물 개체수를 산출하는 제어부를 포함하는, 미생물 개체수의 계수 시스템을 제공한다.An embodiment of the present invention, each containing a culture material, a sample arrangement unit having a plurality of divided cells for distributing and accommodating a sample to be measured, a wave source for sequentially irradiating waves to the plurality of divided cells, A detection unit for sequentially detecting individual wave information emitted from a sample accommodated in each divided cell in connection with the sequentially irradiated wave and the detected individual wave information to determine the presence or absence of microorganisms in each divided cell, It provides a system for counting the number of microorganisms, including a control unit for calculating the number of microorganisms in the sample by using the number of divided cells in which the microorganisms are present.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개별 파동 정보는, 상기 복수의 분할셀 각각에 수용된 샘플로부터 다중 산란(multiple scattering)되어 발생되는 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출하여 획득한 정보일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the individual wave information may be information obtained by detecting a laser speckle generated by multiple scattering from a sample accommodated in each of the plurality of divided cells at each preset time point. there is.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 사기 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 상기 검출된 레이저 스펙클의 시간 상관관계를 획득하고, 상기 획득된 시간 상관관계에 기초하여 해당 분할셀에서의 미생물의 존재유무를 판단할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the control unit obtains a temporal correlation of the detected laser speckle using the fraudulently detected laser speckle, and based on the acquired temporal correlation, microorganisms in the divided cell existence can be determined.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개별 파동 정보는 해당 분할셀에서 출사되는 레이저 스펙클 중 제1 시점에서 검출된 상기 레이저 스펙클의 제1 영상정보와, 제2 시점에서 검출된 상기 레이저 스펙클의 제2 영상정보와, 제3 시점에서 검출된 상기 레이저 스펙클의 제3 영상정보를 포함하고, 상기 제1 시점 내지 상기 제3 시점은 서로 다른 시점이며, 상기 제어부는 상기 제1 영상정보 내지 상기 제3 영상정보의 차이를 이용하여 상기 미생물의 존재유무를 판단할 수 있다. In an embodiment of the present invention, the individual wave information includes first image information of the laser speckle detected at a first point in time among laser speckles emitted from the divided cell, and the laser spec detected at a second point in time. second image information of the image and third image information of the laser speckle detected at a third viewpoint, wherein the first to the third viewpoints are different viewpoints, and the control unit includes the first image information to the third image information may be used to determine the presence or absence of the microorganism.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 분할셀은 매트릭스(matrix) 형태로 배열되며, 상기 복수의 분할셀의 개수는 상기 샘플 내에 포함된 미생물의 예상 개체수보다 많을 수 있다. In an embodiment of the present invention, the plurality of divided cells are arranged in a matrix form, and the number of the plurality of divided cells may be greater than the expected number of microorganisms included in the sample.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예들에 따른 미생물 개체수 계수 시스템 및 미생물 개체수의 계수 방법은 혼돈파 센서를 이용하여 미생물을 개체수 하나의 단위로 정확하게 검출이 가능하다. 이를 통해, 본 발명의 실시예들은 복수의 분할셀 각각에서의 미생물 존재 유무를 검출하고 계수함으로써, 전체 샘플 내에 포함된 미생물 개체수를 빠르게 산출할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 미생물 개체수 계수 시스템 및 미생물 개체수의 계수 방법은 미생물을 콜로니로 배양시키지 않고도 검출이 가능한 바, 배양시간이 현저히 감소되어 개체수 계수를 위한 시간을 단축시킬 수 있다. The microbial population counting system and the microbial population counting method according to embodiments of the present invention can accurately detect microorganisms in units of one population by using a chaotic wave sensor. Through this, embodiments of the present invention detect and count the presence or absence of microorganisms in each of the plurality of divided cells, thereby rapidly calculating the number of microorganisms included in the entire sample. The microbial population counting system and the microbial population counting method according to embodiments of the present invention can detect a microorganism without culturing a colony as a bar, and thus the incubation time is significantly reduced, thereby shortening the time for counting the population.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 개체수의 계수 시스템을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 개체수의 계수 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 4 및 도 5는 미생물 개체수의 계수 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미생물 개체수 계수 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료배치부를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼돈파 센서의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미생물 개체 계수 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다.
1 is a conceptual diagram schematically illustrating a system for counting the number of microorganisms according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 1 .
3 is a flowchart sequentially illustrating a method for counting the number of microorganisms according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are diagrams for explaining a method of counting the number of microorganisms.
6 is a conceptual diagram schematically illustrating a microbial population counting system according to another embodiment of the present invention.
7 is a conceptual diagram schematically illustrating a sample arrangement unit according to another embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining the principle of the chaos wave sensor according to an embodiment of the present invention.
9 and 10 are conceptual views schematically illustrating a microbial individual counting system according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 이하의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the following embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and when described with reference to the drawings, the same or corresponding components are given the same reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted.

본 실시예들은 다양한 변환을 가할 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 실시예들의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 내용들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 실시예들은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. Since the present embodiments can apply various transformations, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. Effects and features of the present embodiments, and a method of achieving them will become clear with reference to the details described later in conjunction with the drawings. However, the present embodiments are not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various forms.

이하의 실시예에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. In the following embodiments, terms such as first, second, etc. are used for the purpose of distinguishing one component from other components without limiting meaning.

이하의 실시예에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In the following examples, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

이하의 실시예에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In the following embodiments, terms such as include or have means that the features or components described in the specification are present, and the possibility that one or more other features or components will be added is not excluded in advance.

이하의 실시예에서 유닛, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 유닛, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다. In the following embodiments, when it is said that a part, such as a unit, region, or component, is on or on another part, not only when it is directly on the other part, but also other units, regions, components, etc. are interposed therebetween. cases are included.

이하의 실시예에서 연결하다 또는 결합하다 등의 용어는 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 반드시 두 부재의 직접적 및/또는 고정적 연결 또는 결합을 의미하는 것은 아니며, 두 부재 사이에 다른 부재가 개재된 것을 배제하는 것이 아니다.In the following examples, terms such as connect or couple do not necessarily mean direct and/or fixed connection or coupling of two members unless the context clearly indicates otherwise, and does not necessarily mean that another member is interposed between two members. It's not about exclusion.

명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.It means that a feature or element described in the specification is present, and does not preclude the possibility that one or more other features or elements may be added.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 이하의 실시예는 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In the drawings, the size of the components may be exaggerated or reduced for convenience of description. For example, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the following embodiment is not necessarily limited to the illustrated bar.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 개체수의 계수 시스템을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 개념도이다. 도 2는 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절취한 단면도이다. 1 is a conceptual diagram schematically illustrating a system for counting the number of microorganisms according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 1 .

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 개체수의 계수 시스템(10)은 시료배치부(100), 파동원(200), 검출부(300) 및 제어부(400)를 구비할 수 있다. 1 to 2 , the system 10 for counting the number of microorganisms according to an embodiment of the present invention includes a sample arrangement unit 100 , a wave source 200 , a detection unit 300 , and a control unit 400 . can do.

본 발명에서 사용된 용어, "미생물"은 L-아미노산과 같은 유용한 목적 물질의 생산능을 갖는 원핵 미생물 또는 진핵 미생물을 의미한다. 예를 들어, 증가된 세포내 ATP 농도를 갖는 미생물은 에스케리시아 속(Escherichia sp.), 어위니아 속(Erwinia sp.), 세라티아 속(Serratia sp.), 프로비덴시아 속(Providencia sp.), 코리네박테리움 속(Corynebacteria sp.), 슈도모나스 속(Pseudomonas sp.), 렙토스피라 속(Leptospira), 살모넬라 속(Salmonellar sp.), 브레비박테리아 속(Brevibacteria sp.), 하이포모나스 속(Hypomononas sp.), 크로모박테리움 속(Chromobacterium sp.), 노카디아 속(Norcardia) 또는 곰팡이(fungi) 또는 효모(yeast)에 속하는 미생물일 수 있다. 구체적으로, 상기 미생물은 에스케리시아속 미생물일 수 있다.As used herein, the term “microorganism” refers to a prokaryotic or eukaryotic microorganism having the ability to produce a useful target substance such as L-amino acid. For example, microorganisms having an increased intracellular ATP concentration include Escherichia sp., Erwinia sp., Serratia sp., Providencia sp. ), Corynebacteria sp., Pseudomonas sp., Leptospira, Salmonellar sp., Brevibacteria sp., Hypomononas sp.), Chromobacterium sp., Norcardia or a microorganism belonging to a fungus or yeast. Specifically, the microorganism may be a microorganism of the genus Escherichia.

또는, 미생물은 포도상구균속(Staphylococcus), 응고효소 음성 포도상구균속(staph Coagulase negative), 스타필로코커스 아우레우스(Staph. aureus), 연쇄구균종(Streptococcus spp.), 스트렙토코커스 비리 댄스군(Streptococcus viridans group), 장구균종(Enterococcus spp.), 코리네박테륨 균종(Corynebacterium spp.), 에어로 코카스 균종(Aerococcus spp.), 마이크로 코카스 균종(Micrococcus spp.), 펩토스트렙토코커스 균종(Peptostreptococcus spp.), 유산구균종(Lactococcus spp.), 류코노스톡 균종(Leuconostoc spp.), Tothia spp., 쌍둥이 균종(Gemella spp.), 알칼리게네스 균종(Alcaligenes spp.), 알테르나리아 균종(Alternaria spp.), 플라보박테리움 균종(Flavobacterium spp.), 바실러스 균종(Bacillus spp.), 아크로모박터 균종(Achromobacter spp.), 아시네토박터 균종(Acinetobacter spp.), 악티노바실러스 균종(Actinobacillus spp.), 알칼리게네스 균종(Alcaligenes spp.), 캄필로박터 균종(Campylobacter spp.), 에드워드 시에라 균종(Edwardsiella spp.);에를리히아 균종(Ehrlichia spp.), 엔테로박터 균종(Enterobacter spp.), 에윈게라 균종(Ewingella spp.), 후라보바크테리아속(Flavobacteria), 하프니아 균종(Hafnia spp.), 클렙시엘라(klebsiella) 균종(Klebsiella spp.), 크루이베라 균종(Kluyvera spp.), 레지오넬라균종(Legionella spp.), 모락셀라 균종(Morxella spp.), 모르가넬라 균종(Morganella spp.), 나이세리아 균종(Neisseria spp.), 파스튜렐라 균종(Pasteurella spp.), 프레보테라 균종(Prevotella spp.), 프로테우스 균종(Proteus spp.), 프로비덴시아 균종(Providencia spp.), 슈도모나스 균종(Pseudomonas spp.), 라네라 균종(Rahnella spp.), 살모넬라균종(Salmonella spp.), 세라티아(serratia) 균종(Serratia spp.), 적리균종(Shigella spp.), 스핑고 박테리움 균종(Sphingobacterium spp.), 비브리오 균종(Vibrio spp.), 여시니아(yersinia) 균종(Yersinia spp.), 나이세리아 균종(Neisseria spp.), 킨게라 균종(Kingella spp.), 카르지오바크테리움속(Cardiobacterium), 비결핵성 항산균(NTB:non-Tuberculosis mycobacteria), 결핵균(Mycobacterium tuberculosis) 및 새형 결핵균(Mycobacterium avium)으로 구성되는 군에서 선택되는 세균을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 미생물은 대장균일 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않으며, 이와 다른 미생물을 더 포함할 수 있음은 물론이다. Or, the microorganism is Staphylococcus (Staphylococcus), coagulase-negative Staph Coagulase (staph Coagulase negative), Staphylococcus aureus (Staph. aureus), Streptococcus spp. Streptococcus viridans group), Enterococcus spp., Corynebacterium spp., Aerococcus spp., Micrococcus spp., Peptostreptococcus spp. , Lactococcus spp., Leuconostoc spp., Tothia spp., Gemella spp., Alcaligenes spp., Alternaria spp. , Flavobacterium spp., Bacillus spp., Achromobacter spp., Acinetobacter spp., Actinobacillus spp., Alcaligenes spp., Campylobacter spp., Edwardsiella spp.; Ehrlichia spp., Enterobacter spp. (Ewingella spp.), Flavobacteria, Hafnia spp., Klebsiella spp., Klebsiella spp., Kluyvera spp., Legionella species spp.), Morxella spp., Morganella spp., Neisseria strains ( Neisseria spp.), Pasteurella spp., Prevotella spp., Proteus spp., Providencia spp., Pseudomonas spp. , Rahnella spp., Salmonella spp., Serratia serratia spp., Shigella spp., Sphingobacterium spp., Vibrio Vibrio spp., Yersinia spp., Neisseria spp., Kingella spp., Cardiobacterium, non-tuberculous anti-acid It may include bacteria selected from the group consisting of non-Tuberculosis mycobacteria (NTB), Mycobacterium tuberculosis, and Mycobacterium avium. More specifically, the microorganism may be E. coli. However, the technical spirit of the present invention is not limited thereto, and of course, it may further include other microorganisms.

시료배치부(100)는 측정하고자 하는 샘플을 분배하여 수용하는 복수의 분할셀(110)을 구비할 수 있다. 이때, 복수의 분할셀(110) 각각에는 미생물 배양을 위한 배양물질(120)을 포함할 수 있다. 배양물질(120)은 계수하고자 하는 미생물 종류에 대응되어, 해당 미생물을 효과적으로 배양시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다.The sample arrangement unit 100 may include a plurality of divided cells 110 for distributing and accommodating a sample to be measured. At this time, each of the plurality of divided cells 110 may include a culture material 120 for culturing microorganisms. The culture material 120 corresponds to the type of microorganism to be counted, and may include a material capable of effectively culturing the microorganism.

배양에 사용되는 배양물질(120)을 포함하는 배지는 특정한 미생물의 요구조건을 적절하게 만족시켜야 한다. 다양한 미생물 배양 배지들은 예를 들어 문헌 ("Manual of Methods for General Bacteriology" by the American Society for Bacteriology, Washington D.C., USA, 1981.)에 기재되어 있다. 이들 배지는 다양한 탄소원, 질소원 및 미량원소 성분들을 포함한다. 탄소원은 포도당, 유당, 자당, 과당, 맥아당, 전분 및 섬유소와 같은 탄수화물; 대두유, 해바라기 오일, 피마자유(castor oil) 및 코코넛 오일(coconut oil)과 같은 지방; 팔미트산, 스테아르산(stearic acid) 및 리놀레산(linoleic acid)과 같은 지방산; 글리세롤 및 에탄올과 같은 알코올과 아세트산과 같은 유기산을 포함할 수 있으며, 이들 탄소원은 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 질소원으로는 펩톤(peptone), 효모추출액(yeast extract), 육즙(gravy), 맥아추출액(malt extract), 옥수수침출액(corn steep liquor (CSL)) 및 콩가루(bean flour)와 같은 유기 질소원 및 요소, 암모늄 설페이트, 암모늄 클로라이드, 암모늄 포스페이트, 암모늄 카보네이트 및 암모늄 니트레이트와 같은 무기 질소원을 포함할 수 있으며, 이들 질소원은 단독으로 또는 조합되어 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 배지에는 인산원으로서 추가적으로 포타슘 디히드로겐 포스페이트(potassium dihydrogen phosphate), 포타슘 디히드로겐 포스페이트(dipotassium hydrogen phosphate) 및 상응하는 소듐 포함 염(sodium-containing salts)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한 배지는 마그네슘 설페이트(magnesium sulfate) 또는 황산철(iron sulfate)와 같은 금속을 포함할 수 있고, 아미노산, 비타민 및 적합한 전구체 등이 첨가될 수 있다. The medium containing the culture material 120 used for culture should suitably satisfy the requirements of specific microorganisms. Various microbial culture media are described, for example, in the literature ("Manual of Methods for General Bacteriology" by the American Society for Bacteriology, Washington D.C., USA, 1981.). These media contain various carbon sources, nitrogen sources and trace element components. Carbon sources include carbohydrates such as glucose, lactose, sucrose, fructose, maltose, starch and fiber; fats such as soybean oil, sunflower oil, castor oil and coconut oil; fatty acids such as palmitic acid, stearic acid and linoleic acid; Alcohols such as glycerol and ethanol and organic acids such as acetic acid may be included, and these carbon sources may be used alone or in combination, but are not limited thereto. Nitrogen sources include organic nitrogen sources and urea such as peptone, yeast extract, grain, malt extract, corn steep liquor (CSL) and bean flour; Inorganic nitrogen sources such as ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, ammonium carbonate and ammonium nitrate may be included, and these nitrogen sources may be used alone or in combination, but are not limited thereto. The medium may additionally contain potassium dihydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, and corresponding sodium-containing salts as a phosphoric acid source, but is not limited thereto. . Also, the medium may contain a metal such as magnesium sulfate or iron sulfate, and amino acids, vitamins and suitable precursors may be added thereto.

또한, 배양액의 호기성 조건을 유지하기 위해서, 배양액 내로 산소 또는 산소를 포함한 가스(예, 공기)가 배양액에 주입될 수 있다. 배양물의 온도는 일반적으로 20-45℃일 수 있으며, 구체적으로는 25-40℃일 수 있다. In addition, in order to maintain the aerobic condition of the culture medium, oxygen or a gas containing oxygen (eg, air) may be injected into the culture medium. The temperature of the culture may be generally 20-45 °C, specifically 25-40 °C.

여기서, 샘플(S)은 콜리니수 계수를 위한 희석배율에 따라 희석되어 준비될 수 있다. 일반적으로 플레이트에 전개할 수 있어 분리 계측이 가능한 균 수로서 알려져 있는 수는 직경 10cm의 플레이트의 경우, 대장균의 콜로니 수로 약 1000개이다. 후술하겠지만, 본 발명에서는 미생물을 플레이트에 전개한 후, 콜로니를 형성시키지 않고 복수의 분할셀(110)에 수용된 미생물 하나하나를 검출할 수 있기 때문에 계수가능한 균 수는 샘플(S)의 희석배율 및/또는 분할셀(110)의 개수에 따라 달라지며, 상기한 균 수보다는 더 많은 균 수를 계수할 수 있다. Here, the sample (S) may be prepared by being diluted according to the dilution factor for counting the number of colonies. In general, the number known as the number of bacteria that can be spread on a plate and can be separated and counted is about 1000 E. coli colonies in the case of a plate with a diameter of 10 cm. As will be described later, in the present invention, the number of countable bacteria is determined by the dilution factor of the sample (S) and / or depending on the number of divided cells 110, more bacteria than the above-mentioned number of bacteria can be counted.

구체적으로, 복수의 분할셀(110)은 (n, m) 매트릭스(matrix) 형태로 구비될 수 있고, 그 개수는 샘플(S) 내에 포함된 미생물의 예상 개체수보다 많을 수 있다. 후술하겠지만, 복수의 분할셀(110)에는 샘플(S)이 균등하게 수용되며, 샘플(S)은 일반적으로 콜로니수 계수를 위한 희석 배율에 따라 희석되어 준비될 수 있다. 예를 들면, 복수의 분할셀(110)이 (100, 100)의 매트릭스로 이루어지는 경우, 샘플(S)은 미생물 개체수가 104을 초과하지 않도록 희석될 수 있다. 또는, 복수의 분할셀(110)이 (1000, 1000)의 매트릭스로 이루어지는 경우, 샘플(S)은 미생물 개체수가 106을 초과하지 않도록 희석될 수 있다. Specifically, the plurality of divided cells 110 may be provided in the form of a (n, m) matrix, and the number may be greater than the expected number of microorganisms included in the sample S. As will be described later, the sample (S) is uniformly accommodated in the plurality of divided cells (110), and the sample (S) may be prepared by being diluted according to a dilution factor for counting the number of colonies in general. For example, when the plurality of divided cells 110 are formed of a matrix of (100, 100), the sample S may be diluted so that the number of microorganisms does not exceed 10 4 . Alternatively, when the plurality of divided cells 110 are formed of a matrix of (1000, 1000), the sample S may be diluted so that the number of microorganisms does not exceed 10 6 .

한편, 시료배치부(100)는 분할셀(110)로 입사된 파동이 샘플(S) 내에서 다중 산란(multiple scattering)되는 횟수를 증폭시키기 위한 다중산란증폭영역을 포함할 수 있다. 예를 들면, 시료배치부(100)는 적어도 하부 영역에 다중산란물질(multiple scattering material)을 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 다중산란물질은 산화티타늄(TiO2)을 포함하며, 샘플(S)을 통과하여 시료배치부(100)로 입사되는 파동의 적어도 일부를 반사시킬 수 있다. 다중산란증폭영역은 샘플(S)로부터 다중산란되어 출사되는 파동이 샘플(S)과 다중산란증폭영역 사이의 공간을 적어도 1회 이상 왕복하도록 할 수 있다.Meanwhile, the sample arrangement unit 100 may include a multiple scattering amplification region for amplifying the number of times that a wave incident to the dividing cell 110 is multiple scattering within the sample S. For example, the sample arrangement unit 100 may be formed to include a multiple scattering material in at least a lower region. For example, the multi-scattering material may include titanium oxide (TiO 2 ) and may reflect at least a portion of a wave passing through the sample S and incident to the sample arrangement unit 100 . The multi-scattering amplification region may allow a wave emitted by being multi-scattered from the sample S to reciprocate at least once in a space between the sample S and the multi-scattering amplification region.

다른 실시예로서, 미생물 개체수 계수 시스템(10)은 다중산란물질(T)이 배양물질(120) 내에 포함되도록 구성될 수 있다. 도 2에서는 배양물질(120)과 샘플(S)이 분리된 것으로 도시하였으나, 샘플(S)이 분할셀(110) 내에 수용되면 배양물질(120)과 혼합될 수 있다. 이때, 다중산란물질(T)은 미생물(M)을 둘러싸도록 배치되어 입사되는 파동을 산란시켜 다중산란횟수를 증가시킬 수 있다. As another embodiment, the microbial population counting system 10 may be configured such that the multi-scattering material T is included in the culture material 120 . 2 shows that the culture material 120 and the sample (S) are separated, when the sample (S) is accommodated in the divided cell 110, it may be mixed with the culture material (120). At this time, the multiple scattering material T may be disposed to surround the microorganism M to scatter the incident wave to increase the number of multiple scattering.

한편, 또 다른 실시예로서, 미생물 개체수 계수 시스템(10)은 별도의 다중산란증폭부(미도시)를 더 구비할 수도 있다. 다중산란증폭부(미도시)는 파동원(200)과 시료배치부(100) 사이 및/또는 시료배치부(100)와 검출부(300) 사이의 파동 이동경로 상에 구비되어, 파동의 다중 산란 횟수를 증폭시킬 수 있다. 다중산란증폭부(미도시)가 파동원(200)과 시료배치부(100) 사이에 배치되는 경우에는, 샘플(S)을 시료 배치부(100)로 분배하기 위해 탈착이 가능한 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 다중산란증폭부(미도시)는 뚜껑과 같은 구조로 구성될 수 있다. 또한, 다중산란증폭부(미도시)는 분할셀(110) 각각에 대응되게 구비될 수도 있고, 복수의 분할셀(110) 전체를 덮는 구조로 형성될 수도 있다. Meanwhile, as another embodiment, the microbial population counting system 10 may further include a separate multiple scattering amplifier (not shown). The multiple scattering amplification unit (not shown) is provided on the wave movement path between the wave source 200 and the sample arrangement unit 100 and/or between the sample arrangement unit 100 and the detection unit 300, so that multiple scattering of waves frequency can be amplified. When the multiple scattering amplification unit (not shown) is disposed between the wave source 200 and the sample disposing unit 100 , it may be formed in a detachable structure to distribute the sample S to the sample disposing unit 100 . can For example, the multiple scattering amplifier (not shown) may have a structure such as a lid. In addition, the multi-scattering amplifier (not shown) may be provided to correspond to each of the divided cells 110 , or may be formed to cover the entirety of the plurality of divided cells 110 .

한편, 시료배치부(100)는 각각의 분할셀(110) 측면에 차단영역(110A)을 구비하여, 각각의 분할셀(110)로 입사되는 파동이 다른 분할셀(110)로 유입되지 않도록 차단시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 개체수 계수 시스템(10)은 복수의 분할셀(110)에 순차적으로 파동을 조사하고 이에 대응되어 출사되는 레이저 스펙클을 검출하는 것을 특징으로 한다. 후술하겠지만, 이러한 과정은 복수의 분할셀(110) 각각에 미생물이 존재하는지를 정확하게 검출해야 하는데, 빠르게 검출하는 과정에서 해당 분할셀(110)이 아닌 다른 분할셀(110)로부터 출사되는 레이저 스펙클로 인하여 그 정확성이 저감될 수 있다. 이를 막기 위하여, 시료배치부(100)는 각각의 분할셀(110) 측면에 차단영역(110A)을 구비하여, 해당 분할셀(110)로 입사된 파동이 다른 분할셀(110)로 유입되어 간섭을 일으키지 않게 할 수 있다. 일 실시예로서, 차단영역(110A)은 반사특성을 갖는 금속물질을 포함할 수 있다. On the other hand, the sample arrangement unit 100 is provided with a blocking area (110A) on the side of each divided cell (110), so that the wave incident on each divided cell (110) does not flow into the other divided cell (110) can do it The microbial population counting system 10 according to an embodiment of the present invention is characterized in that it sequentially irradiates waves to the plurality of divided cells 110 and detects a laser speckle emitted in response thereto. As will be described later, in this process, it is necessary to accurately detect whether microorganisms are present in each of the plurality of divided cells 110 , due to the laser speckle emitted from the divided cells 110 other than the corresponding divided cells 110 during the rapid detection process. Its accuracy may be reduced. In order to prevent this, the sample arrangement unit 100 is provided with a blocking area 110A on the side of each divided cell 110, so that the wave incident on the corresponding divided cell 110 flows into the other divided cell 110 and interferes. can be prevented from causing As an embodiment, the blocking region 110A may include a metal material having a reflective characteristic.

한편, 도 2에서는 차단영역(110A)이 분할셀(110)의 측면에 배치되는 것으로만 도시하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예로서, 차단영역(110A)은 분할셀(110)의 하부면에도 배치될 수 있다. 이때, 검출부(300)는 도 2에 도시된 것과 달리 시료배치부(100)의 상부에 배치되어 출사되는 레이저 스펙클을 검출할 수 있다. 또는, 검출부(300)는 도 1에 도시된 것과 같이 시료배치부(100)를 기준으로 파동원(200)과 대향되게 배치되되, 시료배치부(100)의 하부면에 차단영역이 형성되지 않은 소정의 관통영역을 통해 출사되는 레이저 스펙클을 검출할 수도 있다. Meanwhile, in FIG. 2 , the blocking area 110A is illustrated only as being disposed on the side of the divided cell 110 , but the technical spirit of the present invention is not limited thereto. As another embodiment, the blocking region 110A may also be disposed on the lower surface of the divided cell 110 . In this case, the detection unit 300 may detect the laser speckle that is disposed on the sample disposition unit 100 and is emitted differently from that shown in FIG. 2 . Alternatively, as shown in FIG. 1 , the detection unit 300 is disposed to face the wave source 200 with respect to the sample arrangement unit 100 , and a blocking region is not formed on the lower surface of the sample arrangement unit 100 . A laser speckle emitted through a predetermined penetration region may be detected.

시료배치부(100)는 도시하지 않았지만, 복수의 분할셀(110)들과 동일한 형태로 형성되며, 파동의 조사경로 상에 위치하는 기준셀(미도시)을 더 구비할 수 있다. 이때, 기준셀(미도시)에는 복수의 분할셀(110)과 동일한 크기로 이루어져 동일한 종류 및 용량의 배양물질이 구비될 수 있다. 다만, 기준셀(미도시)은 분할셀(110)들과 달리 샘플(S)이 수용되지 않는다. Although not shown, the sample arrangement unit 100 is formed in the same shape as the plurality of divided cells 110, and may further include a reference cell (not shown) positioned on the wave irradiation path. In this case, the reference cell (not shown) may have the same size as the plurality of divided cells 110 and may be provided with a culture material of the same type and capacity. However, the reference cell (not shown) does not accommodate the sample S, unlike the divided cells 110 .

배양물질은 어느 정도의 유동성을 갖고 있는데, 이는 미생물의 미세한 움직임에 따른 레이저 스펙클을 검출하는데 노이즈(noise)로 작용될 수 있다. 이때, 복수의 분할셀(110)들과 함께 시료배치부(100)에 구비되는 기준셀(미도시)은 샘플(S)이 수용되지는 않지만 배양물질을 포함하므로, 만약 시료배치부(100)에 미세한 진동이 발생하여 복수의 분할셀(110)들의 배양물질이 유동성을 갖게 되는 경우 기준셀(미도시)의 배양물질도 동일한 유동성을 갖게 된다. 이러한 미생물 개체수 계수 시스템(10)은 기준셀(미도시)에도 동일하게 파동을 조사하고 이로부터 검출되는 레이저 스펙클을 기준값으로 설정함으로써, 노이즈를 제거하여 다른 분할셀(110)에서의 미생물 존재 유무를 정확하게 구분할 수 있다. The culture material has a certain degree of fluidity, which may act as noise in detecting laser speckle according to the microscopic movement of microorganisms. At this time, since the reference cell (not shown) provided in the sample arrangement unit 100 together with the plurality of divided cells 110 does not contain the sample S but contains a culture material, if the sample arrangement unit 100 When the culture material of the plurality of divided cells 110 has fluidity due to the occurrence of minute vibrations, the culture material of the reference cell (not shown) also has the same fluidity. The microbial population counting system 10 also irradiates a wave to the reference cell (not shown) in the same way and sets the laser speckle detected therefrom as a reference value, thereby removing noise and the presence of microorganisms in other divided cells 110 . can be accurately distinguished.

여기서, 먼저 도 8을 참조하여, 본 발명의 혼돈파 센서의 원리에 대하여 설명한다. Here, first, with reference to FIG. 8, the principle of the chaotic wave sensor of the present invention will be described.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼돈파 센서의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 8 is a diagram for explaining the principle of a chaos wave sensor according to an embodiment of the present invention.

유리와 같이 내부 굴절율이 균질한 물질의 경우에는 광을 조사했을 때에 일정한 방향으로 굴절이 일어난다. 하지만, 내부 굴절률이 불균질한 물체에 레이저와 같은 간섭광(Coherent light)을 조사하면, 물질 내부에서 매우 복잡한 다중 산란(multiple scattering)이 발생하게 된다. In the case of a material having a homogeneous internal refractive index, such as glass, refraction occurs in a certain direction when irradiated with light. However, when coherent light such as a laser is irradiated to an object having a non-uniform internal refractive index, very complex multiple scattering occurs inside the material.

도 8을 참조하면, 파동원에서 조사한 빛 또는 파동(이하, 간략화를 위하여 파동이라함) 중, 다중 산란을 통해 복잡한 경로로 산란된 파동의 일부는 검사 대상면을 통과하게 된다. 검사 대상면의 여러 지점을 통과하는 파동들이 서로 보강 간섭(constructive interference) 또는 상쇄 간섭(destructive interference)를 일으키게 되고, 이러한 파동들의 보강/상쇄 간섭은 낱알 모양의 무늬(스펙클; speckle)를 발생시키게 된다.Referring to FIG. 8 , among light or waves (hereinafter, referred to as waves for simplicity) irradiated from a wave source, some of the waves scattered through a complex path through multiple scattering pass through the inspection target surface. Waves passing through several points on the surface to be inspected cause constructive interference or destructive interference with each other, and constructive/destructive interference of these waves causes grain-shaped patterns (speckle) to occur. do.

본 명세서에서는 이러한 복잡한 경로로 산란되는 파동들을 "혼돈파(Chaotic wave)"라고 명명하였으며, 혼돈파는 레이저 스펙클을 통해 검출할 수 있다. In the present specification, the waves scattered by such a complicated path are called "chaotic waves", and the chaotic waves can be detected through laser speckle.

다시 도 8의 좌측 도면은 안정한 매질을 레이저로 조사하였을 때를 나타낸 도면이다. 내부 구성 물질의 움직임이 없는 안정한 매일을 간섭광(예를 들어 레이저)으로 조사하였을 때에는 변화가 없는 안정한 스펙클 무늬를 관측할 수 있다. Again, the left view of FIG. 8 is a view showing when a stable medium is irradiated with a laser. When irradiated with interference light (for example, laser) for a stable daily without movement of internal components, a stable speckle pattern with no change can be observed.

그러나, 도 8의 우측 도면과 같이, 내부에 박테리아 등 내부 구성 물질 중 움직임이 있는 불안정한 매질을 포함하고 있는 경우에는 스펙클 무늬가 변화하게 된다. However, as shown in the right diagram of FIG. 8 , when an unstable medium having movement among internal constituent materials such as bacteria is included therein, the speckle pattern is changed.

즉, 생물의 미세한 생명활동(예컨대, 세포 내 움직임, 미생물의 이동, 진드기의 움직임 등)으로 인해 광경로가 시간에 따라 미세하게 변화할 수 있다. 스펙클 패턴은 파동의 간섭으로 인해 발생하는 현상이기 때문에, 미세한 광경로의 변화는 스펙클 패턴에 변화를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 스펙클 패턴의 시간적인 변화를 측정함으로써, 생물의 움직임을 신속하게 측정할 수 있다. 이처럼, 스펙클 패턴의 시간에 따른 변화를 측정하는 경우, 미생물의 존재여부 또는 농도를 알 수 있으며, 더 나아가서는 생물의 종류 또한 알 수 있다. That is, due to microscopic biological activities of living things (eg, intracellular movement, movement of microorganisms, movement of mites, etc.), the optical path may change minutely with time. Since the speckle pattern is a phenomenon that occurs due to wave interference, a slight change in the optical path may cause a change in the speckle pattern. Accordingly, by measuring the temporal change of the speckle pattern, the movement of the organism can be quickly measured. As such, in the case of measuring the change over time of the speckle pattern, the presence or concentration of microorganisms can be known, and furthermore, the type of organism can be known.

본 명세서는 이러한 스펙클 패턴의 변화를 측정하는 구성을 혼돈파 센서(Chaotic Wave Sensor)라 정의한다. In the present specification, a configuration for measuring a change in such a speckle pattern is defined as a chaotic wave sensor.

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 파동원(200)은 상기한 시료배치부(100)의 복수의 분할셀(110)에 순차적으로 파동을 조사할 수 있다. 파동원(200)은 파동(wave)을 생성할 수 있는 모든 종류의 소스 장치를 적용할 수 있으며, 예를 들면, 특정 파장 대역의 광을 조사할 수 있는 레이저(laser)일 수 있다. 한편, 파동원(200)은 모터(motor) 또는 액츄에이터(actuator)와 같은 구동장치와 연결되어, 사전에 설정된 시간 간격에 따라 각 분할셀(110)을 향하여 순차적으로 파동을 조사할 수 있다. 본 발명은 파동원 종류에 제한이 없으나, 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 레이저인 경우를 중심으로 설명하기로 한다.Referring back to FIGS. 1 and 2 , the wave source 200 may sequentially irradiate waves to the plurality of divided cells 110 of the sample arrangement unit 100 . All types of source devices capable of generating a wave may be applied to the wave source 200 , and may be, for example, a laser capable of irradiating light of a specific wavelength band. Meanwhile, the wave source 200 may be connected to a driving device such as a motor or an actuator to sequentially irradiate waves toward each divided cell 110 according to a preset time interval. The present invention is not limited in the type of the wave source, however, hereinafter, for convenience of description, the laser will be mainly described.

예를 들어, 복수의 분할셀(110)에 수용된 샘플(S)에 스펙클을 형성하기 위해서 간섭성(coherence)이 좋은 레이저를 파동원(200)으로 이용할 수 있다. 이때, 레이저 파동원의 간섭성을 결정하는 파동원의 스펙트럴 대역폭(spectral bandwidth)이 짧을수록 측정 정확도가 증가할 수 있다. 즉, 간섭길이(coherence length)가 길수록 측정 정확도가 증가할 수 있다. 이에 따라, 파동원의 스펙트럴 대역폭이 기정의된 기준 대역폭 미만인 레이저광이 파동원(200)으로 이용될 수 있으며, 기준 대역폭보다 짧을수록 측정 정확도는 증가할 수 있다. 예컨대, 아래의 수학식 1의 조건이 유지되도록 파동원(200)의 스펙트럴 대역폭이 설정될 수 있다. For example, a laser having good coherence may be used as the wave source 200 to form a speckle in the sample S accommodated in the plurality of divided cells 110 . In this case, as the spectral bandwidth of the wave source that determines the coherence of the laser wave source is shorter, the measurement accuracy may increase. That is, as the coherence length increases, the measurement accuracy may increase. Accordingly, laser light having a spectral bandwidth of the wave source that is less than a predefined reference bandwidth may be used as the wave source 200, and measurement accuracy may increase as the spectral bandwidth of the wave source is shorter than the reference bandwidth. For example, the spectral bandwidth of the wave source 200 may be set so that the condition of Equation 1 below is maintained.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020046466574-pat00001
Figure 112020046466574-pat00001

수학식 1에 따르면, 레이저 스펙클의 패턴 변화를 측정하기 위해, 기준 시간마다 각 분할셀(110)에 광을 조사 시에 파동원(200)의 스펙트럴 대역폭은 1nm 미만이 유지될 수 있다. According to Equation 1, in order to measure the pattern change of the laser speckle, the spectral bandwidth of the wave source 200 may be maintained to be less than 1 nm when light is irradiated to each divided cell 110 every reference time.

한편, 검출부(300)는 순차적으로 조사되는 파동에 연계되어 각 분할셀(110)에 수용된 샘플(S)로부터 출사되는 개별 파동 정보를 순차적으로 검출할 수 있다. 이때, 개별 파동 정보는 복수의 분할셀(110) 각각에 수용된 샘플(S)로부터 다중 산란(multiple scattering)되어 발생되는 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출하여 획득한 정보일 수 있다. 구체적으로, 개별 파동 정보는 해당 분할셀(110)에서 출사되는 레이저 스펙클 중 제1 시점에서 검출된 레이저 스펙클의 제1 영상정보와, 제2 시점에서 검출된 레이저 스펙클의 제2 영상정보와, 제3 시점에서 검출된 레이저 스펙클의 제3 영상정보를 포함하며, 이때, 제1 시점 내지 제3 시점은 서로 다른 시점일 수 있다. 검출부(300)는 하나의 분할셀(110)에 대하여 상기한 제1 내지 제3 시점에서 검출한 레이저 스펙클에 관한 정보를 제어부(400)로 제공할 수 있다. 이때, 제1 시점 내지 제3 시점은 제어부(400)가 레이저 스펙클의 시간 상관관계를 분석하기 위한 최소 검출 회수이며, 검출부(300)는 이보다 많은 복수의 시점에서 레이저 스펙클을 검출할 수 있음은 물론이다. Meanwhile, the detector 300 may sequentially detect individual wave information emitted from the samples S accommodated in each divided cell 110 in connection with the sequentially irradiated waves. In this case, the individual wave information may be information obtained by detecting laser speckle generated by multiple scattering from the sample S accommodated in each of the plurality of divided cells 110 at preset time points. Specifically, the individual wave information includes first image information of a laser speckle detected at a first time point among laser speckles emitted from the divided cell 110 and second image information of a laser speckle detected at a second time point. and third image information of the laser speckle detected at the third time point, wherein the first to third viewpoints may be different from each other. The detector 300 may provide information about the laser speckle detected at the first to third time points for one divided cell 110 to the controller 400 . In this case, the first to third time points are the minimum number of detections for the controller 400 to analyze the temporal correlation of the laser speckle, and the detector 300 may detect the laser speckle at a plurality of time points greater than this. is of course

여기서, 시점(time)이란, 연속적인 시간의 흐름 가운데 어느 한 순간을 의미하며, 시점(time)들은 동일한 시간 간격으로 사전에 설정될 수 있으나 반드시 이에 제한되지 않으며, 임의의 시간 간격으로 사전에 설정될 수도 있다. 검출부(300)는 파동원(200) 종류에 대응한 감지수단을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 가시광선 파장 대역의 광원을 이용하는 경우에는 영상을 촬영하는 촬영장치인 CCD 카메라(camera)가 이용될 수 있다. Here, the time refers to any one moment in the continuous flow of time, and the time points may be set in advance at the same time interval, but are not necessarily limited thereto, and are set in advance at an arbitrary time interval. it might be The detection unit 300 may include a detection means corresponding to the type of the wave source 200, for example, when a light source of a visible light wavelength band is used, a CCD camera, which is a photographing device for photographing an image, is used. can be

구체적으로, 하나의 분할셀(110) 내에 수용된 샘플(S)에 파동이 조사되면, 입사된 파동은 다중 산란에 의해 레이저 스펙클을 형성할 수 있다. 레이저 스펙클은 빛의 간섭 현상에 의해 발생하므로, 샘플(S) 내에 미생물이 없다면 다중산란증폭영역에 의해 시간에 따라 항상 일정한 간섭 무늬를 나타낼 수 있다. 이와 비교하여, 샘플(S) 내에 미생물(M)이 존재하는 경우, 레이저 스펙클은 미생물(M)의 움직임에 의해 시간에 따라 변화할 수 있다. 검출부(300)는 이러한 시간에 따라 변화하는 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출하여 제어부(400)로 제공할 수 있다. 검출부(300)는 미생물(M)의 움직임을 감지할 수 있을 정도의 속도로 레이저 스펙클을 검출할 수 있으며, 예를 들면, 초당 25프레임 내지 30 프레임의 속도로 검출할 수 있다. Specifically, when a wave is irradiated to the sample S accommodated in one dividing cell 110 , the incident wave may form a laser speckle by multiple scattering. Since the laser speckle is generated by the interference of light, if there are no microorganisms in the sample S, a constant interference pattern can always be displayed according to time by the multiple scattering amplification region. In comparison, when the microorganism M is present in the sample S, the laser speckle may change with time due to the movement of the microorganism M. The detector 300 may detect the laser speckle that changes according to time at each preset time point and provide it to the controller 400 . The detector 300 may detect the laser speckle at a speed sufficient to detect the movement of the microorganism M, for example, at a speed of 25 to 30 frames per second.

한편, 검출부(300)로 이미지 센서가 이용되는 경우, 이미지 센서 한 픽셀(pixel)의 크기 d가 스펙클 패턴의 입자 크기(grain size)보다 작거나 같아지도록 이미지 센서가 배치될 수 있다. 예컨대, 아래의 수학식 2의 조건을 만족하도록, 검출부(300)에 포함된 광학계에서 이미지 센서가 배치될 수 있다. Meanwhile, when an image sensor is used as the detector 300 , the image sensor may be disposed such that the size d of one pixel of the image sensor is smaller than or equal to the grain size of the speckle pattern. For example, an image sensor may be disposed in the optical system included in the detector 300 to satisfy the condition of Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112020046466574-pat00002
Figure 112020046466574-pat00002

수학식 2와 같이, 이미지 센서의 한 픽셀(pixel)의 크기 d가 스펙클 패턴의 입자 크기(grain size) 이하이어야 하나, 픽셀의 크기가 너무 작아지게 되면 언더샘플링(undersampling)이 발생해서 픽셀 해상도를 활용하는데 어려움이 존재할 수 있다. 이에 따라, 효과적인 SNR(Signal to Noise Ratio)를 달성하기 위해 스펙클 입자 크기(speckle grain size)에 최대 5개 이하의 픽셀이 위치하도록 이미지 센서가 배치될 수 있다. As shown in Equation 2, the size d of one pixel of the image sensor should be less than or equal to the grain size of the speckle pattern, but if the size of the pixel becomes too small, undersampling occurs and the pixel resolution There may be difficulties in using Accordingly, the image sensor may be disposed such that a maximum of 5 pixels or less are located at a speckle grain size in order to achieve an effective signal to noise ratio (SNR).

제어부(400)는 검출된 개별 파동 정보를 이용하여 각 분할셀(110)에서의 미생물(M)의 존재유무를 판단하고, 미생물(M)이 존재하는 분할셀(110)의 개수를 이용하여 전체 샘플(S) 내의 미생물 개체수를 산출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(400)는 검출된 레이저 스펙클을 이용하여 검출된 레이저 스펙클의 시간 상관관계(temporal correlation)를 획득하고, 획득된 시간 상관관계에 기초하여 해당 분할셀(110)에서의 미생물(M)의 존재유무를 판단할 수 있다. 제어부(400)는 획득한 시간 상관관계에 기초하여 각 분할셀(110) 내의 미생물의 존재여부를 실시간(real-time)으로 추정할 수 있다. 본 명세서에서 실시간(real-time)이란 3초 이내 미생물(M)의 존재 여부를 추정하는 것을 의미하며, 바람직하게는 1초 내에 미생물(M)의 존재 여부를 추정하는 것을 의미한다. The control unit 400 determines the presence or absence of the microorganism (M) in each divided cell 110 using the detected individual wave information, and uses the number of the divided cells 110 in which the microorganism (M) is present. It is possible to calculate the number of microorganisms in the sample (S). Specifically, the controller 400 obtains a temporal correlation of the detected laser speckle using the detected laser speckle, and based on the obtained temporal correlation, the microorganism in the divided cell 110 . The existence of (M) can be judged. The control unit 400 may estimate in real-time whether or not the microorganisms exist in each divided cell 110 based on the obtained temporal correlation. In the present specification, real-time means estimating the presence or absence of the microorganism (M) within 3 seconds, and preferably means estimating the presence or absence of the microorganism (M) within 1 second.

일 실시예로서, 제어부(400)는 하나의 분할셀(110)에 조사된 파동에 의해 샘플(S)로부터 서로 다른 시점에서 출사되는 레이저 스펙클을 이용하여 미생물의 존재유무를 추정할 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 (1,1) 분할셀에 제1 파동(S1)이 조사되면, 제1 파동(S1)에 의해 다중산란되어 출사되는 제1 레이저 스펙클(P1)들의 시간 상관관계를 획득하여 (1,1) 분할셀에서의 미생물(M)의 존재유무를 추정할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 제1 시점에서 검출된 제1 레이저 스펙클(P1)의 제1 영상정보와, 제2 시점에서 검출된 제1 레이저 스펙클(P2)의 제2 영상정보와, 제3 시점에서 검출된 제1 레이저 스펙클(P3)의 제3 영상정보 차이를 이용하여 미생물(M)의 존재여부를 추정할 수 있다. As an embodiment, the control unit 400 may estimate the presence or absence of microorganisms using laser speckles emitted from the sample S at different points in time by a wave irradiated to one divided cell 110 . For example, when the first wave S1 is irradiated to the (1,1) split cell in FIG. 1 , the time correlation between the first laser speckles P1 multi-scattered and emitted by the first wave S1 By obtaining (1,1), it is possible to estimate the presence or absence of microorganisms (M) in the divided cell. In this case, the control unit 400 includes the first image information of the first laser speckle P1 detected at the first time point, the second image information of the first laser speckle P2 detected at the second time point, and the second image information of the first laser speckle P2 detected at the second time point. The presence or absence of the microorganism M may be estimated by using the difference in the third image information of the first laser speckle P3 detected at three points in time.

여기서, 제1 영상정보 내지 제3 영상정보는 레이저 스펙클의 패턴 정보 및 파동의 세기 정보 중 적어도 하나일 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예는, 적어도 서로 다른 시점에서 검출된 레이저 스펙클의 3개의 영상정보 차이를 이용하는 것이나, 이를 확장하여 복수의 시점에서 복수의 레이저 스펙클의 영상 정보를 이용할 수 있다. 제어부(400)는 사전에 설정된 복수의 시점마다 생성된 레이저 스펙클의 영상정보들을 이용하여 영상들 간의 시간 상관 계수를 계산할 수 있으며, 시간 상관 계수에 기초하여 해당 분할셀(110) 내에 미생물(M)의 존재여부를 추정할 수 있다. 검출된 레이저 스펙클 영상의 시간 상관 관계는 아래의 수학식 3을 이용하여 계산될 수 있다. Here, the first image information to the third image information may be at least one of laser speckle pattern information and wave intensity information. On the other hand, according to an embodiment of the present invention, at least a difference between three image information of laser speckles detected from different viewpoints is used, or by extending this, image information of a plurality of laser speckles can be used from a plurality of viewpoints. The control unit 400 may calculate a time correlation coefficient between images using image information of laser speckle generated for a plurality of preset viewpoints, and based on the time correlation coefficient, the microorganism (M) in the divided cell 110 . ) can be inferred. The temporal correlation of the detected laser speckle image may be calculated using Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112020046466574-pat00003
Figure 112020046466574-pat00003

수학식 3에서

Figure 112020046466574-pat00004
은 시간 상관 관계 계수,
Figure 112020046466574-pat00005
은 표준화된 빛 세기, (x,y)는 카메라의 픽셀 좌표, t는 측정된 시간, T는 총 측정 시간,
Figure 112020046466574-pat00006
는 타임래그(time lag)를 나타낸다. in Equation 3
Figure 112020046466574-pat00004
is the time correlation coefficient,
Figure 112020046466574-pat00005
is the normalized light intensity, (x,y) is the pixel coordinates of the camera, t is the measured time, T is the total measurement time,
Figure 112020046466574-pat00006
denotes a time lag.

수학식 3에 따라 시간 상관 관계 계수가 계산될 수 있으며, 일 실시예로서, 시간 상관 관계 계수가 사전에 설정된 기준값 이하로 떨어지는 분석을 통해 미생물의 존재여부를 추정할 수 있다. 구체적으로, 시간 상관 관계 계수가 사전에 설정된 오차 범위를 넘어 기준값 이하로 떨어지는 것으로 미생물이 존재한다고 추정할 수 있다. A time correlation coefficient may be calculated according to Equation 3, and as an embodiment, the existence of a microorganism may be estimated through analysis in which the time correlation coefficient falls below a preset reference value. Specifically, the existence of microorganisms can be estimated when the time correlation coefficient falls below a reference value beyond a preset error range.

이하, 전술한 미생물 개체수 계수 시스템(10)을 이용하여 미생물 개체수를 계수하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of counting the number of microorganisms using the above-described system for counting the number of microorganisms 10 will be described in detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 개체수의 계수 방법을 순차적으로 도시한 순서도이고, 도 4 및 도 5는 미생물 개체수의 계수 방법을 설명하기 위한 도면이다. 3 is a flowchart sequentially illustrating a method for counting the number of microorganisms according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are views for explaining the method for counting the number of microorganisms.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 개체수 계수 방법은 먼저, 전술한 시료배치부(100)를 마련할 수 있다(S100). 시료배치부(100)는 각각 배양물질을 포함하는 복수의 분할셀(110)을 구비할 수 있다. 3 to 5 , in the method for counting the number of microorganisms according to an embodiment of the present invention, first, the above-described sample arrangement unit 100 may be prepared ( S100 ). The sample arrangement unit 100 may include a plurality of divided cells 110 each containing a culture material.

이후, 측정하고자 하는 샘플(S)을 소정의 희석배율로 희석하고, 복수의 분할셀(110)로 분배한다(S200). 이때, 복수의 분할셀(110)의 크기는 동일하게 구성되어, 샘플(S)은 균등하게 분배될 수 있다. 샘플(S)은 미생물(M) 예상 개체수가 복수의 분할셀(110)의 개수보다 적도록 희석되므로, 균등하게 분배되는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 분할셀(110)에는 미생물(M)이 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. Thereafter, the sample (S) to be measured is diluted by a predetermined dilution ratio and distributed to a plurality of divided cells (110) (S200). In this case, the size of the plurality of divided cells 110 is configured to be the same, and the sample S may be evenly distributed. Since the sample (S) is diluted so that the expected number of microorganisms (M) is less than the number of the plurality of divided cells 110, when evenly distributed, each divided cell 110 contains microorganisms ( M) may or may not be present.

이후, 파동원(200)에 의해 복수의 분할셀(110)에 순차적으로 파동을 조사하고, 순차적으로 조사되는 파동에 연계되어 각 분할셀(110)에 수용된 샘플(S)들로부터 출사되는 개별 파동 정보를 순차적으로 검출할 수 있다(S300). 예를 들어, 복수의 분할셀(110)이 도시된 바와 같이, (n,m) 매트릭스 형태로 배열되는 경우, 각 열을 따라 순차적으로 스캔하는 방식으로 파동이 조사될 수 있다. 이때, 조사되는 파동에 연계되어 검출부(300)는 각 분할셀(110)에서 출사되는 개별 파동 정보를 검출하게 된다. 개별 파동 정보는 전술한 바와 같이, 해당 분할셀(110)에서 서로 다른 시점에서 검출된 레이저 스펙클의 복수의 영상정보일 수 있다. Thereafter, waves are sequentially irradiated to the plurality of divided cells 110 by the wave source 200 , and individual waves emitted from the samples S accommodated in each divided cell 110 in connection with the sequentially irradiated waves Information can be sequentially detected (S300). For example, when a plurality of divided cells 110 are arranged in a (n,m) matrix form as shown, waves may be irradiated by sequentially scanning along each column. At this time, in connection with the wave to be irradiated, the detector 300 detects individual wave information emitted from each divided cell 110 . As described above, the individual wave information may be a plurality of image information of laser speckles detected at different viewpoints in the corresponding divided cell 110 .

제어부(400)는 개별 파동 정보를 이용하여 각 분할셀(110)에서의 미생물(M)의 존재유무를 판단할 수 있다(S400). 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, (1, 1) 분할셀에는 미생물(M)이 존재하고, (2,1) 분할셀에는 미생물(M)이 존재하지 않는 경우, 제어부(400)는 (1,1) 분할셀을 1로 정의하고, (2,1)을 0으로 정의할 수 있다. 이러한 미생물(M)의 존재여부 판단은 순차적인 파동의 조사경로에 따라 (1, 1) 분할셀부터 (n, m) 분할셀까지 이루어질 수 있다. The control unit 400 may determine the presence or absence of the microorganism (M) in each divided cell 110 by using the individual wave information (S400). For example, as shown in FIG. 4, when the microorganism (M) is present in the divided cell (1, 1) and the microorganism (M) is not present in the divided cell (2,1), the control unit 400 can define (1,1) divided cell as 1 and (2,1) as 0. Determination of the existence of these microorganisms (M) can be made from (1, 1) divided cells to (n, m) divided cells according to the sequential wave irradiation path.

전 분할셀(110)에 대한 미생물 존재유무에 대한 판단이 완료되면, 제어부(400)는 미생물(M)이 존재하는 분할셀의 개수를 이용하여 전체 샘플(S) 내의 미생물 개체수를 산출할 수 있다. 다시 말해, 전체 분할셀(110) 중 상기 1로 정의된 분할셀의 개수를 산출함으로써, 전체 샘플(S) 내에 포함된 미생물 개체수를 산출할 수 있다. When the determination of the presence or absence of microorganisms in all divided cells 110 is completed, the control unit 400 may calculate the number of microorganisms in the entire sample S by using the number of divided cells in which the microorganisms M are present. . In other words, by calculating the number of divided cells defined as 1 among all divided cells 110 , the number of microorganisms included in the total sample S can be calculated.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미생물 개체수 계수 시스템(10-1)을 개략적으로 도시한 개념도이다. 6 is a conceptual diagram schematically illustrating a microbial population counting system 10-1 according to another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 미생물 개체수 계수 시스템(10-1)은 파동원(200)으로부터 조사되는 파동을 복수의 분할셀(110)로 순차적으로 조사하기 위하여, 파동경로변경부(210)를 더 구비할 수 있다. 다시 말해, 파동원(200)으로부터 직접 복수의 분할셀(110)로 파동이 조사되는 것이 아니라, 파동경로변경부(210)를 이용하여 복수의 분할셀(110)에 파동이 조사될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 파동의 조사 방식을 제외하고, 나머지 구성요소가 일 실시예와 동일한 바 설명의 편의를 위하여 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Referring to FIG. 6 , the microbial population counting system 10-1 according to another embodiment of the present invention sequentially irradiates a wave irradiated from the wave source 200 to a plurality of divided cells 110, a wave path A change unit 210 may be further provided. In other words, the wave may be irradiated to the plurality of divided cells 110 by using the wave path changing unit 210, rather than being directly irradiated from the wave source 200 to the plurality of divided cells 110 . In another embodiment of the present invention, except for the wave irradiation method, the remaining components are the same as those of the embodiment, and overlapping descriptions will be omitted for convenience of description.

파동경로변경부(210)는 파동원(200)으로부터 파동이 입사될 수 있다. 파동경로변경부(210)는 마이크로 미러(micro mirror)로 이루어질 수 있다. 파동경로변경부(210)는 반사면을 구비하여, 입사된 파동을 복수의 분할셀(110)들을 향해 반시시킬 수 있다. 반사면은 굴절력이 없는 플랫면으로 도시되었으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 파동경로변경부(210)는 구동제어부(미도시)에 의해 미세 구동될 수 있다. The wave path changing unit 210 may receive a wave from the wave source 200 . The wave path changing unit 210 may be formed of a micro mirror. The wave path changing unit 210 may have a reflective surface to reflect the incident wave toward the plurality of divided cells 110 . Although the reflective surface is illustrated as a flat surface having no refractive power, the present invention is not limited thereto. The wave path changing unit 210 may be driven finely by a driving control unit (not shown).

다른 실시예로서, 파동경로변경부(210)는 제어부(400)에 의해 미세 구동되며, 이에 따라 복수의 분할셀(110)로 순차적으로 파동을 조사할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 파동경로변경부(210)에서 조사하는 파동 순서에 연계하여 해당 분할셀(110)로부터 출사되는 레이저 스펙클을 검출하도록 검출부(300)도 함께 제어할 수 있다. As another embodiment, the wave path changing unit 210 is finely driven by the controller 400 , and accordingly, the wave may be sequentially irradiated to the plurality of divided cells 110 . In this case, the control unit 400 may also control the detection unit 300 to detect the laser speckle emitted from the divided cell 110 in connection with the order of the waves irradiated by the wave path change unit 210 .

파동경로변경부(210)를 구성하는 마이크로 미러는 전기적 제어에 따라 반사면의 역학적 변위가 일어날 수 있는 다양한 구성이 채용될 수 있으며, 예를 들어, 일반적으로 알려진 멤스(micro electromechanical system; MEMS) 미러, 디지털 마이크로미러 디바이스(digital micromirror device, DMD) 소자 등이 채용될 수 있다. 파동경로변경부(210)는 하나의 마이크로 미러로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이며, 복수개의 마이크로 미러가 2차원적으로 어레이된 구성일 수도 있다. The micro-mirror constituting the wave path changing unit 210 may have various configurations in which a mechanical displacement of the reflective surface may occur according to electrical control, for example, a generally known micro electromechanical system (MEMS) mirror. , a digital micromirror device (DMD) device, etc. may be employed. Although the wave path changing unit 210 is illustrated as a single micro-mirror, this is exemplary, and a plurality of micro-mirrors may be two-dimensionally arrayed.

한편, 파동경로변경부(210)는 파동 경로 상에 배치되는 미러(215)를 더 포함하여, 복수의 분할셀(110)로 조사되는 파동의 각도가 일정하도록 조절할 수 있다. 다시 말해, 파동경로변경부(210)는 마이크로 미러를 이용하여 복수의 분할셀(110)들로 파동을 조사하는 경우 분할셀(110)의 위치에 따라 파동의 입사각도가 달라질 수 있다. 이에 따라, 샘플(S) 내에서 다중산란되는 정도가 복수의 분할셀(110)들의 위치에 따라 달라질 수 있어, 정확한 비교 평가가 어려울 수 있으므로, 미러(215)를 더 배치시켜 분할셀(110)들로 입사되는 파동의 각도가 균일할 수 있도록 조절할 수 있다. 도면에서는 (1,1) 분할셀 상에 배치된 하나의 미러(215)만 도시하였으나, 설명의 편의를 위하여 개략적으로 도시한 것이며, 분할셀(110) 각각의 상단에 미러가 배치되어 분할셀(110)로 조사되는 파동의 각도를 조절할 수 있다. Meanwhile, the wave path changing unit 210 may further include a mirror 215 disposed on the wave path to adjust the angle of the wave irradiated to the plurality of divided cells 110 to be constant. In other words, when the wave path changing unit 210 irradiates a wave to the plurality of divided cells 110 using a micromirror, the angle of incidence of the wave may vary according to the location of the divided cell 110 . Accordingly, since the degree of multi-scattering in the sample S may vary depending on the positions of the plurality of divided cells 110 , it may be difficult to accurately compare and evaluate the divided cells 110 by further disposing a mirror 215 . It can be adjusted so that the angle of the wave incident to the beams can be uniform. Although only one mirror 215 disposed on the (1,1) divided cell is shown in the drawing, it is schematically illustrated for convenience of explanation, and a mirror is disposed on the upper end of each of the divided cells 110 so that the divided cells ( 110) to adjust the angle of the irradiated wave.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시료배치부(100-1)를 개략적으로 도시한 개념도이다. 7 is a conceptual diagram schematically illustrating a sample arrangement unit 100-1 according to another embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 다른 실시예에 따른 시료배치부(100-1)는 아가 플레이트(agar plate)와 같은 배양접시(petri dish) 형태로 이루어진 일 실시예의 시료배치부(100)와 달리, 미세유체 채널(135)로 연결되는 멀티 웰 기반의 마이크로플루이딕 칩(microfluidics chip;미세유체칩) 형태로 이루어질 수 있다. Referring to FIG. 7 , the sample disposing unit 100-1 according to another embodiment is different from the sample disposing unit 100 of one embodiment in the form of a petri dish such as an agar plate, fine It may be formed in the form of a multi-well-based microfluidics chip (microfluidics chip) connected to the fluid channel 135 .

구체적으로, 시료배치부(100-1)는 멀티 웰 형태의 복수의 분할셀(110) 및 샘플(S)을 투입할 수 있는 투입부(130)를 구비하며, 복수의 분할셀(110)들과 투입부(130)는 미세유체 채널(135)로 연통될 수 있다. 시료배치부(100-1)는 투입부(130)에 샘플(S)이 투입되면 미세유체 채널(135)을 통해 균등하게 각 분할셀(110)로 샘플(S)이 분배될 수 있다. Specifically, the sample arrangement unit 100-1 includes a plurality of divided cells 110 in the form of a multi-well and an input unit 130 capable of inputting the sample S, and includes a plurality of divided cells 110 . The input unit 130 may communicate with the microfluidic channel 135 . In the sample arrangement unit 100 - 1 , when the sample S is input to the input unit 130 , the sample S may be equally distributed to each divided cell 110 through the microfluidic channel 135 .

다른 실시예에 따른 시료배치부(100-1)는 일 실시예와 동일하게 복수의 분할셀(110) 각각에 미생물 배양을 위한 배양물질을 포함할 수 있다. 또한, 시료배치부(100-1)는 상부면이 광학 이미징을 위한 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않으며, 전술한 바와 같이, 다중산란 증폭을 위해 상부면에는 다중산란증폭부가 배치될 수 있다. The sample arrangement unit 100-1 according to another embodiment may include a culture material for culturing microorganisms in each of the plurality of divided cells 110, as in the embodiment. In addition, the upper surface of the sample arrangement unit 100-1 may be made of a transparent material for optical imaging. However, the present invention is not limited thereto, and as described above, a multi-scattering amplifier may be disposed on the upper surface for multi-scattering amplification.

한편, 시료배치부(100-1)는 각각의 분할셀(110) 적어도 측면에 차단영역을 구비하여, 각각의 분할셀(110)로 입사되는 파동이 다른 분할셀(110)로 유입되지 않도록 차단시킬 수 있다. 차단영역을 통해 시료배치부(100-1)는 분할셀(110)들 사이의 파동 간섭을 최소화하여 개체수 계수의 정확성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기한 시료배치부(100-1)는 일회용 키트로 구비될 수 있다. On the other hand, the sample arrangement unit 100-1 is provided with a blocking area on at least the side of each divided cell 110, so as to block the wave incident to each divided cell 110 from flowing into the other divided cell (110). can do it Through the blocking region, the sample arrangement unit 100 - 1 minimizes wave interference between the divided cells 110 to improve the accuracy of counting the population. In addition, the above-described sample arrangement unit 100-1 may be provided as a disposable kit.

한편, 도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미생물 개체 계수 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이다. Meanwhile, FIGS. 9 and 10 are conceptual views schematically illustrating a microbial individual counting system according to another embodiment of the present invention.

도 9 및 도 10을 참조하면, 미생물 개체 계수 시스템은 복수의 분할셀(110)에 수용된 샘플(S)에서 산란된 제1 파동신호를 파동원(200)의 파동이 샘플(S)에 산란되기 전의 제2 파동신호로 복원하도록 변조하는 광학부(550)를 더 포함할 수 있다. 이때, 광학부(550)는 공간 광 변조부(Spatial Light Modulator; SLM, 551) 및 렌즈(552)를 포함할 수 있다. 광학부(550)는 측정 대상으로부터 산란된 파동이 입사되면, 산란된 파동의 파면을 제어하여 다시 산란되기 전의 파동(광)으로 복원하여 검출부(300)로 제공할 수 있다. 9 and 10 , the microbial individual counting system transmits the first wave signal scattered from the sample (S) accommodated in the plurality of divided cells (110), the wave of the wave source (200) is scattered to the sample (S) It may further include an optical unit 550 that modulates to restore the previous second wave signal. In this case, the optical unit 550 may include a spatial light modulator (SLM) 551 and a lens 552 . When the wave scattered from the measurement target is incident, the optical unit 550 may control the wavefront of the scattered wave to restore the wave (light) before being scattered again and provide it to the detector 300 .

공간 광 변조부(551)는 시료에서 산란된 파동(광)이 입사될 수 있다. 공간 광 변조부(551)는 시료에서 산란된 파동의 파면을 제어하여 렌즈(552)에 제공할 수 있다. 렌즈(552)는 광을 집약하여 다시 검출부(300)로 제공할 수 있다. 검출부(300)는 렌즈(552)에서 집약된 파동을 감지하여 산란되기 전 최초 파동원에서 출력된 파동으로 복원하여 출력할 수 있다. The spatial light modulator 551 may receive a wave (light) scattered from the sample. The spatial light modulator 551 may control the wavefront of the wave scattered from the sample and provide it to the lens 552 . The lens 552 may focus the light and provide it back to the detector 300 . The detector 300 may detect the wave collected by the lens 552 and restore it as a wave output from the original wave source before being scattered and output it.

여기서, 광학부(550)는 안정적인 매질, 즉, 샘플(S) 내에 미생물이 존재하지 않는 경우, 샘플(S)로부터 산란된 제1 파동신호를 산란되기 이전의 파동으로 복원할 수 있다. 그러나, 샘플(S) 내에 미생물(M)이 존재하는 경우, 미생물의 움직임으로 인하여 제1 파동신호가 달라지므로 위상 제어 파면을 감지할 수 없게 되고, 이로 인하여 위상 공액 파면을 갖는 제2 파동신호로 변조할 수 없다. 전술한 광학부(550)를 포함하는 미생물 개체수 계수 시스템(10)은 이러한 제2 파동신호의 차이를 이용하여 좀 더 정확하게 복수의 분할셀(110) 각각에서의 미생물(M)의 존재 여부를 추정할 수 있다. Here, the optical unit 550 may restore the first wave signal scattered from the sample S to the wave before scattering when there is no microorganism in the stable medium, that is, the sample S. However, when the microorganism M is present in the sample S, the first wave signal is changed due to the movement of the microorganism, and thus the phase control wavefront cannot be detected. cannot be tampered with The microorganism population counting system 10 including the above-described optical unit 550 more accurately estimates the presence or absence of the microorganism M in each of the plurality of divided cells 110 using the difference in the second wave signal. can do.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 미생물 개체수 계수 시스템 및 미생물 개체수의 계수 방법은 혼돈파 센서를 이용하여 미생물을 개체수 하나의 단위로 정확하게 검출이 가능하다. 이를 통해, 본 발명의 실시예들은 복수의 분할셀 각각에서의 미생물 존재 유무를 검출하고 계수함으로써, 전체 샘플 내에 포함된 미생물 개체수를 빠르게 산출할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 미생물 개체수 계수 시스템 및 미생물 개체수의 계수 방법은 미생물을 콜로니로 배양시키지 않고도 검출이 가능한 바, 배양시간이 현저히 감소되어 개체수 계수를 위한 시간을 단축시킬 수 있다.As described above, the microbial population counting system and the microbial population counting method according to embodiments of the present invention can accurately detect microorganisms in units of one population by using a chaotic wave sensor. Through this, the embodiments of the present invention detect and count the presence or absence of microorganisms in each of the plurality of divided cells, thereby rapidly calculating the number of microorganisms included in the entire sample. The microbial population counting system and the microbial population counting method according to embodiments of the present invention can detect a microorganism without culturing a colony, and thus the culture time is significantly reduced, thereby shortening the time for counting the population.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.So far, the present invention has been focused on preferred embodiments. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in modified forms without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive point of view. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within an equivalent scope should be construed as being included in the present invention.

10 : 미생물 개체수 계수 시스템
100 : 시료배치부
110 : 분할셀
200 : 파동원
300 : 검출부
400 : 제어부
10: microbial population counting system
100: sample arrangement part
110: split cell
200 : wave source
300: detection unit
400: control unit

Claims (1)

멀티 웰 형태의 복수의 분할셀, 샘플 투입이 가능한 투입부 및 상기 복수의 분할셀들과 상기 투입부를 연통하는 미세유체 채널을 포함하는 시료배치부;
상기 복수의 분할셀에 순차적으로 파동을 조사하는 파동원;
상기 순차적으로 조사되는 파동에 연계되어 각 분할셀에 수용된 샘플로부터 출사되는 개별 파동 정보를 순차적으로 검출하는 검출부; 및
상기 검출된 개별 파동 정보를 이용하여 각 분할셀에서의 미생물의 존재유무를 판단하고, 상기 미생물이 존재하는 분할셀의 개수를 이용하여 상기 샘플 내의 미생물 개체수를 산출하는 제어부;를 포함하고,
상기 개별 파동 정보는,
상기 복수의 분할셀 각각에 수용된 샘플로부터 다중 산란(multiple scattering)되어 발생되는 레이저 스펙클을 사전에 설정된 시점마다 검출하여 획득한 정보이며,
상기 시료배치부는 각각의 분할셀로 입사되는 파동이 다른 분할셀로 유입되지 않도록, 각각의 분할셀 측면에 차단영역을 구비하는, 미생물 개체수의 계수 시스템.

a sample arrangement unit comprising a plurality of multi-well-shaped divided cells, an input unit capable of inputting a sample, and a microfluidic channel communicating the plurality of divided cells and the input unit;
a wave source that sequentially irradiates waves to the plurality of divided cells;
a detector for sequentially detecting individual wave information emitted from the samples accommodated in each divided cell in connection with the sequentially irradiated waves; and
A control unit that determines the presence or absence of microorganisms in each divided cell using the detected individual wave information, and calculates the number of microorganisms in the sample by using the number of divided cells in which the microorganisms exist; includes,
The individual wave information is
It is information obtained by detecting a laser speckle generated by multiple scattering from a sample accommodated in each of the plurality of divided cells at preset time points,
The sample arrangement unit is provided with a blocking area on the side of each divided cell so that the wave incident to each divided cell does not flow into the other divided cell, the number of microorganisms counting system.

KR1020200054774A 2018-05-18 2020-05-07 Microorganism population counting method and system for the same KR102384408B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200054774A KR102384408B1 (en) 2018-05-18 2020-05-07 Microorganism population counting method and system for the same
KR1020220041666A KR102453456B1 (en) 2020-05-07 2022-04-04 Microorganism population counting method and system for the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180057326A KR102113311B1 (en) 2018-05-18 2018-05-18 Microorganism population counting method and system for the same
KR1020200054774A KR102384408B1 (en) 2018-05-18 2020-05-07 Microorganism population counting method and system for the same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180057326A Division KR102113311B1 (en) 2018-05-18 2018-05-18 Microorganism population counting method and system for the same

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220041666A Division KR102453456B1 (en) 2020-05-07 2022-04-04 Microorganism population counting method and system for the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200051567A KR20200051567A (en) 2020-05-13
KR102384408B1 true KR102384408B1 (en) 2022-04-19

Family

ID=81391863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200054774A KR102384408B1 (en) 2018-05-18 2020-05-07 Microorganism population counting method and system for the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102384408B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015132550A (en) 2014-01-14 2015-07-23 高電工業株式会社 Specimen inspection device
JP2017525366A (en) * 2014-08-20 2017-09-07 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Devices and methods for sample separation and analysis

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1393218B1 (en) * 2009-02-25 2012-04-11 Alifax Holding S P A EQUIPMENT FOR ANALYZING A BIOLOGICAL SAMPLE
KR101686766B1 (en) * 2015-11-17 2016-12-15 한국과학기술원 Apparatus and method for detecting microbes or bacteria

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015132550A (en) 2014-01-14 2015-07-23 高電工業株式会社 Specimen inspection device
JP2017525366A (en) * 2014-08-20 2017-09-07 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー Devices and methods for sample separation and analysis

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200051567A (en) 2020-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102315435B1 (en) Microorganism colony detecting system
JP7487860B2 (en) Optical Detection Systems
KR102285089B1 (en) Detecting microorganisms apparatus
KR20200004128A (en) System for detecting impurities in fluid with chaotic sensor
US10247668B2 (en) System for observing objects
KR102113311B1 (en) Microorganism population counting method and system for the same
KR20210110998A (en) Detecting microorganisms system, apparatus and method using this
US11391659B2 (en) Optical detecting system
KR102384408B1 (en) Microorganism population counting method and system for the same
KR102453456B1 (en) Microorganism population counting method and system for the same
US11215556B2 (en) Optical detection system
EP3795981A1 (en) Optical detection system
US20220259636A1 (en) Microbial colony detection system
KR102207041B1 (en) Optical measuring apparatus
KR102295256B1 (en) Sample block for testing and detecting microorganisms apparatus using the same
KR102394135B1 (en) System for detecting impurities in fluid with chaotic sensor
US12000818B2 (en) Device for water examination
KR102528000B1 (en) Optical measuring apparatus
KR102275361B1 (en) System for detecting microorganism in fluid with chaotic sensor
KR101959023B1 (en) Individual identification device with chaotic sensor and individual identification method using the same
KR20220097304A (en) Apparatus for antimicrobial susceptibility test
Popoff et al. Transmission matrix in optics: Taking advantage of transmission channels for image transmission in disordered materials

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right