KR102390074B1 - 미세조류이미지 연속 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세조류이미지 연속 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고해상도의 미세조류이미지를 획득하기 위해 미세조류샘플을 주입하면 희석용매와 초음파분산기를 통해 미세조류의 응집체를 분산시키고, 분산된 상기 미세조류샘플을 플로우셀에 통과시킴으로써 고해상도의 미세조류이미지를 획득할 수 있으며, 상기 미세조류샘플은 이송펌프에 의해 지속적으로 플로우셀을 통과할 수 있어 복수의 미세조류이미지를 연속적으로 획득할 수 있는, 미세조류이미지 연속 측정장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 미세조류이미지 연속 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고해상도의 미세조류이미지를 획득하기 위해 미세조류샘플을 주입하면 희석용매와 초음파분산기를 통해 미세조류의 응집체를 분산시키고, 분산된 상기 미세조류샘플을 플로우셀에 통과시킴으로써 고해상도의 미세조류이미지를 획득할 수 있으며, 상기 미세조류샘플은 이송펌프에 의해 지속적으로 플로우셀을 통과할 수 있어 복수의 미세조류이미지를 연속적으로 획득할 수 있는, 미세조류이미지 연속 측정장치에 관한 것이다.
최근 지구환경이 급격히 악화되고 있고, 수중으로 유입되는 유해물질의 양이 증가되고 있으며, 이에 따른 안전한 수자원 확보에 대한 요구가 사회적으로 요구되고 있다.
특히, 부유성 조류(phytoplankton)는 광합성을 하는 수질 미세 생물로서, 적정수온 이상과 빛이 존재하는 환경에서는 바다, 하천, 호수 등 어디에나 존재하고, 이러한 조류는 박테리아성 원핵생물 조류인 cyanobateria(또는 bluegreen algae, 남세균)를 비롯해 진행생물인 녹조류, 규조류 등 다양한 종이 존재하고, 하천이나 호수에서는 조류가 과대 번식하여 수화현상을 일으키면 특유의 악취가 발생하여 수처리 공정에서 문제를 발생시키며, 일부 남조류의 경우 microcystin과 같은 인체에 유해한 독성물질을 분비하기 때문에 보건환경 문제도 발생시키는 문제점이 있다.
이러한 조류 군은 지역, 환경 및 계절에 따라 우점종을 달리하기도 하며, 호수나 하천의 수질 및 환경을 제대로 관리하고 모니터링하기 위해서는 이들 조류 군 각각에 대한 DB를 확보하는 것이 중요하다.
이에 따라 다양한 조류 모니터링 장치 및 방법에 대한 연구가 이루어지고 있다. 종래의 조류 모니터링 기술로는 대한민국 등록특허 제10-1898712호, 대한민국 공개특허 제2012-0133974호, 대한민국 등록특허 제10-0917030호 등과 같이 주로, 조류가 포함된 시료에 복수의 파장을 갖는 빛을 조사하여 조류들이 발생시키는 파장을 분석하는 방식이 있으며, 대한민국 등록특허 제10-1928919호와 같이 색도, 온도, 조도를 검출하는 방식, 대한민국 등록특허 제10-1683379호와 같이 조류로부터 추출된 DNA를 분석하는 방식, 대한민국 등록특허 제10-2100197호와 같이 현미경으로 조류 이미지를 촬영하는 방법 등이 있다.
빛의 파장, 색도, 온도, 조도를 검출하는 방식은 조류의 발생량 분석을 주 목적으로 하고, 분류에서 있어서는 색상으로 구분되는 수준만을 분석할 수 있기 때문에 종을 판별하는 데는 한계가 있다. 종 분류를 위해서는 조류로부터 추출된 DNA 분석 또는 현미경을 통해 확대된 조류 이미지를 실험자의 판단으로 구분하는 방식을 사용하고 있다. 하지만, 2015년 구축된 국립생물자원관 자생생물 종목록 기준 미세조류는 규조류 1,738종, 담수녹조류 1,308 종, 편모조류 686 종, 남조류 239 종으로 DNA 분석법은 시간이 너무 오래 걸리며, 현미경을 통한 분석 방식 역시 시간, 비용 문제와 인식오류의 가능성이 있다.
한편, 최근에는 인공지능 알고리즘을 이용하여 이미지를 학습하고 객체를 분류하는 기술에 대한 연구가 이루어지고 있다. 딥러닝을 통한 이미지 분류는 높은 정확도를 가지고 많은 양의 이미지를 분석할 수 있다는 장점이 있지만, 이를 위해서는 충분한 학습량이 요구되며, 일반적으로 한가지 객체를 분류하기 위해서는 학습에 최소 2000장 이상의 이미지가 필요하다고 알려져 있다.
따라서, 조류 군 각각에 대한 DB를 확보하기 위해서 하천 혹은 상수원에서 채취한 샘플을 이용하여 수천장의 고해상도 미세조류이미지 파일을 종래의 기술보다 빠르게 획득할 수 있는 장치 등에 관한 발명이 요구되는 실정이다.
본 발명은 미세조류이미지 연속 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고해상도의 미세조류이미지를 획득하기 위해 미세조류샘플을 주입하면 희석용매와 초음파분산기를 통해 미세조류의 응집체를 분산시키고, 분산된 상기 미세조류샘플을 플로우셀에 통과시킴으로써 고해상도의 미세조류이미지를 획득할 수 있으며, 상기 미세조류샘플은 이송펌프에 의해 지속적으로 플로우셀을 통과할 수 있어 복수의 미세조류이미지를 연속적으로 획득할 수 있는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 미세조류이미지 연속 측정장치로서, 미세조류샘플에 포함된 협잡물을 제거하는 필터부; 상기 미세조류샘플에 용매를 공급하여 상기 미세조류의 탁도를 조절하는 희석부; 상기 미세조류샘플의 전처리를 위한 미세조류 종류별 초음파세기로 상기 미세조류샘플에 초음파를 조사하여 상기 미세조류를 분산시키는 초음파분산기; 상기 초음파분산기에 의하여 초음파가 가해진 상기 미세조류샘플이 흐르는 플로우셀; 상기 플로우셀 내부의 상기 미세조류샘플을 연속적으로 촬영하는 현미경; 및 상기 미세조류샘플을 상기 필터부에서 상기 플로우셀까지 이송시키는 이송펌프;를 포함하는 미세조류이미지 연속 측정장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 희석부는, 상기 미세조류샘플의 탁도를 측정하기 위한 탁도계; 상기 탁도계에서 측정된 탁도를 기반으로 상기 미세조류샘플을 희석시킬 수 있는 희석용매; 및 상기 희석용매를 사용하여 상기 미세조류샘플을 희석시키는 희석챔버;를 포함하고, 상기 희석용매는 증류수를 포함하고, 선택적으로 미세조류의 고정을 위해 화학적 에이전트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 초음파분산기는, 입력된 조류에 상응하는 에너지단위 혹은 입력된 에너지단위에 대한 장치구동값을 도출하는 캘리브레이션 단계; 상기 캘리브레이션 단계에서 도출된 장치구동값으로 초음파분산기를 구동하는 장치구동단계;를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 캘리브레이션 단계는, 제1장치구동값으로 초음파분산기를 구동하여, 기준매체에 초음파를 가하고, 상기 기준매체 온도의 제1변화정보를 측정하는 제1측정단계; 제2장치구동값으로 초음파분산기를 구동하여, 기준매체에 초음파를 가하고, 상기 기준매체 온도의 제2변화정보를 측정하는 제2측정단계; 상기 제1변화정보에 기초하여 제1장치구동값에 대한 제1에너지단위를 도출하는 제1도출단계; 상기 제2변화정보에 기초하여 제2장치구동값에 대한 제2에너지단위를 도출하는 제2도출단계; 및 상기 제1장치구동값, 제2장치구동값, 제1에너지단위, 및 제2에너지단위를 포함하는 회귀정보에 기초하여, 장치구동값과 에너지단위의 관계정보를 도출하는 단계;를 포함하고, 상기 장치구동값과 에너지단위의 관계정보에 근거하여 미세조류 종류별 초음파세기를 도출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 장치구동단계에서는, 상기 캘리브레이션 단계에서 도출한 초음파세기로 기설정된 시간동안 상기 미세조류샘플에 초음파를 조사하여 미세조류 응집체인 플록(floc)을 분산시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 플로우셀은 1 이상의 유로를 포함하고, 상기 1 이상의 유로 각각은, 수직방향으로 형성된 입구유로, 상기 입구유로에서 수평방향으로 연장되는 중간유로, 및 상기 중간유로에서 수직방향으로 연장되는 출구유로를 포함하고, 상기 중간유로의 내부면은 잔여 조류 부착 문제를 완화하기 위해 나노물질로 코팅되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 중간유로는, 제1너비를 갖는 입구측중간유로; 상기 입구측중간유로로부터 연장되고, 제2너비를 갖는 중간측중간유로; 상기 중간측중간유로로부터 연장되고, 제3너비를 갖는 출구측중간유로;를 포함하고, 상기 제2너비는 상기 제1너비 및 제3너비보다 크게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 현미경은, 조명부; 조명부 하측에 배치되고, 내부에 관통홀이 형성된 스테이지부; 및 상기 스테이지부 하측에 위치하고, 상하로 이동할 수 있는 렌즈부;를 포함하고, 상기 플로우셀은 상기 스테이지부 상면에 안착되고, 상기 렌즈부가 상기 관통 홀 내부로 인입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세조류샘플의 탁도에 기반한 샘플 희석 및 세포 고정 자동화를 통해 미세조류 플록을 최소화하여 안정적으로 이미지를 측정할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래의 일자 모양을 가진 플로우셀 유로에 너비변화를 줌으로써, 조류의 흐름을 원활히 하고, 안정적인 이미지를 측정할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 플로우셀 유로 내부면을 나노코팅하여 조류의 유로 접촉 가능성을 낮출 수 있고, 이를 통해 잔여 조류 부착문제를 완화시키고 장시간 모니터링에 의한 오염을 방지할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자동화시스템을 통해 전처리과정 및 촬영과정을 수행함으로써, 미세조류이미지를 획득하는 데 있어서 효율성을 높이는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 초음파분산기를 통한 전처리방법을 통해, 종래의 약품 및 열처리에 의한 전처리 방법에 비해 단일세포 회수율을 증가시키고 효율 및 시간 문제를 해결하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 캘리브레이션 단계를 통해 초음파 분산기의 세기를 표준화할 수 있고, 이를 통해 실험실간 교차 검증을 구현할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하천 등 실시간 감시를 통해 수생태계의 건강성을 확보하고, 취수원 감시에 의한 정수 수질 향상으로 수질 안정성 확보에 기여하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수역별 미세조류 종 분석이 가능하며, 실시간 모니터링을 통해 녹조 발생을 조기에 감지하거나 미리 예방할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류이미지 연속 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 전처리방법에 따른 미세조류 이미지를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 미세조류샘플에 초음파를 조사하는 초음파분산기의 세기에 따른 미세조류 이미지를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 단계에서의 수행단계들을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 단계에서 장치구동값과 에너지단위의 관계정보를 산출하기 위한 그래프를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀의 실제 사진 및 설계도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀 내 유로의 구조도를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 플로우셀 유로의 높이에 따른 미세조류이미지를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 플로우셀 내 유로의 모양에 따른 미세조류 이미지를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 도립식 현미경의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 전처리방법에 따른 미세조류 이미지를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 미세조류샘플에 초음파를 조사하는 초음파분산기의 세기에 따른 미세조류 이미지를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 단계에서의 수행단계들을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 단계에서 장치구동값과 에너지단위의 관계정보를 산출하기 위한 그래프를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀의 실제 사진 및 설계도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀 내 유로의 구조도를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 플로우셀 유로의 높이에 따른 미세조류이미지를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 플로우셀 내 유로의 모양에 따른 미세조류 이미지를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 도립식 현미경의 구조를 개략적으로 도시한다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석
되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류이미지 연속 측정장치를 개략적으로 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 미세조류이미지 연속 측정장치로서, 미세조류샘플에 포함된 협잡물을 제거하는 필터부(100); 상기 미세조류샘플에 용매를 공급하여 상기 미세조류의 탁도를 조절하는 희석부(110); 상기 미세조류샘플의 전처리를 위한 미세조류 종류별 초음파세기로 상기 미세조류샘플에 초음파를 조사하여 상기 미세조류를 분산시키는 초음파분산기(120); 상기 초음파분산기(120)에 의하여 초음파가 가해진 상기 미세조류샘플이 흐르는 플로우셀(130); 상기 플로우셀(130) 내부의 상기 미세조류샘플을 연속적으로 촬영하는 현미경; 및 상기 미세조류샘플을 상기 필터부(100)에서 상기 플로우셀(130)까지 이송시키는 이송펌프(140);를 포함하는 미세조류이미지 연속 측정장치를 제공한다.
한편, 상기 희석부(110)는, 상기 미세조류샘플의 탁도를 측정하기 위한 탁도계; 상기 탁도계에서 측정된 탁도를 기반으로 상기 미세조류샘플을 희석시킬 수 있는 희석용매; 및 상기 희석용매를 사용하여 상기 미세조류샘플을 희석시키는 희석챔버;를 포함하고, 상기 희석용매는 증류수를 포함하고, 선택적으로 미세조류의 고정을 위해 화학적 에이전트를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 필터부(100)에서는 미세조류샘플 내에 존재하는 미세조류 응집체인 플록을 분산시키기 위한 전처리단계 중 첫번째 단계가 수행되며, 마이크로시브(Microsieve) 필터를 사용하여 미세조류샘플을 필터링한다. 상기 마이크로시브 필터는 기공 크기가 수십 ㎛ 내지 수천 ㎛인 메시(Mesh)형 필터로 상기 미세조류샘플 내에 존재하는 협잡물을 제거한다. 조류 배양종과 달리 취수원에서 취득한 시료는 협잡물 제거과정 및 희석과정이 필수적으로 요구된다. 상기 마이크로시브 필터는 조류의 특성에 따라 이물질을 제거하거나 혹은 타겟 크기 이하의 조류만 플로우셀(130)로 유입될 수 있도록 기공 크기를 조절하여 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 1000 ㎛의 기공 크기를 가진 마이크로시브 필터는 플로우셀(130) 내의 이물질 유입 방지를 위해 사용될 수 있고, 50 ㎛의 기공 크기를 가진 마이크로시브 필터는 미세조류 군체를 개체로 분산시키기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 작은 기공 크기를 가진 마이크로시브 필터를 사용하더라도 개체 분산 효과가 뚜렷하게 나타나지 않을 수 있고, 이를 보완하기 위해 추가적인 전처리단계를 수행할 수 있다. 상기 추가적인 전처리단계로는 희석단계 및 초음파분산단계가 있으며, 이에 대한 자세한 사항은 후술하도록 한다.
상기 희석부(110)에서는 상기 미세조류샘플 내의 플록을 분산시키기 위한 전처리단계 중 두번째 단계가 수행되며, 상기 미세조류샘플의 탁도를 측정한 뒤, 측정된 탁도를 토대로 희석용매를 사용하여 상기 미세조류샘플을 희석시킬 수 있다.
상기 미세조류샘플의 탁도는 상기 희석부(110)에 구비된 탁도계에 의해 측정될 수 있다. 구체적으로, 상기 탁도계는 상기 미세조류샘플에 빛을 조사하여 상기 샘플에 투과되는 빛이 분산입자에 의하여 반사 또는 산란되는 정도를 표준액과 비교하는 방식으로 상기 미세조류샘플의 탁도를 측정할 수 있다.
상기 탁도계를 통해 측정된 상기 미세조류샘플의 탁도에 기초하여, 상기 희석부(110)에서는 구비된 희석챔버로 주입되는 희석용매의 양을 조절할 수 있다. 본 발명의 일 실시예로서, 상기 미세조류샘플의 탁도는 200NTU 미만이 되도록 상기 희석용매를 상기 희석챔버에 주입하는 것이 바람직하며, 희석용매로는 증류수를 사용한다.
한편, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 미세조류샘플 내의 조류의 고정을 위해서 선택적으로 화학적 에이전트를 상기 희석용매에 포함시켜 사용할 수 있다. 상기 화학적 에이전트로는 포름알데히드 등이 사용될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예로서 상기 미세조류샘플 내의 플록을 분산시키기 위해 KOH(수산화칼륨) 혹은 NaOH(수산화나트륨)과 같은 화학적 에이전트를 추가적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 희석용매는 자동화 시스템을 통해 작업자의 조작없이 자동적으로 희석챔버로 주입될 수 있다. 상기 희석용매는 도 1에 도시된 바와 같이, 별도의 희석용매 저장조에 담겨있으며, 이송펌프(140)를 통해 상기 희석챔버로 주입될 수 있다. 상술한 바와 같은 자동화 시스템을 통해 상기 미세조류샘플의 오염을 방지할 수 있고, 측정 방법의 효율을 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
상기 초음파분산기(120)는 상기 미세조류샘플에 초음파를 조사함으로써, 상기 미세조류샘플 내의 플록을 분산시키는 전처리 단계 중 마지막 단계에서 사용되는 장치이다.
조류 분산화 전처리기법에는 초음파를 사용하는 기법 외에 화학적처리기법 및 열처리기법 등이 있으나, 본 발명에서는 자체적으로 실시한 단일세포 회수율 실험에서 분산 시간 및 단일세포 회수율 측면에서 우수한 결과를 보인 초음파사용기법을 채택하였다. 초음파를 사용한 전처리기법과 초음파를 사용하지 않은 전처리기법과의 상세한 비교는 후술하도록 한다.
한편, 상기 초음파분산기(120)에서는 캘리브레이션 단계를 수행함으로써, 주입된 미세조류샘플에 상응하는 에너지단위 혹은 입력된 에너지단위에 대한 장치구동값을 도출할 수 있다. 즉, 미세조류의 분산효과를 최대한으로 발휘할 수 있도록 상기 미세조류샘플에 해당하는 최적의 초음파세기를 도출할 수 있고, 상기 에너지단위는 표준화된 수치이므로, 타 실험실과의 교차검증을 구현할 수 있다. 상기 캘리브레이션 단계에 대한 자세한 사항은 후술하도록 한다.
상기 플로우셀(130)은 복수의 얇은 유로를 포함하고 있으며, 상기 유로를 통해 전처리과정을 거친 상기 미세조류샘플이 흐를 수 있고, 상기 유로를 통해 흐르는 미세조류샘플을 현미경을 통하여 촬영함으로써, 해당 미세조류샘플에 대한 미세조류이미지를 획득할 수 있다. 본 발명의 일 실시예로서, 상기 유로의 너비는 다양한 크기의 미세조류이미지를 촬영하기 위해서 50 ㎛ 내지 1000 ㎛로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 플로우셀(130)에 대한 자세한 사항은 후술하도록 한다.
상기 이송펌프(140)는 필터부(100)와 희석부(110) 사이 및 희석용매와 희석챔버 사이에 위치하여 미세조류샘플 혹은 희석용매의 이송을 도울 수 있다. 상기 이송펌프(140)는 플로우셀(130)로 흘러 들어가는 상기 미세조류샘플의 양을 정밀하게 조절할 수 있도록 마이크로 펌프를 사용할 수 있다. 상기 마이크로 펌프를 통해 이송되는 상기 미세조류샘플의 유속 및 유량은 상기 플로우셀(130) 내의 유로의 크기 및 형태에 따라 조절 가능하다. 상기 마이크로 펌프는, 1분당 1 ㎕ 이하의 미소 유량을 이송시킬 수 있는 유체 디바이스를 의미한다.
또한, 상기 이송펌프(140)는 펌프제어 소프트웨어를 통해 펌프의 동작상태가 제어될 수 있다. 상기 펌프제어 소프트웨어를 통하여 상기 미세조류샘플 혹은 희석용매의 흐르는 양, 시린지의 동작제어, 및 펌프의 연속 동작제어가 가능하다. 상기 이송펌프(140)는 상기 펌프제어 소프트웨어를 통해 한 번 설정해 두면, 자동적으로 미세조류샘플 및 희석용매를 설정된 양만큼 희석챔버, 초음파분산기(120) 및 플로우셀(130)로 이송시킬 수 있으므로, 상기 미세조류이미지를 측정하는 데 있어 효율성을 높일 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 미세조류이미지 연속 측정장치는 처음에 미세조류샘플만 주입하면 자동으로 전처리단계를 수행한 후 상기 플로우셀(130)로 샘플이 이송되고, 상기 플로우셀(130)에서 상기 미세조류샘플에 대한 이미지가 자동으로 측정될 수 있다. 자동으로 수행되는 상기 미세조류이미지 연속 측정장치의 일 실시 예는 다음과 같다.
상기 미세조류샘플을 상기 미세조류이미지 연속 측정장치에 주입하면, 상기 미세조류샘플이 이송펌프(140)에 의해 상기 필터부(100)로 이송되어 상기 미세조류샘플 내에 존재하는 협잡물 및 이물질이 제거된다.
상기 필터부(100)를 통과한 상기 미세조류샘플은 이송펌프(140)에 의하여 자동적으로 상기 희석부(110)의 희석챔버로 이송되고, 상기 탁도계는 자동으로 상기 희석챔버 내의 상기 미세조류샘플의 탁도를 측정한다. 상기 희석부(110)에서는 측정된 상기 탁도에 기반하여 상기 미세조류샘플을 희석시키는 데 필요한 희석용매의 양을 자동으로 산출하며, 상기 산출한 희석용매의 양을 바탕으로 상기 미세조류샘플을 기설정된 탁도 이하로 희석시킨다.
상기 희석부(110)를 통과한 상기 미세조류샘플은 상기 이송펌프(140)에 의해 상기 초음파분산기(120)로 이송되고, 상기 초음파분산기(120)에서는 기설정된 초음파세기 및 초음파조사시간에 기초하여 상기 초음파분산기(120)로 이송된 상기 미세조류샘플에 초음파를 조사한다.
상기 초음파분산기(120)에서 전처리단계를 마친 상기 미세조류샘플은 이송펌프(140)에 의해 상기 플로우셀(130)로 이송되며, 상기 플로우셀(130)에서 상기 미세조류샘플에 대한 이미지를 연속해서 촬영할 수 있다.
상기 이송펌프(140)에 의한 상기 미세조류샘플의 이동은 모두 기설정된 값에 따라 자동으로 동작한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 전처리방법에 따른 미세조류 이미지를 도시한다.
개략적으로, 도 2의 (a)는 조류 분산화 전처리기법 중 화학적처리기법을 사용한 미세조류샘플의 미세조류이미지를 도시하고, 도 2의 (b)는 조류 분산화 전처리기법 중 초음파조사기법을 사용한 미세조류샘플의 미세조류이미지를 도시한다.
구체적으로, 조류 분사화 전처리기법은 크게 단일 전처리기법과 복합 전처리기법으로 구분될 수 있다. 상기 단일 전처리기법에는 화학적처리기법, 열처리기법, 및 초음파사용기법 등이 있으며, 복합 전처리기법으로는 상기 단일 전처리기법 중 2가지 이상의 기법을 혼용하는 기법이다. 일반적으로는, 복합 전처리기법의 경우 단일 전처리기법에 비해 분산효과는 증가하지만, 시간 및 비용도 같이 증가할 수 있다.
본 발명을 위해 최적의 전처리기법을 도출하는 복수의 실험을 수행하였고, 도 2에서는 이를 통해 본 발명의 일 실시예로서, 초음파를 사용하는 전처리기법과 초음파를 사용하지 않는 전처리기법의 단일세포 회수율의 차이를 보여주는 이미지를 도시한다. 도 2에 해당하는 실험에 사용된 조류는 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris)이며, 상기 복수의 실험에서는 클로렐라 불가리스를 포함하는 복수의 조류에 대해 진행하였으나, 이에 대해서는 따로 도시하지 않는다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예로서, 화학적처리기법을 사용한 클로렐라 불가리스의 현미경 이미지이며, 해당 실험에서는 0.01M의 수산화나트륨 용액을 사용하였다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 6번 및 8번 영역에서는 비교적 분산이 잘 된 것으로 보이나, 19번 및 21번 영역에서 빨간색 원으로 표시된 부분과 같이 분산이 제대로 되지 않은 플록이 존재하는 것을 확인할 수 있다.
도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시예로서, 초음파사용기법을 사용한 클로렐라 불가리스의 현미경 이미지이며, 해당 실험에서는 200kJ/L의 초음파세기로 20초간 초음파를 조사하였다. 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 초음파사용기법을 사용한 결과 전 영역에서 고르게 조류가 분산된 것을 확인할 수 있다.
상술한 바에 근거하여, 본 발명에서는 분산효과가 높은 초음파처리기법을 사용한다. 다만, 미세조류 종류에 따라 상기 미세조류에 대해 분산효과가 가장 잘 나타나는 초음파의 세기 및 초음파 조사 시간이 상이하고, 이를 보완하기 위해 본 발명에서는 상기 캘리브레이션 단계를 통해 미세조류 종류에 따른 최적의 초음파세기 및 초음파 조사 시간을 도출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 미세조류샘플에 초음파를 조사하는 초음파분산기(120)의 세기에 따른 미세조류이미지를 도시한다.
개략적으로, 도 3의 (a)는 0.004 W/ml의 초음파세기로 미세조류샘플을 조사하였을 때의 미세조류이미지를 도시한다. 도 3의 (b)는 0.08 W/ml의 초음파세기로 미세조류샘플을 조사하였을 때의 미세조류이미지를 도시한다. 도 3의 (c)는 0.3 W/ml의 초음파세기로 미세조류샘플을 조사하였을 때의 미세조류이미지를 도시한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예로서 도 3을 참고하여, 강한 초음파의 세기로 상기 미세조류샘플에 초음파를 조사할수록 조류분산효과가 잘 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 도 3의 (c)의 경우 단일세포 회수율이 약 90%정도로 측정되었다. 본 발명의 다른 실시예로서, 약품처리기법 및 초음파처리기법을 동시에 사용한 복합 전처리기법을 사용한 경우 단일세포 회수율이 초음파처리기법보다 높게 측정될 수 있으나, 상기 초음파처리기법만 사용한 경우에도 높은 단일세포 회수율이 측정되었기에 본 발명에서는 비용 및 시간 문제를 고려하여, 초음파처리만 하는 단일 전처리기법을 사용하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 단계에서의 수행단계들을 개략적으로 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 초음파분산기(120)는, 입력된 조류에 상응하는 에너지단위 혹은 입력된 에너지단위에 대한 장치구동값을 도출하는 캘리브레이션 단계; 상기 캘리브레이션 단계에서 도출된 장치구동값으로 초음파분산기(120)를 구동하는 장치구동단계;를 수행할 수 있으며, 상기 캘리브레이션 단계는, 제1장치구동값으로 초음파분산기(120)를 구동하여, 기준매체에 초음파를 가하고, 상기 기준매체 온도의 제1변화정보를 측정하는 제1측정단계(S100.1); 제2장치구동값으로 초음파분산기(120)를 구동하여, 기준매체에 초음파를 가하고, 상기 기준매체 온도의 제2변화정보를 측정하는 제2측정단계(S100.2); 상기 제1변화정보에 기초하여 제1장치구동값에 대한 제1에너지단위를 도출하는 제1도출단계(S110.1); 상기 제2변화정보에 기초하여 제2장치구동값에 대한 제2에너지단위를 도출하는 제2도출단계(S110.2); 및 상기 제1장치구동값, 제2장치구동값. 제1에너지단위, 및 제2에너지단위를 포함하는 회귀정보에 기초하여, 장치구동값과 에너지단위의 관계정보를 도출하는 단계;를 포함하고, 상기 장치구동값과 에너지단위의 관계정보에 근거하여 미세조류 종류별 초음파세기를 도출할 수 있다.
구체적으로, 상기 캘리브레이션 단계는 열량학적(calorimetric) 방법을 통해 초음파분산기(120)의 장치구동값을 표준화하는 단계이다. 종래의 초음파분산기(120)를 사용하던 방식에서는, 같은 장치구동값으로 초음파분산기(120)를 작동시키더라도 실험실 환경, 사용장비, 및 처리 용기 등이 달라짐에 따라 결과값이 달라졌고, 그로 인해 같은 시료를 같은 실험방식으로 진행을 하더라도 결과값이 상이하여 실험의 신뢰도가 떨어지는 문제가 발생하였다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 캘리브레이션 단계를 수행함으로써, 어느 실험실에서 실험을 진행하더라도 표준화 된 파워를 통해 보다 더 엄밀한 비교가 가능하고, 실험실간 교차 검증(Round Robin Test)을 통해 실험의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 미세조류샘플에 가해지는 초음파의 세기가 너무 강한 경우, 조류 세포가 파괴될 수 있으므로, 상기 캘리브레이션 단계를 수행함으로써, 미세조류의 종류에 따라 상기 미세조류의 분산효과를 최대로 기대할 수 있는 장치구동값을 찾을 수 있다. 상기 기준매체는, 바람직하게는 본 발명의 일 실시예로서, 상기 희석부(110)에 의해 희석된 미세조류샘플일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 캘리브레이션 단계에서 장치구동값과 에너지단위의 관계정보를 산출하기 위한 그래프를 도시한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 초음파분산기(120)는, 상기 캘리브레이션 단계에서 도출된 장치구동값으로 초음파분산기(120)를 구동하는 장치구동단계;를 수행하며, 상기 장치구동단계에서는, 상기 캘리브레이션 단계에서 도출한 장치구동값에 따라 초음파세기로 기설정된 시간동안 상기 미세조류샘플에 초음파를 조사하여 미세조류 응집체인 플록(floc)을 분산시킬 수 있다.
구체적으로, 도 4를 참고하여, 상기 캘리브레이션 단계에서는 측정단계(S100.1 내지 S100.N 이하, S100)와 도출단계(S110.1 내지 S110.N 이하, S110)가 수행되며, 상기 측정단계(S100)는 순차적으로 제1측정단계(S100.1) 내지 제N측정단계(S100.N)까지 수행하게 되며, 상기 도출단계(S110)는 상기 측정단계에 상응하여 수행하게 된다. 상기 측정단계에서는 장치구동값을 설정하여 상기 장치구동값으로 초음파분산기(120)를 구동하고, 상기 초음파분산기(120)는 기준매체에 초음파를 가하며, 초음파가 가해진 상기 기준매체의 조사시간에 따라 상기 기준매체의 변화한 온도에 대한 변화정보를 기록한다.
본 발명의 일 실시예로서, 도 5의 (a) 및 (b)는 상기 측정단계(S100)에 대한 그래프를 도시하였으며, 도 5의 (a) 및 (b)는 각각 다른 실험실에서 수행한 결과를 그래프로 도시한 것이다.
도 5의 (a)를 보면, 제1장치구동값을 10%로 설정한 뒤 초음파 조사시간에 따른 온도변화를 기록하였다. 제1측정단계(S100.1)를 마친 후 제2장치구동값을 20%로 설정하여 제2측정단계(S100.2)를 수행하였고, 순차적으로 제6장치구동값을 100%로 설정하여 제6측정단계(S100.6)까지 수행하였다.
도 5의 (b)의 경우에는, 하나의 장치구동값으로 2번씩 실험하여 초음파 조사시간에 따른 온도변화를 기록한 것이다. 도 5의 (b)에서는 제1장치구동값을 20%로 설정하여 제1변화정보를 획득하였으며, 순차적으로 제5측정단계(S100.5)에서는 제5장치구동값을 100%로 설정한 뒤, 제5변화정보를 획득한다. 제5변화정보를 얻어낸 이후, 제1측정단계(S100.1) 내지 제5측정단계(S100.5)에서 사용한 기준매체와 동일한 기준매체를 사용하여 다시 제6장치구동값을 20%로 설정한 뒤 제6변화정보를 획득하고, 순차적으로 제10측정단계(S100.10)에서 제10장치구동값을 100%로 설정한 뒤 제10변화정보를 획득한다.
상기 도출단계(S110)에서는, 상기 측정단계(S100)를 통해 얻은 변화정보; 및 실험 초기 조건에 따른 기준매체의 질량과 비열정보;에 기초하여 상기 장치구동값과 에너지단위(
)의 관계정보를 도출할 수 있다. 상기 도출단계(S110)에서는 상기 3가지 조건정보를 하기 식 (1)에 대입함으로써, 상기 기준매체에 가해진 에너지단위를 구할 수 있다.
상기 식 (1)은 열량과 비열 사이의 관계식을 변형함으로써 도출할 수 있다. 상기 열량의 단위는 J(Joule)이며, J를 시간(s)으로 나누면 W(Watt)이므로, 상기 열량과 비열 사이의 관계식의 양변은 단위시간으로 나눔으로써 상기 식 (1)을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 도 5의 (c) 및 (d)는 각각 도 5의 (a) 및 (b)에 상응하는 도출단계(S110)에 대한 그래프를 도시한 것이다.
도 5의 (c)와 (d)를 보면, 각각의 파란색 점은 장치구동값을 
값으로 두고 상기 장치구동값으로 초음파분산기(120)를 구동하였을 때의 변화정보를 기반으로 도출한 에너지단위를 
값으로 하여 기록한 것이다.
상기 장치구동값과 에너지단위의 관계정보를 통해 상기 장치구동값과 에너지단위 사이의 관계식을 도출할 수 있다. 구체적으로, 도 4를 참고하여, 상기 회귀정보는 상기 장치구동값과 에너지사이의 관계식에 해당할 수 있으며, 상기 관계식에 대해서는 결정계수(
)를 통해 상기 회귀정보의 정확도를 판별할 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 도 5를 참고하면, 캘리브레이션 단계에서 측정단계(S100)의 횟수를 증가시키면 결정계수가 증가하는 것을 추가적으로 확인할 수 있다. 즉, 도 4에서의 N의 값이 커질수록 상기 장치구동값과 에너지단위 사이의 정확한 상관관계식을 얻을 수 있다. 구체적으로, 도 5의 (b) 및 (d)와 같이 상기 장치구동값의 수준을 n개로 세분화한 뒤 반복측정을 통해 N의 값을 키울 수 있다. 여기서, 'N = n 
반복횟수'이다. 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 장치구동값의 수준을 더욱 세분화하여, 즉 상기 n의 값을 증가시킴으로써 N의 값을 키울 수도 있다. 여기서, 'N = n'이다.
다만, 도 5의 (c)의 경우 N값이 5일 때 결정계수가 0.9981이며, 도 5의 (d)의 경우 N값이 10일 때 결정계수가 0.9997인 결과를 확인할 수 있으므로, 상기 측정단계(S100)에서 n의 값을 4 이상으로 하는 것이 바람직하며, 효율성측면을 고려하여 n의 값을 4 내지 6으로 설정하는 것이 더 바람직하다.
이와 같이, 캘리브레이션 단계를 통해서 시료에 가해진 초음파세기를 에너지준위로 환산하여 실험을 진행하게 되면, 실험실 환경에 영향없이 표준화된 에너지준위로 실험을 진행 및 기록할 수 있다.
또한, 실제 조류를 전처리하는 경우, 미세조류샘플에 전달되는 에너지를 정량화 및 표준화할 수 있으므로, 미세조류 종류 혹은 상기 미세조류샘플의 취득원에 따라 분산효과를 최대로 발휘할 수 있는 최적의 초음파세기를 도출할 수 있고 실험실 환경에서 도출해낸 상기 최적의 초음파세기를 상기 미세조류이미지 연속 측정장치에 적용함으로써, 고해상도의 미세조류이미지를 안정적으로 획득할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 실험실 별 상기 최적의 초음파세기에 대한 데이터정보가 축적됨에 따라 미세조류의 추가적인 특성을 알아낼 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀(130)의 실제 사진 및 설계도를 도시하며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플로우셀(130) 내 유로의 구조도를 개략적으로 도시한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 플로우셀(130)은 1 이상의 유로를 포함하고, 상기 1 이상의 유로 각각은, 수직방향으로 형성된 입구유로(131), 상기 입구유로(131)에서 수평방향으로 연장되는 중간유로(132), 및 상기 중간유로(132)에서 수직방향으로 연장되는 출구유로(133)를 포함하고, 상기 중간유로(132)의 내부면은 잔여 조류 부착 문제를 완화하기 위해 나노물질로 코팅되어 있다.
개략적으로, 도 6의 (a)는 서로 다른 유로의 너비를 가지는 실제 플로우셀(130)의 실제 사진이며, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)에 도시된 플로우셀(130)의 설계도를 도시한 것이다. 도 7은 상기 플로우셀(130) 내부에 위치하는 유로의 구조를 도시한 것이다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이 하나의 플로우셀(130)은 2 이상의 유로를 포함하고 있다. 각각의 유로는 너비가 상이하여 하나의 플로우셀(130)에서 서로 다른 배율로 상기 유로를 흐르는 미세조류샘플을 촬영할 수 있는 것을 기술적 특징으로 하며, 상기 기술적특징에 의해 미세조류의 크기에 따른 안정적이 이미지 촬영이 가능하다. 또한 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 유로는 수직방향으로 형성된 입구유로(131)를 통해 상기 미세조류샘플이 유입되면, 상기 입구유로(131)에서 수평방향으로 연장되는 중간유로(132)를 통해 상기 미세조류샘플이 흐르게 되고, 상기 중간유로(132)에서 수직방향으로 연장되는 출구유로(133)를 통해 상기 미세조류샘플이 배출되는 방식으로 운용된다. 상기 입구유로(131) 및 출구유로(133)는 같은 방향으로 뚫려있다.
도 7을 참고하여, 상기 플로우셀(130)은 유로를 포함하고 있는 부분인 PDMS칩은 PDMS소재를 사용하고, 상기 PDMS칩 하단부는 슬라이드 글라스로 구성된다. 상기 PDMS소재는 무색의 고분자물질로 실리콘과 유사하며, 성형성이 우수하여 생물학, 의학, 약학, 재료공학 및 기계공학 등 다양한 분야에 걸쳐 활용된다. 상기 PDMS소재의 내구성이 떨어진다는 단점을 보완하기 위하여 상기 PDMS칩 하단부에 슬라이드 글라스를 부착시킨 구조로 제작할 수 있다. 상기 PDMS칩은 본 발명의 일 실시예로서, 4.5mm의 높이로 제작될 수 있고, 가로길이는 63mm, 세로길이는 20.5mm로 제작되는 것이 바람직하며, 실험실 환경 및 유로의 크기에 따라 그보다 크거나 작은 형태로도 제작 가능하다.
또한, 상기 유로 내부면은 나노물질로 코팅된다. 미세조류샘플이 상기 플로우셀(130) 내부를 저속으로 통과하는 경우 상기 유로 내부면에 미세조류가 유착되어 유로를 막아버리는 문제가 발생할 수 있으므로, 상술한 바와 같이 상기 유로 내부면을 코팅함으로써 잔여 조류 부착 문제를 완화시키고, 상기 미세조류샘플이 상기 플로우셀(130)을 잘 통과할 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 플로우셀 유로의 높이에 따른 미세조류이미지를 도시한다.
구체적으로, 상기 유로의 높이는, 도 7을 참고하여, 상기 중간유로(132)의 높이를 의미한다. 상기 유로의 높이는 미세조류이미지 촬영에 있어서 중요한 설정 요소로, 도 8에 도시된 바와 같이 유로의 높이가 일정 높이보다 높아지는 경우, 미세조류샘플로 투과되는 빛의 양이 적어지고, 현미경으로 초점을 맞추는 데 어려움이 발생할 수 있다. 하지만 유로의 높이가 일정 높이보다 낮아지는 경우, 미세조류샘플이 유로 내에서 원활히 흐르지 못해 상기 유로가 막히는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 문제를 해결하기 위해 플로우셀(130) 내에서 유속을 빠르게 하는 경우 미세조류이미지의 해상도가 낮아질 수 있다.
도 8을 참고하여 본 발명의 일 실시예로서, 20 ㎛, 50 ㎛, 및 80 ㎛ 높이의 유로에 미세조류샘플을 통과시켜 촬영한 이미지를 도시하고, 유로의 높이가 20 ㎛인 경우 인식 가능한 수준의 초점이 확보되는 것을 확인할 수 있다. 도 8에 도시된 복수의 미세조류이미지에 근거하여 상기 유로의 높이는 50 ㎛ 미만으로 설정하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 20 ㎛ 내지 30 ㎛로 상기 유로의 높이를 설정할 수 있다. 상술한 유로의 높이가 낮아 플로우 셀 내부에서 상기 미세조류샘플이 원활히 흐르지 않는 문제는, 유로의 너비를 조절함으로써 해결할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 플로우셀(130) 내 유로의 모양에 따른 미세조류 이미지를 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 중간유로(132)는, 제1너비를 갖는 입구측중간유로(132.1); 상기 입구측중간유로(132.1)로부터 연장되고, 제2너비를 갖는 중간측중간유로(132.2); 상기 중간측중간유로(132.2)로부터 연장되고, 제3너비를 갖는 출구측중간유로(132.3);를 포함하고, 상기 제2너비는 상기 제1너비 및 제3너비보다 크게 할 수 있다.
개략적으로, 도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시예로서 종래의 실험에서 사용하던 일자형 모양의 중간유로(132); 및 상기 중간유로(132)를 사용하였을 때의 현미경 이미지;를 도시한 것이고, 도 9의 (b)는 본 발명의 일 실시예로서 제1너비 내지 제3너비를 가지며 본 발명에서 사용하는 형태의 중간유로(132); 및 상기 중간유로(132)를 사용하였을 때의 현미경 이미지;를 도시한다.
구체적으로, 중간유로(132)는 현미경을 통해 플로우셀(130) 내에서 흐르는 미세조류샘플을 촬영하는 부분이다. 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 종래의 실험에서 사용하던 일자형 모양의 중간유로(132)는 제작이 용이하여 비용이 적게 들고, 유지보수 측면에서도 장점을 가져 보편적으로 사용되었다. 하지만 고해상도의 미세조류이미지를 확보하기 위해서는, 미세조류샘플이 플로우셀(130) 내의 중간유로(132)에서 저속으로 흐르는 것이 바람직하며, 초점확보를 위해서는 상기 중간유로(132)의 높이가 낮은 것이 바람직하다. 반면, 도 9의 (a)에서 도시된 일자형 모양의 중간유로(132)는, 유로의 높이를 낮게 제작하였을 때 저속으로 미세조류샘플이 흐르는 경우 조류의 흐름이 원활히 이루어지지 않고, 조류의 원활한 흐름을 위해서 고속으로 상기 미세조류샘플을 흐르게 하거나 일정 수준보다 높은 유로의 높이를 가지는 플로우셀(130)을 사용하게 되면, 도 8을 참고하여, 고해상도의 이미지를 안정적으로 획득하는 데 어려움이 발생한다.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해서, 본 발명에선, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같은 형태의 중간유로(132)를 제작하였다. 대한민국 등록특허 제10-2100197호에서도 촬영되는 부분의 유로의 너비를 달리하는 형태의 플로우셀(130)을 사용하였으나, 상기 등록특허에서는 플로우셀(130) 내에서 화학약품을 주입하는 과정을 수행함으로써, 본 발명에 비해 플로우셀(130)의 크기가 크고 구조가 복잡하다. 이와 같은 특징으로 인해, 본 발명에서 기술적 특징으로 하고 있는, 하나의 플로우셀(130)에 다양한 너비를 가진 2 이상의 유로를 통해 다양한 배율로 미세조류이미지를 촬영할 수 있는 기능을 상기 등록특허에서는 구현하기 힘든 점을 가지고 있다. 또한 상기 등록특허의 플로우셀(130)은 구조가 복잡하여 제작비용이 많이 들고, 고해상도의 이미지를 획득하는 데에도 부적합하며 유지보수가 어려운 반면, 도 9의 (b)에서 도시된 바와 같이, 본 발명에서 사용하고 있는 유로를 가진 플로우셀(130)은 상술한 문제점들을 개선하였고, 이를 통해 효율적인 미세조류이미지 촬영이 가능하다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 현미경(200)의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 현미경(200)은, 조명부(210); 조명부(210) 하측에 배치되고, 내부에 관통홀이 형성된 스테이지부(220); 및 상기 스테이지부(220) 하측에 위치하고, 상하로 이동할 수 있는 렌즈부(230);를 포함하고, 상기 플로우셀(130)은 상기 스테이지부(220) 상면에 안착되고, 상기 렌즈부(230)가 상기 관통 홀 내부로 인입될 수 있다.
구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 도립식 현미경을 사용한다. 현미경은 크게 정립식 현미경과 도립식 현미경으로 구분할 수 있으며, 상기 정립식 현미경은 대물렌즈가 스테이지부(220) 위에 위치하는 형태를 가지고, 상기 도립식 현미경은 대물렌즈가 스테이지부(220) 아래에 위치하는 형태를 가진다.
상기 정립식 현미경은 조명부(210)가 스테이지부(220) 하단에 위치하고, 대물렌즈가 스테이지부(220) 상단에 위치하기 때문에 슬라이드 샘플을 관찰하는데 장점을 가지며, 상기 도립식 현미경은 조명부(210)가 스테이지부(220) 상단에 위치하고, 대물렌즈가 스테이지부(220) 하단에 위치하여, 샘플의 하단부를 촬영하기 때문에 배양액에 담겨 있는 샘플을 촬영하는데 적합하다.
한편, 상기 렌즈부(230)에서는 고배율 및 고해상도의 대물렌즈를 사용하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 최대 40배율의 대물렌즈를 사용한다. 이를 통해 스테이지부(220)에 안착된 플로우셀(130) 내부의 유로에 흐르는 미세조류이미지를 촬영할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예로서 상기 대물렌즈를 사용함으로써 크기가 10 ㎛ 미만의 미세조류이미지의 측정도 가능하다.
상기 조명부(210)는 상기 스테이지부(220) 상단에 위치하며, 상기 도립식 현미경 상단에서 아래방향으로 빛을 조사한다. 상기 조명부(210)에서 발광하는 빛이 상기 플로우셀(130)을 투과하면 상기 렌즈부(230)에서는 상기 조명부(210)에서 빛을 받은 상기 플로우셀(130)의 내부를 촬영한다. 자세하게는, 상기 렌즈부(230)는 상기 플로우셀(130) 내부에 위치한 중간유로(132)를 촬영할 수 있으며, 더 자세하게는, 도 9를 참고하여, 상기 중간유로(132) 중 제2너비를 가지는 중간측중간유로(132.2)에 흐르는 미세조류샘플을 촬영한다.
한편, 상기 렌즈부(230)에서 사용하는 대물렌즈의 배율이 고배율이 될수록 작동거리가 짧아져 초점을 맞추기 어려워지는 문제가 발생할 수 있다. 즉, 상기 정립식 현미경을 본 발명에서 사용하는 경우, 유로가 상기 플로우셀(130)의 PDMS칩 바닥부에 위치하기 때문에, 고배율의 렌즈를 사용하는 경우 플로우셀(130)의 두께가 작동거리를 초과하는 문제가 발생하므로, 본 발명에서는 구조적 및 기능적 특징을 고려하여 상기 도립식 현미경을 사용한다. 상기 작동거리란, 초점이 맞았을 때 대물렌즈 표면과 슬라이드 글라스 사이의 수직 거리를 의미한다. 따라서, 상기 도립식 현미경을 사용함으로써 정립식 현미경을 사용하는 경우보다 고배율 대물렌즈를 사용할 수 있고, 이를 통해 안정적으로 미세조류이미지를 촬영할 수 있다.
상기 스테이지부(220)는 상기 도립식 현미경의 중간부분, 즉 상기 조명부(210)와 상기 렌즈부(230) 사이에 위치하며, 상기 플로우셀(130)을 올려놓기 위한 부분이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 스테이지부(220) 위에 2개의 플로우셀(130)을 올려놓을 수 있고, 각각의 플로우셀(130)을 촬영할 수 있는 렌즈부(230) 및 카메라가 스테이지부(220) 하단부에 각각 설치되도록 한다. 상기 렌즈부(230)는 각각 다른 배율의 대물렌즈를 구비할 수 있으며, 각각의 대물렌즈는 상기 카메라와 각각 연결되어 있고, 상기 카메라는 컴퓨터와 연결되어 있어, 카메라를 통해 촬영된 미세조류이미지는 상기 컴퓨터에 설치된 이미지 분석 프로그램으로 수집된다. 또한, 본 발명의 일 실시예로서, 상기 2개의 플로우셀(130)은 내부에 서로 다른 너비를 가진 복수의 유로를 포함할 수 있고, 상기 복수의 유로를 통해 하나의 미세조류샘플에 대해서도 다른 배율의 미세조류이미지를 획득할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
상기 스테이지부(220)는 내부에 관통홀을 포함하고 있으며, 상기 관통홀 상단에 상기 플로우셀(130)이 안착되도록 되어 있다. 상기 플로우셀(130)의 슬라이드 글라스가 상기 렌즈부(230)를 향하도록 안착되며, 상기 스테이지부(220)에 포함된 고정장치(미도시)를 통해 상기 플로우셀(130)을 상기 스테이지부(220)에 고정시켜 놓을 수 있다. 상기 고정장치를 통해 상기 이송펌프(140)에 의한 작은 움직임을 제어할 수 있어 선명한 미세조류이미지를 획득할 수 있다. 본 발명의 일 실시예로서, 바람직하게는 상기 플로우셀(130) 내부의 상기 중간측중간유로(132.2)가 관통홀 정중앙에 놓이도록 설치될 수 있다.
상기 렌즈부(230)는 하나의 현미경(200)의 2개 이상의 대물렌즈를 설치할 수 있으며, 각각의 대물렌즈는 다른 배율을 사용할 수 있음으로써, 다른 크기를 갖는 조류를 동시에 촬영할 수 있으며, 혹은 같은 크기의 조류에 대해서 하나의 저배율 대물렌즈를 통해 많은 조류세포가 나올 수 있도록 넓게 촬영할 수도 있고, 고배율 대물렌즈를 이용하여 복수의 조류세포 하나하나를 자세하게 촬영할 수도 있다. 또한, 상기 렌즈부(230)는 상하로 움직여 초점을 맞출 수 있고, 초점을 맞추기 위해 상기 렌즈부(230)는 상기 관통홀 내부로 인입될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세조류샘플의 탁도에 기반한 샘플 희석 및 세포 고정 자동화를 통해 미세조류 플록을 최소화하여 안정적으로 이미지를 측정할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래의 일자 모양을 가진 플로우셀 유로에 너비변화를 줌으로써, 조류의 흐름을 원활히 하고, 안정적인 이미지를 측정할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 플로우셀 유로 내부면을 나노코팅하여 조류의 유로 접촉 가능성을 낮출 수 있고, 이를 통해 잔여 조류 부착문제를 완화시키고 장시간 모니터링에 의한 오염을 방지할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자동화시스템을 통해 전처리과정 및 촬영과정을 수행함으로써, 미세조류이미지를 획득하는 데 있어서 효율성을 높이는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 초음파분산기를 통한 전처리방법을 통해, 종래의 약품 및 열처리에 의한 전처리 방법에 비해 단일세포 회수율을 증가시키고 효율 및 시간 문제를 해결하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 캘리브레이션 단계를 통해 초음파 분산기의 세기를 표준화할 수 있고, 이를 통해 실험실간 교차 검증을 구현할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하천 등 실시간 감시를 통해 수생태계의 건강성을 확보하고, 취수원 감시에 의한 정수 수질 향상으로 수질 안정성 확보에 기여하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수역별 미세조류 종 분석이 가능하며, 실시간 모니터링을 통해 녹조 발생을 조기에 감지하거나 미리 예방할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 장치, 구조, 장치, 회로 등의 구성 요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성 요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.
Claims (8)
- 미세조류이미지 연속 측정장치로서,
미세조류샘플에 포함된 협잡물을 제거하는 필터부;
상기 미세조류샘플에 용매를 공급하여 상기 미세조류의 탁도를 조절하는 희석부;
상기 미세조류샘플의 전처리를 위한 미세조류 종류별 초음파세기로 상기 미세조류샘플에 초음파를 조사하여 상기 미세조류를 분산시키는 초음파분산기;
상기 초음파분산기에 의하여 초음파가 가해진 상기 미세조류샘플이 흐르는 플로우셀;
상기 플로우셀 내부의 상기 미세조류샘플을 연속적으로 촬영하는 현미경; 및
상기 미세조류샘플을 상기 필터부에서 상기 플로우셀까지 이송시키는 이송펌프;를 포함하고,
상기 초음파분산기는,
입력된 조류에 상응하는 에너지단위 혹은 입력된 에너지단위에 대한 장치구동값을 도출하는 캘리브레이션 단계;를 수행하고,
상기 캘리브레이션 단계는,
제1장치구동값으로 초음파분산기를 구동하여, 기준매체에 초음파를 가하고, 상기 기준매체 온도의 제1변화정보를 측정하는 제1측정단계;
제2장치구동값으로 초음파분산기를 구동하여, 기준매체에 초음파를 가하고, 상기 기준매체 온도의 제2변화정보를 측정하는 제2측정단계;
상기 제1변화정보에 기초하여 제1장치구동값에 대한 제1에너지단위를 도출하는 제1도출단계;
상기 제2변화정보에 기초하여 제2장치구동값에 대한 제2에너지단위를 도출하는 제2도출단계; 및
상기 제1장치구동값, 제2장치구동값, 제1에너지단위, 및 제2에너지단위를 포함하는 회귀정보에 기초하여, 장치구동값과 에너지단위의 관계정보를 도출하는 단계;를 포함하고,
상기 장치구동값과 에너지단위의 관계정보에 근거하여 미세조류 종류별 초음파세기를 도출하는, 미세조류이미지 연속 측정장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 희석부는,
상기 미세조류샘플의 탁도를 측정하기 위한 탁도계;
상기 탁도계에서 측정된 탁도를 기반으로 상기 미세조류샘플을 희석시킬 수 있는 희석용매; 및
상기 희석용매를 사용하여 상기 미세조류샘플을 희석시키는 희석챔버;를 포함하고,
상기 희석용매는 증류수를 포함하고, 선택적으로 미세조류의 고정을 위해 화학적 에이전트를 더 포함할 수 있는, 미세조류이미지 연속 측정장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 초음파분산기는,
상기 캘리브레이션 단계에서 도출된 장치구동값으로 초음파분산기를 구동하는 장치구동단계;를 더 수행하는, 미세조류이미지 연속 측정장치.
- 삭제
- 청구항 3에 있어서,
상기 장치구동단계에서는,
상기 캘리브레이션 단계에서 도출한 초음파세기로 기설정된 시간동안 상기 미세조류샘플에 초음파를 조사하여 미세조류 응집체인 플록(floc)을 분산시키는, 미세조류이미지 연속 측정장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 플로우셀은 1 이상의 유로를 포함하고,
상기 1 이상의 유로 각각은,
수직방향으로 형성된 입구유로, 상기 입구유로에서 수평방향으로 연장되는 중간유로, 및 상기 중간유로에서 수직방향으로 연장되는 출구유로를 포함하고,
상기 중간유로의 내부면은 잔여 조류 부착 문제를 완화하기 위해 나노물질로 코팅되어 있는 미세조류이미지 연속 측정장치.
- 청구항 6에 있어서,
상기 중간유로는,
제1너비를 갖는 입구측중간유로;
상기 입구측중간유로로부터 연장되고, 제2너비를 갖는 중간측중간유로;
상기 중간측중간유로로부터 연장되고, 제3너비를 갖는 출구측중간유로;를 포함하고,
상기 제2너비는 상기 제1너비 및 제3너비보다 큰, 미세조류이미지 연속 측정장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 현미경은,
조명부;
조명부 하측에 배치되고, 내부에 관통홀이 형성된 스테이지부; 및
상기 스테이지부 하측에 위치하고, 상하로 이동할 수 있는 렌즈부;를 포함하고,
상기 플로우셀은 상기 스테이지부 상면에 안착되고, 상기 렌즈부는 상기 관통 홀 내부로 인입될 수 있는, 미세조류이미지 연속 측정장치.
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