KR102438372B1 - 식중독균의 신속·동시 검출을 위한 시료전처리장치 - Google Patents

식중독균의 신속·동시 검출을 위한 시료전처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시료전처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시료와 다수의 식중독균과 결합하는 자성체를 수용하는 탈착카트리지를 전처리본체에 장착하여 시료와 자성체의 혼합에 의해 시료에 포함된 식중독균을 자성체에 부착시켜 분리시키도록 함으로써 현장에서 다수의 식중독균을 검출하기 위한 전처리가 한번에 동시에 이루어질 수 있도록 하는 식중독균의 신속·동시 검출을 위한 시료전처리장치에 관한 것이다.

Description

식중독균의 신속·동시 검출을 위한 시료전처리장치{A Sample Preprocessing Device for Rapid and Simultaneous Detection of Foodborne Pathogen}
본 발명은 시료전처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시료와 다수의 식중독균과 결합하는 자성체를 수용하는 탈착카트리지를 전처리본체에 장착하여 시료와 자성체의 혼합에 의해 시료에 포함된 식중독균을 자성체에 부착시켜 분리시키도록 함으로써 현장에서 다수의 식중독균을 검출하기 위한 전처리가 한번에 동시에 이루어질 수 있도록 하는 식중독균의 신속·동시 검출을 위한 시료전처리장치에 관한 것이다.
최근 4세 유아의 햄버거 식중독균 사고와 초코케이크 사고 등 해마다 5천 건 이상 식중독균 사고가 반복되고 있으며, 식품안전사고의 증가, 환경오염에 따른 위해물질 및 불법 위변조로 먹거리 안전에 대한 국민 불안이 가중되고 있다.
종래의 식중독균 검사는 미생물학적 검사방법을 이용하고 있으며, 세균을 증식시켜 판단하기 때문에 3~9일의 긴 검사시간이 소요되는 문제가 있었다.
따라서, 최근에는 다양한 면역학적 검사방법이 사용되고 있으며, 특히 유전자 증폭을 이용하는 PCR 방법이 정확성과 편리성 측면에서 유용하게 사용되고 있다.
다만, PCR에 의한 식중독균 검사방법도 도 1에 도시된 바와 같이 24시간 정도의 검사시간이 소요되며, 특히 12~24시간이 걸리는 미생물의 전배양 과정이 필수적으로 요구되기 때문에, 이러한 복잡한 검사과정은 주로 연구실이나 전문가 수준에서만 사용되고 있다.
따라서, 농산, 수산, 축산 및 가공식품 등 다양한 식품에 대해 판매, 유통 또는 섭취하기 전에 현장에서 식중독균을 검사할 수는 없으며, 식중독이 발생한 후 추후 수습과 관리시에만 식중독균에 대한 검사가 이루어지고 있는 실정이다.
또한, 식중독균은 Escherichia coli, Salmenella, Baccillus, Listeria, Staphylococcus 등 다양한 종류가 존재하는데, 특정 종류의 식중독균마다 이와 같은 검사과정을 반복하여야 하는바, 많은 전문 인력과 시간이 소요되고 있으며, 어떤 식중독균이 식품에 발생하였는지 모르는 상황에서, 많은 종류의 식중독균에 대한 검사를 실시하는 것은 매우 비효율적이므로 현장에서 식중독균을 검출해낼 수 있는 장치를 개발해내는데 큰 장애가 되고 있다.
따라서, 본 출원인은 아래 특허문헌과 같이 한번에 다수의 식중독균을 검출해낼 수 있는 조성물을 개발한 바 있으나, 이를 현장에 활용할 수 있는 장치가 없어 활용되지 못하고 있는 실정이다.
(특허문헌)
등록특허공보 제10-1775401호(2017.08.31. 등록)"재조합 단일사슬 항체를 포함하는 다중 미생물 검출용 조성물"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 시료와 다수의 식중독균과 결합하는 자성체를 수용하는 탈착카트리지를 전처리본체에 장착하여 시료와 자성체의 혼합에 의해 시료에 포함된 식중독균을 자성체에 부착시켜 분리시키도록 함으로써 현장에서 다수의 식중독균을 검출하기 위한 전처리가 한번에 동시에 이루어질 수 있도록 하는 시료전처리장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 시료 및 자성체가 각각 수용되는 시료수용백, 시료와 자성체가 혼합되어 자성체에 식중독균이 결합되도록 하는 자성체분리부, 식중독균이 결합된 자성체만을 분리하여 수용하는 분산용기가 탈착카트리지 내에 형성되도록 하고, 시료수용백과 자성체분리부 사이의 시료 및 자성체의 이송은 전처리본체 내의 펌핑부에 의해 자동으로 이루어지도록 함으로써, 다양한 시료에 대한 식중독균의 검출이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 시료전처리장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 전처리본체 내에 균질화부를 형성하여 시료수용백 내의 시료를 균질화하고 일정 온도에서 식중독균을 배양하도록 함으로써 본 장치 내에서 시료 균질 및 미생물 배양 공정까지 포함하여 전처리의 전공정이 수행될 수 있도록 하는 시료전처리장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 분산용기 내에 삽입된 포집병을 파지하도록 하고, 분산용기에서 자석봉만의 인출이 가능하도록 함으로써 식중독균이 부착된 자성체를 포집병으로부터 쉽게 분리시켜 분산용기 내에 수용될 수 있도록 하는 시료전처리장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 포집병을 분산용기로부터 분리시킬 때 자성포집부에 의해 자성체를 분산용기에 부착시켜 자성체가 포집병과 함께 이탈하는 것을 차단하도록 함으로써, 식중독균의 농축 효율을 높일 수 있도록 하는 시료전처리장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시료전처리장치는 식중독균을 검출하고자 하는 시료 및 다수의 식중독균에 결합하는 자성체가 수용된 탈착카트리지를 수용하는 전처리본체와; 시료 및 자성체를 수용한 상태로 전처리본체에 장착되고, 식중독균과 결합된 자성체를 시료로부터 분리·농축시키는 탈착카트리지;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시료전처리장치에 있어서, 상기 탈착카트리지는 시료 및 자성체를 수용하는 시료수용백과, 상기 시료수용백으로부터 시료 및 자성체를 전달받아 시료 내에서 자성체에 부착된 식중독균을 분리시키는 자성체분리부와, 식중독균이 부착된 자성체를 수용하는 분산용기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시료전처리장치에 있어서, 상기 자성체분리부는 시료 및 자성체가 수용되는 시료챔버와, 상기 시료챔버 내에 삽입되어 식중독균이 결합된 자성체가 부착되는 포집모듈을 포함하고, 상기 포집모듈은 시료챔버 내에 삽입되어 자성체가 부착되는 포집병과, 상기 포집병 내에 삽입되어 자성체가 포집병 표면에 부착되도록 하는 자석봉을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시료전처리장치에 있어서, 상기 전처리본체는 상기 탈착카트리지가 수용되는 카트리지수용홈과, 상기 카트리지수용홈에 장착된 탈착카트리지로부터 시료 및 자성체를 자성체분리부로 이동시키는 펌핑부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시료전처리장치에 있어서, 상기 전처리본체는 상기 시료수용백에 수용된 시료를 균질화하는 균질화부를 포함하고, 상기 균질화부는 상기 시료수용백 일측에 형성되어 미생물 배양을 위한 열을 공급하는 균질히팅모듈과, 상기 시료수용백에 진동을 발생시키는 진동모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시료전처리장치에 있어서, 상기 자성체는 자성입자 주위에 다수의 식중독균과 결합하는 범용수용체가 결합되도록 하거나 또는 자성입자 각각에 특정 식중독균과 결합하는 상이한 특이수용체를 각각 결합시켜 다중으로 식중독균과 결합되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시료전처리장치에 있어서, 상기 전처리본체는 상기 분산용기에 삽입되는 상기 포집병을 파지하여 고정시키는 파지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시료전처리장치에 있어서, 상기 포집모듈은 상기 포집병의 상단에 결합하여 외측으로 돌출되는 걸림구를 포함하고, 상기 파지부는 상기 걸림구 상하측에 접촉되어 상승을 차단하는 차단부재와, 상기 차단부재를 걸림구를 향해 전후 방향으로 이동시키는 전후이동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시료전처리장치에 있어서, 상기 전처리본체는 상기 분산용기 일측에 형성되어 자성체의 이탈을 방지하는 자성포집부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 시료전처리장치에 있어서, 상기 자성포집부는 상기 분산용기 일측에 자성을 갖도록 형성되는 자석부재와, 상기 자석부재를 분산용기를 향한 전후 방향으로 이동시키는 전후이동모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 시료와 다수의 식중독균과 결합하는 자성체를 수용하는 탈착카트리지를 전처리본체에 장착하여 시료와 자성체의 혼합에 의해 시료에 포함된 식중독균을 자성체에 부착시켜 분리시키도록 함으로써 현장에서 다수의 식중독균을 검출하기 위한 전처리가 한번에 동시에 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 시료 및 자성체가 각각 수용되는 시료수용백, 시료와 자성체가 혼합되어 자성체에 식중독균이 결합되도록 하는 자성체분리부, 식중독균이 결합된 자성체만을 분리하여 수용하는 분산용기가 탈착카트리지 내에 형성되도록 하고, 시료수용백과 자성체분리부 사이의 시료 및 자성체의 이송은 전처리본체 내의 펌핑부에 의해 자동으로 이루어지도록 함으로써, 다양한 시료에 대한 식중독균의 검출이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 전처리본체 내에 균질화부를 형성하여 시료수용백 내의 시료를 균질화하고 일정 온도에서 식중독균을 배양하도록 함으로써 본 장치 내에서 시료 균질 및 미생물 배양 공정까지 포함하여 전처리의 전공정이 수행될 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 분산용기 내에 삽입된 포집병을 파지하도록 하고, 분산용기에서 자석봉만의 인출이 가능하도록 함으로써 식중독균이 부착된 자성체를 포집병으로부터 쉽게 분리시켜 분산용기 내에 수용될 수 있도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 포집병을 분산용기로부터 분리시킬 때 자성포집부에 의해 자성체를 분산용기에 부착시켜 자성체가 포집병과 함께 이탈하는 것을 차단하도록 함으로써, 식중독균의 농축 효율을 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래 식중독균의 검출과정을 나타내는 순서도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시료전처리장치의 사시도
도 3은 도 2의 분해사시도
도 4는 탈착카트리지의 정면도(a), 자성체분리부의 결합상태도(b) 및 전처리본체(c)의 내부구성을 나타내는 사시도
도 5는 시료전처리장치의 내부구성을 나타내는 정면도
도 6 내지 도 9는 시료전처리과정을 나타내는 참고도
도 10은 범용수용체의 일 예를 나타내는 참고도
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 시료전처리장치가 포함된 원스탑 검출시스템의 내부구성을 나타내는 사시도 및 분해사시도
도 12는 도 11의 검출진단장치의 사시도
도 13은 도 12의 검출카트리지의 사시도(a) 및 평면도(b)
도 14는 유전자의 추출 및 검출과정의 일 예를 나타내는 참고도
도 15는 검출본체의 자성제거부를 설명하기 위한 사시도(a) 및 단면도(b)
도 16은 카메라에 의한 유전자 검출예를 나타내는 사시도(a) 및 평면도(b)
도 17은 별도 단말기에 의한 유전자 검출예를 나타내는 사시도
도 18은 피펫팁의 사용예를 나타내는 참고도
도 19는 시료이송장치에 의해 시료전처리장치 및 검출진단장치에서 시료가 이송되는 과정을 설명하기 위한 참고도
도 20은 도 11의 시료이송장치의 다른 예를 나타내는 사시도
이하에서는 본 발명에 따른 식중독균의 신속·동시 검출을 위한 시료전처리장치 및 이를 포함하는 원스탑 검출시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하고, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식중독균의 신속·동시 검출을 위한 시료전처리장치를 도 2 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 상기 시료전처리장치(1)는 식중독균을 검출하고자 하는 시료 및 시료에 포함된 다수의 식중독균에 결합하는 자성체가 수용된 탈착카트리지(11)를 수용하는 전처리본체(13)와; 시료 및 자성체를 수용한 상태로 전처리본체(13)에 장착되고, 식중독균과 결합된 자성체를 시료로부터 분리·농축시키는 탈착카트리지(11);를 포함한다.
본 발명에 따른 시료전처리장치(1)는 기존 12~24시간이 걸리던 시료전처리과정을 2시간내에 완료할 수 있도록 하고, 자성체를 이용하여 다수의 식중독균을 동시에 포집·분리시키도록 하여 식중독균별로 전처리과정과 검출과정을 별도로 거칠 필요없이 한번에 시료전처리 과정과 검출과정이 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 상기 시료전처리장치(1)는 시료를 넣고 이동시키기만 하면 전처리과정이 완료되도록 하여 비전문가도 누구나 식중독균을 검출하기 위한 전처리과정을 실시할 수 있도록 한다. 특히, 상기 시료전처리장치(1)는 탈착카트리지(11)를 전처리본체(13)에 탈착시키도록 하고, 탈착카트리지(11) 내의 시료와 자성체는 전처리본체(13)에 의해 이송되도록 하여 장치의 구성을 간소화하면서 다양한 시료에 대한 식중독균의 검출이 쉽게 이루어지도록 할 수 있다.
참고로, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 도 2의 A,B,C,D,E,F 방향을 각각 상하전후좌우 방향으로 가정하도록 한다.
상기 탈착카트리지(11)는 자성체를 이용하여 시료에 포함된 식중독균을 분리·농축시키는 구성으로, 상기 전처리본체(13)에 탈착된다. 이를 위해, 상기 탈착카트리지(11)는 시료수용백(111), 자성체분리부(112), 분산용기(113)를 포함할 수 있다.
상기 시료수용백(111)은 식중독균을 검사하고자 하는 시료와 식중독균을 분리시킬 자성체를 수용하는 구성으로, 도 2에 도시된 바와 같이 시료수용부(111a)와 자성체수용부(111b)를 별개로 형성하여 각각 시료와 자성체를 분리하여 수용하도록 한다.
상기 시료수용부(111a)는 식중독균을 검출할 시료를 수용하는 구성으로, 상기 탈착카트리지(11)에 대한 삽입과 인출이 자유롭게 형성되도록 할 수 있으며, 수산물, 축산물, 농산물, 가공식품 등 식중독균을 검출하고자 하는 다양한 종류의 시료를 수용하도록 할 수 있다. 상기 시료수용부(111a)는 상기 전처리본체(13)의 후술할 펌핑부(133)와 연결되어 시료수용부(111a) 내의 시료가 자성체수용부(111b)로 이송될 수 있도록 한다.
상기 자성체수용부(111b)는 시료로부터 식중독균을 분리해낼 자성체를 수용하는 구성으로, 시료수용부(111a)와 같이 탈착카트리지(11)에 삽입과 인출이 자유롭도록 형성된다. 상기 자성체수용부(111b)에 수용되는 자성체는 자성입자 주위로 다수의 식중독균과 결합할 수 있는 범용수용체가 결합하도록 할 수 있으며, 배경기술에 기재된 다중 미생물 검출용 조성물(특허 10-1775401)을 범용수용체로 사용하도록 할 수 있다. 또한, 자성체를 구성하는 범용수용체는 그 밖에 다수의 식중독균(세균)들과 결합할 수 있는 다양한 물질로 형성될 수 있으며, 일 예로 항체, 변이 lysozyme, 앱타머, Mannose-binding lectin(MBL) 등을 이용하도록 할 수 있다. 또한, 상기 자성체수용부(111b)에 수용되는 자성체는 도 10(b)에 도시된 바와 같이 자성입자 주위로 수용체 고정을 위한 금나노입자를 형성하도록 할 수 있으며, 이를 통해 마이크로 수준의 자성체를 형성하도록 하여 시료에 포함된 지방 등에 의한 식중독균의 포집 방해를 해결할 수 있도록 한다. 또한, 상기 자성체는 특정 식중독균과 결합하는 일반 특이수용체가 자성입자와 결합하도록 할 수도 있으며, 이러한 경우 각각 상이한 식중독균과 결합하는 특이수용체가 각각 자성입자가 결합하도록 하고 이를 다중으로 혼합하여 다수의 식중독균과 각각 결합되도록 구성할 수도 있다. 상기 자성체수용부(111b)는 시료수용부(111a)와 같이 펌핑부(133)에 연결되어 시료수용부(111a) 내의 시료가 자성체수용부(111b)로 이송되도록 하며, 시료와 혼합된 자성체가 자성체분리부(112)의 시료챔버(112a)로 이동할 수 있도록 하고, 자성체에 의해 시료에 포함된 식중독균을 분리·포집할 수 있도록 한다. 또한, 자성체수용부(111b)는 시료수용부(111a)의 구조와 도 10(b)의 입자크기에 따라 사용하지 않을 수 있다. 시료수용부(111a)에 거름망이 포함된 경우 한쪽에 시료를 넣고 다른 한쪽에 500 μm 이상의 입자를 넣어 자성체수용부(111b)를 대체할 수 도 있다.
상기 자성체분리부(112)는 시료로부터 식중독균을 분리하는 구성으로, 더욱 정확하게는 자성체에 결합된 식중독균을 분리하여 별도의 분산용기(113)로 수용할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 자성체분리부(112)는 도 4에 도시된 바와 같이 시료 및 자성체를 수용하는 시료챔버(112a)와, 식중독균이 부착된 자성체를 시료챔버(112a)로부터 분리해내는 포집모듈(112b)을 포함할 수 있다.
상기 시료챔버(112a)는 시료 및 자성체를 수용하는 구성으로, 상기 펌핑부(133)의 연결관(133a)과 연결되어 시료수용백(111)으로부터 시료 및 자성체를 전달받아 수용하도록 한다. 바람직하게는 상기 시료챔버(112a)는 시료수용부(111a) 또는 자성체수용부(111b)로부터 자성체를 전달받도록 할 수 있으며, 시료챔버(112a) 내에서는 도 9(2)에 도시된 바와 같이 자성체의 범용수용체에 식중독균이 결합하여 분리된 상태가 된다. 그리고 시료챔버(112a)에는 포집모듈(112b)이 삽입된 상태로 존재하며, 도 9(3)에서 보는 바와 같이 포집모듈(112b)의 자성에 자성체의 자성입자가 끌려가 부착되는 형태가 된다. 그리고 포집모듈(112b)에 자성체가 부착된 상태에서 포집모듈(112b)을 분산용기(113)로 옮겨 식중독균의 분리·포집이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 포집모듈(112b)은 시료챔버(112a) 내의 식중독균이 결합한 자성체를 분리하여 분산용기(113)로 옮기는 구성으로, 도 4에 도시된 바와 같이 포집병(112b-1), 자석봉(112b-2), 걸림구(112b-3)를 포함할 수 있다.
상기 포집병(112b-1)은 상기 시료챔버(112a) 내에 삽입되어 식중독균이 결합된 자성체가 부착되는 구성으로, 바람직하게는 유리의 재질로 형성될 수 있으며, 그 내부에는 자석봉(112b-2)이 삽입된다. 상기 포집병(112b-1)은 그 상단이 걸림구(112b-3)와 결합하여 함께 승강되도록 할 수 있다.
상기 자석봉(112b-2)은 포집병(112b-1) 내에 삽입되는 구성으로, 자석으로 형성되어 자성체를 포집병(112b-1)에 부착시키도록 할 수 있다. 상기 자석봉(112b-2)은 포집병(112b-1) 내부에서 상측으로 탈착이 가능하도록 형성되며, 상기 분산용기(113) 내에서 분리되어 자성체를 포집병(112b-1)으로 분리시키도록 함으로써 식중독균이 부착된 자성체만이 분산용기(113)에 수용될 수 있도록 한다. 또한, 상기 자석봉(112b-2)은 걸림구(112b-3)에 의해 탈착가능하도록 결합할 수 있으며, 일 예로 자성에 의해 부착되어 함께 승강될 수 있도록 하고, 걸림구(112b-3)가 후술할 파지부(134)의 차단부재(134a)에 걸릴 때에는 자석봉(112b-2)만이 포집병(112b-1)으로부터 이탈될 수 있도록 한다. 이에 관한 상세한 설명은 후술한다.
상기 걸림구(112b-3)는 상기 포집병(112b-1)과 일체로 결합하도록 할 수 있으며, 포집병(112b-1)의 상단에서 외측 둘레를 따라 돌출되는 형태로 형성되도록 할 수 있다. 또한, 상기 걸림구(112b-3)는 상기 자석봉(112b-2)과도 탈착 가능하도록 결합하여 함께 승강되도록 할 수 있으며, 자석봉(112b-2)을 들어올림에 따라 걸림구(112b-3) 및 포집병(112b-1)이 함께 승강되도록 할 수 있다. 바람직하게 상기 걸림구(112b-3)는 자성에 의해 자석봉(112b-2)과 결합하도록 할 수 있으며, 후술할 파지부(134)의 차단부재(134a)에 끼워져 상승이 차단될 수 있고, 이를 통해 자석봉(112b-2)만이 포집병(112b-1)으로부터 이탈될 수 있도록 한다.
상기 분산용기(113)는 상기 시료챔버(112a)의 일측에 형성되어 식중독균이 부착된 자성체를 수용하는 구성으로, 상기 탈착카트리지(11)에 삽입되도록 형성될 수 있다. 상기 분산용기(113)는 상기 포집모듈(112b)을 수용하며, 이때 포집모듈(112b)의 포집병(112b-1)에는 식중독균이 결합된 자성체가 부착된다. 그리고 분산용기(113) 내에서는 자석봉(112b-2)만이 포집병(112b-1)으로부터 분리되어 포집병(112b-1)에 부착된 자성체가 포집병(112b-1)으로부터 분리되도록 하고, 분산용기(113)에는 식중독균이 부착된 자성체만이 남게되어 식중독균의 검출이 실시될 수 있도록 하며, 분산용기(113)에는 버퍼 용액이 함께 수용되도록 할 수 있다.
상기 전처리본체(13)는 상기 탈착카트리지(11)를 수용하는 구성으로, 탈착카트리지(11) 내의 시료를 균질화하고, 시료수용백(111) 내의 시료 및 자성체를 시료챔버(112a)로 이동시키며, 분산용기(113)에서 자성체의 분리가 원활하게 이루어질 수 있도록 한다. 따라서, 상기 탈착카트리지(11)의 부피 및 구성은 최소화될 수 있으며, 탈착카트리지(11)를 교체하는 것만으로 다수의 시료에 대한 식중독균의 전처리가 쉽고 신속하게 이루어지도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 전처리본체(13)는 카트리지수용홈(131), 균질화부(132), 펌핑부(133), 파지부(134), 자성포집부(135)를 포함할 수 있다.
상기 카트리지수용홈(131)는 상기 탈착카트리지(11)를 수용하는 구성으로, 도 3에 도시된 바와 같이 상측으로 개방되어 탈착카트리지(11)가 수용될 수 있도록 한다. 또한, 상기 카트리지수용홈(131)의 일측으로는 균질화부(132), 파지부(134), 자성포집부(135)가 형성되어 탈착카트리지(11)에 수용된 시료를 균질화하고, 분산용기(113)에서의 자성체 분리가 효과적으로 이루어질 수 있도록 하며, 카트리지수용홈(131)의 하측으로는 상기 펌핑부(133)가 형성되어 시료수용백(111) 내의 시료 및 자성체를 시료챔버(112a)로 이동시킬 수 있도록 한다.
상기 균질화부(132)는 탈착카트리지(11) 내의 시료를 균질화하는 구성으로, 상기 시료수용백(111)의 전측 또는 후측에 형성되도록 한다. 상기 균질화부(132)는 시료수용백(111)에 열 및 진동을 가하여 균질화가 이루어질 수 있도록 하며, 이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이 균질히팅모듈(132a) 및 진동모듈(132b)을 포함할 수 있다.
상기 균질히팅모듈(132a)은 열을 발생시키는 히팅판으로 형성될 수 있으며, 상기 시료수용백(111)과 대응되는 위치에 형성되도록 하여 미생물 배양을 위한 열을 공급하도록 하고, 상기 진동모듈(132b)은 균질히팅모듈(132a)에 접촉되도록 형성되어 발생된 진동이 시료수용백(111)으로 전달되도록 할 수 있다.
상기 펌핑부(133)는 상기 시료수용백(111) 내의 시료 및 자성체를 시료챔버(112a)로 이송시키는 구성으로, 도 5에 도시된 바와 같이 시료수용백(111)의 하측에 형성되도록 할 수 있다. 상기 펌핑부(133)는 시료수용백(111)의 시료수용부(111a) 및 자성체수용부(111b) 각각을 시료챔버(112a)와 연결시키는 연결관(133a)을 형성하도록 하고, 연결관(133a) 상에는 시료 및 자성체의 이송이 가능하도록 하는 펌핑모터(133b)가 형성되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 펌핑부(133)는 시료수용부(111a) 및 자성체수용부(111b) 각각으로부터 펌핑모터(133b)를 작동시켜 시료챔버(112a)로 시료 및 자성체의 순차적이 이송이 이루어지도록 하고, 시료챔버(112a) 내에서 시료와 자성체가 혼합되면서 시료 내의 식중독균이 자성체에 결합될 수 있도록 한다.
상기 파지부(134)는 상기 분산용기(113)의 상측에 형성되어 상기 걸림구(112b-3)를 파지하는 구성으로, 상기 분산용기(113)에서 자석봉(112b-2)만의 분리가 가능하도록 한다. 상기 파지부(134)는 상기 포집모듈(112b)이 분산용기(113)에 수용되었을 때, 포집모듈(112b)의 걸림구(112b-3)를 지지하도록 하며, 걸림구(112b-3)가 지지된 상태에서 자석봉(112b-2)을 들어올려 자석봉(112b-2)만이 포집병(112b-1)으로부터 이탈할 수 있도록 한다. 이를 통해 상기 포집병(112b-1)에 부착된 자성체들은 포집병(112b-1)의 자력 상실로 포집병(112b-1)으로부터 떨어지게 되며, 분산용기(113) 내에 식중독균이 부착된 자성체만이 남을 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 파지부(134)는 도 7에 도시된 바와 같이 걸림구(112b-3)에 끼워지는 차단부재(134a)와 차단부재(134a)를 전후 방향으로 이동시키는 전후이동수단(134b)을 포함할 수 있다.
상기 차단부재(134a)는 걸림구(112b-3)에 끼워지는 구성으로, 포집병(112b-1)의 상단에서 외측으로 돌출되는 걸림구(112b-3)가 끼워지는 홈을 형성하도록 한다. 이를 통해 상기 차단부재(134a)는 걸림구(112b-3)의 상하에서 걸림구(112b-3)를 잡고 상승하는 것을 차단하게 되며, 상기 전후이동수단(134b)에 의해 전후 방향으로 이동한다.
상기 전후이동수단(134b)은 상기 차단부재(134a)를 전후 방향으로 이동시키는 구성으로, 전류의 공급에 따라 작동하는 솔레노이드 장치가 적용될 수 있다. 상기 전후이동수단(134b)은 평상시 후방으로 차단부재(134a)를 이동시켜 포집모듈(112b)을 분산용기(113)에 넣을 수 있도록 하며, 포집모듈(112b)이 분산용기(113)에 수용된 후 차단부재(134a)를 전방으로 이동시켜 걸림구(112b-3)에 끼워질 수 있도록 하고, 이를 통해 자석봉(112b-2)을 상승시킬 때 걸림구(112b-3)가 차단부재(134a)에 걸려 상승하지 못하도록 함으로써 자석봉(112b-2)만이 포집병(112b-1)으로부 분리될 수 있도록 한다.
상기 자성포집부(135)는 포집병(112b-1)의 분리시 자성체의 이탈을 방지하는 구성으로, 분산용기(113) 내의 자성체가 포집병(112b-1)에 부착되어 외부로 이탈하는 것을 차단하도록 한다. 상기 자석봉(112b-2)을 포집병(112b-1)으로부터 분리시킴에 따라 포집병(112b-1)에 부착된 자성체들이 포집병(112b-1)으로부터 떨어져 분산용기(113) 내에 남게 되고, 포집병(112b-1)을 분산용기(113)로부터 꺼내어 분산용기(113)에 남은 식중독균이 부착된 자성체들로부터 식중독균을 검출할 수 있게 되는데, 포집병(112b-1)을 분산용기(113)로부터 꺼낼 때 자성체들이 포집병(112b-1)에 그대로 부착되어 함께 이탈되는 경우가 발생하게 된다. 이러한 경우 식중독균이 함께 이탈되어 농축효율을 떨어뜨리고 정확한 식중독균의 검출을 방해하게 되는바, 상기 자성포집부(135)는 분산용기(113) 주변에 자력을 부여하여 자성체를 분산용기(113)에 부착시킴으로써, 자성체가 포집병(112b-1)과 함께 외부로 이탈하는 것을 막을 수 있도록 한다. 따라서, 상기 자성포집부(135)는 분산용기(113)의 일측에 형성되어 분산용기(113) 내에 자력을 제공하도록 하며, 전후 방향으로 이동하여 자력의 제공을 할 수 있다. 이를 위해, 상기 자성포집부(135)는 도 7에 도시된 바와 같이 자석부재(135a) 및 전후이동모듈(135b)을 포함할 수 있다.
상기 자석부재(135a)는 자력을 발생시키는 자석으로 형성될 수 있으며, 상기 전후이동모듈(135b)에 의해 전후 방향으로 이동한다. 따라서, 상기 자석부재(135a)는 포집병(112b-1)을 분산용기(113)로부터 빼내는 경우 전진시켜 분산용기(113) 내에 자력을 제공함으로써 자성체가 분산용기(113)로부터 이탈하는 것을 차단하도록 하고, 그 밖의 평상시에는 후방으로 이동하도록 한다.
상기 전후이동모듈(135b)은 상기 자석부재(135a)를 전후 방향으로 이동시키는 구성으로, 상기 전후이동수단(134b)과 같이 전류의 공급에 따라 작동하는 솔레노이드 장치로 형성될 수 있다.
상기 시료전처리장치(1)의 작동에 관하여 상세하게 설명하면, 먼저 도 5(a)에 도시된 바와 같이 시료 및 자성체가 수용된 탈착카트리지(11)를 전처리본체(13)에 장착하면, 상기 펌핑부(133)에 의해 시료수용백(111) 내의 시료가 자성체수용부(111b)로 이송되어 혼합되고, 혼합된 시료 및 자성체는 도 5(b)에 도시된 바와 같이 시료챔버(112a)로 이동한다. 이렇게 시료와 자성체가 혼합되면 도 9(2)에 도시된 바와 같이 식중독균이 자성체에 결합된다. 그리고 도 6(a)에 도시된 바와 같이 시료챔버(112a) 내에 포집모듈(112b)을 삽입하면, 도 9(3)에 도시된 바와 같이 포집모듈(112b)에 식중독균이 결합된 자성체가 부착된다. 그 다음 도 6(b)에 도시된 바와 같이 포집모듈(112b)을 들어올려 도 6(c)에 도시된 바와 같이 분산용기(113)로 옮기게 되며, 도 6(d)에 도시된 바와 같이 걸림구(112b-3)가 차단부재(134a)에 끼워지는 상태로 포집모듈(112b)을 분산용기(113) 내에 삽입하게 된다. 그리고 도 7에 도시된 바와 같이 자석봉(112b-2)을 들어올리게 되면, 상기 걸림구(112b-3)가 차단부재(134a)에 걸려 걸림구(112b-3) 및 포집병(112b-1)의 이탈이 차단되고, 포집병(112b-1)은 자력을 잃게 되어 포집병(112b-1)에 부착된 자성체들은 도 9(6)에 도시된 바와 같이 포집병(112b-1)과 분리되며, 도 8에 도시된 바와 같이 포집병(112b-1)을 분산용기(113)로부터 분리해내면, 분산용기(113)에는 식중독균이 부착된 자성체만이 남게 된다. 그리고 분산용기(113)에 남겨진 자성체는 별도의 검출장치에 의해 다수의 식중독균에 대한 존재여부가 검출되게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시료전처리장치(1)가 포함된 원스탑 검출시스템을 도 11 내지 도 20을 참조하여 설명하면, 상기 원스탑 검출시스템은 검출진단장치(3) 및 시료이송장치(5)를 추가로 포함할 수 있다.
따라서, 상기 원스탑 검출시스템은 상기 시료전처리장치(1)에서 자성체에 의해 시료로부터 식중독균을 분리해내도록 하고, 검출진단장치(3)에서는 시료전처리장치(1)에서 분리된 식중독균의 유전자를 추출/증폭, 검출하여 식중독균의 존재 여부를 파악할 수 있도록 한다. 또한, 상기 시료전처리장치(1) 및 검출진단장치(3)에서의 시료의 이동은 상기 시료이송장치(5)에 의해 자동으로 이루어질 수 있도록 하며, 이러한 시료전처리장치(1), 검출진단장치(3) 및 시료이송장치(5)가 일체로 형성되어 하나의 시스템을 형성하도록 한다. 이를 통해, 상기 원스탑 검출시스템은 현장에서 시료를 시료전처리장치(1)에 넣기만 하면 자동으로 전처리 및 검출까지 한번에 이루어질 수 있으므로 비전문가도 현장에서 쉽고 신속하게 식중독균을 검출해낼 수 있고, 특히 본 시스템은 다수의 식중독균을 한번에 검출할 수 있으므로 그 검출속도는 더욱 빨라지게 된다.
상기 검출진단장치(3)는 시료전처리장치(1)에서 분리된 식중독균의 유전자를 추출, 증폭하여 검출하는 구성으로, 상기 분산용기(113)에 수용된 자성체에 부착된 식중독균을 옮겨와 유전자를 추출하고, 증폭·검출이 이루어지도록 한다. 상기 검출진단장치(3)는 자성체에 부착된 식중독균으로부터 유전자를 추출하여 증폭하도록 하고, 증폭된 유전자만을 이동시켜 유전자의 결합에 따른 신호에 따라 유전자의 검출이 이루어질 수 있도록 한다. 상기 검출진단장치(3)는 도 11에 도시된 바와 같이 상기 시료전처리장치(1)의 일측에 밀착되도록 형성될 수 있으며, 상기 시료이송장치(5) 내부에 수용되도록 할 수 있다. 또한, 상기 검출진단장치(3)는 시료전처리장치(1)와 같이 검출본체(33)에 검출카트리지(31)가 탈착되는 방식으로 형성되도록 할 수 있다.
상기 검출카트리지(31)는 시료전처리장치(1)를 통과한 시료를 수용하면서 유전자를 추출, 증폭하고, 검출하는 공간을 형성하는 구성으로, 상기 검출본체(33) 상부에 장착되도록 한다. 또한, 상기 검출카트리지(31)는 유전자의 증폭, 검출에 필요한 시약들을 수용하면서 시료 및 시약의 이송에 필요한 피펫팁 등도 모두 수용하도록 하여 검출카트리지(31) 하나로 유전자의 추출, 증폭 및 검출이 가능하도록 한다. 또한, 상기 검출카트리지(31) 상에는 폐액을 배출하고 세척액을 수용하는 공간까지 형성되도록 하여 다수의 시료에 대한 식중독균의 검출이 반복적으로 이루어지도록 할 수도 있다. 이를 위해, 상기 검출카트리지(31)는 추출증폭챔버(311), 동시검출부(312), 시약수용부(313), 폐액배출부(314), 세척액수용부(315), 피펫팁수용부(316)를 포함할 수 있다.
상기 추출증폭챔버(311)는 식중독균이 부착된 자성체를 수용하여 식중독균으로부터 유전자가 추출, 증폭되는 공간을 형성하는 구성으로, 검출카트리지(31)의 상부로부터 일정깊이 함입되는 공간을 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 시료이송장치(5)에 의해 시료전처리장치(1)의 분산용기(113) 내에 수용된 자성체가 이송되도록 한다. 상기 추출증폭챔버(311)의 하부로는 검출본체(33)의 후술할 히팅부(331)가 형성되어 유전자의 추출, 증폭을 위한 온도의 조절이 가능하도록 하며, 추출증폭챔버(311) 일측에는 자성제거부(332)가 형성되어 자성체의 이탈을 막고 유전자만이 동시검출부(312)로 이송될 수 있도록 한다. 더욱 상세하게 상기 추출증폭챔버(311)내에서는 자성체에 부착된 식중독균으로부터 유전자가 추출되도록 하기 위해 히팅부(331)에 의한 열의 공급이 이루어지도록 하여 도 14(a)에 도시된 바와 같이 세포벽, 세포막을 제거하도록 할 수 있고, 그 밖에 효소, 화학약품 등을 이용하여 유전자의 추출이 이루어지도록 할 수도 있다. 또한, 유전자의 추출이 이루어지고 나면, PCR용액과 열의 공급을 통해 추출된 유전자의 증폭이 이루어지도록 하며, 증폭된 유전자를 동시검출부(312)로 옮겨 유전자의 검출이 이루어질 수 있도록 한다. 이때, 상기 추출증폭챔버(311)에 공급되는 PCR용액에는 유전자의 증폭을 위한 프라이머가 포함되며, 특히 프라이머의 말단에는 biotin이 라벨링되어 상기 동시검출부(312)에서 금나노입자와 결합할 수 있도록 한다.
상기 동시검출부(312)는 증폭된 유전자를 통해 유전자의 존재 여부를 검출하는 구성으로, 특히 다수의 유전자에 대한 동시 검출이 가능하도록 한다. 상기 동시검출부(312)는 DNA ARRAYED CHIP 형태로 형성될 수 있으며, 검출카트리지(31) 상부에 형성되도록 할 수 있고, 증폭된 유전자를 주입하여 증폭된 유전자가 미세유체채널(312b)을 통과하면서 유전자를 검출하도록 하고, 나머지 폐액은 자동으로 배출될 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 동시검출부(312)는 시약주입구(312a), 미세유체채널(312b), 폐액배출구(312c)를 포함할 수 있으며, 증폭된 유전자가 흐르는 미세유체채널(312b)에는 각각 상이한 유전자와 결합할 수 있는 다수의 DNA프로브(312b-1)가 형성되어 다수의 유전자를 동시에 검출할 수 있도록 한다. 따라서, 미세유체채널(312b)을 흐르는 식중독균의 유전자는 유전자 각각과 결합하는 DNA프로브(312b-1)와 결합하며, 유전자의 결합에 따른 신호의 측정을 통해 다수의 식중독균 유전자에 대한 존재여부를 동시에 검출할 수 있게 된다. 이때, 유전자의 결합에 따른 신호는 바람직하게는 비색신호를 측정하도록 할 수 있으며, 그 밖에 형광, 파장 등과 같은 광학적 신호, 전압, 전류, 저항 등과 같은 전기적 신호, 질량, 부피 등과 같은 물리적 신호 등을 포함할 수 있다. 이하에서는 유전자의 결합에 따른 비색신호를 측정하는 것을 일 예로 설명하도록 한다. 또한, 상기 동시검출부(312)는 신호의 증강을 위해 DNA프로브(312b-1)에 결합된 유전자에는 금나노입자가 결합하도록 하고, 금나노입자 주변으로는 은 클러스터가 형성될 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 시약주입구(312a)를 통해 증폭된 유전자를 주입한 후 DNA프로브(312b-1)와의 결합이 이루어지고 나면, 시약주입구(312a)에 먼저 금나노입자를 주입하도록 하여 유전자 증폭과정에서 식중독균 유전자에 결합된 biotin에 금 나노입자가 결합할 수 있도록 하며, 이때 금 나노입자 표면에는 Streptavidin이 결합된 상태로 주입하도록 할 수 있다. 그리고 다시 시약주입구(312a)를 통해 은 증강용액을 주입하여 금 나노입자 주위로 은 클러스터의 형성이 이루어지도록 함으로써 비색신호의 효과적인 증강이 이루어질 수 있도록 한다. 또한, 이러한 시약들은 상기 시약수용부(313)에 모두 수용되어 상기 시료이송장치(5)에 의해 자동으로 시약의 이송 및 주입이 이루어지도록 함으로써 자동으로 검출과정이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 시약수용부(313)는 유전자의 증폭, 검출이 이용되는 시약을 수용하는 구성으로, 일 예로 유전자의 증폭시 사용되는 PCR용액이 수용되는 PCR용액용기(313a), 금 나노입자가 수용되는 금나노입자수용용기(313b), 은 증강용액을 수용하는 은증강용액수용용기(313c)를 포함할 수 있으며, 상기 시료이송장치(5)에 의해 자동으로 시약주입구(312a)로 이송되어 주입되도록 할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 PCR용액용기(313a)에는 말단에 biotin이 결합된 프라이머 용액이 수용되어 추출증폭챔버(311)에 주입되며, 금나노입자수용용기(313b), 은증강용액수용용기(313c)에 수용된 금 나노입자와 은 증강용액은 순차적으로 상기 시약주입구(312a)에 주입된다.
상기 폐액배출부(314)는 유전자의 증폭 및 검출에 사용된 시료, 시약 등을 배출하는 구성으로, 검출카트리지(31) 상에 배출공(314a)을 형성하여 하부의 별도수용공간인 배출통(314b)으로 폐액이 배출될 수 있도록 한다.
상기 세척액수용부(315)는 검출카트리지(31)를 세척하기 위한 세척액을 수용하는 구성으로, 유전자의 검출 완료후 상기 시약주입구(312a)에 투입되어 동시검출부(312)를 세척하도록 할 수 있고, 이를 통해 다수의 시료에 대한 유전자 검출이 가능하도록 할 수 있다.
상기 피펫팁수용부(316)는 용액의 이송을 위한 피펫팁(P)을 수용하는 구성으로, 상기 시료이송장치(5)에 결합되어 시료, 시약 등의 흡입 및 분출이 정확하게 이루어질 수 있도록 한다.
상기 검출본체(33)는 상기 검출카트리지(31)가 장착되는 구성으로, 상부에 검출카트리지(31)가 삽입되어 장착되도록 한다. 상기 검출본체(33)는 상기 추출증폭챔버(311)에 열을 공급하여 유전자의 추출, 증폭이 이루어질 수 있도록 하고, 추출증폭챔버(311)에 자력을 제공하여 증폭된 유전자를 추출증폭챔버(311)로부터 분리할 때 자성체가 함께 이탈되는 것을 차단할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 검출본체(33)는 히팅부(331), 자성제거부(332), 카트리지안착홈(333)을 포함할 수 있다.
상기 히팅부(331)는 추출증폭챔버(311)에 열을 공급하는 구성으로, 일 예로 적외선을 이용한 비접촉식의 IR히터가 적용될 수 있다. 상기 히팅부(331)는 도 12에 도시된 바와 같이 추출증폭챔버(311)의 하부를 둘러싸도록 형성될 수 있으며, 식중독균의 세포막 파괴를 통한 유전자의 추출 및 유전자 증폭시 적절한 온도를 조절할 수 있도록 한다.
상기 자성제거부(332)는 추출증폭챔버(311)에 자력에 의한 당기는 힘을 제공하는 구성으로, 도 15에 도시된 바와 같이 추출증폭챔버(311) 일측에 형성되도록 할 수 있다. 상기 자성제거부(332)는 추출증폭챔버(311)에서 식중독균으로부터 추출되어 증폭된 유전자를 분리시킬 때, 자성체를 당기도록 하여 자성체가 유전자와 함께 유출되어 동시검출부(312)로 공급되는 것을 막을 수 있도록 한다. 따라서, 상기 자성제거부(332)는 유전자만이 동시검출부(312)로 공급되어 유전자 검출의 정확성을 높일 수 있도록 한다. 상기 자성제거부(332)는 자력을 제공하는 자성부재(332a)와 자성부재(332a)를 추출증폭챔버(311)를 향해 전후로 이동시키는 이동모듈(332b)을 포함할 수 있으며, 이동모듈(332b)은 솔레노이드 액츄에이터 등으로 형성되어 증폭된 유전자를 분리할 때에만 자성부재(332a)를 추출증폭챔버(311)에 접근시켜 자성체를 당기도록 할 수 있다.
상기 카트리지안착홈(333)은 상기 검출카트리지(31)가 장착되는 구성으로, 검출본체(33)의 상부로부터 일정 깊이 함입되도록 형성될 수 있다. 따라서, 상기 검출카트리지(31)는 검출본체(33) 상부에 탈착하는 방식으로 설치할 수 있으며, 교체와 관리가 편리하게 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 동시검출부(312)에서 발생하는 비색신호는 카메라의 촬영에 의해 인식하도록 할 수 있으며, 도 16에 도시된 바와 같이 시료이송장치(5)에 형성된 카메라에 의해 촬영되도록 하거나 또는 도 17에 도시된 바와 같이 스마트폰에 의한 촬여에 의해 비색신호를 확인하도록 할 수도 있다.
이를 위해, 상기 검출진단장치(3)는 도 17에 도시된 바와 같이 검출카트리지(31)의 상부를 덮는 덮개부(35)를 추가로 형성하도록 할 수 있으며, 상기 덮개부(35) 상에 스마트폰(S)을 올려놓고 비색신호를 촬영하도록 할 수 있다. 상기 덮개부(35)는 상기 검출본체(33) 상부에 결합하도록 형성될 수 있으며, 하부에 빈 공간을 형성하여 검출카트리지(31)를 수용할 수 있도록 한다. 또한, 상기 덮개부(35) 상에는 단말기안착홈(351)이 형성되어 스마트폰(S)을 올려 놓을 수 있도록 하고, 단말기안착홈(351) 상에는 미세유체채널(312b)에 대응되는 위치에 촬영공(352)이 관통형성되어 스마트폰(S)의 렌즈를 통해 미세유체채널(312b)의 비색신호를 촬영하도록 할 수 있다.
상기 시료이송장치(5)는 시료전처리장치(1) 및 검출진단장치(3)에서 시료 및 시약 등의 이송이 자동으로 이루어질 수 있도록 하는 구성으로, 바람직하게는 도 11에 도시된 바와 같이 검출진단장치(3)를 내부에 수용한 상태에서 시료전처리장치(1)와 결합하여 일체로 형성되도록 한다. 따라서, 상기 원스탑 검출시스템은 시료전처리장치(1), 검출진단장치(3), 시료이송장치(5)가 일체로 형성되어 현장에서 다수의 시료에 대한 식중독균 검출을 쉽고 신속하게 실시할 수 있으며, 그 이동 및 보관이 용이하여 장소를 이동하면서 식중독균의 검출이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 상기 시료이송장치(5)는 미세유체채널(312b)을 촬영하여 유전자의 검출에 따른 비색신호를 확인하도록 할 수 있으며, 외부로 촬영된 화면을 제공하여 유전자의 검출이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 시료이송장치(5)는 시료흡입부(51), 촬영부(53), 케이싱부(55)를 포함하도록 할 수 있다.
상기 시료흡입부(51)는 시료 또는 시약을 흡입하고 배출하는 구성으로, 별도의 펌프(미도시) 등과 연결되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 시료흡입부(51)는 상기 피펫팁수용부(316)에 수용된 피펫팁(P)을 장착하여 시료 또는 시약의 이송이 이루어지도록 할 수 있으며, 도 19(a)에 도시된 바와 같이 분산용기(113)에 수용된 식중독균이 결합된 자성체를 흡입하여 도 19(b)에 도시된 바와 같이 추출증폭챔버(311)로 이송시키고, 추출증폭챔버(311)에서 추출, 증폭된 유전자를 도 19(c)에 도시된 바와 같이 추출증폭챔버(311)로부터 흡입하여 도 19(d)에 도시된 바와 같이 동시검출부(312)의 시약주입구(312a)로 주입할 수 있도록 한다. 또한, 상기 시료흡입부(51)는 시약수용부(313) 각각으로부터 PCR용액 등을 흡입하여 추출증폭챔버(311), 시약주입구(312a)로 공급될 수 있도록 한다. 뿐만 아니라, 상기 시료흡입부(51)는 그 흡입력을 기반으로 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 포집모듈(112b)을 시료챔버(112a)에서 분산용기(113)로 옮기거나 자석봉(112b-2)을 포집병(112b-1)으로부터 분리시킬 때, 자석봉(112b-2)을 흡입하여 들어올리도록 할 수 있고, 또는 자성을 갖도록 형성하여 자석봉(112b-2)을 들어올리도록 할 수도 있다.
상기 촬영부(53)는 동시검출부(312)에서 유전자의 검출에 따라 발생하는 비색신호를 촬영하는 구성으로, 도 16에 도시된 바와 같이 검출카트리지(31)의 미세유체채널(312b) 상부에 형성되어 촬영하도록 할 수 있고, 촬영된 화면이 케이싱부(55)의 외부에 표시되어 검출결과를 확인하도록 할 수 있다.
상기 케이싱부(55)는 상기 시료흡입부(51) 및 촬영부(53)를 수용하는 구성으로, 일측이 개방되어 상기 시료전처리장치(1)와 결합하도록 하고, 내부에는 검출진단장치(3)가 수용되도록 한다. 또한, 상기 케이싱부(55)의 외부면에는 디스플레이모듈(551)이 형성되어 촬영부(53)에 의해 촬영된 이미지가 표시되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 시료이송장치(5)는 도 20에 도시된 바와 같이 시료전처리장치(1)와 검출진단장치(3)를 결합하여 복수개로 형성되도록 하고, 이들 복수개의 시료전처리장치(1)와 검출진단장치(3)에서 시료 및 시약의 이송이 이루어지도록 할 수도 있는데, 이때 케이싱부(55)는 복수의 시료전처리장치(1) 및 검출진단장치(3)를 수용하도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 시료이송장치(5)는 시료흡입부(51), 촬영부(53)를 그대로 포함하면서, 시료흡입부(51) 및 촬영부(53)가 상하전후좌우 방향으로 이동하도록 하기 위해 이송구동부(57)를 포함할 수 있다. 물론, 상기 이송구동부(57)는 일 실시예에 따른 시료이송장치(5) 내에도 그대로 적용될 수 있으며, 동일한 구조와 원리를 통해 케이싱부(55) 내에 형성되고 시료흡입부(51) 및 촬영부(53)가 상하좌우전후 방향으로 이동할 수 있도록 하여 시료 또는 시약의 이송, 비색신호의 촬영 등이 자동으로 신속하게 이루어지도록 할 수 있다. 따라서, 상기 이송구동부(57)에 관한 설명은 도 20을 참조하여 이루어지나, 본 이송구동부(57)가 일 실시예에 따른 시료이송장치(5) 내에도 그대로 적용될 수 있다.
상기 이송구동부(57)는 시료흡입부(51), 촬영부(53)를 상하전후좌우 방향으로 이동시키는 구성으로, 장치의 구성을 간소화하고 원활한 동작이 이루어지도록 하기 위해 상기 시료흡입부(51) 및 촬영부(53)를 일체로 형성하여 함께 움직이도록 할 수도 있다. 물론 시료흡입부(51) 및 촬영부(53)가 각각 개별적으로 움직일 수 있게 하는 것도 당연히 가능하다. 상기 이송구동부(57)는 시료흡입부(51) 및 촬영부(53)의 상하전후좌우 방향의 이동이 가능하도록 하기 위해 승강부(571), 전후이동부(572), 좌우이동부(573)를 포함할 수 있다.
상기 승강부(571)는 시료흡입부(51) 등을 상하 방향으로 이동시키는 구성으로, 승강모듈(571a)과 승강레일(571b)을 포함할 수 있다.
상기 승강모듈(571a)은 시료흡입부(51) 등을 상하 방향으로 이동시키는 구동력을 제공하는 구성으로, 승강레일(571b)을 따라 이동하는 모터 등으로 형성되거나 승강레일(571b) 자체를 승강시키도록 구성할 수 있다. 상기 승강모듈(571a)이 직접 승강레일(571b)을 따라 이동하는 경우 승강모듈(571a)에는 시료흡입부(51) 등이 일체로 형성되어 함께 승강되도록 할 수 있으며, 승강모듈(571a)이 승강레일(571b)을 승강시키는 경우에는 시료흡입부(51) 등이 승강레일(571b)에 고정되고, 승강모듈(571a)은 승강레일(571b)을 상하로 이동시켜 시료흡입부(51) 등의 승강이 이루어지도록 할 수도 있다.
상기 승강레일(571b)은 시료흡입부(51) 등이 승강되는 경로를 제공하는 구성으로, 상기 승강모듈(571a)이 지지되어 승강레일(571b)을 따라 승강되도록 하거나 또는 승강모듈(571a)의 작동에 따라 상하 방향으로 이동되도록 구성할 수 있다.
상기 전후이동부(572)는 시료흡입부(51) 등을 전후 방향으로 이동시키는 구성으로, 상기 승강부(571)를 지지하여 전후 방향의 이동이 이루어지도록 한다. 상기 전후이동부(572)는 전후 방향으로 이동되는 구동력을 발생시키는 전후이동모듈(572a)과 전후방향으로 형성되어 전후이동모듈(572a)의 이동을 가이드하는 전후이동레일(572b)을 포함할 수 있다.
상기 전후이동모듈(572a)은 시료흡입부(51) 등을 전후 방향으로 이동시키는 구동력을 제공하는 구성으로, 상기 전후이동레일(572b)을 따라 이동하는 모터 등으로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전후이동모듈(572a)은 바퀴 등과 함께 형성되어 그 구동에 따라 전후이동레일(572b)을 따라 이동하도록 할 수 있으며, 전후이동모듈(135b)에는 승강부(571)의 승강모듈(571a) 또는 승강레일(571b)이 고정되도록 형성되어 함께 전후 방향으로 이동할 수 있도록 한다.
상기 전후이동레일(572b)은 전후 방향으로 형성되어 전후이동모듈(572a)이 전후 방향으로 이동하는 경로를 제공하는 구성으로, 전후이동모듈(572a)의 바퀴(미도시) 등을 지지하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 전후이동레일(572b)은 전후단에서 상기 좌우이동부(573)의 후술할 좌우이동레일(573b)에 지지되어 좌우 방향으로도 이동하도록 형성될 수 있다.
상기 좌우이동부(573)는 시료흡입부(51) 등을 좌우 방향으로 이동시키는 구성으로, 상기 전후이동레일(572b)을 지지하여 좌우 방향의 이동이 이루어지도록 한다. 상기 좌우이동부(573)는 좌우 방향으로 이동되는 구동력을 발생시키는 좌우이동모듈(573a)과, 좌우로 이동하는 경로를 형성하는 좌우이동레일(573b)을 포함할 수 있다.
상기 좌우이동모듈(573a)은 시료흡입부(51) 등이 좌우 방향으로 이동하는 구동력을 제공하는 구성으로, 모터 등으로 형성되어 상기 좌우이동레일(573b)을 좌우 방향으로 이동시키도록 할 수 있다.
상기 좌우이동레일(573b)은 좌우 방향으로 형성되어 좌우이동모듈(573a)의 작동에 따라 좌우 방향으로 이동하는 체인 형태로 형성될 수 있으며, 전후이동레일(572b)의 전후단에 형성되어 전후이동레일(572b)을 지지한 상태로 좌우 방향으로 이동될 수 있도록 한다. 따라서, 상기 좌우이동레일(573b)의 좌우 방향 이동과 함께 승강부(571) 및 시료흡입부(51) 등도 함께 좌우 방향으로 이동할 수 있게 된다.
따라서, 상기 시료흡입부(51), 촬영부(53)는 상하전후좌우 방향으로 자유롭게 이동하여 시료, 시약의 이송과 비색신호의 촬영이 정확하고 신속하게 이루어지도록 할 수 있다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 시료전처리장치
11: 탈착카트리지 111: 시료수용백 111a: 시료수용부
111b: 자성체수용부 112: 자성체분리부 112a: 시료챔버
112b: 포집모듈 112b-1: 포집병 112b-2: 자석봉
112b-3: 걸림구 113: 분산용기 13: 전처리본체
131: 카트리지수용홈 132: 균질화부 132a: 균질히팅모듈
132b: 진동모듈 133: 펌핑부 133a: 연결관
133b: 펌핑모터 134: 파지부 134a: 차단부재
134b: 전후이동수단 135: 자성포집부 135a: 자석부재
135b: 전후이동모듈
3: 검출진단장치
31: 검출카트리지 311: 추출증폭챔버 312: 동시검출부
312a: 시약주입구 312b: 미세유체채널 312b-1: DNA프로브
312c: 폐액배출구 313: 시약수용부 313a: PCR용액용기
313b: 금나노입자수용용기 313c: 은증강용액수용용기 314: 폐액배출부
314a: 배출공 314b: 배출통 315: 세척액수용부
316: 피펫팁수용부 33: 검출본체 331: 히팅부
332: 자성제거부 332a: 자성부재 332b: 이동모듈
333: 카트리지안착홈 35: 덮개부 351: 단말기안착홈
352: 촬영공
5: 시료이송장치
51: 시료흡입부 53: 촬영부 55: 케이싱부
551: 디스플레이모듈 57: 이송구동부 571: 승강부
571a: 승강모듈 571b: 승강레일 572: 전후이동부
572a: 전후이동모듈 572b: 전후이동레일 573: 좌우이동부
573a: 좌우이동모듈 573b: 좌우이동레일

Claims (10)

  1. 식중독균을 검출하기 위한 시료전처리장치로서,
    적어도 일측이 개방되도록 구성된 전처리본체 및
    전처리본체의 개방된 일측에 장착 및 분리 가능하도록 구성된 탈착카트리지를 포함하고,
    상기 탈착카트리지는,
    각각 삽입 및 인출 가능하도록 구성된 시료수용부와 자성체수용부, 탈착카트리지로부터 식중독균과 결합된 자성체를 인출함으로써 분리·농축시키도록 구성된 자성체분리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료전처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 탈착카트리지는
    식중독균이 부착된 자성체를 수용하는 분산용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료전처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 자성체분리부는
    시료 및 자성체가 수용되는 시료챔버와, 상기 시료챔버 내에 삽입되어 식중독균이 결합된 자성체가 부착되는 포집모듈을 포함하고,
    상기 포집모듈은 시료챔버 내에 삽입되어 자성체가 부착되는 포집병과, 상기 포집병 내에 삽입되어 자성체가 포집병 표면에 부착되도록 하는 자석봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료전처리장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 전처리본체는
    상기 탈착카트리지가 수용되는 카트리지수용홈과, 상기 카트리지수용홈에 장착된 탈착카트리지로부터 시료 및 자성체를 자성체분리부로 이동시키는 펌핑부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료전처리장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 전처리본체는
    상기 시료수용부에 수용된 시료를 균질화하는 균질화부를 포함하고,
    상기 균질화부는,
    상기 시료수용부 일측에 형성되어 미생물 배양을 위한 열을 공급하는 균질히팅모듈과, 상기 시료수용부에 진동을 발생시키는 진동모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료전처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 자성체는
    자성입자 주위에 다수의 식중독균과 결합하는 범용수용체가 결합되도록 하거나 또는 자성입자 각각에 특정 식중독균과 결합하는 상이한 특이수용체를 각각 결합시켜 다중으로 식중독균과 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 시료전처리장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 전처리본체는
    상기 분산용기에 삽입되는 상기 포집병을 파지하여 고정시키는 파지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료전처리장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 포집모듈은
    상기 포집병의 상단에 결합하여 외측으로 돌출되는 걸림구를 포함하고,
    상기 파지부는,
    상기 걸림구 상하측에 접촉되어 상승을 차단하는 차단부재와, 상기 차단부재를 걸림구를 향해 전후 방향으로 이동시키는 전후이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료전처리장치.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 전처리본체는
    상기 분산용기 일측에 형성되어 자성체의 이탈을 방지하는 자성포집부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시료전처리장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 자성포집부는
    상기 분산용기 일측에 자성을 갖도록 형성되는 자석부재와, 상기 자석부재를 분산용기를 향한 전후 방향으로 이동시키는 전후이동모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 시료전처리장치.
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