KR102469049B1 - 실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법 - Google Patents

실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법은, 정원경의 일부와 타원경의 일부가 상호 결합되는 이종챔버를 지지하는 챔버 케이싱; 상기 이종챔버에 결합되며, 빈플레이트, 피검사자로부터 추출한 타액이 도포된 원형검체, 상기 원형검체에 특정 항원에 대응되는 특정 항체가 결합된 항원검체, 또는 상기 원형검체에 PCR 기법으로 가공된 PCR검체가 수용된 샘플검체판 중 어느 하나의 샘플검체판이 입출입되는 샘플 입출부; 상기 챔버 케이싱의 일측에 연결되어 상기 이종챔버에 입력광원을 송출하는 UV 광원부; 및 상기 이종챔버로부터 사출되는 형광(Fluorescence Light)을 검출하는 형광 수광부A 및 형광 수광부B를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법은, 피검사자의 타액으로부터 항원검체나 PCR검체를 생산하고 이를 입력광원에 노출시켜 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 특정 미생물의 종 판별이 신속하게 가능할 수 있고, 단파장의 입력광원에 기반되는 광검출이 가능해져 고분해능의 정밀도로 검출될 수 있다.

Description

실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법{APPARATUS FOR IDENTIFYING SPECIES OF MICROBE IN REAL-TIME AND IDENTIFYING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 미생물의 형광 광검출 기법을 이용하여 300 nm 수준의 정밀 분해능으로 종 판별이 가능할 수 있는 실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 전세계적으로 거의 해를 걸러 신종 전염병이 창궐하고 있다. 예컨대, 구제역, 아프리카 돼지열병, 조류 인플루엔자 등의 동종간 감염병과, 감기바이러스, 중증급성호흡기증후군, 중동호흡기증후군 등의 이종간 감염병을 포함하는 바이러스 관련 질병이 대표적이다.
특히, 2019년 중국에서 발병하여 전세계적으로 재앙 수준이 되고 있는 코비드(Covid 19) 사태는 현재 진행형이면서 전인류의 건강을 위협하고 있는 실정이다. 이에 따라 이들 바이러스, 미생물에 대한 신속하고 빠른 진단, 정확한 판별 기술이 매우 절실하다.
일반적으로 미생물을 검출하기 위한 방법, 감염 여부를 확인하는 방법으로는, 피검사자의 상, 하기도로부터 표본을 얻거나, 객담 또는 기관지의 타액을 채취하고, 이를 PCR 기법(중합효소연쇄반응 또는 역전사 중합효소 연쇄반응 등)으로 감도를 높여 바이러스를 검출 및 판별하고 있다. 이러한 검출법은 신뢰할 만한 수준의 높은 민감도를 가지지만, 바이러스를 수십 내지 수백배 증폭하기 위한 복제 시간이 필요하고, 원심분리 등의 전처리 과정 등이 요구되어 판별 시간이 오래 걸리는 단점이 있다.
또는 신속항원 진단법도 개시된 바 있다. 검체판에 특정 미생물에 대응되는 항체가 마련되고, 항원이 투입되면 반응 여부를 확인하여 바이러스 감염 여부를 판별하는 기법이다. 인플루엔자 바이러스의 뉴클레오 단백질을 항원으로 발견하는 검사법 등이 예가 될 수 있다. 이러한 신속항원 진단법은 검사방법이 간편하고 빠른 시간(보통 30분 이내) 내에 검사결과를 알 수 있는 장점이 있지만 RT-PCR 검사에 비해 민감도가 낮고 미생물의 종류를 정확히 판별할 수 없어 검사방법으로는 한계가 분명한 것도 사실이다.
한편, 본 출원인은 대한민국 등록특허 제10-1878094호에서, 형광 광검출 기법을 이용하여 신속, 정밀하게 공기 중의 미생물을 검출하는 장치를 개시한 바 있다. 이 기술은 공기 중 미생물에 광원을 조사하여 산란 및 굴절되는 형광을 검출하여 실시간으로 대기 상태를 모니터링할 수 있다.
따라서, 현재 전세계적으로 이슈가 되고 있는 바이러스를 포함한 미생물을 진단, 판별하는 방법으로, 피검사자의 타액을 샘플링하고 이를 본 출원인의 형광 광검출 기법을 접목하여 특정 미생물의 종 판별을 신속, 정확하게 할 수 있는 기술 개발이 반드시 필요한 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 피검사자의 타액으로부터 항원검체나 PCR검체를 생산하고 이를 입력광원에 노출시켜 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 특정 미생물의 종 판별이 신속하게 가능할 수 있고, 단파장의 입력광원에 기반되는 광검출이 가능해져 고분해능의 정밀도로 검출될 수 있는 실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 장치는, 정원경의 일부와 타원경의 일부가 상호 결합되는 이종챔버를 지지하는 챔버 케이싱; 상기 이종챔버에 결합되며, 빈플레이트, 피검사자로부터 추출한 타액이 도포된 원형검체, 상기 원형검체에 특정 항원에 대응되는 특정 항체가 결합된 항원검체, 또는 상기 원형검체에 PCR 기법으로 가공된 PCR검체가 수용된 샘플검체판 중 어느 하나의 샘플검체판이 입출입되는 샘플 입출부; 상기 챔버 케이싱의 일측에 연결되어 상기 이종챔버에 입력광원을 송출하는 UV 광원부; 및 상기 이종챔버로부터 사출되는 형광(Fluorescence Light)을 검출하는 형광 수광부A 및 형광 수광부B를 포함할 수 있다.
상기 형광 수광부A는 상기 원형검체 내의 미생물의 총량을 검출하고, 상기 형광 수광부B는 상기 항원검체 또는 PCR검체의 특정 파장 대역을 검출할 수 있다.
상기 형광 수광부A와 형광 수광부B 사이에 마련되어 파장 대역의 밀집도에 따라 분리하는 빔스플리터를 포함하는 수광 블록; 및 상기 이종챔버를 사이에 두고 상기 UV 광원부의 반대편에 마련되는 회수 덤프부를 더 포함할 수 있다.
상기 샘플 입출부는, 상기 샘플검체판이 지지되는 플레이트 지지부; 및 상기 플레이트 지지부에 결합되어 상기 플레이트 지지부를 미세 정렬시키는 플레이트 드라이브를 포함할 수 있다.
상기 수광블록에 마련되어 상기 입력광원을 추출하는 난반사 감소부를 더 포함하며, 상기 난반사 감소부는, 상기 입력광원을 반사하는 광원 스플리터; 및 상기 입력광원을 수광하는 광원 수광부를 포함할 수 있다.
상기 정원경의 중심은 상기 타원경의 제1 초점일 수 있다.
상기 UV 광원부의 입력광원은 UV 광원이며, 상기 입력광원의 파장 대역은 275 nm ~ 405 nm 일 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 장치를 이용한 종판별 방법은, UV 광원부의 해당 광원을 송출하고 사출되는 형광(Fluorescence Light)을 검출하되 샘플검체판의 투과도(transmittance) 및 장치 오류를 체크하는 빈플레이트 검사단계; 상기 샘플검체판에 피검사자로부터 추출한 타액이 도포된 원형검체를 검사하는 원형검체 검사단계; 및 상기 원형검체에 특정 항원에 대응되는 특정 항체가 결합된 항원검체나, 또는 상기 원형검체에 PCR 기법으로 가공된 PCR검체를 검사하는 가공검체 검사단계를 포함할 수 있다.
상기 원형검체 검사단계나 가공검체 검사단계는 상기 원형검체 내의 미생물의 총량을 검출하거나, 상기 항원검체 또는 PCR검체의 특정 파장 대역을 검출할 수 있다.
상기 UV 광원부의 입력광원은 UV 광원이며, 상기 입력광원의 파장 대역은 275 nm ~ 405 nm 일 수 있다.
본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법은, 피검사자의 타액으로부터 항원검체나 PCR검체를 생산하고 이를 입력광원에 노출시켜 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 특정 미생물의 종 판별이 신속하게 가능할 수 있고, 단파장의 입력광원에 기반되는 광검출이 가능해져 고분해능의 정밀도로 검출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치의 측면도이다.
도 3은 도 1에서 이종챔버를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치에서 샘플검체판의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치에서 샘플검체판에 원형검체, 항원검체, PCR검체가 도포된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치의 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치를 이용하여 종판별 방법의 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치를 이용하여 종판별 방법으로 특정 미생물을 종판별한 결과를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 장치 및 이를 이용한 미생물 종판별 방법의 일 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치의 측면도이고, 도 3은 도 1에서 이종챔버를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치를 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치에서 샘플검체판의 일례를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치에서 샘플검체판에 원형검체, 항원검체, PCR검체가 도포된 상태를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치의 구성도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치는 도 1 내지 도 7을 참조하면, 정원경(102)의 일부와 타원경(101)의 일부가 상호 결합되는 이종챔버(100)를 지지하는 챔버 케이싱(110); 상기 이종챔버(100)에 결합되며, 빈플레이트, 피검사자로부터 추출한 타액이 도포된 원형검체, 상기 원형검체에 특정 항원에 대응되는 특정 항체가 결합된 항원검체, 또는 상기 원형검체에 PCR 기법으로 가공된 PCR검체 중 어느 하나가 수용된 샘플검체판(210)이 입출입되는 샘플 입출부(200); 상기 챔버 케이싱(110)의 일측에 연결되어 상기 이종챔버(100)에 입력광원을 송출하는 UV 광원부(300); 상기 이종챔버(100)로부터 사출되는 형광(Fluorescence Light)을 검출하는 형광 수광부A(500) 및 형광 수광부B(510); 상기 형광 수광부A(500)와 형광 수광부B(510) 사이에 마련되어 파장 대역의 밀집도에 따라 형광 파장을 분리하는 빔스플리터(420)를 포함하는 수광 블록(400); 및 상기 이종챔버(100)를 사이에 두고 상기 UV 광원부(300)의 반대편에 마련되는 회수 덤프부(500)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치는 도 1 내지 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 크게, 샘플검체판(210)이 수용되는 이종챔버(100)와, 이종챔버(100)로 입력광원을 조사하는 UV 광원부(300)와, 타액에 굴절 및 반사된 형광을 검출하는 형광 수광부A(500) 및 형광 수광부B(510)로 구성될 수 있다.
이종챔버(100)는 주로 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 챔버 케이싱(110) 내부에 마련될 수 있다.
상기 이종챔버(100)는 주로 도 3을 참조하면, 정원경(102)의 일부와 타원경(101)의 일부가 상호 결합되게 구성될 수 있다. 즉, 이종챔버(100)의 우측 부분은 2개의 초점(F1, F2)을 가지는 타원인 타원경(101)으로 마련될 수 있어, UV 광원부(300)로부터 입사된 입력광원이 실질적으로 타원경(101)의 제1초점(F1)으로 수렴될 수 있다.
그리고, 이종챔버(100)의 좌측 부분은 원 형상인 정원경(102)으로 마련되며, 타원경(101)과 정원경(102)이 상호 결합되게 구성될 수 있다. 여기서, 상기 정원경(102)의 중심은 상기 타원경(101)의 제1 초점일 수 있다.
이에 따라, 입력광원이 샘플검체판(210)의 타액(액체)에 조사되고, 충돌한 입력광원은 산란하여 굴절되며 산란, 굴절된 광원은 정원경(102)에 의해 다시 타원경(101)으로 집광되고 정원경(102)의 개구를 통해 상기 타원경(101)의 제2초점(F2)을 향하여 이종챔버(100)의 제1 광출사구(104)로 사출될 수 있다.
챔버 케이싱(110)의 상부에는 UV 광원부(300)가 연결될 수 있다. 상기 UV 광원부(300)는 상기 이종챔버(100)에 입력광원을 송출할 수 있다. 이러한 상기 UV 광원부(300)의 입력광원은 UV 광원이며, LED 또는 LD 소자로 제작될 수 있다. 그리고 상기 입력광원의 파장 대역은 275 nm ~ 405 nm 일 수 있으며, 바람직하게는 365㎚의 UV 영역의 광을 방출하여 비생물(inanimate object)의 형광을 최소화시킬 수 있다.
상기 UV 광원부(300)에는 제1 입사렌즈(310) 및 제2 입사렌즈(320)가 각각 마련되어 이종챔버(100) 내로 조사되는 입력광원을 이종챔버(100)의 제1 초점(F1)으로 집광될 수 있게 한다.
샘플 입출부(200)는 이종챔버(100) 내부로 샘플검체판(210)을 출입시키는 부분이다. 도 2에 도시된 것처럼, 이종챔버(100) 일측에는 제1 초점(F1)으로 진입되는 관통홀(111)이 마련되며, 이 관통홀(111)을 이용하여 샘플검체판(210)이 입출되게 마련될 수 있다.
상기 샘플 입출부(200)는 상기 샘플검체판(210)이 지지되는 플레이트 지지부(220); 및 상기 플레이트 지지부(220)에 결합되어 상기 플레이트 지지부(220)를 미세 정렬시키는 플레이트 드라이브(240)를 포함할 수 있다.
샘플검체판(210)은 도 1, 도 2 및 도 5를 주로 참조하면, 판상 플레이트 타입으로 마련되며, 일측에 내측으로 라운드지게 함몰 형성되는 타액 수용부(211)가 마련되며, 타액 수용부(211) 중심에는 타액 수용홀(212)이 형성될 수 있다. 타액이 액상인 관계로 관통 구멍이 뚫려있다 하더라도 타액 수용홀(212)을 관통되어 흘러내리지 않는다.
그리고, 타액 수용홀(212)이 있는 샘플검체판(210)의 저면부가 이종챔버(100)의 일 초점인 F1의 위치에 대응되게 구성될 수 있다. 이에 따라, 피검사자의 타액이 F1 초점에 보다 용이하고 편리하게 정렬될 수 있고 판별 정밀성이 향상될 수 있다.
이러한 샘플검체판(210)은 입력광원 및 형광 파장을 투과하는 재질로 제작될 수 있으며 투과도(transmittance)가 95% 이상의 소재로 마련될 수 있으며, 높은 투과도는 종판별 시 형광 수광부A, 형광 수광부B에 노이즈 발생을 최소화시킬 수 있다.
한편, 샘플검체판(210)은 전술한 구성과 달리, 타액 수용홀(212)이 없이 타액 수용부(211)만 구성될 수도 있고, 또는 타액 수용부(211)의 상면을 덮는 덮개플레이트(미도시)가 추가로 구성될 수도 있다. 이럴 경우, 타액이 배치되는 위치 중심으로 이종챔버(100)의 초점도 변경될 필요가 있을 것이다.
도 6을 참조하면, 샘플검체판(210)에 원형검체, 항원검체, PCR검체가 도포된 상태를 도시하고 있다. 어떤 검체도 수용되지 않은 상태의 빈플레이트나, 도 6의 (a)에서처럼 피검사자로부터 추출한 타액이 도포된 원형검체로 마련될 수 있다.
또는, 도 6의 (b)에서처럼 상기 원형검체에 특정 항원에 대응되는 특정 항체가 결합된 항원검체로 마련되거나, 또는 (c)에서처럼 상기 원형검체에 PCR 기법으로 가공된 PCR검체가 수용되게 구성될 수 있다.
여기서, 특정 항체은 예컨대, 코로나 바이러스가 될 수 있고, 판별하고자 하는 특정 항원에 대응되는 항체 구성으로 변경될 수 있다. 이러한 항원검체를 이용한 항원검체 판별하는 방식은 신속항원검사법과 유사할 수 있으며, 본 실시예에서는 형광 광검출 기법을 이용하여 수분 내로 판별이 가능할 수 있다.
또한, PCR검체의 경우, 원형항체를 리얼타임 PCR을 외부에서 최대 수회 수분에 걸쳐 진행된 액상을 투입하는 것으로서, 기존 수십회 이상 반복하여 PCR이 수행되어 적어도 수시간 진행되는 검사 시간에 비해 상대적으로 신속한 종판별이 가능할 수 있다. 왜냐하면, 판별 분해능이 광검출 기법을 수행함으로써 기존 검사법에 비해 고분해능(300nm 수준까지)이 가능함으로써, 종래 대비 신속하게 판별이 수행될 수 있다.
플레이트 지지부(220)는 상기 샘플검체판(210)이 지지되는 부분으로서, 샘플검체판(210)이 안착 수용되는 안착단턱(230)이 마련될 수 있다.
그리고 플레이트 지지부(220)에는 주로 도 2 및 도 7을 참조하면, 상기 플레이트 지지부(220)를 미세 정렬시키는 플레이트 드라이브(240)가 마련될 수 있다. 상기 플레이트 드라이브(240)는 플레이트 지지부(220)를 미세 이동(um/step)되게 하거나, 또는 기 설정된 유격만큼 미세 진동(Hz/sec)되게 구성될 수 있다.
보다 상세 설명하면, 샘플검체판(210)에 타액이 타액 수용부(211)에 치우치게 수용되어 형광 검출량이 부정확하거나 불안정할 수 있다. 이럴 경우, 플레이트 드라이브(240)가 MCU(700)를 통해 구동 제어되어 타액이 타액 수용부(211)에 올바르게 정렬될 수 있게 하고, 타액 수용홀(212) 중심에 이종챔버(100)의 일 초점(F1)에 정렬될 수 있어 형광 검출신호가 안정될 수 있으며 종판별 정밀도가 향상될 수 있다.
도 1 기준으로 볼 때 챔버 케이싱(110)의 좌측편으로 수광 블록(400)이 마련될 수 있다. 상기 수광 블록(400)은, 주로 도 1에 도시된 것처럼 수광렌즈(410) 및 상기 형광 수광부A(500)와 형광 수광부B(510) 사이에 마련되어 파장 대역의 밀집도에 따라 형광 파장을 분리하는 빔스플리터(420)를 포함할 수 있다.
제2 초점(F2)으로 사출된 출력광원은 제2 광출사구(103)를 거쳐 수광렌즈(410)에 의해 직진성이 확보될 수 있다.
빔스플리터(420)는 상기 형광 수광부A(500)와 형광 수광부B(510) 사이에 마련되어 파장 대역의 밀집도에 따라 형광 파장이 상호 분리될 수 있다.
상기 빔스플리터(420)는 입력광원의 파장과 상이하게 출력되는 출력광원 중에서 파장이 변화된 형광은 90도 변경하여 형광 수광부A(500)로 보내고, 입력광원의 파장과 상이하게 출력되는 출력광원 중에서 파장이 밀집도가 높은 특정 파장 대역은 빔스플리터(420)를 관통하여 형광 수광부B(510)로 보내는 역할을 한다.
형광 수광부A(500), 형광 수광부B(510) 각각은 제1집광렌즈(501) 및 제2집광렌즈(511)를 통해 전달된 광으로부터 미생물의 존재 여부와 그 양을 검출한다.
즉, 상기 형광 수광부A(500)는 상기 원형검체, 항원검체나 PCR검체 내의 미생물의 존재 여부와 총량을 검출하여 미생물의 대상 개수를 카운팅할 수 있다. 또한, 상기 형광 수광부B(510)는 상기 원형검체, 항원검체나 PCR검체의 특정 파장 대역의 밀집도(density), 또는 기설정된 값 이상의 피크치 등을 검출할 수 있다.
이러한 형광 수광부A(500), 형광 수광부B(510)는 이종챔버(100) 외부로 사출된 형광을 각각 수신하고 수신한 광에 대한 검출 신호를 발생하여 신호처리부(미도시)로 전송한다. 한편, 미생물에 의한 자기 형광의 경우에는 산란광에 비해 매우 미세한 신호이기 때문에, 형광 수광부A(500), 형광 수광부B(510)는 광전자증폭관(Photo Multiplier Tube, PMT)으로 구현될 수 있으며, 검출되는 형광은 미생물의 존재 유무와 그 양에 대한 정보를 포함할 수 있다.
회수 덤프부(500)는 이종챔버(100)내로 입사된 주광선 중에 제1초점을 지나지 않고 난반사, 투과된 광원을 제2 광출사구(103)로 출사시켜 회수하는 부분이다.
즉, 회수 덤프부(500)는 이종챔버(100)로 입사된 입력광원 중에 측정 샘플의 입자와 충돌하지 않은 광원을 정지시키는 역할을 수행함으로써, 이종챔버(100) 내에서 산란광 이외의 주변광이 제1광출사구(170)로 유입되는 것을 최소화할 수 있다.
회수 덤프부(500)는 원뿔형 덤프부재(510)를 포함할 수 있으며, 덤프부재(510)는 꼭지점이 출사되는 광의 경로를 향하도록 배치될 수 있어, 원뿔형 부재(410)에 충돌한 광이 직반사되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 회수 덤프부(500) 내벽에는 스펀지 등과 같이 광을 흡수하는 부재가 배치될 수 있으며, 요철 구조로 구현될 수도 있다.
이와 같은 구성으로, 피검사자의 타액으로부터 항원검체나 PCR검체를 생산하고 이를 입력광원에 노출시켜 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 특정 미생물의 종 판별이 신속하게 가능할 수 있고, 단파장의 입력광원에 기반되는 광검출이 가능해져 고분해능의 정밀도로 검출될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치의 개념도이다.
본 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치는 제1 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치와 구성상 차이점이 있다. 이하, 설명의 중복을 피하기 위해 전술한 제1 실시예의 구성과 차별되는 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치는, 상기 수광 블록(400)에 마련되어 상기 입력광원을 추출하는 난반사 감소부(600)를 더 포함할 수 있다.
상기 난반사 감소부(600)는, 상기 입력광원을 반사하는 광원 스플리터(620); 및 상기 입력광원을 수광하는 광원 수광부(610)를 포함할 수 있다.
여기서, 광원 스플리터(620)는 입력광원의 파장 대역 본 실시예에서는 275 nm ~ 405 nm 일 수 있으며, 바람직하게는 365㎚의 UV 영역의 광을 반사할 수 있다.
그리고 광원 수광부(610)는 반사된 입력광원을 수광하는 부분이다.
이로써, 입력광원과 동일한 파장 대역은 난반사 감소부(600)가 제거하여, 실제 형광 수광부A(500) 및 형광 수광부B(510)에서 수광되는 노이즈가 현저히 줄어들 수 있어 SNR(signal-to-noise ratio, 신호 대 잡음비)이 향상될 수 있는 장점이 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치를 이용하여 종판별 방법의 순서도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 장치를 이용하여 종판별 방법으로 특정 미생물을 종판별한 결과를 도시한 도면이다.
이하, 본 실시예에 따른 종판별 장치를 이용한 종판별 방법에 대해 도 1 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 장치를 이용한 종판별 방법은, UV 광원부(300)의 해당 광원을 송출하고 사출되는 형광(Fluorescence Light)을 검출하되 샘플검체판(210)의 투과도(transmittance) 및 장치 오류를 체크하는 빈플레이트 검사단계(S100); 상기 샘플검체판(210)에 피검사자로부터 추출한 타액이 도포된 원형검체를 검사하는 원형검체 검사단계(S200); 및 상기 원형검체에 특정 항원에 대응되는 특정 항체가 결합된 항원검체나, 또는 상기 원형검체에 PCR 기법으로 가공된 PCR검체를 검사하는 가공검체 검사단계(S300)를 포함할 수 있다.
먼저, 빈플레이트 검사단계가 수행될 수 있다(S100).
어떤 검체도 수용되지 않은 상태의 샘플검체판(210)이 플레이트 지지부(220)에 수용되고, 샘플 입출부(200)를 구동하여 이종챔버(100)에 투입된다.
UV 광원부(300)를 통해 입력광원이 조사되어 형광 수광부A(500) 및 형광 수광부B(510)에서 수광되는 형광의 수광 여부 즉, 미생물의 존재 유무와 그 양에 대한 정보를 확인한다.
빈플레이트 검사 단계에서는 샘플검체판(210)의 투과도(transmittance) 및 장치 오류, 오염 여부 등을 체크할 수 있다.
다음, 샘플 입출부(200)를 구동하여 샘플검체판(210)을 탈거한다.
다음, 원형검체 검사단계가 수행된다(S200).
원형검체는 도 6의 (a)에서처럼 피검사자로부터 추출한 타액을 말하고, 샘플검체판(210)이 수용한 다음, 샘플 입출부(200)를 구동하여 이종챔버(100)에 투입된다.
그런 다음, UV 광원부(300)를 통해 입력광원이 조사되어 형광 수광부A(500) 및 형광 수광부B(510)에서 수광되는 형광의 수광 여부 즉, 미생물의 존재 유무와 그 양에 대한 정보를 확인한다.
도 10에 도시된 것처럼, 일반 미생물의 경우 형광 광검출이 발생되어 입력광원으로부터 산란 및 굴절되면서 형광 파장 대역이 발생되고, 이를 형광 수광부A(500)(P3)가 수광될 수 있다. 다만, 형광 수광부B(510)(P2)에서는 특정 미생물의 형광 반응이 일어나지 않으므로, 전혀 수광되지 아니한다.
이를 통해, 일반 미생물의 존재 여부와 총량을 검출하여 미생물의 대상 개수를 카운팅할 수 있다.
샘플 입출부(200)를 구동하여 샘플검체판(210)을 탈거한 다음, 가공검체 검사단계가 수행된다(S300).
우선, 샘플검체판(210)에 도 6의 (b)와 (c)에서처럼 항원검체나 PCR검체를 생산하여 수용시킨다. 즉, 특정 미생물(예컨대 코로나 바이러스 등)이 타액 속에 포함되어 있는 경우, 특정 미생물에 대응되는 항체를 포함하는 항원검체를 생산하거나, PCR 기법으로 수회 증폭된 상태의 PCR검체를 투입한다.
그런 다음, 샘플 입출부(200)를 구동하여 샘플검체판(210)을 이종챔버(100)에 투입한다.
상기 원형검체 검사단계나 가공검체 검사단계는 상기 원형검체 내의 미생물의 총량을 검출하거나, 상기 항원검체의 특정 파장 대역을 검출할 수 있다.
즉, 상기 형광 수광부A(500)는 상기 항원검체나 PCR검체 내의 미생물의 존재 여부와 총량을 검출하여 미생물의 대상 개수를 카운팅할 수 있으며, 이와 동시에, 상기 형광 수광부B(510)는 상기 항원검체나 PCR검체의 특정 파장 대역의 밀집도, 농도 등을 검출할 수 있다.
도 10을 참조하면, 특정 미생물이 형광 수광부A(500)(P3)에도 수광되고, 형광 수광부B(510)(P2)에도 수광된다.
여기서, 형광 수광부A(500)(P3)에도 수광됨은, 항원검체가 특정 미생물이 일반 미생물과 마찬가지로 형광 반응이 발생되어 광검출이 되는 것을 의미하며, 미생물의 존재 여부가 확인 가능할 수 있다. 다만, 이 경우 형광 수광부A(500)(P3)에 수신된 수신신호만으로는 특정 미생물 여부가 판별되지 아니한다.
형광 수광부B(510)(P2)에서 수광됨은, 항원검체에 의해 반응되고 PCR검체에 의해 증폭되어 특정 형광 파장대역의 농도 및 밀집도가 증가됨을 판별할 수 있는 것이다. 이에 따라, 피검사자의 타액으로부터 특정 종판별이 가능할 수 있다.
이러한 항원검체를 이용한 항원검체 판별하는 방식은 신속항원검사법과 유사할 수 있으며, 본 실시예에서는 형광 광검출 기법을 이용하여 수분 내로 판별이 가능할 수 있다.
또한, PCR검체의 경우, 원형항체를 리얼타임 PCR을 외부에서 최대 수회 수분에 걸쳐 진행된 액상을 투입하는 것으로서, 기존 수십회 이상 반복하여 PCR이 수행되어 적어도 수시간 진행되는 검사 시간에 비해 상대적으로 신속한 종판별이 가능할 수 있다.
이러한 단계를 거침으로써, 피검사자의 타액으로부터 항원검체나 PCR검체를 생산하고 이를 입력광원에 노출시켜 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 특정 미생물의 종 판별이 신속하게 가능할 수 있고, 단파장의 입력광원에 기반되는 광검출이 가능해져 고분해능의 정밀도로 검출될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 : 이종챔버 101 : 타원경
102 : 정원경 103 : 제2 광출사구
104 : 제1 광출사구 110 : 챔버 케이싱
200 : 샘플 입출부 210 : 샘플검체판
211 : 타액 수용부 212 : 타액 수용홀
220 : 플레이트 지지부 230 : 안착단턱
240 : 플레이트 드라이브 300 : UV 광원부
310 : 제1 입사렌즈 320 : 제2 입사렌즈
400 : 수광 블록 410 : 수광렌즈
420 : 빔스플리터 500 : 형광 수광부A
501 : 제1 집광렌즈 510 : 형광 수광부B
511 : 제2 집광렌즈 530 : 회수덤프부
540 : 덤프부재 600 : 난반사 감소부
610 : 광원 수광부 620 : 광원 스플리터

Claims (10)

  1. 정원경의 일부와 타원경의 일부가 상호 결합되는 이종챔버를 지지하는 챔버 케이싱;
    상기 이종챔버에 결합되며, 빈플레이트, 피검사자로부터 추출한 타액이 도포된 원형검체, 상기 원형검체에 특정 항원에 대응되는 특정 항체가 결합된 항원검체, 또는 상기 원형검체에 PCR 기법으로 가공된 PCR검체 중 어느 하나가 수용된 샘플검체판이 입출입되는 샘플 입출부;
    상기 챔버 케이싱의 일측에 연결되어 상기 이종챔버에 입력광원을 송출하는 UV 광원부; 및
    상기 이종챔버로부터 사출되는 형광(Fluorescence Light)을 검출하는 형광 수광부A 및 형광 수광부B를 포함하며,
    상기 형광 수광부A는 상기 원형검체 내의 미생물의 총량을 검출하고,
    상기 형광 수광부B는 상기 항원검체의 특정 파장 대역의 밀집도(density)를 검출하며,
    상기 정원경의 중심은 상기 타원경의 제1 초점(F1)이며,
    상기 이종챔버 일측에는 제1 초점으로 진입되는 관통홀이 마련되며, 상기 관통홀을 이용하여 샘플검체판이 입출되게 마련되며,
    상기 샘플 입출부는,
    상기 샘플검체판이 지지되는 플레이트 지지부; 및
    상기 플레이트 지지부에 결합되어 상기 플레이트 지지부를 미세 정렬시키는 플레이트 드라이브를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 미생물 종판별 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 형광 수광부A와 형광 수광부B 사이에 마련되어 파장 대역의 밀집도에 따라 형광 파장을 분리하는 빔스플리터를 포함하는 수광 블록; 및
    상기 이종챔버를 사이에 두고 상기 UV 광원부의 반대편에 마련되는 회수 덤프부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 미생물 종판별 장치.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 수광블록에 마련되어 상기 입력광원을 추출하는 난반사 감소부를 더 포함하며,
    상기 난반사 감소부는,
    상기 입력광원을 반사하는 광원 스플리터; 및
    상기 입력광원을 수광하는 광원 수광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 미생물 종판별 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 UV 광원부의 입력광원은 UV 광원이며,
    상기 입력광원의 파장 대역은 275 nm ~ 405 nm 인 것을 특징으로 하는 실시간 미생물 종판별 장치.
  8. UV 광원부의 해당 광원을 송출하고 사출되는 형광(Fluorescence Light)을 검출하되 샘플검체판의 투과도(transmittance) 및 장치 오류를 체크하는 빈플레이트 검사단계;
    상기 샘플검체판에 피검사자로부터 추출한 타액이 도포된 원형검체를 검사하는 원형검체 검사단계; 및
    상기 원형검체에 특정 항원에 대응되는 특정 항체가 결합된 항원검체나, 또는 상기 원형검체에 PCR 기법으로 가공된 PCR검체를 검사하는 가공검체 검사단계를 포함하며,
    상기 원형검체 검사단계나 가공검체 검사단계는 상기 원형검체 내의 미생물의 총량을 검출하거나, 상기 항원검체의 특정 파장 대역을 검출하는 것을 특징으로 하는 실시간 미생물 종판별 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 UV 광원부의 입력광원은 UV 광원이며,
    상기 입력광원의 파장 대역은 275 nm ~ 405 nm 인 것을 특징으로 하는 실시간 미생물 종판별 방법.

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