KR102469055B1 - 실시간 미생물 종판별 통합 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 통합 시스템은, 공기 중 미생물의 농도를 실시간으로 모니터링하는 상시 미생물 검출모듈; 및 상기 미생물을 포집하되 적어도 수회 이상 연속적으로 샘플링하여 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 상기 미생물의 종을 판별하는 종 판별모듈을 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 통합 시스템은, 액상이 아닌 피검사자에 노출된 공기를 포집하되 필요에 따라 적어도 수회 이상 샘플링하여 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 신속, 정확한 종판별을 할 수 있고 1회성이 아닌 연속적인 판별이 가능하여 판별 신뢰도가 향상될 수 있으며 공기 오염 정도를 실시간으로 모니터링하여 샘플링의 빈도를 최적화하여 교체 주기를 향상시키고 장치수명이 향상될 수 있다.
본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 통합 시스템은, 액상이 아닌 피검사자에 노출된 공기를 포집하되 필요에 따라 적어도 수회 이상 샘플링하여 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 신속, 정확한 종판별을 할 수 있고 1회성이 아닌 연속적인 판별이 가능하여 판별 신뢰도가 향상될 수 있으며 공기 오염 정도를 실시간으로 모니터링하여 샘플링의 빈도를 최적화하여 교체 주기를 향상시키고 장치수명이 향상될 수 있다.
Description
본 발명은 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기 중 에어의 위험 여부를 실시간 모니터링하고 일정 농도 수준 이상일 때 미생물 등의 에어로졸 입자를 적어도 수회 이상에 걸쳐 연속적인 종 판별이 가능할 수 있는 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에 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 이러한 바이러스나 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 판별하는 기법이 있다. 또는 신속항원 진단법은, 검체판에 특정 미생물에 대응되는 항체를 마련하고, 액상의 항원이 투입되면 항원항체 반응 여부를 확인하여 바이러스 감염 여부를 판별할 수도 있다.
전술한 진단법 모두 사전에, 피검사자의 타액을 추출하고 이를 액상으로 시편화하는 작업이 필수적으로 요구되는데, 액상으로 샘플링하는 과정에서 불순물에 오염되어 결과가 부정확, 불편할 수 있고 진단 과정이 1회성이고 단속적으로 수행되어 판별 신뢰도가 문제가 있다.
따라서, 현재 전세계적으로 이슈가 되고 있는 바이러스를 포함한 미생물을 진단, 판별하는 방법으로 피검사자의 타액을 샘플링하는 방식이 아닌, 피검사자에 노출된 공기 중 바이러스를 포집하되 필요에 따라 적어도 수회 이상 연속적인 샘플링을 수행하고 형광 광검출 기법을 통한 특정 미생물의 종 판별을 신속, 정확하게 할 수 있는 기술 개발이 반드시 필요한 상황이다.
또한, 공기 오염 정도를 모니터링하여 공기를 샘플링하는 빈도를 최적화하여 교체 주기를 향상시키고 장치수명이 향상될 수 있는 통합 시스템 구성도 필연적으로 고려될 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 액상이 아닌 피검사자에 노출된 공기를 포집하되 필요에 따라 적어도 수회 이상 샘플링하여 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 신속, 정확한 종판별을 할 수 있고 1회성이 아닌 연속적인 판별이 가능하여 판별 신뢰도가 향상될 수 있으며 공기 오염 정도를 실시간으로 모니터링하여 에어 샘플링의 빈도를 최적화하여 교체 주기를 향상시키고 장치수명이 향상될 수 있는 통합 시스템 구성이 가능할 수 있는 실시간 미생물 종판별 통합 시스템을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 통합 시스템은, 공기 중 미생물의 농도를 실시간으로 모니터링하는 상시 미생물 검출모듈; 및 상기 미생물을 포집하되 적어도 수회 이상 연속적으로 샘플링하여 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 상기 미생물의 종을 판별하는 종 판별모듈을 포함할 수 있다.
상기 상시 미생물 검출모듈은, 미생물에 단파장의 조사광에 노출 시 에너지를 부분 흡수하고 반사 및 굴절된 상대적으로 장파장의 반사광이 검출될 수 있다.
상시 미생물 검출모듈은 24시간 상시 동작되며, 상기 종 판별모듈은, 상기 미생물 검출모듈에서 미리 설정된 농도 이상 상기 미생물이 검출시 동작 활성화될 수 있다.
상기 종 판별모듈은, 정원경의 일부와 타원경의 일부가 상호 결합되는 이종챔버를 지지하는 챔버 케이싱; 상기 챔버케이싱에 부분적으로 결합되며, 공기 중 에어로졸 입자가 샘플링되어 포집되는 스트랩필터(strap filter)와, 상기 스트랩필터에 특정 항체를 노출시켜 항원항체 반응을 유도하여 상기 이종챔버로 출입시키는 포집에어 샘플러; 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 항원검체의 특정 파장 대역의 밀집도(density)를 검출할 수 있다.
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 포함할 수 있다.
상기 포집에어 샘플러는, 상기 에어를 흡입하는 에어블로잉부; 상기 스트랩필터가 권취된 공급롤을 권취 해제하여 상기 에어블로잉부로 상기 스트랩필터를 공급하고 타측의 회수롤로 회수하는 필터권취롤부; 및 특정 항체가 수용되어 상기 스트랩필터로 분무하는 항체스프레이부를 포함할 수 있다.
상기 포집에어 샘플러는, 상기 에어블로잉부에 인접되게 배치되어 이송되는 상기 스트랩필터를 부분 로딩하여 가이드하는 필터홀더를 더 포함할 수 있다.
상기 필터홀더는 상기 스트랩필터를 사이에 두고 상, 하면에 배치되는 한쌍이며, 상기 필터홀더 판면에는, 상기 에어블로잉부가 블로잉하는 에어가 관통되는 포집용 관통홀이 형성될 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.
본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 통합 시스템은, 액상이 아닌 피검사자에 노출된 공기를 포집하되 필요에 따라 적어도 수회 이상 샘플링하여 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 신속, 정확한 종판별을 할 수 있고 1회성이 아닌 연속적인 판별이 가능하여 판별 신뢰도가 향상될 수 있으며 공기 오염 정도를 실시간으로 모니터링하여 에어 샘플링의 빈도를 최적화하여 교체 주기를 향상시키고 장치수명이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템의 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에서 상시 미생물 검출모듈의 정면도이다.
도 4는 도 1에서 이종챔버를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에서 종 판별모듈의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에서 종 판별모듈의 측면도이다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에서 종 판별모듈을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템의 에어블로잉부를 통해 포집된 에어로졸 입자가 스트랩필터에 포집된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에서 대기 중 에어의 위험 여부를 실시간 모니터링하고 일정 농도 수준 이상일 때 종 판별모듈이 가동되는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템의 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에서 상시 미생물 검출모듈의 정면도이다.
도 4는 도 1에서 이종챔버를 개략적으로 도시한 도면이다.
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도 10은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에서 대기 중 에어의 위험 여부를 실시간 모니터링하고 일정 농도 수준 이상일 때 종 판별모듈이 가동되는 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시간 미생물 종판별 통합 시스템의 일 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템의 구성 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에서 상시 미생물 검출모듈의 정면도이고, 도 4는 도 1에서 이종챔버를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에서 종 판별모듈의 정면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에서 종 판별모듈의 측면도이고, 도 7는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템을 개략적으로 도시한 개념도이고, 도 8는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템의 구성도이며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템의 에어블로잉부를 통해 포집된 에어로졸 입자가 스트랩필터에 포집된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템(1)은 도 1 및 도 2를 주로 참조하면, 공기 중 미생물의 농도를 실시간으로 모니터링하는 상시 미생물 검출모듈(10); 및 상기 미생물을 포집하되 적어도 수회 이상 연속적으로 샘플링하여 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 상기 미생물의 종을 판별하는 종 판별모듈(50)을 포함할 수 있다.
상기 미생물 검출모듈(10)은, 미생물에 단파장의 조사광에 노출 시 에너지를 부분 흡수하고 반사 및 굴절된 상대적으로 장파장의 반사광이 검출되어 공기 중 미생물의 농도를 검출할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상시 미생물 검출모듈(10)은 도 3을 주로 참조하면, 내부에 샘플실(11)을 제공하는 샘플실 몸체(10), 샘플실(11)에 광을 조사하는 송광부(20), 샘플실(11)로부터 사출되는 형광(Fluorescence Light)을 검출하는 수광부(30)을 포함할 수 있다.
샘플실 몸체(10)가 제공하는 샘플실(11)은 주로 도 4에 도시된 것처럼 좌측의 정원경(12)의 일부와 우측의 타원경(13)의 일부가 결합된 형태로 구성될 수 있고, 샘플실(11)의 내벽의 일부 또는 전부에는 거울면, 즉 정원경(Circular mirror,12) 또는 타원경(Elliptical mirror, 13)이 배치되며, 샘플실(11) 내부에는 샘플 유입구(15-1)를 통해 측정 샘플, 예컨대 공기, 또는 샘플 에어로졸이 유입된다.
또한, 샘플실 몸체(10)의 샘플 유입구(15-1)에는 노즐부(미도시)의 유입 노즐이 연결되고, 상기 유입 노즐을 통해 측정하고자 하는 공기가 샘플실(11)로 유입되며, 상기 공기의 유입 위치는 송광부(20)의 입사광이 포커싱되는 제1초점(15-1)부분이다. 샘플실(11) 내의 정원경(12)의 중심은 타원경(13)의 제1초점(15-1)이며, 정원경(12)에는 제1광출사구(17)에 대응되도록 개구(12-1)가 형성되어 있다.
실시 예에 따라, 정원경(12)의 반경은 13mm에서 14mm 사이의 값에서 선택되는 것이 바람직하며, 정원경(12)에 형성된 개구(12-1)의 크기는 14.5mm에서 15.5mm 사이의 값에서 선택되는 것이 바람직하다.
샘플실(110 내의 타원경(13)은 2개의 초점(15-1 및 12-1)을 가질 수 있으며, 송광부(20)로부터 입사된 광이 실질적으로 타원경(13)의 제1초점(15-1)으로 수렴되어 에어로졸로 유입되는 측정 샘플에 조사되고, 측정 샘플 내 입자와 충돌한 광은 산란하여 굴절되면서 타원경(13)에 의해 상기 타원경(13)과 결합된 정원경(12)의 개구를 통해 상기 타원경(13)의 제2초점(12-1)을 향하여 샘플실(11)의 외부로 사출된다.
실시 예에 따라, 타원경(13) 단축의 길이는 25.5mm에서 26.5mm 사이의 값에서 선택되는 것이 바람직하며, 타원경(13) 장축의 길이는 32mm에서 33mm 사이의 값에서 선택되는 것이 바람직하다. 또한 타원경(13)의 제1초점(15-1)과 제2초점(12-1)의 초점간 거리는 19mm에서 20mm 사이의 값에서 선택되는 것이 바람직하다.
송광부는 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 UV광을 광입사구(16)를 통하여 샘플실(11) 내의 측정 샘플에 조사하며, 이때, 송광부(20)의 발광 요소인 LED는 샘플실(11)로 입사되는 방향, 즉 광입사구(16) 방향으로 광을 방출하도록 배치될 수 있으며, 미세 먼지와 미생물의 동시 검출에 적합한 266㎚ 내지 405㎚의 UV 영역의 광을 방출할 수 있다.
여기서, 상기 조사된 UV광은 샘플실(11)로 유입되는 공기와 충돌하여 형광(fluorescence light)을 발생시킨다.
수광부(30)는 장파장의 반사광을 검출하는 부분이다. 즉, 수광부(30)는 UV광을 조사광으로 송출할 수 있다. UV광은 공기와 충돌하여 형광(fluorescence light)을 발생시키는데, 공기 중 미생물에 단파장(266㎚ 내지 405㎚의 UV 영역의 광)의 조사광에 노출되게 되면, 미생물의 바디는 에너지를 부분 흡수하게 되고 반사 및 굴절되면서 상대적으로 장파장의 반사광이 출력될 수 있다.
검출수광부(32)는 장파장의 반사광을 수광할 수 있어 공기 중 미생물의 농도를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
즉, 미생물에 단파장의 조사광에 노출 시 에너지를 부분 흡수하고 반사 및 굴절된 상대적으로 장파장의 반사광이 검출되어 공기 중 미생물의 농도(count/liter)를 검출할 수 있다.
한편, 상기 미생물 검출모듈에서 미리 설정된 농도 이상 상기 미생물이 검출시 종 판별모듈(50)이 동작 활성화될 수 있다. 예컨대, 상시 미생물 검출모듈(10)에서 350개/liter의 경우, 종 판별모듈(50)이 온 구동되게 할 수 있다.
상기 종 판별모듈(50)은 정원경(102)의 일부와 타원경(101)의 일부가 상호 결합되는 이종챔버(100)를 지지하는 챔버 케이싱(110); 상기 챔버케이싱(110)에 부분적으로 결합되며, 공기 중 에어로졸 입자가 샘플링되어 포집되는 스트랩필터(213)(strap filter)와, 상기 스트랩필터(213)에 특정 항체를 노출시켜 항원항체 반응을 유도하여 상기 이종챔버(100)로 출입시키는 포집에어 샘플러(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.
이종챔버(100)는 주로 도 4에 도시된 바와 같이 챔버 케이싱(110) 내부에 마련될 수 있다.
상기 이종챔버(100)는 주로 도 4을 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 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.
한편, 기존의 진단법은 모두 피검사자의 타액을 추출하고 이를 액상으로 시편화, 이른바 샘플링하는 작업이 필수적으로 요구됨에 따라, 샘플링하는 과정에서 오염되어 테스트가 부정확, 불편할 수 있고 진단 과정 자체가 1회성으로 단속적인 판별 작업이 될 수 밖에 없는 문제점이 있었다.
이에 본 실시예에서는 대기 중 에어로부터 에어로졸 입자를 포집하고 동시에 적어도 여러번 항원항체 반응을 유도하는 전처리 장치부로서 포집에어 샘플러(200)가 개시된다.
상기 포집에어 샘플러(200)는 주로 도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 에어를 흡입하는 에어블로잉부(220); 상기 스트랩필터(213)가 권취된 공급롤(211)을 권취 해제하여 상기 에어블로잉부(220)로 상기 스트랩필터(213)를 공급하고 타측의 회수롤(212)로 회수하는 필터권취롤부(210); 특정 항체가 수용되어 상기 스트랩필터로 분무하는 항체스프레이부(240); 및 상기 에어블로잉부(220)에 인접되게 배치되어 이송되는 상기 스트랩필터(213)를 부분 로딩하여 가이드하는 필터홀더(230)를 포함할 수 있다.
에어블로잉부(220)는 대기 중의 에어를 흡입하여 공기 중 에어로졸 입자를 스트랩필터(213)에 포집시키는 부분이다. 에어블로잉부(220)에는 스트랩필터(213)를 사이에 두고 상, 하면에 에어인렛노즐(221)과 에어아웃렛노즐(222)이 각각 마련되어 에어의 입출입을 원활하게 유도할 수 있다.
에어인렛노즐(221)과 에어아웃렛노즐(222)은 필터홀더(230)에 장착될 수 있다. 상기 필터홀더(230)는 상기 스트랩필터(213)를 사이에 두고 상, 하면에 배치되는 한쌍이며, 상기 필터홀더(230) 판면에는, 상기 에어블로잉부(220)가 블로잉하는 에어가 관통되는 포집용 관통홀(231)이 형성되며, 포집용 관통홀(231)에 에어인렛노즐(221)과 에어아웃렛노즐(222)이 각각 결합될 수 있다.
도 9의 (a)를 참조하면, 에어로부터 포집된 에어로졸 입자 즉, 미생물의 포집 일례를 확인할 수 있다. a1의 경우 포집되지 않은 상태, a2의 경우 고농도로 미생물이 포집된 상태, a3의 경우 저농도로 미생물이 포집된 상태를 도시하고 있다.
필터권취롤부(210)는 에어블로잉부(220)로 스트랩필터(213)를 공급 및 회수하는 부분이다. 이를 위해 상기 필터권취롤부(210)는 에어블로잉부(220)의 일측에 마련되는 공급롤(211)과, 타측에 마련되는 회수롤(212)을 포함할 수 있다.
그리고 공급롤(211)에는 상기 스트랩필터(213)가 권취되어 있으며, 스트랩필터(213)는 공급롤(211) 또는 회수롤(212)에 권취되어 있는 양이 고려되어 적어도 수미터 내지는 수십미터로 구성될 수 있다. 예컨대, 스트랩필터(213)의 스펙으로 폭은 5 mm, 두께는 0.5 mm, 길이는 5 m로 마련될 수 있으며, 길이 스펙은 다양하게 변경될 수 있다.
공급롤(211)은 스트랩필터(213)를 공급하는 부분이다. 공급롤(211)에서 스트랩필터(213)가 권취 해제하여 에어블로잉부(220)로 공급될 수 있다. 에어블로잉부(220)에서 포집된 에어를 포함된 스트랩필터(213)는 형광검출부를 거쳐 판별 작업이 수행되고 이후 타측의 회수롤(212)로 회수될 수 있다.
이러한 공급롤(211) 및 회수롤(212)에는 모터 드라이브(도 8 참조)가 마련될 수 있으며, 본 실시예에서의 모터 드라이브는 정밀하게 회동 제어되는 스텝핑 모터 등으로 마련될 수 있다.
한편, 이러한 필터권취롤부(210)는 공급롤(211), 회수롤(212) 및 모터 드라이브와, 스트랩필터(213)가 한 세트로 모듈화되어 있어 스트랩필터(213)의 수명이 다한 경우 등에 모듈 구성을 쉽게 탈착할 수 있게 마련되어 교체 및 유지보수가 용이하게 구성될 수 있다.
항체스프레이부(240)는 스트랩필터(213)에 항체를 분무하는 부분으로서, 스트랩필터(213)에 포집된 에어로졸 입자에 항원항체 반응을 유도하는 역할을 한다.
여기서, 항체스프레이부(240) 내의 항체는 판별 대상이 되는 특정 항원에 대응되는 특정 항체(예컨대, 코로나 바이러스 대응항체)일 수 있으며, 특정 항체뿐만 아니라 항원항체 반응 시 형광 반응이 발생되도록, 특정 항체에는 형광을 발하는 물질이 포함될 수 있다. 이에 따라 에어로졸 입자에 특정 항체가 분무되어 항원항체 반응 시 형광 반응이 유도될 수 있다.
이러한 항체스프레이부(240)에는 도면에 도시되지 않았지만, 항체의 보관에 용이하도록 최적의 온도를 유지하는 온도유지 구성이 마련될 수 있다.
한편, 전술한 단일의 상기 에어블로잉부(220) 및 상기 항체스프레이부(240)의 구성과 달리, 상기 에어블로잉부(220) 및 상기 항체스프레이부(240)가 복수개 마련될 수도 있다.
이럴 경우, 도 9의 (b)에서와 같이, 한번의 샘플링 작업으로 상기 에어 중 에어로졸 입자가 동시에 수회 샘플링될 수 있으며, 예컨대 b1의 경우 포집되지 않은 상태, b2의 경우 고농도로 미생물이 포집된 상태, b3의 경우 저농도로 미생물이 포집된 상태가 여러번(수회, 본 실시예에서는 3번)에 걸쳐 샘플링될 수 있다.
또한 복수의 항체스프레이부(240)에는 각각 다른 종의 항체가 수용되게 구성될 수 있으며, 이를 통해 각기 다른 항원항체 반응을 유도되게 구성될 수 있다. 예컨대, 도 9의 왼편의 항체스프레이부(240)에는 코로나 바이러스의 대응항체, 중앙의 항체스프레이부(240-1)에는 박테리아 A 대응항체, 오른편의 항체스프레이부(240-2)에는 박테리아 대응항체 구성 등으로 마련될 수 있어, 포집된 에어로부터 코로나 진단, 각종 박테리아 진단 등 다양한 종 판별이 가능할 수도 있다.
항체스프레이부(240)에 인접한 스트랩필터(213)에는 스트랩필터(213)를 지지하는 가이드부(250)가 추가될 수 있다.
이와 같이, 액상이 아닌 피검사자에 노출된 공기를 포집하되 단일의 종 판별 또는 복수의 종 판별이 가능하고 필요에 따라 1회성이 아닌 적어도 수회 이상 연속적인 샘플링을 통해 항원항체 반응이 수행되어 판별 신뢰도가 향상될 수 있다.
또한, 샘플링된 에어로졸 입자로부터 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 단파장의 입력광원에 기반되는 광검출이 가능해져 고분해능의 정밀도로 검출될 수 있다.
도 4 기준으로 볼 때 챔버 케이싱(110)의 좌측편으로 수광 블록(400)이 마련될 수 있다. 상기 수광 블록(400)은, 주로 도 4에 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 형광반응의 미생물의 존재 여부와 총량을 검출하여 미생물의 대상 개수를 카운팅할 수 있다. 또한, 상기 형광 수광부B(510)는 형광반응의 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, 액상이 아닌 피검사자에 노출된 공기를 동시에 포집하되 필요에 따라 적어도 수회 이상 샘플링하여 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 신속, 정확한 종판별을 할 수 있고 1회성이 아닌 연속적인 판별이 가능하여 판별 신뢰도가 향상될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 실시간 미생물 종판별 통합 시스템에서 대기 중 에어의 위험 여부를 실시간 모니터링하고 일정 농도 수준 이상일 때 종 판별모듈이 가동되는 순서도이다.
이하, 본 실시예에 따른 종판별 장치를 이용한 종판별 방법에 대해 도 1 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 10을 주로 참조하면 상시 공기의 오염 정도를 모니터링하도록, 미생물의 농도 검출하는 단계가 수행될 수 있다(S100).
상시 미생물 검출모듈(10)은 24시간 상시 구동될 수 있다.
상시 미생물 검출모듈(10)의 검출수광부(32)는 장파장의 반사광을 수광할 수 있어 공기 중 미생물의 농도를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
즉, 미생물에 단파장의 조사광에 노출 시 에너지를 부분 흡수하고 반사 및 굴절된 상대적으로 장파장의 반사광이 검출되어 공기 중 미생물의 농도(count/liter)를 검출할 수 있다.
다음, 상시 미생물 검출모듈(10)에서 미리 설정된 농도 이상인지 판단하는 단계가 수행될 수 있다(S200).
만약, 공기의 미생물 농도가 미리 설정된 농도 이상이면 종 판별모듈(50)이 동작 활성화될 수 있다. 예컨대, 상시 미생물 검출모듈(10)에서 350개/liter의 경우, 종 판별모듈(50)이 온 구동되게 할 수 있다.
이에 따라, 종 판별모듈(50)이 지속적인 구동을 억제하고, 가동 여부를 최적화하여 장치 부품의 수명 주기를 증가시키고 사용연한을 향상시킬 수 있는 장점이 있게 된다.
즉, 필터권취롤부(210)의 구성(공급롤(211), 회수롤(212) 및 모터 드라이브와, 스트랩필터(213))와 항체스프레이부(240)의 항체량 등은 교체 주기가 정해져 있으며, 이를 상시 동작시키게 되면 30일 정도에 스트랩필터(213)의 수명이 다하거나 항체를 추가 투입하는 등 부품 낭비나 가동비용이 지속적으로 증가될 우려가 있다.
이에, 공기의 지속적인 모니터링은 상시 미생물 검출모듈이 담당하며, 일정 수준 이상일 경우 종 판별모듈(50)이 가동되게 최적화하여 장치 부품의 수명 주기를 증가시키고 사용연한을 향상시킬 수 있다.
다음, 미생물의 종 판별 단계가 수행될 수 있다(S300).
먼저, 에어 포집 단계가 수행되는데, 공급롤(211)로부터 스트랩필터(213)가 권취 해제하여 에어블로잉부(220)로 공급될 수 있다.
다음, 에어블로잉부(220)는 공기 중의 에어로졸 입자(미생물)를 스트랩필터(213)에 포집시킬 수 있다. 도 9의 (a)를 참조하면, 에어로부터 포집된 에어로졸 입자 즉, 미생물의 포집 일례를 확인할 수 있다. a1의 경우 포집되지 않은 상태, a2의 경우 고농도로 미생물이 포집된 상태, a3의 경우 저농도로 미생물이 포집된 상태를 도시하고 있다.
다음, 항체스프레이부(240)에서 스트랩필터(213)에 특정 항원에 대응되는 특정 항체를 분무한다. 이에 따라 스트랩필터(213)에 포집된 에어로졸 입자에 항원항체 반응이 유도된다.
이럴 경우, 수회 연속적으로 샘플링된 에어로졸 입자에 항원항체 반응이 유도되고, 이들 복수의 반응 결과로부터 종 판별 데이터가 복수회 수행될 수 있어 판별 신뢰도가 향상될 수 있다.
이때, 상기 에어블로잉부(220) 및 상기 항체스프레이부(240)가 도 6에서처럼 복수개 마련될 수도 있으며, 이럴 경우, 도 9의 (b)에서와 같이, 한번의 샘플링 작업으로 상기 에어 중 에어로졸 입자가 동시에 수회 샘플링될 수 있으며, 예컨대 b1의 경우 포집되지 않은 상태, b2의 경우 고농도로 미생물이 포집된 상태, b3의 경우 저농도로 미생물이 포집된 상태가 여러번에 걸쳐 샘플링될 수 있다.
또한 복수의 항체스프레이부(240)에는 각각 다른 종의 항체가 수용되게 구성될 수 있으며, 이를 통해 각기 다른 항원항체 반응을 유도되게 구성될 수 있다.
다음, UV 광원부(300)를 통해 입력광원이 조사되어 형광 수광부A(500) 및 형광 수광부B(510)에서 수광되는 형광의 수광 여부 즉, 특정 미생물의 존재 유무와 그 양에 대한 정보를 확인한다. 이를 통해, 상기 형광 수광부A(500)는 공기 중의 미생물의 존재 여부와 총량을 검출하여 미생물의 대상 개수를 카운팅할 수 있으며, 이와 동시에, 상기 형광 수광부B(510)는 공기 중의 특정 파장 대역의 밀집도을 검출할 수 있다.
이러한 항원검체를 이용한 항원검체 판별하는 방식은 신속항원검사법과 유사할 수 있으며, 본 실시예에서는 형광 광검출 기법을 이용하여 수분 내로 판별이 가능할 수 있다.
이러한 단계를 거침으로써, 액상이 아닌 피검사자에 노출된 공기를 포집하되 필요에 따라 적어도 수회 이상 샘플링하여 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 신속, 정확한 종판별을 할 수 있고 1회성이 아닌 연속적인 판별이 가능하여 판별 신뢰도가 향상될 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.
10 : 샘플실 몸체 11 : 샘플실
12 : 정원경 13 : 타원경
15-1 : 샘플 유입구, 제1 초점 20 : 송광부
30 : 수광부 32 : 검출수광부
100 : 이종챔버 101 : 타원경
102 : 정원경 103 : 제2 광출사구
104 : 제1 광출사구 110 : 챔버 케이싱
200 : 포집에어 샘플러 210 : 필터권취롤부
211 : 공급롤 212 : 회수롤
213 : 스트랩필터
220 : 에어블로잉부 230 : 필터홀더
240 : 항체스프레이부 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
12 : 정원경 13 : 타원경
15-1 : 샘플 유입구, 제1 초점 20 : 송광부
30 : 수광부 32 : 검출수광부
100 : 이종챔버 101 : 타원경
102 : 정원경 103 : 제2 광출사구
104 : 제1 광출사구 110 : 챔버 케이싱
200 : 포집에어 샘플러 210 : 필터권취롤부
211 : 공급롤 212 : 회수롤
213 : 스트랩필터
220 : 에어블로잉부 230 : 필터홀더
240 : 항체스프레이부 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
Claims (10)
- 공기 중 미생물의 농도를 실시간으로 모니터링하는 상시 미생물 검출모듈; 및
상기 미생물을 포집하되 적어도 수회 이상 연속적으로 샘플링하여 산란 및 굴절되는 형광 파장을 수광하여 상기 미생물의 종을 판별하는 종 판별모듈을 포함하며,
상기 상시 미생물 검출모듈은, 미생물에 단파장의 조사광에 노출 시 에너지를 부분 흡수하고 반사 및 굴절된 상대적으로 장파장의 반사광이 검출되며,
상시 미생물 검출모듈은 24시간 상시 동작되며,
상기 종 판별모듈은, 상기 미생물 검출모듈에서 미리 설정된 농도 이상 상기 미생물이 검출시 동작 활성화되며,
상기 종 판별모듈은,
정원경의 일부와 타원경의 일부가 상호 결합되는 이종챔버를 지지하는 챔버 케이싱;
상기 챔버케이싱에 부분적으로 결합되며, 공기 중 에어로졸 입자가 샘플링되어 포집되는 스트랩필터(strap filter)와, 상기 스트랩필터에 특정 항체를 노출시켜 항원항체 반응을 유도하여 상기 이종챔버로 출입시키는 포집에어 샘플러;
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 에어로졸 입자 내의 미생물의 총량을 검출하고,
상기 형광 수광부B는 상기 에어로졸 입자의 특정 파장 대역의 밀집도(density)를 검출하며,
상기 포집에어 샘플러는,
상기 에어를 흡입하는 에어블로잉부;
상기 스트랩필터가 권취된 공급롤을 권취 해제하여 상기 에어블로잉부로 상기 스트랩필터를 공급하고 타측의 회수롤로 회수하는 필터권취롤부; 및
특정 항원이 수용되어 상기 스트랩필터로 분무하는 항체스프레이부를 포함하며,
상기 포집에어 샘플러는, 상기 에어블로잉부에 인접되게 배치되어 이송되는 상기 스트랩필터를 부분 로딩하여 가이드하는 필터홀더를 더 포함하며,
상기 필터홀더는 상기 스트랩필터를 사이에 두고 상, 하면에 배치되는 한쌍이며,
상기 필터홀더 판면에는, 상기 에어블로잉부가 블로잉하는 에어가 관통되는 포집용 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 실시간 미생물 종판별 통합 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 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 통합 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 UV 광원부의 입력광원은 UV 광원이며,
상기 입력광원의 파장 대역은 275 nm ~ 405 nm 인 것을 특징으로 하는 실시간 미생물 종판별 통합 시스템.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020210014507A KR102469055B1 (ko) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | 실시간 미생물 종판별 통합 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210014507A KR102469055B1 (ko) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | 실시간 미생물 종판별 통합 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220111362A KR20220111362A (ko) | 2022-08-09 |
| KR102469055B1 true KR102469055B1 (ko) | 2022-11-22 |
Family
ID=82844958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020210014507A KR102469055B1 (ko) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | 실시간 미생물 종판별 통합 시스템 |
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| CN118392845B (zh) * | 2024-06-25 | 2024-10-01 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种用于对空气浮游微生物进行监测鉴别的复合功能多孔金属膜及检测系统、以及空气浮游微生物监测鉴别方法 |
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|---|---|---|---|---|
| KR102258809B1 (ko) * | 2015-02-24 | 2021-06-09 | (주)미디어에버 | 미세 먼지 및 미생물 검출 장치 |
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2021
- 2021-02-02 KR KR1020210014507A patent/KR102469055B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4048504B2 (ja) * | 2005-07-26 | 2008-02-20 | 船井電機株式会社 | 蛍光検出装置 |
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| KR101721190B1 (ko) * | 2015-11-09 | 2017-03-30 | 재단법인경북테크노파크 | 미생물 필터 테스트 장치 |
| KR101878094B1 (ko) | 2017-02-03 | 2018-07-12 | (주)미디어에버 | 이종의 반사경이 결합된 미세 먼지 및 미생물 검출 장치 |
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