KR102653250B1 - 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치 및 그를 이용한 생태독성감시방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조가 구비되며, 상기 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조로 발광박테리아가 포함된 혼합액을 공급하는 박테리아 희석조가 구비된 반응조 모듈; 상기 박테리아 희석조로 시료의 독성 여부를 감지하는 발광박테리아를 공급하는 발광박테리아 배양부; 상기 박테리아 희석조, 기준 반응조 및 희석 반응조로 희석수를 공급하는 희석수 공급부; 상기 샘플 반응조와 희석 반응조로 시료를 공급하는 시료 공급부; 상기 기준 반응조와, 시료가 공급된 상기 샘플 반응조 및 희석 반응조로부터 제공되는 독성 평가 물질 내 발광박테리아의 발광량을 측정하는 광학 측정부; 상기 반응조 모듈, 발광박테리아 배양부, 희석수 공급부, 시료 공급부 및 광학 측정부의 작동을 제어하는 제어부; 및 상기 광학 측정부로부터 제공된 광량값을 기초로 시료 내 독성물질 여부를 판단하는 분석부를 포함하며, 상기 분석부는 상기 광학 측정부를 통해 측정된 상기 기준 반응조의 초기 광량값과 미리 정해진 시간이 경과한 후 측정된 최종 광량값을 통해 보정 계수를 산출하고, 산출된 상기 보정 계수를 통해 상기 샘플 반응조와 희석 반응조의 보정 광량값을 산출하도록 이루어진 것인 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치 및 그를 이용한 생태독성감시방법을 제공한다.
Description
본 발명은 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치 및 그를 이용한 생태독성감시방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시료 내 독성여부를 신속하고 정확하게 감시하도록 이루어진 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치 및 그를 이용한 생태독성감시방법에 관한 것이다.
수질을 개선하고 생태계를 보호하기 위해 하수와 폐수를 처리하는 시설이 설치 운영되고 있지만 생물학적 또는 물리 화학적 처리과정을 통해 유해화학물질을 완벽하게 제거하지 못하는 문제가 있다. 이에, 하수와 폐수의 처리과정에서 제거되지 않는 유해화학물질들은 공공수역으로 방류되어 생태계와 보건에 악영향을 미치고 있다.
그리고 해양산업시설 혹은 선박사고 등에 의해 해양으로 유출되는 위험/유해물질(HNS, Hazardous Noxious Substance)은 주변 해양과 해저, 해양 이용자 및 연안 거주자 등에게 직간접적 피해를 주고 있다. 이러한 해양으로 유출되는 위험/유해물질은 다양하여 사전 정보 없이 이화학적 분석만으로는 물질의 종류 및 특성에 대한 정보가 제한적이다. 그리고 이화학적 분석기술은 분석에 소요되는 비용, 시간, 기술 및 인력적인 측면에서 모든 시료에 대한 독성물질을 분석하는 것은 현실적으로 불가능하다.
따라서, 환경분석을 위한 과학적이고 효율적인 관리방안으로 생태독성평가 분석기술이 대두되고 있다. 이러한 생태독성평가 분석기술은 생물을 사용하여 환경 내에 존재하는 물질의 유해성을 평가하는 기술이다.
그러나 종래의 생태독성평가장치는 시료 내 독성물질의 존재여부를 평가함에 있어, 아무리 빨라도 최소 15분 이상의 평가시간이 소요되는 문제가 있다. 이와 같이, 생태독성평가장치를 통해 시료 내 독성물질의 존재여부를 평가함에 있어, 평가시간이 길어지면 길어질수록 환경오염에 대한 신속한 대응이 어려워 피해가 커지는 문제가 있다.
따라서, 하천 뿐만 아니라 해양으로 유출되는 위험/유해물질을 보다 신속하고 정확하게 감시할 수 있는 생태독성감시장치에 대한 다양한 연구 개발이 이루어지고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는, 시료 내 독성여부를 신속하고 정확하게 감시하도록 이루어진 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치 및 그를 이용한 생태독성감시방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조가 구비되며, 상기 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조로 발광박테리아가 포함된 혼합액을 공급하는 박테리아 희석조가 구비된 반응조 모듈; 상기 박테리아 희석조로 시료의 독성 여부를 감지하는 발광박테리아를 공급하는 발광박테리아 배양부; 상기 박테리아 희석조, 기준 반응조 및 희석 반응조로 희석수를 공급하는 희석수 공급부; 상기 샘플 반응조와 희석 반응조로 시료를 공급하는 시료 공급부; 상기 기준 반응조와, 시료가 공급된 상기 샘플 반응조 및 희석 반응조로부터 제공되는 독성 평가 물질 내 발광박테리아의 발광량을 측정하는 광학 측정부; 상기 반응조 모듈, 발광박테리아 배양부, 희석수 공급부, 시료 공급부 및 광학 측정부의 작동을 제어하는 제어부; 및 상기 광학 측정부로부터 제공된 광량값을 기초로 시료 내 독성물질 여부를 판단하는 분석부를 포함하며, 상기 분석부는 상기 광학 측정부를 통해 측정된 상기 기준 반응조의 초기 광량값과 미리 정해진 시간이 경과한 후 측정된 최종 광량값을 통해 보정 계수를 산출하고, 산출된 상기 보정 계수를 통해 상기 샘플 반응조와 희석 반응조의 보정 광량값을 산출하도록 이루어진 것인 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 분석부는 상기 샘플 반응조의 독성지수(TIS)를 구하되, 상기 샘플 반응조의 독성지수(TIS)는, 하기 계산식 1에 따라 상기 기준 반응조의 상기 보정 계수를 구하고, 하기 계산식 2에 따라 상기 보정 계수가 적용된 상기 샘플 반응조의 보정 광량값을 구하며, 하기 계산식 3에 따라 상기 시료 공급부로부터 요구되는 시료가 상기 샘플 반응조로 주입되고, 미리 정해진 시간이 경과한 후 측정된 상기 샘플 반응조의 최종 광량값을 통해 독성지수(TIS)를 산출할 수 있다.
[계산식 1]
[R0 = 박테리아 희석조로부터 기준 반응조로 공급된 혼합액의 1분 후 초기 광량값, R1 = 기준 반응조의 혼합액에 희석수가 정량 주입된 상태에서 미리 정해진 시간이 경과한 후의 최종 광량값]
[계산식 2]
[S0 = 박테리아 희석조로부터 샘플 반응조로 공급된 혼합액의 1분 후 초기 광량값, C0 = 보정 계수]
[계산식 3]
[S1 = 보정 계수가 적용된 샘플 반응조의 초기 1분 후 보정 광량값, S2 = 샘플 반응조의 혼합액에 시료가 정량 주입된 상태에서 미리 정해진 시간이 경과한 후의 최종 광량값]
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 분석부는 상기 희석 반응조의 독성지수(TId)를 구하되, 상기 희석 반응조의 독성지수(TId)는, 하기 계산식 4에 따라 상기 기준 반응조의 상기 보정 계수가 적용된 상기 희석 반응조의 보정 광량값을 구하며, 하기 계산식 5에 따라 상기 시료 공급부와 희석수 공급부로부터 요구되는 비율로 시료와 희석수가 상기 희석 반응조로 주입되고, 미리 정해진 시간이 경과한 후 측정된 상기 희석 반응조의 최종 광량값을 통해 독성지수(TId)를 산출할 수 있다.
[계산식 4]
[D0 = 박테리아 희석조로부터 희석 반응조로 공급된 혼합액의 1분 후 초기 광량값, C0 = 보정 계수]
[계산식 5]
[D1 = 보정 계수가 적용된 희석 반응조의 초기 1분 후 보정 광량값, D2 = 희석 반응조의 혼합액에 시료와 희석수가 정량 주입된 상태에서 미리 정해진 시간이 경과한 후의 최종 광량값]
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 분석부는, 산출된 상기 보정 계수가 0.6 ~ 1.3 인 경우 유효하다고 판단하고, 산출된 상기 샘플 반응조의 독성지수(TIS)가 20 ~ 80% 인 경우 시료 내 독성물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 분석부는, 상기 샘플 반응조의 독성지수(TIS)와 상기 희석 반응조의 독성지수(TId)의 비교를 통해 시료의 독성 위험도를 평가할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조의 최종 광량값을 측정하는 미리 정해진 시간은 5분일 수 있다.
본 발명의 일실시예는 (A) 박테리아 희석조에 발광박테리아와 희석수가 혼합된 혼합액을 준비하는 단계; (B) 상기 박테리아 희석조의 혼합액을 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조로 각각 공급하는 단계; (C) 미리 정해진 시간이 경과한 후, 광학 측정부를 통해 상기 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조 내 발광박테리아의 초기 광량값을 측정하는 단계; (D) 초기 광량값 측정 이후, 상기 기준 반응조로는 희석수를 공급하고, 상기 샘플 반응조로는 시료를 공급하며, 상기 희석 반응조로는 시료와 희석수를 미리 정해진 양으로 공급하는 단계; (E) 미리 정해진 시간이 경과한 후, 상기 광학 측정부를 통해 상기 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조 내 발광박테리아의 최종 광량값을 측정하는 단계; 및 (F) 상기 광학 측정부를 통해 측정된 각 반응조의 초기 광량값 및 최종 광량값은 분석부로 제공되고, 상기 분석부는 시료 내 독성여부를 판단하는 단계를 포함하며, 상기 분석부는 상기 광학 측정부를 통해 측정된 상기 기준 반응조의 초기 광량값과 최종 광량값을 통해 보정 계수를 산출하고, 산출된 상기 보정 계수를 통해 상기 샘플 반응조와 희석 반응조의 보정 광량값을 산출하여 상기 샘플 반응조와 희석 반응조 내 독성 평가 물질에 대한 독성지수를 구하도록 이루어진 것인 발광박테리아를 이용한 생태독성감시방법을 제공한다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 시료 내 독성여부를 신속하고 정확하게 감시하도록 이루어진 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치 및 그를 이용한 생태독성감시방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 분석부는 기준 반응조로부터 측정된 초기 광량값과 최종 광량값을 기초로 보정 계수를 산출하고, 산출된 보정 계수를 통해 샘플 반응조와 희석 반응조의 독성 평가 물질에 대한 독성지수를 신속하게 산출할 수 있다. 이와 같은 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치는 5분내로 시료 내 독성물질의 존재 여부를 평가할 수 있기에, 하천 또는 해양으로 유출되는 위험/유해물질에 대한 신속한 대응이 가능하다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 박테리아 희석조에 수용된 혼합액이 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조로 공급된 후 초기 광량값 측정이 이루어지는 과정을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조로 요구되는 시료 및 희석수가 공급된 후 최종 광량값 측정이 이루어지는 과정을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광박테리아를 이용한 생태독성감시방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 박테리아 희석조에 수용된 혼합액이 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조로 공급된 후 초기 광량값 측정이 이루어지는 과정을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조로 요구되는 시료 및 희석수가 공급된 후 최종 광량값 측정이 이루어지는 과정을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광박테리아를 이용한 생태독성감시방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명에서 상부와 하부는 대상부재의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것으로, 반드시 중력방향을 기준으로 상부 또는 하부에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치의 예시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 박테리아 희석조에 수용된 혼합액이 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조로 공급된 후 초기 광량값 측정이 이루어지는 과정을 개략적으로 나타낸 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조로 요구되는 시료 및 희석수가 공급된 후 최종 광량값 측정이 이루어지는 과정을 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치(1000)는 반응조 모듈(100), 발광박테리아 배양부(200), 희석수 공급부(300), 시료 공급부(400), 광학 측정부(500), 제어부(600) 및 분석부(700)를 포함할 수 있다.
이와 같은 생태독성감시장치(1000)에는 예를 들어 내부에 구비되는 다양한 장비를 외부로부터 보호하기 위한 케이싱(810)이 구비될 수 있다.
이러한 케이싱(810)의 내부는 구획될 수 있으며, 예를 들어 상부측에는 독성 측정 결과를 보여주는 모니터부(820)가 있을 수 있고, 모니터부(820)의 하부에는 분석부(700)가 구비될 수 있으며, 분석부(700)의 하부에는 오토샘플러(A)가 구비될 수 있고, 오토샘플러(A)의 하부에는 시약 및 폐액 보관부(830) 등이 보관될 수 있다. 이와 같은 케이싱(810) 내에 구비되는 각각의 구성들의 배치는 상기 언급된 형태로만 반드시 구성되어야 하는 것은 아니며, 이외의 다양한 형태로도 구비될 수 있다.
여기서 생태독성감시장치(1000)에 구비되는 반응조 모듈(100) 및 광학 측정부(500) 등이 구비된 오토샘플러(A)는 예를 들어 슬라이드 방식을 통해 외부로 간편하게 인출되거나, 외부로부터 케이싱(810) 내부로 인입시킬 수 있다. 이와 같이, 슬라이딩이 가능하도록 이루어진 오토샘플러(A)는 오토샘플러(A)에 구비되는 복수개의 구성 중 어느 하나의 구성에 이상이 발생된 경우, 사용자는 오토샘플러(A) 자체를 외부로 인출시킨 상태에서 고장 발생된 해당 구성을 간편하게 수리 또는 교체할 수 있다.
이와 같은 생태독성감시장치(1000)는 발광박테리아를 이용하여 시료 내 독성물질 존재 여부를 판단하도록 이루어진다. 즉, 생태독성감시장치(1000)는 시료 투입에 따른 발광박테리아의 발광량 변화율을 측정하여 시료 내 독성물질의 존재 여부를 판단하게 된다. 이와 같이, 발광박테리아의 발광량 변화율을 통해 시료 내 독성물질의 존재 여부를 판단하는 것은 이미 종래기술에도 개시되어 있기는 하나, 본 발명의 생태독성감시장치(1000)에 구비된 분석부(700)는 기준 반응조(120)로부터 측정된 초기 광량값과 최종 광량값을 기초로 보정 계수를 산출하고, 산출된 보정 계수를 통해 샘플 반응조(130)와 희석 반응조(140)의 독성 평가 물질에 대한 독성물질 존재 여부를 보다 더 신속하게 파악하도록 이루어진다.
구체적으로, 반응조 모듈(100)은 박테리아 희석조(110), 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)를 포함할 수 있다.
여기서 박테리아 희석조(110)에는 소정의 수용공간이 마련되어 박테리아 희석조(110)의 내부로는 발광박테리아 및 희석수가 포함된 혼합액이 수용되도록 이루어진다. 이러한 박테리아 희석조(110)는 발광박테리아 배양부(200)로부터 발광박테리아를 공급받고, 희석수 공급부(300)로부터 희석수를 공급받게 된다.
여기서 발광박테리아 배양부(200)에는 시료의 독성 여부를 감지하는 발광박테리아가 배양된다. 이와 같은 발광박테리아 배양부(200)는 예를 들어 성장억제를 위해 약 4℃를 유지하도록 이루어질 수 있다.
그리고 희석수 공급부(300)는 예를 들어 미네랄 워터(mineral water)인 희석수를 보관하도록 이루어진다. 이와 같은 희석수 공급부(300)에 보관되는 희석수는 반드시 미네랄 워터로만 이루어져야 하는 것은 아니며, 식염수(NaCl) 등이 보관될 수도 있다.
이와 같이, 박테리아 희석조(110)로 공급된 발광박테리아 및 희석수가 포함된 혼합액은 박테리아 희석조(110) 내에 구비된 교반기를 통해 균일하게 혼합될 수 있다.
이와 같은 박테리아 희석조(110)는 발광박테리아 및 희석수가 미리 정해진 비율로 혼합된 혼합액을 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)로 각각 보내도록 이루어진다. 이때, 박테리아 희석조(110)로부터 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)의 각각 반응조로 보내지는 혼합액은 예를 들어 이송펌프(미도시)를 통해 보내질 수 있다. 이와 같은 혼합액을 비롯한 후술될 시료 및/또는 희석수의 이동은 시료 공급부(400) 및/또는 희석수 공급부(300) 등에 연결된 각각의 이송펌프의 작동에 의해 이동될 수 있다.
그리고 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)로 보내진 혼합액은 미리 정해진 시간(1분)이 경과된 후, 광학 측정부(500)를 통해 각 반응조 내의 발광박테리아의 초기 광량값을 측정하게 된다.
이와 같은 광학 측정부(500)에는 광센서부(510)가 구비되어, 광센서부(510)는 내부 셀로 유입된 발광박테리아의 미세 발광량을 측정하고, 측정된 초기 광량값을 분석부(700)로 제공하게 된다.
여기서 셀은 빛의 광량을 최적으로 감지하기 위해 석영재질이 적용될 수 있다. 아울러, 셀은 발광하는 빛을 감지하기 위하여 암실로 형성될 수 있다. 광센서부(510)는 예를 들면 PMT(Photo Multiplier Tube)가 될 수 있다. 이러한 광센서부(510)는 시료가 투입되지 않은 상태에서의 발광박테리아의 초기 발광량과 시료가 투입된 상태에서 소정의 시간이 경과한 후의 발광박테리아의 최종 발광량을 측정하게 된다.
이러한 광센서부(510)는 복수의 반응조 개수와 대응되는 개수로 구비된다. 즉, 광센서부(510)는 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)와 대응되는 개수로 구비될 수 있다.
여기서 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)는 각각의 광센서부(510)와 연통된다. 이에, 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)에 수용된 발광박테리아가 혼합된 혼합액은 각각의 광센서부(510)로 공급될 수 있다. 이와 같은 각각의 광센서부(510)는 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)와 연통되기에, 광량 측정이 완료된 광센서부(510)의 셀 내부에 수용된 혼합액은 각각의 반응조로 배출될 수 있다.
이와 같이, 광센서부(510)로부터 측정된 각 반응조의 광량값은 분석부(700)로 제공된다.
이러한 광센서부(510)는 혼합액에 대한 광량 측정이 완료된 후, 희석수 공급부(300)로부터 제공되는 희석수에 의해 광센서부(510) 내부의 셀은 희석될 수 있다. 즉, 광센서부(510)는 새로운 광량 측정에 앞서 광센서부(510)를 세척하도록 이루어진다. 이에, 광센서부(510)는 전에 사용된 시료 또는 발광박테리아의 영향을 받지 않고 제공된 평가 물질에 대한 정확한 광량값을 측정할 수 있다.
이와 같이, 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)로부터 제공된 혼합액에 대한 각각의 초기 광량값 측정이 완료된 상태에서 미리 정해진 양으로 기준 반응조(120)에는 희석수가 추가로 공급되고, 샘플 반응조(130)에는 시료가 공급되며, 희석 반응조(140)에는 시료와 희석수가 일정 비율로 공급된다. 여기서 시료 공급부(400)는 샘플 반응조(130)와 희석 반응조(140)로만 시료를 공급하게 된다. 이와 같이, 시료가 추가적으로 공급된 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140) 내의 평가 물질은 독성 평가 물질이 될 수 있다.
이와 같이, 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)로 미리 정해진 양으로 각각의 시료 또는/및 희석수를 추가로 공급한 상태에서 일정 시간(5분)이 경과한 후, 희석수만 추가된 기준 반응조(120)의 평가 물질과, 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)의 독성 평가 물질에 대한 최종 광량값을 측정하게 된다.
이렇게 광센서부(510)로부터 측정된 각각의 최종 광량값은 분석부(700)로 제공된다. 그리고 광센서부(510)에 수용된 평가 물질 / 독성 평가 물질은 해당 반응조로 배출되고, 광센서부(510)는 희석수에 의해 광센서부(510) 내부의 셀 세척이 이루어진다.
그리고 각 반응조별 최종 광량값이 측정된 이후, 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)에 수용된 평가 물질 / 독성 평가 물질은 이송펌프를 통해 폐액 보관부(830)로 배출된다. 그리고 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)는 희석수를 통해 다음 평가 시험을 위해 세척 작업이 이루어진다.
한편, 제어부(600)는 반응조 모듈(100), 발광박테리아 배양부(200), 희석수 공급부(300), 시료 공급부(400), 광학 측정부(500) 등 생태독성감시장치(1000)에 구비되는 다양한 구성들의 작동을 제어하게 된다. 이와 같은 제어부(600)는 예를 들어 반응조 모듈(100)로 시료 및/또는 희석수를 공급하거나 광센서부(510)를 세척 등 다양한 작업을 제어하게 된다.
한편, 분석부(700)는 앞서 언급된 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)로부터 광센서부(510)로 제공된 평가 물질 / 독성 평가 물질로부터 측정된 각각의 초기 광량값과 최종 광량값을 통해 독성지수를 산출하도록 이루어진다.
이와 같은 분석부(700)는 샘플 반응조(130)의 독성지수(TIS)를 구하도록 이루어진다.
이러한 샘플 반응조의 독성지수(TIS)는 하기 계산식 1에 따라 기준 반응조(120)의 보정 계수를 구한다.
.........[계산식 1]
[ R0 = 박테리아 희석조로부터 기준 반응조로 공급된 혼합액의 1분 후 초기 광량값, R1 = 기준 반응조의 혼합액에 희석수가 정량 주입된 상태에서 5분 후 최종 광량값 ]
이때, 분석부(700)는 산출된 보정 계수가 0.6 ~ 1.3 인 경우 유효하다고 판단하고, 보정 계수가 0.6 ~ 1.3 범위를 벗어난 경우, 박테리아 희석조(110)로부터 각 반응조로 새로운 혼합액을 다시 공급한 상태에서 다시 독성 평가 시험을 진행하게 된다.
그리고 분석부(700)는 하기 계산식 2에 따라 보정 계수가 적용된 샘플 반응조(130)의 보정 광량값을 구하게 된다. 여기서 보정 광량값은 발광박테리아의 자연발생 또는 감소율이 적용된 발광박테리아의 광량값일 수 있다.
.........[계산식 2]
[ S0 = 박테리아 희석조로부터 샘플 반응조로 공급된 혼합액의 1분 후 초기 광량값, C0 = 보정 계수 ]
그리고 분석부(700)는 하기 계산식 3에 따라 시료 공급부(400)로부터 미리 정해진 요구되는 시료가 샘플 반응조(130)로 주입되고, 미리 정해진 시간(5분)이 경과한 후 측정된 샘플 반응조(130)의 최종 광량값을 통해 독성지수(TIS)를 산출하게 된다.
.........[계산식 3]
[ S1 = 보정 계수가 적용된 샘플 반응조의 초기 1분 후 보정 광량값, S2 = 샘플 반응조의 혼합액에 시료가 정량 주입된 상태에서 미리 정해진 시간이 경과한 후의 최종 광량값 ]
이와 같이, 분석부(700)를 통해 산출된 샘플 반응조(130)의 독성지수(TIS)가 20 ~ 80% 에 해당하는 경우, 분석부(700)는 시료 내 독성물질이 존재하는 것으로 판단하게 된다. 이러한 분석부(700)는 기준 반응조(120)의 초기 광량값과 미리 정해진 시간(5분)이 경과한 후 측정된 최종 광량값을 통해 보정 계수를 산출하고, 산출된 보정 계수를 통해 최종적으로 샘플 반응조(130)에 수용된 시료의 독성물질 존재 여부를 신속하고 판단하게 된다. 이와 같이, 본 발명에 따른 생태독성감시장치(1000)는 종래의 발광박테리아를 이용한 생태독성물질감시장치보다 신속하게 시료 내 독성물질의 존재 여부를 판정할 수 있다.
한편, 분석부(700)는 샘플 반응조(130)와 같은 방식으로 희석 반응조(140)의 독성지수(TId)를 구하게 된다.
이와 같은 희석 반응조(140)의 독성지수(TId)를 구하기 위해서는 앞서 설명된 기준 반응조(120)의 보정 계수를 이용한다. 여기서 기준 반응조(120)의 보정 계수에 대한 내용은 앞서 언급된 바 구체적인 내용 설명은 생략하기로 한다.
그리고 분석부(700)는 하기 계산식 4에 따라 보정 계수가 적용된 희석 반응조(140)의 보정 광량값을 구하게 된다. 여기서 보정 광량값은 발광박테리아의 자연발생 또는 감소율이 적용된 발광박테리아의 광량값일 수 있다.
.........[계산식 4]
[ D0 = 박테리아 희석조로부터 희석 반응조로 공급된 혼합액의 1분 후 초기 광량값, C0 = 보정 계수 ]
그리고 분석부(700)는 하기 계산식 5에 따라 시료 공급부(400)와 희석수 공급부(300)로부터 요구되는 비율로 시료와 희석수가 희석 반응조(140)로 주입되고, 미리 정해진 시간(5분)이 경과한 후 측정된 희석 반응조(140)의 최종 광량값을 통해 독성지수(TId)가 산출하게 된다. 여기서 희석 반응조(140)로 주입되는 시료와 희석수의 비율은 1 : 1 일 수 있다.
.........[계산식 5]
[ D1 = 보정 계수가 적용된 희석 반응조의 초기 1분 후 보정 광량값, D2 = 희석 반응조의 혼합액에 시료와 희석수가 정량 주입된 상태에서 미리 정해진 시간이 경과한 후의 최종 광량값 ]
이와 같이, 분석부(700)를 통해 산출된 희석 반응조(140)의 독성지수(TId)는 시료의 독성 위험도를 평가하기 위해 이용된다. 예를 들어, 분석부(700)를 통해 산출된 샘플 반응조(130)의 독성지수(TIS)가 50% 인 상태에서 희석 반응조(140)의 독성지수(TId)가 25% 내외 이어야 하나, 분석부(700)를 통해 산출된 샘플 반응조(130)의 독성지수(TIS)가 50% 인 상태에서 희석 반응조(140)의 독성지수(TId)가 40% 으로 나왔다면 적은양의 시료에도 발광박테리아가 많이 사멸했다는 것으로, 시료의 독성 위험도가 매우 높은 것을 판단할 수 있다.
이와 같이, 분석부(700)는 샘플 반응조(130)의 독성지수(TIS)와 희석 반응조(140)의 독성지수(TId)의 비교를 통해 시료의 독성 위험도도 함께 평가하게 된다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 발광박테리아를 이용한 생태독성감시방법을 나타낸 순서도이다.
도 5를 통해 생태독성감시방법을 개략적으로 살펴보면, 먼저 박테리아 희석조(110)에 발광박테리아와 희석수가 혼합된 혼합액을 준비한다. 이러한 박테리아 희석조(110)는 발광박테리아 배양부(200)로부터 발광박테리아를 공급받고, 희석수 공급부(300)로부터 희석수를 공급받게 된다. (S100)
다음으로, 박테리아 희석조(110)의 혼합액을 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)로 각각 공급하게 된다. (S200)
다음으로, 미리 정해진 시간이 경과한 후, 광학 측정부(500)를 통해 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140) 내 발광박테리아의 초기 광량값을 각각 측정하게 된다. 여기서 광학 측정부(500)가 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140) 내 발광박테리아의 초기 광량값을 측정하는 미리 정해진 시간은 1분일 수 있다. 이와 같이, 각각의 반응조로부터 측정된 초기 광량값은 분석부(700)로 제공된다. (S300)
다음으로, 초기 광량값 측정 이후, 기준 반응조(120)로는 희석수를 공급하고, 샘플 반응조(130)로는 시료를 공급하며, 희석 반응조(140)로는 시료와 희석수를 미리 정해진 양으로 공급하게 된다. 이러한 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140)로 공급되는 추가적인 희석수 및 시료는 희석수 공급부(300) 및 시료 공급부(400)로부터 공급될 수 있다. (S400)
다음으로, 미리 정해진 시간이 경과한 후, 광학 측정부(500)를 통해 기준 반응조(120), 샘플 반응조(130) 및 희석 반응조(140) 내 발광박테리아의 최종 광량값을 측정하게 된다. 여기서 미리 정해진 시간은 5분일 수 있다. 이와 같이, 각각의 반응조로부터 측정된 최종 광량값은 분석부(700)로 제공된다. (S500)
마지막으로, 분석부(700)는 광학 측정부(500)를 통해 측정된 각 반응조의 초기 광량값 및 최종 광량값을 이용하여 독성지수를 산출하고, 산출된 독성지수를 통해 시료 내 독성여부를 판단하게 된다. (S600)
여기서 분석부(700)는 광학 측정부(500)를 통해 측정된 기준 반응조(120)의 초기 광량값과 최종 광량값을 통해 보정 계수를 산출하고, 산출된 보정 계수를 통해 샘플 반응조(130)와 희석 반응조(140)의 보정 광량값을 산출하여 최종적으로 샘플 반응조(130)와 희석 반응조(140)의 독성지수를 구하게 된다.
다만, 이는 본 발명의 바람직한 일실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 권리 범위가 이러한 실시예의 기재 범위에 의하여 제한되는 것은 아니다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 반응조 모듈
110: 박테리아 희석조
120: 기준 반응조
130: 샘플 반응조
140: 희석 반응조
200: 발광박테리아 배양부
300: 희석수 공급부
400: 시료 공급부
500: 광학 측정부
510: 광센서부
600: 제어부
700: 분석부
810: 케이싱
820: 모니터부
830: 폐액 보관부
1000: 생태독성감시장치
110: 박테리아 희석조
120: 기준 반응조
130: 샘플 반응조
140: 희석 반응조
200: 발광박테리아 배양부
300: 희석수 공급부
400: 시료 공급부
500: 광학 측정부
510: 광센서부
600: 제어부
700: 분석부
810: 케이싱
820: 모니터부
830: 폐액 보관부
1000: 생태독성감시장치
Claims (7)
- 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조가 구비되며, 상기 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조로 발광박테리아가 포함된 혼합액을 공급하는 박테리아 희석조가 구비된 반응조 모듈;
상기 박테리아 희석조로 시료의 독성 여부를 감지하는 발광박테리아를 공급하는 발광박테리아 배양부;
상기 박테리아 희석조, 기준 반응조 및 희석 반응조로 희석수를 공급하는 희석수 공급부;
상기 샘플 반응조와 희석 반응조로 시료를 공급하는 시료 공급부;
상기 기준 반응조와, 시료가 공급된 상기 샘플 반응조 및 희석 반응조로부터 제공되는 독성 평가 물질 내 발광박테리아의 발광량을 측정하는 광학 측정부;
상기 반응조 모듈, 발광박테리아 배양부, 희석수 공급부, 시료 공급부 및 광학 측정부의 작동을 제어하는 제어부; 및
상기 광학 측정부로부터 제공된 광량값을 기초로 시료 내 독성물질 여부를 판단하는 분석부를 포함하며,
상기 분석부는 상기 광학 측정부를 통해 측정된 상기 기준 반응조의 초기 광량값과 미리 정해진 시간이 경과한 후 측정된 최종 광량값을 통해 보정 계수를 산출하고, 산출된 상기 보정 계수를 통해 상기 샘플 반응조와 희석 반응조의 보정 광량값을 산출하도록 이루어지며,
상기 분석부는 상기 샘플 반응조의 독성지수(TIS)를 구하되, 상기 샘플 반응조의 독성지수(TIS)는, 하기 계산식 1에 따라 상기 기준 반응조의 상기 보정 계수를 구하고, 하기 계산식 2에 따라 상기 보정 계수가 적용된 상기 샘플 반응조의 보정 광량값을 구하며, 하기 계산식 3에 따라 상기 시료 공급부로부터 요구되는 시료가 상기 샘플 반응조로 주입되고, 미리 정해진 시간이 경과한 후 측정된 상기 샘플 반응조의 최종 광량값을 통해 독성지수(TIS)를 산출하도록 이루어지고,
상기 분석부는, 산출된 상기 보정 계수가 0.6 ~ 1.3 인 경우 유효하다고 판단하고, 산출된 상기 샘플 반응조의 독성지수(TIS)가 20 ~ 80% 인 경우 시료 내 독성물질이 존재하는 것으로 판단하는 것인 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치.
[계산식 1]
R0 = 박테리아 희석조로부터 기준 반응조로 공급된 혼합액의 1분 후 초기 광량값
R1 = 기준 반응조의 혼합액에 희석수가 정량 주입된 상태에서 5분 후 최종 광량값
[계산식 2]
S0 = 박테리아 희석조로부터 샘플 반응조로 공급된 혼합액의 1분 후 초기 광량값
C0 = 보정 계수
[계산식 3]
S1 = 보정 계수가 적용된 샘플 반응조의 초기 1분 후 보정 광량값
S2 = 샘플 반응조의 혼합액에 시료가 정량 주입된 상태에서 5분 후 최종 광량값
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 분석부는 상기 희석 반응조의 독성지수(TId)를 구하되,
상기 희석 반응조의 독성지수(TId)는,
하기 계산식 4에 따라 상기 기준 반응조의 상기 보정 계수가 적용된 상기 희석 반응조의 보정 광량값을 구하며,
하기 계산식 5에 따라 상기 시료 공급부와 희석수 공급부로부터 요구되는 비율로 시료와 희석수가 상기 희석 반응조로 주입되고, 미리 정해진 시간이 경과한 후 측정된 상기 희석 반응조의 최종 광량값을 통해 독성지수(TId)를 산출하는 것을 특징으로 하는 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치.
[계산식 4]
D0 = 박테리아 희석조로부터 희석 반응조로 공급된 혼합액의 1분 후 초기 광량값
C0 = 보정 계수
[계산식 5]
D1 = 보정 계수가 적용된 희석 반응조의 초기 1분 후 보정 광량값
D2 = 희석 반응조의 혼합액에 시료와 희석수가 정량 주입된 상태에서 미리 정해진 시간이 경과한 후의 최종 광량값
- 삭제
- 제3항에 있어서,
상기 분석부는,
상기 샘플 반응조의 독성지수(TIS)와 상기 희석 반응조의 독성지수(TId)의 비교를 통해 시료의 독성 위험도를 평가하는 것을 특징으로 하는 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치.
- 제3항에 있어서,
상기 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조의 최종 광량값을 측정하는 미리 정해진 시간은 5분인 것을 특징으로 하는 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치.
- (A) 박테리아 희석조에 발광박테리아와 희석수가 혼합된 혼합액을 준비하는 단계;
(B) 상기 박테리아 희석조의 혼합액을 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조로 각각 공급하는 단계;
(C) 미리 정해진 시간이 경과한 후, 광학 측정부를 통해 상기 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조 내 발광박테리아의 초기 광량값을 측정하는 단계;
(D) 초기 광량값 측정 이후, 상기 기준 반응조로는 희석수를 공급하고, 상기 샘플 반응조로는 시료를 공급하며, 상기 희석 반응조로는 시료와 희석수를 미리 정해진 양으로 공급하는 단계;
(E) 미리 정해진 시간이 경과한 후, 상기 광학 측정부를 통해 상기 기준 반응조, 샘플 반응조 및 희석 반응조 내 발광박테리아의 최종 광량값을 측정하는 단계; 및
(F) 상기 광학 측정부를 통해 측정된 각 반응조의 초기 광량값 및 최종 광량값은 분석부로 제공되고, 상기 분석부는 제1항에 따른 계산식 1 내지 3을 통해 시료 내 독성여부를 판단하는 단계를 포함하며,
상기 분석부는 상기 광학 측정부를 통해 측정된 상기 기준 반응조의 초기 광량값과 최종 광량값을 통해 보정 계수를 산출하고, 산출된 상기 보정 계수를 통해 상기 샘플 반응조와 희석 반응조의 보정 광량값을 산출하여 상기 샘플 반응조와 희석 반응조 내 독성 평가 물질에 대한 독성지수를 구하도록 이루어진 것인 발광박테리아를 이용한 생태독성감시방법.
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| KR1020230136837A KR102653250B1 (ko) | 2023-10-13 | 2023-10-13 | 발광박테리아를 이용한 생태독성감시장치 및 그를 이용한 생태독성감시방법 |
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Citations (5)
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| KR20000024848A (ko) * | 1998-10-02 | 2000-05-06 | 이종수 | 발광미생물을 이용한 수계의 독성물질 연속감시방법 및 이를 위한 연속감시용 키트 |
| KR20010028287A (ko) * | 1999-09-20 | 2001-04-06 | 구자홍 | 발광 미생물을 이용한 독성 분석기기 및 독성 분석방법 |
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-
2023
- 2023-10-13 KR KR1020230136837A patent/KR102653250B1/ko active
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