KR20060025792A - System for measuring number of bacteria in sample water and method of forming a device for the system - Google Patents

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KR20060025792A
KR20060025792A KR1020040074608A KR20040074608A KR20060025792A KR 20060025792 A KR20060025792 A KR 20060025792A KR 1020040074608 A KR1020040074608 A KR 1020040074608A KR 20040074608 A KR20040074608 A KR 20040074608A KR 20060025792 A KR20060025792 A KR 20060025792A
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sample
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정세채
전병혁
박미라
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한국표준과학연구원
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Abstract

세균 수 검출이 가능한 수질 측정 시스템 및 그 핵심 디바이스 형성 방법이 개시된다.A water quality measurement system capable of detecting bacterial counts and a method for forming the core device thereof are disclosed.

본 발명 수질 측정 시스템은 유리기판을 펨토초 레이저로 미세가공하여 접합시킨 프로토타입의 디바이스를 중심으로 이루어지며, 가공된 검출용 디바이스에 시료를 주입하는 펌프(10)와, 세균 검출을 위한 광원으로 다이오드 레이저(11)를 사용하고 레이저 광원에 의한 세균의 신호을 측정하는 광검출기로서 PMT (Photo Multiplier Tube)(12)와 측정된 신호를 이용하여 연산을 수행하는 마이크로프로세서(13)를 구비하여 이루어진다. The water quality measurement system of the present invention consists of a prototype device in which a glass substrate is microfabricated and bonded with a femtosecond laser, a pump 10 for injecting a sample into a processed detection device, and a diode as a light source for bacterial detection. A photodetector using a laser 11 and measuring a signal of bacteria by a laser light source is provided with a photo multiplier tube (PMT) 12 and a microprocessor 13 for performing calculations using the measured signal.

본 발명은 의료분야에서 응용되고 있는 미세유체학(microfluidics) 기반 기술을 세균수 검출용 디바이스 개발에 도입함으로써, 측정시스템의 집적화로 인한 소형화 및 이동의 용이성을 가지며, 장시간 동안 성능을 유지한 체 동작할 수 있도록 유리 기판을 이용하는 장점이 있다.  The present invention introduces microfluidics-based technology, which is applied in the medical field, to the development of a device for detecting bacterial counts, thereby miniaturization and movement due to the integration of a measurement system, and maintains performance for a long time. There is an advantage of using a glass substrate to be able.

펨토초 레이저, 수질 분석, 세균 검출Femtosecond laser, water quality analysis, bacterial detection

Description

세균 수 검출이 가능한 수질 측정 시스템 및 이를 위한 디바이스 형성 방법 {System for measuring number of bacteria in sample water and method of forming a device for the system} System for measuring number of bacteria in sample water and method of forming a device for the system

도1은 본 발명의 디바이스 형성을 위한 레이저 가공 장치에 대한 구성도,1 is a block diagram of a laser processing apparatus for forming a device of the present invention;

도2는 본 발명의 디바이스 구조 및 그 형성 방법을 개략적으로 나타내는 설명도,2 is an explanatory diagram schematically showing a device structure of the present invention and a method of forming the same;

도3은 본 발명의 세균 수 검출이 가능한 수질 측정 시스템 구성을 개략적으로 나타내는 구성도,3 is a schematic view showing the configuration of a water quality measurement system capable of detecting the number of bacteria of the present invention;

도4는 본 발명 시스템을 이용한 표준시료의 측정 결과 그래프,Figure 4 is a graph of the measurement result of the standard sample using the system of the present invention,

도5는 도4의 측정 결과를 통해 세균 수 수준을 알 수 있도록 얻어진 분석 그래프Figure 5 is an analysis graph obtained to know the number of bacteria through the measurement result of Figure 4

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 컴퓨터1: computer

2 : 펨토초레이저2: femtosecond laser

3 : 갈바노 스캐너 31: 콘트롤러 32: 반사경3: galvano scanner 31: controller 32: reflector

4,5,6 : 유리기판 51: 채널 53,55: 시료 통로 57: 광통로4,5,6: glass substrate 51: channel 53,55: sample passage 57: optical path

7 : 광섬유7: optical fiber

8 : 캐피러리(Capillary)8: Capillary

9 : 측정용 디바이스9 device for measurement

10 : 시료 공급부 101: 실린지 103: 마이크로 펌프10: sample supply unit 101: syringe 103: micro pump

11 : 다이오드 레이저11: diode laser

12 : PMT (Photo Multiplier Tube)12: PMT (Photo Multiplier Tube)

13 : 마이크로프로세서13: microprocessor

본 발명은 수질 측정 시스템 및 이에 사용되는 디바이스의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용수 내의 세균 수를 측정할 수 있는 수질 측정 시스템 및 이에 사용되는 디바이스 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a water quality measurement system and a method for forming a device used therein, and more particularly, to a water quality measurement system capable of measuring the number of bacteria in water and a device formation method used therein.

단체급식이나 학교급식 시설에서의 식품 안정성 검사에 대한 요구와 규제는 더욱 강화되고 있다. 그러나, 현재 많은 급식시설 보유기관이나 업체에서는 적정한 비용으로 효율적인 검사를 수행할 수 있는 검사방법이나 그에 필요한 검사장치가 개발되지 않아 사전검사가 이루어지지 않는 경우가 많다. The demands and restrictions on food safety testing in group and school meal facilities are becoming stronger. However, at present, many catering establishments or companies do not have a pre-inspection because an inspection method or an inspection apparatus that can perform an efficient inspection at an appropriate cost has not been developed.

또한, 현대의 양돈산업 및 기타 축산산업에서의 수질 관리, 특히 위해요소 관리는 대단히 중요한 사항이다. 물에 대한 위해요소는 크게 미생물학적인 요소와 화학적인 요소로 분류될 수 있다. 가축에게 해를 줄 수 있는 병원체의 원천으로 가장 흔한 것은 분변이다. 기본적으로 축산가에서는 분변에 오염되지 않는 급수가 이 루어져야 하며, 이를 위해 가축들이 먹는 물이 분변에 오염되지 않았음을 확인할 수 있는 수단이 요구되고 있다. In addition, water quality management, particularly risk management, is important in modern hog and other livestock industries. Hazards to water can be broadly classified into microbiological and chemical factors. Feces are the most common source of pathogens that can harm livestock. Basically, livestock farmers need to provide water that is not contaminated with feces, and for this purpose, a means of confirming that the water consumed by livestock is not contaminated with feces is required.

분변을 통해 전염될 수 있는 모든 가축 병원체를 수질검사용 물 샘플로 검사할 수는 있지만 그 비용은 매우 비싸다. 통상, 분변에 오염된 물은 대장균, 장내세균, 분변 연쇄상구균 등을 함유하고 있다. 이런 세균들은 집합적으로 분변의 지표로 알려져 있다. 따라서, 수질검사로서 분변의 지표에 대한 검사를 하게 되면 물이 분변에 오염되었는지 여부를 알 수 있다. 전형적으로, 농장에서 사용하고 있는 물에 대해서는 전체적인 수질과 분변에 의한 오염정도를 알려주는 평가로서 총 미생물수에 대한 평가가 이루어져야 한다. 또한, 이러한 평가가 이루어지는 경우에도 속성검사가 절대적으로 요청된다. All livestock pathogens that can be transmitted through feces can be tested with a water sample, but the cost is very high. Normally, water contaminated with feces contains E. coli, enterobacteria, fecal streptococci, and the like. These bacteria are collectively known as indicators of feces. Therefore, the water quality test to check the indicator of the feces can determine whether the water is contaminated with feces. Typically, water used in farms should be evaluated for total microbial counts as an assessment of overall water quality and fecal contamination. In addition, even when such an evaluation is made, an attribution test is absolutely required.

그리고, 집단 거주시설의 급격한 증가로 저수탱크에 대한 의존성이 심화되고 있다. 미생물 의한 음용수 오염에 대해서는 국민 안전 보장측면에서 국가적 차원에서의 적정한 음용수 오염도 측정기술개발이 시급히 요청되고 있다.In addition, the dependence on the storage tank is deepening due to the rapid increase in the group accommodation. As for microbial drinking water pollution, it is urgently required to develop appropriate drinking water pollution measurement technology at the national level in terms of national security.

그런데, 용수에 대한 오염도 측정, 기타 수질 분석은 현재 중앙 집중화된 형태로 이루어지고 있다. 이런 형태의 측정, 분석 환경에서는 용수 수질검사나 용수 내의 유기물검출에 5일 이상 장시간의 반응시간이 요구되고 있다. 그리고, 이런 작업은 연구실 형태의 측정시스템에서 이루어지고 있다. 따라서, 실시간 측정 및 원격 모니터링 시스템의 구현이 불가능하다는 문제가 있다. However, water pollution measurement and other water quality analysis are now in a centralized form. In this type of measurement and analysis environment, a reaction time of 5 days or longer is required for water quality inspection and organic matter detection in the water. And this work is being done in laboratory-type measurement systems. Therefore, there is a problem that it is impossible to implement a real-time measurement and remote monitoring system.

한편, 기존에 사용되는 수질 측정용 디바이스는 수지 제품을 사용하였는데 이들은 내구성이 떨어져 일회용으로 사용되거나 혹은 짧은 기간 동안만 사용되어 수질 측정의 비용을 증가시키는 문제가 있다.On the other hand, the water quality measurement device used in the past used a resin product, they have a problem of increasing the cost of water quality measurement because it is used for a single use or only for a short period of durability is poor.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 아파트 등 집단거주시설 및 단체 급식이나 학교급식 시설 등의 상수원 수질 오염사고의 예방을 위한 음용수의 실시간 예비 실험 검사 및 감시를 가능하게 하는 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템 및 이에 사용되는 디바이스의 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, bacterial water detection and water quality that enables the real-time preliminary experimental test and monitoring of drinking water for the prevention of water pollution accidents such as group residential facilities, such as apartments and group meals or school meal facilities It is an object to provide a method of forming a measuring system and a device used therein.

본 발명은 또한, 오수 및 축산 폐수의 처리에 관한 오폐수시설에 부가되어, 방출되는 오폐수가 법률적 기준에 적당한가를 적은 비용으로 실시할 수 있는 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템 및 이에 사용되는 디바이스의 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention also provides a bacterial water detection and water quality measurement system and a device for use in addition to a wastewater facility relating to the treatment of sewage and livestock wastewater, which can be carried out at a low cost whether the discharged wastewater meets legal standards. It is an object to provide a method.

본 발명은 수질의 오염물질에 대한 시료채취 및 그 분석방법 등에 있어 소단위 집단의 간이한 측정을 통해서도 검사의 신뢰성을 확보할 수 있어서 일반인이 손쉽게 사용할 수 있는 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템 및 이에 사용되는 디바이스 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention can secure the reliability of the test even through the simple measurement of the sub-unit population in the sampling and analysis method of water pollutants, and the bacteria number detection and water quality measurement system that can be easily used by the general public, and It is an object to provide a device forming method.

상기 목적을 달성하기 위한 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템은, 유리 기판에 적어도 채널과 그 채널 특정 구간에 광원의 빛을 유도하도록 광통로가 형성되어 이루어지는 측정용 디바이스, 상기 디바이스의 광통로에 빛을 공급하는 광원, 상기 디바이스의 채널에 시료를 공급하는 시료 공급부, 상기 채널 특정 구간을 관찰하여상기 광원에서 조사된 빛에 세균이 작용하여 발생시키는 세균 신호를 측정하고 이 를 전기적 신호로 바꾸어 출력하는 광검출기, 상기 전기적 신호를 처리하여 세균 수를 결정하는 프로세서를 구비하여 이루어진다.Bacterial number detection and water quality measurement system for achieving the above object is a measuring device in which a light path is formed so as to guide the light of the light source in at least a channel and the channel specific section of the glass substrate, the light path of the device A light source for supplying a light source for supplying a sample to a channel of the device, a sample supply unit for supplying a sample to a channel of the device, and measuring a bacterial signal generated by the action of bacteria on the light emitted from the light source, and converting the light into an electrical signal and outputting the light. And a processor for processing the electrical signal to determine the number of bacteria.

본 발명에서 측정용 디바이스는 채널 양단과 연결되도록 유리 기판에 형성된 입구측 시료 통로 및 출구측 시료 통로를 별도로 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 각 시료 통로는 시료 공급부와 캐피러리(Capillary)를 통해 연결되므로 통상, 채널의 크기보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 광통로도 광원의 빛을 유도하기 위해 광섬유가 내장되는 경우를 상정할 때 채널의 크기보다 크게 형성됨이 일반적이다. In the present invention, the measuring device preferably has an inlet sample passage and an outlet sample passage formed in the glass substrate so as to be connected to both ends of the channel. In addition, since each sample passage is connected through a sample supply unit and a capillary, it is generally preferable that the sample passage be larger than the size of the channel. Similarly, the optical path is generally formed larger than the channel size when the optical fiber is embedded to guide the light of the light source.

본 발명에서 광검출기로는 PMT(Photomultiplier tube)를 사용할 수 있다. PMT는 일반적으로 포토캐소드라는 광센서를 포함하는 유리 진공 튜브로, 광센서가 받는 수광량에 따라 전자를 발생시킨다. 이 전자들은 이차 방사 과정을 거쳐 전기적 아날로그 신호로 변환되고, 이 신호는 다시 디지털 신호로 바꾸어 출력된다.In the present invention, a photomultiplier tube (PMT) may be used as the photodetector. PMT is a glass vacuum tube that generally includes an optical sensor called a photocathode and generates electrons according to the amount of light received by the optical sensor. These electrons are converted to an electrical analog signal through a secondary radiation process, which is converted back into a digital signal and output.

본 발명에서 시료 공급부는 마이크로 실린지와 이 마이크로 실린지에 결합된 마이크로 펌프를 구비하여 이루어짐이 통상적이다. 또한, 마이크로 펌프는 본 발명의 프로세서와 연결되어 그 배출량이 조절될 수 있도록 구성됨이 바람직하다.In the present invention, the sample supply unit is typically provided with a micro syringe and a micro pump coupled to the micro syringe. In addition, the micro pump is preferably configured to be connected to the processor of the present invention so that its discharge can be adjusted.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템의 측정용 디바이스 형성 방법은, 기판에 형성될 채널과 광통로를 포함하는 구조체의 위치 및 크기를 컴퓨터에 프로그램 형태로 입력시키고, 스테이지에 유리 기판을 놓고, 펨토초 레이저를 가동하면서, 컴퓨터와 연결된 출력장치로서의 갈바노메터 조절기에 컴퓨터에서 프로그램에 따른 동작 신호를 주어 갈바노메터를 동작시켜 유리 기 판을 가공하는 형태로 이루어진다. On the other hand, in order to achieve the above object, a method for forming a device for detecting a bacterial number and measuring a water quality measurement system includes inputting a position and a size of a structure including a channel and an optical path to be formed on a substrate into a computer, The glass substrate is placed, and the femtosecond laser is operated while the galvanometer is operated by giving a program operation signal from the computer to the galvanometer regulator as an output device connected to the computer to operate the glass substrate.

이때 유리 기판 상의 채널 등 각 구조체는 기판 특정 부위에 레이저 빔을 조사하여 융발시킴으로써 그루브(groove)를 형성하는 방법으로 형성된다. 각 구조체의 너비와 깊이는 서로 다를 수 있으므로 영역에 따라서는 레이저 빔 조사를 같은 위치에서 혹은 위치를 바꾸어가면서 반복할 수 있다.At this time, each structure such as a channel on the glass substrate is formed by a method of forming a groove by irradiating a laser beam to a specific portion of the substrate to make a groove. Since the width and depth of each structure can be different, the laser beam irradiation can be repeated at the same position or changing positions depending on the area.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명의 디바이스 형성을 위한 레이저 가공 장치의 일 실시예에 대한 구성도이고, 도2는 본 발명의 디바이스 구조 및 그 형성 방법을 개략적으로 나타내는 설명도이다. ,FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a laser processing apparatus for forming a device of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the device structure of the present invention and a method of forming the same. ,

본 발명 방법에 필요한 제조 기술 혹은 제조 단계는 크게 세 가지로 나눌 수 있다. 그 첫째가 펨토초레이저를 이용하여 유리기판 표면에 미세가공을 실시하는 것이다. 둘째가 채널과 이어지는 입구측 시료 통로 및 출구측 시료 통로에 시료 투입, 배출용 캐피러리(capillary) 및 광섬유를 연결하는 것이다. 그리고, 세번째는 채널이 형성된 유리기판 위에 다른 유리기판을 덮어 결합시키고, 패키징하는 단계이다.The manufacturing techniques or manufacturing steps required for the method of the present invention can be divided into three broad categories. The first is to perform fine processing on the surface of the glass substrate using a femtosecond laser. The second is to connect the capillary and the optical fiber for the sample input and discharge to the inlet and outlet sample passage leading to the channel. And, the third step is to cover and combine the other glass substrate on the glass substrate on which the channel is formed, packaging.

도1을 참조하여 본 발명의 디바이스 형성의 첫번째 단계를 살펴보면, 본 발명 디바이스 제작을 위한, 펨토초 레이저를 이용한 디바이스 가공 장치는 펨토초 레이저(2), 레이저 빔의 경로를 바꾸어주는 반사경(32) 및 콘트롤러(31)를 통상 구비하여 이루어지는 갈바노 스캐너(3), 디자인된 형태에 따라 갈바노 스캐너를 조절 하여 레이저 빔의 궤적을 조절하는 컴퓨터(1)를 구비하여 이루어진다. Referring to the first step of forming a device of the present invention with reference to Figure 1, a device processing apparatus using a femtosecond laser for fabricating the present invention, the femtosecond laser (2), the reflector 32 for changing the path of the laser beam and the controller The galvano scanner 3 which is usually provided with 31 is provided, and the computer 1 which adjusts the trajectory of a laser beam by adjusting a galvano scanner according to the designed form.

도1과 같은 가공 장치의 별도로 마련된 스테이지 등에 유리기판(4)이 놓여진다. 컴퓨터(1)에 CAD(computer aided disign) 등의 프로그램으로 그려진, 디바이스의 각 구조체는 도면을 그리는 출력 명령과 같은 컴퓨터 신호에 따라 움직이는 레이저 빔을 통해 유리기판(4) 상에 구현된다. 즉, 컴퓨터(1) 신호가 콘트롤러(31)로 가면, 콘트롤러는 갈바노메터(3)의 반사경(32)을 조절하는 조절신호를 낸다. 갈바노메터(3)에서는 평면상의 x축과 y축 조절을 담당하는 각 축 조절기가 조절신호를 받아 반사경(32)을 움직인다. The glass substrate 4 is placed on a separately provided stage of the processing apparatus as shown in FIG. Each structure of the device, drawn in the computer 1 with a program such as computer aided disign (CAD), is embodied on the glass substrate 4 via a laser beam moving in accordance with a computer signal such as an output command for drawing. That is, when the computer 1 signal goes to the controller 31, the controller sends an adjustment signal for adjusting the reflector 32 of the galvanometer 3. In the galvanometer (3), each axis controller responsible for the x-axis and y-axis adjustment on the plane receives the control signal to move the reflector (32).

반사경(32)의 움직임은 레이저 빔의 유리기판(4) 상의 조사 위치를 결정한다. 따라서, 레이저 빔 가공에 의해 유리기판(4)에는 유리 표면의 융발이 이루어지고, CAD로 미리 그려진 것과 같은 디바이스의 그루브형 구조체가 형성된다. The movement of the reflector 32 determines the irradiation position of the laser beam on the glass substrate 4. Therefore, the glass substrate 4 is fused on the glass substrate 4 by laser beam processing, and the groove-like structure of the device as previously drawn by CAD is formed.

도1 및 도2를 참조하면, 펨토초 레이저(2)의 초점 크기는 수 마이크로미터까지 가능하고 따라서 유리기판(5)에 형성될 그루브의 폭도 수 마이크로미터가 될 수도 있다. 그러나, 세균의 크기를 감안하고, 시료가 채널(51)에서 쉽게 흐를 수 있는 크기를 감안하여 디바이스의 채널 크기는 10 마이크로미터 이상 100 마이크로 미터 이하로 형성하는 것이 바람직하다. 1 and 2, the focal size of the femtosecond laser 2 may be up to several micrometers, and thus the width of the grooves to be formed on the glass substrate 5 may be several micrometers. However, in consideration of the size of the bacteria, and in consideration of the size of the sample can easily flow in the channel 51, it is preferable to form the channel size of the device to 10 micrometers or more and 100 micrometers or less.

한편, 이때 만들어지는 시료 통로(53,55) 및 광통로(57)는 그 입구에 연결되는 캐피러리(8)나 광섬유(7)의 크기를 감안하여 100 내지 수백 마이크로 미터가 될 수 있다. 초점 크기가 수 마이크로미터에 불과한 레이저 빔을 가지고 이런 폭의 구조체를 만들기 위해서는 유리기판(5)을 가공하는 레이저 빔을 동일한 위치에서 반 복하여 지나도록 하거나 미세거리 이동한 상태에서 반복하여 지나도록 할 수 있다. Meanwhile, the sample passages 53 and 55 and the optical path 57 formed at this time may be 100 to several hundred micrometers in consideration of the size of the capillary 8 or the optical fiber 7 connected to the inlet. To make this structure with a laser beam with a focal size of only a few micrometers, the laser beam for processing the glass substrate 5 must be passed repeatedly at the same position or repeatedly at a fine distance shift. Can be.

채널의 폭과 깊이는 레이저 빔이 지나는 횟수를 증가시켜 적절한 크기를 가지도록 할 수 있다. 이렇게 만들어진 구조체를 가진 유리기판(5)에서 채널(51) 등에는 표면 처리를 통해 친수성기를 도입하는 개질 과정 등이 별도로 이루어질 수 있다. The width and depth of the channel can be increased to the appropriate size by increasing the number of times the laser beam passes. In the glass substrate 5 having the structure thus made, the channel 51 and the like may be separately modified to introduce a hydrophilic group through surface treatment.

도2를 참조하면, 상술한 것과 같이 가공된 유리기판(5) 위에 별도의 유리기판(6)를 맞대어 접합시킨 후 시료의 입구측 및 출구측 통로(53,55)가 막힘 없이 시료가 용이 하게 흐르도록 캐피러리(capillary:8)가 접합된다. 접합을 위해 용접이 이용될 수도 있으나, 통상 접착재가 이용된다. Referring to FIG. 2, after the glass substrate 6 is bonded to each other on the glass substrate 5 processed as described above, the sample is easily blocked without blocking the inlet and outlet passages 53 and 55 of the sample. Capillary 8 is joined to flow. Welding may be used for the joining, but usually an adhesive is used.

또한, 시료에서 세균이 광원의 빛을 받아 형광 혹은 산란광에 의한 세균 신호를 내도록 532 nm의 다이오드 레이저 빔을 유도하는 단일모드형 광섬유(7)가 광통로(57)에 삽입되고 접착된다. 이로써 측정용 디바이스가 만들어지게 된다. In addition, a single mode optical fiber 7 for guiding a diode laser beam of 532 nm so that the bacteria in the sample receives the light of the light source and emits a bacterial signal by fluorescence or scattered light is inserted into and adhered to the optical path 57. This creates a measuring device.

두 개의 유리기판(5,6)을 맞대어 접합시키는 과정과 유리기판(5,6)에 캐피러리(8)나 광섬유(7)를 접속시키는 과정은 순서가 바뀌어 이루어질 수도 있다. The process of bonding the two glass substrates 5 and 6 to each other and bonding the capillary 8 or the optical fiber 7 to the glass substrates 5 and 6 may be performed in a different order.

도3은 본 발명의 세균 수 검출이 가능한 수질 측정 시스템 구성을 개략적으로 나타내는 구성도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing the configuration of a water quality measurement system capable of detecting the number of bacteria of the present invention.

도2 및 도3을 함께 참조하여 설명하면, 측정용 디바이스의 광경로 입구에서 인입된 광섬유는 한 끝단에서 채널과 만나 T자형 부분을 형성한다. 도2와 같이 형성된 측정용 디바이스(9)에 대해 디바이스에 형성된 채널(51)과 광통로(57)가 만나는 위치에 형성되는 T자형 부분에서 광검출기(PMT:12)는 수직한 위쪽에 설치된다. 즉, 광검출기는 시료를 여기시키는 빛이 조사되는 방향과 대략 직각을 이루도록 놓이게 된다. Referring to FIGS. 2 and 3 together, the optical fiber introduced at the optical path inlet of the measuring device meets a channel at one end to form a T-shaped portion. In the T-shaped portion formed at the position where the channel 51 and the optical path 57 formed in the device meet with respect to the measuring device 9 formed as shown in FIG. . That is, the photodetector is placed so as to be substantially perpendicular to the direction in which the light that excites the sample is irradiated.

측정용 디바이스(9)의 입구측 통로(53)에 접속된 캐피러리(8)의 다른 한 끝단은 시료 공급부(10)의 마이크로 실린지(101)와 연결되어 있다. 마이크로 실린지(101)는 결합된 마이크로 펌프(103)의 유량 조절에 의해 측정용 디바이스(9)의 채널(51)로 시료를 공급하게 된다. 그리고 시료는 채널(51)이 광통로(57)와 만나 측정이 이루어지는 구간을 거쳐 출구측 시료 통로(55)의 캐피러리를 통해 배출된다. The other end of the capacitor 8, which is connected to the inlet passage 53 of the measuring device 9, is connected to the micro syringe 101 of the sample supply part 10. The micro syringe 101 supplies the sample to the channel 51 of the measuring device 9 by adjusting the flow rate of the coupled micro pump 103. The sample is discharged through the capillary of the outlet sample passage 55 through the section where the channel 51 meets the optical path 57 and is measured.

광검출기는 고압 전원과 연결되어 있고, 관찰 부분에서 검출되는 세균 신호를 인식하여 전기 신호로 출력한다. 광검출기로는 PMT(Photomultiplier tube)가 사용된다. PMT는 일반적으로 포토캐소드라는 광센서를 포함하는 유리 진공 튜브로, 광센서가 받는 수광량에 따라 전자를 발생시킨다. 이 전자들은 이차 방사 과정을 거쳐 전기적 아날로그 신호 혹은 이 아날로그 신호를 변환시킨 디지털 신호를 출력한다. The photodetector is connected to a high voltage power source, and recognizes the bacterial signal detected in the observation portion and outputs it as an electrical signal. Photomultiplier tube (PMT) is used as the photodetector. PMT is a glass vacuum tube that generally includes an optical sensor called a photocathode and generates electrons according to the amount of light received by the optical sensor. These electrons go through a secondary radiation process and output an electrical analog signal or a digital signal converted from the analog signal.

출력된 신호는 통상의 신호 변환기, 신호 확대기, 신호 비교기 등으로 이루어진 신호 조작부를 거쳐 계수기로 투입된다. 계수기는 도4와 같이 일정한 스레숄드(threshold) 전압 이상의 전압 피크가 나타나면 이를 하나의 세균으로 인식하여 그 수를 누적시켜 세균의 수를 측정한다. The output signal is input to the counter via a signal operating section consisting of a conventional signal converter, a signal expander, a signal comparator, and the like. As shown in FIG. 4, when a voltage peak equal to or greater than a predetermined threshold voltage is recognized as one bacterium, the counter accumulates the number and measures the number of bacteria.

측정된 세균의 수는 마이크로프로세서(13)로 입력되어 일정 시간동안 흘러간 시료의 양을 감안하여 단위 시료량당 세균수를 결정한다. 일정 시간동안 흘러간 시 료의 양을 조절하기 위해 마이크로프로세서(13)는 시료 공급부(10)의 마이크로 펌프(103)와 연결되는 것이 바람직하다. 즉, 마이크로 펌프(103)는 마이크로프로세서(13)와 연결되어 그 배출량이 조절될 수 있도록 구성됨이 바람직하다.The number of bacteria measured is input to the microprocessor 13 to determine the number of bacteria per unit sample amount in consideration of the amount of sample that flows for a certain time. In order to control the amount of sample flowing for a certain time, the microprocessor 13 is preferably connected to the micro pump 103 of the sample supply unit 10. That is, the micro pump 103 is preferably configured to be connected to the microprocessor 13 so that its discharge can be adjusted.

광검출기에서 세균 신호를 포착하는 방법을 좀 더 설명하면, 먼저, 흘러가는 시료에 광섬유(7)를 통해 다이오드 레이저(11)에서 유도된 레이저 광이 조사된다. 이 레이저 광에 대하여 자체 형광물질을 지닌 세균은 형광을 발하고, 광검출기는 이 형광을 검출하게 된다. 광검출기는 광을 받아 자신의 특성화된 빛을 내지 못하는 세균의 입자성 성분에 대해서는 산란광을 측정함으로써 시료속에 들어있는 세균의 수를 정량적으로 측정 가능하도록 제작될 수 있다. 또한 형광의 특성을 구별할 수 있다면, 세균의 종류별 수치를 얻어내는 것도 가능하다.The method of capturing the bacterial signal in the photodetector will be described further. First, the laser beam guided by the diode laser 11 is irradiated to the flowing sample through the optical fiber 7. Bacteria having their own fluorescent material fluoresce the laser light, and the photodetector detects the fluorescence. The photodetector may be manufactured to measure quantitatively the number of bacteria contained in the sample by measuring scattered light with respect to particulate components of bacteria that do not receive their own light. In addition, if the characteristics of fluorescence can be distinguished, it is also possible to obtain a numerical value for each type of bacteria.

도5는 도4의 본 발명 시스템의 측정 결과를 통해 세균 수 수준을 알 수 있도록 얻어진 분석 그래프이다. FIG. 5 is an analysis graph obtained to determine the bacterial number level through the measurement result of the system of FIG. 4.

이 그래프는 세 가지 농도를 가진 표준시료에 대해 시간당 흘러간 시료량을 바꾸면서 시간당 세균 신호수를 측정한 결과를 나타내고 있으며, 이들 각각은 선형 관계임을 나타낸다. 이 결과는 본 발명 시스템의 정량적 측정의 신뢰성 및 측정 가능한 농도범위를 보여주고 있다. This graph shows the results of measuring bacterial signals per hour by varying the sample volume per hour for a standard sample with three concentrations, each representing a linear relationship. This result shows the reliability and measurable concentration range of the quantitative measurement of the system of the present invention.

좀 더 부연하면, 그래프의 가로축에는 시간당 흘러간 시료량이 표시되고, 세로축에는 시간당 세균 신호수가 표시된다. 따라서, 동일한 시료에 대한 세로축 량과 가로축 량의 관계는 정비례 관계가 되고, 이론상 일정한 기울기를 가지게 된다. 그 기울기는 세로축 량을 가로축 량으로 나눈 것이므로 시료량당 세균 신호수가 되어 시료의 세균 밀도를 나타낸다. More specifically, the horizontal axis of the graph shows the amount of sample flowing per hour, and the vertical axis shows the number of bacterial signals per hour. Therefore, the relationship between the amount of longitudinal axis and the amount of abscissa with respect to the same sample becomes a directly proportional relationship, and theoretically has a constant slope. Since the slope is the amount of vertical axis divided by the amount of horizontal axis, it becomes the number of bacteria signals per sample, indicating the bacterial density of the sample.

본 발명에 따르면, 측정용 디바이스가 저가로 생산되어 내구적으로 사용될 수 있으므로 적은 비용으로 세균 수 검사가 필요한 각 사업장이나 농장에서 실시간 수질 측정이 이루어질 수 있다. 이런 실시간 수질 검사와 감시는 수질 위해요소의 안정적 관리를 위해 필수적이다. According to the present invention, since the measuring device can be produced at low cost and used durably, real-time water quality measurement can be made at each workplace or farm where bacterial count testing is required at a low cost. This real-time water quality inspection and monitoring is essential for the stable management of water quality hazards.

본 발명은 의료분야에서 응용되고 있는 미세유체학(microfluidics) 기반 기술을 세균수 검출용 디바이스 개발에 도입함으로써, 측정시스템의 집적화로 인한 소형화 및 이동의 용이성을 가지며, 장시간 동안 성능을 유지한 체 동작할 수 있는 유리 기판을 이용하여 염가의 수질 측정을 가능하게 한다는 장점이 있다.  The present invention introduces microfluidics-based technology, which is applied in the medical field, to the development of a device for detecting bacterial counts, thereby miniaturization and movement due to the integration of a measurement system, and maintains performance for a long time. There is an advantage in that it is possible to measure inexpensive water quality by using a glass substrate.

또한, 본 발명 방법에 따른 디바이스를 이용한 측정시스템에 유,무선 통신모듈을 부착시켜 원격지에서 모니터링이 가능하게 되어, 특히, 중앙통제실과 같은 감시 시스템을 요하는 곳에서는 원격모니터링이 용이하게 이루어질 수 있다.In addition, by attaching a wired or wireless communication module to the measurement system using the device according to the method of the present invention, it is possible to monitor at a remote location, and in particular, remote monitoring can be easily performed where a monitoring system such as a central control room is required. .

그리고, 기존의 수질 분석 방법이 유기물에 의해서 물이 오염되는 정도를 DO, BOD, COD 등을 측정하여 판정하기 위해 시료를 장기간 방치시킴에 비해 본 발명의 시스템은 실시간으로 직접적으로 세균수를 측정할 수 있다.
And, compared to the existing water quality analysis method to leave the sample for a long time to determine the degree of water contamination by organic matter by measuring DO, BOD, COD, etc. The system of the present invention can directly measure the number of bacteria in real time Can be.

Claims (9)

유리 기판에 적어도 채널과 그 채널 특정 구간에 광원의 빛을 유도하도록 광통로가 형성되어 이루어지는 측정용 디바이스, A measuring device in which a light path is formed on the glass substrate so as to guide light of a light source in at least a channel and a specific region of the channel, 상기 디바이스의 광통로에 빛을 공급하는 광원, A light source for supplying light to the optical path of the device, 상기 디바이스의 채널에 시료를 공급하는 시료 공급부, A sample supply unit supplying a sample to a channel of the device, 상기 채널 특정 구간을 관찰하여 상기 광원에서 조사된 빛에 세균이 작용하여 발생시키는 세균 신호를 측정하고 이를 전기적 신호로 바꾸어 출력하는 광검출기,A photodetector for observing the channel specific section to measure a bacterial signal generated by the action of bacteria on the light irradiated from the light source, and converting it into an electrical signal and outputting the same; 상기 전기적 신호를 처리하여 세균 수를 결정하는 프로세서를 구비하여 이루어지는 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템.And a processor for determining the number of bacteria by processing the electrical signal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 측정용 디바이스에는 상기 채널 양단과 연결되도록 상기 유리 기판에 형성된 입구측 시료 통로 및 출구측 시료 통로를 별도로 구비하며, The measuring device is provided with an inlet side sample passage and an outlet side sample passage formed in the glass substrate so as to be connected to both ends of the channel, 상기 각 시료 통로는 시료 공급부와 캐피러리(Capillary)를 통해 연결될 수 있도록 상기 채널의 크기보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템.Wherein each sample passage is formed larger than the size of the channel so as to be connected through a sample supply unit and a capillary. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광통로에는 상기 광원의 빛을 유도하기 위한 광섬유가 설치되고, The optical path is provided with an optical fiber for inducing light of the light source, 상기 광섬유의 한 끝단은 레이저 장치와 연결됨을 특징으로 하는 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템.One end of the optical fiber is connected to a laser device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광검출기로는 PMT(Photomultiplier tube)가 사용됨을 특징으로 하는 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템.Photomultiplier tube (PMT) is used as the photodetector, characterized in that the bacterial number detection and water quality measurement system. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 시료 공급부는 마이크로 실린지와 상기 실린지와 결합된 마이크로 펌프를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템.The sample supply unit comprises a micro syringe and a micro pump coupled to the syringe, characterized in that the bacteria number detection and water quality measurement system. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마이크로 펌프는 상기 마이크로프로세서와 연결되어 그 배출량이 조절될 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템.The micro-pump is connected to the microprocessor and configured to control its discharge rate, the bacterial count detection and water quality measurement system. 기판에 형성될 채널과 광통로를 포함하는 구조체의 위치 및 크기를 컴퓨터에 프로그램 형태로 입력시키고, Programmatically inputs the position and size of the structure including the channel and the optical path to be formed on the substrate into a computer, 일정 영역에 유리 기판을 놓고, 펨토초 레이저를 가동하면서, 컴퓨터와 연결된 출력장치로 갈바노메터를 동작시켜 상기 유리 기판을 가공하는 것을 특징으로 하는 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템의 측정용 디바이스 형성 방법. A method of forming a device for measuring bacterial counts and water quality measurement systems, comprising: placing a glass substrate in a predetermined area, operating a femtosecond laser, and operating the galvanometer with an output device connected to a computer to process the glass substrate. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 유리 기판 상의 각 구조체는 펨토초 레이저 빔을 받아 융발함으로서 그루브(groove)를 형성하는 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템의 측정용 디바이스 형성 방법. Each structure on the glass substrate is formed by a method of forming a groove by receiving a femtosecond laser beam and blasting it. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 각 구조체는 형성될 너비와 깊이에 따라 상기 펨토초 레이저 빔 조사를 같은 위치에서 혹은 위치를 바꾸어가면서 반복하여 형성함을 특징으로 하는 세균 수 검출 및 수질 측정 시스템의 측정용 디바이스 형성 방법. Wherein each structure repeatedly forms the femtosecond laser beam irradiation at the same position or while changing positions according to the width and depth to be formed.
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