KR20150051456A - Device and method for detecting of bio-aerosol - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서에 기재된 내용은 바이오에어로졸을 검출하는 검출장치 및 검출 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a detection device and a detection method for detecting a bio aerosol.
대기 중에는 공기 외에 다양한 미세물질들이 존재하며, 이 중에는 곰팡이, 박테리아, 꽃가루 등과 같은 생물학적 기원의 입자, 즉 바이오에어로졸이 포함된다. 대기 중에 존재하는 바이오에어로졸은 실내 및 실외 환경에서 다양한 타입의 발생원으로부터 배출된다. In the atmosphere, there are a variety of micro-materials besides air, including bio-aerosols, such as fungi, bacteria, pollen and the like, of biological origin. Airborne bio-aerosols are emitted from various types of sources in indoor and outdoor environments.
바이오에어로졸은 대기오염과 질병의 원인으로 지적되고 있으며, 인체에는 감염성 질병, 알레르기, 호흡기 질환, 암 등의 원인으로 작용하고 있다. 따라서 이러한 유해성 바이오에어로졸을 신속하고 효과적으로 탐지하는 기술이 요구된다. 또한, 바이오에어로졸은 그 종류에 따라 입자크기가 다르고, 인체에 주로 호흡기를 통하여 침투하는데 이때 바이오에어로졸의 입자크기가 중요한 영향을 미친다. 따라서 대기 중의 바이오에어로졸을 입자크기별로 효과적으로 분리하는 기술이 요구된다. 또한, 바이오에어로졸은 바이러스, 박테리아와 같은 살아있는 생물과 꽃가루와 같은 무생물이 있으므로, 입자크기가 동일한 바이오에어로졸 중에서도 이들을 분리하기 위한 기술이 함께 요구된다. Bio aerosols have been pointed out as the cause of air pollution and diseases, and the human body is acting as a cause of infectious diseases, allergies, respiratory diseases and cancer. Therefore, a technology for quickly and effectively detecting such harmful bio-aerosols is required. In addition, the size of the bio-aerosol varies depending on the type of the bio-aerosol, and the bio-aerosol particle size largely influences the human body through the respiratory system. Therefore, a technology for efficiently separating the aerosols in the air by particle size is required. In addition, since bio-aerosols are living organisms such as viruses, bacteria, and inanimate objects such as pollen, they are also required to be separated from bio-aerosols having the same particle size.
바이오에어로졸을 탐지하는 방법으로는 대기 중 미생물과 같은 바이오에어로졸을 샘플링하여 배지에 도말한 후 배양시켜 콜로니 수를 측정하는 방법과 미생물들이 가지고 있는 자가형광(autofluorescence)을 측정하는 방법 등이 있다. Methods for detecting bio-aerosols include sampling of bio-aerosols such as atmospheric microorganisms, plating on a medium, culturing to measure the number of colonies, and measuring the autofluorescence of microorganisms.
그러나, 공기 중 바이오에어로졸을 샘플링하여 콜로니 수를 세는 방법은 실시간으로 바이오에어로졸을 측정할 수 없다는 단점이 있다. 미생물들이 가지고 있는 자가형광을 측정하는 방법은 실시간 탐지가 가능한 반면 자가형광의 강도가 매우 낮아 검출효율이 낮다는 단점이 있다. 따라서 이러한 자가형광의 강도를 측정하기 위하여는 고가의 대형 레이저 장비를 사용하여야 하므로 측정장비가 커지고 고비용이 요구된다는 단점이 있다. 또한, 상기 두 방법 모두 바이오에어로졸을 입자크기별로 분리하기 위하여는 별도의 분리방법이 요구된다는 문제점이 있다.However, the method of counting the number of colonies by sampling the bio aerosol in air has a disadvantage in that it can not measure the bio aerosol in real time. The method of measuring the self fluorescence of microorganisms has a disadvantage in that it can detect in real time but the detection efficiency is low due to the very low intensity of autofluorescence. Therefore, in order to measure the intensity of such a self-fluorescence, expensive large-sized laser equipment must be used, so that the measurement equipment becomes large and high cost is required. In addition, in both of the above methods, there is a problem that a separate separation method is required in order to separate the bio-aerosols by particle size.
본 발명은 실시간으로 간편하게 바이오에어로졸을 입자크기별로 분리하고, 검출하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides an apparatus and method for separating and detecting bio-aerosols by particle size in real time in a simple manner.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 시료 중의 바이오에어로졸을 검출하는 장치로서,In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention is an apparatus for detecting bio-aerosols in a sample,
시료가 통과하는, 하나 이상의 굴곡부를 포함하는 미소유로; 및 A minute flow path including at least one bend through which the sample passes; And
상기 미소유로를 통과하는 시료 중의 바이오에어로졸이 충돌하여 포집되는 검출부;A detector for colliding and collecting the bio-aerosols in the sample passing through the micro-channel;
를 포함하는 바이오에어로졸 검출장치를 제공한다.And a bio-aerosol detecting device.
또한, 본 발명의 일 실시예는 시료 중의 바이오에어로졸을 검출하는 방법으로서, Further, an embodiment of the present invention is a method for detecting a bio-aerosol in a sample,
상기 시료를 하나 이상의 굴곡부를 갖는 미소유로에 주입하여 시료를 이동시키는 단계; 및Injecting the sample into a microchannel having one or more bent portions to move the sample; And
상기 시료가 상기 굴곡부를 통과할 때 충돌판에 관성충돌된 시료 중의 바이오에어로졸을 충돌판에 포집하는 단계를 포함하는 바이오에어로졸 검출방법을 제공한다.And collecting the bio-aerosol in the sample collided with the impact plate when the sample passes through the bent portion, on the impact plate.
본 발명에 따른 바이오에어로졸 검출장치 및 검출방법은 대기 중에 존재하는 바이오에어로졸을 관성충돌을 이용하여 포집함으로써 관성력 차이에 따라 입자크기를 효과적으로 분리할 수 있으며, 원하는 입자크기의 바이오에어로졸을 선택하여 검출할 수 있다. The bio-aerosol detecting apparatus and the detecting method according to the present invention can effectively separate the particle size according to the inertial force difference by collecting the bio-aerosol present in the air using inertial collision, and can select the bio- .
또한, 본 발명에 따른 바이오에어로졸 검출장치 및 검출방법은 바이오에어로졸을 포집함과 동시에 실시간으로 검출이 가능하며, 미생물과 같이 살아있는 입자와 꽃가루와 같은 무생물을 분리할 수 있다. 그리고 상기 검출장치는 소형으로 장치가 복잡하지 않아 휴대가 용이하고, 비용이 적게 들어 경제적이다.Further, the apparatus and method for detecting a bio-aerosol according to the present invention can detect the bio-aerosol in real time while capturing the bio-aerosol, and can separate live matter such as living microorganisms and inanimate matter such as pollen. Further, the detection device is compact and easy to carry because the device is not complicated, and the cost is low and it is economical.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오에어로졸 검출장치의 개략도 및 검출장치에 포함되는 (a)소형 형광현미경(Mini-fluorescent microscopy), (b)충돌판(Impaction plate) 및 (c)미소유로(Microchannel)의 사진을 나타낸 도이다. 개략도에는 시료 투입부(Aerosol inlet) 및 시료 배출부(Aerosol outlet)이 나타나 있고, 충돌판의 미소유로와의 접촉구간(Detection zone)에는 한천(Agar)과 형광염료(Fluorescent dye)가 혼합되어 있음이 나타나 있다. 또한, 소형 형광현미경에는 플라스틱 렌즈(Plastic lens), 광학필터(Optical filter) 및 CMOS 모듈(Complementary Metal-Oxide Semiconductor Module)이 배열되어 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서 3개의 굴곡부(1st, 2nd, 3rd stage)를 갖는 미소유로에 표준입자(Polystyrene Latex particle)를 통과시킨 결과 입자의 크기(aerodynamic diameter, μm)에 대한 각 굴곡부의 포집효율(Collection efficiency, %)을 나타낸 도이다. 도 2의 왼쪽 상단 사진은 세 굴곡부 중 하나의 굴곡부만을 분리하여 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서 3개의 굴곡부(1st, 2nd, 3rd stage)를 갖는 미소유로에 바이오에어로졸(S. epidemidis)을 통과시킨 결과 입자의 크기(aerodynamic diameter, μm)에 따른 각 굴곡부에서의 포집효율(Collection efficiency, %)을 나타낸 도이고, 왼쪽 상부의 그래프는 이때 실험에 사용된 바이오에어로졸의 크기분포를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 바이오에어로졸이 포집된 구간(Impacition zone)에서 형광 염색된 것을 샘플링 시간에 따라 소형 형광현미경으로 측정한 결과 사진( a)내지 f))이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 포집된 바이오에어로졸(S. epidemidis)과 표준입자(Polystyrene Latex particle, PSL) (왼쪽 상부)의 형광강도(Fluorescent intensity)를 측정하여 샘플링 시간에 따라 나타낸 도이다.FIG. 1 is a schematic view of a bio-aerosol detecting apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a schematic view of a bio-aerosol detecting apparatus according to an embodiment of the present invention, including (a) a mini-fluorescent microscope, (b) an impaction plate, Fig. 6 is a photograph showing a microchannel; Fig. An aerosol inlet and an aerosol outlet are shown in the schematic drawing. Agar and a fluorescent dye are mixed in the detection zone of the impingement plate with the microchannel. . In addition, a plastic lens, an optical filter, and a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor Module) array are arranged in a compact fluorescence microscope.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the size (aerodynamic diameter, .mu.m) of particles as a result of passing standard particles (polystyrene latex particles) through a microchannel having three bends (1 st , 2 nd and 3 rd stages) (Collection efficiency,%) of each bend. The upper left photograph of FIG. 2 is a photograph taken by separating only one bent portion of the three bent portions.
FIG. 3 is a graph showing the result of passing a bio-aerosol ( S. epidemidis ) through a micro-channel having three bends (1 st , 2 nd and 3 rd stages) The collection efficiency (%) at each bend is plotted. The graph at the top left shows the size distribution of the bio-aerosol used in the experiment.
FIG. 4 is a photograph (a) to FIG. 4 (f)) obtained by fluorescence staining in an impaction zone in which bio-aerosols are collected according to an embodiment of the present invention by a small fluorescence microscope according to a sampling time.
FIG. 5 is a graph showing the fluorescence intensity of bio-aerosols ( S. epidermidis ) and standard particles (polystyrene latex particles, PSL) (left upper portion) collected according to an embodiment of the present invention, to be.
본 명세서에서 "바이오에어로졸(bio-aerosol)"이라 함은, 생물학적 기원으로부터 온 공기 중 존재하는 입자를 의미하는 것으로서, 박테리아, 바이러스, 곰팡이 등의 미생물과 꽃가루, 곤충의 비늘, 식물의 잔털 등을 포함하며, 인체에 대한 유해성 유무, 입자의 크기, 생물학적 특징 유무를 불문하는 최광의의 개념이다. 또한, 본 명세서에서 "미소유로(microchannel)"이라 함은, 수치적인 10-6을 의미하는 것이 아니라, 밀리(milli), 마이크로(micro), 나노(nano), 피코(pico) 등 전반적인 미소단위의 입경을 갖는 채널을 모두 포괄하는 최광의의 개념이다.
As used herein, the term " bio-aerosol "refers to particles present in the air from biological origin, including microorganisms such as bacteria, viruses, fungi, pollen, insect scales, And it is the best concept regardless of whether there is harmfulness to human body, particle size, biological characteristic or not. In the present specification, the term "microchannel" does not mean a numerical value of 10 -6 , but refers to an overall microchannel such as a milli, a micro, a nano, a pico, And a channel having a particle size of "
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 실시예는 시료 중의 바이오에어로졸을 검출하는 장치로서,One embodiment of the present invention is an apparatus for detecting bio-aerosols in a sample,
시료가 통과하는, 하나 이상의 굴곡부를 포함하는 미소유로; 및 A minute flow path including at least one bend through which the sample passes; And
상기 미소유로를 통과하는 시료 중의 바이오에어로졸이 충돌하여 포집되는 검출부;A detector for colliding and collecting the bio-aerosols in the sample passing through the micro-channel;
를 포함하는 바이오에어로졸 검출장치를 제공한다.And a bio-aerosol detecting device.
본 발명의 일 실시예로서 상기 검출부는 상기 미소유로의 굴곡부와 접촉하는 접촉구간을 갖는 충돌판을 포함하고, 상기 미소유로는 상기 접촉구간의 벽이 뚫려있는 바이오에어로졸 검출장치를 제공한다. 이때 일 실시예에 따른 상기 충돌판은 교체가 가능한 카트리지 형태이며, 충돌판 전체 또는 접촉구간만을 교체하는 것 모두 가능하다. According to an embodiment of the present invention, the detection unit includes an impact plate having a contact section contacting the bent portion of the microchannel, and the microchannel has a wall of the contact zone. At this time, the impingement plate according to one embodiment is in the form of a replaceable cartridge, and it is possible to replace only the entire impingement plate or only the contact section.
상기 미소유로의 굴곡부는 미소유로를 통과하는 시료의 유선(streamline)이 급격히 변하도록 유도할 수 있는 것이면 그 형태가 제한되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 굴곡부는 평면, 곡면 또는 평면과 곡면이 혼합된 형태로 굴곡을 형성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 미소유로의 굴곡부는 45° 내지 135°, 구체적으로 60° 내지 120°의 굴곡을 가지며, 보다 구체적으로는 소형 형광현미경의 측정을 위해 90°의 구부러진 굴곡을 가진다. 또한, 굴곡부가 복수인 경우 L자형이 병렬로 배열된 형태일 수 있다(도 1 참조). 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 굴곡부가 L자형으로 병렬배열된 형태인 경우, L자형의 가로면이 하나의 평면상에 나란히 위치하도록 하여 하나의 충돌판으로 복수개의 접촉구간을 형성할 수 있다. The shape of the bent portion of the microchannel is not limited as long as the streamline of the sample passing through the microchannel can be rapidly changed. According to an embodiment of the present invention, the bent portion may be formed as a flat, curved, or curved surface. The curved portion of the microchannel according to an embodiment of the present invention has a curvature of 45 to 135 degrees, specifically 60 to 120 degrees, more specifically, a bent curve of 90 degrees for measurement of a compact fluorescence microscope. Further, when there are a plurality of bent portions, L-shaped portions may be arranged in parallel (see FIG. 1). In the case where the bent portions of the apparatus according to the embodiment of the present invention are arranged in parallel with each other in the L shape, the L-shaped transverse surfaces are arranged side by side on one plane so that a plurality of contact sections can be formed by one impingement plate have.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 미소유로는 복수 개의 굴곡부를 포함함으로써 복수개의 충돌판과의 접촉구간을 가질 수 있다. 예를 들어 상기 미소유로는 2 내지 10개 또는 2 내지 5개의 굴곡부를 가질 수 있으며, 굴곡부의 수는 검출을 원하는 바이오에어로졸의 크기가 다양할 경우 그에 따라 더욱 늘어날 수 있다. 본 발명의 일 실시예로서 상기 복수 개의 굴곡부는 서로 동일한 크기를 갖거나 서로 다른 크기를 가질 수 있고, 서로 다른 크기를 갖는 상기 복수 개의 굴곡부는 크기가 큰 순서대로 배열될 수 있다(도 1 참조).In addition, the microchannel according to an embodiment of the present invention may include a plurality of bends to have a contact region with a plurality of collision plates. For example, the microchannels may have 2 to 10 or 2 to 5 bends, and the number of bends may be further increased if the size of the bio-aerosol to be detected is varied. In an embodiment of the present invention, the plurality of bends may have the same size or different sizes, and the plurality of bends having different sizes may be arranged in descending order of sizes (see FIG. 1) .
본 발명의 일 실시예에 따르면, 검출장치에 투입된 시료가 미소유로를 따라 이동하는 도중 미소유로와 충돌판의 접촉구간에서 충돌판과 관성충돌(inertial impaction)하게 된다. 이 중 일정 크기 이상의 관성력을 갖는 바이오에어로졸만이 충돌판에 부착되어 포집되고 나머지는 충돌판에 부착되지 않고 계속하여 미소유로를 따라 이동하게 된다. 이때, 입자의 관성력은 입자의 크기에 따라 달라지므로 본 발명의 검출장치에 따르면 바이오에어로졸을 입자의 크기별로 분리하여 검출하는 것이 가능하다. 구체적으로, 일정 크기 이상의 입자 크기를 갖는 바이오에어로졸은 관성력이 크므로 바이오에어로졸에 포집되어 남아있고, 일정 크기 이하의 입자 크기를 갖는 바이오에어로졸은 관성력이 작아 포집되지 않고 굴곡부를 빠져나가 미소유로를 따라 이동하게 되므로 바이오에어로졸을 입자의 크기별로 분리하는 것이 가능하다. 예를 들어 서로 다른 크기를 갖는 상기 복수 개의 굴곡부가 크기가 큰 순서대로 배열되면, 첫번째 굴곡부에서 포집되지 않은 크기가 작은 바이오에어로졸도 그 다음 크기가 작은 굴곡부에서는 충돌판에 포집이 가능한 크기의 관성력을 가지고 충돌하게 되어 포집이 가능하므로 바이오에어로졸의 입자크기를 세분화하여 분리할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the sample injected into the detection device is inertially impactioned with the collision plate in the contact section of the collision plate during the movement of the sample along the microchannel. Of these, only the bio-aerosol having an inertial force equal to or greater than a certain size is adhered to the collision plate, and the rest is not attached to the collision plate but continues to move along the micro channel. Since the inertial force of the particles varies depending on the size of the particles, the detection device of the present invention can separate the bio-aerosols according to their sizes. Specifically, the bio-aerosol having a particle size of a certain size or larger is captured by the bio-aerosol because the inertial force is large, and the bio-aerosol having a particle size of a certain size or less has a small inertial force, It is possible to separate the bio aerosol by the particle size. For example, when the plurality of bends having different sizes are arranged in the order of magnitude, a bio-aerosol having a small size not captured at the first bend portion and an inertial force having a size capable of collecting the baffle at the next small- It is possible to separate and separate the particle size of the bio aerosol.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 미소유로의 재료는 고정된 형태를 가지고 시료를 이동시킬 수 있는 것이라면 제한되지 않으며, 구체적으로 실리콘 함유 폴리머, 감광수지 등이 사용될 수 있다. 예를 들어 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 SU-8이 사용된다. According to an embodiment of the present invention, the material of the microchannel is not limited as long as it has a fixed shape and can move the sample. Specifically, a silicon-containing polymer, a photosensitive resin, or the like can be used. For example, polydimethylsiloxane (PDMS) or SU-8 is used.
상기 미소유로의 폭은 미생물의 크기에 따라 변형될 수 있으며, 구체적으로 100 ㎛~ 3 mm일 수 있다. 또한, 미소유로의 채널 벽의 높이는 100~1000 ㎛, 유체가 지나가는 미소유로의 전체 길이는 2~8 cm일 수 있으나, 이는 미소유로내 굴곡부 또는 충돌판의 개수의 증가에 따라 조절이 가능하다. 그리고 굴곡부의 시작부분에서 검출부, 예를 들어 충돌판과 접촉하는 부분까지의 채널 길이는 미소유로의 폭의 1~3배일 수 있다. 이 범위를 벗어날 경우 바이오에어로졸이 충돌판에 포집되는 효율이 떨어질 수 있다. The width of the microchannel may be varied according to the size of the microorganism, and may be 100 탆 to 3 mm. The height of the channel walls of the microchannels may be 100 to 1000 占 퐉, and the total length of the microchannels through which the fluid passes may be 2 to 8 cm, but this can be adjusted as the number of bent portions or collision plates in the microchannel increases. The channel length from the beginning of the bent portion to the detecting portion, for example, the portion contacting with the impingement plate may be 1 to 3 times the width of the microchannel. Outside this range, the efficiency with which bio-aerosols are trapped on the impingement plate may be reduced.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 충돌판은 실리콘 함유 폴리머로 이루어지며, 예를 들면 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어질 수 있다. 그리고 충돌판의 접촉구간에는 한천을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the impingement plate is made of a silicon-containing polymer and may be made of, for example, polydimethylsiloxane (PDMS). And the contact zone of the impingement plate may contain agar.
또한, 본 발명의 일 실시예로서 상기 충돌판은 소프트-리소그래피(Soft-lithography)법을 사용하여 제작됨으로써 소형화시킬 수 있다. 예를 들면 소형화된 상기 충돌판의 면적은 굴곡부가 한 개인 경우 10 x 10 mm2 내지 50 x 10 mm2, 보다 구체적으로 25 x 10 mm2 내지 35 x 10 mm2이며, 굴곡부가 증가할 경우 굴곡부의 개수에 비례하여 증가한다. 일 실시예로서 상기 충돌판의 두께는 0.5 내지 5 mm, 보다 구체적으로는 1 내지 3 mm이다. 두께는 얇을수록 유리하며 소형 형광현미경의 초점거리보다 두께가 작은 범위 내에서 제작하여야 한다.Also, as an embodiment of the present invention, the impingement plate can be miniaturized by being manufactured using a soft-lithography method. For example, the area of the collision plate that is miniaturized is 10 x 10 mm 2 To 50 x 10 mm < 2 & gt ;, more specifically 25 x 10 mm < 2 > To 35 x 10 mm < 2 & gt ;, and increases in proportion to the number of the bent portions when the bent portions increase. In one embodiment, the thickness of the impingement plate is 0.5 to 5 mm, more specifically 1 to 3 mm. The thinner the thickness, the more advantageous it is, and it should be manufactured within the range of the thickness smaller than the focal distance of the compact fluorescence microscope.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미소유로의 굴곡부와 충돌판의 접촉구간의 면적은 500 x 150 μm2 내지 2000 x 150 μm2, 보다 구체적으로 800 x 150 μm2 내지 1200 x 150 μm2이고 두께는 100~500 μm 이다. 굴곡부와 충돌판의 접촉구간은 한천을 이용하여 만들어지는데 한천의 경우 반투명하기 때문에 두께가 두꺼워질수록 탐지효율이 떨어진다는 문제가 있다. According to an embodiment of the present invention, the area of the contact portion of the bending portion of the microchannel and the impingement plate is 500 x 150 μm 2 to 2000 x 150 μm 2 , more specifically 800 x 150 μm 2 to 1200 x 150 μm 2 The thickness is 100 to 500 μm. The contact area between the bent part and the impingement plate is made using agar, which is semitransparent in the case of agar, so that the thicker the agar, the lower the detection efficiency.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 바이오에어로졸 검출장치는 시료 투입부 및 시료 배출부를 더 포함할 수 있다. 이때 투입되는 시료의 유량 및 유속은 미소유로의 폭 및 탐지하고자 하는 입자의 크기에 따라 달라지며, 예를 들어 유량은 0.01 내지 10 L/min, 유속은 0.1 내지 100 m/s일 수 있다. 일 실시예로서 1 μm의 직경을 가지는 입자의 탐지를 목표로 하는 경우의 미소유로의 폭은 472 μm, 유량은 0.12 L/min, 유속은 26 m/s이다. The bio-aerosol detecting apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a sample injecting unit and a sample discharging unit. At this time, the flow rate and the flow rate of the sample to be injected vary depending on the width of the microchannel and the size of the particle to be detected. For example, the flow rate may be 0.01 to 10 L / min and the flow rate may be 0.1 to 100 m / s. In one embodiment, when the detection of particles having a diameter of 1 mu m is aimed, the width of the microchannel is 472 mu m, the flow rate is 0.12 L / min, and the flow velocity is 26 m / s.
또한, 본 발명의 바이오에어로졸 검출장치는 일 실시예로서 상기 시료 투입부에 투입되는 시료의 하나 이상의 변수를 조절하는 조절장치를 포함할 수 있으며, 변수로는 레이놀즈수(Reynolds number), 스톡스수(Stokes number) 및 딘수(Dean number)를 예로 들 수 있다. 각각의 변수의 정의는 하기와 같다.Further, the bio-aerosol detecting apparatus of the present invention may include an adjusting device for adjusting one or more parameters of a sample to be introduced into the sample introducing portion, and the parameters include Reynolds number, Stokes number and Dean number. The definition of each variable is as follows.
이때, ρ는 공기의 밀도, μ는 공기의 점성, U는 공기의 속도, Dh는 수력학적 지름, Cc는 미끄럼보정 계수, dp는 입자의 직경, ρp는 입자의 밀도, Ro는 유로의 곡률을 나타낸다. 투입되는 시료의 상기와 같은 변수들을 조절할 경우 원하는 직경 이상의 크기를 갖는 입자를 충돌판에 포집할 수 있다. D p is the diameter of the particle, ρ p is the density of the particle, R o is the density of the air, μ is the viscosity of the air, U is the velocity of the air, D h is the hydrodynamic diameter, C c is the slip correction factor, Represents the curvature of the flow path. When the above parameters of the sample to be injected are controlled, particles having a size larger than a desired diameter can be collected on the impingement plate.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기와 같은 바이오에어로졸 검출장치는 검출부에 충돌하는 바이오에어로졸을 측정 및 분석하기 위한 장치를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 검출장치는 현미경, CCD 카메라(charge-coupled device camera) 등을 더 포함하여 포집된 입자의 형상 및 특징을 실시간으로 측정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the bio-aerosol detection apparatus may further include an apparatus for measuring and analyzing the bio-aerosol impinging on the detection unit. For example, the detection apparatus of the present invention may further include a microscope, a CCD camera (charge-coupled device camera), etc. to measure the shape and characteristics of the collected particles in real time.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기와 같은 검출장치는 상기 충돌판에 충돌하는 바이오에어로졸을 효과적으로 포집하기 위하여 충돌판의 접촉구간에 한천을 포함할 수 있다. 또한, 미생물과 같이 살아있는 입자와 꽃가루와 같은 무생물인 바이오에어로졸을 분리, 검출하기 위하여, 상기 충돌판의 접촉구간에 목적하는 형광염료를 포함할 수 있다. 이때 형광염료는 여기(excitation) 및 방출(emission)되는 빛의 파장대가 명확히 구별되는 것이면 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 바이오에어로졸 중 미생물을 분리하기 위한 경우 시아닌(cyanine) 계열의 염색약, 보다 구체적으로 SYBR Green I를 사용할 수 있다. 일 실시예로서 사용되는 SYBR Green I의 경우 495 nm 파장의 빛을 조사하면 525 nm의 빛을 방출한다. 형광염료는 한천(agar)와 혼합하여 사용할 수 있으며, 이와 같이 한천과 혼합할 경우 시료 중의 입자들이 충돌판에 충돌하는 동시에 포집(부착)과 염색이 이루어지고, 큰 관성을 갖는 입자들은 한천의 내부에 직접 박히기 대문에 되튕김 현상이 일어나지 않는다는 장점이 있다(도 1 참조). 일 실시예로서 형광염료는 한천 총 부피에 대하여 0.0001 내지 1 v/v% 또는 0.001 내지 0.1 v/v%로 혼합하여 사용할 수 있다. The detection device according to an embodiment of the present invention may include agar in the contact zone of the impingement plate to effectively collect the bio-aerosol impinging on the impingement plate. In addition, a desired fluorescent dye may be included in the contact zone of the impingement plate to separate and detect live particles such as microorganisms and inanimate aerosols such as pollen. In this case, the fluorescent dye can be used without limitation as long as the wavelength range of excitation and emission light is clearly distinguished. For example, in order to separate microorganisms from bio-aerosols, a cyanine dye, SYBR Green I can be used. SYBR Green I, which is used as an embodiment, emits light of 525 nm when irradiated with light having a wavelength of 495 nm. Fluorescent dyes can be mixed with agar. When they are mixed with agar, the particles in the specimen collide with the impingement plate, and at the same time, the particles are collected (adhered) and stained. (See Fig. 1). In one embodiment, the fluorescent dye may be used in an amount of 0.0001 to 1 v / v% or 0.001 to 0.1 v / v% based on the total agar volume.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 바이오에어로졸 검출장치는 상기 검출부에 충돌하는 바이오에어로졸을 측정 및 분석하기 위한 장치로서 소형 형광현미경을 포함할 수 있으며, 상기 소형형광 현미경은 상기 충돌판과 미소유로의 접촉구간을 향하도록 위치하여, 충돌판의 아래, 즉 미소유로와 반대편 위치에서 접촉구간에 포집되어 형광 염색되는 바이오에어로졸을 실시간으로 탐지 및 분석하는 것이 가능하다. 본 발명에서는 검출장치 자체의 휴대성을 증진시키기 위하여 기존에 큰 부피를 차지하던 형광현미경을 소형화 하였으며, 구체적으로 20~40 X 25~50 X 10~30 mm2의 부피로 소형화할 수 있다. 또한, 일 실시예로서 상기 소형 형광 현미경은 플라스틱 렌즈, CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 모듈, 광학필터 및 LED 소스 중 하나 이상을 포함한다. 광학필터는 형광염료가 가지는 여기(excitation)와 방사(emission) 파장에 따라 투과시키는 파장범위를 선택하여 사용할 수 있으나, 종류가 제한되지는 않는다. 예를 들어 SYBR Green I를 사용할 경우, 여기 파장이 490 nm이고 방사 파장이 525 nm에서 최고값을 가지므로, 500 nm 이상의 파장만을 투과시키는 광학필터를 사용한다. 이와 같이, 광학필터는 형광염료의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들면 300~700 nm, 보다 구체적으로 450~660 nm를 사용할 수 있다. 또한, 상기 플라스틱 렌즈는 종류에 제한없이 사용할 수 있으며, 그 배율이 1 내지 100배, 보다 구체적으로 10 내지 30배인 것을 사용할 수 있다. 이때 총 배율은 플라스틱 렌즈와 CMOS 모듈 사이의 거리에 따라 조절될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 형광현미경은 배율 조절을 가능하기 위하여 렌즈 하우징 안 쪽에 나사선을 내어서 플라스틱 렌즈가 앞뒤로 이동이 가능하게 제작한 것을 사용할 수 있다.
The bio-aerosol detecting apparatus according to an embodiment of the present invention may include a compact fluorescence microscope as an apparatus for measuring and analyzing bio-aerosols colliding with the detection unit, It is possible to detect and analyze in real time the bio-aerosol which is positioned to face the contact section and is captured in the contact section under the collision plate, that is, at the position opposite to the microchannel and fluorescently stained. In order to improve the portability of the detection device itself, the fluorescence microscope which has taken up a large volume has been miniaturized. Specifically, the fluorescence microscope can be miniaturized to a volume of 20 to 40 X 25 to 50
본 발명의 다른 일 실시예는 시료 중의 바이오에어로졸을 검출하는 방법으로서,Another embodiment of the present invention is a method for detecting a bio-aerosol in a sample,
상기 시료를 하나 이상의 굴곡부를 갖는 미소유로에 주입하여 시료를 이동시키는 단계; 및Injecting the sample into a microchannel having one or more bent portions to move the sample; And
상기 시료가 상기 굴곡부를 통과할 때 충돌판에 관성충돌된 시료 중의 바이오에어로졸을 충돌판에 포집하는 단계를 포함하는 바이오에어로졸 검출방법을 제공한다.And collecting the bio-aerosol in the sample collided with the impact plate when the sample passes through the bent portion, on the impact plate.
본 발명의 일 실시예로서 상기 바이오에어로졸을 포집하는 단계는 포집된 바이오에어로졸보다 입자 크기가 더 작은 바이오에어로졸은 포집되지 않고 미소유로를 따라 계속 이동하여 바이오에어로졸이 입자 크기별로 분리되는 것을 더 포함하며, 이는 관성력의 차이에서 비롯된 것이다.In one embodiment of the present invention, the step of collecting the bio-aerosol further includes separating the bio-aerosol by the particle size while continuing to move along the micro-channel without collecting the bio-aerosol having a particle size smaller than that of the captured bio- This is due to the difference in inertia force.
또한, 상기 바이오에어로졸 검출방법은 포집되는 바이오에어로졸의 입자크기를 조절하기 위하여, 상기 시료를 미소유로에 주입하여 시료를 이동시키는 단계 이전에 미소유로내로 이동하는 시료의 레이놀즈수(Reynolds number), 스톡스수(Stokes number) 및 딘수(Dean number) 중 하나 이상을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the bio-aerosol detection method may include a method of controlling the particle size of the bio-aerosol to be collected, the Reynolds number of the sample moving into the microchannel before the step of injecting the sample into the micro channel, And adjusting at least one of a Stokes number and a Dean number.
본 발명의 일 실시예 따른 상기 바이오에어로졸을 포집하는 단계는 상기 바이오에어로졸이 충돌판에 관성충돌시 바이오에어로졸을 포집함과 동시에 형광 염색하는 것을 더 포함한다. 이때, 본 발명은 일 실시예로서 충돌판에 포집된 입자를 부가적인 단계 없이 포집과 동시에 염색시키기 위하여, 한천(agar)과 형광염료를 혼합하고, 이 염료가 혼합된 한천이 식기 전에 미리 만들어진 PDMS (polydimethylsiloxane) 패턴에 부어서 총돌판을 제조할 수 있다. (도 1의 사진(b) 참조).The step of collecting the bio-aerosol according to an embodiment of the present invention further includes the step of collecting the bio-aerosol and fluorescently dyeing the bio-aerosol when the impact plate collides with the impact plate. In this case, in an embodiment of the present invention, agar and fluorescent dye are mixed in order to collect and simultaneously collect the particles collected on the impingement plate without additional steps, and the agar mixed with the dye is pre- (polydimethylsiloxane) pattern to produce a total stone plate. (See Fig. 1 (b)).
본 발명의 일 실시예는 상기와 같이 포집된 바이오에어로졸 또는 포집되어 형광염색된 바이오에어로졸을 검출하는 단계를 더 포함하며, 이 바이오에어로졸을 검출하는 단계는 상기 바이오에어로졸을 포집 또는 포집 및 염색하는 단계와 동시에 이루어질 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the method further comprises the step of detecting the captured bio-aerosol or the fluorescent-stained bio-aerosol, wherein the step of detecting the bio-aerosol includes the step of collecting, collecting and dyeing the bio- . ≪ / RTI >
이하, 본 발명의 실험예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들은 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이 실험예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to experimental examples of the present invention. It is to be understood by those skilled in the art that the present invention has been shown by way of example only, and that the scope of the present invention is not limited by these examples.
[실시예 1] 바이오에어로졸 검출장치의 제조[Example 1] Production of bio-aerosol detecting apparatus
아래에서 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오에어로졸 검출장치의 제조과정에 대해 설명한다.
A process of manufacturing the bio-aerosol detecting apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below.
미소유로의 제조Manufacture of microchannels
실리콘 웨이퍼 위에 SU-8 (2075, Microchem Corp., USA)를 1200 rpm으로 스핀코팅 후 95℃에서 40분 동안 가열한 다음, 90°로 구부러진 L자 형태의 굴곡부를 3개 포함하고 이 굴곡부가 병렬로 배열된 미소유로 형상(도 1 참조)이 새겨진 마스크를 SU-8이 스핀코팅된 웨이퍼 위에 올려놓고 UV 레이저를 조사하였다. 이때, 첫번째 굴곡부 전까지의 미소유로의 폭은 1287μm, 총 길이는 35 mm, 굴곡부의 시작부분에서 끝부분까지, 즉 충돌판과의 접촉구간에 대항하는 미소유로의 폭은 첫번째 굴곡부는 2574 μm, 두번째 굴곡부는 944 μm, 세번째 굴곡부는 526μm였다.After spin-coating SU-8 (2075, Microchem Corp., USA) on a silicon wafer at 1200 rpm and heating at 95 ° C for 40 minutes, the bending portion including three L-shaped bent portions bent at 90 °, (See FIG. 1) arranged on the spin-coated wafer was irradiated with a UV laser. At this time, the width of the microchannel before the first bent portion was 1287 mu m, the total length was 35 mm, the width of the microchannel against the contact portion with the impingement plate from the beginning to the end of the bent portion was 2574 mu m at the first bent portion, The flexion was 944 μm, and the third flexion was 526 μm.
그 후 95℃에서 30분 동안 가열을 하였다. 가열 후 SU-8 디벨로퍼(developer) (1-methoxy-2-propyl acetate)를 이용하여 미소유로 형상을 만들었다. 이렇게 만들어진 미소유로 형상 위에 PDMS를 부어서 75℃에서 오븐으로 가열 시킨 후 미소유로를 제조하였다.
It was then heated at 95 ° C for 30 minutes. After heating, a microchannel shape was formed using SU-8 developer (1-methoxy-2-propyl acetate). PDMS was poured onto the thus formed microchannel shape and heated in an oven at 75 ° C to prepare microchannels.
충돌판의Collision plate 제조 Produce
충돌판은 미소유로 형상이 새겨진 마스크 대신에 한천과 형광물질이 들어갈 직사각형의 홈 모양(접촉구간)의 마스크를 사용한다는 점을 제외하고는 상기 미소유로의 제조방법과 동일한 방법을 거쳐 제조하였다. 이때 충돌판의 면적은 35 X 10 mm2이고, 상기 직사각형의 홈의 면적은 10 X 2 mm2, 두께는 350 μm였다.
The impingement plate was manufactured in the same manner as the above-mentioned microchannel manufacturing method, except that a mask having a rectangular groove (contact section) into which agar and a fluorescent material were inserted was used in place of the mask in which the microchannel was formed. At this time, the area of the impact plate was 35 X 10 mm 2 , the area of the rectangular groove was 10 X 2 mm 2 , and the thickness was 350 μm.
한천 및 형광염료가 포함된 Including agar and fluorescent dyes 충돌판의Collision plate 제조 Produce
한천 가루(Becton Dickinson, USA)를 3 wt%로 증류수와 섞은 후 오토클레이브 처리를 한 후 상기 한천 가루와 증류수의 혼합물이 굳기 전에 형광염료로서 SYBR Green I를 이 혼합물에 섞었다. 이때 혼합비는 0.05 % v/v였다. 이렇게 만들어진 형광염료와 증류수, 한천가루의 혼합물을 상기에서 제조한 직사각형 모양의 홈을 가지고 있는 충돌판에 부어서 제조하였다.
Agar powder (Becton Dickinson, USA) was mixed with distilled water at 3 wt% and then autoclaved. SYBR Green I was added to the mixture as a fluorescent dye before the mixture of agar powder and distilled water was hardened. The mixing ratio was 0.05% v / v. The mixture of the fluorescent dye, distilled water and agar powder thus prepared was poured into an impact plate having a rectangular groove formed as described above.
소형 형광현미경의 제조Manufacture of compact fluorescence microscope
일반적으로 사용되는 웹캠(webcam) (Logitech, Switzerland)을 분해하여 CMOS 모듈과 플라스틱 렌즈를 얻었다. 웹캠에서 사용되는 렌즈를 뒤집어 사용하며, 렌즈와 CMOS 모듈 사이에 일정 파장 이상의 빛만 투과시키는 광학필터(Edmund Optics, USA)를 삽입시켜 형광현미경을 만들었다. 이때 렌즈배열을 이동시키기 위한 케이스를 원통형으로 제작하고, 이 원통형의 케이스에 렌즈와 CMOS 모듈 사이의 간격을 조절하여 배율을 변화시킬 수 있도록 나사선이 삽입되었다.
A CMOS module and a plastic lens were obtained by disassembling a commonly used webcam (Logitech, Switzerland). A fluorescence microscope was made by inserting an optical filter (Edmund Optics, USA) that allows only light of a certain wavelength or longer to pass between the lens and the CMOS module. At this time, a case for moving the lens array was formed into a cylindrical shape, and a thread was inserted in the cylindrical case so as to change the magnification by adjusting the distance between the lens and the CMOS module.
[실험예 1] 입자크기에 따른 포집효율 분석 1[Experimental Example 1] Analysis of collection efficiency according to
본 발명의 일 실시예에 따라 세개의 굴곡부를 갖는 검출장치의 각 굴곡부에서 입자크기에 따른 포집효율을 분석하기 위하여 표준입자(Polystyrene Latex particle)를 사용하여 하기의 실험을 실시하였다.According to one embodiment of the present invention, the following experiments were performed using standard particles (Polystyrene Latex particles) in order to analyze the collection efficiency according to the particle size at each bend of the detection device having three bent portions.
다양한 크기를 갖는 50~200 개수/cm-3 농도의 표준입자(Duke Scientific, USA))를 네뷸라이져(Nebulizer, MRE CN25, BGI Corp. USA)를 사용하여 공기 중에 부유시켜 상기 실시예 1에서 제조한 검출장치에 유량 0.12 L/min로 투입하였다. 이때 상기 각 표준입자의 입경은 0.173, 0.222, 0.265, 0.305, 0.426, 0.482, 0.523, 0.598, 0.652, 0.72, 0.806, 0.913, 1.00, 1.11, 1.53, 2.1, 2.50, 3.00, 4.00 ㎛였다.Standard particles (Duke Scientific, USA) having a density of 50 to 200 number / cm -3 having various sizes were suspended in the air using a Nebulizer (MRE CN25, BGI Corp. USA) The flow rate was 0.12 L / min. The particle diameters of the standard particles were 0.173, 0.222, 0.265, 0.305, 0.426, 0.482, 0.523, 0.598, 0.652, 0.72, 0.806, 0.913, 1.00, 1.11, 1.53, 2.1, 2.50, 3.00 and 4.00 탆.
포집효율은 다음과 같은 방법으로 계산하였다. 미소유로의 시료 투입구와 시료 배출구에서 입자의 크기가 0.6 ㎛이하인 입자는 주사형 전기 이동동 입경분포 측정기(Scanning Mobility Particle Sizer, TSI)를 사용하여 농도를 측정하고 0.6 ㎛이상인 입자는 공기역학적 입경분포 측정기(Aerodynamic Particle Sizer, TSI)를 사용하여 농도를 측정하였다. 그리고 하기 수학식 2에 따라 포집효율(E(%))을 계산한 다음, 그 결과를 도 2에 그래프로 나타내었다.The collection efficiency was calculated by the following method. The particles having a particle size of 0.6 μm or less at the sample inlet and the sample outlet of the microchannel were measured by using a Scanning Mobility Particle Sizer (TSI), and the particles having a diameter of 0.6 μm or more were measured for aerodynamic particle size distribution The concentration was measured using an Aerodynamic Particle Sizer (TSI). The collection efficiency (E (%)) was calculated according to the following equation (2), and the results are shown in the graph of FIG.
이때, N1은 시료 투입구에서 표준입자의 농도이고 N2는 시료 배출구에서 표준입자의 농도이다. Where N 1 is the concentration of the standard particle at the sample inlet and N 2 is the concentration of the standard particle at the sample outlet.
도 2에 나타난 바와 같이, 첫번째 굴곡부에 포집된 표준입자들의 입경이 가장 크고, 세번째 굴곡부에 포집된 표준입자들의 입경이 가장 작았다. 이는 첫번째 굴곡부에서 관성충돌력이 상대적으로 큰, 즉 입경이 큰 표준입자들이 포집되고, 나머지 상대적으로 작은 입자들은 포집되지 않고 첫번째 굴곡부를 통과하였기 때문이다. 그리고, 첫번째 굴곡부와 다른 이동길이(굴곡부 시작부분에서 충돌구간까지의 길이)를 갖는 두번째 및 세번째 굴곡부에서도 이와 같은 포집과정이 반복되었기 때문이다. 따라서, 본 발명의 검출장치에 의하면 굴곡부에서 발생하는 관성충돌력을 이용하여 입자를 크기별로 포집할 수 있음을 확인할 수 있다.
As shown in FIG. 2, the standard particles collected at the first bend were the largest, and the standard particles collected at the third bend were the smallest. This is because the inertia impact force at the first bent portion is relatively large, that is, the standard particles having a large diameter are collected, and the remaining relatively small particles are passed through the first bent portion without being collected. This is also the case in the second and third bends, which have a different travel length than the first bend (the length from the beginning of the bend to the bend section). Therefore, according to the detection apparatus of the present invention, it can be confirmed that particles can be collected by size using the inertial impact force generated at the bent portion.
[실험예 2] 입자크기에 따른 포집효율 분석 2[Experimental Example 2] Analysis of collection efficiency according to particle size 2
실제 바이오에어로졸을 사용하여 본 발명의 일 실시예에 따라 세 개의 굴곡부를 갖는 검출장치의 각 굴곡부에서 입자크기에 따른 포집효율을 분석하는 실험을 하기와 같이 실시하였다.Experiments for analyzing the collection efficiency according to the particle size at each bend of the detection device having three bends according to an embodiment of the present invention using actual bio-aerosols were performed as follows.
도 3의 왼쪽 상부 그래프에 나타난 크기분포를 가지는 포도상구균(Staphylococcus epidermidis)을 바이오에어로졸로 사용하였고, 이를 네뷸라이져(Nebulizer, MRE CN25, BGI Corp. USA)를 사용하여 공기 중에 부유시켜, 상기 실시예 1에서 제조한 검출장치에 유량 0.12 L/min로 투입하였다. 그리고 포집효율을 상기 수학식 2를 사용하여 실험예 1과 같은 방법으로 계산하였다. 그 결과는 도 3에 나타내었다. Staphylococcus with a size distribution shown in the upper left graph of FIG. 3 ( Staphylococcus epidermidis ) was used as a bio-aerosol, and the suspension was suspended in air using a Nebulizer (MRE CN25, BGI Corp. USA), and the solution was introduced into the detection apparatus prepared in Example 1 at a flow rate of 0.12 L / min. The collection efficiency was calculated in the same manner as in Experimental Example 1 using Equation (2). The results are shown in Fig.
도 3에 나타난 바와 같이, 포도상구균의 경우에도 상기 실험예 1에서 사용된 표준입자의 분포와 동일한 특성을 나타내었다. 도 3의 속 그림에 나타난 것과 같은 농도분포(dN/dlogdp)를 가지는 포도상 구균을 사용하여 검출장치를 통과시켰을 경우, 도 2에서 사용된 표준입자와 동일한 특성을 나타내었다. 첫번째 굴곡부에 포집된 포도상구균들의 입경이 가장 크고, 세번째 굴곡부에 포집된 포도상구균들의 입경이 가장 작았다. 이는 첫번째 굴곡부에서 관성충돌력이 상대적으로 큰, 즉 입경이 큰 포도상구균들이 포집되고, 나머지 상대적으로 작은 입자들은 포집되지 않고 첫번째 굴곡부를 통과하였기 때문이다. 그리고, 첫번째 굴곡부와 다른 이동길이(굴곡부 시작부분에서 충돌구간까지의 길이)를 갖는 두번째 및 세번째 굴곡부에서도 이와 같은 포집과정이 반복되었기 때문이다. 따라서, 본 발명의 검출장치에 의하면 굴곡부에서 발생하는 관성충돌력을 이용하여 실제 바이오에어로졸도 입자크기별로 포집할 수 있음을 확인할 수 있다.
As shown in FIG. 3, the staphylococci also exhibited the same characteristics as those of the standard particles used in Experimental Example 1 above. When staphylococci having the same concentration distribution (dN / dlogd p ) as shown in the figure in FIG. 3 were passed through the detection device, the same characteristics as those of the standard particles used in FIG. 2 were shown. Staphylococcus aureus collected in the first bend was the largest, and staphylococcus collected in the third bend was the smallest. This is because staphylococci with a relatively large inertial impact force at the first bend, that is, large grains, are trapped and the remaining relatively small particles pass through the first bend without being collected. This is also the case in the second and third bends, which have a different travel length than the first bend (the length from the beginning of the bend to the bend section). Therefore, according to the detection apparatus of the present invention, it can be confirmed that the actual bio-aerosol can be collected by the particle size using the inertial impact force generated at the bent portion.
[실험예 3] 형광염색된 바이오에어로졸의 검출 [Experimental Example 3] Detection of fluorescence-stained bio-aerosol
도 1의 (c)와 같은 구조의 3개의 굴곡부를 갖는 미소유로를 사용하여 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 실험을 실시하면서, 이때 포도상구균이 각각의 굴곡부에서 충돌판에 관성충돌할 때를 충돌판 아래에 위치한 소형 형광 현미경을 각각의 충돌판으로 이동시키면서 촬영하여, 포집된 포도상구균을 검출하였다.Experiments were carried out in the same manner as in Experimental Example 2 using a microchannel having three bent portions having the same structure as shown in FIG. 1 (c). At this time, when the staphylococcus collided with the collision plate at each bent portion, A small fluorescence microscope located under the plate was photographed while moving to each of the impingement plates to detect the collected staphylococci.
분리입경(cut diameter)이 1μm인 미소유로의 검출부(본 실험의 두번째 굴곡부)에서 20, 40, 60초의 포집(샘플링) 시간에 따른 포집 정도를 실시예 1의 소형 형광현미경을 통하여 촬영한 사진을 도 4의 (a), (b), (c)에 나타내었다. 그 결과 포집 시간의 증가에 따라, 즉 포집되는 바이오에어로졸의 양이 증가함에 따라 형광의 세기가 강해짐을 확인할 수 있었다. A photograph taken through a compact fluorescence microscope of Example 1 with respect to the collection time (sampling time) of 20, 40, and 60 seconds in the detection portion of the microchannel having a cut diameter of 1 μm (the second bend portion of the present experiment) 4 (a), 4 (b) and 4 (c). As a result, it was confirmed that as the collection time increases, that is, as the amount of bio-aerosol collected increases, the intensity of fluorescence becomes stronger.
또한, 포집시간을 30초로 고정시긴 후, 소형 형광현미경을 이동시켜 각각의 굴곡부, 즉 분리입경이 각각 2.5, 1, 0.5 μm인 검출부에서 촬영한 사진을 도 4의 (d), (e), (f)에 나타내었다. 이때 첫번째 굴곡부의 사진이 도 4의 (d), 두번째 굴곡부에서의 사진이 (e), 세번째 굴곡부에서의 사진이 (f)이다. 그 결과, 도 3의 왼쪽 상부의 그래프와 같은 분포 (크기가 0.5~2 μm)를 가지는 바이오에어로졸의 경우 포집되는 양이 첫번째 굴복부보다 두번째 굴곡부와 세번째 굴곡부에서 많다는 것을 확인할 수 있었다.
After the collection time was fixed to 30 seconds, a small fluorescence microscope was moved and photographed at each of the bent portions, that is, the detection portions having the separation particle diameters of 2.5, 1 and 0.5 μm, respectively, are shown in FIGS. 4 (d) (f). At this time, the photograph of the first bent portion is shown in (d) of FIG. 4, the photograph of the second bent portion is shown in (e), and the photograph of the third bent portion is shown in (f). As a result, it was confirmed that the bio-aerosol having the same distribution (size of 0.5 to 2 μm) as the graph at the upper left of FIG. 3 was collected in the second bend portion and the third bend portion than the first bend portion.
[실험예 4] 검출된 바이오에어로졸의 형광강도 분석[Experimental Example 4] Analysis of fluorescence intensity of the detected bio-aerosol
직경이 1μm인 표준입자를 사용하여 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 실험을 실시하고, 실험예 2에서 사용된 포도상구균과 동일한 입경분포를 갖는 포도상구균을 사용하여 실험예 2와 동일한 방법으로 실험을 실시하였다. Experiments were carried out in the same manner as in Experimental Example 1 using standard particles having a diameter of 1 탆 and experiments were carried out in the same manner as Experimental Example 2 using Staphylococci having the same particle size distribution as that used in Experimental Example 2 Respectively.
이때 각 표준입자와 포도상구균이 각 두번째 굴곡부에서 충돌판에 관성충돌할 때를 10초 단위로 포집(샘플링)하여 충돌판 아래에 위치한 소형 형광현미경을 통하여 촬영하여 각각의 포집시간에 따른 사진을 얻었다. 이 후 MATLAB으로 이 사진파일들을 읽어 각각의 사진에서 연두색의 강도를 얻어서 도 5에 그 형광 강도를 그래프로 나타내었다. At this time, each standard particle and Staphylococcus aureus were collected (sampled) every 10 seconds when the inertia collision occurred on the collision plate at each second bend and photographed through a compact fluorescence microscope located under the collision plate to obtain photographs according to each collection time . Afterwards, these photo files were read by MATLAB and the intensity of the greenish green color was obtained from each photograph, and the fluorescence intensity was shown in FIG. 5 as a graph.
그 결과, 도 5 에 나타난 바와 같이 포집 시간, 즉 포집되는 양이 증가 할수록 형광의 세기가 강해짐을 알 수 있다. 이는 형광의 세기로 포집되는 양을 추산할 수 있다는 것을 의미한다. 그리고 그 증가형태는 포집되는 양과 형광의 세기가 1차 함수(선형)로 증가하는 것이 아니라 포집되는 양이 많아 질수록 형광세기의 증가정도가 점차 감소함을 알 수 있다. 또한, 도 5의 왼쪽 상부의 속 그래프와 도 5의 큰 그래프를 비교하여보면 형광의 세기를 바탕으로 바이오에어로졸과 일반 입자(비생물학적 입자)를 구별할 수 있음을 확인할 수 있다. As a result, as shown in FIG. 5, the fluorescence intensifies as the collection time, that is, the amount to be collected increases. This means that the amount of fluorescence that can be captured can be estimated. And it can be seen that the increase in fluorescence intensity gradually decreases as the amount of collected fluorescence increases, rather than the amount of collected fluorescence and the intensity of fluorescence increase in the first order function (linear). 5, it can be seen that the bio-aerosol and the general particle (non-biological particle) can be distinguished from each other based on the fluorescence intensity.
Claims (18)
시료가 통과하는, 하나 이상의 굴곡부를 포함하는 미소유로; 및
상기 미소유로를 통과하는 시료 중의 바이오에어로졸이 충돌하여 포집되는 검출부;
를 포함하는 바이오에어로졸 검출장치.An apparatus for detecting bio-aerosols in a sample,
A minute flow path including at least one bend through which the sample passes; And
A detector for colliding and collecting the bio-aerosols in the sample passing through the micro-channel;
Wherein the bio-aerosol detecting device comprises:
상기 미소유로는 상기 접촉구간의 벽이 뚫려있는 바이오에어로졸 검출장치.The micro-actuator according to claim 1, wherein the detecting portion includes an impingement plate having a contact section in contact with a bent portion of the micro-
Wherein the minute flow path has a wall of the contact section.
상기 미소유로의 굴곡부는 검출부를 기준으로 60° 내지 120°로 구부러진 형태인 바이오에어로졸 검출장치.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the curved portion of the microchannel is curved at 60 to 120 degrees with respect to the detection portion.
상기 시료를 하나 이상의 굴곡부를 갖는 미소유로에 주입하여 시료를 이동시키는 단계; 및
상기 시료가 상기 굴곡부를 통과할 때 충돌판에 관성충돌된 시료 중의 바이오에어로졸을 충돌판에 포집하는 단계를 포함하는 바이오에어로졸 검출방법.A method for detecting bio-aerosols in a sample,
Injecting the sample into a microchannel having one or more bent portions to move the sample; And
And collecting the bio-aerosol in the sample which has been inertially collided with the impact plate when the sample passes through the bent portion, on the impact plate.
포집된 바이오에어로졸보다 입자 크기가 더 작은 바이오에어로졸은 포집되지 않고 미소유로를 따라 계속 이동하여 바이오에어로졸이 입자 크기별로 분리되는 것을 더 포함하는 바이오에어로졸 검출방법.14. The method of claim 13, wherein collecting the bio-
Wherein the bio aerosol having a particle size smaller than that of the captured bio-aerosol does not collect and continues to move along the micro-channel to separate the bio-aerosols according to the particle size.
상기 바이오에어로졸 검출방법은 상기 포집된 바이오에어로졸을 검출하는 단계를 더 포함하는 바이오에어로졸 검출방법.17. The method according to any one of claims 13 to 16,
Wherein the bio-aerosol detection method further comprises detecting the captured bio-aerosol.
상기 바이오에어로졸 검출하는 단계는 상기 바이오에어로졸을 포집하는 단계와 동시에 이루어지는 바이오에어로졸 검출방법.18. The method of claim 17,
Wherein the step of detecting the bio-aerosol is carried out simultaneously with the step of collecting the bio-aerosol.
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