KR20150068755A

KR20150068755A - 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치

Info

Publication number: KR20150068755A
Application number: KR1020130154788A
Authority: KR
Inventors: 염상철
Original assignee: 염상철
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-06-22

Abstract

본 발명은 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치에 관한 것으로,
이는 효소 발색법의 기질이 첨가된 시료에 조사되는 광의 파장을 조정할 수 있는 광원; 상기 시료의 색깔과 색깔 강도를 측정하는 칼라 센서; 및 상기 광원을 통해 상기 시료에 조사되는 광의 파장을 조정하고, 상기 시료의 색깔의 변화 패턴을 기반으로 상기 시료에 포함된 미생물의 종류를 판단하고, 상기 시료의 색깔별 강도를 기반으로 미생물 별 정량을 산출하는 분석 장치를 포함할 수 있다.

Description

효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치{Apparatus for analyzing sample automatically by using defined substrate technology}

본 발명은 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치에 관한 것으로, 특히 원성총대장균군/대장균 및 총대장균군의 정성 및 정량 분석 동작을 자동적으로 수행할 수 있도록 하는 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치에 관한 것이다.

국내 먹는물 기준은 1995년 1월 먹는물관리법이 제정/고시된 이후 지속적으로 개정되어 발전하여 왔으며, 2002년에는 국민보건위생에 직접적으로 관련된 미생물 기준인 총대장균군(total coliform)과 분원성총대장균군(fecal coliform)　또는 대장균(Escherichia coli)의 기준과 분석방법을 개선하여 선진화시킴으로서, 병원성미생물에 대한 신속한 대응조치가 가능토록 하고 있다.

이러한 국내의 총대장균군과 분원성총대장균군 또는 대장균의 분석은 다중시험관법(형광물질ltiple-tube fermentation), 막여과법(membrane filtration) 그리고 효소발색법(chromogenic enyzme substrate test)을 법정표준검사방법으로 규정하여 수행하도록 하고 있으며, 이들 실험방법들은 검사목적과 분석여건에 따라 융통성 있게 사용되고 있는 중이다.

하지만 전통적으로 미생물의 대사반응을 이용한 생화학 실험방법인 다중시험관법과 막여과법은 특이도(specific)가 낮고, 총대장균군과 분원성총대장균군 및 대장균의 확인에 있어서 추가적인 시험을 거쳐야만 하는 불편함이 상존하는데, 이와 같은 단점을 극복하기 위해 개발된 효소발색법은 미생물의 특이한 효소가 발광효소기질 또는 형광효소기질과 반응하여 발색과 형광을 유도하는 원리를 이용한 방법으로서, 미생물의 대사반응을 이용한 기존의 실험방법보다 균속(genus)과 균종(species)에 대해 특이성이 높으며 반응이 빠르고 민감한 것으로 알려져 있다.

특히, 효소발색실험은 효소 배양기만 있으면 손쉽게 사용할 수 있는 장점이 있으며, 결과 해석이 용이하고 손상 총대장균군의 검출이 가능하여 기존의 실험방법을 대체할 수 있는 대안으로서도 인정받고 있다.

도1은 종래의 기술에 따른 효소 발색법을 이용한 대장균 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도1을 참고하면, 종래의 기술에 따른 효소 발색법을 이용한 대장균 검출 방법은 우선 시료에 효소를 넣고, 소정 시간 인큐베이터에 배양한 후, 배양액을 육안으로 관찰이 노란색을 띠게 되면 총대장균군 양성 판정하고, 총대장균군 양성 판정인 노란색을 띠고 있는 시료를 UV 램프로 비춰주어 형광색을 띠게 되면 대장균과 분원성총대장균군 양성 판정을 하는 방식으로 수행됨을 알 수 있다.

즉, 종래의 대장균 검출 방법은, 사용자가 육안으로 대장균과 분원성총대장균군 및 총대장균군과 같은 미생물의 존재 여부를 손쉽게 확인할 수 있다는 장점을 제공한다. 그러나 이와 같이 사용자 시각에 의존하여 테스트를 수행하는 경우, 미생물의 농도까지는 정량적으로 측정할 수 없는 한계를 가진다.

한편, 미국의 IDEXX사와 노르웨이의 Colifast사에서는 시료도입-계량-약품첨가-배양-광학분석으로 구성되는 자동 분석 기술을 제안하였으나, 이는 높은 사양의 광학 분석 기기를 필요로 함으로써, 구현 비용이 매우 높은 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대장균과 분원성총대장균군 및 총대장균군 정성 및 정량 분석 동작을 자동적으로 수행할 수 있도록 하는 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치를 제공하고자 한다.

또한 고가의 광학 분석 기기 대신에 저가의 칼라 센서를 통해 시료의 색깔, 색깔 강도를 검출할 수 있도록 함으로써, 그 구현비용이 획기적으로 감소될 수 있도록 하는 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 효소 발색법의 기질이 첨가된 시료에 조사되는 광의 파장을 조정할 수 있는 광원; 상기 시료의 색깔과 색깔 강도를 측정하는 칼라 센서; 및 상기 광원을 통해 상기 시료에 조사되는 광의 파장을 조정하고, 상기 시료의 색깔의 변화 패턴을 기반으로 상기 시료에 포함된 미생물의 종류를 판단하고, 상기 시료의 색깔별 강도를 기반으로 미생물 별 정량을 산출하는 분석 장치를 포함하는 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치를 제공한다.

상기 미생물은 대장균, 분원성 대장균, 총대장균군 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 광원은 대장균과 분원성 대장균의 파란색 발색을 확인하기 위한 365nm의 자외선, 총대장균군의 노란색 발색을 확인하기 위한 410nm 가시광선을 발광하는 것을 특징으로 한다.

상기 분석 장치는 상기 시료의 색깔별 강도 변화량을 추적 검사하고, 추적 검사 결과를 기반으로 초기 시료에 존재했던 미생물 수를 유추할 수도 있다.

또한, 상기 분석 장치는 시료 배양 시간에 기반하여 초기 시료에 존재했던 미생물 수를 유추할 수도 있다.

본 발명에서는 시료에 조사되는 광의 파장을 순차적으로 변화시키고, 광의 파장이 변화될 때마다 시료의 색깔 및 색깔 강도를 자동 검출하도록 함으로써, 대장균과 분원성총대장균군 및 총대장균군 정성 및 정량 분석 동작을 자동적으로 수행될 수 있도록 한다.

또한 고가의 광학 분석 기기를 저가의 칼라 센서로 대체함으로써, 그 구현비용이 획기적으로 감소될 수 있도록 해준다.

도1은 종래의 기술에 따른 효소 발색법을 이용한 대장균 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도2 및 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치를 도시한 도면이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치의 칼라 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 효소 발색법을 이용한 시료 분석 방법을 도시한 도면이다.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도2 및 도3늘 본 발명의 일 실시예에 따른 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치를 도시한 도면이다.

먼저, 도2를 참고하면, 본 발명의 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치는 사용자에 의해 휴대될 수 있도록 일체형으로 구현되며, 더욱 상세하게는 직육면체 형태로 구현된 몸체(5), 몸체 전면에 서로 이격되어 배치된 광원(10)과 칼라 센서(20), 및 몸체 내부에 구비되는 분석 장치(30) 등을 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명의 분석 대상이 되는 시료는 종래에서와 동일하게 제조되도록 한다. 즉, 효소 발색법의 기질을 첨가된 시료는 일정 온도(대장균, 총대장균군의 경우 35℃, 분원성 총대장균군의 경우 44℃)로 인큐베이터에서 배양되고, 배양 결과로써 대장균 및 총대장균군의 농도에 상응하는 형광 물질을 생성하게 된다.

또한, 이와 같은 시료에 포함된 대장균과 분원성 대장균은 365nm의 자외선에 노출될 때 파란색을 발색하며, 총대장균군은 410nm의 가시광선에 노출될 때 노란색을 발색하며, 대장균과 분원성 대장균 및 총대장균군의 농도에 따라 형광 물질의 발색 정도가 달라지는 특징을 가지게 된다.

이에 본 발명의 광원(10)은 시료(1)에 광을 조사하되, 분석 장치(30)의 제어 하에 자신이 발생하는 광의 파장을 가변할 수 있다. 즉, 대장균과 분원성 대장균을 검출하고자 하는 경우에는 대장균과 분원성 대장균의 파란색 발색을 확인할 수 있도록 365nm의 자외선을, 총대장균군을 검출하고자 하는 경우에는 총대장균군의 노란색 발색을 확인할 수 있도록 410nm 가시광선을 발생할 수 있다.

이때, 광원(10)은 다수의 색상을 발광할 수 있는 LED로 구현되는 것이 바람직할 것이다.

칼라 센서(20)는 시료의 색깔, 해당 색깔의 강도를 감지한다. 본 발명의 칼라 센서(20)는 도4에 도시된 바와 같이 빨강색 광, 녹색 광, 파란색 광 각각을 필터링하는 RGB 필터(210), RGB 필터(210)에 의해 필터링된 빨강색 광, 녹색 광, 파란색 광 각각에 대응되는 전류값을 생성하는 RGB 포토 다이오드(220), RGB 포토 다이오드(220)로부터 소정 거리 이격되어 RGB 포토 다이오드(220) 각각에 의해 생성된 전류값에 대응되는 전압값을 생성 및 출력하는 전류-전압 컨버터(출력하는 Red/Green/Blue 컬러 필터(230) 등을 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성되는 칼라 센서(20)는 자신에 도달한 광에 포함된 빨강, 그린, 파랑 빛의 양에 근거하여 반응이 일어나는 원리를 이용하여, 색깔구별이 가능한 센서이며, 프로그램 가능한 광의 색깔 강도를 주파수로 바꾸어주는 센서이다. 표1은(b)와 같이 구동되는 컬러 센서의 동작 테이블표로, S2, S3 신호에 의해서 Red, Green, Blue의 컬러 필터를 선택할 수 있으며, S0, S1 신호를 조절하여 색깔에 대한 출력의 스케일을 바꾸어줄 수 있다. 즉, 각각의 선택 옵션핀에 신호를 가해줌으로써, 색깔 성분별로 데이터를 출력 값으로 획득할 수 있다.

분석 장치(30)는 테스트 기간 동안 검출 목표 대상에 따라 광원(10)을 동작 제어하여 광원(10)이 발생하는 광의 파장이 가변되도록 하고, 광 파장이 가변될 때마다 칼라 센서(20)를 통해 시료의 색깔, 해당 색깔의 강도를 측정하도록 한다. 그리고 광의 파장이 변화됨에 따라 변화되는 시료의 색깔 변화를 기반으로 대장균, 대장균군, 분원성 대장균의 각각의 존재 여부를 확인한다.

즉, 35℃의 온도에서 배양된 시료에 365nm의 자외선 광을 조사한 결과, 시료의 색깔이 파란색으로 변화되면 해당 시료에는 대장균이 존재하며, 410nm의 가시광선을 조사한 결과 사료의 색깔이 노란색으로 변화되면 해당 시료에는 총대장균군이 존재하다고 판단한다. 또한 44℃의 온도에서 배양된 시료에 365nm의 자외선 광을 조사한 결과, 시료의 색깔이 파란색으로 변화되는 경우에는 해당 시료에는 분원성 대장균이 존재한다고 판단하도록 한다.

또한, 시료의 색깔 강도를 칼라 센서를 통해 추가적으로 검출하고, 검출된 시료 색깔 강도를 대장균과 분원성 대장균 및 총대장균군 각각의 농도로 환산하도록 한다. 즉, 시료의 색깔 강도로부터 대장균과 분원성 대장균 및 총대장균군 각각의 농도를 유추하도록 한다.

이를 위해서는 시료의 색깔 강도를 대장균, 분원성 대장균 및 총대장균군 각각의 농도로 환산하기 위한 테이블이 표2와 같이 사전에 작성 및 등록되어 있어야 할 것이다.

색상 농도 (%)	대장균	대장균군	분원성대장균
10 % 미만	무	무	무
20 %	유(100마리 미만)	유(100마리 미만)	유(100마리 미만)
50%	유(1000마리 미만)	유(1000마리 미만)	유(1000마리 미만)
70%	유(3000마리 이상)	유(3000마리 이상)	유(3000마리 이상)
100%	유(5000마리 이상)	유(5000마리 이상)	유(5000마리 이상)

한편, 형광물질의 농도 또는 생성속도는 초기 시료에 존재하는 미생물의 수에 비례하는 특징이 있다.

이에 본 발명에서는 별도의 타이머(40)를 구비하고, 분석 장치(30)가 이를 활용하여 소정 시간 간격으로 시료의 색깔 강도를 반복 측정하여 시료 색깔 강도 변화 패턴을 획득할 수 있도록 한다. 그리고 이를 기반으로 초기 시료에 존재했던 미생물의 수까지도 산출할 수 있도록 한다.

또한 미생물의 수는 시료 배양 시간에 따라서도 달라질 수 있으므로, 본 발명에서는 시료의 색깔 강도에 기반하여 미생물 수를 획득하되, 시료 배양 시간에 기반하여 초기 시료에 존재했던 미생물 수까지도 유추할 수 있도록 한다.

더하여, 시료 분석 장치는 버튼, 디스플레이 장치 등을 구비하고 사용자 인터페이스(50)를 추가로 구비하고, 이를 통해 사용자의 테스트 요청 동작, 통신 요청 동작, 시료 배양 조건 등을 입력받거나, 분석 장치(30)의 사용자에게 알려주는 동작을 수행할 수도 있도록 한다.

뿐 만 아니라, 시료 분석 장치는 통신부(60)도 추가로 구비하고, 이를 통해 분석 장치(30)의 외부 기기에 알려줄 수도 있도록 한다.

이때, 통신부(60)는 유선 케이블로 구현될 수 도 있고, 블루투스, 와이파이 등과 같은 근거리 무선 통신을 수행하는 근거리 무선 통신 장치로도 구현될 수도 있을 것이다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 효소 발색법을 이용한 시료 분석 방법을 도시한 도면이다.

본 발명에서는 미생물 검출 순서가 사전에 정의 및 등록할 수 있으며, 이하에서는 설명의 편이를 위해 대장균 검출 동작을 먼저 수행한 후, 총대장균군을 검출한다고 가정하기로 한다.

먼저, 분석 장치(30)는 대장균을 검출하기 위해 광원(10)의 광 파장을 365nm으로 조정한 후 광원(10)이 해당 광 파장을 가지는 광을 시료에 조사하도록 한다(S1).

그리고 칼라 센서(20)를 통해 시료의 색깔과 색깔 강도를 측정하고(S2). 이를 기반으로 시료 색깔을 기반으로 시료에 포함된 미생물의 종류를 파악하도록 한다(S3). 또한, 색깔 강도를 기반으로 시료에 포함된 미생물량의 파악하도록 한다(S4).

그리고 나서 다음에 검출하고자 하는 목표가 있는지 확인한 후 다음에 검출하고자 하는 목표가 있는 경우에 한해 다시 단계S1로 재진입하도록 한다(S5).

즉, 대장균 검출 동작이 완료되면, 총대장균군 검출 동작을 수행하기 위해 단계 S1로 재진입하도록 한다. 그러면 분석 장치(30)는 총대장균군을 검출하기 위해 광원(10)의 광 파장을 410nmnm으로 조정한 후 광원(10)이 해당 광 파장을 가지는 광을 시료에 조사하게 된다.

그러나, 대장균 검출 동작과 총대장균군 검출 동작이 모두 종료되면, 대장균 및 총대장균군 검출 결과를 사용자에게 통보하도록 한다(S6).

이와 같이 본 발명은 시료의 색깔, 색깔 강도를 통해 시료의 정량, 정성 분석이 가능하도록 한다.

또한, 본 발명에서는 다수의 검출 목표가 존재하는 경우, 사용자가 검출 목표 검출 순서를 사전에 프로그래밍할 수 있도록 하고, 이에 따라 광 파장 가변 동작 및 시료 분석 동작이 반복적으로 자동 수행될 수 있도록 함으로써, 사용자의 편이성이 극대화될 수 있도록 해준다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 시료 분석 장치는 시료에 조사되는 광의 파장을 순차적으로 변화시키고, 광의 파장이 변화될 때마다 시료의 색깔 및 색깔 강도를 자동 검출하도록 함으로써, 사용자가 별도의 제어 동작을 수행하지 않고도 대장균과 분원성총대장균군 및 총대장균군 정성 및 정량 분석 동작이 자동 수행되도록 함을 알 수 있다.

또한 칼라 센서가 시료의 색깔 및 색깔 강도를 검출할 수 있음을 고려하여, 저가의 칼라 센서가 고가의 광학 분석 기기를 대체하도록 함으로써, 시료 분석 장치의 구현 비용도 상당부분 감소되도록 해줌을 알 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

효소 발색법의 기질이 첨가된 시료에 조사되는 광의 파장을 조정할 수 있는 광원;
상기 시료의 색깔과 색깔 강도를 측정하는 칼라 센서; 및
상기 광원을 통해 상기 시료에 조사되는 광의 파장을 조정하고, 상기 시료의 색깔의 변화 패턴을 기반으로 상기 시료에 포함된 미생물의 종류를 판단하고, 상기 시료의 색깔별 강도를 기반으로 미생물 별 정량을 산출하는 분석 장치를 포함하는 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 미생물은
대장균, 분원성 대장균, 총대장균군 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치.
제1항에 있어서, 상기 광원은
대장균과 분원성 대장균의 파란색 발색을 확인하기 위한 365nm의 자외선, 총대장균군의 노란색 발색을 확인하기 위한 410nm 가시광선을 발광하는 것을 특징으로 하는 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치.
제1 항에 있어서, 상기 분석 장치는
상기 시료의 색깔별 강도 변화량을 추적 검사하고, 추적 검사 결과를 기반으로 시료내 대장균, 분원성 대장균, 총대장균군 각각의 수를 산출하는 것을 특징으로 하는 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치.
제1 항에 있어서, 상기 분석 장치는
상기 시료의 색깔별 강도 변화량을 추적 검사하고, 추적 검사 결과를 기반으로 초기 시료에 존재했던 미생물 수를 유추하는 것을 특징으로 하는 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치.
제1 항에 있어서, 상기 분석 장치는
시료 배양 시간에 기반하여 초기 시료에 존재했던 미생물 수를 유추하는 것을 특징으로 하는 효소 발색법을 이용한 시료 분석 장치.