KR20190109018A - 생체정보 수집장치 - Google Patents

Abstract

변기로부터 유체를 흡입하는 흡입부, 상기 유체를 흡입할 수 있는 동력을 제공하는 흡입동력부 및 상기 흡입한 유체를 필터링하여 마이크로바이옴을 수집하는 하나 이상의 수집부를 포함하는, 생체정보 수집장치가 개시된다.

Description

생체정보 수집장치 {BIOLOGICAL INFORMATION COLLECTING DEVICE}

본 발명은 생체정보 수집장치에 관한 것이다.

마이크로바이옴(microbiome)은 인체에 거주하는 미생물들의 유전정보 또는 미생물 그 자체를 의미하며, 마이크로바이옴의 분석을 통해 사람의 건강상태를 판단할 수 있다.

마이크로바이옴을 수집하는 방식으로 주로 사용자가 직접 대변으로부터 시료를 수집하여 분석업체에 제공하는 방식이 이용되고 있으나, 이는 사용자에게 불편함과 불쾌감을 주는 경우가 많고, 위생상 문제점 및 시료 오염의 가능성이 있어, 이를 개선할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 생체정보 수집장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 생체정보 수집장치는, 변기로부터 유체를 흡입하는 흡입부, 상기 유체를 흡입할 수 있는 동력을 제공하는 흡입동력부 및 상기 흡입한 유체로부터 마이크로바이옴을 수집하는 하나 이상의 수집부를 포함한다.

또한, 상기 하나 이상의 수집부를 포함하며, 상기 생체정보 수집장치와 탈착 및 교체가능하게 결합되는 필터부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

개시된 실시 예에 따르면, 대변을 직접 수집하지 않고, 변기물에 용해된 마이크로바이옴을 수집함으로써 대변의 내부에 존재하는 마이크로바이옴에 비해 대변의 표면으로부터 유래되는 마이크로바이옴을 더 많이 수집할 수 있다. 대변 표면에 존재하는 마이크로바이옴은 대변 내부에 존재하는 마이크로바이옴보다 건강과 더 밀접한 관련이 있을 수 있다.

대변의 마이크로바이옴에는 사용자의 건강과 관련된 다양한 정보들이 들어 있다. 개시된 실시 예에 따르면 주기적으로 마이크로바이옴 샘플링을 용이하게 수행할 수 있어, 사용자의 건강상태를 정기적으로 모니터링할 수 있다.

또한, 마이크로바이옴 분석을 위해 사용자가 대변을 직접 다룰 필요가 없으므로 사용자의 불편함과 불쾌감을 최소화할 수 있다.

또한, 사용자가 직접 대변을 다루는 경우에 발생할 수 있는 오염(예를 들어, 손에 존재하는 마이크로바이옴 등)의 가능성을 제거할 수 있다.

본 발명의 방법을 통해 사용자의 마이크로바이옴 데이터를 보다 쉽게 많이 획득함으로서, 마이크로바이옴에 관련된 데이터베이스를 풍성하게 만들 수 있고, 마이크로바이옴 프로파일과 사용자의 건강과의 연관성에 대해 더 잘 이해할 수 있다.

움직임이 불편한 환자의 경우 대변을 직접 샘플링하는데 어려움이 있을수 있으나, 본 발명의 방법을 이용하여 다양한 환자로부터 쉽게 마이크로마이옴을 획득할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시 예에 따른 대변의 생체정보 수집장치를 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 생체정보 수집장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 일 실시 예에 따라 촉진부를 포함하는 생체정보 수집장치를 도시한 도면이다.
도 4는 다양한 실시 예에 따른 촉진부의 동작을 도시한 도면이다.
도 5는 마이크로바이옴의 16S rRNA gene 영역 전체 혹은 일부를 증폭하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 Bray Cutis Plot을 도시한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

명세서에서 사용되는 "부" 또는 “모듈”이라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부" 또는 “모듈”은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부" 또는 “모듈”은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부" 또는 “모듈”들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들로 더 분리될 수 있다.

실시 예에 따라서, "부" 또는 "모듈"은 인력 네트워크를 의미할 수 있다. 예를 들어, "부" 또는 "모듈"은 소프트웨어 또는 하드웨어적 구성이 아닌, 특정 회사나 회사 내부의 특정 부서 등을 의미할 수 있다. 또한, "부" 또는 "모듈"은 개시된 실시 예에 따른 소프트웨어 또는 하드웨어적 구성을 포함하되, 이를 운용하는 사용자를 포함하는 인력 네트워크를 포괄하는 의미로도 이해될 수 있다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 대변의 생체정보 수집장치를 도시한 도면이다.

도 1(a) 내지 도 1(c)를 참조하면, 좌변기(1), 좌변기(1)에 수용된 유체(10), 유체(10)를 흡입하는 흡입부(110) 및 흡입부(110)를 통하여 흡입된 유체(10)의 일부를 분석하여 대변의 생체정보를 분석하는 생체정보 수집장치(100)가 도시되어 있다.

일 실시 예에서, 유체(10)는 물일 수 있으며, 특히 배변 후 대변이 포함된 물을 의미한다. 유체(10)에는 대변으로부터 유래된 마이크로바이옴(microbiome)이 포함되며, 개시된 실시 예에서 생체정보 수집장치(100)는 유체(10)로부터 마이크로바이옴을 채취하고, 실시 예에 따라 채취된 마이크로바이옴을 분석한다.

일 실시 예에서, 흡입부(110)는 호스(hose) 형태로 이루어질 수 있다. 예로, 호스의 단면은 원형일 수 있고, 호스는 신축성이 있으며 휘어질 수 있는 소재로 구성될 수 있다. 다른 예로, 호스의 단면은 원형이 아닐 수도 있고, 변기의 표면에 밀착하거나 변기 본체에 내장될 수 있는 형태로 구성될 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다.

실시 예에 따라서, 생체정보 수집장치(100)는 변기와 분리되어 독립적인 모듈(도 1(a))로 구성되거나, 비데와 같은 형태로 변기에 부착되는 모듈(도 1(b))로 구성되거나, 변기와 일체형으로 구성(도 1(c))될 수 있다.

다른 실시 예에서, 생체정보 수집장치(100)는 복수의 변기들과 각각 연결되어, 각각의 변기로부터 수집되는 정보를 분류 및 분석할 수 있다. 예를 들어, 생체정보 수집장치(100)는 하나의 화장실, 하나의 층 또는 하나의 건물에 포함된 변기들에 각각 연결되어, 이로부터 수집되는 정보를 분류 및 분석할 수 있다.

도 2는 일 실시 예에 따른 생체정보 수집장치를 도시한 구성도이다.

도 2를 참조하면, 생체정보 수집장치(100)는 위치 컨트롤러, 센서, 흡입동력부, 장치유지부, 밸브, 유체회로 및 유체회로 컨트롤러, 후처리부, 교체가능한 필터부(200), 제어부, 전원공급부, 통신부, 입력부 및 출력부를 포함한다.

도 2에 도시된 각 구성들은 예시로서 도시된 것으로, 도 2에 도시된 구성들 중 일부가 생략되거나, 도 2에 도시되지 않은 구성들이 도 2에 도시된 생체정보 수집장치(100)에 추가될 수 있다.

일 실시 예에서, 위치 컨트롤러는 흡입부(110)의 위치를 조정할 수 있다. 위치 컨트롤러는 사용자가 수동으로 조작하여 위치를 조정하도록 구성될 수도 있고, 모터라이즈 스테이지(motorized stage)를 이용하여 자동으로 위치를 조정하도록 제공될 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다.

일 실시 예에서, 흡입 동력부는 흡입부(110)에서 유체(10)를 흡입할 수 있도록 하는 동력을 제공한다. 일 실시 예에서, 흡입 동력부는 흡입부(110)를 통해 바람직하지 않은 물질이 흡입되었거나, 흡입될 수 있는 경우 해당 물질을 배출하거나, 흡입하지 않기 위해 반대 방향의 동력을 제공할 수 있다.

예를 들어, 흡입 동력부는 아래에 나열된 방식들 중 적어도 하나 또는 하나 이상의 조합으로 동력을 제공할 수 있다.

1) positive displacement pump

2) Rotary type : Gear pumps, Screw pump, Rotary vane pump, Roots-type pumps

3) Reciprocating-type: piston pumps, plunger pumps, diaphragm pumps

4) Linear-type: rope pumps, chain pumps

5) Progressive cavity pump

6) Peristaltic pump

7) impulse pumps : Hydraulic ram pumps, Pulser pumps, Airlift pumps

8) velocity pumps : Radial-flow pumps, Axial-flow pumps, Eductor-jet pump

9) gravity pumps : syphon, and Heron's fountain

10) steam pumps : Thomas Savery's pump, Pulsometer steam pump.

11) valveless pumps : impedance pumps, Piezoelectric transducer

12) air pump : gas compressor, vacuum pump

일 실시 예에서, 생체정보 수집장치(100)는 흡입된 유체(10)가 바람직한 방향으로 흘러가도록 할 수 있는 적어도 하나의 밸브, 유체 회로 및 유체 회로 컨트롤러를 포함한다.

일 실시 예에서, 전원 공급부는 생체정보 수집장치(100)에 전원을 공급하며, 유선, 무선 또는 배터리를 통하여 전원을 공급할 수 있다.

일 실시 예에서, 필터부(200)는 생체정보 수집장치(100)로부터 교체가능하게 구성된다. 일 실시 예에서, 생체정보 수집장치(100) 또는 필터부(200)는 흡입된 유체(10)로부터 마이크로바이옴 외의 이물질들을 걸러낼 수 있는 전치필터를 포함한다. 예를 들어, 전치필터의 구멍 크기(pore size)는 10um~5mm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시 예에서, 필터부(200)는 마이크로바이옴을 수집할 수 있는 하나 이상의 마이크로바이옴 수집부를 포함한다. 일 실시 예에서, 마이크로바이옴 수집부는 적절한 크기의 용기 또는 튜브에 흡입된 유체를 모으는 방식, 필터 또는 흡착을 이용하여 미생물들을 포집하는 방식, 관성류(inertial flow)를 이용하여 미생물을 포집하는 방식 등을 이용할 수 있다.

일 실시 예에서, 마이크로바이옴 수집부에 포함되는 필터의 크기는 0.1mm²~100cm²이고, 필터의 구멍 크기는 0.01um~10um일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시 예에서, 마이크로바이옴 수집부에 포함되는 필터는 여러 종류의 필터가 순차적으로 배치되는 다단계(multistage) 필터일 수 있다.

예를 들어, 필터의 종류는 아래에 나열된 종류를 포함할 수 있다.

1) Microfiltration membrane (Cellulose nitrate filter, cellulose acetate filter, nylon filter, Polyethersulfone filter, Regenerated cellulose filter, polytetrafluoroethylene filter, borosilicate microfilter, polysurfone, polyvinylidene fluoride, polyethersulfone, polyamide)

2) ultrafiltration membrane (Hollow filter, polyacrylonitrile, pvdf electrocoat, polyethersurfone)

3) Screen filter

4) depth filter

일 실시 예에서, 마이크로바이옴 수집부는 그 표면에 전하를 띠도록 처리하거나, 특정 화학 물질 또는 단백질을 이용하여 표면을 처리, 마이크로바이옴의 흡착을 늘리거나, 원하지 않는 단백질의 흡착을 줄이도록 구성될 수 있다.

개시된 실시 예에 따른 필터링 방법은 이하의 방법들을 포함할 수 있다.

1) dead-end filtration : 필터에 유체를 통과시키는 방법

2) Cross-flow filtration : filter와 tangential한방향으로 유체를 통과 시키는 방법

3) Rotary vacuum-drum filtration

4) Buchner funnel Filtration

5) Syringe filter, Disc filter, vacuum filter, Bottle top vacuums filter, tube top vacuum filter, spin centrifugation filter

6) Low speed centrifugation을 통해 불순물을 걸래낸 이후 filtration 하는 방법

일 실시 예에서, 수집부는 활성 탄소 필터(activated carbon filter) 또는 활성 숯 필터(activated charcoal filter)와 같이 냄새를 제거하는 필터를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 수집부는 유체가 주입되는 주입구(inlet), 유체가 외부로 새어나가지 않도록 하는 실링(sealing) 및 배출구(outlet)을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 하나 이상의 수집부를 포함하는 필터부(200)는 생체정보 수집장치(100)로부터 탈착 및 교체가능하게 구성되고, 생체정보 수집장치(100)로부터 분리된 후 검사를 위해 검사기관으로 보내질 수 있다. 이후, 새로운 필터부(200)가 생체정보 수집장치(100)에 결합될 수 있다.

일 실시 예에서, 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 수집부가 필터부(200)에 구비될 수 있다. 이 경우, 생체정보 수집장치(100)의 제어에 따라 흡입된 유체를 흘리고자 하는 수집부가 선택되고, 선택된 수집부에 유체가 주입될 수 있다.

또한, 복수의 수집부가 이용되는 경우, 각각의 수집부에 사용자의 마이크로바이옴 샘플이 추출 및 보관되고, 따라서 동일 사용자에 대하여 여러 시점의 데이터, 또는 다양한 사용자의 데이터가 하나의 필터부(200)에 수집될 수 있고, 이후 필터부(200)를 이용하여 다양한 데이터를 모아 한번에 분석을 수행할 수 있어, 사용자의 편의성이 증대될 수 있다.

일 실시 예에서, 생체정보 수집장치(100)는 수집된 마이크로바이옴을 후처리할 수 있는 후처리부를 포함한다. 후처리부는 시약을 주입하거나, 반응 조건을 형성함으로써 수집된 마이크로바이옴에 대해 아래와 같은 반응들을 수행시킬 수 있다.

1) wash

2) fix (고정) 또는 보존

3) lysis (용해)

4) PCR reaction

5) enzymatic reaction

6) chemical reaction

7) DNA or RNA or protein purification

8) Nucleic acid sequencing analysis

이후, 후처리부에서의 반응은 구체적으로 아래와 같은 내용들을 포함할 수 있다.

1) 마이크로바이옴 샘플을 보존하기 위한 방법

2) Low temperature storage (-80deg ~ 4deg) using freezing, Liquid nitrogen, or dry ice

3) Freeze dry, air dry

4) PSP® stabilization buffer (isogen, Stratec)

5) PAXgene (Qiagen)

5-1) 7.5 ml of stabilization buffer containing 3% (w/v) tetradecyltrimethylammonium oxalate and 125 mM or 200 mM tartaric acid, respectively, the pH of 3.7

5-2) 2.5mL of sample is added for storage

6) DNA/RNA Shield(TM)

7) RNAlater

7-1) 25 mM Sodium Citrate, 10 mM EDTA, 70 g ammonium sulfate/100 ml solution, pH 5.2

8) Preservation buffer containing

8-1) 19mM ethylenediaminetetra-acetic acid (EDTA) disodium salt dihydrate, 18mM sodium citrate trisodium salt dihydrate, 3.8 M ammonium sulfate, pH adjusted to 5.2 with H2SO4

9) Longmire's solution (100 mM Tris,100 mM EDTA, 10 mM NaCl, 0.5 % SDS, 0.2 % sodiumazide)

10) Ethanol, 95% ethanol, Alcohol, Formaldehyde

11) 다음중 한가지 이상을 포함하고 있는 버퍼 : Sodium citrate, Ammonium sulfate, Chelating agent (EDTA, CDTA), tetradecyltrimethylammonium oxalate, tartaric acid

12) Sodiumazide

13) 필터를 유기용매 혹은 계면활성제로 씻는 것.

14) bead beating 을 이용한 물리적 용해

15) chaotropic salts (guanidinium salts such as Guanidinium thiocyanate, Urea) or amphiphilic agent (Tween, Triton, Nonidets, Igepal, diethylene glycol monoethyl ether (DGME)) 를 이용한 화학적 용해

16) Protease, Proteanase K, Lysozyme, Lysostaphin or Mutanolysin 를 이용한 효소적 용해

17) 대변에 존재하는 enzymatic reaction inhibitor 를 흡수하거나 제거하는 단계

18) PCR reaction. 특히 16S / 23S rRNA gene 을 증폭하는 것 (Figure 6)

19) 수집부에서 수집된 마이크로바이옴 DNA에 DNA barcoding 을 수행하는 것

20) 냄새 제거 과정 : activated carbon filter, activated charcoal filter

일 실시 예에서, 상술한 후처리를 위하여 이용되는 물질, 또는 그 물질을 수용하는 카트리지는 생체정보 수집장치(100)로부터 탈부착 또는 교환 가능하도록 구성되며, 실시 예에 따라 동결건조되어 제공되거나, 필터부(200) 또는 이에 포함되는 수집부와 함께 제공될 수 있다.

일 실시 예에서, 생체정보 수집장치(100)는 장치의 유지 및 보수를 위한 장치 유지부를 포함할 수 있다. 장치 유지부는 액관(liquid lining)을 이물질 없는 상태로 유지하거나, 장비의 정상적인 작동을 위한 워시 용액을 보관 및 주입하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 장치 유지부는 물, 알코올, 아세톤, 효소(enzyme), 표백제(bleach solution), 계면활성제(surfactant) 및 고온의 물 등을 이용할 수 있다. 상기한 장치 유지를 위한 물질 또는 이를 수용하는 카트리지는 생체정보 수집장치(100)와 탈부착 및 교환 가능하게 구성될 수 있고, 실시 예에 따라 필터부(200)와 함께 제공될 수 있다.

일 실시 예에서, 생체정보 수집장치(100)는 적어도 하나의 센서를 포함한다. 예를 들어, 센서는 적어도 하나의 이미지 센서를 포함하는 이미징 방식일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 센서는 흡입부(110)로 액체가 아닌 고체가 흡입되는 것을 인식, 제어부에 관련 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 흡입부(110)로 고체가 흡입되는 것이 인식되면, 흡입동력부를 역방향으로 제어하여 고체를 배출할 수 있다.

일 실시 예에서, 제어부는 생체정보 수집장치(100) 및 그 구성요소들을 제어하며, 적어도 하나의 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 제어부는 흡입부(110)의 유체 흡입을 제어할 수 있고, 복수의 수집부가 있는 경우 어떤 수집부로 유체를 흘려보낼지를 제어할 수 있다. 또한, 제어부는 후처리 및 생체정보 수집장치(100)의 유지 및 보수를 제어할 수 있다.

일 실시 예에서, 입력부는 생체정보 수집장치(100)의 제어를 위한 입력을 획득한다. 예를 들어, 입력부는 사용자 정보, 기분, 대변의 상태를 포함하는 메타데이터를 입력받을 수 있다. 입력부는 사용자로부터 직접 입력을 수신할 수 있는 버튼, 스위치, 터치 패널 등을 포함할 수도 있고, 통신부를 통해 사용자 단말로부터 입력을 획득할 수도 있다.

일 실시 예에서, 출력부는 디스플레이 및 스피커 등을 포함할 수 있고, 필터부(200)에 포함된 복수의 수집부 중 사용된 것 또는 남은 것의 개수를 출력할 수 있고, 또한 수집된 마이크로바이옴의 보관 가능 기간 및 일자를 출력할 수 있다.

일 실시 예에서, 통신부는 무선 통신 기술을 이용하여 생체정보 수집장치(100)의 상태 및 상기한 출력부의 출력사항들을 전송할 수 있고, 사용자 단말로부터 정보를 수신할 수도 있다. 무선 통신 기술은 RF, NFC, 블루투스, BLE 등의 근거리 무선통신과, 네트워크를 통한 무선통신을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

일 실시 예에서, 생체정보 수집장치(100)는 대변 외에도 소변, 침 및 피 등을 포함하는 인체 유래물질로부터 생체정보를 수집 및 분석할 수 있다.

일 실시 예에서, 생체정보 수집장치(100)는 사람뿐 아니라 애완동물의 대변에 대해서도 동일한 수집 및 분석작업을 수행할 수 있다.

일 실시 예에서, 생체정보 수집장치(100)는 사용자의 배변 전에 유체(10)에 포함된 미생물을 줄이거나 없애는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 이하의 방법들이 이용될 수 있다.

1) 변기물에 antimicrobial reagent 을 분사하는 방법

2) 주기적인 변기 물의 flushing

3) 배변 전 변기 물의 flushing

4) 배변 전/후에 변기 물을 샘플링하여 보정하는 방법

도 3은 일 실시 예에 따라 촉진부를 포함하는 생체정보 수집장치를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 생체정보 수집장치(100)는 흡입부(110)와 같이 변기(1)의 유체(10)와 이어지는 촉진부(120)를 더 포함한다.

촉진부(120)는 유체(10)에 포함된 대변을 해리시키거나, 대변 안에 포함된 다량의 마이크로바이옴이 유체(10)로 빠져나오도록 촉진하는 적어도 하나의 방법을 구현하는 데 이용된다.

도 4는 다양한 실시 예에 따른 촉진부의 동작을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 아래와 같이 촉진부(120)를 이용하여 유체(10)에 포함된 대변을 해리시키거나, 대변 안에 포함된 다량의 마이크로바이옴이 유체(10)로 빠져나오도록 촉진할 수 있는 다양한 방법들이 도시되어 있다.

1) turbulence 또는 fluidics force 를 이용해서 마이크로바이옴이 변기 물로 나오도록 돕는 방법 (도 4A)

2) blade 를 이용하여 마이크로바이옴이 변기 물로 나오도록 돕는 방법(도 4B)

3) bacteria 와 대변 물질의 binding 을 화학적으로 혹은 효소적으로 없애는 방법. (도 4C)

4) lysozyme, protease, proteinase K 를 이용하여 마이크로바이옴이 변기 물로 나오도록 돕는 방법(도 4C)

5) sonication 을 이용하여 마이크로바이옴이 변기 물로 나오도록 돕는 방법(도 4D)

6) bead beating 을 이용하여 마이크로바이옴이 변기 물로 나오도록 돕는 방법 (도 4E). Bead는 glass, silica, ceramic 으로 이루어질 수 있고, bead의 크기는 0.01mm~ 1mm 일 수 있다.

7) 열을 이용하여 마이크로바이옴이 변기 물로 나오도록 돕는 방법. (도 4F)

8) electric force 를 이용하여 대변 안에 있는 마이크로바이옴이 변기 물로 나오도록 돕는 방법. (도 4G)

9) 확산에 의해 충분한 양의 마이크로바이옴이 변기 물로 나올 수 있도록 샘플링 시간을 조정하는 방법

10) laser 를 이용하여 마이크로바이옴이 변기 물로 나오도록 돕는 방법 (도 4H)

11) 초음파를 이용하여 마이크로바이옴이 변기 물로 나오도록 돕는 방법 (도 4I)

상기한 방법들을 이용하여, 유체(10)를 수집하는 것만으로도 대변에 포함된 다량의 마이크로바이옴을 수집할 수 있다.

일 실시 예에서, 생체정보 수집장치(100)는 수집된 마이크로바이옴을 직접 분석하고, 그 결과를 제공할 수 있다.

생체정보 수집장치(100)는 수집된 마이크로바이옴을 분석할 수 있는 적어도 하나의 분석모듈을 더 포함할 수 있다. 분석모듈은 제1 모듈 내지 제4 모듈을 포함할 수 있으며, 각각의 모듈은 생체정보 수집장치(100)에 포함될 수도 있고, 서로 다른 장치에 각각 분리되어 이용될 수도 있다. 실시 예에 따라, 각각의 모듈은 생체정보 수집장치(100)와 따로 분리되어 이용될 수 있다.

제1 모듈은 필터부(200)에 포함된 수집부를 전달받는다. 제1 모듈은 수집부에서 수집된 마이크로바이옴을 분석하기 위한 전처리 과정을 수행한다.

일 실시 예에서, 전처리 과정은 마이크로바이옴 용해(lysis)과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 전처리 과정은 마이크로바이옴의 구성을 판별할 수 있는 유전자 영역을 증폭하는 과정을 포함한다.

일 실시 예에서, 전처리 과정은 도 5에 도시된 바와 같이 마이크로바이옴의 16S rRNA gene 영역 전체 혹은 일부를 증폭하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 전처리 과정은 마이크로바이옴의 cpn60 영역 전체 또는 일부를 증폭하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 전처리 과정은 두 개 이상의 수집부에 존재하는 마이크로바이옴에 서로 다른 DNA 바코드를 추가하는 과정을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 제2 모듈은 제1 모듈로부터 샘플을 전달받아 마이크로바이옴을 분석한다.

일 실시 예에서, 마이크로바이옴의 분석은 염기서열 분석을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 마이크로바이옴의 분석은 마이크로어레이 분석을 포함할 수 있고, 초병렬적 염기서열분석법(massively parallel sequencing method)을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 제3 모듈은 제2 모듈의 분석결과를 이용하여 전산처리를 수행하고, 마이크로바이옴의 구성을 판별하는 과정을 수행한다. 전산처리는 분석한 마이크로바이옴의 염기서열 분석 데이터와 기존에 존재하는 마이크로바이옴 염기서열 데이터베이스를 매핑(mapping)하여 사용자에게 존재하는 마이크로바이옴의 구성을 판별하는 방법을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 제4 모듈은 제3 모듈의 분석결과를 이용하여 사용자를 위한 정리된 정보 또는 리포트를 구성하고, 이를 사용자에게 전송할 수 있다. 일 실시 예에서, 제4 모듈은 사용자의 마이크로바이옴 구성을 분석하거나 표현하기 위하여 차원감소법(dimension reduction method)을 이용할 수 있다. 일례로서 도 6에 도시된 Bray Cutis Plot이 존재한다.

일 실시 예에서, 상기한 정리된 정보는 사용자의 건강 상태에 관한 내용을 포함할 수 있다. 사용자의 건강 상태는 음주 여부, 에너지 대사 및 회복 촉진(Energy metabolism and promote recovery), 항생제 투약 여부, 비타민 섭취 상태, 섬유질 섭취 상태, 당뇨, 비만, 운동 여부, 수면 수준, 기분, 육식/채식 여부, 수분섭취, 독극물질, 변비, 설사, 임신, 우울증, 조울증, 장 질환, 일조량, 감기, 담배, 식사 주기, 몸에 해로운 음식 (고당, 고지방), 알러지, Anxiety and Cognition, 심장질환, 백신(Vaccination), 면역상태, 콜레스테롤, 간수치, 치아 건강, 예상 수명, 영양상태, 혈압/혈관질환, 알츠하이머(Alzheimer) 및 치매(dementia) 등을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기한 정리된 정보는 사용자에게 적합한 음식, 약, 유제품 및 생활 습관에 대한 조언을 포함할 수 있다. 상기한 정리된 정보는 사용자의 의료 데이터와 융함될 수 있으며, 상기한 의료 데이터는 genotype, epigenotype, mitochondrial genotype, sex, gender, race, gestational age, birth weight, mode of delivery, type of infant feeding, antibiotic use, viral infections, bacterial infections, and family history 를 포함할 수 있다.

상기한 정리된 정보는 동일 사용자의 서로 다른 시점(multi-time point)에서의 정보를 이용한 것일 수 있다. 여러 번의 검사를 통해 정보를 제공할 경우, 보다 정확한 정보를 제공할 수 있다.

상기한 정리된 정보는 사용자가 보다 바람직한 마이크로바이옴 구성을 가질 수 있도록 유도하는 정보를 포함할 수 있다.

상기한 정리된 정보 및 리포트는, 마이크로바이옴에 관련된 개인 또는 공공 데이터베이스(private or public database)를 이용하여 작성된 것일 수 있다. 개인 데이터베이스는 사용자의 마이크로바이옴 정보와, 설문 등을 통한 표현형 데이터의 수집으로 구축된 것일 수 있다. 정리된 정보는 게이미피케이션 또는 승강현실을 통해 제공될 수 있고, 또한 사용자들간의 비교를 통해서 제공될 수도 있다.

본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 변기
10: 유체
100: 생체정보 수집장치
110: 흡입부
120: 촉진부

Claims (2)

1. 변기로부터 유체를 흡입하는 흡입부;
   상기 유체를 흡입할 수 있는 동력을 제공하는 흡입동력부; 및
   상기 흡입한 유체로부터 마이크로바이옴을 수집하는 하나 이상의 수집부; 를 포함하는, 생체정보 수집장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 수집부를 포함하며, 상기 생체정보 수집장치와 탈착 및 교체가능하게 결합되는 필터부; 를 더 포함하는, 생체정보 수집장치.
   

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