KR20200030314A - 공기중 부유 미생물 포집 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 중에 부유하는 세균 및 바이러스와 같은 미생물을 분자진단법으로 분석하기 위해 공기 중 부유 미생물을 카오스적인 거동 형태를 보이는 고속 회전에 의해 포집하기 위한 장치에 관한 것으로, 외부의 기체 출입을 차단하고, 내부에서 기체가 회전하는 밀폐용기, 상기 밀폐용기에 미생물이 포함된 기체를 유입시키는 유입구와 분사 노즐, 유입된 상기 기체가 배출되는 배출구, 상기 기체에 포함된 미생물이 포집되는 포집액 및 상기 포집액 상면으로 돌출되어 상기 유입구를 통해 유입된 상기 기체의 회전을 유도하는 회전유도물을 포함하는 구성을 개시한다.

Description

공기중 부유 미생물 포집 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR THE COLLECTION OF AIRBORNE MICROORGANISM}

본 발명은 공기 중에 부유하는 세균 및 바이러스와 같은 미생물을 분자진단법으로 분석하기 위해 공기 중 부유 미생물을 카오스적인 거동 형태를 보이는 고속 회전에 의해 포집하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 공기 중 입자 및 미생물을 수집하는 방법은 필터링, 관성 충돌, 원심분리(사이클론) 또는 액체에 함침시키는 방법들이 이용되어 왔고 최근에는 정전기를 이용한 포집 방법도 시도되고 있다. 필터링은 공기중에 현탁된 입자(이하 에어로졸)를 포집하고자 하는 입자보다 작은 사이즈의 공극을 갖는 필터를 이용하여 포집하는 방법인데 분자진단을 위해서 필터에 포집된 미생물을 다시 탈리시키는 과정이 필요할 뿐만 아니라 미생물 검출률이 좋지 않은 것으로 보고되고 있다.

관성 충돌은 높은 관성을 가진 에어로졸 입자를 점착성 고체 플레이트에 충돌시켜 수집하는 방법으로 입자의 충격 후 반동력이 점착력을 초과할 때 입자가 튀어 나오는 문제점이 있으며 필터링 방법과 마찬가지로 분자진단을 위해서는 점착성 고체에 강하게 달라붙은 입자들의 탈리 공정이 필요하게 된다. 따라서 관성 충돌법은 포집률에 비하여 탈리 효율이 떨어지게 되어 분자진단을 통한 검출률이 낮은 실정이다.

원심력에 의한 에어로졸 포집 방법은 회전력에 의해 입자들이 관성력을 가지게 되어 원통형 챔버의 내벽쪽에서 포집되는 방법인데 비교적 큰 입자들은 충분한 관성력을 갖게 되어 포집이 되지만 직경 수 마이크로 미터 미만인 입자들은 내부 유출관 근처의 큰 원심 반경으로 인해 포집이 효과적이지 않은 문제가 있고 실제로 테스트한 문헌에서 바이러스 포집률이 낮게 보고되고 있다.

에어로졸 입자를 액체에 함침시키는 방법으로 일반적으로 알려진 임핀저(impinger)가 있는데 공기방울을 통하여 액체로 입자를 포집하는 방식인데 발생하는 공기 방울에 의해 이미 포집되었던 입자들이 공기중으로 다시 에어로졸화되어 나갈 수 있고 포집유체의 증발량이 커서 장시간 운전이 어려운 단점이 있다.

접선 흐름(Tangential flow)을 이용한 미국 SKC社의 Biosampler는 벽면으로 비스듬히 향하는 3개의 소닉 노즐(Sonic Nozzles)을 통하여 입자들이 용기 내부 벽면에 1차 충돌 후 포집액에 비스듬히 분사되어 액체에 포집되는 방법을 사용하였다. 사이클론에 의한 포집시 상대적으로 작고 가벼운 입자들이 충분한 관성력을 받지 못해 포집되지 못하고 유출되는 단점을 극복한 기술로 현재까지 에어로졸의 포집효율이 가장 좋은 것으로 평가되고 있다. 그러나 SKC社의 Biosampler는 가격이 상당히 고가이고 전체가 유리로 제작되어 취급에 주의가 요구될 뿐만 아니라 1회용이 아니라서 실제 에어로졸 포집이 필요한 현장에 쉽게 투입되지 못하고 있는 실정이다.

최근에는 현장진단(POCT, Point of care testing)을 위해 미세유체기술이나 정전기를 이용한 에어로졸 포집 기술들이 발표되고 있으나 특정한 입자 타겟(특정 바이러스, 박테리아 등)에만 적용이 가능하거나, 단순 미생물 개체수 측정하는 용도이므로 분자진단을 위한 포집기술로서는 적합하지 않다고 사료된다.

US 5902385A, 1999. 05. 11. US 7299709B1, 2007. 11. 27. WO 2018048292A1 2018. 03. 15 KR 101754794B1 2017. 07. 06

하태환 외, 공기 중 바이러스 포집 장비의 효율성 평가, 한국농공학회논문집, 2012, Vol. 54, No. 1, pp. 63~72 Christopher F. et al. Journal of Laboratory Automation, 2015, Vol. 20(4) 390-410 E. M. Grlando, Sampling for airborne influenza virus using RNA preservation buffer : a new approach, MS thesis, University of Iowa, 2014 Willeke et al. SWIRLING AEROSOL COLLECTOR, United States Patent, 5,902,385 May 11, 1999 J. Kesavan, J. L. Sagripanti, Evaluation criteria for bioaerosol samplers, Environ Sci Process Impacts. 2015 Mar;17(3):638-45 K. Takenaka et al. Airborne virus detection by a sensing system using a disposable integrated impaction device, J. Breath Res. 10 (2016) L. Ladhani et al. Sampling and detection of airborne influenza virus towards point-of-care applications, 2017, PLoS ONE 12(3):

따라서 본 발명은 상기의 문제점과 한계를 극복하기 위하여 분자진단에 이용하기에 적합한 방식으로 공기 중 부유 미생물을 포집할 수 있는 방법과 기구를 개발하고자 한다. 보다 구체적으로는 기존의 공기 중 부유 미생물 포집 방법 대비 높은 효율의 공기 중 부유 미생물 포집 방법을 개발하고 플라스틱 기반의 1회용 포집기로 제작이 가능한 설계를 통하여 저렴한 생산 가격을 실현함으로서 실제적으로 공기 중 부유 미생물 포집을 통한 분자진단 분석이 필요한 현장에 적용이 가능하도록 하고자 한다.

본 발명은 포집 장치 내부로 유입된 공기가 카오스적 거동 특성을 보이는 고속 회전을 함으로서 포집 장치 내의 액체(포집액) 표면과 수십 내지 수백번의 기·액 접촉을 통하여 공기중에 포함된 부유 미생물이 효과적으로 액체에 포집 될 수 있도록 하였다.

카오스적 고속 회전 거동 조건을 유도하기 위하여 유체 시뮬레이션을 이용하여 유입된 공기 배출구(113)의 형태, 개수, 위치 및 각도와 분사 노즐(114)의 위치, 형태, 크기 등을 설계하여 실험을 진행하였다.

상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 부유 미생물 포집 장치는 외부의 기체 출입을 차단하고, 내부에서 기체가 회전하는 밀폐용기, 상기 밀폐용기에 미생물이 포함된 기체를 유입시키는 유입구, 유입된 상기 기체가 배출되는 배출구, 상기 기체에 포함된 미생물이 포집되는 포집액 및 상기 포집액 상면으로 돌출되어 상기 유입구를 통해 유입된 상기 기체의 회전을 유도하는 회전유도물을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 회전유도물은 원뿔형태 또는 다각 뿔형태를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 유입구를 통해 유입된 기체가 상기 밀폐용기 내에서 카오스적 거동의 회전 스트림라인을 생성하도록 상기 회전유도물로 유도하는 유도부 및 상기 유도부를 통해 유입되는 기체의 유속을 조절하는 분사 노즐을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배출구는 복수로 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배출구는 상기 유입구를 중심에 두고 마주보는 위치에 쌍으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배출구는 상기 밀폐용기 외부로 기울어져 형성될 수 있다.

상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 부유 미생물 포집 방법은 유입구를 통해 밀폐용기에 부유 미생물이 포함된 기체를 투입하는 단계, 상기 기체가 상기 밀폐용기 내의 회전유도물을 만나 카오스적 거동의 회전하는 단계, 상기 기체가 회전하면서 포집액과 충돌해 미생물이 포집되는 단계 및 상기 기체가 상기 밀폐용기 외부로 배출되는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 회전유도물은 원뿔형태 또는 다각 뿔형태를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 기체투입 단계는 상기 기체를 상기 회전유도물에 직접 투입될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 기체 배출 단계는 복수의 배출구로 상기 기체를 배출할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 기체 배출 단계는 상기 유입구를 중심에 두고 마주보는 위치에 쌍으로 상기 기체가 배출될 수 있다.

본 발명은 액체에 공기 중에 부유하는 세균과 바이러스를 포집하여 분자진단에 이용하기 위한 목적으로 종래의 필터법이나 고체 충돌법에서 필요한 포집 후 별도의 탈착 과정 없이 바로 핵산추출에 이용할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 본 발명은 종래의 포집 장치 대비 포집률이 높고 플라스틱 기반의 1회용으로 제작이 용이하다.

또한, 본 발명인 바이러스 포집 장치를 분자진단 기술과 접목시켜 축산 농가마다 설치하여 상시 모니터링 체계를 구축한다면 구제역, 조류 독감 등 국가적인 피해를 초래하는 바이러스 성 가축 전염병의 대규모 유행 전 질병의 확산 가능성에 대해 초기에 진단이 가능하다.

뿐만 아니라, 요즘 사회적인 이슈가 되고 있는 병원 내 감염의 예방을 위한 감시체계에 적용한다면 병원 내 감염 예방을 위한 실질적인 모니터링이 될 수 있고 국가적인 보건 시스템의 향상에 이바지 할 수 있다.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 작동 중의 공기중 미생물 포집 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 장치의 공기 스트림라인 시뮬레이션 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 장치의 성능 테스트를 위한 분무 과정을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 장치와 기존의 공기중 미생물 포집 장치의 성능을 비교한 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 방법의 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '공기중 부유 미생물 포집 장치 및 방법'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다.

또한, 각 구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 함께 구현될 수도 있다.

또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 장치를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 장치(100)는 밀폐용기 상부(110), 밀폐용기 하부(120), 유입구(111), 유도부(112), 배출구(113), 분사 노즐(114), 외벽(121) 및 회전유도물(122)를 포함할 수 있다.

상기 공기중 미생물 포집 장치(100)의 밀폐용기 하부(120)는 밀폐용기 상부(110)와 결합하여 밀폐용기를 구성할 수 있다. 상기 밀폐용기는 상기 유입구(111) 및 상기 배출구(113)를 통해 유입되고 배출되는 기체 외에 외부 기체의 유출입을 차단할 수 있다. 상기 밀폐용기 상부(110) 및 밀폐용기 하부(120)는 단단한 소재로 구성될 수 있다. 상기 밀폐용기 하부(120)는 바닥이 평평한 형태로 세워질 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 밀폐용기는 원통형태를 가질 수 있고 세워진 형태로 작동될 수 있다. 상기 밀폐용기의 형태는 원통형으로 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다.

상기 유입구(111)는 외부로부터 기체를 상기 밀폐용기에 투입할 수 있다. 상기 유입구(111)는 부유 미생물이 포함된 기체를 상기 밀폐용기 내부로 투입되도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 유입구(111)는 상기 밀폐용기 상부(110)와 결합된 형태일 수 있다. 상기 유입구(111)는 상기 기체가 투입된 후 수직 방향으로 하강하는 방향으로 투입되도록 할 수 있다. 상기 유입구(111)는 상기 밀폐용기 내부의 압력에 따라 투입되는 기체의 양을 조절할 수 있다. 상기 유입구(111)는 상기 밀폐용기 내부에 투입되는 기체의 속도 및 양을 조절할 수 있다. 상기 유입구(111)는 상기 밀폐용기의 내부 압력이 높은 경우 상기 밀폐용기 내부로 투입되는 기체를 차단할 수 있다. 상기 유입구(111)는 상기 기체에 외부 기체가 섞이는 등 불필요하거나 측정에 방해가 되는 요소가 투입된다고 판단되면 상기 기체의 투입을 차단할 수 있다.

상기 유도부(112)는 상기 유입구(111)를 통해 투입된 상기 기체가 상기 밀폐용기 내부로 투입되도록 유도할 수 있다. 상기 유도부(112)는 상기 기체가 상기 밀폐용기 내부의 원하는 위치로 투입되도록 유도할 수 있다. 상기 유도부(112)는 상기 밀폐용기 상부(110) 또는 상기 유입구(111)와 결합된 형태일 수 있다. 상기 유도부(112)는 관의 형태를 가질 수 있고, 관의 끝부분이 좁아지는 분사 노즐(114)을 통하여 투입되는 기체의 유속이 빨라지게 할 수 있다. 상기 유도부(112)와 분사 노즐(114)을 통하여 투입된 상기 기체는 상기 밀폐용기 내부에서 회전할 수 있다. 상기 기체는 회전 후 배출될 수 있다.

상기 배출구(113)는 상기 밀폐용기 내부의 기체가 외부로 배출될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 배출구(113)는 복수로 포함될 수 있다. 상기 배출구(113)는 상기 유입구(111)를 중심에 두고 마주보는 위치에 쌍으로 위치할 수 있다. 상기 배출구(113)는 상기 밀폐용기 상부에 수직한 형태로 형성될 수 있다. 상기 배출구(113)는 상기 밀폐용기 상부에 기울어진 형태로 형성될 수 있다. 상기 배출구(113)는 상기 밀폐용기 상부면에서 올라갈수록 시계방향 또는 반시계방향으로 기울어진 형태로 형성될 수 있다. 상기 배출구(113)는 상기 밀폐용기 내부의 공기의 흐름 방향에 따라 기울어진 방향이 결정될 수 있다. 상기 배출구(113)는 상기 밀폐용기 내부의 기체의 흐름을 감지해 그 기울어진 방향을 변경할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배출구(113)의 관통구는 상기 밀폐용기 상부면에 원형으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배출구(113)의 관통구는 상기 밀폐용기 상부면에 타원형으로 형성될 수 있다.

분사 노즐(114)는 단일 원형 또는 복수의 원형일 수 있고 회전유도물(122)위로 상기 분사 노즐(114)를 통하여 분사되는 공기가 원활히 회전될 수 있도록 수직 또는 기울어진 사선으로 분사될 수 있다.

상기 외벽(121)은 상기 밀폐용기의 내부를 외부와 차단해 상기 밀폐용기의 내부에서 흐르도록 할 수 있다. 상기 외벽(121)은 기둥형태의 상기 밀폐용기의 측면을 형성할 수 있다. 상기 외벽(121)은 플라스틱, 유리, 세라믹 및 고분자 소재로 구성될 수 있다.

상기 회전유도물(122)은 상기 유입구(111)를 통해 주입되는 기체가 상기 유도부(112)를 통해 상기 밀폐용기의 내부에 주입되면 그 흐름을 방해할 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 상기 밀폐용기 내부로 주입되는 기체를 분산시켜 상기 밀폐용기 내에서 회전하게 만들 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 뿔형태를 가질 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 상기 유도부(112)를 통과한 기체가 상기 회전유도물(122)의 면을 따라 흐를 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 삼각뿔, 사각뿔 등 다각형 뿔의 형태를 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 회전유도물(122)은 원뿔형태를 가질 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 포집액 중에 삽입될 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 적어도 일부가 상기 포집액에 잠겨있을 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 일부가 상기 포집액의 상면 위로 돌출되어 있을 수 있다. 상기 밀폐용기 내부로 주입된 상기 기체는 상기 회전유도물(122)의 면을 타고 흘러 상기 포집액과 충돌할 수 있다. 상기 회전유도물(122)의 면을 따라 흘러 상기 밀폐용기 내부에서 회전하면서 상기 포집액과 반복적으로 충돌하며 상기 기체에 포함된 미생물이 포집될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 작동 중의 공기중 미생물 포집 장치의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 작동 중의 공기중 미생물 포집 장치는 포집액(130) 및 진공펌프(200)를 포함할 수 있다.

상기 공기중 미생물 포집 장치는 상기 포집액(130)이 하부에 위치할 수 있다. 상기 포집액(130)은 상기 밀폐공간에 주입되는 기체와 충돌하며 미생물을 포집할 수 있다. 상기 기체는 상기 밀폐공간 내에서 회전하며 반복적으로 상기 포집액(130)과 충돌하며 미생물이 포집될 수 있다. 상기 기체는 상기 밀폐공간에 주입되면서 상기 회전유도물(122)과 만나 상기 회전유도물(122)의 면을 따라 분산될 수 있다.

상기 회전유도물(122)은 상기 포집액(130)의 상면에 적어도 일부가 돌출되어 있을 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 상기 포집액(130)의 상부에 돌출된 부분이 뿔형태일 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 상기 포집액(130) 상부에 돌출된 부분이 삼각뿔, 사각뿔, 오각뿔 등의 형태를 가질 수 있고, 바람직하게는 원뿔 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 회전유도물(122)은 상기 포집액(130)에 돌출되지 않는 부분은 상기 회전유도물(122)을 고정하기 위한 막대 형태로 형성될 수 있다.

상기 진공펌프(200)는 상기 밀폐공간에서 미생물 포집이 완료된 기체를 토출시킬 수 있다. 상기 진공펌프(200)는 배출구(113)와 연결되어 상기 밀폐공간 내부의 기체를 토출시킬 수 있다. 상기 진공펌프(200)는 상기 밀폐공간 내부의 압력에 따라 작동을 시작하거나 작동을 중단할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 장치의 공기 스트림라인 시뮬레이션 결과이다.

도 3을 참조하면, 5가지 형태의 실시예에서 주된 변경은 배출구(113)의 개수 와 배치, 분사 노즐(114)의 형태의 변형이다.

배출구의 형태에서 Design 1과 Design 2는 배출구가 1개이며 수직으로 배치를 하였고, Design 3은 수직 배출구를 쌍으로 배치하였다. Design 4와 Design 5는 배출구 2개를 수직이 아닌 반시계 방향으로 기울여 배치를 한 것이다.

분사 노즐의 단면은 도 3의 맨 아래부분에 나타내었으며, 노즐의 형태에서 Design 1과 Design 5는 단일 원형 노즐을 수직으로 배치하였고, Design 2, Design 3, Design 4는 보다 작은 4개의 노즐을 15도 기울여 배치하여 공기의 회전이 보다 원활하게 이루어 지도록 유도를 하였다.

단일 배출구의 수직 배치에서 Design 1에 비하여 Design 2는 4개의 소형 분사 노즐을 시계방향으로 15도 기울여 배치하여 좀더 공기의 회전 스트림이 좋아졌고, Design 2에 비하여 Design 3은 분사 노즐은 동일하지만 수직 배출구 2개를 설치하여 공기의 회전으로 인한 포집기내 공기의 카오스적 거동의 스트림라인이 나타나기 시작하였다.

Design 4는 Design 3과 동일한 분사 노즐이지만 2개의 배출구를 반 시계방향으로 기울여 유입된 공기가 포집기 내부에서 좀더 많은 회전을 반복한 후 배출되는 것을 알 수 있다.

Design 5는 Design 1에서 Design 4까지 나타나는 복잡하고 반복적인 스트림라인의 발달 양상을 고찰하면서 설계한 결과이다. 배출구는 Design 4의 것을 사용하되 분사 노즐을 Design 1의 것을 사용하여 공기 분사 직후 수평 회전력을 상실시켜 보다 많은 수직 회전을 유도함으로서 최종적인 카오스적 거동의 고속 회전 스트림라인을 생성할 수 있었다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 장치의 성능 테스트를 위한 분무 과정을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 성능 측정 실험을 위해 사용된 바이러스는 담배 모자이크 바이러스(TMV, tobacco mosaic virus)를 사용하였고 인체 감염우려가 없어서 포집 실험을 위한 모델 바이러스로 선택되었다. 이 바이러스의 길이는 약 300nm이고 직경은 18nm인 곧은 막대형으로 외가닥 RNA를 가지고 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 성능 측정을 위하여 밀폐용기에서 포집을 마친 포집액(400)에 바이러스가 함유된 에어로졸을 네블라이저를 이용하여 지속적으로 발생시키고 챔버 벽면의 작은 구멍을 통하여 본 발명품과 미국 SKC사의 Biosampler로 공기를 일정시간 흡입시켜서 액체에 바이러스를 포집시킨 후 포집액을 채취하여 핵산 추출 후 Real-time PCR로 측정하였다. 포집기로 흡입시키는 공기의 유속은 12.5 LPM으로 동일하게 설정하였고, SKC사에서 사용하는 동일한 Mineral oil을 포집액으로 사용하였다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 장치와 기존의 공기중 미생물 포집 장치의 성능을 비교한 결과이다.

도 5를 참조하면, 시간에 따른 본 발명과 기존의 공기중 미생물 포집 장치의 바이러스 포집 성능 평가를 위하여 각각의 장치를 동시에 30분간 포집을 실시하였고 5분 간격으로 포집액을 샘플링한 후 핵산 추출을 하고 real-time PCR을 이용하여 포집률을 비교하였다. Ct 값이 낮을수록 포집액에 함유된 TMV 바이러스의 양이 많음을 나타내는데 본 발명에 의한 포집 후 real-time PCR 결과 평균 2.1이 낮으므로 포집된 바이러스 농도로 환산시 본 발명에 의해 포집된 바이러스의 양이 약 5배정도 많이 포집된 것을 확인 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 방법의 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 방법은 유입구를 통해 밀폐용기에 부유 미생물이 포함된 기체를 투입하는 단계(S601)를 포함할 수 있다.

S601 단계에서, 상기 공기중 미생물 포집 장치(100)의 밀폐용기 하부(120)는 밀폐용기 상부(110)와 결합하여 밀폐용기를 구성할 수 있다. 상기 밀폐용기는 상기 유입구(111) 및 상기 배출구(113)를 통해 유입되고 배출되는 기체 외에 외부 기체의 유출입을 차단할 수 있다. 상기 밀폐용기 상부(110) 및 밀폐용기 하부(120)는 단단한 소재로 구성될 수 있다. 상기 밀폐용기 하부(120)는 바닥이 평평한 형태로 세워질 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 밀폐용기는 원통형태를 가질 수 있고 세워진 형태로 작동될 수 있다. 상기 밀폐용기의 형태는 원통형으로 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있다.

S601 단계에서, 상기 유입구(111)는 외부로부터 기체를 상기 밀폐용기에 투입할 수 있다. 상기 유입구(111)는 부유 미생물이 포함된 기체를 상기 밀폐용기 내부로 투입되도록 할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 유입구(111)는 상기 밀폐용기 상부(110)와 결합된 형태일 수 있다. 상기 유입구(111)는 상기 기체가 투입된 후 수직 방향으로 하강하는 방향으로 투입되도록 할 수 있다. 상기 유입구(111)는 상기 밀폐용기 내부의 압력에 따라 투입되는 기체의 양을 조절할 수 있다. 상기 유입구(111)는 상기 밀폐용기 내부에 투입되는 기체의 속도 및 양을 조절할 수 있다. 상기 유입구(111)는 상기 밀폐용기의 내부 압력이 높은 경우 상기 밀폐용기 내부로 투입되는 기체를 차단할 수 있다. 상기 유입구(111)는 상기 기체에 외부 기체가 섞이는 등 불필요하거나 측정에 방해가 되는 요소가 투입된다고 판단되면 상기 기체의 투입을 차단할 수 있다.

S601 단계에서, 상기 유도부(112)는 상기 유입구(111)를 통해 투입된 상기 기체가 상기 밀폐용기 내부로 투입되도록 유도할 수 있다. 상기 유도부(112)는 상기 기체가 상기 밀폐용기 내부의 원하는 위치로 투입되도록 유도할 수 있다. 상기 유도부(112)는 상기 밀폐용기 상부(110) 또는 상기 유입구(111)와 결합된 형태일 수 있다. 상기 유도부(112)는 관의 형태를 가질 수 있고, 관의 끝부분이 좁아져 투입되는 기체의 유속이 빨라지게 할 수 있다. 상기 유도부(112)에서 투입된 상기 기체는 상기 밀폐용기 내부에서 회전할 수 있다. 상기 기체는 회전 후 배출될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 방법은 상기 기체가 상기 밀폐용기 내의 회전유도물을 만나 회전하는 단계(S602)를 포함할 수 있다.

S602 단계에서, 상기 회전유도물(122)은 상기 유입구(111)를 통해 주입되는 기체가 상기 유도부(112)를 통해 상기 밀폐용기의 내부에 주입되면 그 흐름을 방해할 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 상기 밀폐용기 내부로 주입되는 기체를 분산시켜 상기 밀폐용기 내에서 회전하게 만들 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 뿔형태를 가질 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 상기 유도부(112)를 통과한 기체가 상기 회전유도물(122)의 면을 따라 흐를 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 삼각뿔, 사각뿔 등 다각형 뿔의 형태를 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 회전유도물(122)은 원뿔형태를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 방법은 상기 기체가 회전하면서 포집액과 충돌해 미생물이 포집되는 단계(S603)를 포함할 수 있다.

S603 단계에서, 상기 회전유도물(122)은 포집액 중에 삽입될 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 적어도 일부가 상기 포집액에 잠겨있을 수 있다. 상기 회전유도물(122)은 일부가 상기 포집액의 상면 위로 돌출되어 있을 수 있다. 상기 밀폐용기 내부로 주입된 상기 기체는 상기 회전유도물(122)의 면을 타고 흘러 상기 포집액과 충돌할 수 있다. 상기 회전유도물(122)의 면을 따라 흘러 상기 밀폐용기 내부에서 회전하면서 상기 포집액과 반복적으로 충돌하며 상기 기체에 포함된 미생물이 포집될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 공기중 미생물 포집 방법은 상기 기체가 상기 밀폐용기 외부로 배출되는 단계(S604)를 포함할 수 있다.

S604 단계에서, 상기 배출구(113)는 상기 밀폐용기 내부의 기체가 외부로 배출될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 배출구(113)는 복수로 포함될 수 있다. 상기 배출구(113)는 상기 유입구(111)를 중심에 두고 마주보는 위치에 쌍으로 위치할 수 있다. 상기 배출구(113)는 상기 밀폐용기 상부에 수직한 형태로 형성될 수 있다. 상기 배출구(113)는 상기 밀폐용기 상부에 기울어진 형태로 형성될 수 있다. 상기 배출구(113)는 상기 밀페용기 상부면에서 올라갈수록 시계방향 또는 반시계방향으로 기울어진 형태로 형성될 수 있다. 상기 배출구(113)는 상기 밀폐용기 내부의 공기의 흐름 방향에 따라 기울어진 방향이 결정될 수 있다. 상기 배출구(113)는 상기 밀폐용기 내부의 기체의 흐름을 감지해 그 기울어진 방향을 변경할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배출구(113)의 관통구는 상기 밀폐용기 상부면에 원형으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 배출구(113)의 관통구는 상기 밀폐용기 상부면에 타원형으로 형성될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통 상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 공기중 미생물 포집 장치
110: 밀폐용기 상부
120: 밀폐용기 하부
111: 유입구
112: 유도부
113: 배출구
114: 분사 노즐
121: 외벽
122: 회전유도물
130: 포집액
200: 진공펌프

Claims (11)

1. 외부의 기체 출입을 차단하고, 내부에서 기체가 회전하는 밀폐용기;
   상기 밀폐용기에 미생물이 포함된 기체를 유입시키는 유입구;
   유입된 상기 기체가 배출되는 배출구;
   상기 기체에 포함된 미생물이 포집되는 포집액; 및
   상기 포집액 상면으로 돌출되어 상기 유입구를 통해 유입된 상기 기체의 회전을 유도하는 회전유도물;을 포함하는 공기중 부유 미생물 포집 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전유도물은,
   원뿔형태 또는 다각 뿔형태를 가지는 것을 특징으로 하는 공기중 부유 미생물 포집 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 유입구를 통해 유입된 기체가 상기 밀폐용기 내에서 카오스적 거동의 회전 스트림라인을 생성하도록 상기 회전유도물로 유도하는 유도부; 및
   상기 유도부를 통해 유입되는 기체의 유속을 조절하는 분사 노즐;을 더 포함하는 공기중 부유 미생물 포집 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 배출구는,
   복수로 포함되는 것을 특징으로하는 공기중 부유 미생물 포집 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 배출구는,
   상기 유입구를 중심에 두고 마주보는 위치에 쌍으로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기중 부유 미생물 포집 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 배출구는,
   상기 밀폐용기 외부로 기울어져 형성되는 것을 특징으로 하는 공기중 부유 미생물 포집 장치.
   
7. 유입구를 통해 밀폐용기에 부유 미생물이 포함된 기체를 투입하는 단계;
   상기 기체가 상기 밀폐용기 내의 회전유도물을 만나 카오스적 거동의 회전하는 단계;
   상기 기체가 회전하면서 포집액과 충돌해 미생물이 포집되는 단계; 및
   상기 기체가 상기 밀폐용기 외부로 배출되는 단계;를 포함하는 공기중 부유 미생물 포집 방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 회전유도물은,
   원뿔형태 또는 다각 뿔형태를 가지는 것을 특징으로 하는 공기중 부유 미생물 포집 방법.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 기체투입 단계는,
   상기 기체를 상기 회전유도물에 직접 투입되는 공기중 부유 미생물 포집 방법.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 기체 배출 단계는,
    복수의 배출구로 상기 기체를 배출하는 것을 특징으로 하는 공기중 부유 미생물 포집 방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 기체 배출 단계는,
    상기 유입구를 중심에 두고 마주보는 위치에 쌍으로 상기 기체가 배출되는 것을 특징으로 하는 공기중 부유 미생물 포집 방법.
    

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