KR20200093196A - 항균특성 평가 장치 및 이를 이용한 항균특성 평가방법 - Google Patents
항균특성 평가 장치 및 이를 이용한 항균특성 평가방법 Download PDFInfo
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Abstract
항균특성 평가 장치 및 이를 이용한 항균특성 평가방법에서, 상기 항균특성 평가 장치는 하부 챔버, 상부 챔버, 복수의 시험관들, 센서부 및 표시부를 포함한다. 상기 하부 챔버는 복수의 개구부들이 형성된 하부 프레임이 수납된다. 상기 상부 챔버는 상기 하부 챔버와 결합되며, 상부 공간을 형성한다. 상기 시험관들은 상기 개구부들에 각각 위치하며, 배양액들을 저장한다. 상기 센서부는 상기 시험관들의 상부에 위치하며, 상기 배양액들로부터 발생되는 VOCs(volatile organic compounds)를 센싱한다. 상기 표시부는 시간이 경과함에 따라 상기 센서부의 VOCs 센싱 신호의 기울기가 급격하게 변화하기 시작하는 구간에 대한 정보를 제공한다.
Description
본 발명은 항균특성 평가 장치 및 이를 이용한 항균특성 평가방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항균물질 또는 나노물질의 박테리아에 대한 항균 효율 또는 항균 특성을 신속하고 정량적으로 평가할 수 있으며, 소형화 및 휴대가 가능한 항균특성 평가 장치 및 이를 이용한 항균특성 평가방법에 관한 것이다.
최근 식품, 화장품, 의료소재, 생활용품, 복합섬유, 필터 등 다양한 제품에 적용이 가능한 항균, 항염증 활성 나노입자가 개발되고 있으며, 대표적으로는 은 나노입자가 항균 나노입자로 활용되고 있다. 나아가, 친환경, 저 생체독성 물질, 신규 복합 나노물질 등 다양한 신규 항균물질들이 개발되고 있다.
그러나, 이와 같은 항균물질들의 경우, 사이즈나, 함량, 복합체의 특성, 표면처리 등의 다양한 요인들에 의해 해당 물질의 항균효율이 서로 달라지므로, 해당 물질의 보다 정확한 항균 특성 또는 항균 효율을 평가하기 위한 방법이 다양하게 제안되고 있다.
이러한 항균 특성의 평가 방법으로는, 원반확산시험법(disk diffusion test), 세포 계수법(cell counting), 분광법(UV-VIS spectroscopy), 신속미생물검사법(ATP analyzer) 등의 방법이 사용되고 있다.
상기 원반확산시험법의 경우, 측정을 위한 경계면의 설정이 난해하고, 이에 따라 정량적 평가보다는 정성적 평가 방법이라 할 수 있으며, 특히 나노물질을 젤 위에 올려 건조시켜야 하는데 건조과정에서 오차가 발생하는 문제가 있다. 상기 세포 계수법의 경우, 용액을 희석하여 직접 셀의 개수를 세는 방법인데, 실시간으로 데이터를 획득하는 것은 어렵고 개수를 세는 과정에서 많은 시간과 노력이 필요한 문제가 있다.
한편, 분광법의 경우, 대한민국 등록특허 제10-1914599호를 통해 개시되는 바와 같이, 나노물질이 일반적으로 농도가 높아질수록 용액의 탁도가 증가하는 특성을 이용한 것이나, 탁도가 일정 수준 이상인 경우 광학적 분석이 어려운 문제가 있다. 나아가, 신속미생물 검사법의 경우, 실시간 데이터 획득이 어려운 단점이 있다.
이상과 같이, 종래 제안되고 있는 항균 특성의 평가 방법들은 상대적으로 장시간과 많은 노력이 필요하면서도, 결과에 있어 정확성이 높지 않은 문제가 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 항균물질 또는 나노물질의 박테리아에 대한 항균 효율 또는 항균 특성을 신속하게 정량적으로 평가할 수 있으며, 소형화로 구현되어 휴대가 가능한 항균특성 평가 장치에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 항균 특성 평가 장치를 이용한 항균특성 평가방법에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 항균특성 평가 장치는 하부 챔버, 상부 챔버, 복수의 시험관들, 센서부 및 표시부를 포함한다. 상기 하부 챔버는 복수의 개구부들이 형성된 하부 프레임이 수납된다. 상기 상부 챔버는 상기 하부 챔버와 결합되며, 상부 공간을 형성한다. 상기 시험관들은 상기 개구부들에 각각 위치하며, 배양액들을 저장한다. 상기 센서부는 상기 시험관들의 상부에 위치하며, 상기 배양액들로부터 발생되는 VOCs(volatile organic compounds)를 센싱한다. 상기 표시부는 시간이 경과함에 따라 상기 센서부의 VOCs 센싱 신호의 기울기가 급격하게 변화하기 시작하는 구간에 대한 정보를 제공한다.
일 실시예에서, 상기 시험관들의 하부에 위치하여, 상기 시험관들을 가열하는 가열부, 및 상기 시험관들의 하부에 위치하여, 상기 시험관들에 진동을 인가하는 진동부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 상부 챔버에는, 상기 시험관들 각각과 정렬되는 증발 공간을 형성하는 상부 프레임이 수납될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 센서부는, 상기 증발 공간들 각각의 상측에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배양액은, 박테리아, 글루코즈(glucose) 용액 및 항균 물질이 혼합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시험관들에 저장되는 배양액들 각각에서 상기 항균 물질이 차지하는 중량%는 서로 다를 수 있다.
일 실시예에서, 상기 센서부는, 상기 박테리아에 의한 상기 글루코즈 분해 대사 과정에서 생성되는 에탄올(ethanol) 가스를 측정할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 항균특성 평가방법에서, 복수의 배양액들을 제조한다. 상기 배양액들 각각을 하부 챔버에 위치하는 복수의 시험관들에 주입한다. 상기 배양액들의 혼합을 유도한다. 상기 시험관들의 상부에 위치하는 센서부를 통해, 상기 배양액들로부터 발생하는 VOCs 센싱 신호를 모니터링한다. 시간이 경과함에 따라, 상기 VOCs 센싱 신호의 기울기가 급격하게 변화하기 시작하는 구간에 대한 정보를 제공한다.
일 실시예에서, 상기 배양액들을 제조하는 단계에서, 상기 배양액은 박테리아, 글루코즈(glucose) 용액 및 항균 물질을 혼합하여 제조하며, 상기 배양액들 각각에서 상기 항균 물질이 차지하는 중량%는 서로 다르게 제조할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 VOCs 센싱 신호를 모니터링하는 단계에서, 상기 박테리아에 의한 상기 글루코즈 분해 대사 과정에서 생성되는 에탄올(ethanol) 가스의 양을 모니터링할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 배양액들의 혼합을 유도하는 단계에서, 상기 시험관들을 가열하거나, 상기 시험관들에 진동을 인가할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 박테리아의 글루코즈 분해 대사과정에서 발생하는 VOCs를 센싱하는 센싱 신호의 기울기가 급격하게 변화하는 특성을 바탕으로 항균 물질의 효과 또는 항균특성을 평가함으로써, 보다 정확하고 정량적으로 항균특성을 평가 또는 판단할 수 있다.
특히, 상기 VOCs 센싱 신호의 기울기가 급격하게 변화하기 시작하는 구간이 박테리아의 농도, 즉 항균물질의 항균 효과에 따라 다르게 나타나며, 로그(log)값이 박테리아의 농도에 비례함을 통해, 상기 정량적인 항균물질의 항균 효과에 대한 평가를 수행할 수 있다.
이 경우, 복수의 시험관들을 구비하는 항균특성 평가 장치에서, 시험관들 각각에 서로 다른 농도의 항균물질을 혼합시킴으로써 서로 다른 농도를 가지는 항균물질에 의한 항균 효과를 동시에 실시간으로 비교하여 측정 및 평가가 가능할 수 있다.
특히, 상기 평가 장치를, 하부 챔버 및 상부 챔버가 서로 결합되도록 구분하여 제작하고, 배양액은 하부 챔버에 위치하는 시험관에, 센서부는 상부 챔버에 위치하도록 배치함으로써, 실제 VOCs의 발생에 따른 VOCs의 센싱 신호를 해당 시험관의 상부에서 직접 획득함으로써, 보다 정확한 센싱 신호의 획득이 가능하게 된다.
나아가, 하부 챔버 및 상부 챔버를 결합한 상태에서, 하나의 항균특성 평가 장치로서 휴대가 가능하고, 소형화의 구현이 가능하며, 실제 대사과정이나 센싱 과정이 외부와 차단되며, 센싱 결과, 즉 항균특성의 평가 결과를 실제 대사과정을 관찰하지 않으면서도 표시부를 통해 직접 외부에서 획득할 수 있으므로 사용성 및 편의성이 향상된다.
도 1은 박테리아에 의한 글루코즈 분해 대사과정을 도시한 모식도이다.
도 2는 박테리아를 이용한 글루코즈 분해 대사과정(즉, 박테리아의 호흡 모니터링)에서 발생하는 다양한 신호에 대한 센싱 결과를 도시한 그래프이다.
도 3a는 도 2의 박테리아의 호흡 모니터링에서, 박테리아의 농도에 따라 VOCs 센서를 이용하여 센싱되는 신호를 도시한 그래프이고, 도 3b는 센싱 시간에 대한 로그값을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 실시예에 의한 항균특성 평가 장치를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 항균특성 평가 장치에 사용되는 항균물질이 포함된 배양액들의 예를 도시한 이미지이다.
도 6은 도 4의 각각의 배양액들에 대한 항균특성을 평가한 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 도 6의 항균특성 평가 결과를 표로 도시한 것이다.
도 8은 도 4의 항균특성 평가 장치를 이용한 항균특성 평가 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 박테리아를 이용한 글루코즈 분해 대사과정(즉, 박테리아의 호흡 모니터링)에서 발생하는 다양한 신호에 대한 센싱 결과를 도시한 그래프이다.
도 3a는 도 2의 박테리아의 호흡 모니터링에서, 박테리아의 농도에 따라 VOCs 센서를 이용하여 센싱되는 신호를 도시한 그래프이고, 도 3b는 센싱 시간에 대한 로그값을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 실시예에 의한 항균특성 평가 장치를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 항균특성 평가 장치에 사용되는 항균물질이 포함된 배양액들의 예를 도시한 이미지이다.
도 6은 도 4의 각각의 배양액들에 대한 항균특성을 평가한 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 도 6의 항균특성 평가 결과를 표로 도시한 것이다.
도 8은 도 4의 항균특성 평가 장치를 이용한 항균특성 평가 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 실시예에 의한 항균특성 평가 장치는, 박테리아에 의한 글루코즈 분해 대사과정에서의 특성을 이용한 것으로, 우선, 이러한 박테리아에 의한 글루코즈 분해 대사과정에서의 특성을 설명한다.
도 1은 박테리아에 의한 글루코즈 분해 대사과정을 도시한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 박테리아에 의한 글루코즈(glucose) 분해 대사과정을 살펴 보건대, 상기 글루코즈는 피루브산(pyruvic acid)을 거쳐 분해되면서, 이산화탄소(CO2) 및 에탄올(ethanol)을 생성하게 된다. 또한, 이러한 박테리아에 의한 글루코즈 분해 대사과정을 통해서는, 분해 대사의 정도에 따라 발생되는 기체의 압력, 이산화탄소 및 에탄올 등의 양도 변화하게 된다.
이 경우, 상기 에탄올은 휘발성 유기화합물의 일종으로, VOCs(volatile organic compounds, 휘발성 유기화합물)란, 벤젠, 포름알데히드, 톨루엔, 자일렌, 에틸렌, 스틸렌, 아세트알데히드, 에탄올 등을 칭하며, 대기 중에 휘발되면서 악취를 야기하는 물질을 의미한다.
이에 본 실시예에서의 상기 항균특성 평가 장치는, 후술하겠으나, 상기 VOCs의 일종인 에탄올을 VOCs 센서를 통해 측정함으로써, 상기 박테리아에 의한 글루코즈의 분해 대사과정에 대한 상태를 모니터링하게 된다.
도 2는 박테리아를 이용한 글루코즈 분해 대사과정(즉, 박테리아의 호흡 모니터링)에서 발생하는 다양한 신호에 대한 센싱 결과를 도시한 그래프이다.
즉, 도 2에는, 상기 박테리아를 이용한 글루코즈 분해 대사과정에서 발생하는 상기 기체의 압력, 상기 이산화탄소 및 에탄올의 농도에 대한 센싱 결과의 예가 도시되고 있다.
도 2를 참조하면, 상기 글루코즈 분해 대사과정이 시간이 경과하여 진행됨에 따라, VOCs 센서를 통해 센싱되는 VOCs 농도 신호는 물론, 이산화탄소 센서를 통해 센싱되는 이산화탄소 농도 신호, 및 압력 센서를 통해 센싱되는 압력 신호가 특정 시간에서 급격하게 증가하기 시작하는 것을 확인할 수 있다.
특히, 상기 신호들 중에서, VOCs 센서를 통해 센싱되는 신호는, 특정 시간에 증가하는 정도가, 다른 신호들의 증가하는 정도보다 큰 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 박테리아를 이용한 글루코즈 분해 대사과정에서는 VOCs 센서를 통해 센싱되는 VOCs 농도 신호가 특정 시간에서 여타의 신호들 보다 매우 급격하게 증가하기 시작하는 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이 경우, 상기 VOCs 농도 신호는 곧, 에탄올 농도 신호라고 할 수 있음은 앞서 설명한 바와 같다.
이상과 같이, 상기 박테리아를 이용한 글루코즈 분해 대사과정에서는, 시간의 경과에 따라 특정 시간에서 에탄올의 농도가 급격하게 증가하는 현상을 확인할 수 있다.
도 3a는 도 2의 박테리아의 호흡 모니터링에서, 박테리아의 농도에 따라 VOCs 센서를 이용하여 센싱되는 신호를 도시한 그래프이고, 도 3b는 센싱 시간에 대한 로그값을 도시한 그래프이다.
나아가, 도 3a를 참조하면, 103 cfu/mL, 104 cfu/mL, 105 cfu/mL 및 107 cfu/mL과 같은 다양한 박테리아의 농도에 대하여, 글루코즈 분해 대사과정을 수행하게 되면, 시간이 경과함에 따라, 서로 다른 특정 시간들(A, B, C, D)에서, 센싱되는 VOCs 센서의 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 이러한 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간은, 상기 박테리아의 농도가 높을수록 상대적으로 빨라지며(107 cfu/mL 인 경우 D), 농도가 낮아질수록 상대적으로 오랜 시간이 필요한 것(103 cfu/mL 인 경우 A)을 확인할 수 있다.
한편, 도 3b를 참조하면, 상기 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간을 로그값으로 환산한 결과를 확인하건대, 결국 박테리아의 농도와 상기 급격한 증가 시간 사이에는 로그 선형성(기울기는 음)을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 3b에서, 박테리아의 농도가 증가할수록(A->D), 상기 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간에 대한 로그값은 기울기가 선형적으로 감소하는, 1차 그래프를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
결국, 상기 박테리아를 이용한 글루코즈 분해 대사과정에서, 발생하는 에탄올에 대한 VOCs 센서를 이용한 센싱 결과를 바탕으로, 상기 글루코즈 분해 대사과정에서의 박테리아의 농도를 예측할 수 있으며, 이는 박테리아를 통해 글루코즈 분해 대사과정을 수행하는 경우, 상기 박테리아에 대한 항균 물질의 효과를 예측하는 것에 직접 활용될 수 있다.
즉, 상기 박테리아에 대한 항균 물질의 효과가 높을수록, 배양액에 잔류하는 박테리아의 양은 감소하게 되며, 박테리아의 양이 감소하게 되면, 결국 상기 분해 대사과정에서 발생하는 VOCs 센서의 센싱 결과에서, 센서의 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간은 늦어지게 된다.
이와 반대로, 상기 박테리아에 대한 항균 물질의 효과가 낮을수록, 결국 VOCs 센서의 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간은 빨리 나타나게 된다.
또한, 박테리아의 농도와 상기 센싱되는 신호에서의 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간에 대한 로그값은 선형적 관계를 만족시키므로, 상기 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간에 대한 정보를 획득함으로써, 배양액에 포함된 박테리아의 농도, 즉 항균 물질의 항균 효과를 정량적으로 획득할 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 실시예에 의한 항균특성 평가 장치를 통해, 배양액에 포함된 항균 물질의 효과를 정량적으로 판단할 수 있으며, 판단 결과의 정확성도 보다 향상될 수 있다.
도 4는 본 실시예에 의한 항균특성 평가 장치를 도시한 사시도이다. 도 5는 도 4의 항균특성 평가 장치에 사용되는 항균물질이 포함된 배양액들의 예를 도시한 이미지이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 항균특성 평가 장치(10)는 하부 챔버(100), 상부 챔버(200), 시험관(300), 센서부(400), 진동부(500), 가열부(600) 및 표시부(700)를 포함한다.
상기 하부 챔버(100)는 내부에 하부 공간(101)을 형성하는 사각 프레임 형상의 챔버로서, 상기 하부 공간(101)에는 하부 프레임(110)이 수납된다.
상기 상부 챔버(200)도 내부에 상부 공간(201)을 형성하는 사각 프레임 형상의 챔버로서, 상기 상부 공간(201)에는 상부 프레임(210)이 수납된다.
이 경우, 상기 하부 챔버(100)와 상기 상부 챔버(200)는, 일 모서리 부분을 중심으로 상대적으로 회전되며 체결 또는 해제될 수 있으며, 상기 하부 챔버(100)와 상기 상부 챔버(200)가 서로 체결되는 경우, 전체적으로 상기 항균특성 평가 장치(10)는 직육면체의 형상을 가지며 내부는 밀폐된다.
그리하여, 상기 항균특성 평가 장치(10)는 내부에서의 항균특성 평가 결과만을 외부로 표시하게 되며, 상자 형태로서, 운반 등의 휴대성을 갖게 된다.
한편, 상기 상부 챔버(200)와 상기 하부 챔버(100)의 체결 방법은 도면에 예시된 것 외에 다양한 방법이 가능한 것은 자명하다.
상기 하부 프레임(110)은, 상기 하부 공간(101)에 고정되는 것으로, 복수의 개구부들이 형성되고, 상기 개구부들은 복수의 열 및 행으로 소정의 간격으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 상부 프레임(210)은, 상기 상부 공간(201)에 고정되는 것으로, 상기 하부 프레임(110)에 형성된 개구부들의 상부에 정렬되는 복수의 개구부들이 형성되는데, 이렇게 형성되는 개구부들은 증발공간(310)으로 정의되며, 후술되는 박테리아의 호흡 모니터링 과정에서 발생되는 VOCs 가스가 증발되어 위치하는 공간이 된다.
상기 시험관(300)은 상기 배양액이 저장되는 공간으로, 상기 하부 프레임(110)에 형성된 복수의 개구부들에 각각 삽입되어 위치하게 된다. 이에, 상기 시험관(300)도 복수개가 구비되며, 각각의 시험관들에는 서로 다른 종류의 배양액들이 저장된다.
즉, 본 실시예에서의 상기 항균특성 평가 장치(10)에서는, 서로 다른 종류의 배양액들에 대하여 항균특성을 평가하여 동시에, 또한 실시간으로 항균특성에 대한 평가 결과를 도출할 수 있으므로, 이를 위해 상기 서로 다른 시험관들에 서로 다른 종류의 배양액들을 저장하는 것이 필요하다.
예를 들어, 상기 배양액은, 박테리아, 글루코즈 용액, 항균 물질 및 초순수(DI water)가 혼합된 것으로, 상기 항균 물질의 중량%를 서로 다르게 혼합하여 서로 다른 배양액을 제조하여, 각각의 항균 물질의 중량%에 따른 항균 특성에 대한 결과를 동시에 도출할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에서의 배양액은 도시된 바와 같이 항균 물질의 포함 정도에 따라 서로 다르게 구비될 수 있다.
일반적으로, 항균 물질로는 은(silver) 입자 등이 사용되어 왔으며, 항균성을 가지는 나노 입자도 사용되고 있다.
이에, 도 5에서는, 서로 다른 중량%를 가지는 나노 입자가 포함된 배양액을 예시한 것으로, 나노 입자의 중량%가 증가할수록(a->d) 탁한 용액으로 관측된다.
이상과 같이, 서로 다른 중량%의 나노 입자가 포함된 배양액을 각각 상기 시험관들(300)에 주입하여, 나노 입자의 중량%의 차이에 따른 항균 특성에 대한 결과를 도출하게 된다.
이와 달리, 동일한 중량%를 가지는 항균 물질을 혼합하되, 항균 물질의 종류를 서로 다르게 혼합함으로써, 서로 다른 항균 물질별 항균 특성에 대한 결과를 동시에 도출할 수도 있다.
물론, 서로 다른 중량%의, 서로 다른 종류의 항균 물질을 혼합하여, 보다 복합적인 항균 물질에 따른 항균 특성에 대한 결과를 동시에 도출할 수도 있다.
한편, 상기 하부 프레임(110)의 개구부들에 상기 시험관들(300)이 삽입됨에 따라, 상기 시험관들(300)의 상측은 상기 개구부들의 상부로 돌출되며, 상기 시험관들(300)의 상측은 상기 상부 프레임(210)에 형성된 상기 증발공간(310)들과 서로 접촉하게 된다.
즉, 상기 상부 챔버(200)가 상기 하부 챔버(100)에 체결되어 밀폐되는 경우, 상기 증발공간들(310) 각각은 상기 시험관들(300) 각각과 서로 밀폐되도록 결합된다.
그리하여, 상기 시험관들(300)에서 발생하는 VOCs 가스는 상기 증발공간(310)으로만 제공되며, 외부로 누출되지 않는다.
상기 센서부(400)는 상기 상부 프레임(210) 상에 구비되며, 상기 증발공간(310)의 상측에 위치하게 된다.
이 경우, 상기 증발공간(310)은 앞서 설명한 바와 같이, 복수개가 형성되어 각각의 증발공간들에 시험관들(300) 각각이 서로 구분되어 위치하므로, 상기 센서부(400)도 상기 증발공간들 각각에 하나씩 위치하게 된다.
그리하여, 상기 센서부(400)는, 각 증발공간(310)으로 증발되는 VOCs 가스를 센싱하게 된다.
이 경우, 상기 센서부(400)는 VOCs 센서일 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예의 경우, 상기 박테리아의 글루코즈 분해 대사과정에서 발생하는 에탄올을 측정하는 것이므로, 상기 VOCs 센서는 에탄올을 측정하는 에탄올 센서일 수 있다.
상기 진동부(500)는 상기 하부 프레임(110)의 하부, 즉 상기 시험관들(300)의 하부에 위치하여, 상기 시험관들(300)에 진동을 인가한다.
이 경우, 상기 진동부(500)는 상기 시험관들(300) 각각의 하부에 위치하여, 상기 시험관들(300) 각각에 일정한 진동을 인가할 수도 있으며, 이와 달리, 상기 하부 프레임(110)의 하부에 전체적으로 하나의 진동부로 구비되어 상기 하부 프레임(110) 전체에 일정한 진동을 인가할 수도 있다.
다만, 상기 시험관들(300)의 내부에 저장되는 배양액들에는 동일한 진동이 인가되어야 하므로, 이를 고려하여, 상기 진동부(500)의 배치, 구조 및 진동 인가 방법을 결정하여야 한다.
상기 가열부(600)도, 상기 하부 프레임(110)의 하부, 즉 상기 시험관들(300)의 하부에 위치하여, 상기 시험관들(300)을 가열한다.
이 경우, 상기 가열부(600)는 상기 진동부(500)와 서로 인접하도록 위치하여야 하며, 마찬가지로, 상기 가열부(600)도 상기 시험관들(300) 각각의 하부에 위치하여, 상기 시험관들(300) 각각에 일정한 열을 제공할 수도 있으며, 이와 달리, 상기 하부 프레임(110)의 하부에 전체적으로 하나의 가열부로 구비되어 상기 하부 프레임(110) 전체에 균일한 열을 제공할 수도 있다.
상기 가열부(600) 역시, 시험관들(300)의 내부에 저장되는 배양액들에는 균일한 열이 제공되어야 하므로, 이를 고려하여, 상기 가열부(600)의 배치, 구조 및 가열 방법을 결정하여야 한다.
상기 표시부(700)는 상기 상부 챔버(200)의 외면에 위치하여, 외부로 상기 센서부(400)에 의해 센싱되는 결과를 표시한다.
상기 표시부(700)는, 내부에서 수행되는 상기 박테리아의 글루코즈 분해 대사과정에서 발생되는 에탄올에 대한 정보를 포함하여, 항균 물질의 특성에 대한 정보를 제공하게 되는데, 구체적으로 제공되는 정보는 하기 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 도 4의 각각의 배양액들에 대한 항균특성을 평가한 결과를 도시한 그래프이다. 도 7은 도 6의 항균특성 평가 결과를 표로 도시한 것이다.
도 6의 그래프는, 서로 다른 중량%의 항균물질을 포함하는 배양액에 대하여 상기 센서부(400)에서 측정한 VOCs 센싱 결과를 도시한 것이다. 즉, 0 중량%의 항균물질을 포함한 배양액(reference), 2 중량%의 나노-다이아몬드(nano-diamond) 항균 물질을 포함한 배양액(sample 1), 5 중량%의 나노-다이아몬드 항균물질을 포함한 배양액(sample 2), 10 mg/mL의 은(silver) 나노입자의 항균물질을 포함한 배양액(sample 3), 및 100 mg/mL의 은 나노입자의 항균물질을 포함한 배양액(sample 4)에 대한 VOCs 센싱 결과이다.
또한, 도 7은 상기 도 6의 그래프의 결과를 표로 도시한 것으로, 각각의 배양액의 항균물질의 정보, 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간, 이의 로그값, 및 항균율에 대한 결과를 나타낸다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 전체적으로, 도 3a를 참조하여 설명한 결과와 동일하게, 시간이 경과함에 따라 서로 다른 특정 시간들(E, F, G, H, I)에서, 센싱되는 VOCs 센서의 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 이러한 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간들(E, F, G, H, I)은, 상기 박테리아의 농도가 높을수록 상대적으로 빨라지며(0 중량%의 항균물질을 포함한 배양액, E), 농도가 낮아질수록 상대적으로 오랜 시간이 필요한 것(100 mg/mL의 은 나노입자의 항균물질을 포함한 배양액, I)을 확인할 수 있다.
나아가, 각각의 배양액을 통하여 확인되는 항균율의 경우, 10 mg/mL의 은(silver) 나노입자의 항균물질을 포함하는 경우 99% 이상의 높은 항균율을 나타내는 것으로 확인된다.
이 경우, 상기 항균율은, 하기 방법을 통해 연산될 수 있다.
즉, reference 배양액에 대한 VOCs 센서의 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간을 Hr, Sample 배양액에 대한 VOCs 센서의 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간을 Hs, reference 배양액에서의 박테리아 No.를 Br, Sample 배양액에서의 박테리아 No.를 Bs라고 할 때, Hr, Hs, Br 및 Bs는 하기 식 (1) 및 식 (2)의 관계를 만족시킨다.
도 3b를 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, VOCs 센서의 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간을 로그값으로 환산한 결과가 도 3b에 도시된 그래프와 같은 선형성을 만족시키는 경우, 8.6은 도 3b의 그래프에서의 Y절편이며, (-1.1)은 상기 그래프의 기울기에 해당한다.
이에 따라, 상기 식 (1) 및 식 (2)는 도 3b를 통해 도출될 수 있다.
이 경우, 상기 식 (1) 및 식 (2)를 바탕으로, 항균율(%)은 하기 식 (3)으로 연산된다.
결국, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한, 각각의 항균 물질이 가지는 항균 특성으로서, 신호값이 급격하게 증가하기 시작하는 시간, 이의 로그값, 및 항균율에 대한 정보는, 상기 표시부(700)를 통해 외부로 제공될 수 있다.
도 8은 도 4의 항균특성 평가 장치를 이용한 항균특성 평가 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 상기 항균특성 평가 방법에서는, 우선, 도 5에 예시된 바와 같이, 복수의 배양액들을 제조한다(단계 S10).
이 경우, 제조되는 배양액들은, 항균 물질에 대한 평가의 목적에 부합되도록 제조될 수 있으며, 박테리아, 글루코즈 용액, 항균 물질 및 초순수(DI water)가 혼합되어 제조된다.
예를 들어, 상기 배양액들은, 서로 다른 중량%의 동일한 항균 물질이 포함되도록 제조될 수도 있고, 서로 같은 중량%의 서로 다른 항균 물질이 포함되도록 제조될 수도 있으며, 서로 다른 중량% 의 서로 다른 항균 물질이 포함되도록 복합적으로 제조될 수도 있다.
이 후, 상기 배양액들 각각을 복수의 시험관들(300)에 각각 주입한다(단계 S20). 이 경우, 상기 배양액들은 별도의 주입유닛을 통해 상기 시험관들에 각각 주입될 수 있으며, 이에 따라, 각각의 시험관들(300)에 주입되는 배양액들은 그 종류가 서로 다르게 된다.
이 후, 상기 배양액들의 혼합을 유도한다(단계 S30). 상기 배양액은 각 시험관(300)에서 균일하게 혼합됨으로써, 항균 물질에 의한 박테리아에 대한 항균이 균일하게 수행될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 상기 배양액은 섭씨 37도 정도의 온도에서 혼합됨으로써 실제 사람의 체온과 유사한 온도에서의 항균 효과를 평가할 수 있어야 하므로, 상기 가열부(600)에서는 균일한 가열을 수행함으로써, 상기 배양액이 저장되는 상기 시험관들(300)의 온도를 섭씨 37도 정도로 균일하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 배양액의 효과적인 혼합을 위해, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 진동부(500)를 통해 상기 시험관들(300)에 일정한 진동을 인가하게 된다.
이 후, 상기 시험관들의 상부에 위치하는 센서부를 통해, 상기 배양액들로부터 발생하는 VOCs 센싱 신호를 모니터링한다(단계 S40).
이 경우, 상기 센싱 신호는, 결국 상기 박테리아의 글루코즈 대사 과정에서 발생하는 에탄올 가스의 양을 나타내는 수치일 수 있으며, 이렇게 모니터링되는 센싱 신호는, 상기 표시부(700)를 통해, 도 6을 통해 예시한 바와 같은 형태의 그래프로 시간의 경과에 따라 표시될 수 있다.
이 후, 지속적으로 시간이 경과함에 따라 상기 VOCs 센싱 신호를 제공하면서, 특히, 상기 VOCs 센싱 신호의 기울기가 급격하게 변화하기 시작하는 구간에 대한 정보를 제공한다(단계 S50).
이 경우, 상기 VOCs 센싱 신호의 기울기가 급격하게 변화하기 시작하는 구간에 대한 정보는 도 6을 통해 예시한 바와 같은 형태의 그래프로 제공될 수도 있으며, 별도의 알람 형태로 제공될 수도 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 VOCs 센싱 신호의 기울기가 급격하게 변화하기 시작하는 구간은 각 배양액에 포함된 항균 물질의 항균 특성을 평가하기 위해 중요한 정보에 해당되므로, 이를 통해, 해당 항균 물질의 특성을 보다 정확하고 용이하게 평가할 수 있으며, 나아가 실시간으로 평가 결과를 제공받을 수 있게 된다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 박테리아의 글루코즈 분해 대사과정에서 발생하는 VOCs를 센싱하는 센싱 신호의 기울기가 급격하게 변화하는 특성을 바탕으로 항균 물질의 효과 또는 항균특성을 평가함으로써, 보다 정확하고 정량적으로 항균특성을 평가 또는 판단할 수 있다.
특히, 상기 VOCs 센싱 신호의 기울기가 급격하게 변화하기 시작하는 구간이 박테리아의 농도, 즉 항균물질의 항균 효과에 따라 다르게 나타나며, 로그(log)값이 박테리아의 농도에 비례함을 통해, 상기 정량적인 항균물질의 항균 효과에 대한 평가를 수행할 수 있다.
이 경우, 복수의 시험관들을 구비하는 항균특성 평가 장치에서, 시험관들 각각에 서로 다른 농도의 항균물질을 혼합시킴으로써 서로 다른 농도를 가지는 항균물질에 의한 항균 효과를 동시에 실시간으로 비교하여 측정 및 평가가 가능할 수 있다.
특히, 상기 평가 장치를, 하부 챔버 및 상부 챔버가 서로 결합되도록 구분하여 제작하고, 배양액은 하부 챔버에 위치하는 시험관에, 센서부는 상부 챔버에 위치하도록 배치함으로써, 실제 VOCs의 발생에 따른 VOCs의 센싱 신호를 해당 시험관의 상부에서 직접 획득함으로써, 보다 정확한 센싱 신호의 획득이 가능하게 된다.
나아가, 하부 챔버 및 상부 챔버를 결합한 상태에서, 하나의 항균특성 평가 장치로서 휴대가 가능하고, 소형화의 구현이 가능하며, 실제 대사과정이나 센싱 과정이 외부와 차단되며, 센싱 결과, 즉 항균특성의 평가 결과를 실제 대사과정을 관찰하지 않으면서도 표시부를 통해 직접 외부에서 획득할 수 있으므로 사용성 및 편의성이 향상된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 항균특성 평가 장치
100 : 하부 챔버
110 : 하부 프레임 200 : 상부 챔버
210 : 상부 프레임 300 : 시험관
310 : 증발 공간 400 : 센서부
500 : 진동부 600 : 가열부
700 : 표시부
110 : 하부 프레임 200 : 상부 챔버
210 : 상부 프레임 300 : 시험관
310 : 증발 공간 400 : 센서부
500 : 진동부 600 : 가열부
700 : 표시부
Claims (11)
- 복수의 개구부들이 형성된 하부 프레임이 수납되는 하부 챔버;
상기 하부 챔버와 결합되며, 상부 공간을 형성하는 상부 챔버;
상기 개구부들에 각각 위치하며, 배양액들을 저장하는 복수의 시험관들;
상기 시험관들의 상부에 위치하며, 상기 배양액들로부터 발생되는 VOCs(volatile organic compounds)를 센싱하는 센서부; 및
시간이 경과함에 따라 상기 센서부의 VOCs 센싱 신호의 기울기가 급격하게 변화하기 시작하는 구간에 대한 정보를 제공하는 표시부를 포함하는 항균특성 평가 장치. - 제1항에 있어서,
상기 시험관들의 하부에 위치하여, 상기 시험관들을 가열하는 가열부; 및
상기 시험관들의 하부에 위치하여, 상기 시험관들에 진동을 인가하는 진동부를 더 포함하는 항균특성 평가 장치. - 제1항에 있어서,
상기 상부 챔버에는, 상기 시험관들 각각과 정렬되는 증발 공간을 형성하는 상부 프레임이 수납되는 것을 특징으로 하는 항균특성 평가 장치. - 제3항에 있어서, 상기 센서부는,
상기 증발 공간들 각각의 상측에 위치하는 것을 특징으로 하는 항균특성 평가 장치. - 제1항에 있어서, 상기 배양액은,
박테리아, 글루코즈(glucose) 용액 및 항균 물질이 혼합된 것을 특징으로 하는 항균특성 평가 장치. - 제5항에 있어서,
상기 시험관들에 저장되는 배양액들 각각에서 상기 항균 물질이 차지하는 중량%는 서로 다른 것을 특징으로 하는 항균특성 평가 장치. - 제5항에 있어서, 상기 센서부는,
상기 박테리아에 의한 상기 글루코즈 분해 대사 과정에서 생성되는 에탄올(ethanol) 가스를 측정하는 것을 특징으로 하는 항균특성 평가 장치. - 복수의 배양액들을 제조하는 단계;
상기 배양액들 각각을 하부 챔버에 위치하는 복수의 시험관들에 주입하는 단계;
상기 배양액들의 혼합을 유도하는 단계;
상기 시험관들의 상부에 위치하는 센서부를 통해, 상기 배양액들로부터 발생하는 VOCs 센싱 신호를 모니터링하는 단계; 및
시간이 경과함에 따라, 상기 VOCs 센싱 신호의 기울기가 급격하게 변화하기 시작하는 구간에 대한 정보를 제공하는 단계를 포함하는 항균특성 평가 방법. - 제8항에 있어서,
상기 배양액들을 제조하는 단계에서,
상기 배양액은 박테리아, 글루코즈(glucose) 용액 및 항균 물질을 혼합하여 제조하며,
상기 배양액들 각각에서 상기 항균 물질이 차지하는 중량%는 서로 다르게 제조하는 것을 특징으로 하는 항균특성 평가 방법. - 제9항에 있어서,
상기 VOCs 센싱 신호를 모니터링하는 단계에서,
상기 박테리아에 의한 상기 글루코즈 분해 대사 과정에서 생성되는 에탄올(ethanol) 가스의 양을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 항균특성 평가 방법. - 제8항에 있어서,
상기 배양액들의 혼합을 유도하는 단계에서,
상기 시험관들을 가열하거나, 상기 시험관들에 진동을 인가하는 것을 특징으로 하는 항균특성 평가 방법.
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-
2019
- 2019-01-28 KR KR1020190010378A patent/KR102159084B1/ko active IP Right Grant
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