KR20210075480A - 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

형광 이미징 기반 미생물 검출 장치 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 미생물을 검출하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 사용자 개입이 최소화된 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치 및 미생물 검출 방법에 관한 것으로, 본 발명은 분 단위의 미리 설정한 고정된 검출 시간 내에 극소수의 미생물의 직접 관찰 및 계수가 가능하다.

Description

형광 이미징 기반 미생물 검출 장치 및 이의 제조방법{Fluorescence Imaging-based Device for Detecting Microorganism and Method for Preparing the Same}
본 발명은 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치, 이의 제조방법 및 이를 이용하여 미생물을 검출하는 방법에 관한 것이다.
인간에게 해로운 미생물을 유해 미생물이라고 한다. 이러한 유해 미생물에는 병원성 세균을 비롯하여 부패 및 감염을 일으키는 식중독균과 고위험성 감염균 등이 있다. 이러한 미생물에 의한 감염은 인간 및 동물 질병을 발생시킬 수 있으며, 이로 인해 사회적, 경제적으로 심각한 악영향을 초래한다. 이러한 미생물 중 음식물이나 식수 등에 포함된 대장균은 사람에게 식중독 등의 병을 유발하여 많은 경제적 손실을 발생시킨다.
병원성 미생물 검출을 위하여 배양 및 생화학적 검사를 통한 방식이 이용되고 있으나, 3-5일 정도의 시간이 소요되어 병원성 미생물의 조기 검출에는 한계가 있어 왔다. 이에 따라 병원성 미생물을 조기에 신속히 검출할 수 있는 기술개발에 대한 요구가 있으며, 특히 식품, 식수 및 공산품 등의 미생물을 현장에서 신속하게 검출할 수 있는 현장형 미생물 검출 장치가 있다면 병원성 미생물의 조기 검출에 유용할 것이다.
대한민국등록특허 제10-2047854호
이에 본 발명자들은 장치 내재적인 수동적 매커니즘에 의하여 일정한 반응시간 내에 검출시료 내 존재하는 미생물을 다른 기타 물질들로부터 분리 가능하며, 분리된 미생물을 형광 현미경을 통하여 직접 관찰 및 검출할 수 있는, 현장에서 미생물의 검출이 가능한 장치를 개발하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 형광 이미징 기반 미생물의 검출 방법을 제공하는 것이다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기의 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치를 제공한다:
자석이 배치되어 있는 기판;
상기 기판의 자석 상단에 배치되며, 표면에 미세유로가 형성되어 있고, 내부에 검출시료와 고점성액이 놓여지는 분리반응 공간이 마련되어 있는 미세유로층; 및
상기 미세유로층의 상단에 배치되며, 내부에 빈 공간이 마련되어 있는 흡수층을 포함하며,
상기 흡수층의 빈 공간은 상기 흡수층과 미세유로층이 서로 맞닿을 수 있도록 미세유로층의 면적과 같거나 작으며,
상기 검출시료는 자유 자성입자 및 자성입자 결합된 형광 표지 미생물이 포함된 시료이며,
상기 검출시료가 상기 미세유로층 내 분리반응 공간으로 투입되면,
상기 검출시료 내 자유 자성입자는 고점성액과 함께 상기 미세유로층에 형성된 미세유로를 따라 상기 흡수층에 도달 및 흡수되어 제거되고,
상기 검출시료 내 자성입자 결합된 형광 표지 미생물은 상기 분리반응 공간 내에서 자석에 의하여 포획됨.
또한, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치의 제조방법을 제공한다:
(a) 미세유로층 재료에 검출시료와 고점성액이 놓여지는 분리반응 공간을 마련하고, 표면에 미세유로를 형성시켜 미세유로층을 준비하는 단계;
(b) 상기 미세유로층을 자석이 배치되어 있는 기판의 상단에 접착시키는 단계;
(c) 흡수층 재료의 내부에 빈 공간을 마련하여 흡수층을 준비하는 단계, 상기 흡수층의 빈 공간은 상기 흡수층과 미세유로층이 서로 맞닿을 수 있도록 미세유로층의 면적과 같거나 작으며; 및
(d) 상기 기판에 접착된 미세유로층의 상단에 상기 흡수층을 위치시키는 단계.
뿐만 아니라, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 형광 이미징 기반 미생물의 검출 방법을 제공한다:
상기 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치에 고점성액 및 검출시료를 투입하여 상기 검출시료 내 자유 자성입자로부터 자성입자 결합된 형광 표지 미생물을 분리시키는 단계; 및
상기 분리가 종료된 후 분리반응 공간 내에 자석에 의해 포획되어 있는 자성입자 결합된 형광 표지 미생물을 형광 현미경으로 관찰하는 단계.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 분리반응 공간은 상기 미세유로층의 내부에 마련된 빈 공간이고, 상기 빈 공간의 하단에 자석이 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 미세유로층에 마련된 분리반응 공간과 상기 흡수층에 마련된 빈 공간의 면적 차이에 의하여 검출시료 내 자유 자성입자로부터 자성입자 결합된 형광 표지 미생물이 분리되는 분리반응 시간이 조절될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 미세유로층은 수용성 폴리머일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 수용성 폴리머는 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피로리돈, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 카복시메틸셀룰로오스, 풀루란 및 하이드록시프로필셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 고점성액은 상온에서 20 mPa·s 내지 200 mPa·s의 점도를 갖는 액상의 물질일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 고점성액은 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피로리돈 및 이들의 수용액으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 자석에 의하여 포획된 자성입자 결합된 형광 표지 미생물은 형광 현미경으로 관찰 또는 계수될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 미생물 검출 장치는 상기 흡수층 위에 배치되며, 상기 분리반응 공간으로 연결된 기둥 형상의 투입유로를 갖는 상부 케이스; 및 상기 기판의 아래에 배치되어 상기 상부 케이스와 결합되는 하부 케이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 미생물 검출 장치는 휴대용일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 단계 (a)는 상기 미세유로층 재료를 가습하여 표면 조직을 붕해시킨 후 건조시켜 미세유로를 형성시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 상기 단계 (a)는 상기 미세유로층 재료에 마이크로패턴 스탬핑을 하여 미세유로를 형성시킬 수 있다.
본 발명은 사용자 개입이 최소화된 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치 및 미생물 검출 방법에 관한 것으로, 본 발명은 분 단위의 미리 설정한 고정된 검출 시간 내에 극소수의 미생물의 직접 관찰 및 계수가 가능하다. 또한, 본 발명의 미생물 검출 장치는 작은 크기의 카트리지 형태로 제작될 수 있어, 현장형 미생물 검출 장치로 사용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치를 개략적으로 도시한 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치에 검출시료를 투입한 이후의 시간 흐름에 따른 작동 변화를 도시한 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치 세 개를 작동시킨 결과로서, 흡수층에 녹색으로 염색한 고점성액(글리세롤)과 자유 자성입자가 실제로 흡수되었음을 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치를 제조하는 방법에 대한 순서도이다.
도 5는 미세유로층의 표면에 미세유로를 형성하는 하나의 실시예를 도시한 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치의 활용 검증을 위한 실시예로서, 총 26개의 카트리지 형태의 미생물 검출 장치를 테스트한 결과, 15분 안팎으로 분리반응이 종료되었음을 보여주는 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 카트리지 형태의 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치를 작동시킨 후, 기판 포획면에 포획된 100 CFU 이하의 자성입자 결합된 형광 표지 황색포도상구균을 형광 마이크로 이미징을 통하여 계수한 결과를 보여주는 도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되게 도시된 부분도 있다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치를 개략적으로 도시한 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치는 자석(30)이 배치되어 있는 기판(20), 기판(20)의 자석(30) 상단에 배치되며, 표면에 미세유로가 형성되어 있고, 내부에 검출시료와 고점성액이 놓여지는 분리반응 공간(C1)이 마련되어 있는 미세유로층(10) 및 미세유로층(10)의 상단에 배치되며, 내부에 빈 공간(C2)이 마련되어 있는 흡수층(40)을 포함한다.
기판(20)에는 자석(30)이 배치되며, 자석(30)은 검출하고자 하는 자성입자 결합된 형광 표지 미생물을 미세유로층(10)에 마련된 분리반응 공간(C1) 상에서 포획하는 역할을 한다. 기판(20)으로는 폴리카보네이트 계열, 아크릴 계열, 폴리에틸렌 계열 등의 플라스틱을 이용할 수 있다. 자석(30)의 형태는 크게 제한이 없으며, 예를 들어, 원형자석을 사용할 수 있다.
미세유로층(10)은 기판(20)에 배치되어 있는 자석(30)의 상단에 위치하며, 이의 표면에는 고점성액이 흐를 수 있는 미세유로가 형성되어 있다. 또한, 미세유로층(10)의 내부에는 검출시료와 고점성액이 놓여지고, 후술한 바와 같이 검출시료 내에 존재하는 자유 자성입자와 자성입자 결합된 형광 표지 미생물이 서로 분리되는 공간인 분리반응 공간(C1)이 마련되어 있다. 사용자가 본 발명의 미생물 검출 장치에 고점성액을 투입한 후 검출시료를 투입하면, 투입된 고점성액 및 검출시료가 분리반응 공간(C1)에 위치하게 되며, 투입된 고점성액은 미세유로층(10)의 표면에 형성된 미세유로를 따라 흡수층(40) 방향으로 이동하게 된다.
분리반응 공간(C1)은 미세유로층(10)의 내부에 마련된 빈 공간의 형태일 수 있으며, 이러한 빈 공간의 하단에는 검출시료 내 자성입자 결합된 형광 표지 미생물을 포획하기 위한 자석(30)이 배치될 수 있다. 상기 빈 공간은, 예를 들어, 미세유로층 재료(예컨대, 수용성 폴리머 형태의 양면 테이프)의 내부를 원형으로 절삭하여 마련할 수 있다.
미세유로층(10)은 수용성 폴리머로 제작될 수 있으며, 본 발명에서 이용 가능한 수용성 폴리머로는, 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피로리돈, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 카복시메틸셀룰로오스, 풀루란 또는 하이드록시프로필셀룰로오스를 들 수 있다.
흡수층(40)은 미세유로층(10)의 상단에 위치하며, 내부에 빈 공간(C2)이 마련되어 있다. 본 발명의 미생물 검출 장치에 투입된 고점성액 및 검출시료는 흡수층(40)에 마련된 빈 공간(C2)을 통과하여 미세유로층(10)에 마련되어 있는 분리반응 공간(C1)에 위치하게 된다.
본 발명의 미생물 검출 장치는 미세유로층(10)에 마련된 분리반응 공간(C1)과 흡수층(40)에 마련된 빈 공간(C2)의 면적 차이에 의하여 검출시료 내 자유 자성입자(미생물이 결합되어 있지 않는 자성입자)로부터 미생물이 결합되어 있는 자성입자(자성입자 결합된 형광 표지 미생물)가 분리되는 분리반응 시간을 조절할 수 있다. 이러한 분리반응 시간의 조절을 위하여, 흡수층(40)의 빈 공간(C2)은 흡수층(40)과 미세유로층(10)이 서로 맞닿을 수 있도록 미세유로층(10)의 면적과 같거나 작다. 만약 흡수층(40)의 빈 공간(C2)이 미세유로층(10)의 면적보다 크면, 미세유로층(10)의 미세유로를 따라 이동한 고점성액 및 검출시료가 흡수층(40)에 흡수될 수 없게 된다.
검출시료는 검출하고자 하는 미생물이 들어있을 것으로 예상되는 시료로서 액상 시료일 수 있다. 검출시료는 검출하고자 하는 시료에 형광 표지된 자성입자(예컨대, 나노 크기의 자성입자)를 첨가하여 제조할 수 있으며, 이에 따라 검출시료 내에는 미생물에 결합되지 않은 자유 자성입자(및 기타 불순물)와 미생물에 결합된 자성입자(형광 표지된)가 서로 혼합되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치는 상부 케이스(60) 및 하부 케이스(50)를 추가적으로 구비할 수 있다.
상부 케이스(60)는 흡수층(40) 위에 배치되며, 미세유로층(10)에 마련된 분리반응 공간(C1)으로 연결된 기둥 형상의 투입유로를 구비한다. 고점성액 및 검출시료는 투입유로를 통하여 미세유로층(10)의 분리반응 공간(C1)으로 투입된다.
하부 케이스(50)는 기판(20)의 아래에 배치되어 상부 케이스(60)와 결합되며, 상하부 케이스(50, 60)의 내부에 기판(20), 미세유로층(10) 및 흡수층(40)이 위치하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치에 검출시료를 투입한 이후의 시간 흐름에 따른 작동 변화를 도시한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 작동을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치에 고점성액(110)을 선투입한 후 검출시료(자성입자 결합된 형광 표지 미생물(90)과 자유 자성입자(100))를 투입하게 되면, t 시점에서 미세유로층(10) 표면의 미세유로를 통하여 고점성액이 모세관 현상으로 이동(120)하여 tfinish 시점 도달까지 자기력에 의한 자성입자 결합된 형광 표지 미생물과 자유 자성입자 간 분리가 일어나게 된다. tfinish 시점에서 흡수층(40)의 흡수력의 의한 유동력으로 자유 자성입자 및 검출시료 용액 일체는 수동적 흡입이 되며(130), 자성입자 결합된 형광 표지 미생물은 더 강한 자기력에 영향 받게 되어 포획면(미세유로층의 분리반응 공간)에 분리 포획된다(140). 이렇게 자석에 의하여 포획된 자성입자 결합된 형광 표지 미생물은 형광 현미경으로 관찰하거나, 계수할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치 세 개를 작동시킨 결과로서, 흡수층에 녹색으로 염색한 고점성액(글리세롤)과 자유 자성입자가 실제로 흡수되었음을 보여주는 사진이다.
고점성액은 미세유로층(10)의 미세유로를 따라 흡수층(40) 방향으로 이동하며, 결국에는 흡수층(40)에 도달하여 흡수된다. 본 발명에서는 고점성액으로, 예를 들어, 20 mPa·s 내지 200 mPa·s의 점도를 갖는 액상 물질을 사용할 수 있다. 또 다른 예로, 고점성액으로 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피로리돈 및 이들의 수용액으로 이루어진 군으로부터 선택된 용액을 사용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치의 제조방법에 대하여 설명하며, 상술한 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치와 동일한 부분에 대해서는 반복 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치를 제조하는 방법에 대한 순서도이며, 도 5는 미세유로층의 표면에 미세유로를 형성하는 하나의 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치의 제조방법은, 미세유로층 재료에 검출시료와 고점성액이 놓여지는 분리반응 공간을 마련하고, 표면에 미세유로를 형성시켜 미세유로층을 준비하는 단계(S100), 미세유로층을 자석이 배치되어 있는 기판의 상단에 접착시키는 단계(S200), 흡수층 재료의 내부에 빈 공간을 마련하여 흡수층을 준비하는 단계(S300) 및 기판에 접착된 미세유로층의 상단에 흡수층을 위치시키는 단계(S400)를 포함한다.
S100에서는 분리반응 공간(C1)이 마련된 미세유로층(10)을 준비한다. 미세유로층 재료로는 수용성 폴리머를 사용할 수 있으며, 휴대성을 강화하기 위하여 얇은 두께의 원형 또는 다각형의 수용성 양면 테이프(예컨대, 지름 1-2 cm)를 사용할 수 있다.
분리반응 공간(C1)은 미세유로층 재료의 중심을 원형 또는 다각형으로 절삭하여 마련할 수 있다. 분리반응 공간(C1)의 크기는 검출시료의 양이나 목적하는 검출시료의 분리반응 시간(검출시료 내 자유 자성입자로부터 자성입자 결합된 형광 표지 미생물이 분리되는 시간)에 따라 자유롭게 변경 가능하다.
미세유로의 형성을 위하여 당해 분야에 알려진 미세유로 형성방법을 제한 없이 이용할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 미세유로층 재료를 가습하여 표면 조직을 붕해시킨 후(70) 건조시킴으로써 미세유로(80)를 형성시킬 수 있다. 다른 예로, 마이크로패턴 스탬핑을 통하여 미세유로를 형성할 수도 있다.
S200에서는 준비한 미세유로층(10)을 자석(30)이 배치되어 있는 기판(20)의 상단에 접착시킨다.
S300에서는 흡수층 재료의 내부에 빈 공간(C2)을 마련하여 흡수층(40)을 준비한다. 흡수층 재료로는 흡수 패드를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 두께가 2 mm 이하이고, 길이가 2-3cm의 정사각형 형태의 패드를 이용할 수 있다. 흡수층(40)의 모양 및 형태는 검출시료나 기타 다른 조건에 따라 다양하게 변경 가능하다. 흡수층의 재료로는 종이, 면, 패브릭 등의 다공성 멤브레인을 사용할 수 있다.
흡수층(40)의 빈 공간(C2)은 미세유로층(10)의 분리반응 공간(C1)처럼 중심을 원형 또는 다각형으로 절삭하여 마련할 수 있다. 상술한 바와 같이, 빈 공간(C2)의 크기와 미세유로층(10)에 마련된 분리반응 공간(C1, 절삭된 빈 공간)의 크기 차이를 이용하여 검출시료의 분리반응 시간을 조절할 수 있다.
S400에서는 기판(20)에 접착된 미세유로층(10)의 상단에 흡수층(40)을 위치시킨다. 또한, 기판(20), 미세유로층(10) 및 흡수층(40)의 결합체에 상하부 케이스(50, 60)를 추가적으로 결합시켜 미생물 검출 장치를 제조할 수 있다.
상술한 본 발명의 미생물 검출 장치는 다음과 같은 특징을 갖는다.
본 발명의 미생물 검출 장치는 제작과정에서 C1 및 C2의 크기(예컨대, 지름) 차이를 조절함으로써 분리반응 시간을 조절할 수 있으며, 일정 시간으로 고정할 수도 있다. 도 6은 본 발명의 미생물 검출 장치의 활용 검증을 위한 실시예로서, 총 26개의 카트리지 형태의 미생물 검출 장치를 테스트한 결과, 15분 안팎으로 분리반응이 종료될 수 있음을 보여준다.
또한, 자성입자 결합된 형광 표지 미생물의 수동적 분리반응 시간 종료 이후 흡수층의 흡수력에 의한 유동력으로 자유 자성입자 및 전체 액상 시료가 제거되는 바, 검출을 위한 추가적이고 복잡한 조작 없이 바로 형광 현미경 마이크로 이미징을 통해 검체 미생물을 직접 관찰 및 계수가 가능하여 사용의 간편성이 증대된다.
뿐만 아니라, 자유 자성입자로부터 분리 완료된 자성입자 결합된 형광 표지 미생물이 포획된 포획면의 넓이를 형광 마이크로 이미징 시야 넓이보다 작게 형성함으로써 포획된 형광 표지 미생물을 직접 관찰할 수 있으며, 계수하는 방식으로 극소수의 미생물도 정확한 검출이 가능하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1. 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치의 제작
미세유로층으로 역할하는 0.8 cm 지름의 수용성 폴리머(Polyvinyl alcohol)기반 양면 테이프 중심을 원형(C1)으로 절삭하고, 절삭된 수용성 양면 테이프를 원형자석(Neodymium)이 삽입된 투명 플라스틱 기판(Polycarbonate)의 포획면의 중심에 정렬하여 접착시켰다. 미세유로층의 표면으로 고점성액의 모세관 현상이 일어나게 하기 위하여, 수용성 양면 테이프에 가습하여 조직 붕해시킨 후 건조시켜 재결합시킴으로써 표면에 미세유로를 형성시켰다(도 5).
1 cm2 넓이의 사각형 흡수패드 중심을 원형(C2)으로 절삭하고, C1과 동심원이 되도록 수용성 양면 테이프 위에 정렬하였다(C1 지름 < C2 지름, 두 원의 지름 차이의 변화를 통하여 분리반응 시간 조절 가능). 정렬 후, 일정 부피의 액상 검출 시료를 담을 수 있는 컵 구조의 투입유로가 구비된 상판 케이스와 하판 케이스 사이에 위치시키고 조립하여 카트리지 형태의 미생물 검출 장치를 제작하였다.
실시예 2. 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치를 이용한 미생물 관찰 및 계수
자유 자성입자 및 자성입자 결합 형광 표지 미생물의 혼합 시료를 먼저 포획입자가 코팅된 자성입자를 미생물과 반응시킨 후 이 반응물에 형광입자를 추가하여 미생물을 염색하는 방법으로 준비하였다. 고점성액(상온에서 20 mPa·s 이상의 점성을 가지는 Glycerol)을 미생물 검출 장치의 액상 검출시료를 담을 수 있는 컵 구조체의 투입유로에 선투입 한 후 자유 자성입자 및 자성입자 결합된 형광 표지 미생물이 혼합된 검출시료를 투입하였다. 검출시료의 흐름이 정지된 상태에서 미세유로층 표면의 미세유로를 따라 모세관 현상으로 고점성액이 이동하며, 고점성액이 이동하다 바깥쪽의 흡수패드에 접촉하게 되면, 투명 기판의 자석이 놓여있는 부분의 맞은편(자석 상부)에 자성입자 결합된 형광 표지 미생물을 남긴 채 수동적으로 전체 액상 시료가 흡수패드에 즉각적으로 흡수되고 분리반응 시간이 종결된다. 수동적 제어 분리반응 시간 동안 고점성액 내에서 자성입자 결합된 형광 표지 미생물은 기판에 삽입된 자석에 의해 더 큰 자기력에 영향 받아 자유 자성입자로부터 분리되어 기판 표면에 포획되며, 반응 종료 후 고점성액 내 체류 중인 자유 자성입자들은 흡수패드의 흡수력에 의해 형성된 유동력으로 전체 액상 시료와 함께 제거된다.
자석에 의하여 형광 표지 미생물이 포획된 면의 넓이는 미생물의 개별 식별이 가능한 현미경 배율(대물렌즈 10배 이상)의 시야(field of view) 넓이보다 작게 설계하였고, 그 안에 포획된 모든 미생물을 관찰 및 계수할 수 있었다(도 7). 도 7은 카트리지 형태의 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치를 작동시킨 후, 기판 포획면에 포획된 100 CFU 이하의 자성입자 결합된 형광 표지 황색포도상구균을 형광 마이크로 이미징을 통하여 계수한 결과를 보여준다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (14)

  1. 자석이 배치되어 있는 기판;
    상기 기판의 자석 상단에 배치되며, 표면에 미세유로가 형성되어 있고, 내부에 검출시료와 고점성액이 놓여지는 분리반응 공간이 마련되어 있는 미세유로층; 및
    상기 미세유로층의 상단에 배치되며, 내부에 빈 공간이 마련되어 있는 흡수층을 포함하며,
    상기 흡수층의 빈 공간은 상기 흡수층과 미세유로층이 서로 맞닿을 수 있도록 미세유로층의 면적과 같거나 작으며,
    상기 검출시료는 자유 자성입자 및 자성입자 결합된 형광 표지 미생물이 포함된 시료이며,
    상기 검출시료가 상기 미세유로층 내 분리반응 공간으로 투입되면,
    상기 검출시료 내 자유 자성입자는 고점성액과 함께 상기 미세유로층에 형성된 미세유로를 따라 상기 흡수층에 도달 및 흡수되어 제거되고,
    상기 검출시료 내 자성입자 결합된 형광 표지 미생물은 상기 분리반응 공간 내에서 자석에 의하여 포획되는 것인, 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리반응 공간은 상기 미세유로층의 내부에 마련된 빈 공간이고, 상기 빈 공간의 하단에 자석이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 미생물 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미세유로층에 마련된 분리반응 공간과 상기 흡수층에 마련된 빈 공간의 면적 차이에 의하여 검출시료 내 자유 자성입자로부터 자성입자 결합된 형광 표지 미생물이 분리되는 분리반응 시간이 조절되는 것을 특징으로 하는, 미생물 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미세유로층은 수용성 폴리머인 것을 특징으로 하는, 미생물 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수용성 폴리머는 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피로리돈, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 카복시메틸셀룰로오스, 풀루란 및 하이드록시프로필셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 미생물 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고점성액은 상온에서 20 mPa·s 내지 200 mPa·s의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는, 미생물 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고점성액은 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피로리돈 및 이들의 수용액으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 미생물 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자석에 의하여 포획된 자성입자 결합된 형광 표지 미생물은 형광 현미경으로 관찰 또는 계수되는 것을 특징으로 하는, 미생물 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 흡수층 위에 배치되며, 상기 분리반응 공간으로 연결된 기둥 형상의 투입유로를 갖는 상부 케이스; 및 상기 기판의 아래에 배치되어 상기 상부 케이스와 결합되는 하부 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 미생물 검출 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 미생물 검출 장치는 휴대용인 것을 특징으로 하는, 미생물 검출 장치.
  11. (a) 미세유로층 재료에 검출시료와 고점성액이 놓여지는 분리반응 공간을 마련하고, 표면에 미세유로를 형성시켜 미세유로층을 준비하는 단계;
    (b) 상기 미세유로층을 자석이 배치되어 있는 기판의 상단에 접착시키는 단계;
    (c) 흡수층 재료의 내부에 빈 공간을 마련하여 흡수층을 준비하는 단계, 상기 흡수층의 빈 공간은 상기 흡수층과 미세유로층이 서로 맞닿을 수 있도록 미세유로층의 면적과 같거나 작으며; 및
    (d) 상기 기판에 접착된 미세유로층의 상단에 상기 흡수층을 위치시키는 단계를 포함하는, 형광 이미징 기반 미생물 검출 장치의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 상기 미세유로층 재료를 가습하여 표면 조직을 붕해시킨 후 건조시켜 미세유로를 형성시키는 것을 특징으로 하는, 미생물 검출 장치의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 상기 미세유로층 재료에 마이크로패턴 스탬핑을 하여 미세유로를 형성시키는 것을 특징으로 하는, 미생물 검출 장치의 제조방법.
  14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 미생물 검출 장치에 고점성액 및 검출시료를 투입하여 상기 검출시료 내 자유 자성입자로부터 자성입자 결합된 형광 표지 미생물을 분리시키는 단계; 및
    상기 분리가 종료된 후 상기 분리반응 공간 내에 자석에 의해 포획되어 있는 자성입자 결합된 형광 표지 미생물을 형광 현미경으로 관찰하는 단계를 포함하는, 형광 이미징 기반 미생물의 검출 방법.
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