KR20230168823A - 공기 중 바이러스 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
공기 중 바이러스 처리 장치가 개시된다. 개시된 장치는 포집 판이 마련된 카트리지, 상기 카트리지가 삽입되며, 상기 카트리지를 통해 공기 중의 에어로졸을 포집하는 제1 슬롯 및 포집 된 에어로졸을 검사하는 제2 슬롯을 포함하는 처리 장치를 포함한다.
Description
이하의 설명은, 공기 중 바이러스를 처리하는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 공기 중 에어로졸을 포집하여 이온화 함으로써 에어로졸에 포함된 바이러스의 전염력 및 독성을 제거하고 포집된 에어로졸을 검사함으로써 타깃 바이러스의 유무를 판단할 수 있는 장치에 관한 것이다.
최근 코로나 19 사태로 인해서 공기 중의 바이러스에 대한 관심도가 높아지고 있다. 코로나 19 검사 방법으로서 PCR(Polymerase Chain Reaction)이 사용됨에 따라 PCR 검사 방법 및 장치와 관련한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 또한, 청정한 공기에 대한 수요가 늘어남에 따라 공기 중 바이러스를 제거하기 위한 공기 청정기에 대한 다양한 기술들이 개발되고 있다.
하지만, 기존 공기 청정기들은 공기 중에 존재하는 에어로졸에 바이러스가 포함되었는지 여부에 대한 정보를 제공하지 못하는 문제가 있다. 또한, PCR 검사 장치의 경우에도 일상공간에서 공기 중 바이러스 유무에 대한 검사수단으로써 사용되지는 못하고 있다.
적어도 하나의 실시 예에 따르면, 공기 중 에어로졸을 포집하여 이온화 함으로써 에어로졸에 포함된 바이러스의 전염력 및 독성을 제거할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 따르면 포집된 에어로졸을 검사함으로써 타깃 바이러스의 유무를 판단할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 따르면 공기 중 에어로졸의 포집 및 바이러스 검사와 독성 제거를 소형화된 장치로 수행할 수 있다.
일 측면에 따르면 공기 중 바이러스 처리 장치가 개시된다. 개시된 장치는 카트리지; 상기 카트리지가 삽입되며, 상기 카트리지를 통해 공기 중의 에어로졸을 포집하는 제1 슬롯 및 포집 된 에어로졸을 검사하는 제2 슬롯을 포함하는 처리 장치;를 포함하며, 상기 카트리지는 포집 전극 및 광열판을 포함하며, 상기 처리 장치의 제1 슬롯에는 상기 제1 슬롯에 유입된 공기의 에어로졸을 이온화하기 위한 이온 발생기가 마련되고, 상기 처리 장치의 제2 슬롯에는 상기 카트리지에 마련된 광열판에 광을 조사하기 위한 광원 및 소정의 유전물질을 진단하기 위한 진단 키트가 마련된다.
상기 제1 슬롯의 제1 측벽에는 상기 카트리지가 삽입되는 제1 삽입홀이 형성되고, 상기 제1 슬롯과 상기 제2 슬롯을 구분하는 격벽에는 상기 카트리지가 삽입되는 제2 삽입홀이 형성되며, 상기 제1 측벽 및 상기 격벽은 서로 마주볼 수 있다.
상기 카트리지는 상기 제1 삽입홀을 통해 상기 제1 슬롯 내부로 이동한 후 상기 제2 삽입홀을 통해 상기 제2 슬롯 내부로 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 슬롯의 제2 측벽에는 외부 공기를 상기 제1 슬롯의 내부로 유입되도록 유도하는 팬(fan)이 설치되고, 상기 제1 슬롯의 제3 측벽에는 상기 제1 슬롯 내부의 공기가 외부로 배출되도록 하는 적어도 하나의 배출구가 형성될 수 있다.
상기 카트리지는 상기 제1 슬롯에 삽입된 상태에서 상기 제2 측벽과 상기 제3 측벽 사이에 위치할 수 있다.
상기 이온 발생기는 상기 제1 슬롯의 하면 및 상면 중 적어도 하나에 설치되어 상기 제1 슬롯 내부에 음이온을 발생시켜 상기 에어로졸이 이온화되도록 할 수 있다.
상기 장치는 상기 포집 판에 전압을 가함으로써 이온화 된 에어로졸이 포집되도록 하는 전압 구동부를 더 포함하고, 상기 전압 구동부는 상기 포집 전극을 접지되도록 하거나 양전위가 되도록 할 수 있다.
상기 제2 슬롯은 온도 센서 및 상기 진단 키트에서 PCR 반응 결과에 의해 나타나는 형광 신호를 감지하는 광학 검출부를 더 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 광원 및 상기 온도 센서와 연결된 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 온도 센서의 측정 결과에 기반하여 상기 제2 슬롯 내부에 핵산증폭반응을 위한 써모 사이클(thermos cycle)이 형성되도록 상기 광원을 제어할 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따르면 공기 청정 기능, 에어로졸 포집 및 바이러스 존재 여부의 검사 기능을 모두 수행할 수 있는 공기 중 바이러스 처리 장치가 개시된다. 적어도 하나의 실시예에 따르면 바이러스 처리 장치를 소형화하고 여러 가지 기능을 하나의 처리 장치로 수행할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 공기 중 바이러스 처리 장치이다.
도 2는 처리 장치에 포함된 구성들을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1에서 나타낸 처리 장치의 내부를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에서 나타낸 제1 슬롯의 내부를 보다 자세히 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에서 나타낸 제1 슬롯의 바닥을 x-y 평면에 서 나타낸 도면이다.
도 6은 제1 슬롯 내부에서 포집 전극의 포집 성능을 시험한 결과를 나타낸다.
도 7은 도 3에서 나타낸 처리 장치의 제2 슬롯 내부를 나타낸 도면이다.
도 8은 제어부가 제2 슬롯 내부의 광원을 이용하여 써모 사이클을 구현한 결과의 예시를 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 코로나 19 바이러스 RNA가 포함된 공기 샘플을 이용하였을 때 제2 슬롯의 진단 키트가 포집 전극에 포집된 코로나 19 바이러스 RNA를 검사한 결과와 시중에 상용화된 PCR 장치의 검사 결과를 비교한 도면들이다.
도 2는 처리 장치에 포함된 구성들을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1에서 나타낸 처리 장치의 내부를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에서 나타낸 제1 슬롯의 내부를 보다 자세히 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에서 나타낸 제1 슬롯의 바닥을 x-y 평면에 서 나타낸 도면이다.
도 6은 제1 슬롯 내부에서 포집 전극의 포집 성능을 시험한 결과를 나타낸다.
도 7은 도 3에서 나타낸 처리 장치의 제2 슬롯 내부를 나타낸 도면이다.
도 8은 제어부가 제2 슬롯 내부의 광원을 이용하여 써모 사이클을 구현한 결과의 예시를 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10은 코로나 19 바이러스 RNA가 포함된 공기 샘플을 이용하였을 때 제2 슬롯의 진단 키트가 포집 전극에 포집된 코로나 19 바이러스 RNA를 검사한 결과와 시중에 상용화된 PCR 장치의 검사 결과를 비교한 도면들이다.
실시 예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시 예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 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 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 공기 중 바이러스 처리 장치이다.
도 1을 참조하면, 공기 중 바이러스 처리 장치는 카트리지(100) 및 처리 장치(200)를 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이 카트리지(100)는 처리 장치(200)에 삽입될 수 있다. 카트리지(100)는 삽입의 용이성을 위해 판 형상을 가질 수 있으나 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 카트리지(100)는 소정의 삽입홀에 삽입이 용이한 목적을 달성하기 위해 통상의 기술자가 용이하게 변경할 수 있는 범위 내에서 변경될 수 있다.
카트리지(100)는 카트리지 바디(110) 및 카트리지 바디(110)에 마련된 광열판(120) 및 포집 전극(130)을 포함할 수 있다. 카트리지 바디(110)는 판 형상을 가질 수 있다. 카트리지 바디(110)는 예시적으로 플라스틱 소재로 구현될 수 있으나 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 카트리지 바디(110)의 소재는 통상의 기술자가 용이하게 변경할 수 있는 범위 내에서 변경될 수 있다.
카트리지 바디(110)의 일면에는 광열판(120) 및 포집 전극(130)이 마련될 수 있다. 광열판(120)은 조사되는 광을 열로 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 후술하는 바와 같이 카트리지(100)가 처리 장치(200)의 제2 슬롯에 삽입되었을 때에 광열판(120)에 광이 조사될 수 있다. 광열판(120)은 조사된 광 에너지를 열 에너지로 변환할 수 있다. 광열판(120)은 광 에너지를 열 에너지로 변환하기 위한 광열소자를 포함할 수 있다. 광열 소자는 유리섬유 멤브레인, 금속 나노입자 표면 등을 포함할 수 있으나 실시예가 이에 제한되는 것은 아니며 광열소자와 관련된 기술 분야에 알려진 것 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
광열판(120) 위에는 포집 전극(130)이 마련될 수 있다. 따라서, 광열판(120)이 열 에너지를 발생시킬 때에 포집 전극(130)의 온도가 상승할 수 있다. 포집 전극(130)에는 양 전위가 인가되거나 접지가 될 수 있다. 이를 위해 공기 중 바이러스 처리 장치는 포집 전극(130)에 양 전위를 인가하거나 접지 처리를 하는 전압 구동부(미도시)를 포함할 수 있다. 전압 구동부는 처리 장치(200) 내부에 마련될 수 있다. 다른 예로 전압 구동부는 처리 장치(200) 외부에 마련되어 포집 전극(130)과 전기적으로 연결될 수도 있다. 포집 전극(130)은 제1 슬롯 안에서 이온화 된 에어로졸을 포집할 수 있다. 에어로졸은 공기 중에 존재하는 미세 입자들을 가리킬 수 있다.
처리 장치(200)는 내부에 적어도 2개의 슬롯을 포함할 수 있다. 제1 슬롯에는 카트리지(100)가 삽입되기 위한 제1 삽입홀(202)이 형성되어 있을 수 있다. 카트리지(100)는 제1 삽입홀(202)을 통해 처리 장치(200)의 제1 슬롯으로 삽입될 수 있다.
도 2는 처리 장치(200)에 포함된 구성들을 예시적으로 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 처리 장치(200)는 제1 슬롯(210) 및 제2 슬롯(220)을 포함할 수 있다. 제1 슬롯(210) 및 제2 슬롯(220) 각각은 직육면체 형상을 가질 수 있으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 슬롯(210) 및 제2 슬롯(220)의 직육면체 각 변의 길이는 대략 10cm 내지 15cm일 수 있다. 따라서, 처리 장치(200)는 소형화되어 가정이나 의료시설 등에서 사용하기 용이할 수 있다. 하지만, 상술한 수치는 예시적인 것에 불과하며 본원 발명의 목적을 달성하기 위해 통상의 기술자가 용이하게 변경할 수 있는 범위 내에서 처리 장치(200)의 모양이나 크기는 변경될 수 있다.
처리 장치(200)는 제어부(10) 및 전력 제공부(20)를 포함할 수 있다. 제어부(10) 및 전력 제공부(20)는 제1 슬롯(210) 및 제2 슬롯(220) 중 적어도 하나의 내부에 마련되거나 제1 슬롯(210) 및 제2 슬롯(220) 외부에 마련될 수도 있다. 제어부(10)는 제1 슬롯(210)의 전압 구동부(211)와 연결되어 제1 슬롯(210)에서 에어로졸 포집 동작 동안 포집 전극(130)에 양 전위 또는 접지를 인가하도록 전압 구동부(211)를 제어할 수 있다. 제어부(10)는 이온 발생기(214) 및 팬(212)을 제어하여 팬(212)을 통한 제1 슬롯(210) 내부의 공기 유입 및 이온 발생기(214)에 의한 이온 발생을 유도할 수 있다.
제어부(10)는 광원(221) 및 온도 센서(222)와 연결될 수 있다. 제어부(10)는 온도 센서(222)의 측정 결과에 기반해서 광원(221)을 제어함으로써 제2 슬롯(220) 내부에서 핵산 증폭을 위한 써모 사이클(thermal cycle)을 구현할 수 있다. 또한, 제어부(10)는 진단 키트(224)의 진단 결과를 수신하여 바이러스 존재 유무에 대한 정보를 가공할 수 있다.
도 3은 도 1에서 나타낸 처리 장치(200)의 내부를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1 슬롯(210) 및 제2 슬롯(220)은 격벽(W0)에 의해 서로 구분될 수 있다. 제1 슬롯(210)의 제1 측벽(W1)에는 제1 삽입홀이 형성되고 격벽(W0)에는 제2 삽입홀이 형성될 수 있다. 카트리지(100)는 제1 측벽(W1)의 제1 삽입홀을 통해 y축 방향으로 제1 슬롯(210)으로 삽입될 수 있다. 카트리지(100)는 제1 슬롯(210)에 삽입된 후 격벽(W0)의 제2 삽입홀을 통해 y축 방향으로 이동하여 제2 슬롯(220)으로 이동할 수 있다.
카트리지(100)의 이동은 기계적 수단에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 처리 장치(200) 내부에는 컨베이어 시스템, 기어 모듈 등이 설치되어 카트리지(100)를 y축 방향으로 이동시킬 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 카트리지(100)의 이동은 사용자에 의해 수동으로 이루어질 수도 있다.
제1 슬롯(210)에는 배기를 위한 적어도 하나의 배출구(219)가 마련되어 있을 수 있다. 마찬가지로 제2 슬롯(220)에는 배기를 위한 적어도 하나의 배출구(229)가 마련되어 있을 수 있다. 상기 배출구들(219, 229)을 통해 제1 슬롯(210)의 내부와 외부 사이의 공기 순환 및 제2 슬롯(220)의 내부와 외부 사이의 공기 순환이 이루어질 수 있다.
카트리지(100)는 1차적으로 제1 슬롯(210)에 삽입될 수 있다. 이 때에 카트리지(100)의 포집 전극(130)이 제1 슬롯(210) 내부에 위치할 수 있다. 제1 슬롯(210)에는 외부 공기가 유입될 수 있다. 외부 공기는 에어로졸을 포함할 수 있다. 제1 슬롯(210)은 유입된 공기의 에어로졸을 이온화할 수 있다. 이온화 된 에어로졸은 포집 전극(130)에 포집될 수 있다. 에어로졸이 바이러스 입자를 포함하는 경우, 바이러스 입자가 이온화되는 과정에서 바이러스의 독성과 전염성이 제거될 수 있다. 따라서, 처리 장치(200)는 공기 중 바이러스의 독성을 제거하여 공기 청정 효과를 발생시킬 수 있다. 또한, 이온화 된 바이러스 입자가 포집 전극(130)에 포집됨으로써 후술하는 바와 같이 제2 슬롯(220)에서 바이러스 존재 유무에 대한 검사 작업이 용이해질 수 있다.
포집 전극(130)에서 에어로졸이 포집된 후 카트리지(100)는 y축 방향으로 더 이동할 수 있다. 이 단계에서 카트리지(100)의 광열판(120) 및 포집 전극(130)이 제2 슬롯(220) 내부에 위치할 수 있다. 제2 슬롯(220)에서는 포집 전극(130)에서 바이러스의 존재 유무에 대한 검사가 이루어질 수 있다. 제2 슬롯(220)에는 광원(221) 및 진단 키트(224)가 마련되어 있을 수 있다.
광원(221)은 광열판(120)에 광을 조사하여 광열판(120) 및 포집 전극(130)의 온도를 상승시킬 수 있다. 광원(221)은 예시적으로 자외선 광을 조사할 수 있으나 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 광원(221)의 종류는 광열효과를 발생시키기 위해 통상의 기술자가 사용할 수 있는 범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다. 진단 키트(224)는 포집 전극(130)에 포집된 물질에서 표적 바이러스의 존재 유무를 진단할 수 있다. 이를 위해 진단 키트(224)는 소정의 유전물질의 존재 여부를 검사하기 위한 구성들을 포함할 수 있다.
광열판(120)에 광을 조사하기 위한 광원 및 포집 전극(130)에 포집된 물질에서 타깃 바이러스의 존재 유무를 진단하기 위한 진단 키트가 마련되어 있을 수 있다. 예를 들어, 진단 키트(224)는 실시간 핵산 증폭 반응 또는 실시간 역전사 핵산 증폭 반응 등을 유도하기 위한 구성들을 포함할 수 있다. 진단 키트(224)는 표적 핵산 물질의 증폭을 위한 프라이머(primer)를 제공하는 구성, 특정 RNA 또는 DNA와 결합하여 형광을 발하는 형광염색액을 제공하는 구성, 형광 신호를 검출하는 광학 검출부 등을 포함할 수 있다. 광학 검출부는 형광 신호를 검출하기 위한 카메라 등을 포함할 수 있다.
도 4는 도 3에서 나타낸 제1 슬롯(210)의 내부를 보다 자세히 나타낸 도면이다. 도 5는 도 4에서 나타낸 제1 슬롯(210)의 바닥을 x-y 평면에 서 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 슬롯(210)의 제1 측벽(W1)에는 제1 삽입홀(202)이 형성되어 있을 수 있다. 또한, 격벽(W0)에는 제2 삽입홀(204)이 형성되어 있을 수 있다. 제2 측벽(W2)에는 팬(212)이 마련되어 있을 수 있다. 팬(212)의 작동에 의해 외부 공기가 제1 슬롯(210) 내부로 유입될 수 있다. 제2 측벽(W2)의 팬(212)을 통해 유입된 공기는 제제1 슬롯(210) 내부에서 x축 방향으로 확산될 수 있다. 카트리지(100)가 제1 슬롯(210)에 삽입된 상태에서 포집 전극(130)이 마련된 면은 팬(212)이 마련된 제2 측면(W2)과 마주볼 수 있다. 이러한 구조적 특성 때문에 제1 슬롯(210) 내부에 유입된 공기는 x축 방향으로 확산되어 제1 슬롯(210)에 삽입된 카트리지(100)와 만날 수 있다.
제1 슬롯(210)의 제3 측벽(W3)에는 배출구(219)가 형성되어 있을 수 있다. 제1 슬롯(210)의 바닥에는 이온 발생기(214)가 마련되어 있을 수 있다. 이온 발생기(214)는 고전압 방전 또는 코로나 방전을 통해 음이온을 발생시킬 수 있다. 이를 위해 이온 발생기(214)는 4kV 이상의 고전압을 발생시킬 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 공기 중에 음이온을 발생시키는 수단은 통상의 기술자가 용이하게 채택할 수 있는 범위 내에서 변경될 수 있다.
바닥의 이온 발생기(214)에서 발생된 음이온은 z축 방향으로 확산되면서 팬(212)을 통해 흡입되는 공기의 에어로졸과 반응할 수 있다. 도 4 및 도 5에서는 이온 발생기(214)가 제1 슬롯(210)의 바닥에 설치된 경우를 예시적으로 나타냈지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 이온 발생기(214)는 제1 슬롯 내부의 다른 면에 마련되어 있을 수도 있다. 이온화된 에어로졸은 음전하를 띄게 되어 포집 전극(130)에 포집될 수 있다. 또한, 에어로졸에 바이러스 입자가 포함된 경우, 이온화 과정에서 바이러스의 전염성이 사라질 수 있다.
도 6은 제1 슬롯(210) 내부에서 포집 전극(130)의 포집 성능을 시험한 결과를 나타낸다.
실험에서는 에어로졸로서 대략 직경 2μm 정도 크기를 가지는 라텍스 입자들을 활용하였다. 라텍스 입자들을 포함한 공기가 제1 슬롯(210)에 유입되었을 때 라텍스 입자들은 음이온에 의해 이온화 되었으며, 포집 전극(130)에 포집되었다. 도 6의 좌측은 제1 슬롯(210) 내부에서 관찰용 발광 유닛을 키지 않은 상태에서 포집 전극(130)의 촬영 이미지이고 우측은 제1 슬롯(210) 내부에서 관찰용 발광 유닛을 켠 상태에서 포집 전극(130)의 촬영 이미지를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 관찰용 발광 유닛을 켰을 때 포집 전극(130)에 포집된 라텍스 입자들을 관찰할 수 있다. 즉, 에어로졸이 제1 슬롯(210)에 유입된 후 이온화됨으로써 포집 전극(130)에 용이하게 포집되는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 도 3에서 나타낸 처리 장치(200)의 제2 슬롯(220) 내부를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 카트리지(100)는 제1 슬롯(210)에 삽입되어 포집 전극(130)을 이용하여 에어로졸을 포집한 후 제2 슬롯(220)으로 이동할 수 있다. 제2 슬롯(220)에는 진단 키트(224)가 마련될 수 있다. 진단 키트(224)는 포집 전극(130)에 포집된 에어로졸 중에 표적 바이러스가 존재하는 지 여부를 검사할 수 있다. 상술한 바와 같이 진단 키트(224)는 핵산 증폭 반응을 활용할 수 있다. 핵산 증폭 반응에는 써모 사이클이 요구된다. 이를 위해 제2 슬롯(220) 내부에는 광원(221)이 마련될 수 있다. 광원(221)이 조사하는 광에 의해 카트리지(100)의 광열판(120)이 열을 발생시킬 수 있다. 이 과정에서 포집 전극(130) 및 포집 전극(130) 주변 온도가 상승할 수 있다. 광원(221)이 꺼지면 도 3에서 나타낸 배출구(229)를 통한 대류 등의 원인으로 인해 포집 전극(130) 및 포집 전극(130) 주변의 온도가 하강할 수 있다.
제2 슬롯(220)에는 온도 센서(222)가 마련될 수 있다. 상술한 제어부(10)는 온도 센서(222)의 측정 값에 기반하여 광원(221)을 ON/OFF 시킬 수 있다. 이를 통해 제어부(10)는 제2 슬롯(220) 내부에서 써모 사이클을 구현하여 핵산 증폭 반응을 유도할 수 있다.
도 8은 제어부(10)가 제2 슬롯(220) 내부의 광원(221)을 이용하여 써모 사이클을 구현한 결과의 예시를 나타낸 도면이다. 도 8에서 가로축은 시간(초)을 나타내고, 세로축은 온도(℃)를 나타낸다. 도 8을 참고하면, 제어부(10)가 온도 센서(222)의 측정 값에 기반해서 광원(221)을 ON/OFF 하여 대략 65℃ 내지 90℃ 사이의 온도 구간에서 써모 사이클을 구현한 것을 확인할 수 있다.
도 9 및 도 10은 코로나 19 바이러스 RNA가 포함된 공기 샘플을 이용하였을 때 제2 슬롯(220)의 진단 키트(224)가 포집 전극(130)에 포집된 코로나 19 바이러스 RNA를 검사한 결과와 시중에 상용화된 PCR 장치의 검사 결과를 비교한 도면들이다.
도 9에서 가로축은 샘플 번호를 나타내고, 세로축은 형광 강도(fluorescence intensity)를 나타낸다. 또한, 도 9에서 붉은색 점들은 본원 발명의 실시예에 따른 공기 중 바이러스 처리 장치의 진단 키트(224)에서 출력된 측정 결과이고, 푸른색 점들은 시중에 상용화된 PCR 장치에서 출력된 측정 결과들이다. 도 9를 참조하면, 본원 발명의 실시예에 따른 공기 중 바이러스 처리 장치가 더 높은 형광 강도의 신호를 출력하여 바이러스 RNA의 존재 유무를 더 민감하게 확인하는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 젤 전기영동 결과들을 나타낸다. 도 10에서 "C"는 시중 검사 장치가 공기 중 바이러스를 포집 및 증폭한 샘플의 젤 전기영동 결과를 나타낸다. 또한, 1 내지 6은 본원 발명의 실시예에 따른 공기 중 바이러스 처리 장치를 이용하여 코로나 19 바이러스가 포함된 공기 중에서 추출한 샘플들의 젤 전기영동 결과를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 시중 검사 장치와 본원 발명의 실시예에 따른 바이러스 처리 장치의 성능이 거의 비슷한 것을 확인할 수 있다.
이상 도 1 내지 도 10을 참조하여 예시적인 실시예들에 따른 공기 중 바이러스 처리 장치에 대하여 설명하였다. 적어도 하나의 실시예에 따르면 공기 청정 기능, 에어로졸 포집 및 바이러스 존재 여부의 검사 기능을 모두 수행할 수 있는 공기 중 바이러스 처리 장치가 개시된다. 적어도 하나의 실시예에 따르면 바이러스 처리 장치를 소형화하고 여러 가지 기능을 하나의 처리 장치로 수행할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
Claims (9)
- 공기 중 바이러스 처리 장치에 있어서,
포집 판이 마련된 카트리지;
상기 카트리지가 삽입되며, 상기 카트리지를 통해 공기 중의 에어로졸을 포집하는 제1 슬롯 및 포집 된 에어로졸을 검사하는 제2 슬롯을 포함하는 처리 장치;를 포함하며,
상기 카트리지는 포집 전극 및 광열판을 포함하며,
상기 처리 장치의 제1 슬롯에는 상기 제1 슬롯에 유입된 공기의 에어로졸을 이온화하기 위한 이온 발생기가 마련되고,
상기 처리 장치의 제2 슬롯에는 상기 카트리지에 마련된 광열판에 광을 조사하기 위한 광원 및 소정의 유전물질을 진단하기 위한 진단 키트가 마련되는 공기 중 바이러스 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 슬롯의 제1 측벽에는 상기 카트리지가 삽입되는 제1 삽입홀이 형성되고, 상기 제1 슬롯과 상기 제2 슬롯을 구분하는 격벽에는 상기 카트리지가 삽입되는 제2 삽입홀이 형성되며, 상기 제1 측벽 및 상기 격벽은 서로 마주보는 공기 중 바이러스 처리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 카트리지는 상기 제1 삽입홀을 통해 상기 제1 슬롯 내부로 이동한 후 상기 제2 삽입홀을 통해 상기 제2 슬롯 내부로 이동하도록 구성되는 공기 중 바이러스 처리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제1 슬롯의 제2 측벽에는 외부 공기를 상기 제1 슬롯의 내부로 유입되도록 유도하는 팬(fan)이 설치되고, 상기 제1 슬롯의 제3 측벽에는 상기 제1 슬롯 내부의 공기가 외부로 배출되도록 하는 적어도 하나의 배출구가 형성되는 공기 중 바이러스 처리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 카트리지는 상기 제1 슬롯에 삽입된 상태에서 상기 제2 측벽과 상기 제3 측벽 사이에 위치하는 공기 중 바이러스 처리 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 이온 발생기는 상기 제1 슬롯의 하면 및 상면 중 적어도 하나에 설치되어 상기 제1 슬롯 내부에 음이온을 발생시켜 상기 에어로졸이 이온화되도록 하는 공기 중 바이러스 처리 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 포집 판에 전압을 가함으로써 이온화 된 에어로졸이 포집되도록 하는 전압 구동부를 더 포함하고,
상기 전압 구동부는 상기 포집 전극을 접지되도록 하거나 양전위가 되도록 하는 공기 중 바이러스 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제2 슬롯은 온도 센서 및 상기 진단 키트에서 PCR 반응 결과에 의해 나타나는 형광 신호를 감지하는 광학 검출부를 더 포함하는 공기 중 바이러스 처리 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 광원 및 상기 온도 센서와 연결된 제어부를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 온도 센서의 측정 결과에 기반하여 상기 제2 슬롯 내부에 핵산증폭반응을 위한 써모 사이클(thermos cycle)이 형성되도록 상기 광원을 제어하는 공기 중 바이러스 처리 장치.
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