WO2017115934A1 - 생태 독성 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2017115934A1
WO2017115934A1 PCT/KR2016/004164 KR2016004164W WO2017115934A1 WO 2017115934 A1 WO2017115934 A1 WO 2017115934A1 KR 2016004164 W KR2016004164 W KR 2016004164W WO 2017115934 A1 WO2017115934 A1 WO 2017115934A1
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WO
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euglena
sample
mixed
culture solution
fluorescence
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Application number
PCT/KR2016/004164
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English (en)
French (fr)
Inventor
김경남
이정아
Original Assignee
주식회사 마이크로디지탈
경기대학교 산학협력단
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Publication date
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/34—Measuring or testing with condition measuring or sensing means, e.g. colony counters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/36—Apparatus for enzymology or microbiology including condition or time responsive control, e.g. automatically controlled fermentors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for measuring ecotoxicity, and more specifically, to measure the kinetic and fluorescence properties of euglena, and on the basis of the ecotoxicity measuring device capable of automatically measuring the presence or absence of toxicity in the liquid to be measured. And to a method.
  • the ecotoxicity measurement device is a device for measuring the presence of toxic substances in the liquid to be measured. That is, it is a device for measuring whether a toxic substance exists in the liquid to be measured through a reaction of an organism. To this end, the presence of toxic substances in the liquid to be measured was measured using euglena, daphnia magna, luminescent bacteria, and fish.
  • the conventional apparatus and method for measuring the ecotoxicity of the conventional method has simply confirmed the animal behavior pattern of the organism to be observed, depending on the observer's eye, and thus the result may vary depending on the observer's subjectivity, or the result may be constant during repeated experiments. There was a problem that did not.
  • the toxicity value of the toxic substances in the liquid to be measured could not be quantified, and thus, an objective experimental value could not be obtained, resulting in a decrease in reliability of the result, and a waste of labor and experiment time and experiment cost.
  • the present invention is to solve the various problems including the above problems, automatically recognizes the movement characteristics and fluorescence characteristics for the euglena, quantifies the movement characteristics and fluorescence characteristics of the euglena, based on the toxicity in the liquid to be measured
  • By automatically calculating the toxicity of a substance it is possible to greatly improve the precision and reliability of the results, objectify the experimental value, and provide an ecotoxicity measurement device that can greatly reduce the labor force, the experiment time and the cost of the experiment.
  • these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
  • Euglena kinetic characteristics measurement module is installed in the main body, receiving the euglena culture solution and mixed with the sample, and measuring the kinetic properties of the euglena in the mixture solution mixed with the euglena culture solution and the sample so as to measure the toxic substances contained in the sample ;
  • an euglena fluorescence which is installed in the main body, receives the euglena culture solution, mixes the sample, and measures the fluorescence property of the euglena in the mixed solution in which the euglena culture solution and the sample are mixed so as to measure toxic substances contained in the sample.
  • Characteristic measurement module may include.
  • the main body the first layer portion in which the euglena culture solution storage module; A second layer part installed on the first layer part and accommodating the euglena fluorescence property measurement module; A third layer part installed on the second layer part and accommodating the euglena movement characteristic measurement module; And a control signal applied to the euglena culture solution storage module, the euglena fluorescence characteristic measurement module, and the euglena kinetic characteristic measurement module using a control unit, and installed on the third layer part, and input various commands using a command input device.
  • a fourth layer unit accommodating a control module capable of displaying the result information using the display unit.
  • the euglena movement characteristic measurement module the mixed solution supply line for flowing the mixed solution of the mixture mixture of the euglena culture solution and the sample at a constant flow rate to enable real-time measurement from below;
  • a mobility measurement chamber installed in the middle of the mixed liquid supply line and having a transparent window installed therein so as to measure the mobility of the euglena contained in the mixed liquid;
  • An inspection light emitting device disposed in one direction of the transparent window and irradiating inspection light to the transparent window;
  • a movement inspection camera installed at the other side of the transparent window and photographing the euglena projected on the inspection light of the light emitting device.
  • the control solution supply line is supplied with the euglena culture medium is not mixed with the sample for comparison with the mixed solution;
  • a control solution measuring chamber installed in the control solution supply line and having a transparent window installed therein so as to measure the mobility of the euglena contained in the euglena culture solution therein.
  • the euglena fluorescence characteristic measurement module a cuvette support for supporting a plurality of cuvettes (cuvett), the left and right forward and backward movement along the horizontal screw rod rotated by a motor;
  • An injector capable of lifting and lowering along a vertical screw rod rotated by a motor, and injecting the mixed solution into the cuvette using an injector tip;
  • An inductive light emitting element disposed below the cuvette and irradiating the cuvette with the photosynthetic induced light;
  • a photodiode provided on the side of the cuvette and measuring a photosynthetic photosynthetic fluorescence value by the guided light.
  • the euglena fluorescence characteristic measurement module may further include a cleaning device for injecting and sucking the cleaning liquid into the cuvette using a cleaning pipe capable of lifting and lowering along the vertical screw rod.
  • Euglena culture solution storage module is installed in the main body, the euglena culture solution storage module for storing the euglena culture solution to supply the euglena kinetic characteristics measurement module and the euglena fluorescence characteristics measurement module; It may further include.
  • the ecotoxicity measurement method for solving the above problems, is supplied with the euglena culture solution and mixed with the sample, the uglena culture solution and the sample is mixed to measure the toxic substances contained in the sample Euglena kinetic properties measuring step of measuring the kinetic properties of the euglena in the mixed solution; Euglena fluorescence characteristics measuring step of measuring the fluorescence characteristics of the euglena in the mixture mixture is mixed with the sample and the sample mixture is supplied to receive the euglena culture solution and the toxic substances contained in the sample; Can be.
  • the motion and fluorescence properties of the euglena are automatically measured and quantified, and based on this, the toxic values of the toxic substances in the liquid to be measured are automatically calculated, and the accuracy and The reliability can be greatly improved, the experimental values can be objectiveized, and the experiment personnel, the experiment time, and the experiment cost can be greatly reduced.
  • the scope of the present invention is not limited by these effects.
  • FIG. 1 is an external perspective view illustrating an apparatus for measuring ecotoxicity according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view illustrating the ecotoxicity measuring apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a side view showing the modules of the ecotoxicity measurement apparatus of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating the euglena movement characteristic measurement module of the ecotoxicity measurement apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a mobility measurement room of the euglena movement characteristic measurement module of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a front view illustrating a motion characteristic measurement state of the mobility measurement room of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a VII-VII cross section of the mobility measurement chamber of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating the euglena fluorescence characteristic measurement module of the ecotoxicity measurement apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a cuvette support of the euglena fluorescence characteristic measurement module of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a fluorescence characteristic measurement state of a cuvette of the euglena fluorescence characteristic measurement module of FIG. 8.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating an XI-XI cross section of the euglena fluorescence characteristic measurement module of FIG. 10.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Thus, the first member, part, region, layer or portion, which will be discussed below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • top or “above” and “bottom” or “bottom” may be used herein to describe the relationship of certain elements to other elements as illustrated in the figures. It may be understood that relative terms are intended to include other directions of the device in addition to the direction depicted in the figures. For example, if the device is turned over in the figures, elements depicted as present on the face of the top of the other elements are oriented on the face of the bottom of the other elements. Thus, the exemplary term “top” may include both “bottom” and “top” directions depending on the particular direction of the figure. If the device faces in the other direction (rotated 90 degrees relative to the other direction), the relative descriptions used herein can be interpreted accordingly.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an ecological toxicity measuring apparatus 100 according to some embodiments of the present invention
  • FIG. 2 is a front view illustrating the ecological toxicity measuring apparatus 100 of FIG. 1
  • FIG. 3 is an ecological diagram of FIG. 1. It is a side view which shows the module 20, 30, 40 of the toxicity measuring apparatus 100.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an ecological toxicity measuring apparatus 100 according to some embodiments of the present invention
  • FIG. 2 is a front view illustrating the ecological toxicity measuring apparatus 100 of FIG.
  • FIG. 3 is an ecological diagram of FIG. 1. It is a side view which shows the module 20, 30, 40 of the toxicity measuring apparatus 100.
  • the ecotoxicity measurement apparatus 100 according to some embodiments of the present invention, the main body 10, the euglena culture solution storage module 20 and the euglena movement characteristics
  • the measurement module 30 may include an euglena fluorescence characteristic measurement module 40 and a control module 50.
  • the main body 10 may support the euglena culture solution storage module 20, the euglena kinetic characteristic measurement module 30, the euglena fluorescence characteristic measurement module 40 and the control module 50. It may be a structure having sufficient durability and strength.
  • the main body 10 may be formed in a cabinet form by assembling various panels, vertical members, and horizontal members into a frame, and a wide variety of frame structures may be applied.
  • the main body 10 includes a first layer portion 11 and the first layer portion 11 in which the euglena culture solution storage module 20 is accommodated.
  • a second layer portion 12 installed on the second layer portion 12 and the second layer portion 12 on which the euglena fluorescence characteristic measurement module 40 is accommodated, and the euglena movement characteristic measurement module 30 is accommodated.
  • It may include a third layer portion 13 and a fourth layer portion 14 installed on the third layer portion 13 and accommodating the control module 50.
  • the main body 10 is not necessarily limited to the four-layer structure described above, and various layer-based frame structures of various layers may be applied.
  • control module 50 using the control unit the euglena culture solution storage module 20, the euglena fluorescence characteristics measurement module 40 and the euglena movement characteristics measurement module ( 30 may be a module capable of applying a control signal, inputting various commands using a command input device 51 such as a keyboard, and displaying result information using various display units 52.
  • control module 40 may be installed in the fourth layer part 14 that is the uppermost layer so as to protect the control module 40 from various liquids such as a culture solution.
  • control module 50 as shown, as well as various server computers, personal computers, as well as any control device having a microprocessor capable of processing a variety of operations, such as a notebook or smart pad can be applied.
  • the euglena culture solution storage module 20 is installed in the first layer portion 11, which is the lowest layer of the main body 10, and stores the euglena culture solution (1) May be a module.
  • the euglena culture medium storage module 20 includes an euglena culture medium tank 21 containing the euglena culture medium 1 and the euglena culture medium tank ( 21), a stirrer for stirring the euglena culture solution 1, a temperature controller for installing the euglena culture solution tank 21, and a temperature controller for controlling the temperature of the euglena culture solution 1 and the euglena culture solution tank 21 It may include a cultured light irradiator 24 for irradiating the euglena cultured light.
  • the euglena culture solution 1 is accommodated in the euglena culture bath 21, the euglena culture solution 1 is stirred, the temperature of the euglena culture solution 1 is adjusted, and the euglena culture solution 21 is supplied to the euglena culture solution 21.
  • the state of euglena can always be kept in the best state.
  • the euglena is a generic term of protozoa belonging to the genus Euglenoid euglenoid euglena, also called a lotus bug. It may also refer to the species Euglena proxima of the genus Euglena. It has chloroplasts in the body and is considered to be a plant because of photosynthesis. However, since it has no cell wall and swims with flagella, it is treated as a flagella. In other words, it is located between the plant and the animal. The photosynthesis with chlorophyll is a plant property, and the free movement with the mouth or contraction is an animal property.
  • the body has a disk-like or spindle-shaped pigment containing chlorophyll, and photosynthesis.
  • the shape and number vary depending on the species.
  • Assimilation starch adheres to the surface of the pigment body.
  • By-product nutrition is also performed depending on the amount of light and organic matter. Proliferation is a cleavage, which occurs in large numbers from spring to summer, changing the light.
  • the type of euglena that is applied in the present invention is the species Euglena agilis, which is a domestic habitat, grows well under weakly acidic conditions, is sensitive to toxic substances, and has a phytochloroplast in the body, which has photosynthesis with chloroplasts, and organic matter as a carbon source. Simultaneously have the animal characteristics corresponding to flagella worms of protozoa, which have no cell wall and swim with flagella, and can simultaneously measure and observe toxic reactions using plant and animal characteristics for various harmful chemicals and environmental samples. There is a characteristic.
  • toxicological assessment using euglena can be performed on various chemicals including heavy metals such as cadmium and mercury, and may be suitable species for aquatic toxicity assessment based on the obtained results.
  • the present invention is not limited to the above-described euglena azillis, but a wide variety of euglena can be applied.
  • control module 50 may apply a control signal to the motor 25 to provide a uniform environment to the euglena culture solution 1 accommodated inside the euglena culture bath 21 by the stirrer.
  • a control signal to the thermoelectric element it is possible to maintain a constant temperature of the euglena culture solution 1 accommodated in the euglena culture solution tank (21).
  • the euglena culture solution storage module 20 is installed in a medium supply line to supply a medium solution to the euglena culture bath 21, and a medium storage container in which the medium solution is stored.
  • a cleaning solution storage container 203 for storing a cleaning solution for removing contaminants or salts remaining in the euglena culture solution storage module 20 and the euglena fluorescence characteristic measurement module 40.
  • the medium solution includes nutrients capable of culturing euglena, and may be a weakly acidic solution.
  • the cleaning liquid may include distilled water or a sulfuric acid component of low concentration. However, it is not necessarily limited thereto.
  • the apparatus 100 for measuring ecotoxicity uses the euglena culture solution storage module 20 to perform the exercise characteristic measurement module 30 and the euglena fluorescence characteristic measurement module 40 which will be described later.
  • Euglena culture solution (1) in the same state can be supplied to, and it is possible to fairly measure ecotoxicity under the same conditions on the basis of the motility and fluorescence of euglena using the same.
  • the euglena culture solution 1 since the euglena culture solution 1 under the same conditions and environments could not be supplied, the reliability of the measurement result was deteriorated.
  • the euglena culture solution 1 was cultured under the same conditions.
  • the Euglena culture solution storage module 20 which can be equally supplied in two places, greatly improves the reliability of the device, and automatic dispensing is performed without a person dispensing by hand, thereby greatly increasing the accuracy and reliability of the result. It can improve, objectify the experimental value, and greatly reduce the experiment staff, the experiment time, and the experiment cost.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating the euglena movement characteristic measurement module 30 of the ecotoxicity measurement apparatus 100 of FIG. 1
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating the mobility measurement chamber 32 of the euglena movement characteristic measurement module 30 of FIG. 4.
  • 6 is a front view showing a state of motion characteristic measurement of the mobility measurement chamber 32 of FIG. 5
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a VII-VII cross section of the mobility measurement chamber 32 of FIG. 6.
  • the euglena movement characteristic measurement module 30 is installed in the main body 10 and receives the euglena culture solution 1 from the euglena culture solution storage module 20. It may be a module for measuring the kinetic properties of the euglena in the mixed solution (M) in which the euglena culture solution (1) and the sample are mixed so as to measure the toxic substances contained in the sample.
  • the euglena kinetic characteristic measurement module 30 is configured to mix the euglena culture solution 1 and the mixed solution M mixed with the sample at a constant flow rate to enable real-time measurement.
  • Transparent window (W1) is installed in the middle of the mixed liquid supply line 31 to flow from the bottom to the mixed liquid supply line 31, so as to measure the mobility of the euglena contained in the mixed liquid M therein.
  • the inspection light emitting element 33 and the transparent window W1 which are provided in the movement measurement chamber 32 to be installed and the one side direction of the transparent window W1 and irradiate the inspection light to the transparent window W1. It may be provided in the other direction, and may include a movement inspection camera 34 for photographing the euglena projected on the inspection light of the light emitting device (32).
  • the euglena culture solution (1) can be prevented from flowing back or remaining of bubbles or foreign matter than flowing from the top to the bottom by flowing from the bottom to the top.
  • the euglena culture characteristic measurement module 30 is used to allow the euglena culture solution 1 and the sample mixed with the mixed solution M to flow from below while being projected of the euglena contained in the mixed solution M. Mobility can be measured through the image.
  • the euglena's swimming velocity and motility may be measured by image recognition.
  • the time difference of the second screen may be indicated.
  • n s denotes the number of vectors with velocity> v s
  • n denotes the number of all vectors
  • v s denotes the minimum velocity that distinguishes active moving cells from inactive or sinking to the bottom.
  • S may represent the sum of the euglena external lengths
  • A may represent the area (the area of the euglena).
  • the euglena kinetic characteristic measurement module 30 is a control solution to which the euglena culture solution 1, to which the sample is not mixed, is supplied for the control with the mixed solution M.
  • the control solution measuring chamber 36 installed in the supply line 35 and the control solution supply line 35, and having a transparent window W2 installed therein so as to measure the mobility of the euglena contained in the euglena culture solution 1. It may include.
  • the mixed solution M mixed with the sample and the pure Euglena culture medium 1 in which the sample is not mixed can be compared with the significance test by students t-test, using a SAS statistical program EC05 including 95% confidence intervals
  • the EC50 can be analyzed, and the significance level of all the statistical values is 0.05 or less (p.0.05), which can greatly improve the reliability of the device.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating the euglena fluorescence characteristic measurement module 40 of the ecotoxicity measurement apparatus 100 of FIG. 1
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating the cuvette support 41 of the euglena fluorescence characteristic measurement module 40 of FIG. 10.
  • 10 is a perspective view illustrating a fluorescence characteristic measurement state of the cuvette C of the euglena fluorescence characteristic measurement module 40 of FIG. 8
  • FIG. 11 is a XI-XI cross section of the euglena fluorescence characteristic measurement module 40 of FIG. 10. It is sectional drawing which shows.
  • the euglena fluorescence characteristic measurement module 40 is installed in the main body 10 and receives the euglena culture solution 1 from the euglena culture solution storage module 20. It may be a module for measuring the fluorescence characteristics of the euglena in the mixed solution (M) in which the euglena culture solution (1) and the sample is mixed so as to measure the toxic substances contained in the sample.
  • the euglena fluorescence characteristic measurement module 40 supports a plurality of cuvettes C and along a horizontal screw rod S1 rotated by a motor. It is possible to move up and down along the vertical screw rod S2 rotated by the motor 42 and the cuvette support 41 capable of the left and right forward and backward movement, the injector tip 43 (tip) by using the cuvette ( The injector 44 for injecting the mixed solution M into the C) and the induction light emitting element 45 and the cuvette provided below the cuvette C and irradiating the photosynthetic guided light to the cuvette C. It may be provided on the side of (C), and may include the photodiode 46 which measures the photosynthetic photosynthetic fluorescence value by the said photosynthetic guided light.
  • the euglena fluorescence characteristic measurement module 40 when the euglena fluorescence characteristic measurement module 40 is used, a predetermined amount of the mixed solution M is dispensed into a plurality of cuvettes C to photosynthesis under the cuvette C. After adjusting the guided light, the photosynthetic fluorescence value by the photosynthetic guided light can be measured.
  • the euglena fluorescence characteristic measurement module 40 uses the cleaning pipe 47 capable of lifting and lowering along the vertical screw rod S2 to the cuvette C. It may further include a cleaning device 48 for injecting and suctioning the cleaning liquid.
  • the cleaning pipe 47 is inserted into the interior of the cuvette C having finished measuring the photosynthetic fluorescence value, and the cleaning solution is injected and sucked into the cuvette C while raising and lowering along the vertical screw rod S2. Can be cleaned.
  • the reliability of the device is greatly improved, and a human does not need to dispense manually.
  • the precision and reliability of the results can be greatly improved, the experimental values can be objectiveized, and the experimental manpower, the experiment time, and the experiment cost can be greatly reduced.
  • ecotoxicity measurement method the step of storing the euglena culture solution for storing the euglena culture solution (1), and supplying the euglena culture solution (1)
  • the euglena culture solution 1 is supplied from the storage module 20 and mixed with the sample, and the euglena culture medium 1 and the sample are mixed with the sample solution M so that the toxic substances contained in the sample can be measured.
  • Euglena fluorescence properties may be measured to measure the fluorescence properties.
  • the motion and fluorescence properties of the euglena are automatically measured and quantified, and based on this, the toxic values of the toxic substances in the liquid to be measured are automatically calculated, and the accuracy and The reliability can be greatly improved, the experimental values can be objectiveized, and the ecological toxicity measuring device can be easily manufactured with the effect of greatly reducing the labor force, the experiment time and the experiment cost.

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Abstract

본 발명은 유글레나의 운동 특성 및 형광 특성을 측정하여 이를 근거로 측정 대상 액체 내의 독성 존재 여부 및 독성치를 자동으로 측정할 수 있는 생태 독성 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본체; 상기 본체에 설치되고, 유글레나 배양액을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액과 상기 샘플이 혼합된 혼합액 속의 유글레나의 운동 특성을 측정하는 유글레나 운동 특성 측정 모듈; 및 상기 본체에 설치되고, 상기 유글레나 배양액을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액과 상기 샘플이 혼합된 상기 혼합액 속의 유글레나의 형광 특성을 측정하는 유글레나 형광 특성 측정 모듈;을 포함할 수 있다.

Description

생태 독성 측정 장치 및 방법
본 발명은 생태 독성 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 유글레나의 운동 특성 및 형광 특성을 측정하여 이를 근거로 측정 대상 액체 내의 독성 존재 여부 및 독성치를 자동으로 측정할 수 있는 생태 독성 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 생태 독성 측정 장치는 측정 대상 액체 내 독성 물질의 존재여부를 측정하는 장치이다. 즉, 측정 대상 액체 내에 독성 물질이 존재하는지 여부를 생물체 등의 반응을 통해 측정하는 장치이다. 이를 위해 종래에는 유글레나, 물벼룩(daphnia magna), 발광 박테리아, 어류 등을 이용하여 측정 대상 액체 내 독성 물질의 존재여부를 측정하였다.
그러나, 이러한 종래의 일반적인 생태 독성 측정 장치 및 방법은, 단순히 관찰자의 육안에 의존하여 관찰 대상 생물체의 동물적 행동 패턴을 확인하였고, 이로 인하여 관찰자의 주관에 따라 결과가 달라지거나, 반복 실험시 결과가 일정하지 않았던 문제점이 있었다.
또한, 측정 대상 액체 내 독성 물질의 독성치를 수치화할 수 없었고, 이로 인하여 객관적인 실험치를 얻을 수 없어서 결과에 대한 신뢰도가 떨어지고, 실험 인력과, 실험 시간 및 실험 비용이 낭비되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 유글레나에 대한 운동 특성 및 형광 특성을 자동으로 인식하고, 유글레나의 운동 특성 및 형광 특성을 수치화하며, 이를 토대로 측정 대상 액체 내 독성 물질의 독성치를 자동으로 산출하여 결과에 대한 정밀도와 신뢰도를 크게 향상시키고, 실험 수치를 객관화할 수 있으며, 실험 인력과, 실험 시간 및 실험 비용이 크게 절감할 수 있게 하는 생태 독성 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 생태 독성 측정 장치는, 본체; 상기 본체에 설치되고, 유글레나 배양액을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액과 상기 샘플이 혼합된 혼합액 속의 유글레나의 운동 특성을 측정하는 유글레나 운동 특성 측정 모듈; 및 상기 본체에 설치되고, 상기 유글레나 배양액을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액과 상기 샘플이 혼합된 상기 혼합액 속의 유글레나의 형광 특성을 측정하는 유글레나 형광 특성 측정 모듈;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 본체는, 상기 유글레나 배양액 저장 모듈이 수용되는 제 1 층부; 상기 제 1 층부 상에 설치되고, 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈이 수용되는 제 2 층부; 상기 제 2 층부 상에 설치되고, 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈이 수용되는 제 3 층부; 및 상기 제 3 층부 상에 설치되고, 제어부를 이용하여 상기 유글레나 배양액 저장 모듈, 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈 및 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈에 제어 신호를 인가하고, 명령입력장치를 이용하여 각종 명령을 입력하며, 디스플레이부를 이용하여 결과 정보를 디스플레이할 수 있는 제어 모듈을 수용하는 제 4 층부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈은, 실시간 측정이 가능하도록 일정한 유량으로 상기 유글레나 배양액과 상기 샘플이 혼합된 혼합액을 아래에서 위로 흐르게 하는 혼합액 공급 라인; 상기 혼합액 공급 라인의 중간에 설치되고, 내부에 상기 혼합액에 포함된 상기 유글레나의 운동성을 측정할 수 있도록 투명창이 설치되는 운동성 측정실; 상기 투명창의 일측 방향에 설치되고, 상기 투명창에 검사광을 조사하는 검사광 발광 소자; 및 상기 투명창의 타측 방향에 설치되고, 상기 발광 소자의 상기 검사광에 투사된 상기 유글레나를 촬영하는 운동성 검사 카메라;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈은, 상기 혼합액과의 대조를 위해서 상기 샘플이 혼합되지 않은 상기 유글레나 배양액이 공급되는 대조액 공급 라인; 및 상기 대조액 공급 라인에 설치되고, 내부에 상기 유글레나 배양액에 포함된 상기 유글레나의 운동성을 측정할 수 있도록 투명창이 설치되는 대조액 측정실;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈은, 복수개의 큐벳(cuvett)을 지지하고, 모터에 의해 회전되는 수평 나사봉을 따라 좌우 전후진 운동이 가능한 큐벳 지지대; 모터에 의해 회전되는 수직 나사봉을 따라 승하강 운동이 가능하고, 인젝터 팁(tip)을 이용하여 상기 큐벳에 상기 혼합액을 주입하는 인젝터; 상기 큐벳의 하방에 설치되고, 상기 큐벳에 상기 광합성 유도광을 조사하는 유도광 발광 소자; 및 상기 큐벳의 측방에 설치되고, 상기 유도광에 의한 광합성 광합성 형광값을 측정하는 포토 다이오드;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈은, 상기 수직 나사봉을 따라 승하강 운동이 가능한 세정 파이프를 이용하여 상기 큐벳에 세정액을 주입 및 흡입하는 세정 장치;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 생태 독성 측정 장치는, 상기 본체에 설치되고, 상기 유글레나 배양액을 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈 및 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈에 공급할 수 있도록 상기 유글레나 배양액을 저장하는 유글레나 배양액 저장 모듈;을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 생태 독성 측정 방법은, 유글레나 배양액을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액과 상기 샘플이 혼합된 혼합액 속의 유글레나의 운동 특성을 측정하는 유글레나 운동 특성 측정 단계; 및 상기 유글레나 배양액을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액과 상기 샘플이 혼합된 혼합액 속의 유글레나의 형광 특성을 측정하는 유글레나 형광 특성 측정 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 유글레나의 운동 특성 및 형광 특성을 자동으로 측정하여 수치화하고, 이를 토대로 측정 대상 액체 내 독성 물질의 독성치를 자동으로 산출하여 결과에 대한 정밀도와 신뢰도를 크게 향상시키고, 실험 수치를 객관화할 수 있으며, 실험 인력과, 실험 시간 및 실험 비용이 크게 절감할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 생태 독성 측정 장치를 나타내는 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 생태 독성 측정 장치를 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 1의 생태 독성 측정 장치의 모듈들을 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 1의 생태 독성 측정 장치의 유글레나 운동 특성 측정 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 유글레나 운동 특성 측정 모듈의 운동성 측정실을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 운동성 측정실의 운동 특성 측정 상태를 나타내는 정면도이다.
도 7은 도 6의 운동성 측정실의 VII-VII 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 1의 생태 독성 측정 장치의 유글레나 형광 특성 측정 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8의 유글레나 형광 특성 측정 모듈의 큐벳 지지대를 나타내는 사시도이다.
도 10는 도 8의 유글레나 형광 특성 측정 모듈의 큐벳의 형광 특성 측정 상태를 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10의 유글레나 형광 특성 측정 모듈의 XI-XI 절단면을 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", "적층되어" 또는 "커플링되어" 접촉하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 생태 독성 측정 장치(100)를 나타내는 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 생태 독성 측정 장치(100)를 나타내는 정면도이고, 도 3은 도 1의 생태 독성 측정 장치(100)의 모듈(20)(30)(40)들을 나타내는 측면도이다.
먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 생태 독성 측정 장치(100)는, 크게 본체(10)와, 유글레나 배양액 저장 모듈(20)과, 유글레나 운동 특성 측정 모듈(30)과, 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40) 및 제어 모듈(50)을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 본체(10)는 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20)과, 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈(30)과, 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40) 및 상기 제어 모듈(50)을 지지할 수 있는 충분한 내구성 및 강도를 갖는 구조체일 수 있다.
예를 들면, 이러한 상기 본체(10)는 각종 패널과 수직 부재 및 수평 부재를 프레임으로 서로 조립하여 캐비넷 형태로 이루어질 수 있는 것으로서, 매우 다양한 형태의 프레임 구조가 적용될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 본체(10)는, 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20)이 수용되는 제 1 층부(11)와, 상기 제 1 층부(11) 상에 설치되고, 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40)이 수용되는 제 2 층부(12)와, 상기 제 2 층부(12) 상에 설치되고, 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈(30)이 수용되는 제 3 층부(13) 및 상기 제 3 층부(13) 상에 설치되고, 상기 제어 모듈(50)을 수용하는 제 4 층부(14)를 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 상기 본체(10)는 상술된 4층 구조에 반드시 국한되지 않고, 다양한 층수의 층별 프레임 구조가 모두 적용될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어 모듈(50)은 제어부를 이용하여 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20), 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40) 및 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈(30)에 제어 신호를 인가하고, 키보드 등의 명령입력장치(51)를 이용하여 각종 명령을 입력하며, 다양한 디스플레이부(52)를 이용하여 결과 정보를 디스플레이할 수 있는 모듈일 수 있다.
따라서, 이러한 상기 제어 모듈(40)를 배양액 등 각종 액체로부터 보호할 수 있도록 상기 제어 모듈(40)은 최상층인 제 4 층부(14)에 설치될 수 있다.
이러한 상기 제어 모듈(50)은 도시된 바와 같이, 각종 서버 컴퓨터나, 개인용 컴퓨터는 물론이고, 노트북이나 스마트 패드 등 각종 연산 처리가 가능한 마이크로 프로세서를 갖는 모든 제어 장치가 적용될 수 있다.
한편, 예컨대, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20)은 상기 본체(10)의 최하층인 제 1 층부(11)에 설치되는 것으로서, 유글레나 배양액(1)을 저장하는 모듈일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20)은, 상기 유글레나 배양액(1)을 수용하는 유글레나 배양액 수조(21)와, 상기 유글레나 배양액 수조(21)에 설치되고, 상기 유글레나 배양액(1)을 교반하는 교반기와, 상기 유글레나 배양액 수조(21)에 설치되고, 상기 유글레나 배양액(1)의 온도를 조절하는 온도 조절기 및 상기 유글레나 배양액 수조(21)에 유글레나 배양광을 조사하는 배양광 조사기(24)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 유글레나 배양액 수조(21)에 상기 유글레나 배양액(1)을 수용하고, 상기 유글레나 배양액(1)을 교반하며, 상기 유글레나 배양액(1)의 온도를 조절하고, 상기 유글레나 배양액 수조(21)에 유글레나 배양광을 조사함으로써 유글레나의 상태를 항상 최상의 상태로 유지시킬 수 있다.
여기서, 일반적으로 유글레나는 편모충강 유글레나목 유글레나속에 속하는 원생동물의 총칭으로, 연두벌레라고도 한다. 유글레나속의 한 종 유글레나 프록시마(Euglena proxima)를 가리키기도 한다. 체내에 엽록체를 가지고 있어 광합성을 하는 점으로 보아 식물에 속한다고 하지만, 세포벽이 없고 편모로 유영생활을 하는 것으로 보아 원생동물의 편모충류로 취급하기도 한다. 즉, 식물과 동물의 중간에 위치한다고 볼 수 있는데 엽록소를 가지고 광합성을 하는 것은 식물적 특성이며, 입이나 수축포를 가지고 자유롭게 움직이는 것은 동물적 특성에 속한다.
몸길이 15∼530마이크로미터(㎛)로 나사선 모양으로 꼬인 길쭉한 방추형인데 매우 자유롭게 변형한다. 대부분 담수에서 살며 작은 연못이나 도랑에서 흔히 볼 수 있고 내만의 염수역에서도 볼 수 있다. 몸의 앞끝에 플라스크 모양으로 오므라진 세포구가 있고 그 기부로부터 1개의 편모가 나 있다. 편모의 길이는 종에 따라 세포구 밖으로 나오지 않은 것에서부터 몸길이의 2배에 이르는 것까지 있다.
입 가까이에 1개의 붉은 안점(眼點)과 1∼2개의 수축포가 있다. 체내에는 엽록소가 들어 있는 원반 모양이나 방추형 색소체가 있어서 광합성을 하는데, 그 모양과 수는 종에 따라 다르다. 동화 녹말은 색소체의 표면에 부착한다. 빛이나 유기물의 양에 따라서는 부생영양(腐生營養)도 행한다. 증식은 종분열로, 봄에서 여름에 걸쳐 대증식하여 물빛을 바꾸는 현상을 일으키는 일이 있다.
본 발명에서 적용되는 상기 유글레나의 종류는 국내 서식 종인 유글레나 아질리스(Euglena agilis)로서, 약산성 조건에서도 잘 성장하고 독성물질에 민감하며 체내에 엽록체를 가지고 광합성을 하는 식물적 특성과, 탄소원으로 유기물을 이용하고 세포벽이 없으며 편모로 유영생활을 하는 원생동물의 편모충류에 해당하는 동물적 특성을 동시에 가지고 있어 다양한 유해화학물질 및 환경시료에 대한 식물적 특성과 동물적 특성을 이용한 독성반응 측정 및 관찰이 동시에 가능한 특성이 있다.
따라서, 이와 같은 장점들로 인하여 카드뮴, 수은 등 중금속을 비롯한 다양한 화학물질에 대해 유글레나를 이용한 독성평가가 수행될 수 있고, 도출된 결과를 기반으로 수생태 독성평가에 적합한 생물 종일 수 있다.
그러나, 본 발명은 상술된 유글레나 아질리스에만 국한되지 않고, 이외에도 매우 다양한 종류의 유글레나가 적용될 수 있다.
따라서, 상기 제어 모듈(50)은 상기 모터(25)에 제어 신호를 인가하여 상기 교반기로 상기 유글레나 배양액 수조(21) 내부에 수용된 상기 유글레나 배양액(1)에 균일한 환경을 제공할 수 있고, 상기 열전소자에 제어 신호를 인가하여 상기 유글레나 배양액 수조(21) 내부에 수용된 상기 유글레나 배양액(1)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20)은, 상기 유글레나 배양액 수조(21)에 배지 용액을 공급할 수 있도록 배지 공급 라인에 설치되고, 상기 배지 용액이 저장되는 배지 저장 용기 및 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20) 및 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40)에 잔류하는 오염물 또는 염분을 제거하기 위한 세정액이 저장하는 세정액 저장 용기(203)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 예컨대, 상기 배지 용액은 유글레나를 배양시킬 수 있는 영양분을 포함하는 것으로서, 약산성을 띤 용액일 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 세정액은 증류수 또는 저농도의 황산 성분을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 반드시 국한되지 않는다.
따라서, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 생태 독성 측정 장치(100)는 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20)을 이용하여 후술될 상기 운동 특성 측정 모듈(30) 및 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40)에 동일한 상태의 상기 유글레나 배양액(1)을 공급할 수 있고, 이를 이용하여 유글레나의 운동성 및 형광성을 동일한 기준으로 동일한 조건에서 생태 독성을 공정하게 측정하는 것이 가능하다.
그러므로, 종래에는 동일한 조건과 환경의 상기 유글레나 배양액(1)을 공급받을 수 없었기 때문에 측정 결과에 대한 신뢰도가 많이 떨어질 수밖에 없었으나 본 발명의 경우, 이러한 동일한 조건으로 상기 유글레나 배양액(1)을 배양하고, 2군데로 공평하게 공급할 수 있는 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20)을 이용하여 장치의 신뢰도를 크게 향상시키고, 사람이 수작업으로 분주할 필요가 없이 자동으로 분주가 이루어져서 결과에 대한 정밀도와 신뢰도를 크게 향상시키고, 실험 수치를 객관화할 수 있으며, 실험 인력과, 실험 시간 및 실험 비용이 크게 절감할 수 있다.
도 4는 도 1의 생태 독성 측정 장치(100)의 유글레나 운동 특성 측정 모듈(30)을 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 유글레나 운동 특성 측정 모듈(30)의 운동성 측정실(32)을 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 5의 운동성 측정실(32)의 운동 특성 측정 상태를 나타내는 정면도이고, 도 7은 도 6의 운동성 측정실(32)의 VII-VII 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈(30)은 상기 본체(10)에 설치되고, 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20)로부터 상기 유글레나 배양액(1)을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액(1)과 상기 샘플이 혼합된 혼합액(M) 속의 유글레나의 운동 특성을 측정하는 모듈일 수 있다.
예컨대, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈(30)은, 실시간 측정이 가능하도록 일정한 유량으로 상기 유글레나 배양액(1)과 상기 샘플이 혼합된 상기 혼합액(M)을 아래에서 위로 흐르게 하는 혼합액 공급 라인(31)과, 상기 혼합액 공급 라인(31)의 중간에 설치되고, 내부에 상기 혼합액(M)에 포함된 상기 유글레나의 운동성을 측정할 수 있도록 투명창(W1)이 설치되는 운동성 측정실(32)과, 상기 투명창(W1)의 일측 방향에 설치되고, 상기 투명창(W1)에 검사광을 조사하는 검사광 발광 소자(33) 및 상기 투명창(W1)의 타측 방향에 설치되고, 상기 발광 소자(32)의 상기 검사광에 투사된 상기 유글레나를 촬영하는 운동성 검사 카메라(34)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 유글레나 배양액(1)을 아래에서 위로 흐르게 하여 위에서 아래로 흐르는 것 보다 기포나 이물질이 역류하거나 잔류하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈(30)을 이용하여 상기 유글레나 배양액(1)과 상기 샘플이 혼합된 상기 혼합액(M)을 아래에서 위로 흐르게 하면서 상기 혼합액(M)에 포함된 상기 유글레나의 투사된 영상을 통해 운동성을 측정할 수 있다.
여기서, 이러한 유글레나의 세포 반응을 관찰 및 측정하기 위하여 상기 혼합액(M)을 전처리한 후 상기 운동성 검사 카메라(34)로 촬영된 유글레나의 운동성 파라미터(swimming velocity, motility)를 영상 인식을 통해 측정할 수 있다.
즉,
Velocity=d/Δt×fs,
여기서, d=벡터의 길이(1째 화면과 5째 화면의 세포거리, x축 상의 이동거리와 y축 상의 이동거리)를 나타내고, d= Δx2+Δy2 이며, Δt는 1째 화면과 5째 화면의 시간 차이를 나타낼 수 있다.
또한,
Motility=ns/n×100%
여기서, ns는 velocity>vs인 벡터의 수를 나타내고, n은 모든 벡터의 수를 나타내며, vs는 활동적으로 움직이는 세포와 활동성이 없거나 바닥으로 가라앉는 유글레나를 구별하는 최소한의 속도를 나타낼 수 있다.
또한,
Compactness=(∑i=1 n(Si 2/(Ai×4π))/ns
여기서, S는 유글레나 외부길이의 합계를 나타내고, A는 면적(유글레나의 면적)을 나타낼 수 있다.
한편, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈(30)은, 상기 혼합액(M)과의 대조를 위해서 상기 샘플이 혼합되지 않은 상기 유글레나 배양액(1)이 공급되는 대조액 공급 라인(35) 및 상기 대조액 공급 라인(35)에 설치되고, 내부에 상기 유글레나 배양액(1)에 포함된 상기 유글레나의 운동성을 측정할 수 있도록 투명창(W2)이 설치되는 대조액 측정실(36)을 포함할 수 있다.
따라서, 상기 샘플과 혼합된 상기 혼합액(M)과 상기 샘플이 혼합되지 않은 순수한 상기 유글레나 배양액(1)을 비교하여 보다 적확한 결과치를 도출할 수 있다. 이 때, 예컨대, 상기 혼합액(M)을 실험군으로 하고, 상기 유글레나 배양액(1)을 대조군으로 하여 유의성 검정을 students t-test로 비교할 수 있고, SAS 통계프로그램을 이용하여 95% 신뢰구간을 포함한 EC05, EC50을 분석할 수 있으며, 모든 통계 값에서 유의 수준은 0.05 이하(p.0.05)로 하여 장치의 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.
도 8은 도 1의 생태 독성 측정 장치(100)의 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40)을 나타내는 사시도이고, 도 9는 도 10의 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40)의 큐벳 지지대(41)를 나타내는 사시도이고, 도 10은 도 8의 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40)의 큐벳(C)의 형광 특성 측정 상태를 나타내는 사시도이고, 도 11은 도 10의 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40)의 XI-XI 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40)은 상기 본체(10)에 설치되고, 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20)로부터 상기 유글레나 배양액(1)을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액(1)과 상기 샘플이 혼합된 상기 혼합액(M) 속의 유글레나의 형광 특성을 측정하는 모듈일 수 있다.
예컨대, 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40)은, 복수개의 큐벳(C)(cuvett)을 지지하고, 모터에 의해 회전되는 수평 나사봉(S1)을 따라 좌우 전후진 운동이 가능한 큐벳 지지대(41)와, 모터(42)에 의해 회전되는 수직 나사봉(S2)을 따라 승하강 운동이 가능하고, 인젝터 팁(43)(tip)을 이용하여 상기 큐벳(C)에 상기 혼합액(M)을 주입하는 인젝터(44)와, 상기 큐벳(C)의 하방에 설치되고, 상기 큐벳(C)에 광합성 유도광을 조사하는 유도광 발광 소자(45) 및 상기 큐벳(C)의 측방에 설치되고, 상기 광합성 유도광에 의한 광합성 광합성 형광값을 측정하는 포토 다이오드(46)를 포함할 수 있다.
따라서, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40)을 이용하면, 복수개의 큐벳(C)에 일정한 양의 상기 혼합액(M)을 분주하여 상기 큐벳(C)의 하방에서 광합성 유도광을 조한 후, 상기 광합성 유도광에 의한 광합성 형광값을 측정할 수 있다.
또한, 예컨대, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈(40)은, 상기 수직 나사봉(S2)을 따라 승하강 운동이 가능한 세정 파이프(47)를 이용하여 상기 큐벳(C)에 세정액을 주입 및 흡입하는 세정 장치(48)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 광합성 형광값 측정을 마친 상기 큐벳(C)의 내부에 상기 세정 파이프(47)가 삽입되어 상기 수직 나사봉(S2)를 따라 승하강하면서 상기 큐벳(C)에 세정액을 주입 및 흡입하여 내부를 세정할 수 있다.
그러므로, 이러한 동일한 조건으로 상기 유글레나 배양액(1)을 배양하고, 이를 공급받을 수 있는 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20)을 이용하여 장치의 신뢰도를 크게 향상시키고, 사람이 수작업으로 분주할 필요가 없이 자동으로 분주가 이루어져서 결과에 대한 정밀도와 신뢰도를 크게 향상시키고, 실험 수치를 객관화할 수 있으며, 실험 인력과, 실험 시간 및 실험 비용이 크게 절감할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 생태 독성 측정 방법은, 유글레나 배양액(1)을 저장하는 유글레나 배양액 저장 단계와, 상기 유글레나 배양액(1)을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액(1)과 상기 샘플이 혼합된 혼합액(M) 속의 유글레나의 운동 특성을 측정하는 유글레나 운동 특성 측정 단계 및 상기 유글레나 배양액 저장 모듈(20)로부터 상기 유글레나 배양액(1)을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액(1)과 상기 샘플이 혼합된 혼합액(M) 속의 유글레나의 형광 특성을 측정하는 유글레나 형광 특성 측정 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 유글레나의 운동 특성 및 형광 특성을 자동으로 측정하여 수치화하고, 이를 토대로 측정 대상 액체 내 독성 물질의 독성치를 자동으로 산출하여 결과에 대한 정밀도와 신뢰도를 크게 향상시키고, 실험 수치를 객관화할 수 있으며, 실험 인력과, 실험 시간 및 실험 비용이 크게 절감할 수 있는 효과를 가지는 생태 독성 측정 장치를 용이하게 제작할 수 있다.

Claims (8)

  1. 본체;
    상기 본체에 설치되고, 유글레나 배양액을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액과 상기 샘플이 혼합된 혼합액 속의 유글레나의 운동 특성을 측정하는 유글레나 운동 특성 측정 모듈; 및
    상기 본체에 설치되고, 상기 유글레나 배양액을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액과 상기 샘플이 혼합된 상기 혼합액 속의 유글레나의 형광 특성을 측정하는 유글레나 형광 특성 측정 모듈;을 포함하는, 생태 독성 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 유글레나 배양액 저장 모듈이 수용되는 제 1 층부;
    상기 제 1 층부 상에 설치되고, 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈이 수용되는 제 2 층부;
    상기 제 2 층부 상에 설치되고, 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈이 수용되는 제 3 층부; 및
    상기 제 3 층부 상에 설치되고, 제어부를 이용하여 상기 유글레나 배양액 저장 모듈, 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈 및 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈에 제어 신호를 인가하고, 명령입력장치를 이용하여 각종 명령을 입력하며, 디스플레이부를 이용하여 결과 정보를 디스플레이할 수 있는 제어 모듈을 수용하는 제 4 층부;
    를 포함하는, 생태 독성 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈은,
    실시간 측정이 가능하도록 일정한 유량으로 상기 유글레나 배양액과 상기 샘플이 혼합된 혼합액을 아래에서 위로 흐르게 하는 혼합액 공급 라인;
    상기 혼합액 공급 라인의 중간에 설치되고, 내부에 상기 혼합액에 포함된 상기 유글레나의 운동성을 측정할 수 있도록 투명창이 설치되는 운동성 측정실;
    상기 투명창의 일측 방향에 설치되고, 상기 투명창에 검사광을 조사하는 검사광 발광 소자; 및
    상기 투명창의 타측 방향에 설치되고, 상기 발광 소자의 상기 검사광에 투사된 상기 유글레나를 촬영하는 운동성 검사 카메라;
    를 포함하는, 생태 독성 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈은,
    상기 혼합액과의 대조를 위해서 상기 샘플이 혼합되지 않은 상기 유글레나 배양액이 공급되는 대조액 공급 라인; 및
    상기 대조액 공급 라인에 설치되고, 내부에 상기 유글레나 배양액에 포함된 상기 유글레나의 운동성을 측정할 수 있도록 투명창이 설치되는 대조액 측정실;
    을 포함하는, 생태 독성 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈은,
    복수개의 큐벳(cuvett)을 지지하고, 모터에 의해 회전되는 수평 나사봉을 따라 좌우 전후진 운동이 가능한 큐벳 지지대;
    모터에 의해 회전되는 수직 나사봉을 따라 승하강 운동이 가능하고, 인젝터 팁(tip)을 이용하여 상기 큐벳에 상기 혼합액을 주입하는 인젝터;
    상기 큐벳의 하방에 설치되고, 상기 큐벳에 상기 광합성 유도광을 조사하는 유도광 발광 소자; 및
    상기 큐벳의 측방에 설치되고, 상기 유도광에 의한 광합성 광합성 형광값을 측정하는 포토 다이오드;
    를 포함하는, 생태 독성 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈은,
    상기 수직 나사봉을 따라 승하강 운동이 가능한 세정 파이프를 이용하여 상기 큐벳에 세정액을 주입 및 흡입하는 세정 장치;
    를 더 포함하는, 생태 독성 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체에 설치되고, 상기 유글레나 배양액을 상기 유글레나 운동 특성 측정 모듈 및 상기 유글레나 형광 특성 측정 모듈에 공급할 수 있도록 상기 유글레나 배양액을 저장하는 유글레나 배양액 저장 모듈;
    을 더 포함하는, 생태 독성 측정 장치.
  8. 유글레나 배양액을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액과 상기 샘플이 혼합된 혼합액 속의 유글레나의 운동 특성을 측정하는 유글레나 운동 특성 측정 단계; 및
    상기 유글레나 배양액을 공급받아 샘플과 혼합하고, 샘플에 포함된 독성 물질을 측정할 수 있도록 상기 유글레나 배양액과 상기 샘플이 혼합된 혼합액 속의 유글레나의 형광 특성을 측정하는 유글레나 형광 특성 측정 단계;를 포함하는, 생태 독성 측정 방법.
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