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KR102514890B1 - Method and Apparatus for bio-aerosol analyzing - Google Patents

Method and Apparatus for bio-aerosol analyzing Download PDF

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KR102514890B1
KR102514890B1 KR1020200158753A KR20200158753A KR102514890B1 KR 102514890 B1 KR102514890 B1 KR 102514890B1 KR 1020200158753 A KR1020200158753 A KR 1020200158753A KR 20200158753 A KR20200158753 A KR 20200158753A KR 102514890 B1 KR102514890 B1 KR 102514890B1
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receptor
porous carrier
bio
aerosol
solution
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Inventor
김병찬
이선미
정진양
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은 바이오 에어로졸을 다공성 담체에 고정시키고 바이오 에어로졸의 특정 미생물에 리셉터를 결합시키는 방식을 통해 바이오 에어로졸에 특정 미생물이 포함되어 있는지 여부를 검출할 수 있는 바이오 에어로졸 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 바이오 에어로졸 검출방법은 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료를 준비하는 단계; 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계; 다공성 담체에 고정화된 특정 미생물에 리셉터를 결합시키는 단계; 및 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a bio-aerosol detection device and detection method capable of detecting whether a specific microorganism is contained in a bio-aerosol by immobilizing the bio-aerosol on a porous carrier and binding a receptor to the specific microorganism in the bio-aerosol, A bio-aerosol detection method according to the present invention includes preparing a liquid sample containing bio-aerosol; immobilizing specific microorganisms included in the bio-aerosol on a porous carrier; binding a receptor to a specific microorganism immobilized on a porous carrier; and discharging unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier.

Description

바이오 에어로졸 검출장치 및 검출방법{Method and Apparatus for bio-aerosol analyzing}Bio aerosol detection device and detection method {Method and Apparatus for bio-aerosol analyzing}

본 발명은 바이오 에어로졸 검출장치 및 검출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바이오 에어로졸을 다공성 담체에 고정시키고 바이오 에어로졸의 특정 미생물에 리셉터를 결합시키는 방식을 통해 바이오 에어로졸에 특정 미생물이 포함되어 있는지 여부를 검출할 수 있는 바이오 에어로졸 검출장치 및 검출방법에 관한 것이다. The present invention relates to a bio-aerosol detection device and detection method, and more particularly, to detect whether a specific microorganism is contained in a bio-aerosol by immobilizing the bio-aerosol on a porous carrier and binding a receptor to a specific microorganism in the bio-aerosol. It relates to a detectable bio-aerosol detection device and detection method.

바이오 에어로졸(bio-aerosol)은 바이오 에어로졸은 공기 중에 부유하는 입자상 물질 중 생물학적 기원을 가지는 물질을 통칭한다. 바이오 에어로졸은 0.02-100μm 크기의 생물 기원성 입자로 바이러스, 세균 및 곰팡이와 같은 미생물 외에도 곰팡이 포자, 미생물 독소, 꽃가루, 사람의 몸에서 발생한 기침, 체액 등의 다양한 형태를 포함한다. 이러한 바이오 에어로졸은 그 종류에 따라 인체에 감염성 질병 혹은 알레르기, 자가면역질환 등의 환경성 질병을 일으킬 수 있다. Bio-aerosol refers to substances having a biological origin among particulate matter suspended in the air. Bio-aerosols are biogenic particles with a size of 0.02-100 μm and include various forms of fungal spores, microbial toxins, pollen, coughs and body fluids generated in the human body, in addition to microorganisms such as viruses, bacteria and fungi. Depending on the type, these bio-aerosols can cause infectious diseases or environmental diseases such as allergies and autoimmune diseases in the human body.

따라서, 공기 중 바이오 에어로졸을 판별하는 것은 존재할 수 있는 유해 미생물 확인을 위해 필요하다. 그 뿐 아니라, 공기 중 부유하는 미생물의 군집 분포를 이해하는 것은 그 공간에 공존하는 인간과 미생물 간의 생태적 관계를 이해하는 데에 필수적이다. Therefore, identification of bio-aerosols in the air is necessary to identify harmful microorganisms that may be present. In addition, understanding the community distribution of airborne microorganisms is essential to understanding the ecological relationship between humans and microorganisms coexisting in the space.

바이오 에어로졸의 현장 진단 분석은 최근 real-time PCR을 이용하여 진행되고 있다. Real-time PCR은 높은 정확성을 보이는 분석방법이지만 사전에 진단 대상 종의 유전자 정보를 확보한 후 진행하여야 하며, PCR 조건에 따라 동시에 다종 판별이 어렵다는 단점이 있다. 또한, 기존의 바이오 에어로졸의 종 분석 연구는 공간에서 시료를 포집한 후 NGS(Next Generation Sequencing)을 기반으로 분석하는 경우가 대부분이다. 이 분석 방법은 공간에 분포하는 바이오 에어로졸 종을 species 수준까지 분석할 수 있는 장점이 있으나 시료 포집 후 분석 결과를 얻기까지 수 주에서 수 개월이 걸리는 단점이 있다.Field diagnostic analysis of bio-aerosols has recently been conducted using real-time PCR. Real-time PCR is an analysis method that shows high accuracy, but it must be performed after securing the genetic information of the species to be diagnosed in advance, and it has the disadvantage that it is difficult to distinguish multiple species at the same time depending on the PCR conditions. In addition, most of the existing bio-aerosol species analysis studies collect samples in space and then analyze them based on NGS (Next Generation Sequencing). This analysis method has the advantage of being able to analyze bio-aerosol species distributed in space down to the species level, but has the disadvantage of taking several weeks to several months to obtain the analysis result after sample collection.

한국공개특허공보 제2016-0013646호(2016. 02. 05 공개)Korean Patent Publication No. 2016-0013646 (published on February 5, 2016) 한국등록특허공보 제1518872호(2015. 05. 22 공고)Korea Patent Registration No. 1518872 (Announced on May 22, 2015) 한국등록특허공보 제1482529호(2015. 01. 16 공개)Korean Registered Patent Publication No. 1482529 (published on January 16, 2015)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 바이오 에어로졸을 다공성 담체에 고정시키고 바이오 에어로졸의 특정 미생물에 리셉터를 결합시키는 방식을 통해 바이오 에어로졸에 특정 미생물이 포함되어 있는지 여부를 검출할 수 있는 바이오 에어로졸 검출장치 및 검출방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to detect whether a specific microorganism is contained in a bio-aerosol by immobilizing the bio-aerosol on a porous carrier and binding a receptor to a specific microorganism in the bio-aerosol. The purpose is to provide a bio-aerosol detection device and detection method.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 바이오 에어로졸 검출방법은 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료를 준비하는 단계; 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계; 다공성 담체에 고정화된 특정 미생물에 리셉터를 결합시키는 단계; 및 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. To achieve the above object, a bio-aerosol detection method according to the present invention includes preparing a liquid sample containing bio-aerosol; immobilizing specific microorganisms included in the bio-aerosol on a porous carrier; binding a receptor to a specific microorganism immobilized on a porous carrier; and discharging unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier.

상기 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계;는, 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 담체용액을 혼합하여 시료담체화용액을 제조하는 과정과, 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 다공성 담체를 제조하며, 다공성 담체에 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물이 고정화되는 과정을 포함하여 구성된다. Immobilizing the specific microorganism contained in the bio-aerosol on a porous carrier; includes preparing a sample carrier solution by mixing a liquid sample containing the bio-aerosol and a carrier solution; and mixing the sample carrier solution in a gelation solution. It comprises a process of preparing a porous carrier by titration and immobilizing specific microorganisms included in the bio-aerosol on the porous carrier.

상기 다공성 담체에 고정화된 특정 미생물에 리셉터를 결합시키는 단계;는, 리셉터가 분산된 리셉터 용액에 다공성 담체를 혼합하여, 리셉터가 다공성 담체의 기공을 통해 확산되어 다공성 담체에 고정된 특정 미생물과 결합된다. In the step of binding the receptor to the specific microorganism immobilized on the porous carrier; by mixing the porous carrier with the receptor solution in which the receptor is dispersed, the receptor diffuses through the pores of the porous carrier and binds to the specific microorganism immobilized on the porous carrier .

상기 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출시키는 단계;는, 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 농도구배에 의한 확산 또는 전기적 인력을 이용하여 분리한다. The step of discharging unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier; separating the unreacted receptors present in the pores of the porous carrier using diffusion by a concentration gradient or electrical attraction.

농도구배에 의한 확산을 통해 미반응 리셉터를 분리하는 것은, 리셉터와 특정 미생물 간의 결합 반응이 완료된 다공성 담체를 버퍼용액에 침지시켜, 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터가 농도구배에 의해 버퍼용액쪽으로 확산되어 배출된다. Separation of unreacted receptors through diffusion by a concentration gradient involves immersing the porous carrier in which the binding reaction between the receptor and a specific microorganism has been completed in a buffer solution so that the unreacted receptors present in the pores of the porous carrier are removed from the buffer solution by the concentration gradient. spreads outward and is expelled.

전기적 인력을 이용하여 미반응 리셉터를 분리하는 것은, 전기영동법을 통해 (-) 극성을 갖는 미반응 앱타머를 다공성 담체의 기공으로부터 분리한다. Separating the unreacted receptor using electrical attraction separates the unreacted aptamer having (-) polarity from the pores of the porous carrier through electrophoresis.

또한, 본 발명에 따른 바이오 에어로졸 검출방법은 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료를 준비하는 단계; 상기 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 리셉터 용액을 반응시켜 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물에 리셉터를 결합시키는 단계; 리셉터가 결합된 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계; 및 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 다른 특징으로 한다. In addition, the bio-aerosol detection method according to the present invention includes the steps of preparing a liquid sample containing bio-aerosol; binding a receptor to a specific microorganism included in the bio-aerosol by reacting the liquid sample containing the bio-aerosol with a receptor solution; immobilizing a specific microorganism bound to the receptor on a porous carrier; and discharging unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier.

상기 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출시키는 단계;는, 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 농도구배에 의한 확산 또는 전기적 인력을 이용하여 분리한다. The step of discharging unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier; separating the unreacted receptors present in the pores of the porous carrier using diffusion by a concentration gradient or electrical attraction.

상기 리셉터가 결합된 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계는, 리셉터 용액과 반응한 액상시료와 담체용액을 혼합하여 시료담체화용액을 제조하는 과정과, 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 다공성 담체를 제조하며, 다공성 담체에 리셉터가 결합된 특정 미생물이 고정화되는 과정을 포함한다. The step of immobilizing the specific microorganism to which the receptor is bound on a porous carrier includes preparing a sample carrier solution by mixing a carrier solution and a liquid sample reacted with the receptor solution, and titrating the sample carrier solution to the gelation solution to form a porous carrier solution. A carrier is prepared and a specific microorganism to which the receptor is bound is immobilized on the porous carrier.

이와 함께, 본 발명에 따른 바이오 에어로졸 검출방법은 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료를 준비하는 단계; 상기 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 리셉터 용액을 반응시켜 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물에 리셉터를 결합시키는 단계; 리셉터와 특정 미생물의 결합 반응이 완료된 액상시료와 리셉터 용액의 혼합용액으로부터 미반응 리셉터를 분리하는 단계; 및 리셉터가 결합된 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 또 다른 특징으로 한다. In addition, the bio-aerosol detection method according to the present invention includes preparing a liquid sample containing bio-aerosol; binding a receptor to a specific microorganism included in the bio-aerosol by reacting the liquid sample containing the bio-aerosol with a receptor solution; Separating unreacted receptors from a mixed solution of a receptor solution and a liquid sample in which the binding reaction between the receptor and a specific microorganism has been completed; and immobilizing the specific microorganism bound to the receptor on a porous carrier.

상기 리셉터와 특정 미생물의 결합 반응이 완료된 액상시료와 리셉터 용액의 혼합용액으로부터 미반응 리셉터를 분리하는 단계;는, 리셉터와 특정 미생물의 결합 반응이 완료된 액상시료와 리셉터 용액의 혼합용액에 대해 원심분리를 실시하여, 리셉터와 결합된 특정 미생물은 고체상으로 분리되고, 미반응 리셉터는 액상에 포함되어 분리되는 방법을 이용하거나, 전기적 인력을 이용하여 미반응 리셉터를 분리하는 방법 또는 미소유체 분리기술을 이용하여 미반응 리셉터를 분리하는 방법을 이용할 수 있다. Separating unreacted receptors from a mixture of a liquid sample and a receptor solution in which the binding reaction between the receptor and the specific microorganism is completed; By carrying out, the specific microorganism bound to the receptor is separated in the solid phase, and the unreacted receptor is separated in the liquid phase, or the unreacted receptor is separated using electrical attraction or the microfluidic separation technique is used. Thus, a method for isolating unreacted receptors can be used.

상기 리셉터가 결합된 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계;는, 리셉터와 결합된 특정 미생물만이 존재하는 시료와 담체용액과 혼합하여 시료담체화용액을 제조하는 과정과, 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 다공성 담체를 제조하며, 다공성 담체에 리셉터와 결합된 특정 미생물이 고정화되는 과정을 포함하여 구성된다. The step of immobilizing the specific microorganism bound to the receptor on a porous carrier; is a process of preparing a sample carrier solution by mixing a sample containing only the specific microorganism bound to the receptor with a carrier solution, and gelling the sample carrier solution. It is configured to include a process of preparing a porous carrier by titrating the solution, and immobilizing a specific microorganism bound to the receptor on the porous carrier.

다공성 담체에 고정된 특정 미생물에 결합되어 있는 리셉터를 검출하여 특정 미생물의 존재를 확인하는 단계;를 더 포함할 수 있다. A step of confirming the existence of a specific microorganism by detecting a receptor bound to a specific microorganism immobilized on a porous carrier; may further include.

상기 리셉터에 검출 가능한 표지가 구비되며, 상기 검출 가능한 표지는 형광물질, 방사성 동위원소, 전기화학적 표지 중 어느 하나이다. The receptor is provided with a detectable label, and the detectable label is any one of a fluorescent material, a radioactive isotope, and an electrochemical label.

상기 담체용액은 온도변화 또는 이온교환에 의해 하이드로젤 형태의 다공성 담체로 변환된다. 또한, 상기 담체용액은 아가로스, 한천, 알지네이트 중 어느 하나와 용매가 혼합된 것을 이용할 수 있다. 이와 함께, 담체용액의 용질 농도 조절을 통해 다공성 담체의 기공크기를 제어할 수 있다. The carrier solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel by temperature change or ion exchange. In addition, as the carrier solution, a mixture of any one of agarose, agar, and alginate and a solvent may be used. In addition, the pore size of the porous carrier can be controlled by adjusting the solute concentration of the carrier solution.

상기 리셉터는 특정 미생물에 결합되는 앱타머 또는 항체이다. The receptor is an aptamer or antibody that binds to a specific microorganism.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 바이오 에어로졸 검출장치는 대기 중의 바이오 에어로졸을 액상시료 형태로 포집하는 바이오 에어로졸 포집장치; 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 담체용액이 혼합된 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 다공성 담체를 제조하는 다공성 담체 제조장치; 다공성 담체와 리셉터 용액을 혼합하여 다공성 담체에 고정화되어 있는 특정 미생물에 리셉터가 결합되는 것을 유도하는 리셉터 반응장치; 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출, 분리하는 미반응 리셉터 분리장치; 및 리셉터의 특정 부위에 구비된 검출 가능한 표지를 검출하여 다공성 담체 내에 특정 미생물이 존재함을 확인하는 검출장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. A bio-aerosol detection device according to the present invention for achieving the above object includes a bio-aerosol collecting device for collecting bio-aerosol in the air in the form of a liquid sample; A porous carrier manufacturing device for preparing a porous carrier by titrating a sample carrier solution in which a liquid sample containing bio-aerosol and a carrier solution are mixed with a gelation solution; a receptor reaction device inducing binding of a receptor to a specific microorganism immobilized on the porous carrier by mixing the porous carrier and the receptor solution; an unreacted receptor separator for discharging and separating unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier; and a detection device for detecting a detectable label provided at a specific site of the receptor and confirming that a specific microorganism is present in the porous carrier.

또한, 본 발명에 따른 바이오 에어로졸 검출장치는 대기 중의 바이오 에어로졸을 액상시료 형태로 포집하는 바이오 에어로졸 포집장치; 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 리셉터 용액을 혼합하여 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물과 리셉터의 결합 반응을 유도하는 리셉터 반응장치; 리셉터 용액과 반응한 액상시료와, 담체용액이 혼합된 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 다공성 담체를 제조하는 다공성 담체 제조장치; 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출, 분리하는 미반응 리셉터 분리장치; 및 리셉터의 특정 부위에 구비된 검출 가능한 표지를 검출하여 다공성 담체 내에 특정 미생물이 존재함을 확인하는 검출장치;를 포함하여 이루어지는 것을 다른 특징으로 한다. In addition, the bio-aerosol detection device according to the present invention includes a bio-aerosol collecting device for collecting bio-aerosol in the air in the form of a liquid sample; a receptor reactor for inducing a binding reaction between a specific microorganism and a receptor contained in the bio-aerosol by mixing a liquid sample containing the bio-aerosol and a receptor solution; A porous carrier manufacturing device for preparing a porous carrier by titrating a liquid sample reacted with a receptor solution and a sample carrier solution in which a carrier solution is mixed with a gelation solution; an unreacted receptor separator for discharging and separating unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier; and a detection device for detecting a detectable label provided at a specific site of the receptor and confirming that a specific microorganism is present in the porous carrier.

이와 함께, 본 발명에 따른 바이오 에어로졸 검출장치는 대기 중의 바이오 에어로졸을 액상시료 형태로 포집하는 바이오 에어로졸 포집장치; 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 리셉터 용액을 혼합하여 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물과 리셉터의 결합 반응을 유도하는 리셉터 반응장치; 상기 리셉터 반응장치로부터 리셉터 용액과 반응한 액상시료를 공급받아, 해당 액상시료로부터 리셉터와 결합된 특정 미생물과, 미반응 리셉터를 분리하는 미반응 리셉터 분리장치; 리셉터와 결합된 특정 미생물만이 존재하는 시료와, 담체용액이 혼합된 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 다공성 담체를 제조하는 다공성 담체 제조장치; 및 리셉터의 특정 부위에 구비된 검출 가능한 표지를 검출하여 다공성 담체 내에 특정 미생물이 존재함을 확인하는 검출장치;를 포함하여 이루어지는 것을 또 다른 특징으로 한다. In addition, the bio-aerosol detection device according to the present invention includes a bio-aerosol collecting device for collecting bio-aerosol in the air in the form of a liquid sample; a receptor reactor for inducing a binding reaction between a specific microorganism and a receptor contained in the bio-aerosol by mixing a liquid sample containing the bio-aerosol and a receptor solution; an unreacted receptor separator for receiving a liquid sample reacted with a receptor solution from the receptor reactor and separating specific microorganisms bound to the receptor and unreacted receptors from the liquid sample; A porous carrier manufacturing device for preparing a porous carrier by titrating a sample carrier solution in which only a specific microorganism bound to a receptor is present and a carrier solution is mixed with a gelation solution; and a detection device for detecting a detectable label provided at a specific site of the receptor and confirming that a specific microorganism is present in the porous carrier.

상기 미반응 리셉터 분리장치는, 리셉터와 특정 미생물의 결합 반응이 완료된 액상시료와 리셉터 용액의 혼합용액에 대해 원심분리를 실시하여, 리셉터와 결합된 특정 미생물은 고체상으로 분리되고, 미반응 리셉터는 액상에 포함되어 분리되는 방법을 이용하거나, 전기적 인력을 이용하여 미반응 리셉터를 분리하는 방법 또는 미소유체 분리기술을 이용하여 미반응 리셉터를 분리하는 방법을 이용할 수 있다. The unreacted receptor separation device performs centrifugation on a mixed solution of a receptor solution and a liquid sample in which the binding reaction between the receptor and the specific microorganism is completed, so that the specific microorganism bound to the receptor is separated into a solid phase and the unreacted receptor is separated into a liquid phase. A method of separating unreacted receptors using a method of being included in and separating, a method of separating unreacted receptors using electrical attraction, or a method of separating unreacted receptors using microfluidic separation technology may be used.

본 발명에 따른 바이오 에어로졸 검출장치 및 검출방법은 다음과 같은 효과가 있다. The bio-aerosol detection device and method according to the present invention have the following effects.

바이오 에어로졸을 하이드로젤 형태의 다공성 담체에 고정시켜 바이오 에어로졸 내의 특정 미생물 존재 유무를 검출하는 방식임에 따라, 검출시간을 획기적으로 줄일 수 있음과 함께 검출 신뢰성을 확보할 수 있다. As the bio-aerosol is immobilized on a porous carrier in the form of a hydrogel to detect the presence or absence of specific microorganisms in the bio-aerosol, the detection time can be drastically reduced and detection reliability can be secured.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법을 설명하기 위한 모식도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법을 설명하기 위한 모식도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법을 설명하기 위한 순서도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법을 설명하기 위한 모식도.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출장치의 구성도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출장치의 구성도.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출장치의 구성도.
도 10은 실험예 1에 의해 제작된 대장균이 고정화된 다공성 담체의 사진.
도 11은 실험예 2에 따른 분리된 상층액의 형광강도를 측정한 결과.
도 12는 실험예 3에 따라 전기영동법에 의해 분리된 미반응 리셉터에 대한 자외선 조사 사진.
도 13은 실험예 3에 따라 전기영동법에 의해 분리된 미반응 리셉터에 대한 형광현미경 사진.
도 14는 실험예 5에 따른 특정 미생물에 결합된 리셉터에 대한 공초점 주사현미경 사진. 1 is a flowchart for explaining a bio-aerosol detection method according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram for explaining a bio-aerosol detection method according to a first embodiment of the present invention.
3 is a flow chart illustrating a bio-aerosol detection method according to a second embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram for explaining a bio-aerosol detection method according to a second embodiment of the present invention.
5 is a flow chart illustrating a bio-aerosol detection method according to a third embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram for explaining a bio-aerosol detection method according to a third embodiment of the present invention.
7 is a block diagram of a bio-aerosol detection device according to a first embodiment of the present invention.
8 is a block diagram of a bio-aerosol detection device according to a second embodiment of the present invention.
9 is a block diagram of a bio-aerosol detection device according to a third embodiment of the present invention.
10 is a photograph of a porous carrier immobilized with E. coli prepared in Experimental Example 1;
Figure 11 is a result of measuring the fluorescence intensity of the separated supernatant according to Experimental Example 2.
12 is an ultraviolet irradiation photograph of unreacted receptors separated by electrophoresis according to Experimental Example 3;
13 is a fluorescence micrograph of unreacted receptors separated by electrophoresis according to Experimental Example 3;
14 is a confocal scanning micrograph of a receptor bound to a specific microorganism according to Experimental Example 5;

본 발명은 바이오 에어로졸에 대한 신규의 분석 방법을 제시한다. The present invention presents a novel analysis method for bio-aerosols.

바이오 에어로졸에 특정 미생물이 포함되어 있는지 여부에 대해, 바이오 에어로졸을 다공성 담체에 고정화시키고, 특정 미생물과 결합되는 특성을 갖는 리셉터(receptor)가 바이오 에어로졸의 특정 미생물과 결합되도록 유도하고, 특정 미생물에 결합된 리셉터의 표지(예를 들어, 형광물질)를 인식함으로써 바이오 에어로졸에 특정 미생물이 포함되어 있는 여부를 파악할 수 있는 기술을 제시한다. Regarding whether or not a specific microorganism is included in the bio-aerosol, the bio-aerosol is immobilized on a porous carrier, a receptor having a property of binding to the specific microorganism is induced to bind to the specific microorganism in the bio-aerosol, and binding to the specific microorganism By recognizing the labeled receptor (e.g., fluorescent material), a technique capable of determining whether a specific microorganism is contained in a bio-aerosol is presented.

바이오 에어로졸을 다공성 담체에 고정시키는 것을 기반으로 하여, 리셉터와의 반응, 미반응 리셉터의 제거 등 제반 과정이 진행되는 방식임에 따라, 검출과정을 간략화할 수 있으며, 검출의 신뢰도를 확보할 수 있다. Based on immobilizing the bio-aerosol on a porous carrier, the detection process can be simplified and the reliability of detection can be secured as the overall process, such as reaction with receptors and removal of unreacted receptors, proceeds. .

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출장치 및 검출방법을 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법에 대해 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a bio-aerosol detection device and detection method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a bio-aerosol detection method according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 대기 중의 바이오 에어로졸을 액상시료 형태로 포집한다(S101). 액상시료 형태로 바이오 에어로졸을 포집하는 방법은 공지의 기술을 이용할 수 있다. 예를 들어, 바이오샘플러 등을 이용하여 바이오 에어로졸이 분산된 대기를 흡입함과 함께 용매와 혼합함으로써 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료를 준비할 수 있다. According to the bio-aerosol detection method according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, bio-aerosol in the air is collected in the form of a liquid sample (S101). A known technique may be used to collect the bio-aerosol in the form of a liquid sample. For example, a liquid sample containing bio-aerosol can be prepared by inhaling air in which bio-aerosol is dispersed and mixing with a solvent using a bio-sampler or the like.

바이오 에어로졸이 포함된 액상시료가 준비된 상태에서, 바이오 에어로졸을 다공성 담체에 고정화시키는 과정을 진행한다(S102). In the state in which the liquid sample containing the bio-aerosol is prepared, a process of immobilizing the bio-aerosol on the porous carrier is performed (S102).

구체적으로, 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 담체용액을 혼합한다. 상기 담체용액은 온도변화 또는 이온교환에 의해 하이드로젤(hydrogel) 형태의 다공성 담체로 변환되는 것으로서, 일 실시예로 아가로스(Agarose), 한천(Agar), 알지네이트(alginate) 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 아가로스, 한천, 알지네이트 중 어느 하나와 용매를 혼합하여 담체용액을 제조할 수 있으며, 용질의 농도를 조절함으로써 다공성 담체의 기공크기를 제어할 수 있다. 담체용액의 용질 농도가 높으면 다공성 담체의 기공크기가 상대적으로 작아지며, 용질 농도가 낮으면 기공크기가 상대적으로 커진다. 다공성 담체의 기공크기를 제어하는 이유는, 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 용이하게 배출시킴과 함께 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물을 다공성 담체에 안정적으로 고정시키기 위함이다. Specifically, the liquid sample containing the bio-aerosol and the carrier solution are mixed. The carrier solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel by temperature change or ion exchange, and in one embodiment, agarose, agar, alginate, etc. may be used. It is not limited to this. For example, a carrier solution may be prepared by mixing any one of agarose, agar, and alginate with a solvent, and the pore size of the porous carrier may be controlled by adjusting the solute concentration. When the solute concentration of the carrier solution is high, the pore size of the porous carrier becomes relatively small, and when the solute concentration is low, the pore size becomes relatively large. The reason for controlling the pore size of the porous carrier is to easily discharge unreacted receptors from the porous carrier and stably fix specific microorganisms included in the bio-aerosol to the porous carrier.

이어, 액상시료와 담체용액이 혼합된 용액(이하, '시료담체화용액'이라 함)을 젤화용액에 적정(滴定)한다. 젤화용액에 적정된 시료담체화용액은 온도차이 또는 이온교환에 의해 하이드로젤 형태의 다공성 담체로 변환된다. 아가로스 또는 한천 등을 이용하는 경우에는 시료담체화용액과 젤화용액의 온도차이에 의해 시료담체화용액이 하이드로젤 형태의 다공성 담체로 변환되며, 알지네이트 등을 이용하는 경우에는 알지네이트용액과 젤화용액 사이의 이온교환에 의해 알지네이트용액이 하이드로젤로 변환된다. 여기서, 알지네이트 이용시 젤화용액에는 칼슘이온(Ca2+)이 포함된다. Subsequently, the solution in which the liquid sample and the carrier solution are mixed (hereinafter, referred to as 'sample carrier solution') is titrated with the gelation solution. The sample carrier solution titrated in the gelation solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel by a temperature difference or ion exchange. In the case of using agarose or agar, the sample carrier solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel due to the temperature difference between the sample carrier solution and the gelation solution, and in the case of using alginate, etc., ions between the alginate solution and the gelation solution The exchange converts the alginate solution into a hydrogel. Here, calcium ions (Ca 2+ ) are included in the gelation solution when using alginate.

바이오 에어로졸이 포함된 액상시료를 담체용액과 혼합하고, 이를 젤화용액에 적정함으로써 하이드로젤 형태의 다공성 담체가 제조되며, 상기 다공성 담체에는 바이오 에어로졸이 고정된 상태를 이룬다. 예를 들어, 바이오 에어로졸에 박테리아 등의 특정 미생물이 존재하는 경우, 해당 특정 미생물은 다공성 담체 내에 고정화된다. A liquid sample containing bio-aerosol is mixed with a carrier solution and titrated with a gelation solution to prepare a porous carrier in the form of a hydrogel, and the bio-aerosol is fixed on the porous carrier. For example, when specific microorganisms such as bacteria are present in the bio-aerosol, the specific microorganisms are immobilized in the porous carrier.

다공성 담체에 바이오 에어로졸이 고정된 상태에서, 다공성 담체에 고정된 특정 미생물과 리셉터의 결합 반응을 유도한다(S103). In a state where the bio-aerosol is immobilized on the porous carrier, a binding reaction between the specific microorganism immobilized on the porous carrier and the receptor is induced (S103).

구체적으로, 리셉터가 분산되어 있는 리셉터 용액에 바이오 에어로졸이 고정된 다공성 담체를 혼합한다. 상기 리셉터(receptor)는 특정 단백질, 미생물, 세포, 중금속이온, 유기화학물질에 선택적으로 결합되는 물질로서, 앱타머, 항체 등을 의미할 수 있다. 앱타머(aptamer)는 ssDNA(single stranded DNA) 또는 ssRNA(single stranded RNA)이다. Specifically, a porous carrier immobilized with bio-aerosol is mixed with a receptor solution in which receptors are dispersed. The receptor (receptor) is a material that selectively binds to specific proteins, microorganisms, cells, heavy metal ions, organic chemicals, and may mean aptamers, antibodies, and the like. An aptamer is ssDNA (single stranded DNA) or ssRNA (single stranded RNA).

또한, 리셉터의 특정 부위에는 검출 가능한 표지가 구비된다. 검출 가능한 표지는 당업계에 알려진 검출방법에 의해 검출될 수 있는 것으로서, 형광물질과 같은 광학적표지, 방사성 동위원소, 전기화학적 표지 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 형광물질은 플로레세인(fluorescein), 6-FAM, 로다민, 텍사스 레드(Texas Red), 테트라메틸로다민, 카르복시로다민, 카르복시로타민6G, 카르복시로돌, 카르복시로다민110, 캐스케이드 블루(Cascade Blue), 캐스케이트 옐로우(Cascade Yellow), 코마린, Cy2(cyanine 2), Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy-크롬, 피코에리트린, PerCP(페리디닌 클로로필-a 단백질), PerCP-Cy5.5, JOE(6-카르복시-4',5'-디클로로-2',7'-디메톡시플루오레신), NED, ROX(5-(및-6)-카르복시-X-로다민), HEX, 루시퍼 옐로우(Lucifer Yellow), 마리나 블루(Marina Blue), 오레곤 그린(Oregon Green) 488, 오레곤 그린 500, 오레곤 그린 514, 알렉사 플로어, 7-아미노-4-메틸코마린-3-아세트산, 보디피(BODIPY) FL, 보디피 FL-Br 2, 보디피530/550, 이의 콘쥬게이트화물 및 이들의 배합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 형광물질은 플로레세인, Cy3 또는 Cy5일 수 있다.In addition, a detectable label is provided at a specific site of the receptor. The detectable label can be detected by a detection method known in the art, and may be any one or a combination of an optical label such as a fluorescent material, a radioactive isotope, and an electrochemical label. The fluorescent substance is fluorescein, 6-FAM, rhodamine, Texas Red, tetramethylrhodamine, carboxyrhodamine, carboxyrotamine 6G, carboxyrodol, carboxyrhodamine 110, cascade blue ( Cascade Blue), Cascade Yellow, Comarin, Cy2 (cyanine 2), Cy3, Cy3.5, Cy5, Cy5.5, Cy-chrome, phycoerythrin, PerCP (peridinine chlorophyll-a protein) , PerCP-Cy5.5, JOE (6-carboxy-4', 5'-dichloro-2', 7'-dimethoxyfluorescein), NED, ROX (5-(and-6)-carboxy-X- Rhodamine), HEX, Lucifer Yellow, Marina Blue, Oregon Green 488, Oregon Green 500, Oregon Green 514, Alexa Flor, 7-Amino-4-Methylcomarin-3 - It may be selected from the group consisting of acetic acid, BODIPY FL, BODIPY FL-Br 2, BODIPY 530/550, conjugates thereof, and combinations thereof. For example, the fluorescent material may be florescein, Cy3 or Cy5.

이와 같이, 리셉터에 검출 가능한 표지가 구비됨에 따라, 검출장비를 통해 검출 가능한 표지를 검출함으로써 리셉터의 존재 유무를 파악할 수 있다. In this way, as the receptor is equipped with a detectable label, the presence or absence of the receptor can be determined by detecting the detectable label through the detection equipment.

리셉터가 분산된 리셉터 용액에 다공성 담체를 혼합하면, 리셉터가 다공성 담체의 기공을 통해 확산되어 다공성 담체에 고정된 특정 미생물 예를 들어, 박테리아와 결합된다. 이 때, 다공성 담체의 기공을 통해 확산된 리셉터 중 일부 리셉터만이 특정 미생물과 결합하고 나머지 리셉터는 미반응 상태로 다공성 담체의 기공에 존재할 수 있다. When the porous carrier is mixed with the receptor solution in which the receptor is dispersed, the receptor diffuses through the pores of the porous carrier and binds to specific microorganisms, such as bacteria, fixed on the porous carrier. At this time, only some of the receptors diffused through the pores of the porous carrier bind to specific microorganisms, and the remaining receptors may exist in the pores of the porous carrier in an unreacted state.

리셉터와 특정 미생물 간의 결합 반응이 완료된 상태에서, 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 분리하는 과정을 진행한다(S104). In a state in which the binding reaction between the receptor and the specific microorganism is completed, a process of separating unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier is performed (S104).

다공성 담체에 존재하는 미반응 리셉터는 농도구배에 의한 확산 또는 전기적 인력을 이용하여 분리할 수 있다. 농도구배에 의한 확산방법을 이용하는 경우, 리셉터와 특정 미생물 간의 결합 반응이 완료된 다공성 담체를 버퍼용액에 담그면 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터가 농도구배에 의해 버퍼용액쪽으로 확산되어 배출된다. 버퍼용액의 종류는 한정되지 않으나 일 실시예로 PBS(phosphate buffered saline)를 이용할 수 있다. 전기적 인력을 이용하는 방법은 리셉터가 전기적 극성을 갖는 점을 이용하는 것이다. 앱타머의 경우 (-) 극성을 갖고 있어 전기영동법을 이용하여 앱타머를 (+)극쪽으로의 이동을 유도하면 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 손쉽게 배출시킬 수 있다. 이 때, 리셉터의 크기는 다공성 담체의 기공보다 작은 반면 미생물 예를 들어, 박테리아는 다공성 담체의 기공보다 훨씬 크기 때문에 상술한 미반응 리셉터의 분리 과정에서 다공성 담체에 고정된 특정 미생물은 다공성 담체로부터 배출되지 않는다. Unreacted receptors present in the porous carrier can be separated by diffusion through a concentration gradient or by using electrical attraction. In the case of using the diffusion method by concentration gradient, when a porous carrier in which the binding reaction between a receptor and a specific microorganism is completed is immersed in a buffer solution, unreacted receptors present in the pores of the porous carrier are diffused toward the buffer solution and discharged by the concentration gradient. The type of buffer solution is not limited, but phosphate buffered saline (PBS) may be used as an example. A method of using electrical attraction is to use the fact that the receptor has electrical polarity. Since aptamers have (-) polarity, unreacted receptors present in the pores of the porous carrier can be easily discharged by inducing movement of the aptamers to the (+) pole using electrophoresis. At this time, the size of the receptor is smaller than the pores of the porous carrier, whereas microorganisms, for example, bacteria, are much larger than the pores of the porous carrier. Therefore, in the process of separating unreacted receptors, the specific microorganisms fixed on the porous carrier are discharged from the porous carrier. It doesn't work.

미반응 리셉터가 제거되면 다공성 담체에는 리셉터와 결합된 특정 미생물만이 존재하게 된다. 한편, 전술한 바에 있어서 리셉터에는 검출 가능한 표지가 리셉터의 특정 부위에 미리 구비됨을 언급한 바 있으며, 해당 검출 가능한 표지를 검출방법을 통해 검출하면 해당 리셉터가 결합된 특정 미생물의 무엇인지 알 수 있게 된다. 리셉터는 특정 미생물에만 결합되는 특성을 갖고 있음에 따라, 리셉터의 검출 가능한 표지에 대한 검출이 발생되면 특성 미생물의 존재를 확인할 수 있다. When unreacted receptors are removed, only specific microorganisms associated with the receptors exist in the porous carrier. On the other hand, in the foregoing, it has been mentioned that the receptor has a detectable label in advance at a specific site of the receptor, and when the detectable label is detected through a detection method, it is possible to know which specific microorganism the receptor is bound to. . Since the receptor has a characteristic of binding only to a specific microorganism, the presence of the specific microorganism can be confirmed when detection of a detectable label of the receptor occurs.

리셉터의 특정 부위에 구비되는 검출 가능한 표지는 상술한 바와 같이 형광분자, 형광물질과 같은 광학적표지, 방사성 동위원소, 전기화학적 표지 중 어느 하나 또는 이들의 조합이며, 일 실시예로 형광물질인 경우 리셉터의 형광물질을 검출장비를 통해 검출함으로써 리셉터의 존재를 확인할 수 있고, 리셉터는 다공성 담체에 고정된 특정 미생물과 결합된 상태임에 따라, 리셉터의 존재를 통해 바이오 에어로졸에 특정 미생물이 존재함을 확인할 수 있다(S105). As described above, the detectable label provided at a specific site of the receptor is any one or a combination of fluorescent molecules, optical labels such as fluorescent substances, radioactive isotopes, and electrochemical labels, and in one embodiment, in the case of fluorescent substances, the receptor The presence of the receptor can be confirmed by detecting the fluorescent substance of the bio-aerosol by detecting the presence of the receptor, and as the receptor is bound to a specific microorganism immobilized on a porous carrier, the existence of the receptor can confirm the presence of a specific microorganism in the bio-aerosol. It can (S105).

이상, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법에 대해 설명하였다. 제 1 실시예는, 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 담체용액을 혼합하여 다공성 담체를 만들고, 특정 미생물과 리셉터 간의 결합 반응을 유도하고, 미반응 리셉터를 제거한 후 특정 미생물과 결합된 리셉터에 대해 검출과정을 진행하는 방식이다. 이하 설명하는 제 2 실시예 및 제 3 실시예는, 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료에 리셉터 용액을 투입하여 특정 미생물과 리셉터 간의 결합 반응을 유도하는 방식이다. In the above, the bio-aerosol detection method according to the first embodiment of the present invention has been described. In the first embodiment, a porous carrier is made by mixing a liquid sample containing bio-aerosol and a carrier solution, a binding reaction between a specific microorganism and a receptor is induced, unreacted receptors are removed, and then receptors bound to a specific microorganism are detected. way to proceed with the process. The second and third embodiments to be described below are methods of inducing a binding reaction between a specific microorganism and a receptor by injecting a receptor solution into a liquid sample containing a bio-aerosol.

제 2 실시예를 설명하면 다음과 같다. The second embodiment is described as follows.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법에 따르면, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 먼저 대기 중의 바이오 에어로졸을 액상시료 형태로 포집한다(S201). 액상시료 형태로 바이오 에어로졸을 포집하는 방법은 공지의 기술을 이용할 수 있다. 예를 들어, 바이오샘플러 등을 이용하여 바이오 에어로졸이 분산된 대기를 흡입함과 함께 용매와 혼합함으로써 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료를 준비할 수 있다. According to the bio-aerosol detection method according to the second embodiment of the present invention, bio-aerosol in the air is first collected in the form of a liquid sample as shown in FIGS. 3 and 4 (S201). A known technique may be used to collect the bio-aerosol in the form of a liquid sample. For example, a liquid sample containing bio-aerosol can be prepared by inhaling air in which bio-aerosol is dispersed and mixing with a solvent using a bio-sampler or the like.

이어, 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료에 리셉터 용액을 투입한다. Subsequently, the receptor solution is injected into the liquid sample containing the bio-aerosol.

액상시료에 투입되는 리셉터는 특정 미생물에만 결합되는 특성을 갖고 있으며, 해당 리셉터의 특정 부위에는 검출 가능한 표지가 구비된다. 따라서, 후속의 검출과정에서 검출 가능한 표지를 인식함으로써 리셉터 및 특정 미생물의 존재를 확인할 수 있다. The receptor introduced into the liquid sample has a characteristic of binding only to a specific microorganism, and a detectable label is provided at a specific site of the receptor. Therefore, the existence of the receptor and the specific microorganism can be confirmed by recognizing the detectable label in the subsequent detection process.

바이오 에어로졸이 포함된 액상시료에 리셉터 용액이 투입됨에 따라, 바이오 에어로졸에 존재하는 특정 미생물은 리셉터와 결합된다(S202). 이 때, 특정 미생물과 결합되지 않은 미반응 리셉터 또한 존재한다. As the receptor solution is introduced into the liquid sample containing the bio-aerosol, specific microorganisms present in the bio-aerosol bind to the receptor (S202). At this time, unreacted receptors not bound to specific microorganisms also exist.

이와 같은 상태에서, 리셉터 용액과 반응한 액상시료를 담체용액과 혼합한다. 상기 담체용액과 제 1 실시예의 담체용액과 동일하며, 온도변화 또는 이온교환에 의해 하이드로젤 형태의 다공성 담체로 변환된다. In this state, the liquid sample reacted with the receptor solution is mixed with the carrier solution. The above carrier solution is the same as the carrier solution of the first embodiment, and is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel by temperature change or ion exchange.

리셉터 용액과 반응한 액상시료와 담체용액이 혼합된 용액 즉, 시료담체화용액은 젤화용액에 적정한다. 젤화용액에 적정된 시료담체화용액은 온도차이 또는 이온교환에 의해 하이드로젤 형태의 다공성 담체로 변환된다. 아가로스 또는 한천 등을 이용하는 경우에는 시료담체화용액과 젤화용액의 온도차이에 의해 시료담체화용액이 하이드로젤 형태의 다공성 담체로 변환되며, 알지네이트 등을 이용하는 경우에는 알지네이트용액과 젤화용액 사이의 이온교환에 의해 알지네이트용액이 하이드로젤로 변환된다.A mixture of the liquid sample reacted with the receptor solution and the carrier solution, that is, the sample carrier solution is titrated to the gelation solution. The sample carrier solution titrated in the gelation solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel by a temperature difference or ion exchange. In the case of using agarose or agar, the sample carrier solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel due to the temperature difference between the sample carrier solution and the gelation solution, and in the case of using alginate, etc., ions between the alginate solution and the gelation solution The exchange converts the alginate solution into a hydrogel.

리셉터 용액과 바이오 에어로졸의 반응에 의해 바이오 에어로졸의 특정 미생물에 리셉터가 결합된 상태에서 다공성 담체가 형성됨에 따라, 다공성 담체 내에는 리셉터와 결합된 특정 미생물이 고정된 상태를 이루게 된다(S203). 또한, 다공성 담체의 기공에는 미반응 리셉터가 존재한다. As a porous carrier is formed in a state in which the receptor is bound to a specific microorganism in the bio-aerosol by the reaction between the receptor solution and the bio-aerosol, the specific microorganism bound to the receptor is fixed in the porous carrier (S203). In addition, unreacted receptors exist in the pores of the porous carrier.

하이드로젤 형태의 다공성 담체에 특정 미생물이 고정화되어 있는 상태에서, 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 분리하는 과정을 진행한다(S204). In a state in which specific microorganisms are immobilized on the porous carrier in the form of a hydrogel, a process of separating unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier is performed (S204).

다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 분리하는 과정은 상술한 제 1 실시예와 동일하게 적용된다. 즉, 다공성 담체에 존재하는 미반응 리셉터는 농도구배에 의한 확산 또는 전기적 인력을 이용하여 분리할 수 있다. The process of separating unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier is applied in the same manner as in the first embodiment described above. That is, unreacted receptors present in the porous carrier can be separated by diffusion through a concentration gradient or by using electrical attraction.

미반응 리셉터가 제거되면 다공성 담체에는 리셉터와 결합된 특정 미생물만이 존재하게 된다. 리셉터에는 검출 가능한 표지가 리셉터의 특정 부위에 미리 구비되며, 해당 검출 가능한 표지를 검출방법을 통해 검출하면 해당 리셉터가 결합된 특정 미생물의 무엇인지 알 수 있게 된다. 리셉터는 특정 미생물에만 결합되는 특성을 갖고 있음에 따라, 리셉터의 검출 가능한 표지에 대한 검출이 발생되면 특성 미생물의 존재를 확인할 수 있다. When unreacted receptors are removed, only specific microorganisms associated with the receptors exist in the porous carrier. The receptor is pre-prepared with a detectable label at a specific site of the receptor, and when the detectable label is detected through a detection method, it is possible to know which specific microorganism the receptor is bound to. Since the receptor has a characteristic of binding only to a specific microorganism, the presence of the specific microorganism can be confirmed when detection of a detectable label of the receptor occurs.

리셉터의 특정 부위에 구비되는 검출 가능한 표지는 상술한 바와 같이 형광분자, 형광물질과 같은 광학적표지, 방사성 동위원소, 전기화학적 표지 중 어느 하나 또는 이들의 조합이며, 일 실시예로 형광물질인 경우 리셉터의 형광물질을 검출장비를 통해 검출함으로써 리셉터의 존재를 확인할 수 있고, 리셉터는 다공성 담체에 고정된 특정 미생물과 결합된 상태임에 따라, 리셉터의 존재를 통해 바이오 에어로졸에 특정 미생물이 존재함을 확인할 수 있다(S205). As described above, the detectable label provided at a specific site of the receptor is any one or a combination of fluorescent molecules, optical labels such as fluorescent substances, radioactive isotopes, and electrochemical labels, and in one embodiment, in the case of fluorescent substances, the receptor The presence of the receptor can be confirmed by detecting the fluorescent substance of the bio-aerosol by detecting the presence of the receptor, and as the receptor is bound to a specific microorganism immobilized on a porous carrier, the existence of the receptor can confirm the presence of a specific microorganism in the bio-aerosol. It can (S205).

다음으로, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법에 대해 설명하기로 한다. Next, a bio-aerosol detection method according to a third embodiment of the present invention will be described.

제 3 실시예는 제 2 실시예와 마찬가지로, 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료에 리셉터 용액을 투입하여 특정 미생물과 리셉터 간의 결합 반응을 유도하는 방식이다. The third embodiment, like the second embodiment, is a method of inducing a binding reaction between a specific microorganism and a receptor by injecting a receptor solution into a liquid sample containing bio-aerosol.

먼저, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 대기 중의 바이오 에어로졸을 액상시료 형태로 포집한다(S301). 액상시료 형태로 바이오 에어로졸을 포집하는 방법은 공지의 기술을 이용할 수 있다. 예를 들어, 바이오샘플러 등을 이용하여 바이오 에어로졸이 분산된 대기를 흡입함과 함께 용매와 혼합함으로써 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료를 준비할 수 있다. First, as shown in FIGS. 5 and 6, bio-aerosol in the air is collected in the form of a liquid sample (S301). A known technique may be used to collect the bio-aerosol in the form of a liquid sample. For example, a liquid sample containing bio-aerosol can be prepared by inhaling air in which bio-aerosol is dispersed and mixing with a solvent using a bio-sampler or the like.

이어, 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료에 리셉터 용액을 투입한다. Subsequently, the receptor solution is injected into the liquid sample containing the bio-aerosol.

액상시료에 투입되는 리셉터는 특정 미생물에만 결합되는 특성을 갖고 있으며, 해당 리셉터의 특정 부위에는 검출 가능한 표지가 구비된다. 따라서, 후속의 검출과정에서 검출 가능한 표지를 인식함으로써 리셉터 및 특정 미생물의 존재를 확인할 수 있다. The receptor introduced into the liquid sample has a characteristic of binding only to a specific microorganism, and a detectable label is provided at a specific site of the receptor. Therefore, the existence of the receptor and the specific microorganism can be confirmed by recognizing the detectable label in the subsequent detection process.

바이오 에어로졸이 포함된 액상시료에 리셉터 용액이 투입됨에 따라, 바이오 에어로졸에 존재하는 특정 미생물은 리셉터와 결합된다(S302). 이 때, 특정 미생물과 결합되지 않은 미반응 리셉터 또한 존재한다. As the receptor solution is introduced into the liquid sample containing the bio-aerosol, specific microorganisms present in the bio-aerosol bind to the receptor (S302). At this time, unreacted receptors not bound to specific microorganisms also exist.

이와 같은 상태에서, 미반응 리셉터를 분리하는 과정을 진행한다(S303). 구체적으로, 리셉터와 특정 미생물의 결합 반응이 완료된 액상시료와 리셉터 용액의 혼합용액에 대해 원심분리를 실시한다. 원심분리에 의해 고액분리가 이루어지는데, 리셉터와 결합된 특정 미생물은 고체상으로 분리되고, 미반응 리셉터는 액상에 포함되어 분리된다. 즉, 상대적으로 중량이 무거운 리셉터와 결합된 특정 미생물은 원심분리에 의해 원심분리기 하단에 위치하게 되고, 미반응 리셉터는 그 무게가 미미함에 따라 액상에 포함된 채로 원심분리기의 상단에 위치하게 된다. In this state, the process of separating unreacted receptors proceeds (S303). Specifically, centrifugation is performed on a mixed solution of a liquid sample and a receptor solution in which the binding reaction between the receptor and the specific microorganism has been completed. Solid-liquid separation is performed by centrifugation. Specific microorganisms bound to receptors are separated into a solid phase, and unreacted receptors are contained in a liquid phase and separated. That is, specific microorganisms bound to relatively heavy receptors are located at the bottom of the centrifuge by centrifugation, and unreacted receptors are located at the top of the centrifuge while being contained in the liquid phase due to their insignificant weight.

또한, 미반응 리셉터를 분리하는 방법으로 상술한 원심분리 이외에 공지의 전기영동법과 같은 전기적 인력을 이용하여 리셉터를 분리하는 기술 또는 공지의 미소유체 분리기술을 이용하여 리셉터를 분리하는 기술을 적용할 수도 있다. In addition, as a method for separating unreacted receptors, in addition to the centrifugation described above, a technique for separating receptors using electrical attraction such as a known electrophoresis method or a technique for separating receptors using a known microfluidic separation technique may be applied. there is.

상술한 미반응 리셉터를 분리하는 과정을 통해, 리셉터와 결합된 특정 미생물만이 존재하는 시료를 얻을 수 있으며, 이 시료를 담체용액과 혼합한다. 그런 다음, 리셉터와 결합된 특정 미생물만이 존재하는 시료를 담체용액과 혼합하여 시료담체화용액을 제조한다. Through the process of separating the unreacted receptor described above, a sample in which only specific microorganisms bound to the receptor exist can be obtained, and this sample is mixed with a carrier solution. Then, a sample carrier solution is prepared by mixing a sample containing only specific microorganisms bound to the receptor with a carrier solution.

이와 같은 상태에서, 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 하이드로젤 형태의 다공성 담체를 제조한다(S304). 미반응 리셉터 없이 리셉터와 결합된 특정 미생물만이 시료담체화용액에 포함되어 있음에 따라, 다공성 담체 내에 리셉터와 결합된 특정 미생물이 고정화됨과 함께 다공성 담체의 기공에는 미반응 리셉터가 존재하지 않는다. In this state, the sample carrier solution is titrated with the gelation solution to prepare a porous carrier in the form of a hydrogel (S304). Since only the specific microorganism bound to the receptor is included in the sample carrier solution without the unreacted receptor, the specific microorganism bound to the receptor is immobilized in the porous carrier and the unreacted receptor does not exist in the pores of the porous carrier.

이어, 리셉터와 결합된 특정 미생물이 고정화된 다공성 담체에 대해 리셉터 검출과정을 진행하면, 특정 미생물의 존재를 확인할 수 있다(S305). 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 마찬가지로 리셉터의 특정 부위에 광학적표지, 방사성 동위원소, 전기화학적 표지 등과 같은 검출 가능한 표지가 미리 구비되며, 리셉터의 검출 가능한 표지를 검출장비를 통해 검출함으로써 리셉터의 존재를 확인할 수 있다. Subsequently, when a receptor detection process is performed on the porous carrier on which the specific microorganism bound to the receptor is immobilized, the existence of the specific microorganism can be confirmed (S305). As in the first and second embodiments, a detectable label such as an optical label, a radioactive isotope, an electrochemical label, etc. is previously provided at a specific region of the receptor, and the detectable label of the receptor is detected through a detection device, thereby detecting the receptor. existence can be confirmed.

이상, 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법에 대해 설명하였다. 이하에서는, 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출장치에 대해 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 바이오 에어로졸 검출장치는, 상술한 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법 각각에 대해 장치적으로 구성한 것이다. In the above, the bio-aerosol detection methods according to the first to third embodiments of the present invention have been described. Hereinafter, bio-aerosol detection devices according to the first to third embodiments of the present invention will be described. The bio-aerosol detection device according to the present invention is composed of devices for each of the bio-aerosol detection methods according to the first to third embodiments described above.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출장치는 도 7에 도시한 바와 같이, 바이오 에어로졸 포집장치(110), 다공성 담체 제조장치(130), 리셉터 반응장치(140), 미반응 리셉터 분리장치(150) 및 검출장치(160)를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 7, the bio-aerosol detection device according to the first embodiment of the present invention includes a bio-aerosol collecting device 110, a porous carrier manufacturing device 130, a receptor reaction device 140, and an unreacted receptor separating device. (150) and a detection device (160).

상기 바이오 에어로졸 포집장치(110)는 대기 중의 바이오 에어로졸을 액상시료 형태로 포집하는 장치이다. 구체적으로, 바이오 에어로졸이 분산된 대기를 흡입함과 함께 용매와 혼합함으로써 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료가 준비될 수 있다. The bio-aerosol collecting device 110 is a device that collects bio-aerosol in the air in the form of a liquid sample. Specifically, a liquid sample containing bio-aerosol can be prepared by inhaling air in which bio-aerosol is dispersed and mixing with a solvent.

상기 다공성 담체 제조장치(130)는 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 담체용액이 혼합된 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 하이드로젤 형태의 다공성 담체를 제조하는 장치이다. The porous carrier manufacturing device 130 is a device for preparing a porous carrier in the form of a hydrogel by titrating a sample carrier solution in which a liquid sample containing bio-aerosol and a carrier solution are mixed with a gelation solution.

담체용액은 온도변화 또는 이온교환에 의해 하이드로젤(hydrogel) 형태의 다공성 담체로 변환되는 것으로서, 일 실시예로 아가로스(Agarose), 한천(Agar), 알지네이트(alginate) 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 아가로스, 한천, 알지네이트 중 어느 하나와 용매를 혼합하여 담체용액을 제조할 수 있으며, 용질의 농도를 조절함으로써 다공성 담체의 기공크기를 제어할 수 있다. 담체용액의 용질 농도가 높으면 다공성 담체의 기공크기가 상대적으로 작아지며, 용질 농도가 낮으면 기공크기가 상대적으로 커진다. 다공성 담체의 기공크기를 제어하는 이유는, 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 용이하게 배출시킴과 함께 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물을 다공성 담체에 안정적으로 고정시키기 위함이다. The carrier solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel by temperature change or ion exchange. In one embodiment, agarose, agar, alginate, etc. may be used, but this Not limited. For example, a carrier solution may be prepared by mixing any one of agarose, agar, and alginate with a solvent, and the pore size of the porous carrier may be controlled by adjusting the solute concentration. When the solute concentration of the carrier solution is high, the pore size of the porous carrier becomes relatively small, and when the solute concentration is low, the pore size becomes relatively large. The reason for controlling the pore size of the porous carrier is to easily discharge unreacted receptors from the porous carrier and stably fix specific microorganisms included in the bio-aerosol to the porous carrier.

또한, 상기 다공성 담체 제조장치(130)의 일측에 담체용액을 공급하는 담체용액 공급장치(120)가 더 구비됨과 함께, 바이오 에어로졸 포집장치(110)로부터 공급되는 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 담체용액 공급장치(120)로부터 공급되는 담체용액을 혼합하는 혼합장치(도시하지 않음)가 더 구비되어, 혼합장치에 의해 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 담체용액이 혼합된 시료담체화용액이 다공성 담체 제조장치(130)에 공급될 수 있다. In addition, a carrier solution supply device 120 for supplying a carrier solution to one side of the porous carrier manufacturing device 130 is further provided, and a liquid sample containing bio aerosol supplied from the bio aerosol collecting device 110 and a carrier A mixing device (not shown) for mixing the carrier solution supplied from the solution supply device 120 is further provided, and the sample carrier solution in which the liquid sample containing the bio-aerosol and the carrier solution is mixed is formed on the porous carrier by the mixing device. It may be supplied to the manufacturing apparatus 130.

상기 다공성 담체 제조장치(130)에 의해 하이드로젤 형태의 다공성 담체가 제조되는데, 다공성 담체에는 바이오 에어로졸이 고정된 상태를 이룬다. 예를 들어, 바이오 에어로졸에 박테리아 등의 특정 미생물이 존재하는 경우, 해당 특정 미생물은 다공성 담체 내에 고정화된다. The porous carrier in the form of a hydrogel is manufactured by the porous carrier manufacturing apparatus 130, and the bio-aerosol is fixed on the porous carrier. For example, when specific microorganisms such as bacteria are present in the bio-aerosol, the specific microorganisms are immobilized in the porous carrier.

상기 리셉터 반응장치(140)는 다공성 담체와 리셉터 용액을 혼합하여 다공성 담체에 고정화되어 있는 특정 미생물에 리셉터가 결합되는 것을 유도한다. 다공성 담체는 상기 다공성 담체 제조장치(130)로부터 공급되며, 리셉터 용액은 일측에 구비된 리셉터 용액 공급장치를 통해 공급받을 수 있다. The receptor reaction device 140 mixes the porous carrier and the receptor solution to induce binding of the receptor to a specific microorganism immobilized on the porous carrier. The porous carrier is supplied from the porous carrier manufacturing device 130, and the receptor solution may be supplied through a receptor solution supply device provided on one side.

리셉터 용액은 리셉터가 분산된 용액이며, 상기 리셉터(receptor)는 특정 단백질, 미생물, 세포, 중금속이온, 유기화학물질에 선택적으로 결합되는 물질로서, 앱타머, 항체 등을 의미할 수 있다. A receptor solution is a solution in which receptors are dispersed, and the receptor is a substance that selectively binds to a specific protein, microorganism, cell, heavy metal ion, or organic chemical substance, and may mean an aptamer, an antibody, or the like.

또한, 리셉터의 특정 부위에는 검출 가능한 표지가 구비된다. 검출 가능한 표지는 당업계에 알려진 검출방법에 의해 검출될 수 있는 것으로서, 형광분자, 형광물질과 같은 광학적표지, 방사성 동위원소, 전기화학적 표지 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 리셉터에 검출 가능한 표지가 구비됨에 따라, 검출장치(160)를 통해 검출 가능한 표지를 검출함으로써 리셉터의 존재 유무를 파악할 수 있다. In addition, a detectable label is provided at a specific site of the receptor. The detectable label can be detected by a detection method known in the art, and may be any one or a combination of fluorescent molecules, optical labels such as fluorescent substances, radioactive isotopes, and electrochemical labels. As the receptor is equipped with a detectable label, the presence or absence of the receptor can be determined by detecting the detectable label through the detection device 160 .

상기 미반응 리셉터 분리장치(150)는 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출, 분리하는 장치이다. 상기 미반응 리셉터 분리장치(150)는 농도구배에 의한 확산 또는 전기적 인력을 이용하여 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 분리할 수 있다. The unreacted receptor separator 150 is a device for discharging and separating unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier. The unreacted receptor separator 150 may separate unreacted receptors present in the pores of the porous carrier by using diffusion by a concentration gradient or electrical attraction.

농도구배에 의한 확산방법을 이용하는 경우, 미반응 리셉터 분리장치(150)에 버퍼용액을 채우고 버퍼용액에 다공성 담체를 담그면 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터가 농도구배에 의해 버퍼용액쪽으로 확산되어 배출된다. In the case of using the diffusion method by the concentration gradient, when the buffer solution is filled in the unreacted receptor separation device 150 and the porous carrier is immersed in the buffer solution, the unreacted receptors present in the pores of the porous carrier are diffused toward the buffer solution by the concentration gradient. It is discharged.

전기적 인력을 이용하는 경우, 미반응 리셉터 분리장치(150)를 전기영동이 가능한 장치로 구성하여 (-)극성을 갖는 미반응 리셉터를 (+)극쪽으로의 이동을 유도함으로써 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 배출시킬 수 있다.In the case of using electric attraction, the unreacted receptor separation device 150 is configured as a device capable of electrophoresis to induce movement of unreacted receptors having (-) polarity toward the (+) pole, thereby reducing the Unreacted receptors can be released.

농도구배에 의한 확산방법 또는 전기적 인력을 이용하는 방법을 통해 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 분리함에 있어서, 리셉터의 크기는 다공성 담체의 기공보다 작은 반면 미생물 예를 들어, 박테리아는 다공성 담체의 기공보다 훨씬 크기 때문에 미반응 리셉터의 분리 과정에서 다공성 담체에 고정된 특정 미생물은 다공성 담체로부터 배출되지 않는다. In separating unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier through a diffusion method based on a concentration gradient or a method using electrical attraction, the size of the receptor is smaller than that of the pores of the porous carrier, while microorganisms such as bacteria Since they are much larger than the pores of the porous carrier, certain microorganisms fixed on the porous carrier are not released from the porous carrier during the separation process of unreacted receptors.

상기 검출장치(160)는 리셉터의 특정 부위에 구비된 검출 가능한 표지를 검출하는 장치로서, 특정 미생물에 결합된 상태를 이루는 리셉터에 대해 검출 가능한 표지를 검출함으로써 다공성 담체 내에 특정 미생물이 존재함을 확인할 수 있다. The detection device 160 is a device for detecting a detectable label provided at a specific site of the receptor, and detects a label detectable for a receptor that is bound to a specific microorganism, thereby confirming the presence of a specific microorganism in the porous carrier. can

리셉터에 구비된 검출 가능한 표지가 형광분자, 형광물질 등의 광학적 표지인 경우 상기 검출장치(160)는 광학센서 등으로 구성할 수 있고, 리셉터에 구비된 검출 가능한 표지가 방사성 동위원소 또는 전기화학적 표지인 경우 해당 표지를 검출할 수 있는 장비로 검출장치(160)를 구성할 수 있다. When the detectable label provided in the receptor is an optical label such as a fluorescent molecule or a fluorescent material, the detection device 160 may be composed of an optical sensor, etc., and the detectable label provided in the receptor is a radioactive isotope or an electrochemical label. In the case of , the detection device 160 may be configured with equipment capable of detecting the label.

다음으로, 제 2 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출장치에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출장치는 도 8에 도시한 바와 같이, 바이오 에어로졸 포집장치(210), 리셉터 반응장치(220), 다공성 담체 제조장치(240), 미반응 리셉터 분리장치(250) 및 검출장치(260)를 포함하여 이루어진다. Next, the bio-aerosol detection device according to the second embodiment will be described. As shown in FIG. 8, the bio-aerosol detection device according to the second embodiment of the present invention includes a bio-aerosol collecting device 210, a receptor reaction device 220, a porous carrier manufacturing device 240, and an unreacted receptor separator. (250) and a detection device (260).

상기 바이오 에어로졸 포집장치(210)는 대기 중의 바이오 에어로졸을 액상시료 형태로 포집하는 장치이다. 구체적으로, 바이오 에어로졸이 분산된 대기를 흡입함과 함께 용매와 혼합함으로써 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료가 준비될 수 있다. The bio-aerosol collecting device 210 is a device that collects bio-aerosol in the air in the form of a liquid sample. Specifically, a liquid sample containing bio-aerosol can be prepared by inhaling air in which bio-aerosol is dispersed and mixing with a solvent.

상기 리셉터 반응장치(220)는 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 리셉터 용액을 혼합하여 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물과 리셉터의 결합 반응을 유도한다. 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료는 바이오 에어로졸 포집장치(210)로부터 공급되며, 리셉터 용액은 일측에 구비된 리셉터 용액 공급장치를 통해 공급받을 수 있다. The receptor reactor 220 induces a binding reaction between a specific microorganism included in the bio-aerosol and the receptor by mixing the liquid sample containing the bio-aerosol and the receptor solution. The liquid sample containing the bio-aerosol is supplied from the bio-aerosol collecting device 210, and the receptor solution may be supplied through the receptor solution supply device provided on one side.

리셉터 용액은 리셉터가 분산된 용액이며, 상기 리셉터(receptor)는 특정 단백질, 미생물, 세포, 중금속이온, 유기화학물질에 선택적으로 결합되는 물질로서, 앱타머, 항체 등을 의미할 수 있다. A receptor solution is a solution in which receptors are dispersed, and the receptor is a substance that selectively binds to a specific protein, microorganism, cell, heavy metal ion, or organic chemical substance, and may mean an aptamer, an antibody, or the like.

또한, 리셉터의 특정 부위에는 검출 가능한 표지가 구비된다. 검출 가능한 표지는 당업계에 알려진 검출방법에 의해 검출될 수 있는 것으로서, 형광분자, 형광물질과 같은 광학적표지, 방사성 동위원소, 전기화학적 표지 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 리셉터에 검출 가능한 표지가 구비됨에 따라, 검출장치(260)를 통해 검출 가능한 표지를 검출함으로써 리셉터의 존재 유무를 파악할 수 있다. In addition, a detectable label is provided at a specific site of the receptor. The detectable label can be detected by a detection method known in the art, and may be any one or a combination of fluorescent molecules, optical labels such as fluorescent substances, radioactive isotopes, and electrochemical labels. As the receptor is equipped with a detectable label, the presence or absence of the receptor can be determined by detecting the detectable label through the detection device 260 .

상기 다공성 담체 제조장치(240)는 리셉터 용액과 반응한 액상시료와, 담체용액이 혼합된 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 하이드로젤 형태의 다공성 담체를 제조하는 장치이다. 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 리셉터 용액의 반응에 의해 특정 미생물에 리셉터가 결합되어 있음에 따라, 상기 다공성 담체에는 리셉터가 결합된 특정 미생물이 고정화된다. The porous carrier manufacturing device 240 is a device for preparing a porous carrier in the form of a hydrogel by titrating a liquid sample reacted with a receptor solution and a sample carrier solution in which the carrier solution is mixed with a gelation solution. As a receptor is bound to a specific microorganism by a reaction between a liquid sample containing bio-aerosol and a receptor solution, the specific microorganism to which the receptor is bound is immobilized on the porous carrier.

담체용액은 온도변화 또는 이온교환에 의해 하이드로젤(hydrogel) 형태의 다공성 담체로 변환되는 것으로서, 일 실시예로 아가로스(Agarose), 한천(Agar), 알지네이트(alginate) 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 아가로스, 한천, 알지네이트 중 어느 하나와 용매를 혼합하여 담체용액을 제조할 수 있으며, 용질의 농도를 조절함으로써 다공성 담체의 기공크기를 제어할 수 있다. 담체용액의 용질 농도가 높으면 다공성 담체의 기공크기가 상대적으로 작아지며, 용질 농도가 낮으면 기공크기가 상대적으로 커진다. 다공성 담체의 기공크기를 제어하는 이유는, 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 용이하게 배출시킴과 함께 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물을 다공성 담체에 안정적으로 고정시키기 위함이다. The carrier solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel by temperature change or ion exchange, and in one embodiment, agarose, agar, alginate, etc. may be used. Not limited. For example, a carrier solution may be prepared by mixing any one of agarose, agar, and alginate with a solvent, and the pore size of the porous carrier may be controlled by adjusting the solute concentration. When the solute concentration of the carrier solution is high, the pore size of the porous carrier becomes relatively small, and when the solute concentration is low, the pore size becomes relatively large. The reason for controlling the pore size of the porous carrier is to easily discharge unreacted receptors from the porous carrier and stably fix specific microorganisms included in the bio-aerosol to the porous carrier.

또한, 상기 다공성 담체 제조장치(240)의 일측에 담체용액을 공급하는 담체용액 공급장치(230)가 더 구비됨과 함께, 리셉터 반응장치(220)로부터 공급되는 리셉터 용액과 반응한 액상시료와 담체용액 공급장치(230)로부터 공급되는 담체용액을 혼합하는 혼합장치(도시하지 않음)가 더 구비되어, 혼합장치에 의해 리셉터 용액과 반응한 액상시료와 담체용액이 혼합된 시료담체화용액이 다공성 담체 제조장치(240)에 공급될 수 있다. In addition, a carrier solution supply device 230 for supplying a carrier solution to one side of the porous carrier manufacturing device 240 is further provided, and the liquid sample reacted with the receptor solution supplied from the receptor reaction device 220 and the carrier solution A mixing device (not shown) for mixing the carrier solution supplied from the supply device 230 is further provided, and the sample carrier solution in which the liquid sample reacted with the receptor solution and the carrier solution is mixed by the mixing device produces a porous carrier. may be supplied to device 240 .

상기 미반응 리셉터 분리장치(250)는 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출, 분리하는 장치이다. 상기 미반응 리셉터 분리장치(250)는 농도구배에 의한 확산 또는 전기적 인력을 이용하여 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 분리할 수 있다. The unreacted receptor separator 250 is a device for discharging and separating unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier. The unreacted receptor separator 250 may separate unreacted receptors present in the pores of the porous carrier by using diffusion by a concentration gradient or electrical attraction.

농도구배에 의한 확산방법을 이용하는 경우, 미반응 리셉터 분리장치(250)에 버퍼용액을 채우고 버퍼용액에 다공성 담체를 담그면 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터가 농도구배에 의해 버퍼용액쪽으로 확산되어 배출된다. In the case of using the diffusion method by the concentration gradient, when the buffer solution is filled in the unreacted receptor separator 250 and the porous carrier is immersed in the buffer solution, the unreacted receptors present in the pores of the porous carrier are diffused toward the buffer solution by the concentration gradient. It is discharged.

전기적 인력을 이용하는 경우, 미반응 리셉터 분리장치(250)를 전기영동이 가능한 장치로 구성하여 (-)극성을 갖는 미반응 리셉터를 (+)극쪽으로의 이동을 유도함으로써 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 배출시킬 수 있다.In the case of using electrical attraction, the unreacted receptor separation device 250 is configured as a device capable of electrophoresis to induce the movement of unreacted receptors having a (-) polarity toward the (+) pole. Unreacted receptors can be released.

농도구배에 의한 확산방법 또는 전기적 인력을 이용하는 방법을 통해 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 분리함에 있어서, 리셉터의 크기는 다공성 담체의 기공보다 작은 반면 미생물 예를 들어, 박테리아는 다공성 담체의 기공보다 훨씬 크기 때문에 미반응 리셉터의 분리 과정에서 다공성 담체에 고정된 특정 미생물은 다공성 담체로부터 배출되지 않는다. In separating unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier through a diffusion method based on a concentration gradient or a method using electrical attraction, the size of the receptor is smaller than that of the pores of the porous carrier, while microorganisms such as bacteria Since they are much larger than the pores of the porous carrier, certain microorganisms fixed on the porous carrier are not released from the porous carrier during the separation process of unreacted receptors.

상기 검출장치(260)는 리셉터의 특정 부위에 구비된 검출 가능한 표지를 검출하는 장치로서, 특정 미생물에 결합된 상태를 이루는 리셉터에 대해 검출 가능한 표지를 검출함으로써 다공성 담체 내에 특정 미생물이 존재함을 확인할 수 있다. The detection device 260 is a device for detecting a detectable label provided at a specific site of the receptor, and detects a label detectable for a receptor bound to a specific microorganism, thereby confirming the presence of a specific microorganism in the porous carrier. can

리셉터에 구비된 검출 가능한 표지가 형광분자, 형광물질 등의 광학적 표지인 경우 상기 검출장치(260)는 광학센서 등으로 구성할 수 있고, 리셉터에 구비된 검출 가능한 표지가 방사성 동위원소 또는 전기화학적 표지인 경우 해당 표지를 검출할 수 있는 장비로 검출장치(260)를 구성할 수 있다. When the detectable label provided in the receptor is an optical label such as a fluorescent molecule or a fluorescent material, the detection device 260 may be composed of an optical sensor, etc., and the detectable label provided in the receptor is a radioactive isotope or an electrochemical label. In the case of , the detection device 260 may be configured with equipment capable of detecting the label.

다음으로, 제 3 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출장치에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 제 3 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출장치는 도 9에 도시한 바와 같이 바이오 에어로졸 포집장치(310), 리셉터 반응장치(320), 미반응 리셉터 분리장치(330), 다공성 담체 제조장치(350) 및 검출장치(360)를 포함하여 이루어진다. Next, the bio-aerosol detection device according to the third embodiment will be described. As shown in FIG. 9, the bio-aerosol detection device according to the third embodiment of the present invention includes a bio-aerosol collecting device 310, a receptor reaction device 320, an unreacted receptor separator 330, a porous carrier manufacturing device 350) and a detection device 360.

제 3 실시예에 따른 바이오 에어로졸 포집장치(310), 리셉터 반응장치(320)는 제 2 실시예에 따른 바이오 에어로졸 포집장치(310), 리셉터 반응장치(320)와 동일한 역할을 하며, 이에 대해 설명은 생략하기로 한다. The bio-aerosol collecting device 310 and the receptor reaction device 320 according to the third embodiment have the same role as the bio-aerosol collecting device 310 and the receptor reaction device 320 according to the second embodiment, and will be described accordingly. will be omitted.

상기 미반응 리셉터 분리장치(330)는 상기 리셉터 반응장치(320)로부터 리셉터 용액과 반응한 액상시료를 공급받아, 해당 액상시료를 원심분리하여 리셉터와 결합된 특정 미생물과 미반응 리셉터를 분리하는 장치이다. The unreacted receptor separator 330 receives a liquid sample reacted with the receptor solution from the receptor reaction apparatus 320, and centrifugates the liquid sample to separate specific microorganisms bound to the receptor and unreacted receptors. am.

구체적으로, 리셉터와 특정 미생물의 결합 반응이 완료된 액상시료와 리셉터 용액의 혼합용액에 대해 원심분리를 실시하면, 원심분리에 의해 고액분리가 이루어지는데, 리셉터와 결합된 특정 미생물은 고체상으로 분리되고, 미반응 리셉터는 액상에 포함되어 분리된다. 즉, 상대적으로 중량이 무거운 리셉터와 결합된 특정 미생물은 원심분리에 의해 원심분리기 하단에 위치하게 되고, 미반응 리셉터는 그 무게가 미미함에 따라 액상에 포함된 채로 원심분리기의 상단에 위치하게 된다. Specifically, when centrifugation is performed on the mixed solution of the receptor solution and the liquid sample in which the binding reaction between the receptor and the specific microorganism is completed, solid-liquid separation is performed by centrifugation. The specific microorganism bound to the receptor is separated into a solid phase, Unreacted receptors are contained in the liquid phase and separated. That is, specific microorganisms bound to relatively heavy receptors are located at the bottom of the centrifuge by centrifugation, and unreacted receptors are located at the top of the centrifuge while being contained in the liquid phase due to their insignificant weight.

한편, 상기 미반응 리셉터 분리장치(330)는 상술한 바와 같은 원심분리 방법 이외에 공지의 전기영동법과 같은 전기적 인력을 이용하여 리셉터를 분리하는 기술 또는 공지의 미소유체 분리기술을 이용하여 리셉터를 분리하는 기술을 적용할 수도 있다. On the other hand, the unreacted receptor separation device 330 separates receptors using a technique for separating receptors using electrical attraction such as a known electrophoresis method or a known microfluidic separation technique in addition to the centrifugal separation method as described above. technology can also be applied.

상술한 미반응 리셉터를 분리하는 과정을 통해, 리셉터와 결합된 특정 미생물만이 존재하는 시료를 얻을 수 있다. Through the process of separating the unreacted receptor described above, a sample in which only specific microorganisms bound to the receptor exist may be obtained.

상기 다공성 담체 제조장치(350)는 리셉터와 결합된 특정 미생물만이 존재하는 시료와, 담체용액이 혼합된 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 하이드로젤 형태의 다공성 담체를 제조하는 장치이다. 미반응 리셉터 없이 리셉터와 결합된 특정 미생물만이 시료담체화용액에 포함되어 있음에 따라, 다공성 담체 내에 리셉터와 결합된 특정 미생물이 고정화됨과 함께 다공성 담체의 기공에는 미반응 리셉터가 존재하지 않는다. The porous carrier manufacturing device 350 is a device for preparing a porous carrier in the form of a hydrogel by titrating a sample carrier solution in which only a specific microorganism bound to a receptor exists and a carrier solution is mixed with a gelation solution. Since only the specific microorganism bound to the receptor is included in the sample carrier solution without the unreacted receptor, the specific microorganism bound to the receptor is immobilized in the porous carrier and the unreacted receptor does not exist in the pores of the porous carrier.

담체용액은 온도변화 또는 이온교환에 의해 하이드로젤(hydrogel) 형태의 다공성 담체로 변환되는 것으로서, 일 실시예로 아가로스(Agarose), 한천(Agar), 알지네이트(alginate) 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 아가로스, 한천, 알지네이트 중 어느 하나와 용매를 혼합하여 담체용액을 제조할 수 있다. The carrier solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel by temperature change or ion exchange. In one embodiment, agarose, agar, alginate, etc. may be used, but this Not limited. For example, a carrier solution may be prepared by mixing any one of agarose, agar, and alginate with a solvent.

또한, 상기 다공성 담체 제조장치(350)의 일측에 담체용액을 공급하는 담체용액 공급장치(340)가 더 구비됨과 함께, 미반응 리셉터 분리장치(330)로부터 공급되는 리셉터와 결합된 특정 미생물만이 존재하는 시료와 담체용액 공급장치(340)로부터 공급되는 담체용액을 혼합하는 혼합장치(도시하지 않음)가 더 구비되어, 혼합장치에 의해 리셉터와 결합된 특정 미생물만이 존재하는 시료와 담체용액이 혼합된 시료담체화용액이 다공성 담체 제조장치(350)에 공급될 수 있다. In addition, a carrier solution supply device 340 for supplying a carrier solution is further provided on one side of the porous carrier manufacturing device 350, and only specific microorganisms combined with receptors supplied from the unreacted receptor separation device 330 A mixing device (not shown) for mixing the existing sample and the carrier solution supplied from the carrier solution supply device 340 is further provided, so that the sample containing only specific microorganisms bound to the receptor by the mixing device and the carrier solution The mixed sample carrier solution may be supplied to the porous carrier manufacturing device 350 .

상기 검출장치(360)는 리셉터의 특정 부위에 구비된 검출 가능한 표지를 검출하는 장치로서, 특정 미생물에 결합된 상태를 이루는 리셉터에 대해 검출 가능한 표지를 검출함으로써 다공성 담체 내에 특정 미생물이 존재함을 확인할 수 있다. The detection device 360 is a device for detecting a detectable label provided at a specific site of the receptor, and detects a label detectable for a receptor bound to a specific microorganism, thereby confirming the presence of a specific microorganism in the porous carrier. can

리셉터에 구비된 검출 가능한 표지가 형광분자, 형광물질 등의 광학적 표지인 경우 상기 검출장치(360)는 광학센서 등으로 구성할 수 있고, 리셉터에 구비된 검출 가능한 표지가 방사성 동위원소 또는 전기화학적 표지인 경우 해당 표지를 검출할 수 있는 장비로 검출장치(360)를 구성할 수 있다. When the detectable label provided in the receptor is an optical label such as a fluorescent molecule or a fluorescent material, the detection device 360 may be composed of an optical sensor, etc., and the detectable label provided in the receptor is a radioactive isotope or an electrochemical label. In the case of , the detection device 360 may be configured with equipment capable of detecting the label.

이상, 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에 따른 바이오 에어로졸 검출방법 및 검출장치에 대해 설명하였다. 이하에서는, 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다. In the above, the bio-aerosol detection method and detection device according to the first to third embodiments of the present invention have been described. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples.

<실험예 1 : 특정 미생물이 고정화된 다공성 담체의 제작><Experimental Example 1: Preparation of porous carrier immobilized with specific microorganisms>

6 x 107 CFU/mL의 박테리아 (Staphylococcus xylosus와 Bacillus cereus) 배양한 배양액과 4.5% w/v 의 아가로즈를 분산시켜 가열한 용액을 55℃ 에서 부피비 2:1로 균일하게 섞은 뒤 주사기에 주입하여 상온의 미네랄 오일에 떨어뜨려 구체를 형성하였다. 도 10은 실험예 1에 의해 제작된 특정 미생물이 고정화된 다공성 담체의 사진이다. 6 x 10 7 CFU/mL of bacteria ( Staphylococcus xylosus and Bacillus cereus ) cultured culture medium and 4.5% w/v agarose were dispersed and the heated solution was uniformly mixed at a volume ratio of 2:1 at 55°C and then injected into a syringe. and dropped into mineral oil at room temperature to form spheres. 10 is a photograph of a porous carrier on which specific microorganisms are immobilized, manufactured in Experimental Example 1.

<실험예 2 : 미반응 앱타머 검출 - 농도구배에 의한 확산><Experimental Example 2: Detection of unreacted aptamer - Diffusion by concentration gradient>

실험예 1에 의해 제작된 특정 미생물(Bacillus cereus)이 고정화된 다공성 담체를 750μM의 Bacillus cereus 선택적 DNA 앱타머와 혼합하고 상온에서 17시간 동안 반응시켰다(1200rpm). 이후, 상층액을 제거한 상태에서 일정량의 PBS(phosphate buffered saline)를 넣은 다음 15분간 반응시키고 상층액을 제거하는 것을 5회 실시하였다. 각 회의 상층액에 대해 Fluorophotometer를 이용하여 형광강도를 측정하였다. A specific microorganism ( Bacillus cereus ) prepared in Experimental Example 1 was immobilized on a porous carrier mixed with 750 μM of Bacillus cereus selective DNA aptamer and reacted at room temperature for 17 hours (1200 rpm). Thereafter, in a state where the supernatant was removed, a certain amount of PBS (phosphate buffered saline) was added, followed by reacting for 15 minutes and removing the supernatant 5 times. Fluorescence intensity was measured for each supernatant using a Fluorophotometer.

도 11을 참조하면, 첫 번째 PBS와의 반응 후 제거된 상층액의 경우 약 80의 형광강도를 나타내고 있고 상층액을 제거하는 횟수가 증가할수록 상층액의 형광강도가 점차 감소하는 결과를 나타낸다. 도 11의 실험결과를 통해 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 앱타머(Bacillus cereus 선택적 DNA 앱타머)가 농도구배에 의한 확산을 통해 PBS로 용출됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 11, the supernatant removed after the first reaction with PBS shows a fluorescence intensity of about 80, and as the number of removal of the supernatant increases, the fluorescence intensity of the supernatant gradually decreases. It can be seen from the experimental results of FIG. 11 that the unreacted aptamer ( Bacillus cereus selective DNA aptamer) present in the pores of the porous carrier is eluted into PBS through diffusion by a concentration gradient.

<실험예 3 : 미반응 앱타머 검출 - 전기영동을 이용한 분리><Experimental Example 3: Unreacted aptamer detection - Separation using electrophoresis>

실험예 1을 통해 제작된 Bacillus cereus와 Staphylococcus xylosus가 1:1로 섞여 고정화된 담체와 750μM의 형광물질 FAM이 결합된 Bacillus cereus 선택적 DNA 앱타머와 같은 양의 형광물질 Texas Red가 결합된 Staphylococcus xylosus 를 동시에 섞은 후 상온에서 17시간 반응시켰다(1200rpm). 이후 3% Agarose gel에 천공하여 구형의 담체를 넣고, 25V 전압을 가해 30분 동안 전기영동을 진행하였다. 이후 젤을 자외선을 조사하며 촬영하였다. 그 결과 앱타머에 부착된 형광분자로부터 형광이 방출되었고, 형광이 방출된 위치는 Agarose bead의 외부임을 확인하였다(도 12 참조). 이와 함께 전기영동 전후의 담체를 형광현미경으로 관찰하였다. 그 결과 형광이 부착된 앱타머가 담체 외부로 빠져나간 것을 확인하였다(도 13 참조). Bacillus cereus and Staphylococcus xylosus prepared in Experimental Example 1 were mixed in a 1: 1 immobilized carrier and Bacillus cereus selective DNA aptamer combined with 750 μM of fluorescent material FAM and Staphylococcus xylosus combined with the same amount of fluorescent material Texas Red. After mixing at the same time, it was reacted at room temperature for 17 hours (1200 rpm). Thereafter, 3% agarose gel was punctured to insert a spherical carrier, and electrophoresis was performed for 30 minutes by applying a voltage of 25V. Afterwards, the gel was photographed while being irradiated with ultraviolet light. As a result, fluorescence was emitted from the fluorescent molecule attached to the aptamer, and it was confirmed that the location where the fluorescence was emitted was outside the agarose bead (see FIG. 12). In addition, carriers before and after electrophoresis were observed under a fluorescence microscope. As a result, it was confirmed that the fluorescently attached aptamer escaped to the outside of the carrier (see FIG. 13).

<실험예 4 : 원심분리를 이용한 앱타머가 결합된 특정 미생물의 분리><Experimental Example 4: Isolation of specific microorganisms bound to aptamers using centrifugation>

리셉터의 바이오 에어로졸에 대한 친화성을 확인하기 위하여 1 X 107 CFU의 Bacillus cereus와 같은 양의 Staphylococcus xylosus에 각각 750μM의 형광물질 FAM이 결합된 Bacillus cereus 선택적 DNA 앱타머와 같은 양의 형광물질 Texas Red가 결합된 Staphylococcus xylosus 섞은 후 상온에서 1시간 반응시켰다(1200rpm). 이후 원심분리로 균을 분리한 후 (13,000 rpm, 3분) 상층액을 제거하고 일정량의 PBS에 박테리아를 분산시킨 후 상온에서 10분 반응시키고 원심분리로 균을 분리한 후 (13,000 rpm, 3분) 상층액을 제거하는 것을 세 번 진행하였다. In order to confirm the affinity of the receptor for bioaerosol, 1 X 10 7 CFU of Bacillus cereus and the same amount of Staphylococcus xylosus were combined with 750 μM of fluorescent substance FAM, respectively Bacillus cereus selective DNA aptamer and the same amount of fluorescent substance Texas Red was mixed with Staphylococcus xylosus and reacted at room temperature for 1 hour (1200 rpm). After separating the bacteria by centrifugation (13,000 rpm, 3 minutes), the supernatant is removed, the bacteria are dispersed in a certain amount of PBS, reacted at room temperature for 10 minutes, and the bacteria are separated by centrifugation (13,000 rpm, 3 minutes) ) was performed three times to remove the supernatant.

<실험예 5 : 원심분리를 이용한 앱타머가 결합된 특정 미생물의 분리><Experimental Example 5: Isolation of specific microorganisms bound to aptamers using centrifugation>

실험예 1에 제시된 방법으로 제작한 Bacillus cereus가 고정화된 담체와 Staphylococcus xylosus가 고정화된 담체에 750 μM의 형광물질 FAM이 결합된 Bacillus cereus 선택적 DNA 앱타머와 같은 양의 형광물질 Texas Red가 결합된 Staphylococcus xylosus 를 각각 섞은 후 상온에서 17시간 반응시켰다(1200 rpm). 이후 상층액을 제거하고 일정량의 PBS을 넣고 상온에서 15분 반응시키고 상층액을 제거하는 것을 세 번 진행한다. 이후 담체를 공초점 레이저 주사 현미경으로 관찰하였다. 그 결과, 도 14에 나타낸 바와 같이 담체에 고정화된 박테리아의 표면에서 형광이 검출됨을 확인하였다. Bacillus cereus prepared by the method presented in Experimental Example 1 and Bacillus cereus with 750 μM of fluorescent substance FAM bound to the carrier with Staphylococcus xylosus immobilized and Staphylococcus with the same amount of fluorescent substance Texas Red coupled with Bacillus cereus selective DNA aptamer. After mixing each xylosus, it was reacted at room temperature for 17 hours (1200 rpm). Thereafter, the supernatant is removed, a certain amount of PBS is added, reacted at room temperature for 15 minutes, and the supernatant is removed three times. The carrier was then observed under a confocal laser scanning microscope. As a result, as shown in FIG. 14, it was confirmed that fluorescence was detected on the surface of the bacteria immobilized on the carrier.

110 : 바이오 에어로졸 포집장치 120 : 담체용액 공급장치
130 : 다공성 담체 제조장치 140 : 리셉터 반응장치
150 : 미반응 리셉터 분리장치 160 : 검출장치110: bio aerosol collecting device 120: carrier solution supply device
130: porous carrier manufacturing device 140: receptor reaction device
150: unreacted receptor separation device 160: detection device

Claims (26)

바이오 에어로졸이 포함된 액상시료를 준비하는 단계;
바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계;
다공성 담체에 고정화된 특정 미생물에 리셉터를 결합시키는 단계; 및
다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출시키는 단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계;는,
바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 담체용액을 혼합하여 시료담체화용액을 제조하는 과정과, 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 다공성 담체를 제조하며, 다공성 담체에 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물이 고정화되는 과정을 포함하여 구성되며,
상기 다공성 담체에 고정화된 특정 미생물에 리셉터를 결합시키는 단계;는,
리셉터가 분산된 리셉터 용액에 다공성 담체를 혼합하여, 리셉터가 다공성 담체의 기공을 통해 확산되어 다공성 담체에 고정된 특정 미생물과 결합되는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
preparing a liquid sample containing bio-aerosol;
immobilizing specific microorganisms included in the bio-aerosol on a porous carrier;
binding a receptor to a specific microorganism immobilized on a porous carrier; and
and discharging unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier.
Immobilizing specific microorganisms included in the bio-aerosol on a porous carrier;
A process of preparing a sample carrier solution by mixing a liquid sample containing bio-aerosol and a carrier solution, titrating the sample carrier solution with a gelation solution to prepare a porous carrier, and a specific microorganism contained in the bio-aerosol in the porous carrier It consists of including the process of immobilization,
binding a receptor to a specific microorganism immobilized on the porous carrier;
A bioaerosol detection method characterized in that a porous carrier is mixed with a receptor solution in which the receptor is dispersed, and the receptor diffuses through the pores of the porous carrier and binds to a specific microorganism fixed on the porous carrier.
 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료를 준비하는 단계;
상기 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 리셉터 용액을 반응시켜 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물에 리셉터를 결합시키는 단계;
리셉터가 결합된 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계; 및
다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출시키는 단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 리셉터가 결합된 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계는,
리셉터 용액과 반응한 액상시료와 담체용액을 혼합하여 시료담체화용액을 제조하는 과정과, 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 다공성 담체를 제조하며, 다공성 담체에 리셉터가 결합된 특정 미생물이 고정화되는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
preparing a liquid sample containing bio-aerosol;
binding a receptor to a specific microorganism included in the bio-aerosol by reacting the liquid sample containing the bio-aerosol with a receptor solution;
immobilizing a specific microorganism bound to the receptor on a porous carrier; and
and discharging unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier.
The step of immobilizing the specific microorganism bound to the receptor on a porous carrier,
The process of preparing a sample carrier solution by mixing the liquid sample reacted with the receptor solution and the carrier solution, preparing a porous carrier by titrating the sample carrier solution with the gelation solution, and immobilizing specific microorganisms bound to the receptor on the porous carrier A bio-aerosol detection method, characterized in that it comprises a process of being.
 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료를 준비하는 단계;
상기 바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 리셉터 용액을 반응시켜 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물에 리셉터를 결합시키는 단계;
리셉터와 특정 미생물의 결합 반응이 완료된 액상시료와 리셉터 용액의 혼합용액으로부터 미반응 리셉터를 분리하는 단계; 및
리셉터가 결합된 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 리셉터가 결합된 특정 미생물을 다공성 담체에 고정화시키는 단계;는,
리셉터와 결합된 특정 미생물만이 존재하는 시료와 담체용액과 혼합하여 시료담체화용액을 제조하는 과정과, 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 다공성 담체를 제조하며, 다공성 담체에 리셉터와 결합된 특정 미생물이 고정화되는 과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
preparing a liquid sample containing bio-aerosol;
binding a receptor to a specific microorganism included in the bio-aerosol by reacting the liquid sample containing the bio-aerosol with a receptor solution;
Separating unreacted receptors from a mixed solution of a receptor solution and a liquid sample in which the binding reaction between the receptor and a specific microorganism has been completed; and
Immobilizing a specific microorganism to which the receptor is bound to a porous carrier; comprising:
immobilizing the specific microorganism bound to the receptor on a porous carrier;
A process of preparing a sample carrier solution by mixing a sample containing only specific microorganisms associated with the receptor with a carrier solution, titrating the sample carrier solution with the gelation solution to prepare a porous carrier, and combining the porous carrier with the receptor A bio-aerosol detection method comprising a process in which a specific microorganism is immobilized.
 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 다공성 담체에 고정된 특정 미생물에 결합되어 있는 리셉터를 검출하여 특정 미생물의 존재를 확인하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
The bio-aerosol detection according to any one of claims 1 to 3, further comprising the step of confirming the presence of a specific microorganism by detecting a receptor bound to a specific microorganism immobilized on a porous carrier. method.
 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리셉터에 검출 가능한 표지가 구비되는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
The bioaerosol detection method according to any one of claims 1 to 3, wherein the receptor is provided with a detectable label.
 제 5 항에 있어서, 상기 검출 가능한 표지는 형광물질, 방사성 동위원소, 전기화학적 표지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
The bioaerosol detection method according to claim 5, wherein the detectable label is any one of a fluorescent material, a radioactive isotope, and an electrochemical label.
 삭제delete 삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출시키는 단계;는,
다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 농도구배에 의한 확산 또는 전기적 인력을 이용하여 분리하는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
The method of claim 1 or 2, wherein the step of discharging unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier;
A bio-aerosol detection method characterized by separating unreacted receptors present in the pores of a porous carrier by diffusion by a concentration gradient or by using electrical attraction.
 제 9 항에 있어서, 농도구배에 의한 확산을 통해 미반응 리셉터를 분리하는 것은,
리셉터와 특정 미생물 간의 결합 반응이 완료된 다공성 담체를 버퍼용액에 침지시켜, 다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터가 농도구배에 의해 버퍼용액쪽으로 확산되어 배출되는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
The method of claim 9, wherein the separation of unreacted receptors through diffusion by a concentration gradient
A bio-aerosol detection method characterized in that a porous carrier in which the binding reaction between a receptor and a specific microorganism is completed is immersed in a buffer solution, and unreacted receptors present in the pores of the porous carrier are diffused toward the buffer solution and discharged by a concentration gradient.
 제 9 항에 있어서, 전기적 인력을 이용하여 미반응 리셉터를 분리하는 것은,
전기영동법을 통해 (-) 극성을 갖는 미반응 앱타머를 다공성 담체의 기공으로부터 분리하는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
The method of claim 9, wherein separating unreacted receptors using electrical attraction
A bioaerosol detection method characterized by separating unreacted aptamers having (-) polarity from pores of a porous carrier through electrophoresis.
 삭제delete 제 3 항에 있어서, 상기 리셉터와 특정 미생물의 결합 반응이 완료된 액상시료와 리셉터 용액의 혼합용액으로부터 미반응 리셉터를 분리하는 단계;는,
리셉터와 특정 미생물의 결합 반응이 완료된 액상시료와 리셉터 용액의 혼합용액에 대해 원심분리를 실시하여, 리셉터와 결합된 특정 미생물은 고체상으로 분리되고, 미반응 리셉터는 액상에 포함되어 분리되는 방법을 이용하거나, 전기적 인력을 이용하여 미반응 리셉터를 분리하는 방법 또는 미소유체 분리기술을 이용하여 미반응 리셉터를 분리하는 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
The method of claim 3, wherein the step of separating unreacted receptors from a mixture of a liquid sample and a receptor solution in which the binding reaction between the receptor and the specific microorganism is completed,
Centrifugation is performed on a mixture of a liquid sample and a receptor solution in which the binding reaction between the receptor and the specific microorganism is completed, and the specific microorganism bound to the receptor is separated into a solid phase, and the unreacted receptor is contained in the liquid phase and separated. A bio-aerosol detection method characterized by using a method of separating unreacted receptors using electrical attraction or a method of separating unreacted receptors using microfluidic separation technology.
 삭제delete 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 담체용액은 온도변화 또는 이온교환에 의해 하이드로젤 형태의 다공성 담체로 변환되는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
The bioaerosol detection method according to any one of claims 1, 2, or 3, wherein the carrier solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel by temperature change or ion exchange.
 제 15 항에 있어서, 상기 담체용액은 아가로스, 한천, 알지네이트 중 어느 하나와 용매가 혼합된 것인 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
[16] The bio-aerosol detection method according to claim 15, wherein the carrier solution is a mixture of any one of agarose, agar, and alginate and a solvent.
 제 15 항에 있어서, 담체용액의 용질 농도 조절을 통해 다공성 담체의 기공크기를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
[Claim 16] The bioaerosol detection method according to claim 15, wherein the pore size of the porous carrier can be controlled by adjusting the solute concentration of the carrier solution.
 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 리셉터는 특정 미생물에 결합되는 앱타머 또는 항체인 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출방법.
The bio-aerosol detection method according to any one of claims 1 to 3, wherein the receptor is an aptamer or an antibody that binds to a specific microorganism.
 대기 중의 바이오 에어로졸을 액상시료 형태로 포집하는 바이오 에어로졸 포집장치;
바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 담체용액이 혼합된 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 다공성 담체를 제조하는 다공성 담체 제조장치;
다공성 담체와 리셉터 용액을 혼합하여 다공성 담체에 고정화되어 있는 특정 미생물에 리셉터가 결합되는 것을 유도하는 리셉터 반응장치;
다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출, 분리하는 미반응 리셉터 분리장치; 및
리셉터의 특정 부위에 구비된 검출 가능한 표지를 검출하여 다공성 담체 내에 특정 미생물이 존재함을 확인하는 검출장치;를 포함하여 이루어지며,
상기 담체용액은 온도변화 또는 이온교환에 의해 하이드로젤 형태의 다공성 담체로 변환되는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출장치.
a bio-aerosol collecting device for collecting bio-aerosol in the air in the form of a liquid sample;
A porous carrier manufacturing device for preparing a porous carrier by titrating a sample carrier solution in which a liquid sample containing bio-aerosol and a carrier solution are mixed with a gelation solution;
a receptor reaction device inducing binding of a receptor to a specific microorganism immobilized on the porous carrier by mixing the porous carrier and the receptor solution;
an unreacted receptor separator for discharging and separating unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier; and
A detection device for confirming the presence of a specific microorganism in the porous carrier by detecting a detectable label provided at a specific site of the receptor;
The bio-aerosol detection device, characterized in that the carrier solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel by temperature change or ion exchange.
 대기 중의 바이오 에어로졸을 액상시료 형태로 포집하는 바이오 에어로졸 포집장치;
바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 리셉터 용액을 혼합하여 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물과 리셉터의 결합 반응을 유도하는 리셉터 반응장치;
리셉터 용액과 반응한 액상시료와, 담체용액이 혼합된 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 다공성 담체를 제조하는 다공성 담체 제조장치;
다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 다공성 담체로부터 배출, 분리하는 미반응 리셉터 분리장치; 및
리셉터의 특정 부위에 구비된 검출 가능한 표지를 검출하여 다공성 담체 내에 특정 미생물이 존재함을 확인하는 검출장치;를 포함하여 이루어지며,
상기 담체용액은 온도변화 또는 이온교환에 의해 하이드로젤 형태의 다공성 담체로 변환되는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출장치.
a bio-aerosol collecting device for collecting bio-aerosol in the air in the form of a liquid sample;
a receptor reactor for inducing a binding reaction between a specific microorganism and a receptor contained in the bio-aerosol by mixing a liquid sample containing the bio-aerosol and a receptor solution;
A porous carrier manufacturing device for preparing a porous carrier by titrating a liquid sample reacted with a receptor solution and a sample carrier solution in which a carrier solution is mixed with a gelation solution;
an unreacted receptor separator for discharging and separating unreacted receptors present in the pores of the porous carrier from the porous carrier; and
A detection device for confirming the presence of a specific microorganism in the porous carrier by detecting a detectable label provided at a specific site of the receptor;
The bio-aerosol detection device, characterized in that the carrier solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel by temperature change or ion exchange.
 대기 중의 바이오 에어로졸을 액상시료 형태로 포집하는 바이오 에어로졸 포집장치;
바이오 에어로졸이 포함된 액상시료와 리셉터 용액을 혼합하여 바이오 에어로졸에 포함되어 있는 특정 미생물과 리셉터의 결합 반응을 유도하는 리셉터 반응장치;
상기 리셉터 반응장치로부터 리셉터 용액과 반응한 액상시료를 공급받아, 해당 액상시료로부터 리셉터와 결합된 특정 미생물과, 미반응 리셉터를 분리하는 미반응 리셉터 분리장치;
리셉터와 결합된 특정 미생물만이 존재하는 시료와, 담체용액이 혼합된 시료담체화용액을 젤화용액에 적정하여 다공성 담체를 제조하는 다공성 담체 제조장치; 및
리셉터의 특정 부위에 구비된 검출 가능한 표지를 검출하여 다공성 담체 내에 특정 미생물이 존재함을 확인하는 검출장치;를 포함하여 이루어지며,
상기 담체용액은 온도변화 또는 이온교환에 의해 하이드로젤 형태의 다공성 담체로 변환되는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출장치.
a bio-aerosol collecting device for collecting bio-aerosol in the air in the form of a liquid sample;
a receptor reactor for inducing a binding reaction between a specific microorganism contained in the bio-aerosol and a receptor by mixing a liquid sample containing the bio-aerosol and a receptor solution;
an unreacted receptor separator for receiving a liquid sample reacted with a receptor solution from the receptor reactor and separating specific microorganisms bound to the receptor and unreacted receptors from the liquid sample;
A porous carrier manufacturing device for preparing a porous carrier by titrating a sample carrier solution in which only a specific microorganism bound to the receptor exists and a carrier solution is mixed with a gelation solution; and
A detection device for confirming the presence of a specific microorganism in the porous carrier by detecting a detectable label provided at a specific site of the receptor;
The bio-aerosol detection device, characterized in that the carrier solution is converted into a porous carrier in the form of a hydrogel by temperature change or ion exchange.
 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리셉터에 검출 가능한 표지가 구비되며, 상기 검출 가능한 표지는 형광물질, 방사성 동위원소, 전기화학적 표지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출장치.
The bioaerosol detection according to any one of claims 19 to 21, wherein the receptor is provided with a detectable label, and the detectable label is any one of a fluorescent material, a radioactive isotope, and an electrochemical label. Device.
 삭제delete 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 미반응 리셉터 분리장치는,
다공성 담체의 기공에 존재하는 미반응 리셉터를 농도구배에 의한 확산 또는 전기적 인력을 이용하여 분리하는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출장치.
The method of claim 19 or 20, wherein the unreacted receptor separation device,
A bio-aerosol detection device characterized by separating unreacted receptors present in the pores of a porous carrier by diffusion by a concentration gradient or by using electrical attraction.
 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 리셉터는 특정 미생물에 결합되는 앱타머 또는 항체인 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출장치.
The bio-aerosol detection device according to claim 19 or 20, wherein the receptor is an aptamer or an antibody that binds to a specific microorganism.
 제 21 항에 있어서, 상기 미반응 리셉터 분리장치는,
리셉터와 특정 미생물의 결합 반응이 완료된 액상시료와 리셉터 용액의 혼합용액에 대해 원심분리를 실시하여, 리셉터와 결합된 특정 미생물은 고체상으로 분리되고, 미반응 리셉터는 액상에 포함되어 분리되는 방법을 이용하거나, 전기적 인력을 이용하여 미반응 리셉터를 분리하는 방법 또는 미소유체 분리기술을 이용하여 미반응 리셉터를 분리하는 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오 에어로졸 검출장치. The method of claim 21, wherein the unreacted receptor separation device,
Centrifugation is performed on a mixture of a liquid sample and a receptor solution in which the binding reaction between the receptor and the specific microorganism is completed, and the specific microorganism bound to the receptor is separated into a solid phase, and the unreacted receptor is contained in the liquid phase and separated. Alternatively, a bio-aerosol detection device characterized by using a method of separating unreacted receptors using electrical attraction or a method of separating unreacted receptors using microfluidic separation technology.
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