KR102613085B1 - System for detecting microorganism - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미생물 검출 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유전영동 힘을 이용한 미생물 검출 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 미생물 입자와 결합된 라텍스 입자에 대응하는 유전영동 힘을 이용하여 미생물 입자를 검출함으로써, 배양 과정이 요구되지 않아 검출 시간이 빠르며, 농축을 통해 미생물 샘플의 농도를 증가시킴으로써 정확한 측정이 가능할 수 있다. 또한 본 발명은 미생물 검출소자를 구동하기 위하여 필요한 시스템과 관련된 기술로 샘플의 농축, 분리를 포함하는 전처리 소자를 이용함으로써 신속하고 정확한 다종 미생물 검출이 가능하다는 특징이 있다.The present invention relates to a microbial detection system, and more particularly to a microbial detection system using dielectrophoretic forces. According to one embodiment of the present invention, by detecting microbial particles using the dielectrophoretic force corresponding to the latex particles bound to the microbial particles, the detection time is fast because a culturing process is not required, and the concentration of the microbial sample is increased through concentration. By increasing it, accurate measurement may be possible. In addition, the present invention is a technology related to the system required to drive the microorganism detection device, and has the feature of enabling rapid and accurate detection of multiple species of microorganisms by using a preprocessing device that includes concentration and separation of samples.
Description
본 발명은 미생물 검출 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유전영동 힘을 이용한 미생물 검출 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a microbial detection system, and more particularly to a microbial detection system using dielectrophoretic forces.
유전영동은 1951년 Pohl에 의해 정의되었다. 유전영동은 불균일한 전기장에 입자가 놓였을 때, 입자에 유도된 쌍극자에 의해 입자에 방향성 있는 힘이 가해지는 현상을 말한다. 힘의 세기는 입자와 매질의 전기적 특성(electrical property)과 유전특성(dielectric property), 교류 전기장의 주파수 등에 따라 달라지며, 이를 이용하여 입자의 움직임을 제어할 수 있다. 유전영동 기술은 편극이 가능한 입자 모두에 적용 가능하기 때문에, 세포를 포함한 다양한 생물 입자의 이동, 분리, 포집 등에 활용될 수 있다.Dielectrophoresis was defined by Pohl in 1951. Dielectrophoresis refers to a phenomenon in which a directional force is applied to a particle by a dipole induced in the particle when it is placed in a non-uniform electric field. The strength of the force varies depending on the electrical and dielectric properties of the particle and medium, the frequency of the alternating electric field, etc., and the movement of the particle can be controlled using this. Because dielectrophoresis technology can be applied to all particles that can be polarized, it can be used to move, separate, and capture various biological particles, including cells.
미생물을 검출하기 위해 사용되는 종래의 절차는 전형적으로 시료를 배양하는 단계를 수반한다. 이 경우, 표적 미생물은 이러한 표적 미생물에 특이적인 배양 배지(culture medium)에서 배양될 수 있다. 이러한 가장 보편적으로 이용되는 배양법의 경우 24시간 이상 미생물 배양이 요구되어 시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다. Conventional procedures used to detect microorganisms typically involve culturing the sample. In this case, the target microorganism can be cultured in a culture medium specific to the target microorganism. This most commonly used culture method has the problem that it takes a long time because it requires culturing microorganisms for more than 24 hours.
또한, 면역 크로마토그래피, RT-PCR 역시 검출 시간이 오래 걸리며, 소량의 샘플을 이용하여 미생물의 농도가 낮은 경우 정확한 검출이 어렵고, 오류 결과를 나타낼 가능성이 높다는 문제점이 있다. In addition, immunochromatography and RT-PCR also have problems in that they take a long time to detect, are difficult to accurately detect when the concentration of microorganisms is low using a small amount of sample, and are highly likely to produce erroneous results.
따라서 정확한 검출을 위해서는 미생물 농도 증가를 위한 전처리 과정이 필요하다. 하지만 농축 기능과 통합된 센서는 매우 제한적이며, 기존 통합 센서의 경우 처리 속도가 매우 낮은 문제가 있다.Therefore, for accurate detection, a pretreatment process to increase microbial concentration is necessary. However, sensors integrated with enrichment functions are very limited, and existing integrated sensors have the problem of very low processing speed.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 유전영동 힘을 이용한 미생물 검출 시스템를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was created to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a microorganism detection system using dielectrophoretic forces.
또한, 본 발명은 미생물 입자와 결합된 라텍스 입자에 대응하는 유전영동 힘을 이용하여 미생물 입자를 검출하기 위한 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. Additionally, the purpose of the present invention is to provide a device for detecting microbial particles using a dielectrophoretic force corresponding to latex particles bound to the microbial particles.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned can be clearly understood from the description below.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 검출 시스템은 샘플 용액을 수용하기 위한 샘플 수용부; 쉬스 유체를 수용하기 위한 쉬스 유체 수용부; 공기 압력을 발생시키기 위한 공압 펌프; 상기 공기 압력을 조절하기 위한 공압 조절기; 및 자성 입자 및 라텍스 입자가 결합된 미생물 복합체에 대응하는 유전영동 힘을 이용하여 상기 미생물 입자를 검출하는 검출부를 포함할 수 있다.In order to achieve the above objectives, a microorganism detection system according to an embodiment of the present invention includes a sample accommodating portion for accommodating a sample solution; a sheath fluid receiving portion for receiving the sheath fluid; a pneumatic pump to generate air pressure; a pneumatic regulator for controlling the air pressure; and a detection unit that detects the microbial particles using a dielectrophoretic force corresponding to a microbial complex in which magnetic particles and latex particles are combined.
상기 미생물 검출 시스템의 상기 샘플 수용부 및 쉬스 유체 수용부는 공압 펌프로부터 발생된 공기 압력을 주입하기 위한 공기 주입 튜브 및 상기 수용부에 수용된 용액 및 쉬스 유체를 배출하기 위한 배출 튜브를 더 포함할 수 있다.The sample accommodating part and the sheath fluid accommodating part of the microorganism detection system may further include an air injection tube for injecting air pressure generated from a pneumatic pump and a discharge tube for discharging the solution and sheath fluid contained in the accommodating part. .
상기 공기 주입 튜브의 일단부는 용액면 및 유체면 상에 위치하고, 상기 배출 튜브의 일단부는 용액면 및 유체면 아래에 위치할 수 있다. One end of the air injection tube may be located on the solution surface and the fluid surface, and one end of the discharge tube may be located below the solution surface and the fluid surface.
상기 미생물 검출 시스템은 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 공압 조절기를 조절하기 위한 DC 신호 발생기; 유전영동 힘을 형성시키기 위한 AC 신호 발생기; 및 상기 검출부의 전류값을 측정하는 록인 증폭기(Lock in amplifier)를 더 포함할 수 있다.The microorganism detection system further includes a control unit, wherein the control unit includes a DC signal generator for controlling the pneumatic regulator; AC signal generator for generating dielectrophoretic force; And it may further include a lock in amplifier that measures the current value of the detection unit.
상기 미생물 탐지부는 상기 미생물 복합체를 농축하고, 상기 농축된 미생물 입자를 상기 검출부로 전달하는 농축부를 더 포함할 수 있으며, 상기 농축부는 샘플 수용부의 배출 튜브와 연결되고, 상기 미생물 복합체와 샘플 용액을 포함하는 미생물 샘플을 주입하는 제1주입부; 쉬스 유체 수용부의 배출 튜브와 연결되고, 쉬스 용액(sheath fluid)을 주입하는 제2주입부; 상기 미생물 복합체를 포함하는 쉬스 용액을 이동시키는 농축 채널; 상기 쉬스 용액을 상기 검출부로 전달하는 제1배출부; 및 상기 샘플 용액을 배출하는 제2배출부를 포함할 수 있다. The microbial detection unit may further include a concentrator for concentrating the microbial complex and delivering the concentrated microbial particles to the detection unit, wherein the concentrating unit is connected to the discharge tube of the sample receiving unit and includes the microbial complex and the sample solution. a first injection unit for injecting a microbial sample; a second injection unit connected to the discharge tube of the sheath fluid receiving unit and injecting a sheath fluid; A concentration channel for moving the sheath solution containing the microbial complex; a first discharge unit delivering the sheath solution to the detection unit; And it may include a second discharge unit that discharges the sample solution.
상기 농축부는 상기 자성 입자에 자력(magnetic force)을 발생시키는 자석 부재를 더 포함하고, 상기 미생물 복합체는 상기 자성 입자에 작용하는 자력에 의해 상기 농축 채널의 일 측면을 따라 이동할 수 있다. The enrichment unit further includes a magnet member that generates a magnetic force on the magnetic particles, and the microbial complex can move along one side of the enrichment channel by the magnetic force acting on the magnetic particles.
상기 미생물 탐지부의 검출부는 상기 미생물 복합체를 포함하는 쉬스 용액(sheath fluid)을 주입하는 주입부; 상기 미생물 복합체를 포함하는 쉬스 용액(sheath fluid)을 이동시키는 검출 채널; 및 교류(alternating current, AC) 신호가 인가되고, 상기 교류 신호의 주파수에 따라 상기 미생물 복합체의 라텍스 입자에 대응하는 유전영동 힘을 형성시킴으로써 상기 미생물 복합체를 포획하는 전극부를 포함할 수 있다. The detection unit of the microorganism detection unit includes an injection unit for injecting a sheath fluid containing the microbial complex; a detection channel for moving a sheath fluid containing the microbial complex; And an alternating current (AC) signal is applied, and may include an electrode unit that captures the microbial complex by forming a dielectrophoretic force corresponding to the latex particles of the microbial complex according to the frequency of the alternating current signal.
상기 검출 채널의 일단은 상기 주입부와 결합되고, 상기 검출 채널의 타단은 상기 전극부와 결합되며, 상기 검출 채널의 너비(width)는 상기 검출 채널의 일단에서부터 상기 검출 채널의 타단까지 증가할 수 있다. One end of the detection channel is coupled to the injection unit, the other end of the detection channel is coupled to the electrode part, and the width of the detection channel may increase from one end of the detection channel to the other end of the detection channel. there is.
상기 미생물 복합체는 자성 입자에 작용하는 자력(magnetic force)에 의해 상기 검출 채널의 일 측면을 따라 이동할 수 있다. The microbial complex may move along one side of the detection channel by magnetic force acting on the magnetic particles.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 미생물 입자와 결합된 라텍스 입자에 대응하는 유전영동 힘을 이용하여 미생물 입자를 검출함으로써, 배양 과정이 요구되지 않아 검출 시간이 빠르며, 농축을 통해 미생물 샘플의 농도를 증가시킴으로써 정확한 측정이 가능할 수 있다. 또한 본 발명은 미생물 검출소자를 구동하기 위하여 필요한 시스템과 관련된 기술로 샘플의 농축, 분리를 포함하는 전처리 소자를 이용함으로써 신속하고 정확한 다종 미생물 검출이 가능하다는 특징이 있다. According to one embodiment of the present invention, by detecting microbial particles using the dielectrophoretic force corresponding to the latex particles bound to the microbial particles, the detection time is fast because a culturing process is not required, and the concentration of the microbial sample is increased through concentration. By increasing it, accurate measurement may be possible. In addition, the present invention is a technology related to the system required to drive the microorganism detection device, and has the feature of enabling rapid and accurate detection of multiple species of microorganisms by using a preprocessing device that includes concentration and separation of samples.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 미생물 입자의 합성 방법에 따라 미생물 균종에 상관없이 미생물 수를 검출할 수 있다. Additionally, according to an embodiment of the present invention, the number of microorganisms can be detected regardless of the microbial species according to the method of synthesizing microbial particles.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and potential effects expected by the technical features of the present invention can be clearly understood from the description below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 검출 시스템를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 탐지부를 도시한 도면이다.
도 3A는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물과 자성 입자의 합성 방법을 도시한 도면이고, 도 3B는 본 발명의 일 실시예에 따른 다종 미생물 CM 인자 그래프를 도시한 도면이다.
도 4A는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물과 라텍스 입자의 합성 방법을 도시한 도면이고, 도 4B는 본 발명의 일 실시예에 따른 라텍스 입자의 CM 인자 그래프를 도시한 도면이다.
도 5A 내지 5C는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 입자의 결합을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 농축부를 통한 미생물 입자의 농축을 도시한 도면이다.
도 7A 및 7B는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부를 통한 미생물 입자의 검출을 도시한 도면이다.
도 8A는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물의 CM 인자 그래프를 도시한 도면이고, 도 8B는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부의 미생물 포획에 따른 전기적 신호변화 그래프를 도시한 도면이다.
도 9A 및 9B는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부를 통한 다종 미생물 입자의 검출을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유채 채널내 입자의 거동 및 유전영동 힘을 도시한 도면이다.
도 11는 본 발명의 샘플 수용부 및 유체 수용부에서의 샘플 용액 및 쉬스 유체의 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a microorganism detection system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing a microorganism detection unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a diagram showing a method of synthesizing microorganisms and magnetic particles according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a diagram showing a graph of CM factors of multiple species of microorganisms according to an embodiment of the present invention.
Figure 4A is a diagram showing a method for synthesizing microorganisms and latex particles according to an embodiment of the present invention, and Figure 4B is a diagram showing a CM factor graph of latex particles according to an embodiment of the present invention.
Figures 5A to 5C are diagrams showing the binding of microbial particles according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing the concentration of microbial particles through an enrichment unit according to an embodiment of the present invention.
Figures 7A and 7B are diagrams showing detection of microbial particles through a detection unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8A is a diagram showing a graph of the CM factor of microorganisms according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a diagram showing a graph of electrical signal changes according to capture of microorganisms in an electrode unit according to an embodiment of the present invention.
Figures 9A and 9B are diagrams showing the detection of multiple species of microbial particles through a detection unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a diagram showing the behavior and dielectrophoretic force of particles in a rapeseed channel according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is a diagram schematically showing the flow of sample solution and sheath fluid in the sample receiving unit and fluid receiving unit of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. Since the present invention can be subject to various changes and can have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.The various features of the invention disclosed in the claims may be better understood by consideration of the drawings and detailed description. The apparatus, method, manufacturing method, and various embodiments disclosed in the specification are provided for illustrative purposes. The disclosed structural and functional features are intended to enable those skilled in the art to specifically implement various embodiments, and are not intended to limit the scope of the invention. The disclosed terms and sentences are intended to easily explain various features of the disclosed invention and are not intended to limit the scope of the invention.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 검출 시스템을 설명한다.Hereinafter, a microorganism detection system according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 검출 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a microorganism detection system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 미생물 검출 시스템은 미생물 탐지부(100), 공압 펌프(200), 공압 조절기(300), 샘플 수용부(400), 쉬스 유체 수용부(500), 폐수통(600) 및 제어부(700)를 포함할 수 있다. Referring to Figure 1, the microorganism detection system includes a microorganism detection unit 100, a pneumatic pump 200, a pneumatic regulator 300, a sample receiving unit 400, a sheath fluid receiving unit 500, a waste water tank 600, and It may include a control unit 700.
본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 검출 시스템은 상기 구성 요소가 배치될 수 있는 케이스를 더 포함할 수 있고, 검출된 미생물의 종류 및 농도 중 적어도 하나에 대한 정보를 시각적 및/또는 청각적으로 표시할 수 있는 출력부를 더 구비할 수 있다. 이러한 출력부는 스피커, 디스플레이장치 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 디스플레이장치는 액정 디스플레이(liquid crystal display: LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistorliquid crystal display: TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode: OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 또는 전자잉크 디스플레이(e-ink display)를 포함할 수 있으며, 상기 출력부는 제어부(700)로부터 정보를 수신하여 표시할 수 있다. The microorganism detection system according to an embodiment of the present invention may further include a case in which the above components can be placed, and visually and/or audibly display information about at least one of the type and concentration of the detected microorganism. There may be an additional output unit that can do this. This output unit may be comprised of a speaker, a display device, or a combination thereof. Display devices include liquid crystal display (LCD), thin film transistor liquid crystal display (TFT LCD), organic light-emitting diode (OLED), flexible display, and 3D. It may include a 3D display or an electronic ink display, and the output unit can receive information from the control unit 700 and display it.
도 2를 참고하면, 본 발명의 미생물 탐지부(100)는 농축부(110) 및 검출부(120)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the microorganism detection unit 100 of the present invention may include an enrichment unit 110 and a detection unit 120.
농축부(110)는 라텍스 입자와 결합된 미생물 입자를 농축하고, 농축된 미생물 입자를 검출부(120)로 전달할 수 있다. 일 실시예에서, 미생물 입자는 라텍스 입자뿐만 아니라, 자성 입자가 더 결합될 수 있다. The enrichment unit 110 may concentrate the microbial particles combined with the latex particles and deliver the concentrated microbial particles to the detection unit 120. In one embodiment, the microbial particles may further combine not only latex particles but also magnetic particles.
일 실시예에서, 농축부(110)는 제1주입부(111), 제2주입부(112), 농축 채널(113), 제1배출부(114), 제2배출부(115) 및 자성 부재(116)를 포함할 수 있다. In one embodiment, the enrichment unit 110 includes a first injection unit 111, a second injection unit 112, a concentration channel 113, a first discharge unit 114, a second discharge unit 115, and a magnetic It may include member 116.
제1주입부(111)는 라텍스 입자 및 자성 입자와 결합된 미생물 입자와 샘플 용액을 포함하는 미생물 샘플을 주입할 수 있으며, 상기 제1주입부(111)는 샘플 수용부(400)의 배출 튜브와 연결된다. The first injection unit 111 can inject a microbial sample containing microbial particles combined with latex particles and magnetic particles and a sample solution, and the first injection unit 111 is connected to the discharge tube of the sample receiving unit 400. is connected to
제2주입부(112)는 쉬스 용액(sheath fluid)을 주입할 수 있으며, 상기 제2주입부(112)는 쉬스 유체 수용부(500)의 배출 튜브와 연결된다.The second injection part 112 can inject a sheath fluid, and the second injection part 112 is connected to the discharge tube of the sheath fluid receiving part 500.
농축 채널(113)은 자성 입자에 의해 미생물 입자를 쉬스 용액으로 이동시킬 수 있다.The concentration channel 113 can move microbial particles into the sheath solution by magnetic particles.
제1배출부(114)는 라텍스 입자 및 자성 입자와 결합된 미생물 복합체를 포함하는 쉬스 용액을 검출부(120)로 전달할 수 있다. 제2배출부(115)는 미생물을 제외한 샘플 용액을 미생물 탐지부(100)의 하단에 위치하는 폐수통(600)으로 배출할 수 있다. The first discharge unit 114 may deliver a sheath solution containing a microbial complex combined with latex particles and magnetic particles to the detection unit 120. The second discharge unit 115 may discharge the sample solution excluding microorganisms into the waste water tank 600 located at the bottom of the microorganism detection unit 100.
자성 부재(116)는 미생물 입자와 결합된 자성 입자에 자력(magnetic force)을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 라텍스 입자 및 자성 입자와 결합된 미생물 복합체는 자성 입자에 작용하는 자력에 의해 농축 채널(113)의 일 측면을 따라 이동할 수 있다. The magnetic member 116 may generate magnetic force on the magnetic particles combined with the microbial particles. Accordingly, the microbial complex combined with the latex particles and the magnetic particles can move along one side of the concentration channel 113 by the magnetic force acting on the magnetic particles.
검출부(120)는 농축부(110)로부터 전달된 미생물 복합체의 라텍스 입자에 대응하는 유전영동 힘(dielectrophoresis force, DEP force)을 이용하여 미생물 복합체를 검출할 수 있다. The detection unit 120 may detect the microbial complex using a dielectrophoresis force (DEP force) corresponding to the latex particles of the microbial complex delivered from the enrichment unit 110.
일 실시예에서, 검출부(120)는 주입부(121), 검출 채널(122), 전극부(123) 및 배출부(124)를 포함할 수 있다. In one embodiment, the detection unit 120 may include an injection unit 121, a detection channel 122, an electrode unit 123, and a discharge unit 124.
주입부(121)는 농축부(110)로부터 전달된 라텍스 입자와 결합된 미생물 입자를 포함하는 쉬스 용액을 주입할 수 있다. The injection unit 121 may inject a sheath solution containing microbial particles combined with the latex particles delivered from the enrichment unit 110.
검출 채널(122)은 쉬스 용액에 포함된 라텍스 입자 및 자성 입자와 결합된 미생물 복합체를 이동시킬 수 있다. 검출 채널(122)의 일단은 주입부(121)와 결합되고, 검출 채널(122)의 타단은 전극부(123)와 결합될 수 있다. 이 경우, 검출 채널(122)의 너비(width)는 검출 채널(122)의 일단에서부터 타단까지 증가할 수 있다. The detection channel 122 can move microbial complexes combined with latex particles and magnetic particles contained in the sheath solution. One end of the detection channel 122 may be coupled to the injection unit 121, and the other end of the detection channel 122 may be coupled to the electrode unit 123. In this case, the width of the detection channel 122 may increase from one end of the detection channel 122 to the other end.
일 실시예에서, 미생물 입자는 라텍스 입자 및 자성 입자와 결합되고, 자성 부재(116)를 통해 자성 입자에 작용하는 자력에 의해 검출 채널(122)의 일 측면을 따라 이동할 수 있다. In one embodiment, the microbial particles are combined with the latex particles and the magnetic particles and can move along one side of the detection channel 122 by magnetic force acting on the magnetic particles through the magnetic member 116.
전극부(123)는 교류(alternating current, AC) 신호가 인가되고, 교류 신호의 주파수에 따라 라텍스 입자에 대응하는 유전영동 힘을 형성시킴으로써 미생물 복합체를 포획할 수 있다. The electrode unit 123 can capture microbial complexes by applying an alternating current (AC) signal and forming a dielectrophoretic force corresponding to the latex particles according to the frequency of the AC signal.
일 실시예에서, 전극부(123)는 전극 및 측정 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 미생물 검출을 위한 전극은 1개 이상으로 제작될 수 있다. In one embodiment, the electrode unit 123 may include at least one of an electrode and a measurement sensor. One or more electrodes for detecting microorganisms can be manufactured.
배출부(124)는 포획된 미생물 복합체를 제외한 나머지 물질을 미생물 탐지부(100)의 하단에 위치하는 폐수통(600)으로 배출할 수 있다. The discharge unit 124 may discharge the remaining substances, excluding the captured microbial complex, into the waste water tank 600 located at the bottom of the microorganism detection unit 100.
도 3A는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 입자와 미생물의 합성 방법을 도시한 도면이다. 도 3B는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 입자가 결합된 미생물의 CM 인자 그래프를 도시한 도면이다.Figure 3A is a diagram illustrating a method for synthesizing magnetic particles and microorganisms according to an embodiment of the present invention. Figure 3B is a diagram showing a CM factor graph of microorganisms bound with magnetic particles according to an embodiment of the present invention.
도 3A를 참고하면, S201 단계는, 자성 입자(magnetic particle, MP)와 단백질 입자(예: PA(protein A))를 화학적 결합(chemical binding)하는 단계이다. S203 단계는, 단백질 입자가 결합된 자성 입자(MP-PA)와 항체(antibody, Ab)를 리간드 결합(ligand binding)하는 단계이다. S205 단계는, 단백질 입자 및 항체가 결합된 자성 입자(MP-PA-Ab)를 미생물 입자와 결합하는 단계이다. Referring to FIG. 3A, step S201 is a step of chemical binding between a magnetic particle (MP) and a protein particle (eg, protein A (PA)). Step S203 is a step of ligand binding between a magnetic particle (MP-PA) bound to a protein particle and an antibody (Ab). Step S205 is a step of combining magnetic particles (MP-PA-Ab) combined with protein particles and antibodies with microbial particles.
이 경우, 도 3B를 참고하면, 라텍스 입자가 결합되지 않고 자성 입자가 결합된 미생물 입자는 유사한 CM 인자(Clausius-Mossotti factor)를 나타내어 주파수 조건을 이용하여 미생물 균종에 따른 분리 검출이 어려움을 확인할 수 있다. In this case, referring to Figure 3B, the microbial particles to which the latex particles are not bound but to which the magnetic particles are bound exhibit a similar CM factor (Clausius-Mossotti factor), confirming the difficulty in separation and detection according to microbial species using frequency conditions. there is.
도 4A는 본 발명의 일 실시예에 따른 라텍스 입자와 미생물의 합성 방법을 도시한 도면이다. 도 4B는 본 발명의 일 실시예에 따른 라텍스 입자가 결합된 미생물의 CM 인자 그래프를 도시한 도면이다.Figure 4A is a diagram showing a method for synthesizing latex particles and microorganisms according to an embodiment of the present invention. Figure 4B is a diagram showing a CM factor graph of microorganisms bound to latex particles according to an embodiment of the present invention.
도 4A를 참고하면, S301 단계는, 라텍스 입자(Latex particle, LP)와 단백질 입자(예: PA(protein A))를 화학적 결합하는 단계이다. S303 단계는, 단백질 입자가 결합된 라텍스 입자(LP-PA)와 항체(Ab)를 리간드 결합하는 단계이다. S305 단계는, 단백질 입자 및 항체가 결합된 라텍스 입자(LP-PA-Ab)를 미생물 입자와 결합하는 단계이다. Referring to FIG. 4A, step S301 is a step of chemically bonding latex particles (LP) and protein particles (eg, protein A (PA)). Step S303 is a step of binding a latex particle (LP-PA) to which protein particles are bound and an antibody (Ab). Step S305 is a step of combining protein particles and antibody-bound latex particles (LP-PA-Ab) with microbial particles.
도 4B를 참고하면, 라텍스 입자의 합성 시 미생물 입자의 균종에 따라 서로 다른 CM 인자를 나타내며, 이에 따라, 주파수 조건을 이용하여 각 전극부(123)에 서로 다른 균종의 미생물 입자를 포획할 수 있다. 또한, 각 전극부(123)의 신호 분석을 통해 미생물 입자의 균종에 따른 농도를 검출할 수 있다. Referring to Figure 4B, when synthesizing latex particles, different CM factors are shown depending on the species of microbial particle, and accordingly, microbial particles of different species can be captured in each electrode unit 123 using the frequency condition. . In addition, the concentration of microbial particles according to the species can be detected through signal analysis of each electrode unit 123.
도 5A 내지 5C는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 입자의 결합을 도시한 도면이다. Figures 5A to 5C are diagrams showing the binding of microbial particles according to an embodiment of the present invention.
도 5A를 참고하면, 자성 입자(805)(M)와 독립적으로 라텍스 입자(803)(L1)를 미생물 입자(801)과 합성할 수 있다. Referring to FIG. 5A, latex particles 803 (L 1 ) can be synthesized with microbial particles 801 independently of the magnetic particles 805 (M).
도 5B를 참고하면, 자성 입자(805)(M)의 외부에 라텍스 입자(803)(L1)(예: 폴리머 물질)을 합성한 입자를 미생물 입자(801)과 합성할 수 있다. 도 4c를 참고하면, 자성 입자(805)(M)의 내부에 라텍스 입자(803)(L1)을 합성한 입자를 미생물 입자(801)과 합성할 수 있다. Referring to FIG. 5B, particles obtained by synthesizing latex particles 803 (L 1 ) (e.g., polymer material) on the outside of the magnetic particles 805 (M) can be synthesized with microbial particles 801. Referring to FIG. 4C, particles obtained by synthesizing latex particles 803 (L 1 ) inside the magnetic particles 805 (M) can be synthesized with microbial particles 801.
일 실시예에서, 라텍스 입자는 미생물 종류에 따라 여러 종류(L1, L2, ..., Ln)가 사용될 수 있다. 이에 따라, 라텍스 입자(803)(L1)의 특성을 활용하여 미생물 입자(801)을 각 전극부(123)에 포획하고 검출할 수 있다. In one embodiment, several types (L 1 , L 2 , ..., L n ) of latex particles may be used depending on the type of microorganism. Accordingly, the microbial particles 801 can be captured and detected in each electrode unit 123 by utilizing the characteristics of the latex particles 803 (L 1 ).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 농축부(110)를 통한 미생물 입자의 농축을 도시한 도면이다.Figure 6 is a diagram showing the concentration of microbial particles through the enrichment unit 110 according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참고하면, 농축부(110)의 자석 부재(116)의 둘레에 농축 채널(113)이 3차원 형상으로 감아져 형성될 수 있다. 이 경우, 자성 부재(116)는 제1주입부(111)를 통해 주입된 미생물 입자와 결합된 자성 입자에 자력(magnetic force)을 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 라텍스 입자 및 자성 입자와 결합된 미생물 복합체는 자성 입자에 작용하는 자력에 의해 농축 채널(113)의 일 측면을 따라 이동할 수 있다. Referring to FIG. 6, the enrichment channel 113 may be formed by being wound around the magnet member 116 of the enrichment unit 110 in a three-dimensional shape. In this case, the magnetic member 116 may generate magnetic force on the magnetic particles combined with the microbial particles injected through the first injection unit 111. Accordingly, the microbial complex combined with the latex particles and the magnetic particles can move along one side of the concentration channel 113 by the magnetic force acting on the magnetic particles.
또한, 농축 채널(113)의 일 측면을 따라 이동하는 미생물 복합체는 제2주입부(112)를 통해 주입된 쉬스 용액에 의하여 이동할 수 있다. 이 경우, 검출부(120)의 전극부(123)에 포획된 미생물 입자에 의한 신호 변화를 측정하기 위해서는 용액의 전기 전도도가 일정하게 유지되어야 하기 때문에, 이를 위해, 쉬스 용액을 이용하여 용액의 전기 전도도를 일정하게 유지함으로써 미생물 입자의 포획 및 검출 환경을 제공할 수 있다. Additionally, the microbial complex moving along one side of the concentration channel 113 may be moved by the sheath solution injected through the second injection unit 112. In this case, in order to measure the signal change caused by the microbial particles captured in the electrode unit 123 of the detection unit 120, the electrical conductivity of the solution must be maintained constant. For this purpose, the sheath solution is used to determine the electrical conductivity of the solution. By maintaining constant, an environment for capturing and detecting microbial particles can be provided.
이후, 제1배출부(114)는 라텍스 입자 및 자성 입자와 결합된 미생물 복합체를 포함하는 쉬스 용액을 검출부(120)로 전달할 수 있다. 제2배출부(115)는 샘플 용액을 외부로 배출할 수 있다. Thereafter, the first discharge unit 114 may deliver the sheath solution containing the microbial complex combined with latex particles and magnetic particles to the detection unit 120. The second discharge unit 115 may discharge the sample solution to the outside.
이 경우, 미생물을 포함하지 않는 대부분의 샘플 유체가 제2배출부(114)로 흘러감으로 유체의 유속을 상당히 감소시킬 수 있다. 이는, 유체의 항력(drag force)을 낮추어 라텍스 입자 및 자성 입자와 결합된 미생물 복합체가 유전영동 힘에 의해 전극부(123)에 포획될 수 있는 환경을 제공할 수 있다. In this case, most of the sample fluid that does not contain microorganisms flows to the second discharge portion 114, thereby significantly reducing the flow rate of the fluid. This can lower the drag force of the fluid and provide an environment in which microbial complexes combined with latex particles and magnetic particles can be captured in the electrode unit 123 by dielectrophoretic force.
일 실시예에서, 농축부(110)는 폴리에틸렌 튜브(polyethylene tube)와 소프트 리소그래피(soft-lithography)를 이용한 PDMS(polydimethylsiloxane) 채널로 제조될 수 있다. In one embodiment, the concentrator 110 may be manufactured with a polyethylene tube and a polydimethylsiloxane (PDMS) channel using soft-lithography.
도 7A 및 7B는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부를 통한 미생물 입자의 검출을 도시한 도면이다. 도 8A는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부에 의한 미생물의 CM인자 그래프를 도시한 도면이다. 도 8B는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부에 의한 전기적 신호변화 그래프를 도시한 도면이다.Figures 7A and 7B are diagrams showing detection of microbial particles through a detection unit according to an embodiment of the present invention. Figure 8A is a diagram showing a graph of the CM factor of microorganisms by the electrode unit according to an embodiment of the present invention. Figure 8B is a diagram showing a graph of electrical signal change due to an electrode unit according to an embodiment of the present invention.
도 7A 및 7B를 참고하면, 주입부(121)를 통해 라텍스 입자 및 자성 입자와 결합된 미생물이 주입되고, 자성 부재(116)를 통해 자성 입자에 작용하는 자력에 의해 미생물은 검출 채널(122)의 일 측면을 따라 이동할 수 있다. Referring to FIGS. 7A and 7B, microorganisms combined with latex particles and magnetic particles are injected through the injection portion 121, and the microorganisms are detected by the magnetic force acting on the magnetic particles through the magnetic member 116 through the detection channel 122. It can move along one side of .
또한, 전극부(123)는 교류(AC) 신호가 인가되고, 교류 신호의 주파수에 따라 라텍스 입자에 대응하는 유전영동 힘을 형성시킴으로써 미생물 복합체를 포획할 수 있다. In addition, the electrode unit 123 can capture microbial complexes by applying an alternating current (AC) signal and forming a dielectrophoretic force corresponding to the latex particles according to the frequency of the AC signal.
도 8A를 참고하면, 미생물은 주파수에 따른 CM 인자를 나타내며 포지티브 유전영동힘(positive DEP force, pDEP force)을 나타내는 영역의 주파수 조건을 이용하여 전극부에 미생물을 포획할 수 있다. 마찬가지로 미생물과 결합된 라텍스 입자에 대응한 유전영동힘을 이용하여 미생물을 전극부(123)에 포획 및 검출할 수 있다. 이때 미생물과 결합된 라텍스 입자의 특성에 따라 포지티브 유전영동힘(positive DEP force, pDEP force)을 나타내는 주파수 조건이 다르며 라텍스입자에 대응하는 주파수 조건을 이용하여 다종의 미생물을 전극부에 포획 및 검출할 수 있다. Referring to FIG. 8A, microorganisms exhibit a CM factor depending on frequency, and microorganisms can be captured in the electrode unit using the frequency condition of the region showing positive dielectrophoretic force (positive DEP force, pDEP force). Likewise, microorganisms can be captured and detected in the electrode unit 123 using the dielectrophoresis force corresponding to the latex particles combined with the microorganisms. At this time, the frequency conditions representing positive dielectrophoretic force (positive DEP force, pDEP force) are different depending on the characteristics of the latex particles combined with the microorganisms, and various types of microorganisms can be captured and detected in the electrode unit using the frequency conditions corresponding to the latex particles. You can.
도 8B를 참고하면, 미생물 입자는 용액보다 높은 어드미턴스(admittance)를 가지고 있어 미생물 입자가 전극부(123)에 포획됨으로써 두 전극 사이의 전류가 증가할 수 있다. 이러한 미생물 입자의 포획에 따른 신호 변화를 이용하여 미생물 입자의 농도를 검출할 수 있다. Referring to FIG. 8B, the microbial particles have a higher admittance than the solution, so the microbial particles are captured in the electrode unit 123, thereby increasing the current between the two electrodes. The concentration of microbial particles can be detected using the signal change resulting from capture of these microbial particles.
도 9A 및 9B는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부를 통한 다종 미생물 입자의 검출을 도시한 도면이다. Figures 9A and 9B are diagrams showing the detection of multiple species of microbial particles through a detection unit according to an embodiment of the present invention.
도 9A 및 9B를 참고하면, 검출 채널(122)의 일단은 주입부(121)와 결합되고, 검출 채널(122)의 타단은 전극부(123)와 결합될 수 있다. 이 경우, 검출 채널(122)의 너비(width)는 검출 채널(122)의 일단에서부터 타단까지 증가할 수 있다. Referring to FIGS. 9A and 9B, one end of the detection channel 122 may be coupled to the injection unit 121, and the other end of the detection channel 122 may be coupled to the electrode unit 123. In this case, the width of the detection channel 122 may increase from one end of the detection channel 122 to the other end.
이와 같이, 검출 채널(122)의 너비는 점차 넓어지는 구조로 설계되어 검출 채널(122)을 통해 이동하는 유체 속도가 점차 감소할 수 있다. 유체속도 감소를 통해 미생물의 작용하는 항력을 감소시킴으로써 유전영동 힘을 이용한 미생물의 포획 효율을 향상시켜줄 수 있다.In this way, the width of the detection channel 122 is designed to gradually widen, so that the speed of fluid moving through the detection channel 122 can gradually decrease. By reducing the drag force acting on microorganisms by reducing the fluid speed, the capture efficiency of microorganisms using dielectrophoretic force can be improved.
일 실시예에서, 전극부는 적어도 하나로 제작될 수 있으며, 전극부가 도 9A 및 9B와 같이 다수의 전극부(123-1 내지 123-3)로 제작되는 경우, 각 전극부에 서로 다른 미생물 입자를 포획함으로써 다양한 미생물 입자를 종류별로 검출할 수 있다. In one embodiment, at least one electrode part may be manufactured, and when the electrode part is manufactured as a plurality of electrode parts 123-1 to 123-3 as shown in FIGS. 9A and 9B, different microbial particles are captured in each electrode part. By doing this, various types of microbial particles can be detected.
구체적으로, 각 미생물 입자에 서로 다른 DEP 특성을 나타내는 라텍스 입자를 결합시킴으로써, 각 라텍스 입자의 유전영동 힘 발생에 대응하는 주파수 조건을 이용하여 각 전극부(123-1 내지 123-3) 별로 서로 다른 종류의 미생물 입자를 포획하고, 신호 세기 변화를 측정할 수 있다. Specifically, by combining latex particles exhibiting different DEP characteristics with each microbial particle, different It is possible to capture various types of microbial particles and measure changes in signal intensity.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전영동 힘을 도시한 도면이다. Figure 10 is a diagram showing dielectrophoretic force according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참고하면, 미생물 입자는 라텍스 입자 및 자성 입자와 결합되고, 자성 부재(116)를 통해 자성 입자에 작용하는 자력에 의해 검출 채널(122)의 일 측면을 따라 이동할 수 있다. Referring to FIG. 10, microbial particles are combined with latex particles and magnetic particles and can move along one side of the detection channel 122 by magnetic force acting on the magnetic particles through the magnetic member 116.
이 경우, 예를 들어, 미생물 입자와 결합된 자성 입자에 작용하는 자력은 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다. In this case, for example, the magnetic force acting on the magnetic particles combined with the microbial particles can be expressed as Equation 1 below.
여기서, 는 자력, 는 매질 투자율(medium permeability), 는 CM 인자, 는 입자 투자율(particles permeability), 는 입자 반경(particles radius), 는 자기장(magnetic field), 는 위치 벡터(position vector)를 나타낸다. here, is magnetic force, is the medium permeability, is the CM factor, is the particles permeability, is the particle radius, is a magnetic field, represents a position vector.
검출 채널(122)의 너비는 점차 넓어지는 구조로 설계되어 검출 채널(122)을 통해 이동하는 유체 속도가 점차 감소할 수 있다. The width of the detection channel 122 is designed to gradually widen, so that the speed of fluid moving through the detection channel 122 can gradually decrease.
이 경우, 유속 감소를 위한 검출 채널(122)에서, 미생물 입자에 작용하는 힘은 항력과 유전영동 힘을 포함할 수 있다. 여기서, 항력은 유속에 비례하여 증가하며, 항력이 높은 경우, 유전영동 힘에 의하여 미생물 입자가 포획되지 못하고 유체를 따라 흘러갈 수 있다. In this case, in the detection channel 122 for reducing the flow rate, the forces acting on the microbial particles may include drag and dielectrophoretic forces. Here, the drag increases in proportion to the flow rate, and when the drag is high, microbial particles may not be captured by the dielectrophoretic force and may flow along the fluid.
따라서, 유전영동 힘을 이용하여 미생물 입자를 포획하기 위하여 항력 감소가 필요할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 검출 채널(122)은 해당 채널의 너비를 점차 증가시켜 유체 속도를 감소시키고 이를 통해 항력을 감소시킬 수 있다. Therefore, drag reduction may be necessary to capture microbial particles using dielectrophoretic forces. In this case, the detection channel 122 according to the present invention can gradually increase the width of the channel to reduce fluid velocity and thereby reduce drag.
예를 들어, 검출 채널(122)의 너비 구조에 따른 항력과 유전영동 힘 각각은 하기 <수학식 2>와 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다. For example, the drag force and dielectrophoretic force depending on the width structure of the detection channel 122 can be expressed as Equation 2 and Equation 3 below, respectively.
여기서, 는 항력, 는 매질의 점도(viscosity of medium), 는 입자 반경(particles radius), 는 유체 플로우의 속도(velocity of fluid flow)를 나타낸다. here, is the drag force, is the viscosity of the medium, is the particle radius, represents the velocity of fluid flow.
여기서, 는 유전영동 힘, 는 매질의 유전율(permittivity of medium), 는 입자들의 반경(radius of the particles), 는 CM 인자, 는 전기장(electric field)을 나타낸다. here, is the dielectrophoresis force, is the permittivity of the medium, is the radius of the particles, is the CM factor, represents the electric field.
본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 검출 시스템은 공압펌프(200) 및 공압 조절기(300)을 더 포함하고, 공압펌프(200)에 의하여 샘풀 용액 및 쉬스(sheath) 유체가 미생물 탐지부(100)로 주입되며, 공압 조절기(300)를 이용하여 정밀한 유량 조절이 가능하다. The microorganism detection system according to an embodiment of the present invention further includes a pneumatic pump 200 and a pneumatic pressure regulator 300, and the sample solution and sheath fluid are transmitted to the microorganism detection unit 100 by the pneumatic pump 200. It is injected, and precise flow rate control is possible using the pneumatic regulator (300).
상기 공압펌프(200)는 제어부(700)의 하단에 위치하는 소형의 공압펌프로, 공기압력을 발생시켜 샘플 수용부(400) 및 쉬스 유체 수용부(500)에 공기를 주입하여 샘플 용액 및 쉬스 유체(sheath fluid)를 상기 미생물 탐지부(100)로 전달할 수 있다. The pneumatic pump 200 is a small pneumatic pump located at the bottom of the control unit 700. It generates air pressure and injects air into the sample receiving part 400 and the sheath fluid receiving part 500 to produce sample solution and sheath fluid. Sheath fluid may be delivered to the microorganism detection unit 100.
즉, 공압 조절기(300)는 상기 공압펌프(200)에서 발생된 공기의 흐름을 제어하는 장치로, 샘플 수용부(400) 및 쉬스 유체 수용부(500)에 주입되는 공기의 양을 조절하여 상기 미생물 탐지부(100)로 주입되는 샘플 용액 및 쉬스 유체의 양을 정밀하게 제어할 수 있다. 구체적으로 상기 공압 조절기(300)는 상기 제어부(700)에서 발생되는 전압을 이용하여 상기 공압펌프(200)에서 발생되는 압력을 정밀하게 제어할 수 있다.That is, the pneumatic regulator 300 is a device that controls the flow of air generated by the pneumatic pump 200, and controls the amount of air injected into the sample receiving portion 400 and the sheath fluid receiving portion 500 to The amount of sample solution and sheath fluid injected into the microorganism detection unit 100 can be precisely controlled. Specifically, the pneumatic regulator 300 can precisely control the pressure generated by the pneumatic pump 200 using the voltage generated by the control unit 700.
도 11은 본 발명의 샘플 수용부 및 유체 수용부에서의 샘플 용액 및 쉬스 유체의 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다. Figure 11 is a diagram schematically showing the flow of sample solution and sheath fluid in the sample receiving unit and fluid receiving unit of the present invention.
상기 샘플 수용부 및 쉬스 유체 수용부는 공압 펌프로부터 발생된 공기 압력을 주입하기 위한 공기 주입 튜브 및 상기 수용부에 수용된 용액 및 쉬스 유체를 배출하기 위한 배출 튜브를 포함할 수 있다. 따라서 상기 공기 주입 튜브는 각각 공압펌프(200) 또는 공압 조절기(300)와 연결되고, 상기 배출 튜브는 각각 미생물 탐지부(100)의 제1주입부(111) 및 제2주입부(112)와 연결되며, 각각의 튜브는 기타 유체의 흐름이 발생하지 않도록 밀폐되어 있다. The sample accommodating part and the sheath fluid accommodating part may include an air injection tube for injecting air pressure generated from a pneumatic pump and a discharge tube for discharging the solution and sheath fluid contained in the accommodating part. Therefore, the air injection tube is connected to the pneumatic pump 200 or the pneumatic regulator 300, and the discharge tube is connected to the first injection unit 111 and the second injection unit 112 of the microorganism detection unit 100, respectively. They are connected, and each tube is sealed to prevent the flow of other fluids.
상기 공기 주입 튜브의 일단부는 용액면 및 유체면 상에 위치하고, 상기 배출 튜브의 일단부는 용액면 및 유체면 아래에 위치할 수 있다. One end of the air injection tube may be located on the solution surface and the fluid surface, and one end of the discharge tube may be located below the solution surface and the fluid surface.
따라서 공압 조절기(300)에 의하여 샘플 수용부 및 쉬스 유체 수용부로 공기가 일정한 압력으로 주입되면, 상기 수용부에 주입된 공기에 의하여 밀페된 용기내 압력이 증가하게 된다. 이러한 증가된 압력에 의하여 수용부에 수용된 용액 및 쉬스 유체가 튜브를 따라 상기 미생물 탐지부(100)로 이동할 수 있다. Therefore, when air is injected at a constant pressure into the sample receiving part and the sheath fluid receiving part by the pneumatic regulator 300, the pressure inside the sealed container increases due to the air injected into the receiving part. Due to this increased pressure, the solution and sheath fluid contained in the receiving portion may move to the microorganism detection portion 100 along the tube.
제어부(700)는 미생물 탐지부(100)의 전극부(123)에 의해 포획된 미생물 입자에 의한 전극부(123)의 전류값을 이용하여 미생물의 종류 및 농도 중 적어도 하나를 산출할 수 있다. The control unit 700 may calculate at least one of the type and concentration of microorganisms using the current value of the electrode unit 123 due to the microbial particles captured by the electrode unit 123 of the microorganism detection unit 100.
일 실시예에서, 제어부(700)는 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 제어부(700)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미생물 검출 시스템(100)의 동작을 제어할 수 있다. In one embodiment, the control unit 700 may include at least one processor or microprocessor, or may be part of a processor. The control unit 700 may control the operation of the microorganism detection system 100 according to various embodiments of the present invention.
제어부(700)는 신호발생기와 Lock-in 증폭기(Lock in amplifier)를 포함하고 있으며, 유전영동 힘을 통해 미생물 거동을 제어하고 센서로부터 발생하는 전기적 신호를 검출하며, 농도에 따른 검정곡선(calibration curve)과 검출된 전기적 신호를 이용하여 샘플 내 미생물 농도를 측정하고 이를 디스플레이에 표시할 수 있다. The control unit 700 includes a signal generator and a lock-in amplifier, controls microbial behavior through dielectrophoresis force, detects electrical signals generated from the sensor, and produces a calibration curve according to concentration. ) and the detected electrical signal can be used to measure the concentration of microorganisms in the sample and display it on the display.
상기 제어부(700)는 미생물 검출 시스템의 각 구성요소에 필요한 전력을 공급할 수 있고, DC 신호 발생기 및 AC 신호 발생기를 포함할 수 있다. The control unit 700 may supply power required for each component of the microorganism detection system and may include a DC signal generator and an AC signal generator.
상기 DC 신호 발생기는 DC 전압을 공압 조절기(300)에 인가하여 유량 조건을 정밀하게 제어하고, 상기 AC 신호 발생기는 AC 신호를 미생물 탐지부(100)의 전극부(123)에 인가하여 유전영동 힘을 이용하여 미생물을 포획할 수 있다. The DC signal generator applies DC voltage to the pneumatic regulator 300 to precisely control flow conditions, and the AC signal generator applies the AC signal to the electrode unit 123 of the microorganism detection unit 100 to apply dielectrophoretic force. You can capture microorganisms using .
측정이 끝난 용액은 미생물 탐지부(100)와 연결된 튜브를 통해 폐수통(600)으로 배출된다. 즉 농축부(110)의 제2배출부(115)는 미생물을 제외한 샘플 용액을 미생물 탐지부(100)의 하단에 위치하는 폐수통(600)으로 배출할 수 있다. The measured solution is discharged into the waste water tank 600 through a tube connected to the microorganism detection unit 100. That is, the second discharge unit 115 of the concentrating unit 110 may discharge the sample solution excluding microorganisms into the waste water tank 600 located at the bottom of the microorganism detection unit 100.
또한 검출부(120)의 배출부(124)는 포획된 미생물 복합체를 제외한 나머지 물질을 미생물 탐지부(100)의 하단에 위치하는 폐수통(600)으로 배출할 수 있다. Additionally, the discharge unit 124 of the detection unit 120 may discharge the remaining substances, excluding the captured microbial complex, into the waste water tank 600 located at the bottom of the microorganism detection unit 100.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will be able to make various changes and modifications without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Accordingly, the embodiments disclosed in this specification are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for illustrative purposes, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be understood to be included in the scope of rights of the present invention.
100: 미생물 탐지부
110: 농축부
111: 제1주입부
112: 제2주입부
113: 농축 채널
114: 제1배출부
115: 제2배출부
116: 자성 부재
120: 검출부
121: 주입부
122: 검출 채널
123: 전극부
124: 배출부
200: 공압 펌프
300: 공압 조절기
400: 샘플 수용부
410: 샘플 수용부의 공기 주입 튜브
420: 샘플 수용부의 배출 튜브
500: 쉬스 유체 수용부
510: 쉬스 유체 수용부의 공기 주입 튜브
520: 쉬스 유체 수용부의 배출 튜브
600: 폐수통
700: 제어부
801: 미생물 입자
803: 라텍스 입자
805: 자성 입자100: Microorganism detection unit
110: Enrichment unit
111: First injection unit
112: Second injection unit
113: enrichment channel
114: first discharge unit
115: second discharge unit
116: Magnetic member
120: detection unit
121: injection part
122: detection channel
123: electrode part
124: discharge unit
200: Pneumatic pump
300: Pneumatic regulator
400: Sample receiving portion
410: Air injection tube of sample receiving part
420: discharge tube of sample receiver
500: Sheath fluid receiving portion
510: Air injection tube of sheath fluid receiving portion
520: Discharge tube of sheath fluid receiving portion
600: Waste water tank
700: Control unit
801: Microbial particles
803: Latex particles
805: magnetic particles
Claims (10)
쉬스 유체를 수용하기 위한 쉬스 유체 수용부;
공기 압력을 발생시키기 위한 공압 펌프;
상기 공기 압력을 조절하기 위한 공압 조절기;
자성 입자 및 라텍스 입자가 결합된 미생물 입자를 농축하여 미생물 복합체가 형성되는 농축부; 및
상기 미생물 복합체에 대응하는 유전영동 힘을 이용하여 상기 미생물 입자를 검출하는 검출부;를 포함하는 미생물 탐지부를 포함하며,
상기 농축부는 상기 미생물 복합체를 상기 검출부로 전달하는 것이며,
상기 농축부는
샘플 수용부의 배출 튜브와 연결되고, 상기 미생물 복합체와 샘플 용액을 포함하는 미생물 샘플을 주입하는 제1주입부;
쉬스 유체 수용부의 배출 튜브와 연결되고, 쉬스 용액(sheath fluid)을 주입하는 제2주입부;
상기 미생물 복합체를 포함하는 쉬스 용액을 이동시키는 농축 채널;
상기 쉬스 용액을 상기 검출부로 전달하는 제1배출부;
상기 샘플 용액을 배출하는 제2배출부; 및
상기 자성 입자에 자력(magnetic force)을 발생시키는 자석 부재를 포함하며,
상기 미생물 복합체는 상기 자성 입자에 작용하는 자력에 의해 상기 농축 채널의 일 측면을 따라 이동하는 것이며,
상기 농축 채널은 상기 자석 부재의 둘레에 3차원 형상으로 감아져 형성되는 것인,
미생물 검출 시스템.
a sample receiving portion for accommodating a sample solution;
a sheath fluid receiving portion for receiving the sheath fluid;
a pneumatic pump to generate air pressure;
a pneumatic regulator for controlling the air pressure;
A concentration section where microbial complexes are formed by concentrating microbial particles combined with magnetic particles and latex particles; and
A microorganism detection unit comprising a detection unit that detects the microbial particles using a dielectrophoretic force corresponding to the microbial complex,
The enrichment unit delivers the microbial complex to the detection unit,
The enrichment part
A first injection unit connected to the discharge tube of the sample receiving unit and injecting a microbial sample containing the microbial complex and the sample solution;
a second injection unit connected to the discharge tube of the sheath fluid receiving unit and injecting a sheath fluid;
A concentration channel for moving the sheath solution containing the microbial complex;
a first discharge unit delivering the sheath solution to the detection unit;
a second discharge unit discharging the sample solution; and
It includes a magnetic member that generates magnetic force on the magnetic particles,
The microbial complex moves along one side of the concentration channel by magnetic force acting on the magnetic particles,
The concentration channel is formed by being wound around the magnetic member in a three-dimensional shape,
Microbial detection system.
상기 샘플 수용부 및 쉬스 유체 수용부는 공압 펌프로부터 발생된 공기 압력을 주입하기 위한 공기 주입 튜브 및 상기 수용부에 수용된 용액 및 쉬스 유체를 배출하기 위한 배출 튜브를 포함하는 미생물 검출 시스템.
According to paragraph 1,
The sample receiving portion and the sheath fluid receiving portion include an air injection tube for injecting air pressure generated from a pneumatic pump and a discharge tube for discharging the solution and sheath fluid contained in the receiving portion.
상기 공기 주입 튜브의 일단부는 용액면 및 유체면 상에 위치하고, 상기 배출 튜브의 일단부는 용액면 및 유체면 아래에 위치하는 미생물 검출 시스템.
According to paragraph 2,
A microorganism detection system wherein one end of the air injection tube is located on the solution surface and the fluid surface, and one end of the discharge tube is located below the solution surface and the fluid surface.
상기 미생물 검출 시스템은 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는
상기 공압 조절기를 조절하기 위한 DC 신호 발생기;
유전영동 힘을 형성시키기 위한 AC 신호 발생기;및
상기 검출부의 전류값을 측정하는 록인 증폭기를 포함하는 미생물 검출 시스템.
According to paragraph 1,
The microorganism detection system further includes a control unit, and the control unit
a DC signal generator for controlling the pneumatic regulator;
an AC signal generator for generating a dielectrophoretic force; and
A microorganism detection system including a lock-in amplifier that measures the current value of the detection unit.
상기 검출부는
상기 미생물 복합체를 포함하는 쉬스 용액(sheath fluid)을 주입하는 주입부;
상기 미생물 복합체를 포함하는 쉬스 용액(sheath fluid)을 이동시키는 검출 채널; 및
교류(alternating current, AC) 신호가 인가되고, 상기 교류 신호의 주파수에 따라 상기 미생물 복합체의 라텍스 입자에 대응하는 유전영동 힘을 형성시킴으로써 상기 미생물 복합체를 포획하는 전극부를 포함하는 미생물 검출 시스템.
According to paragraph 1,
The detection unit
An injection unit for injecting a sheath fluid containing the microbial complex;
a detection channel for moving a sheath fluid containing the microbial complex; and
A microorganism detection system comprising an electrode unit to which an alternating current (AC) signal is applied and to capture the microbial complex by forming a dielectrophoretic force corresponding to the latex particles of the microbial complex according to the frequency of the alternating current signal.
상기 검출 채널의 일단은 상기 주입부와 결합되고, 상기 검출 채널의 타단은 상기 전극부와 결합되며, 상기 검출 채널의 너비(width)는 상기 검출 채널의 일단에서부터 상기 검출 채널의 타단까지 증가하는 미생물 검출 시스템.
According to clause 8,
One end of the detection channel is coupled to the injection unit, the other end of the detection channel is coupled to the electrode part, and the width of the detection channel increases from one end of the detection channel to the other end of the detection channel. Detection system.
상기 미생물 복합체는 자성 입자에 작용하는 자력(magnetic force)에 의해 상기 검출 채널의 일 측면을 따라 이동하는 미생물 검출 시스템.According to clause 8,
A microbial detection system in which the microbial complex moves along one side of the detection channel by magnetic force acting on magnetic particles.
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|---|---|---|---|
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