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KR20190017572A - Device for Collection and Lysis of Microorganisms - Google Patents

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KR20190017572A
KR20190017572A KR1020170102612A KR20170102612A KR20190017572A KR 20190017572 A KR20190017572 A KR 20190017572A KR 1020170102612 A KR1020170102612 A KR 1020170102612A KR 20170102612 A KR20170102612 A KR 20170102612A KR 20190017572 A KR20190017572 A KR 20190017572A
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microorganism
collecting
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백창윤
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중앙대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 미생물 포집 및 파쇄 장치에 관한 것으로 상기 장치를 이용하면 공기 중에 부유하고 있는 미생물을 포집과 동시에 파쇄하여 핵산을 추출할 수 있으므로 부유 미생물을 검출할 수 있다.The present invention relates to a microorganism collecting and crushing apparatus, which can collect microorganisms floating in air and simultaneously crush them to extract nucleic acid, so that floating microorganisms can be detected.

Description

미생물 포집 및 파쇄 장치{Device for Collection and Lysis of Microorganisms}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for collecting microorganisms,

본 발명은 공기 중에 부유하고 있는 미생물을 포집하고, 동시에 미생물을 파쇄하여 핵산을 추출할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device capable of collecting microorganisms floating in air and simultaneously extracting nucleic acids by breaking microorganisms.

최근 수년 동안 공기를 통해 전염되는 감염성 미생물에 대한 공포가 우리나라뿐만 아니라 전세계적으로 퍼져나가고 있다. 이는 사람에만 해당하는 것이 아니며, 돼지 구제역, 조류 독감 등의 질병이 발병하면 수십만 두의 가축이 매몰되어 사회적 및 경제적 피해가 매우 큰 것이 현실이다. 이러한 상황 때문에 현재 공기 중으로 전염되는 미생물, 예를 들어 바이러스 또는 박테리아에 대한 대비책이 필요한 것이 현실이며, 특히 질병을 유발하는 유해 미생물을 초기에 파악하는 기술이 절대적으로 필요하다.In recent years, fear of infectious microorganisms spreading through the air has spread not only in Korea but also worldwide. This is not only for people, and if diseases like swine fever and avian influenza occur, hundreds of thousands of livestock are buried and social and economic damage is very serious. Because of this situation, it is a reality that it is necessary to take measures against microorganisms currently infecting the air, for example, viruses or bacteria. Especially, it is absolutely necessary to have a technique for early identification of disease-causing microorganisms.

미생물을 검출 또는 측정하는 기술의 경우 토양, 물과 같은 시료에서 미생물을 검출하는 기술은 이미 상용화되어 있으나, 공기 중에 존재하는 미생물을 검출하는 기술은 아직 초보적인 수준을 벗어나지 못하고 있다. 공기 중의 미생물을 검출하는 방법은 원리적으로 여과를 이용한 방법과 관성 및 중력을 이용한 방법으로 나눌 수 있다. 여과를 이용한 방법은 다공성 멤브레인 필터를 이용하는 방법으로 펌프에 의해 흡입된 공기를 필터에 통과시킨 후 이 필터를 수용액상으로 옮겨 분석하거나, 배양을 통해 미생물의 존재 여부를 파악하는 방법이다. 관성 및 중력을 이용한 방법은 크게 충돌(impactor), 원심분리 및 임핀저(impingers) 방법으로 분류할 수 있다. 충돌에 의한 방법은 관성의 힘으로 미생물을 액체 및 고체 배지에 접촉으로 포집하고, 원심분리는 원심력을 이용하여 입자를 크기별로 분리한 후 분리된 물질을 액체 및 고체 배지에 배양하여 확인하는 방법이다. 임핀저는 관이 있는 집진기 내부에 수용액을 넣고 이 수용액에 공기를 통과시켜 공기 중의 미생물을 수중에 포집하는 방식이다.In the case of the technology for detecting or measuring microorganisms, techniques for detecting microorganisms in samples such as soil and water have already been commercialized, but the technology for detecting microorganisms present in the air has not yet reached a basic level. The method of detecting microorganisms in the air can be divided into a method using filtration and a method using inertia and gravity in principle. The method using filtration is a method using a porous membrane filter. The air sucked by the pump is passed through a filter, and then the filter is transferred to an aqueous phase for analysis, or the presence of microorganisms is determined through culture. The inertial and gravitational methods can be largely classified into impactor, centrifugal, and impinger methods. The collision method is a method in which microorganisms are collected by contact with liquid and solid medium under the force of inertia, centrifugation is performed by separating the particles by size using centrifugal force, and then the separated material is cultured in a liquid and solid medium . Impin is a method of putting an aqueous solution into a dust collector with a tube and passing air through the aqueous solution to collect microorganisms in the air.

최근에는 공기 중에 존재하는 미생물을 작은 칩을 이용하여 검출하고자 하는 연구가 많이 진행되고 있다. 특정 박테리아에 대한 항원-항체 반응을 이용하여 칩 내에서 포집된 박테리아를 확인하거나, 칩 내에 고체 배지를 장착하여 공기를 통과시킨 후 포집된 박테리아를 배양하여 확인하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.Recently, many studies have been conducted to detect microorganisms present in the air by using a small chip. Studies have been conducted on identifying bacteria trapped in a chip using an antigen-antibody reaction to a specific bacterium, or inserting a solid medium in a chip and passing air through the chip to culture the collected bacteria.

본 발명자는 포집된 미생물을 배양하여 확인하는 과정에서 시간이 오래 걸리는 단점을 해소하고자 공기 중에 부유하고 있는 미생물의 포집과 파쇄를 동시에 수행하여 핵산을 추출할 수 있는 장치를 완성하였다.The present inventor has completed a device capable of extracting nucleic acids by simultaneously collecting and disrupting suspended microorganisms in the air in order to solve the disadvantage that it takes a long time in the process of confirming and collecting the collected microorganisms.

1. 대한민국 등록특허 제 10-1579590호1. Korean Patent No. 10-1579590

본 발명의 목적은 비드를 수용하는 채널 형태의 비드 수용부; 상기 비드 수용부와 연결되어 비드 수용부 내부로 외부의 공기를 공급하는 공기 유입부; 및 비드 수용부 내부로 유입된 공기가 빠져 나가도록 상단은 열려 있으며, 하단은 다공성 막으로 막혀 있는 채널 형태의 비드 비팅부를 포함하되, 상기 비드 비팅부는 비드 수용부의 상하 방향으로 이동하며, 비드 수용부를 밀폐하는 것인 미생물 포집 및 파쇄 장치와 상기 장치를 이용하여 부유 미생물을 검출하는 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a bead accommodating portion in the form of a channel for accommodating beads; An air inflow portion connected to the bead accommodating portion to supply outside air into the bead accommodating portion; And a channel-shaped bead beating portion having an upper end opened and a lower end blocked with a porous film, wherein the bead beating portion moves in a vertical direction of the bead accommodating portion, and the bead accommodating portion And a method for detecting floating microorganisms using the apparatus.

본 발명의 일 양상은 비드를 수용하는 채널 형태의 비드 수용부; 상기 비드 수용부와 연결되어 비드 수용부 내부로 외부의 공기를 공급하는 공기 유입부; 및 비드 수용부 내부로 유입된 공기가 빠져 나가도록 상단은 열려 있으며, 하단은 다공성 막으로 막혀 있는 채널 형태의 비드 비팅부를 포함하되, 상기 비드 비팅부는 비드 수용부의 상하 방향으로 이동하며, 비드 수용부를 밀폐하는 것인 미생물 포집 및 파쇄 장치를 제공한다.One aspect of the present invention provides a bead assembly comprising: a bead receiving portion in the form of a channel for receiving a bead; An air inflow portion connected to the bead accommodating portion to supply outside air into the bead accommodating portion; And a channel-shaped bead beating portion having an upper end opened and a lower end blocked with a porous film, wherein the bead beating portion moves in a vertical direction of the bead accommodating portion, and the bead accommodating portion Thereby sealing and closing the microorganisms.

본 발명의 다른 양상은 공기 중 부유 미생물을 상기 미생물 포집 및 파쇄 장치의 비드 수용부에 포집하는 단계; 및 상기 포집된 미생물을 파쇄하는 단계를 포함하는 부유 미생물 검출 방법을 제공한다.In another aspect of the present invention, there is provided a microorganism collecting and crushing apparatus for collecting suspended microorganisms in air, And disrupting the collected microorganisms. The present invention also provides a method for detecting floating microorganisms.

본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 포집 및 파쇄 장치는 공기 중에 부유하는 미생물을 포집과 동시에 파쇄하여 핵산을 추출할 수 있으므로 공기 중에 있는 미생물을 검출할 수 있다.The apparatus for collecting and crushing microorganisms according to an embodiment of the present invention can collect microorganisms suspended in the air and simultaneously crush them to extract nucleic acids, so that microorganisms in the air can be detected.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 포집 및 파쇄 장치의 구조를 개락적으로 도시한 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 포집 및 파쇄 장치의 작동 모습을 보여주는 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 포집 및 파쇄 장치에서 비드의 존재 유무 및 비드의 양에 따른 미생물 포집 효율을 확인한 결과를 보여주는 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 포집 및 파쇄 장치에서 공기 유량에 따른 미생물의 포집 효율을 확인한 결과를 보여주는 도이다.
도 5는 미생물 포집 및 파쇄 장치에서 사용한 비드의 양에 따른 미생물의 핵산 추출 효율을 확인한 결과를 보여주는 도이다.
1 is a schematic view showing the structure of a microorganism collecting and crushing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an operation of a microorganism collecting and breaking apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the results of checking the microbial collection efficiency according to the presence or absence of beads and the amount of beads in the microorganism collecting and crushing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the results of checking the collection efficiency of microorganisms according to the air flow rate in the apparatus for collecting and crushing microorganisms according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the results of confirming the nucleic acid extraction efficiency of microorganisms according to the amount of beads used in the apparatus for collecting and crushing microorganisms.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 미생물 포집 및 파쇄 장치를 첨부된 도면을 참고하여 좀 더 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a microorganism collecting and crushing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 포집 및 파쇄 장치의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 1 schematically shows the structure of a microorganism collecting and crushing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이 미생물 포집 및 파쇄 장치 본체(10)는 비드 수용부(110), 공기 유입부(120) 및 비드 비팅부(210)를 포함한다.The main body 10 of the microorganism collecting and crushing apparatus includes a bead receiving portion 110, an air inlet portion 120, and a bead beating portion 210.

상기 비드 수용부(110)는 공기 유입부로부터 공급된 공기가 통과하는 공간으로 마이크로 크기의 비드를 수용하여 공기와 수용액이 접촉하는 시간을 증가시키는 역할을 할 수 있다.The bead receiving part 110 may serve to increase the contact time of the air and the aqueous solution by receiving micro-sized beads into the space through which the air supplied from the air inlet passes.

상기 공기 유입부(120)는 비드 수용부(110)와 연결되는 말단에 다공성 막(130)을 포함할 수 있으며, 상기 다공성 막(130)에는 30 내지 50 ㎛ 크기의 메쉬(mesh)가 존재하여 비드 수용부 내부로부터 공기 유입부로 비드가 유출되는 것을 방지할 수 있다.The air inlet 120 may include a porous membrane 130 connected to the bead receptacle 110 and a mesh having a size of 30 to 50 μm may be present in the porous membrane 130 It is possible to prevent the bead from flowing out from the inside of the bead accommodating portion to the air inflow portion.

또한, 상기 공기 유입부(120)는 채널 형태인 비드 수용부(110)의 중심축에 대하여 사선 방향으로 연결될 수 있다. 공기 유입부(120)가 사선 방향으로 연결됨으로써 공기 유입부를 통하여 공급되는 공기가 비드 수용부(110) 내부에서 회오리 형태로 회전할 수 있으며, 공기가 비드 수용부 내부에 머무르는 시간이 증가하여 미생물 포집 가능성을 상승시킬 수 있다.In addition, the air inlet 120 may be connected in a diagonal direction with respect to a central axis of the bead receiving portion 110 in the form of a channel. Since the air inlet 120 is connected in the oblique direction, the air supplied through the air inlet can be rotated in the form of a whirl in the bead receptacle 110, and the time for the air to stay inside the bead receptacle is increased, It is possible to raise the possibility.

상기 비드 비팅부(210)는 비드 수용부(110) 내부로 유입된 공기가 유출될 수 있도록 상단은 열려 있으며, 하단은 다공성 막(130)으로 막혀 있는 채널 형태를 가질 수 있다. 또한, 채널 형태인 비드 비팅부(210)는 비드 수용부의 채널 직경보다 작은 직경을 가져 비드 수용부의 상하 방향으로 이동할 수 있다. 비드 비팅부가 상하 방향으로 이동할 때 압력 차이에 의하여 비드 수용부 내부의 수용액이 비트 비팅부의 열려 있는 상단으로 유출될 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 비드 비팅부는 압력 분산부(220)를 가질 수 있다.The bead beating part 210 may have a channel shape in which the upper end is opened to allow air to flow into the bead receiving part 110 and the lower end is blocked with the porous film 130. In addition, the bead beating portion 210, which is in the form of a channel, has a smaller diameter than the channel diameter of the bead accommodating portion, and can move in the up and down direction of the bead accommodating portion. The bead beating portion may have the pressure dispersing portion 220 to prevent the aqueous solution inside the bead receiving portion from flowing out to the open upper end of the beating portion when the bead beating portion moves in the up and down direction.

아울러, 상기 비드 비팅부는 비드 수용부 내부를 밀폐하기 때문에 열려 있는 상단을 통해서만 공기가 유출될 수 있으며, 밀폐를 위하여 다공성 막으로 막혀 있는 하단의 외부에 고무링(230)을 가질 수 있다.In addition, since the bead beating unit hermetically seals the inside of the bead accommodating unit, air can be flowed out only through the opened upper end, and the rubber ring 230 can be provided on the outer side of the lower end closed with the porous film for sealing.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 포집 및 파쇄 장치의 작동 모습을 보여주는 사진이다.FIG. 2 is a photograph showing an operation of a microorganism collecting and crushing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2A는 미생물 포집 과정을 보여주는 사진이다. 먼저 비드 수용부 내부에 포집 수용액 및 마이크로미터 크기의 비드를 채운다. 다음으로 비드 비팅부의 열려 있는 상단과 진공펌프를 관으로 연결시키고, 진공펌프를 작동시키면 공기 유입부를 통하여 외부 공기가 비드 수용부 내부로 유입된다. 유입된 공기는 비드 및 포집 수용액이 채워진 비드 수용부 내부를 통과하게 되며 이 과정에서 포집 수용액에 공기 중 부유 미생물이 포집된다.2A is a photograph showing the microorganism collection process. First, the bead accommodating portion is filled with a collection aqueous solution and micrometer-sized beads. Next, the upper end of the bead beating section is connected to the vacuum pump through a pipe, and when the vacuum pump is operated, the outside air flows into the bead accommodating section through the air introducing section. The introduced air passes through the inside of the bead accommodating portion filled with the bead and the collected aqueous solution, and suspended microorganisms in the air are collected in the collected aqueous solution during this process.

도 2B는 비드 수용부 내부에 포집된 미생물을 파쇄하는 과정을 보여주는 사진이다. 미생물 포집 과정이 끝나면 진공펌프의 작동을 종료하고, 비드 비팅부를 상부로 이동시킨다. 비드 비팅부를 상부로 이동시키고, 진공펌프를 작동시키면 외부에서 유입되는 공기의 힘에 의하여 비드 수용부 내부에서 비드 사이의 충돌, 즉 비드 비팅(bead beating)이 발생하게 된다. 비드 비팅이 발생하면 포집된 미생물이 파쇄되어 핵산이 비드 수용부 내부의 포집 수용액에 용출되며, 이 핵산을 검출함으로써 공기 중에 부유하고 있는 미생물의 존재 여부 및 미생물의 종류까지 확인할 수 있다. 상기 공기 중 부유 미생물은 바이러스 또는 박테리아일 수 있다.FIG. 2B is a photograph showing a process of breaking up the microorganisms collected in the bead accommodating portion. When the microbial collection process is completed, the operation of the vacuum pump is terminated and the bead beating section is moved to the upper side. When the bead beating part is moved to the upper side and the vacuum pump is operated, collision between the beads in the bead accommodating part, that is, bead beating is caused by the force of the air introduced from the outside. When the bead beating occurs, the collected microorganisms are disrupted and the nucleic acid is eluted into the capture aqueous solution in the bead accommodating portion. By detecting the nucleic acid, the presence of microorganisms floating in the air and the kinds of microorganisms can be confirmed. The airborne floating microorganisms may be viruses or bacteria.

미생물의 핵산을 검출하는 방법은 당 업계에 알려진 통상의 방법, 예를 들어 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction, 이하 PCR로 기재함), 실시간 중합효소연쇄반응(real-time PCR) 등을 이용할 수 있다. PCR을 이용하여 핵산을 검출하는 경우 특정 미생물 특이적인 프라이머(primer) 서열을 이용하면 해당 미생물의 존재 여부 및 미생물의 종류까지 간편하게 확인할 수 있다.The method for detecting the nucleic acid of the microorganism can be performed by a conventional method known in the art, for example, a polymerase chain reaction (hereinafter referred to as PCR), a real-time PCR have. When the nucleic acid is detected using PCR, the presence of the microorganism and the kind of the microorganism can be easily confirmed by using a specific microorganism-specific primer sequence.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 본 발명을 설명하였으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described with reference to particular embodiments, such as specific constituent elements, and limited embodiments and drawings. However, the present invention is not limited to the above- And various modifications and changes may be made thereto without departing from the scope of the present invention.

이하 하나 이상의 구체예를 실험예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실험예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, one or more specific examples will be described in more detail through experimental examples. However, these examples are intended to illustrate one or more embodiments, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실험예Experimental Example 1:  One: 비드의Bead 존재 유무 및  Presence and absence 비드의Bead 양에 따른 미생물  Microorganism by volume 포집Capture 효율 확인 Check efficiency

미생물 포집 및 파쇄 장치(이하 '포집 장치'로 표기함)에서 비드의 존재 유무 및 비드의 양에 따른 포집 효율을 확인하기 위해서 하기와 같이 실험하였다.In order to confirm the collection efficiency depending on the presence or absence of beads and the amount of beads in a microorganism collecting and crushing apparatus (hereinafter referred to as collecting apparatus), the following experiment was conducted.

먼저 병원균이 포함된 공기(에어로졸)를 제작하기 위해서 독소가 제거된 살모넬라 티피무리움(Salmonella typhimurium, 이하 S. typhimurium으로 기재함), 아데노바이러스(Adenovirus) 및 스태필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus, 이하 S. aureus로 기재함)를 혼합하고, 뉴블라이저(InnoSpire Essence Nebulizer Compressor)를 이용하여 지정된 범위에서 분사하였다. 에어로졸을 분사함과 동시에 진공펌프로 공기를 흡입하여 외부에 존재하는 에어로졸이 다양한 양의 마이크로 유리비드(0, 1, 5, 10, 15 및 20 g)를 포함하고 있는 포집 장치를 통과하게 하였다. 이때 효능을 비교하기 위하여 공지된 미생물 포집 장치인 임핀저(impinger)와 동시에 실험하였다. 임핀저 및 포집 장치에 들어가는 용액의 높이를 동일하게 맞추기 위하여 포집 수용액(10 mM Tris-HCl, pH 9)을 임핀저에 10 ㎖, 포집 장치에 15 ㎖씩 각각 넣어주었다. 흡입되는 공기의 유량은 유량계(rotameter)를 이용하여 10 LPM(L/min)이 유지되도록 하였다.First, in order to produce air (aerosol) containing pathogenic bacteria, Salmonella typhimurium (hereinafter referred to as S. typhimurium ), adenovirus and Staphylococcus aureus Hereinafter referred to as S. aureus ) were mixed and sprayed in a specified range using an InnoSpire Essence Nebulizer Compressor. At the same time as the aerosol was sprayed, air was sucked by a vacuum pump to allow the aerosol present on the outside to pass through a collecting device containing various amounts of micro glass beads (0, 1, 5, 10, 15 and 20 g). In order to compare the efficacy, experiments were carried out simultaneously with a known microorganism collecting device, impinger. To equilibrate the solution into the impinger and the collecting device, 10 ml of the capture solution (10 mM Tris-HCl, pH 9) was added to the impinger and 15 ml to the collecting device, respectively. The flow rate of inhaled air was maintained at 10 LPM (L / min) using a rotameter.

뉴블라이저로부터 분사된 에어로졸이 모두 흡입되면 비드 비팅부를 상부로 이동시켜 비드 비팅을 수행하고, 포집 수용액의 일부를 수거하였다. 수거한 포집 수용액으로 PCR을 수행하여 미생물의 포집 여부 및 포집 효율을 확인하였다. 포집 효율은 넣어준 미생물의 양 대비 PCR로 확인한 미생물의 양을 계산하여 확인하였다.When all of the aerosols sprayed from the nebulizer were inhaled, the bead beating portion was moved upward to perform bead beating, and a part of the collected aqueous solution was collected. PCR was performed with the collected aqueous solution to confirm the collection efficiency and the collection efficiency of microorganisms. The collection efficiency was confirmed by calculating the amount of microorganisms determined by PCR with respect to the amount of microorganisms.

확인 결과 실험에 사용한 세 미생물 모두 비드의 양이 15 g일 때 가장 높은 포집 효율을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비드가 존재하지 않는 경우보다 비드가 존재하는 경우 포집 효율이 증가하는 것으로 보아, 비드가 존재함으로써 포집 장치를 통과하는 공기와 수용액의 접촉 시간이 증가하여 포집 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.As a result, it was confirmed that the highest collection efficiency was obtained when the amount of beads was 15 g in all the microorganisms used in the experiment. In addition, when the beads are present, the collection efficiency is increased compared with the case where the beads are not present. As a result, the presence of the beads increases the collection efficiency by increasing the contact time between the air passing through the collector and the aqueous solution.

도 3은 미생물 포집 및 파쇄 장치에서 사용된 비드의 존재 유무 및 비드의 양에 따른 미생물 포집 효율을 확인한 결과를 보여주는 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing the results of checking the microbial collection efficiency according to the presence or absence of beads and the amount of beads used in the microorganism collecting and crushing apparatus.

실험예Experimental Example 2: 공기 유량에 따른 미생물  2: microorganisms according to air flow rate 포집Capture 효율 확인 Check efficiency

공기 중의 병원균을 포집하기 위한 최적의 유량을 확인하기 위해서 제작된 포집 장치의 비드 수용부에 15 g의 비드를 채우고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 S. typhimurium 및 아데노바이러스를 혼합하여 에어로졸을 분사하였다. 분사 후 각각 5 LPM, 10 LPM 및 20 LPM의 속도로 공기를 흡입하고, 에어로졸 흡입이 종료되면 비드 비팅을 수행한 후 PCR로 포집 효율을 확인하였다.In order to confirm the optimum flow rate for collecting pathogenic bacteria in the air, 15 g of beads were filled in the bead receiving part of the collecting device manufactured, and S. typhimurium and adenovirus were mixed in the same manner as in Example 1, Respectively. After the injection, air was sucked at a rate of 5 LPM, 10 LPM, and 20 LPM, respectively. When the aerosol inhalation was completed, the bead beeting was performed, and the efficiency of the collection was confirmed by PCR.

확인 결과, 두 미생물 모두 공기 유량이 10 LPM일 때 가장 높은 포집 효율을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 특히 S. typhimurium의 경우 임핀저와 비교하여 약 2배 이상의 포집 효율을 나타내었다. LPM이 커지면 수용액과 공기가 접촉하는 시간이 줄어들기 때문에 10 LPM 이상의 속도에서는 포집 효율이 더 이상 증가하지 않는 것으로 생각된다.As a result, it was confirmed that both microorganisms had the highest collection efficiency when the air flow rate was 10 LPM. In particular, S. typhimurium exhibited a collection efficiency of about twice that of impinger. As the LPM increases, the contact time between the aqueous solution and the air is reduced. Therefore, it is considered that the collection efficiency does not increase more than 10 LPM.

도 4는 미생물 포집 및 파쇄 장치에서 공기 유량에 따른 미생물의 포집 효율을 확인한 결과를 보여주는 그래프로 공기 유량이 10 LPM일 때 포집 효율이 가장 우수한 것을 알 수 있으며, 임핀저와 비교하여 본 실시예에 개시된 포집 장치의 미생물 포집 효율이 현저하게 우수한 것을 확인할 수 있다. 도 4에서 DLC은 본 발명의 일 실시예에 따른 미생물 포집 및 파쇄 장치(Device for Collection and Lysis of Microorganisms)의 약자를 의미한다.FIG. 4 is a graph showing the results of checking the collection efficiency of microorganisms according to the air flow rate in the apparatus for collecting and crushing microorganisms. It can be seen that the collection efficiency is the best when the air flow rate is 10 LPM. In comparison with the impinger, It can be confirmed that the microorganism collecting efficiency of the disclosed collecting apparatus is remarkably excellent. 4, DLC is an abbreviation for Device for Collection and Lysis of Microorganisms according to an embodiment of the present invention.

실험예Experimental Example 3:  3: 비드의Bead 양에 따른 핵산 추출 효율 확인 Determination of nucleic acid extraction efficiency by amount

포집 장치를 이용하여 포집한 박테리아 및 바이러스로부터 핵산을 추출하기 위한 최적의 비드 양을 확인하기 위하여 하기와 같이 실험하였다.In order to determine the optimum amount of beads for extracting nucleic acid from the collected bacteria and viruses using a collecting device, the following experiment was conducted.

포집 장치의 비드 수용부에 각각 0, 1, 5, 10, 15 및 20 g의 비드를 채우고, 포집 수용액 15 ㎖을 첨가하였다. 여기에 S. typhimurium, 아데노바이러스 및 S. aureus를 첨가하여 3분 동안 비드 비팅을 시행하고, 포집 수용액을 회수하여 PCR을 수행하였다. 미생물 포집 및 추출 효율은 알고 있는 농도의 박테리아 및 바이러스의 핵산 양 대비 회수된 핵산의 양을 비교하여 산출하였다. 또한, 비드 비팅이 수행되는 동안 핵산의 안정성을 확인하기 위하여 정제된 이중 가닥 DNA(double strand DNA)를 첨가하여 실험을 진행하였다.Beads of 0, 1, 5, 10, 15 and 20 g were filled in the bead receptacles of the collecting device and 15 ml of the collecting aqueous solution was added. S. typhimurium , adenovirus, and S. aureus were added to the beads and bead beeting was performed for 3 minutes, and the collected aqueous solution was recovered and PCR was performed. Microbial capture and extraction efficiency was calculated by comparing the amount of recovered nucleic acid relative to the amount of nucleic acid in bacteria and viruses of known concentration. Further, in order to confirm the stability of the nucleic acid during the bead beating, the experiment was carried out by adding purified double strand DNA.

그 결과, 아데노바이러스의 경우 수용액의 움직임만으로도 핵산이 추출되나 박테리아인 S. typhimuriumS. aureus는 비드의 양이 10 g 이상일 경우에 핵산이 추출되는 것을 알 수 있었다. 그러나 10 g 이상의 비드에서는 이중 가닥 DNA의 안정성이 감소하기 때문에 포집 효율과 핵산 추출 효율 모두를 고려할 때 약 15 g의 비드가 미생물 포집 및 파쇄 측면에서 가장 유용한 것으로 판단하였다.As a result, in the case of adenovirus, the nucleic acid is extracted only by the movement of the aqueous solution, but the bacteria S. typhimurium and S. aureus can be extracted when the amount of the beads is 10 g or more. However, since the stability of double - stranded DNA is decreased in beads of 10 g or more, it is considered that about 15 g of beads are most useful in terms of microbial collection and disruption considering both collection efficiency and nucleic acid extraction efficiency.

도 5는 미생물 포집 및 파쇄 장치에서 사용한 비드의 양에 따른 핵산 추출 효율을 확인한 결과를 보여주는 그래프이다.5 is a graph showing the results of confirming nucleic acid extraction efficiency according to the amount of beads used in the microorganism collecting and crushing apparatus.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

10: 미생물 포집 및 파쇄 장치
110: 비드 수용부
120: 공기 유입부
130: 다공성 막
210: 채널
220: 압력 분산부
230: 고무링
10: Microorganism collection and crushing device
110: bead accommodating portion
120: air inlet
130: Porous membrane
210: channel
220: pressure distributor
230: Rubber ring

Claims (9)

비드를 수용하는 채널 형태의 비드 수용부;
상기 비드 수용부와 연결되어 비드 수용부 내부로 외부의 공기를 공급하는 공기 유입부; 및
비드 수용부 내부로 유입된 공기가 빠져 나가도록 상단은 열려 있으며, 하단은 다공성 막으로 막혀 있는 채널 형태의 비드 비팅부를 포함하되, 상기 비드 비팅부는 비드 수용부의 상하 방향으로 이동하며, 비드 수용부를 밀폐하는 것인 미생물 포집 및 파쇄 장치.
A channel-shaped bead receiving portion for receiving the bead;
An air inflow portion connected to the bead accommodating portion to supply outside air into the bead accommodating portion; And
The bead beating portion includes a channel-shaped bead beating portion having an upper end opened to allow the air to flow into the bead accommodating portion to escape and a lower end closed with a porous film, wherein the bead beating portion moves in the vertical direction of the bead accommodating portion, The microorganism collecting and crushing device.
제1항에 있어서, 상기 공기 유입부는 비드 수용부와 연결되는 말단에 다공성 막을 포함하는 것인 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the air inlet comprises a porous membrane at the distal end that is connected to the bead receptacle.
제1항에 있어서, 상기 공기 유입부는 비드 수용부의 중심축에 대하여 사선 방향으로 연결되는 것인 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the air inlet is connected diagonally with respect to a central axis of the bead receptacle.
제1항에 있어서, 상기 비드 비팅부는 압력 분산부를 추가로 포함하는 것인 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the bead beating portion further comprises a pressure distributor.
제1항에 있어서, 상기 비드는 마이크로미터(㎛) 크기인 것인 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the beads are micrometer (mu m) in size.
제1항에 있어서, 상기 비드는 유리, 세라믹, 메탈 및 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 재질인 것인 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the bead is a material selected from the group consisting of glass, ceramic, metal, and polymer.
공기 중 부유 미생물을 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 미생물 포집 및 파쇄 장치의 비드 수용부에 포집하는 단계; 및
상기 포집된 미생물을 파쇄하는 단계를 포함하는 부유 미생물 검출 방법.
Collecting the airborne floating microorganisms in the bead accommodating portion of the microorganism collecting and crushing apparatus according to any one of claims 1 to 5; And
And crushing the collected microorganisms.
제7항에 있어서, 상기 포집된 미생물을 파쇄하는 단계는 상기 미생물 포집 및 파쇄 장치에서 비드 비팅부를 상하로 이동시켜 비드 비팅(beads beating)을 수행하는 것인 방법.
[8] The method of claim 7, wherein the step of crushing the trapped microorganisms comprises moving the bead beating unit up and down in the microorganism trapping and crushing apparatus to perform beads beating.
제7항에 있어서, 상기 검출 방법은 포집된 미생물을 파쇄하는 단계 이후 파쇄된 미생물의 핵산을 검출하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.8. The method of claim 7, wherein the detecting method further comprises detecting nucleic acid of the microorganism that has been disrupted after the step of disrupting the collected microorganism.
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