KR102816565B1 - Liquid sample generating device for airborne viruses - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이러스 검출 센서에게 공기 중 바이러스에 대한 액체 샘플을 제공하기 위하여, 공기로부터 에어로졸 샘플을 생성한 후, 에어로졸 샘플을 용리하여 액체 샘플을 생성하기 위한 장치를 제공할 수 있다. 본 발명은 사이클론 장치를 이용하여 공기 중 다양한 크기의 파티클을 효율적으로 분리하고, 특히 미세한 바이러스 입자를 효과적으로 포집할 수 있는 장치를 제공할 수 있다. 본 발명은 공기 중 포집된 바이러스를 용리액과 결합하여 액체 샘플로 전환하는 과정을 통합한 기술로, 사이클론을 단순한 공기 중 입자 분리뿐 아니라 용리 단계에서도 활용하는 장치를 제공할 수 있다. 본 발명은 파티클 센서를 통해 샘플의 농도를 실시간으로 감지하고, 용리액과 탈이온수의 비율을 조정하여 바이러스 검출 센서에 적정 농도의 샘플을 제공함으로써 검출 민감도를 높이는 장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide a device for generating an aerosol sample from the air and then eluting the aerosol sample to generate a liquid sample in order to provide a liquid sample for an airborne virus to a virus detection sensor. The present invention can provide a device for efficiently separating particles of various sizes in the air using a cyclone device, and particularly for effectively capturing fine virus particles. The present invention provides a technology that integrates a process of converting a virus captured in the air into a liquid sample by combining it with an eluent, and can provide a device that utilizes a cyclone not only for simple separation of airborne particles but also for the elution step. The present invention can provide a device that detects the concentration of a sample in real time through a particle sensor, and provides a sample of an appropriate concentration to a virus detection sensor by adjusting the ratio of an eluent and deionized water, thereby increasing detection sensitivity.
Description
본 발명은 공기 중 바이러스에 대한 액체 샘플 생성 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 바이러스 검출 센서에게 공기 중 바이러스에 대한 액체 샘플을 제공하기 위하여, 공기로부터 에어로졸 샘플을 생성한 후, 에어로졸 샘플을 용리하여 액체 샘플을 생성하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for generating a liquid sample for an airborne virus. Specifically, the present invention relates to a device for generating an aerosol sample from air and then eluting the aerosol sample to generate a liquid sample, so as to provide a liquid sample for an airborne virus to a virus detection sensor.
공기 중에 떠다니는 바이러스는 호흡기를 통해 전파되어 질병을 일으키는 주요 원인 중 하나다. 특히 밀폐된 공간에서는 공기 중 바이러스가 빠르게 확산될 수 있어, 이를 조기에 검출하여 감지하는 기술의 중요성이 크게 증가하고 있다. 기존의 표면 샘플링 방식은 한계가 있어, 공기 중 바이러스를 포집하고 분석하는 기술의 필요성이 대두되고 있다.Airborne viruses are one of the main causes of disease, transmitted through the respiratory tract. In particular, airborne viruses can spread rapidly in confined spaces, so the importance of technology to detect and detect them early is increasing significantly. The existing surface sampling method has limitations, so the need for technology to capture and analyze airborne viruses is increasing.
현재 공기 중 입자 포집을 위한 대표적인 기술로는 필터링 방식과 사이클론 방식이 있다. 필터링 방식은 공기 중의 입자를 여과지로 걸러내는 방식으로, 크기에 따라 다양한 입자를 물리적으로 분리한다. 반면, 사이클론 방식은 원심력을 이용하여 무거운 입자를 공기 흐름에서 분리하는 방식이다. 하지만 기존의 사이클론 기술은 상대적으로 큰 입자를 분리하는 데 주로 사용되어, 바이러스와 같은 미세한 입자를 효과적으로 포집하기에는 한계가 있다.Currently, the representative technologies for capturing airborne particles include the filtering method and the cyclone method. The filtering method is a method of filtering airborne particles with a filter paper, and physically separates various particles according to size. On the other hand, the cyclone method is a method of separating heavy particles from the air flow using centrifugal force. However, the existing cyclone technology is mainly used to separate relatively large particles, and has limitations in effectively capturing fine particles such as viruses.
바이러스는 매우 작은 크기로, 나노미터 단위의 입자로 공기 중에 존재한다. 기존의 필터링 방식과 사이클론 방식은 상대적으로 큰 입자를 처리하는 데 적합한 반면, 매우 작은 크기의 바이러스 입자를 포집하기 위해서는 더욱 정밀한 포집 기술이 필요하다. 공기 중 바이러스의 농도가 낮기 때문에 포집 후 충분한 양의 샘플을 얻기 어려워, 이를 검출하는 데에는 농축 기술과의 결합이 필수적이다.Viruses are very small, nanometer-sized particles that exist in the air. While conventional filtering and cyclone methods are suitable for handling relatively large particles, more precise capturing technology is needed to capture very small virus particles. Since the concentration of viruses in the air is low, it is difficult to obtain a sufficient amount of sample after capturing, so combining with concentration technology is essential for detecting them.
본 발명에서 제시하는 새로운 방식은 사이클론 기술을 단순히 공기 중 입자 포집에 사용하는 것에 그치지 않고, 포집된 바이러스를 용리하는 데에도 활용한다. 사이클론 장치를 통해 공기 중 바이러스를 포집하고, 이를 용리액과 결합시켜 액체 샘플로 전환하는 방식은 기존 기술과 차별화된 새로운 접근법이다. 특히, 본 발명에서는 사이클론이 바이러스 포집과 동시에 바이러스를 용리액에 현탁시켜 액체 샘플을 생성하는 역할을 한다.The novel method presented in the present invention not only uses cyclone technology to simply capture airborne particles, but also to elute captured viruses. The method of capturing airborne viruses through a cyclone device and converting them into a liquid sample by combining them with an eluent is a novel approach that is differentiated from existing technologies. In particular, in the present invention, the cyclone captures viruses and suspends them in an eluent to create a liquid sample.
바이러스를 검출하기 위한 표준 방법은 포집된 바이러스를 용리액에 현탁하여 액체 상태로 전환한 후, 이를 바이오 센서나 분석 장치에 제공하는 방식이다. 일반적으로 PBS(Phosphate Buffered Saline)와 같은 용리액을 사용하여, 포집된 바이러스가 액체에 안정적으로 현탁되도록 한다. 본 발명은 이러한 방식에 사이클론 포집 기술을 결합하여, 공기 중의 바이러스를 효과적으로 액체 샘플로 전환하는 기술을 제공한다.A standard method for detecting a virus is to suspend the captured virus in a solvent to convert it into a liquid state, and then provide it to a biosensor or an analysis device. Typically, a solvent such as PBS (Phosphate Buffered Saline) is used to ensure that the captured virus is stably suspended in the liquid. The present invention provides a technology for effectively converting airborne viruses into liquid samples by combining cyclone capture technology with this method.
바이러스 검출을 위한 센서는 포집된 바이러스가 포함된 액체 샘플을 실시간으로 감지하여 바이러스의 존재를 확인한다. 센서는 매우 높은 민감도를 요구하므로, 포집된 샘플의 농도를 최적화하여 전달하는 것이 중요하다. 이를 위해 포집된 바이러스를 용리하여 적정 농도의 액체 샘플을 바이러스 검출 센서에 정확하게 전달하는 기술이 필요하다. 본 발명은 용리액의 농도 조절 및 최적의 샘플 제공 방식을 통해 이를 해결한다.A sensor for virus detection detects a liquid sample containing captured viruses in real time to confirm the presence of the virus. Since the sensor requires very high sensitivity, it is important to optimize the concentration of the captured sample and deliver it. To this end, a technology is required to accurately deliver a liquid sample of an appropriate concentration by eluting the captured virus to the virus detection sensor. The present invention solves this problem by controlling the concentration of the eluent and providing an optimal sample.
본 발명은 사이클론을 이용한 공기 중 바이러스 포집 기술과 용리 장치를 결합하여, 공기 중 바이러스를 액체 샘플로 전환하는 통합된 시스템을 제공한다. 사이클론을 이용하여 공기 중에서 다양한 크기의 파티클을 분리하고, 포집된 바이러스를 용리액에 현탁시켜 최종적으로 바이러스 검출 센서로 전달하는 과정이 유기적으로 이루어진다. 이 과정에서 용리액의 농도를 조절하고 샘플 농도를 최적화하는 유체 제어 기술도 함께 적용된다.The present invention provides an integrated system that converts airborne viruses into liquid samples by combining an airborne virus capture technology using a cyclone and an elution device. The process of separating particles of various sizes from the air using a cyclone, suspending the captured viruses in an elution solution, and ultimately delivering them to a virus detection sensor is organically performed. In this process, a fluid control technology that adjusts the concentration of the elution solution and optimizes the sample concentration is also applied.
본 발명은 기존 사이클론 기술을 개선하여, 공기 중 미세한 바이러스 입자까지도 효과적으로 포집하고, 이를 용리하여 액체 샘플로 전환하는 새로운 기술을 제시한다. 특히, 사이클론을 단순한 공기 중 입자 분리에 그치지 않고, 용리 과정에 활용하는 방식은 본 발명의 중요한 혁신점이다. 이를 통해 공기 중 바이러스의 검출 민감도를 높이고, 실시간으로 바이러스를 감지할 수 있는 시스템을 구현하는 것이 본 발명의 주요 목적이다.The present invention proposes a new technology that improves the existing cyclone technology to effectively capture even minute virus particles in the air and elute them to convert them into a liquid sample. In particular, the method of utilizing the cyclone not only for simple separation of airborne particles but also for the elution process is a significant innovation of the present invention. The main purpose of the present invention is to increase the detection sensitivity of airborne viruses and implement a system capable of detecting viruses in real time.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결 과제를 목적으로 한다.The present invention aims to solve the above-mentioned problems by achieving the following solutions.
본 발명은 바이러스 검출 센서에게 공기 중 바이러스에 대한 액체 샘플을 제공하기 위하여, 공기로부터 에어로졸 샘플을 생성한 후, 에어로졸 샘플을 용리하여 액체 샘플을 생성하기 위한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a device for generating an aerosol sample from air and then eluting the aerosol sample to generate a liquid sample in order to provide a liquid sample for an airborne virus to a virus detection sensor.
본 발명은 사이클론 장치를 이용하여 공기 중 다양한 크기의 파티클을 효율적으로 분리하고, 특히 미세한 바이러스 입자를 효과적으로 포집할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a device that can efficiently separate particles of various sizes in the air using a cyclone device, and in particular, effectively capture fine virus particles.
본 발명은 공기 중 포집된 바이러스를 용리액과 결합하여 액체 샘플로 전환하는 과정을 통합한 기술로, 사이클론을 단순한 공기 중 입자 분리뿐 아니라 용리 단계에서도 활용하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is a technology that integrates a process of converting viruses captured in the air into a liquid sample by combining them with an eluent, and aims to provide a device that utilizes a cyclone not only for simple separation of airborne particles but also in the elution step.
본 발명은 파티클 센서를 통해 샘플의 농도를 실시간으로 감지하고, 용리액과 탈이온수의 비율을 조정하여 바이러스 검출 센서에 적정 농도의 샘플을 제공함으로써 검출 민감도를 높이는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a device that detects the concentration of a sample in real time through a particle sensor and increases detection sensitivity by adjusting the ratio of a dissolution solution and deionized water to provide a sample of an appropriate concentration to a virus detection sensor.
본 발명은 용리 장치, 유체 제어 시스템, 그리고 파티클 센서를 결합하여 공기 중 바이러스를 액체 샘플로 전환하고 샘플 농도를 최적화하여 검출 효율성을 극대화하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a device that converts airborne viruses into liquid samples and optimizes sample concentration to maximize detection efficiency by combining a dissolution device, a fluid control system, and a particle sensor.
본 발명은 샘플 생성 후, 수집 표면을 탈이온수와 에탄올로 세척 및 소독할 수 있는 자동화된 시스템을 포함하여, 지속적인 공정 중 오염을 방지하고 정확하고 신뢰성 있는 샘플을 제공하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a device that prevents contamination during continuous processing and provides accurate and reliable samples, including an automated system capable of washing and disinfecting a collection surface with deionized water and ethanol after sample generation.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.The problems solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by a person having ordinary skill in the art from the description below.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 공기 중 바이러스(airborne viruses)에 대한 액체 샘플 생성 장치(liquid sample generating device)에 있어서, 공기로부터 파티클을 제거하여 에어로졸 샘플을 생성하기 위한 사이클론 장치; 상기 에어로졸 샘플로부터 액체 샘플을 생성하기 위한 용리 장치; 상기 사이클론 장치 및 상기 용리 장치와 연결된 제어 장치를 포함하고, 상기 사이클론 장치는: 상기 공기 중 파티클을 필터링하기 위한 하나 이상의 사이클론; 상기 사이클론 장치로 유입된 파티클 및 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 필터링된 파티클의 파티클 특성을 감지하기 위한 하나 이상의 파티클 센서;을 포함하고, 상기 하나 이상의 사이클론은 직렬로 연결되고, 상기 하나 이상의 사이클론은 각각 서로 다른 파티클 크기의 파티클을 필터링하도록 구성되고, 상기 하나 이상의 파티클 센서는 상기 사이클론 장치로 공기가 유입되는 입구의 입구 파티클 센서와 각각의 상기 하나 이상의 사이클론에 대응하는 사이클론 파티클 센서들을 포함하고, 상기 용리 장치는: 상기 에어로졸 샘플이 모이며 인산 완충 식염수(phosphate buffered saline, PBS)인 용리액이 주입되는 공간인 수집 표면(collection surface); 상기 수집 표면으로 상기 용리액을 주입하기 위한 용리액 주입 장치; 상기 수집 표면으로 상기 용리액을 희석함으로써 상기 수집 표면 내 주입된 상기 용리액의 농도를 조절하기 위한 탈이온수(deionized water, DI water)를 주입하기 위한 탈이온수 주입 장치; 상기 수집 표면으로 상기 수집 표면의 소독을 위한 에탄올(ethanol, EtOH)을 주입하기 위한 에탄올 주입 장치; 상기 에어로졸 샘플이 상기 용리액 또는 상기 용리액과 상기 탈이온수에 용리된 혼합액에서 미리 결정된 크기 이상의 파티클을 필터링하기 위한 필터링 장치; 상기 혼합액 중 상기 필터링 장치를 통과한 상기 액체 샘플을 수집하기 위한 샘플 수집부; 상기 혼합액 중 상기 필터링 장치에 의하여 필터링된 폐기물을 수집하기 위한 폐기물 수집부; 상기 용리액, 상기 탈이온수, 상기 에탄올, 상기 혼합액, 상기 액체 샘플의 흐름을 제어하기 위한 유체 제어 장치;를 포함하고, 상기 제어 장치는: 송수신기; 메모리; 입력 장치; 출력 장치; 상기 사이클론 장치, 상기 용리 장치, 상기 송수신기, 상기 메모리, 상기 입력 장치 및 상기 출력 장치와 기능적으로 연결된 프로세서;를 포함하는 액체 샘플 생성 장치가 제공된다.According to various embodiments of the present invention, a liquid sample generating device for airborne viruses comprises: a cyclone device for removing particles from air to generate an aerosol sample; an elution device for generating a liquid sample from the aerosol sample; and a control device connected to the cyclone device and the elution device, wherein the cyclone device comprises: one or more cyclones for filtering the airborne particles; At least one particle sensor for detecting particle characteristics of particles introduced into the cyclone device and particles filtered by the at least one cyclone; wherein the at least one cyclone is connected in series, and the at least one cyclone is configured to filter particles of different particle sizes, respectively, and the at least one particle sensor includes an inlet particle sensor of an inlet through which air is introduced into the cyclone device and cyclone particle sensors corresponding to each of the at least one cyclones, and the elution device comprises: a collection surface which is a space where the aerosol sample is collected and an elution solution, which is phosphate buffered saline (PBS), is injected; an elution solution injection device for injecting the elution solution into the collection surface; a deionized water injection device for injecting deionized water (DI water) for controlling the concentration of the elution solution injected into the collection surface by diluting the elution solution into the collection surface; an ethanol injection device for injecting ethanol (EtOH) into the collection surface for disinfecting the collection surface; The aerosol sample comprises a filtering device for filtering particles larger than a predetermined size from the eluent or the mixed solution of the eluent and the deionized water; a sample collection unit for collecting the liquid sample of the mixed solution that has passed through the filtering device; a waste collection unit for collecting waste of the mixed solution filtered by the filtering device; a fluid control device for controlling the flow of the eluent, the deionized water, the ethanol, the mixed solution, and the liquid sample; and the control device comprises: a transceiver; a memory; an input device; an output device; and a processor functionally connected to the cyclone device, the eluent device, the transceiver, the memory, the input device, and the output device.
본 발명은 바이러스 검출 센서에게 공기 중 바이러스에 대한 액체 샘플을 제공하기 위하여, 공기로부터 에어로졸 샘플을 생성한 후, 에어로졸 샘플을 용리하여 액체 샘플을 생성하기 위한 장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide a device for generating an aerosol sample from air and then eluting the aerosol sample to generate a liquid sample, in order to provide a liquid sample for an airborne virus to a virus detection sensor.
본 발명은 사이클론 장치를 이용하여 공기 중 다양한 크기의 파티클을 효율적으로 분리하고, 특히 미세한 바이러스 입자를 효과적으로 포집할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide a device that can efficiently separate particles of various sizes in the air using a cyclone device, and in particular, can effectively capture fine virus particles.
본 발명은 공기 중 포집된 바이러스를 용리액과 결합하여 액체 샘플로 전환하는 과정을 통합한 기술로, 사이클론을 단순한 공기 중 입자 분리뿐 아니라 용리 단계에서도 활용하는 장치를 제공할 수 있다.The present invention is a technology that integrates a process of converting viruses captured in the air into a liquid sample by combining them with an eluent, and can provide a device that utilizes a cyclone not only for simple separation of airborne particles but also in the elution step.
본 발명은 파티클 센서를 통해 샘플의 농도를 실시간으로 감지하고, 용리액과 탈이온수의 비율을 조정하여 바이러스 검출 센서에 적정 농도의 샘플을 제공함으로써 검출 민감도를 높이는 장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide a device that detects the concentration of a sample in real time through a particle sensor and increases detection sensitivity by adjusting the ratio of a dissolution solution and deionized water to provide a sample of an appropriate concentration to a virus detection sensor.
본 발명은 용리 장치, 유체 제어 시스템, 그리고 파티클 센서를 결합하여 공기 중 바이러스를 액체 샘플로 전환하고 샘플 농도를 최적화하여 검출 효율성을 극대화하는 장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide a device that converts airborne viruses into liquid samples and optimizes sample concentration to maximize detection efficiency by combining a dissolution device, a fluid control system, and a particle sensor.
본 발명은 샘플 생성 후, 수집 표면을 탈이온수와 에탄올로 세척 및 소독할 수 있는 자동화된 시스템을 포함하여, 지속적인 공정 중 오염을 방지하고 정확하고 신뢰성 있는 샘플을 제공하는 장치를 제공할 수 있다.The present invention can provide a device that prevents contamination during continuous processes and provides accurate and reliable samples, including an automated system capable of washing and disinfecting a collection surface with deionized water and ethanol after sample generation.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 중 바이러스(airborne viruses)에 대한 검출 시스템의 일 예를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공기 중 바이러스(airborne viruses)에 대한 액체 샘플 생성 장치(liquid sample generating device)의 구성의 일 예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라서 구현된 공기 중 바이러스 검출 장치(airborne virus detection device)의 일 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라서 구현된 공기 중 바이러스 검출 장치(airborne virus detection device)의 일 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라서 구현된 공기 중 바이러스 검출 장치(airborne virus detection device)의 일 예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라서 구현된 공기 중 바이러스 검출 장치(airborne virus detection device)에서 용리 장치의 일 예를 도시한다.FIG. 1 illustrates an example of a detection system for airborne viruses according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates an example of a configuration of a liquid sample generating device for airborne viruses according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates an example of an airborne virus detection device implemented according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 illustrates an example of an airborne virus detection device implemented according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 illustrates an example of an airborne virus detection device implemented according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 illustrates an example of an elution device in an airborne virus detection device implemented according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 중 바이러스(airborne viruses)에 대한 검출 시스템의 일 예를 도시한다.FIG. 1 illustrates an example of a detection system for airborne viruses according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공기 중 바이러스(airborne viruses)에 대한 검출 시스템은 사이클론, 용리, 바이러스 검출로 구성된다.Referring to FIG. 1, a detection system for airborne viruses according to an embodiment of the present invention consists of a cyclone, an elution unit, and a virus detection unit.
본 발명의 실시 예에 따른 공기 중 바이러스에 대한 검출 시스템은 사이클론 장치, 용리 장치, 바이러스 검출 센서, 그리고 공기 배출 장치를 포함한다. 각 구성 요소에 대한 상세 설명은 다음과 같다:The detection system for airborne viruses according to an embodiment of the present invention comprises a cyclone device, an elution device, a virus detection sensor, and an air exhaust device. A detailed description of each component is as follows:
1. 사이클론 장치 (Cyclone Device)1. Cyclone Device
사이클론 장치는 공기 중에서 다양한 크기의 입자를 분리하고 포집하는 역할을 한다. 본 발명에서 사이클론 장치는 하나 이상의(one or more) 사이클론을 포함한다. 상기 하나 이상의 사이클론이 복수의 사이클론들인 경우, 상기 복수의 사이클론들은 직렬로 연결되고, 상기 복수의 사이클론들은 직렬로 연결된 여러 개의 사이클론으로 구성되며, 각각의 사이클론은 서로 다른 크기의 입자를 효과적으로 분리한다.The cyclone device serves to separate and capture particles of various sizes in the air. In the present invention, the cyclone device includes one or more cyclones. When the one or more cyclones are multiple cyclones, the multiple cyclones are connected in series, and the multiple cyclones are composed of several cyclones connected in series, and each cyclone effectively separates particles of different sizes.
(1) 입자 분리 원리: 사이클론 장치는 공기를 원심력으로 회전시키면서 무거운 입자(크기가 큰 입자)는 공기 흐름에서 분리되고, 가벼운 입자는 다음 사이클론으로 전달된다. 이 과정을 통해 바이러스와 같은 작은 입자까지 단계적으로 분리하여 포집할 수 있다.(1) Particle separation principle: The cyclone device rotates the air with centrifugal force, separating heavy particles (large particles) from the air flow and transferring light particles to the next cyclone. Through this process, even small particles such as viruses can be separated and captured in stages.
(2) 파티클 센서: 각 사이클론에 대응하는 파티클 센서가 장착되어 있어, 공기 중 파티클의 크기 및 농도를 실시간으로 감지한다. 이를 통해 포집된 입자의 특성을 파악하고, 이후 용리 단계에서 적절한 용리액의 양과 농도를 조절할 수 있다.(2) Particle sensor: Each cyclone is equipped with a particle sensor that detects the size and concentration of particles in the air in real time. This allows the characteristics of the captured particles to be identified, and the amount and concentration of the appropriate eluent can be adjusted in the subsequent elution step.
2. 용리 장치 (Elution Device)2. Elution Device
용리 장치는 사이클론을 통해 포집된 바이러스 입자를 용리액에 현탁시켜 액체 샘플로 전환하는 역할을 하는 장치이다. 이 단계에서는 공기 중 포집된 바이러스가 액체 상태로 전환되어 바이러스 검출 센서로 전달될 준비가 된다.The elution device is a device that suspends the virus particles captured through the cyclone in the elution solution and converts them into a liquid sample. At this stage, the viruses captured in the air are converted into a liquid state and prepared to be delivered to the virus detection sensor.
(1) 수집 표면 (Collection Surface): 포집된 바이러스 입자는 수집 표면에 모이며, 이 표면에 PBS(Phosphate Buffered Saline)와 같은 용리액이 주입되어 바이러스가 용리액에 현탁된다.(1) Collection Surface: The captured virus particles are collected on the collection surface, and a dissolving solution such as PBS (Phosphate Buffered Saline) is injected onto this surface, so that the virus is suspended in the dissolving solution.
(2) 용리액 주입: 공기 중에서 포집된 바이러스 입자를 용리액에 용리하여 분석 가능한 액체 상태로 만든다. 이 과정에서 탈이온수(deionized water, DI water)가 용리액에 혼합되어 용리액의 농도가 조절될 수 있으며, 용리액 주입량도 파티클 농도에 따라 자동으로 조정된다.(2) Injection of eluent: Virus particles captured in the air are dissolved in the eluent to create a liquid state that can be analyzed. During this process, deionized water (DI water) is mixed into the eluent to control the concentration of the eluent, and the amount of eluent injected is automatically adjusted according to the particle concentration.
(3) 필터링 장치: 용리된 혼합액을 필터링하여 특정 크기 이상의 입자를 걸러낸다. 멤브레인 필터(membrane filter)나 회전 액체 임팩터(rotating liquid impactor)를 통해 액체 샘플에서 불필요한 입자를 걸러내고, 순도 높은 액체 샘플을 만들어낸다.(3) Filtering device: Filters the eluted mixed solution to remove particles larger than a certain size. Unnecessary particles are removed from the liquid sample through a membrane filter or a rotating liquid impactor, and a high-purity liquid sample is produced.
(4) 라이시스 버퍼 주입 장치: 필터링 과정을 통해 생성된 액체 샘플에 라이시스 버퍼(Lysis buffer)를 혼합하기 위한 버퍼액 주입 장치가 포함된다. 이 장치는 필터링된 액체 샘플과 라이시스 버퍼를 자동으로 혼합하여 샘플 내 바이러스 단백질 및 핵산(RNA/DNA)을 효율적으로 추출한다. 이 과정을 통해 샘플은 바이러스 검출 센서로 전달되기 전, 분석 민감도를 높이는 화학적 처리를 완료한다.(4) Lysis buffer injection device: A buffer solution injection device is included for mixing lysis buffer with the liquid sample generated through the filtering process. This device automatically mixes the filtered liquid sample with the lysis buffer to efficiently extract viral proteins and nucleic acids (RNA/DNA) in the sample. Through this process, the sample completes chemical treatment to increase the analysis sensitivity before being transmitted to the virus detection sensor.
(5) 세척 및 소독 시스템: 용리 및 필터링 과정이 끝난 후, 에탄올(ethanol, EtOH)과 탈이온수를 사용해 용리 장치 내부를 세척하고 소독하는 단계가 포함되어 있어, 샘플 오염을 방지하고 신뢰성 있는 분석을 유지할 수 있다.(5) Washing and disinfection system: After the elution and filtering process is completed, a step is included to wash and disinfect the inside of the elution device using ethanol (EtOH) and deionized water, which prevents sample contamination and maintains reliable analysis.
3. 바이러스 검출 센서 (Virus Detection Sensor)3. Virus Detection Sensor
바이러스 검출 센서는 용리 장치에서 생성된 액체 샘플을 분석하여 바이러스의 존재를 검출하는 역할을 한다. 센서는 매우 민감한 고감도 장비로, 적은 양의 바이러스 입자도 실시간으로 감지할 수 있다.The virus detection sensor analyzes the liquid sample generated from the elution device to detect the presence of viruses. The sensor is a highly sensitive, high-sensitivity device that can detect even small amounts of virus particles in real time.
(1) 액체 샘플 제공: 용리 장치에서 얻어진 액체 샘플은 바이러스 검출 센서로 전달되며, 검출 민감도를 최적화하기 위해 적정 농도의 샘플이 제공된다. 이를 위해, 샘플 파티클 농도가 기준 농도에 맞춰지도록 샘플의 양을 조정하거나 희석 과정을 거칠 수 있다.(1) Liquid sample provision: The liquid sample obtained from the elution device is delivered to the virus detection sensor, and a sample of an appropriate concentration is provided to optimize the detection sensitivity. To this end, the amount of the sample may be adjusted or a dilution process may be performed so that the sample particle concentration matches the reference concentration.
(2) 실시간 검출: 바이러스 검출 센서는 제공된 샘플의 바이러스 농도를 실시간으로 분석하고, 바이러스의 존재 여부를 즉각적으로 판단한다. 이 검출 센서는 특정 바이러스에 대한 항체나 유전자 탐지 기술을 기반으로 하며, 다양한 바이러스를 감지할 수 있다.(2) Real-time detection: The virus detection sensor analyzes the virus concentration of the provided sample in real time and immediately determines whether the virus is present. This detection sensor is based on antibody or gene detection technology for a specific virus and can detect various viruses.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 바이러스 검출 센서는: 상기 액체 샘플 내 바이러스와 화학적 또는 생물학적 반응이 일으키기 위한 반응 멤브레인(reaction membrane); 상기 반응 멤브레인 상에 제공되는 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol, PVA)의 수투과성 고분자층(water-permeable polymer layer); 상기 수투과성 고분자층 상에 위치하는 신호 증폭 패드(signal amplification pad);를 포함할 수 있다. 신호증폭 버퍼가 상기 앰체 샘플과 동시에 또는 순차적으로 상기 반응 멤브레인으로 주입되고, 상기 수투과성 고분자층은 상기 신호증폭 버퍼에 포함된 신호증폭 물질의 방출을 지연시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a virus detection sensor may include: a reaction membrane for causing a chemical or biological reaction with a virus in the liquid sample; a water-permeable polymer layer of polyvinyl alcohol (PVA) provided on the reaction membrane; and a signal amplification pad positioned on the water-permeable polymer layer. A signal amplification buffer may be injected into the reaction membrane simultaneously with or sequentially from the antigen sample, and the water-permeable polymer layer may delay the release of a signal amplification material included in the signal amplification buffer.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 바이러스 검출 센서는: 시료 패드; 흡수 패드; 상기 시료 패드와 상기 흡수 패드 사이에 배치되는 멤브레인 패드; 상기 시료 패드와 상기 멤브레인 패드 사이에 배치되는 컨쥬게이트 패드; 상기 멤브레인 패드와 상기 컨쥬게이트 패드 사이에 배치되는 TMB(Tetramethylbenzidine) 패드; 및 상기 시료 패드 상에 배치되는 TMB 강화 패드를 포함하고, 상기 멤브레인 패드의 테스트 라인은 COVID-19(CoV), AdV(Adenovirus), Influenza A 및 Influenza B 중 어느 하나와 특이적으로 결합하는 항체를 포함하고, 상기 컨쥬게이트 패드는 백금 나노입자(platinum nanoparticle, Pt NP)를 포함하고, 상기 TMB 강화 패드는 상기 시료 패드보다 길이가 짧고, 상기 TMB 강화 패드는 상기 시료 패드의 일측 상에 배치되고, 상기 TMB 강화 패드는 산(acid) 물질로서 시트르산(Citric Acid), 말산(Malic Acid), 말레산(Maleic Acid) 및 푸마르산(Fumaric Acid) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 산 물질의 농도는 0.01 내지 0.5M이고, 상기 TMB 강화 패드는 Na2O2를 포함하고, 상기 Na2O2의 농도는 10 내지 100mM일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a virus detection sensor comprises: a sample pad; an absorbent pad; a membrane pad disposed between the sample pad and the absorbent pad; a conjugate pad disposed between the sample pad and the membrane pad; a TMB (Tetramethylbenzidine) pad disposed between the membrane pad and the conjugate pad; And a TMB strengthening pad disposed on the sample pad, wherein a test line of the membrane pad includes an antibody that specifically binds to any one of COVID-19 (CoV), AdV (Adenovirus), Influenza A, and Influenza B, the conjugate pad includes a platinum nanoparticle (Pt NP), the TMB strengthening pad is shorter than the sample pad, the TMB strengthening pad is disposed on one side of the sample pad, the TMB strengthening pad includes any one of citric acid, malic acid, maleic acid, and fumaric acid as an acid substance, and a concentration of the acid substance is 0.01 to 0.5 M, the TMB strengthening pad includes Na 2 O 2 , and a concentration of the Na 2 O 2 may be 10 to 100 mM.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 바이러스 검출 센서는: 단일의 길이 부재의 지지체; 상기 지지체 상의 일단에 배치되는 단일의 시료 패드; 상기 지지체 상의 타단에 배치되는 단일의 흡수 패드; 상기 지지체 상에 배치되며, 상기 시료 패드와 상기 흡수 패드 사이에 배치되는 제1 스트립 패드; 상기 지지체 상에 배치되며, 상기 시료 패드와 상기 흡수 패드 사이에 배치되며, 상기 제1 스트립 패드와 이격되어 배치되는 제2 스트립 패드; 상기 시료패드와 상기 제1 스트립 패드 사이에 배치되는 제1 컨쥬게이트 패드; 및 상기 시료패드와 상기 제2 스트립 패드 사이에 배치되는 제2 컨쥬게이트 패드를 포함하고, 상기 제1 스트립 패드는 적어도 2개의 제1 테스트 라인을 포함하고, 상기 적어도 2개의 제1 테스트 라인은 COVID-19(CoV), RSV, Influenza A 및 Influenza B 중 어느 하나와 특이적으로 결합하는 항체를 적어도 2 이상 포함하고, 상기 제2 스트립 패드는 적어도 2개의 제2 테스트 라인을 포함하고, 상기 제2 테스트 라인은 COVID-19(CoV), RSV, Influenza A 및 Influenza B 중 어느 하나와 특이적으로 결합하는 항체를 적어도 2 이상 포함하고, 상기 제1 컨쥬케이드 패드는 적어도 각각 상이한 검출항체와 결합된 금속 나노 입자를 2개 이상 포함하고, 상기 제2 컨쥬케이드 패드는 적어도 각각 상이한 검출항체와 결합된 금속 나노입자를 2개 이상 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a virus detection sensor comprises: a support made of a single length member; a single sample pad disposed at one end of the support; a single absorbent pad disposed at the other end of the support; a first strip pad disposed on the support and positioned between the sample pad and the absorbent pad; a second strip pad disposed on the support and positioned between the sample pad and the absorbent pad, the second strip pad being spaced apart from the first strip pad; a first conjugate pad disposed between the sample pad and the first strip pad; And a second conjugate pad disposed between the sample pad and the second strip pad, wherein the first strip pad includes at least two first test lines, wherein the at least two first test lines include at least two antibodies that specifically bind to any one of COVID-19 (CoV), RSV, Influenza A, and Influenza B, the second strip pad includes at least two second test lines, wherein the second test lines include at least two antibodies that specifically bind to any one of COVID-19 (CoV), RSV, Influenza A, and Influenza B, the first conjugate pad includes at least two metal nanoparticles each bound to a different detection antibody, and the second conjugate pad may include at least two metal nanoparticles each bound to a different detection antibody.
4. 공기 배출 장치 (Air Exhaust Device)4. Air Exhaust Device
공기 배출 장치는 바이러스 검출 장치 내에서 사용된 공기를 정화하고 안전하게 외부로 배출하는 역할을 수행한다. 이는 바이러스 포집 및 용리 과정에서 발생할 수 있는 잠재적인 오염 위험을 방지하고, 실험 환경의 안전성을 유지하기 위해 설계되었다.The air exhaust device is designed to purify the air used within the virus detection device and safely exhaust it to the outside. This is designed to prevent potential contamination risks that may arise during the virus capture and elution process and to maintain the safety of the experimental environment.
(1) 공기 정화 필터 장치: 사이클론 장치를 통해 유입된 후, 용리 장치를 통과한 공기를 정화한다. 공기 중 잔류 입자, 바이러스, 또는 기타 유해 물질을 제거하여 깨끗한 공기를 생성한다.(1) Air purification filter device: Purifies the air that has passed through the cyclone device and then the elution device. Removes residual particles, viruses, or other harmful substances in the air to create clean air.
(1-1) 구성: 고효율 입자 포집(HEPA) 필터 또는 활성탄 필터를 포함하여 공기 중 미세 입자 및 바이러스를 효과적으로 제거한다. 다중 단계 필터링 시스템(예: 예비 필터 + HEPA 필터)으로 정화 효율을 극대화할 수 있다. 추가적으로, 플라즈마 발생 장치를 포함할 수 있으며, 플라즈마 광을 이용하여 살균을 수행할 수도 있다.(1-1) Composition: Effectively removes fine particles and viruses in the air, including a high-efficiency particulate air (HEPA) filter or an activated carbon filter. Purification efficiency can be maximized with a multi-stage filtering system (e.g., pre-filter + HEPA filter). Additionally, a plasma generation device can be included, and sterilization can be performed using plasma light.
(1-2) 작동 원리: 공기가 정화 필터를 통과하면서 유해 물질이 걸러지고, 깨끗한 공기가 배출 라인으로 이동한다.(1-2) How it works: As air passes through the purifying filter, harmful substances are filtered out, and clean air moves to the exhaust line.
(2) 공기 배출구: 정화된 공기를 외부 환경으로 안전하게 배출한다. 배출된 공기가 외부로 유출되는 과정에서 추가적인 오염을 방지한다.(2) Air exhaust port: Safely discharges purified air into the outside environment. Prevents additional contamination during the discharged air discharge process.
(2-1) 구성: 공기 배출구는 공기 흐름을 원활하게 유지하기 위한 설계가 적용되며, 역류 방지 장치를 포함한다. 배출구 주변에 소음 감소를 위한 흡음 구조물을 추가하여 작동 중 발생하는 소음을 최소화한다.(2-1) Composition: The air outlet is designed to maintain smooth air flow and includes a backflow prevention device. A sound-absorbing structure is added around the outlet to minimize noise generated during operation.
(3) 시스템 통합: 공기 배출 장치는 바이러스 검출 장치 내 다른 구성 요소와 통합되어 작동한다. 사이클론 장치에서 발생한 공기가 용리 장치를 거쳐서 공기 정화 필터 장치를 통해 정화 후 배출된다. 통합 제어 시스템을 통해 배출 공기의 유속, 필터 상태, 및 배출 효율을 실시간으로 모니터링할 수 있다.(3) System Integration: The air exhaust device operates in integration with other components in the virus detection device. The air generated from the cyclone device passes through the elution device and is then purified through the air purification filter device before being discharged. The flow rate of the exhaust air, filter status, and discharge efficiency can be monitored in real time through the integrated control system.
(4) 작동 원리 요약(4) Summary of operating principles
(4-1) 공기 정화: 공기 배출 장치로 유입된 공기는 정화 필터를 통해 바이러스 및 유해 물질이 제거된다.(4-1) Air purification: Air drawn into the air exhaust device has viruses and harmful substances removed through a purification filter.
(4-2) 공기 배출: 정화된 공기가 배출구를 통해 외부로 방출되며, 이 과정에서 역류 방지와 소음 감소가 보장된다.(4-2) Air exhaust: Purified air is exhausted to the outside through the exhaust port, preventing backflow and reducing noise during this process.
(4-3) 안전성 관리: 필터의 상태를 모니터링하고, 필요 시 교체 또는 세척 과정을 자동화하여 지속적인 정화 성능을 유지할 수 있다.(4-3) Safety management: By monitoring the condition of the filter and automating the replacement or cleaning process when necessary, continuous purification performance can be maintained.
본 발명의 실시 예에 따른 공기 중 바이러스에 대한 검출 시스템의 작동 과정은 다음과 같다.The operation process of the detection system for airborne viruses according to an embodiment of the present invention is as follows.
(1) 공기 유입 및 파티클 포집: 공기 중에 떠다니는 입자가 사이클론 장치로 유입되고, 각 사이클론을 거치면서 크기에 따라 분리 및 포집된다. 특정 크기의 입자는 센서 분석에 적합한 형태로 포집된다.(1) Air intake and particle capture: Particles floating in the air are introduced into the cyclone device, and are separated and captured according to size as they pass through each cyclone. Particles of a certain size are captured in a form suitable for sensor analysis.
(2) 용리 및 필터링: 포집된 바이러스는 수집 표면에 모이며, 여기에 주입된 용리액에 현탁되어 액체 샘플로 전환된다. 이후 필터링 과정을 통해 불필요한 입자가 걸러지고, 순도 높은 샘플이 생성된다.(2) Elution and filtering: The captured viruses are collected on the collection surface and suspended in the eluent injected here, thereby converting into a liquid sample. Subsequently, through a filtering process, unnecessary particles are filtered out, and a high-purity sample is generated.
(3) 라이시스 버퍼 혼합: 필터링 과정을 통해 생성된 액체 샘플은 라이시스 버퍼(Lysis buffer)와 혼합된다. 이 혼합 과정은 샘플 내 바이러스 단백질 및 핵산(RNA/DNA)을 추출하여 검출 민감도를 극대화한다.(3) Lysis buffer mixing: The liquid sample generated through the filtering process is mixed with lysis buffer. This mixing process extracts viral proteins and nucleic acids (RNA/DNA) in the sample to maximize detection sensitivity.
(4) 바이러스 검출: 생성된 액체 샘플은 바이러스 검출 센서로 전달되어 바이러스의 존재 여부가 실시간으로 분석된다.(4) Virus detection: The generated liquid sample is transmitted to a virus detection sensor and analyzed in real time for the presence of viruses.
(5) 공기 정화 및 배출: 바이러스 검출에 사용된 공기는 공기 정화 필터 장치를 통해 정화된다. 정화된 공기는 공기 배출구를 통해 외부로 안전하게 배출되며, 이 과정에서 오염 및 역류 방지가 보장된다.(5) Air purification and exhaust: The air used for virus detection is purified through an air purification filter device. The purified air is safely exhausted to the outside through an air outlet, ensuring prevention of contamination and backflow during this process.
본 발명의 실시 예에 따른 공기 중 바이러스에 대한 검출 시스템은 공기 중에 존재하는 바이러스를 실시간으로 포집하고 분석할 수 있는 통합적인 검출 솔루션을 제공하며, 다양한 환경에서의 바이러스 확산을 효과적으로 감지하고 대응할 수 있도록 설계되었다.A detection system for airborne viruses according to an embodiment of the present invention provides an integrated detection solution capable of capturing and analyzing viruses present in the air in real time, and is designed to effectively detect and respond to the spread of viruses in various environments.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 공기 중 바이러스(airborne viruses)에 대한 액체 샘플 생성 장치(liquid sample generating device)의 구성의 일 예를 도시한다.FIG. 2 illustrates an example of a configuration of a liquid sample generating device for airborne viruses according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공기 중 바이러스(airborne viruses)에 대한 검출 시스템은 액체 샘플 생성 장치(1000)와 바이러스 검출 센서(2000)를 포함한다.Referring to FIG. 2, a detection system for airborne viruses according to an embodiment of the present invention includes a liquid sample generating device (1000) and a virus detection sensor (2000).
본 발명의 실시 예에 따른 공기 중 바이러스(airborne viruses)에 대한 액체 샘플 생성 장치(1000)는 사이클론 장치(1100), 용리 장치(1200), 제어 장치(1300), 공기 배출 장치(1400)를 포함한다.A liquid sample generating device (1000) for airborne viruses according to an embodiment of the present invention includes a cyclone device (1100), an elution device (1200), a control device (1300), and an air exhaust device (1400).
액체 샘플 생성 장치(1000) 외부의 공기가 사이클론 장치(1100)로 유입된다. 사이클론 장치(1100)는 용리 장치(1200)에게 공기 중 바이러스(airborne viruses)에 대한 에어로졸 샘플을 제공한다. 용리 장치(1200)는 바이러스 검출 센서(2000)에게 공기 중 바이러스(airborne viruses)에 대한 액체 샘플을 제공한다.Air outside the liquid sample generating device (1000) is introduced into the cyclone device (1100). The cyclone device (1100) provides an aerosol sample for airborne viruses to the elution device (1200). The elution device (1200) provides a liquid sample for airborne viruses to the virus detection sensor (2000).
사이클론 장치(1100)는 큰 파티클에 대한 사이클론(1101), 중간 크기 파티클에 대한 사이클론(1102), 작은 파티클에 대한 사이클론(1103), 사이클론 장치(1100)에 유입되는 전체 파티클에 대한 파티클 센서(1104), 큰 파티클에 대한 사이클론(1101)에 의하여 포집된 파티클에 대한 파티클 센서(1105), 중간 크기 파티클에 대한 사이클론(1102)에 의하여 포집된 파티클에 대한 파티클 센서(1106), 작은 파티클에 대한 사이클론(1103)에 의하여 포집된 파티클에 대한 파티클 센서(1107)를 포함한다. 사이클론 장치(1100)는 공기 중 다양한 크기의 파티클을 분리하고 포집하기 위한 핵심 장치로, 이를 통해 바이러스 검출 과정에서 공기 중 입자를 효율적으로 분리할 수 있다. 도 2에서는 사이클론(1101, 1102, 1103)가 세 개 도시되었으나 이는 예시적인 것이며 하나 이상의 다양한 개수의 사이클론이 적용될 수 있음은 자명하다. 또한, 사이클론(1101, 1102, 1103)에 대한 파티클 센서(1105, 1106, 1107) 또한 하나 이상의 다양한 개수의 파티클 센서가 적용될 수 있음은 자명하다. 사이클론 장치(1100)의 각 구성 요소에 대한 상세 설명은 다음과 같다.The cyclone device (1100) includes a cyclone (1101) for large particles, a cyclone (1102) for medium-sized particles, a cyclone (1103) for small particles, a particle sensor (1104) for all particles entering the cyclone device (1100), a particle sensor (1105) for particles captured by the cyclone (1101) for large particles, a particle sensor (1106) for particles captured by the cyclone (1102) for medium-sized particles, and a particle sensor (1107) for particles captured by the cyclone (1103) for small particles. The cyclone device (1100) is a key device for separating and capturing particles of various sizes in the air, thereby efficiently separating airborne particles in a virus detection process. In Fig. 2, three cyclones (1101, 1102, 1103) are illustrated, but this is only an example and it is obvious that one or more different numbers of cyclones can be applied. In addition, it is obvious that one or more different numbers of particle sensors (1105, 1106, 1107) for the cyclones (1101, 1102, 1103) can also be applied. A detailed description of each component of the cyclone device (1100) is as follows.
큰 파티클에 대한 사이클론(1101)은 공기 중에 포함된 크고 무거운 입자를 분리하고 포집하는 역할을 한다. 큰 파티클에 대한 사이클론(1101)은 공기 중에서 비교적 큰 입자(예: 먼지, 꽃가루 등)를 제거하여 공기 흐름을 정제한다. 크고 무거운 파티클은 원심력에 의해 벽면으로 밀려나 분리된다. 큰 파티클 사이클론(1101)은 주로 10마이크로미터(μm) 이상의 입자를 포집할 수 있도록 설계되어 있다. 이는 나머지 사이클론이 더욱 작은 입자를 처리할 수 있도록 공기 흐름을 정제하는 첫 번째 단계다.The cyclone (1101) for large particles separates and captures large and heavy particles contained in the air. The cyclone (1101) for large particles removes relatively large particles (e.g., dust, pollen, etc.) from the air to purify the airflow. The large and heavy particles are separated by being pushed to the wall by centrifugal force. The large particle cyclone (1101) is mainly designed to capture particles larger than 10 micrometers (μm). This is the first step in purifying the airflow so that the remaining cyclones can handle smaller particles.
중간 크기 파티클에 대한 사이클론(1102)은 첫 번째 사이클론을 통과한 중간 크기의 입자를 처리한다. 중간 크기 파티클에 대한 사이클론(1102)은 상대적으로 작은 입자(예: 세균, 미세 먼지 등)를 포집하며, 작은 입자를 더욱 효과적으로 포집할 수 있도록 준비한다. 첫 번째 사이클론에서 제거되지 않은 중간 크기의 입자를 필터링하는 중간 단계다. 중간 크기 파티클 사이클론(1102)은 주로 2마이크로미터(μm)에서 10μm 사이의 입자를 포집할 수 있도록 설계되어 있다.The cyclone (1102) for medium-sized particles processes medium-sized particles that have passed through the first cyclone. The cyclone (1102) for medium-sized particles captures relatively small particles (e.g., bacteria, fine dust, etc.) and prepares to capture small particles more effectively. It is an intermediate step for filtering medium-sized particles that are not removed by the first cyclone. The medium-sized particle cyclone (1102) is designed to capture particles mainly between 2 micrometers (μm) and 10 μm.
작은 파티클에 대한 사이클론(1103)은 공기 중에서 가장 작은 입자를 포집하는 역할을 한다. 작은 파티클에 대한 사이클론(1103)은 나노미터 단위의 작은 입자(예: 바이러스 입자 등)를 포집한다. 공기 중 바이러스와 같은 미세한 입자를 감지하고 분리하는 마지막 단계다. 작은 파티클 사이클론(1103)은 주로 1마이크로미터(μm) 이하의 입자를 포집할 수 있도록 설계되어 있다. 이는 공기 중에서 작은 입자를 분리하는 중요한 역할을 한다.The cyclone (1103) for small particles is responsible for capturing the smallest particles in the air. The cyclone (1103) for small particles captures small particles of nanometer units (e.g., virus particles, etc.). It is the final step for detecting and separating fine particles such as viruses in the air. The small particle cyclone (1103) is mainly designed to capture particles of 1 micrometer (μm) or less. It plays an important role in separating small particles in the air.
전체 파티클에 대한 파티클 센서(1104)는 사이클론 장치(1100)에 유입되는 공기 중 모든 파티클을 감지한다. 전체 파티클에 대한 파티클 센서(1104)는 사이클론 장치로 유입되는 공기 중의 파티클 특성(크기, 농도, 질량 등)을 실시간으로 감지하고 기록한다. 이를 통해 장치에 유입되는 파티클의 전체 분포를 파악할 수 있다. 전체 파티클에 대한 파티클 센서(1104)는 공기 중 파티클의 크기 분포, 농도 등을 실시간으로 분석하여 시스템의 제어 및 용리액 주입 양 조절 등에 중요한 데이터를 제공한다.The particle sensor (1104) for all particles detects all particles in the air flowing into the cyclone device (1100). The particle sensor (1104) for all particles detects and records the characteristics (size, concentration, mass, etc.) of particles in the air flowing into the cyclone device in real time. Through this, the entire distribution of particles flowing into the device can be determined. The particle sensor (1104) for all particles analyzes the size distribution, concentration, etc. of particles in the air in real time, and provides important data for controlling the system and adjusting the amount of solution injected.
큰 파티클에 대한 파티클 센서(1105)는 큰 파티클 사이클론(1101)에 의해 포집된 입자를 감지하는 센서다. 큰 파티클에 대한 파티클 센서(1105)는 큰 파티클에 대한 사이클론(1101)에서 분리된 입자의 수와 크기, 농도를 감지하여 해당 입자가 적절히 포집되었는지 확인한다. 포집된 입자의 특성에 따라 시스템이 적절한 용리액 양을 조정할 수 있도록 데이터를 제공한다.The particle sensor (1105) for large particles is a sensor that detects particles captured by the large particle cyclone (1101). The particle sensor (1105) for large particles detects the number, size, and concentration of particles separated from the cyclone (1101) for large particles to determine whether the particles are properly captured. It provides data so that the system can adjust an appropriate amount of eluent depending on the characteristics of the captured particles.
중간 크기 파티클에 대한 파티클 센서(1106)는 중간 크기 파티클 사이클론(1102)에 의해 포집된 파티클을 감지하는 센서다. 중간 크기 파티클에 대한 파티클 센서(1106)는 중간 크기 입자에 대해 포집된 파티클의 수, 크기 및 농도를 실시간으로 감지하고 기록한다. 이를 통해 중간 크기 파티클의 포집 효율을 확인하고, 용리액 주입 및 필터링 과정에 대한 조정이 가능하다.The particle sensor (1106) for medium-sized particles is a sensor that detects particles captured by the medium-sized particle cyclone (1102). The particle sensor (1106) for medium-sized particles detects and records the number, size, and concentration of particles captured for medium-sized particles in real time. This allows the capture efficiency of medium-sized particles to be confirmed and adjustments to the eluent injection and filtering processes to be made.
작은 파티클에 대한 파티클 센서(1107)는 작은 파티클 사이클론(1103)에 의해 포집된 미세 입자를 감지하는 센서다. 작은 파티클에 대한 파티클 센서(1107)는 나노미터 단위의 작은 입자를 감지하여, 포집된 파티클의 크기와 농도를 실시간으로 모니터링한다. 주로 공기 중에 떠다니는 바이러스와 같은 미세한 입자가 포집되었는지를 파악하는 데 사용된다.The particle sensor (1107) for small particles is a sensor that detects fine particles captured by the small particle cyclone (1103). The particle sensor (1107) for small particles detects small particles in the nanometer unit and monitors the size and concentration of captured particles in real time. It is mainly used to determine whether fine particles such as viruses floating in the air have been captured.
사이클론 장치(1100)에 공기가 유입되면, 큰 파티클, 중간 크기 파티클, 작은 파티클에 대한 사이클론(1101, 1102, 1103)을 거치면서 파티클이 점차적으로 분리된다. 각 사이클론에 대응하는 파티클 센서(1105, 1106, 1107)는 포집된 파티클의 특성을 실시간으로 모니터링하여 시스템에 데이터를 제공한다. 이 데이터를 통해 용리액 주입량, 필터링 효율 등을 제어할 수 있다. 이러한 구성은 공기 중에서 다양한 크기의 입자를 효과적으로 포집하여, 이후 바이러스 검출 과정에서 정확하고 신뢰성 있는 샘플을 생성하는 데 중요한 역할을 한다. 사이클론 장치(1100)는 공기 중에 존재하는 다양한 크기의 입자를 효율적으로 분리하여, 최종적으로 바이러스 검출 센서로 전달하기 위한 액체 샘플을 생성하는 데 최적화되어 있다.When air is introduced into the cyclone device (1100), the particles are gradually separated while passing through cyclones (1101, 1102, 1103) for large particles, medium-sized particles, and small particles. The particle sensors (1105, 1106, 1107) corresponding to each cyclone monitor the characteristics of the captured particles in real time and provide data to the system. This data can be used to control the amount of eluent injected, the filtering efficiency, etc. This configuration plays an important role in effectively capturing particles of various sizes in the air and generating an accurate and reliable sample in the subsequent virus detection process. The cyclone device (1100) is optimized to efficiently separate particles of various sizes existing in the air and generate a liquid sample to be ultimately delivered to a virus detection sensor.
파티클 센서(Particle Sensor)는 공기나 액체 중에 포함된 미세한 입자(파티클)를 감지하고, 그 크기, 개수, 농도, 질량 등을 측정하는 장치이다. 파티클 센서는 환경 모니터링, 산업 공정 제어, 의학적 진단, 바이러스 검출 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 한다. 일반적으로 광학적, 전기적, 또는 기계적 원리를 이용하여 파티클을 감지한다.A particle sensor is a device that detects fine particles contained in air or liquid and measures their size, number, concentration, mass, etc. Particle sensors play an important role in various fields such as environmental monitoring, industrial process control, medical diagnosis, and virus detection. Generally, particles are detected using optical, electrical, or mechanical principles.
파티클 센서의 구성은 다음과 같다.The particle sensor configuration is as follows.
(1) 광원: 파티클이 통과하는 경로에 빛을 발사하는 역할을 한다. 일반적으로 레이저나 LED 광원을 사용하여 파티클에 빛을 쏘아 감지 과정을 시작한다. 광원에서 발사된 빛은 파티클과 상호작용하여 산란, 흡수 또는 반사된다.(1) Light source: It plays a role in emitting light in the path that the particle passes through. Typically, a laser or LED light source is used to shine light on the particle to start the detection process. The light emitted from the light source interacts with the particle and is scattered, absorbed, or reflected.
(2) 검출기: 파티클이 빛과 상호작용한 후 발생하는 산란된 빛을 감지하고, 이를 통해 파티클의 크기와 개수를 계산한다. 일반적으로 포토다이오드, CCD 또는 CMOS 센서를 사용하여 빛의 변화를 감지하고 전기 신호로 변환한다.(2) Detector: Detects the scattered light generated after particles interact with light, and calculates the size and number of particles. Typically, a photodiode, CCD, or CMOS sensor is used to detect changes in light and convert them into electrical signals.
(3) 유로(Flow Path 또는 Measurement Chamber): 파티클이 흐르는 경로로, 센서 내부에서 파티클이 빛과 상호작용하는 구간이다. 이 유로를 통해 파티클이 광원과 검출기 사이를 지나가면서 측정된다. 유로는 파티클이 일정하게 흐르도록 설계되며, 파티클이 광학 신호와 충분히 상호작용할 수 있는 환경을 제공한다.(3) Flow Path or Measurement Chamber: The path through which particles flow, and is the section inside the sensor where particles interact with light. Particles are measured as they pass between the light source and the detector through this flow path. The flow path is designed to ensure a constant flow of particles, and provides an environment in which particles can sufficiently interact with the optical signal.
(4) 전자 회로부: 감지된 데이터를 처리하고 분석하는 장치로, 센서에서 생성된 전기 신호를 증폭하거나 필터링하고 이를 디지털 신호로 변환한다. 감지된 신호를 처리하여 파티클의 크기, 개수, 농도 등과 같은 유의미한 데이터를 산출한다.(4) Electronic circuit unit: A device that processes and analyzes the detected data, amplifies or filters the electrical signal generated by the sensor, and converts it into a digital signal. The detected signal is processed to produce meaningful data such as the size, number, and concentration of particles.
(5) 프로세서 및 메모리: 센서로부터 수집된 데이터를 처리하고, 저장하거나 외부로 전송하는 역할을 한다. 프로세서는 데이터를 실시간으로 분석하며, 메모리는 일정 기간 데이터를 보관할 수 있다. 프로세서는 수집된 데이터를 통해 파티클의 특성을 분석하고, 이를 기반으로 적절한 제어 신호를 생성한다.(5) Processor and memory: Processes, stores, or transmits data collected from sensors. The processor analyzes data in real time, and the memory can store data for a certain period of time. The processor analyzes the characteristics of particles through the collected data and generates appropriate control signals based on this.
파티클 센서의 작동 원리는 다음과 같다. 파티클 센서는 일반적으로 광학적 원리에 기반하며, 다음과 같은 절차를 통해 작동한다.The working principle of particle sensors is as follows. Particle sensors are generally based on optical principles and operate through the following process.
(1) 빛의 발사 및 파티클 통과: 광원이 빛을 발사하고, 유로를 통해 파티클이 광원과 검출기 사이를 지나가면서 빛과 상호작용한다. 이 상호작용은 빛이 파티클에 의해 산란, 반사 또는 흡수되는 형태로 발생한다.(1) Light emission and particle passage: A light source emits light, and particles interact with the light as they pass between the light source and the detector through the path. This interaction occurs in the form of light being scattered, reflected, or absorbed by the particles.
(2) 빛의 산란 및 감지: 파티클이 빛을 산란시키거나 흡수하면, 그에 따른 빛의 변화가 검출기에 의해 감지된다. 큰 파티클은 더 많은 빛을 산란시키고, 작은 파티클은 적게 산란시킨다. 검출기는 이러한 변화를 전기 신호로 변환한다.(2) Light scattering and detection: When particles scatter or absorb light, the resulting change in light is detected by a detector. Large particles scatter more light, and small particles scatter less. The detector converts this change into an electrical signal.
(3) 파티클 크기와 개수 분석: 검출기는 산란된 빛의 강도를 측정하여 파티클의 크기를 분석한다. 크기가 큰 파티클은 강한 신호를, 작은 파티클은 약한 신호를 발생시키며, 이를 바탕으로 파티클의 크기와 개수를 계산할 수 있다.(3) Analysis of particle size and number: The detector analyzes the size of the particles by measuring the intensity of the scattered light. Large particles generate strong signals, and small particles generate weak signals, and the size and number of particles can be calculated based on this.
(4) 농도 및 질량 계산: 단위 시간 또는 단위 부피당 파티클이 얼마나 많은지 계산하여 농도를 측정할 수 있다. 또한, 파티클의 질량이 일정한 크기에 따라 비례하므로, 파티클의 질량도 유추할 수 있다.(4) Calculation of concentration and mass: Concentration can be measured by calculating how many particles there are per unit time or per unit volume. Also, since the mass of a particle is proportional to its size, the mass of the particle can also be inferred.
(5) 실시간 데이터 처리: 전자 회로부와 프로세서는 실시간으로 데이터를 처리하여 파티클의 크기, 개수, 농도, 질량 등을 계산하고, 그 결과를 시스템에 전송하거나 저장한다.(5) Real-time data processing: The electronic circuitry and processor process data in real time to calculate the size, number, concentration, mass, etc. of particles, and transmit or store the results in the system.
파티클 센서의 주요 기능은 다음과 같다.The main functions of the particle sensor are as follows:
(1) 파티클 크기 감지: 빛의 산란 또는 흡수 정도를 통해 파티클의 크기를 측정할 수 있다. 크기에 따라 빛의 산란 방식이 다르므로, 이를 통해 파티클 크기를 구분한다.(1) Particle size detection: The size of particles can be measured by the degree of light scattering or absorption. Since the method of light scattering differs depending on the size, the particle size can be distinguished through this.
(2) 파티클 개수 측정: 파티클이 감지 구역을 지나갈 때 산란된 빛의 횟수나 강도를 분석하여 해당 파티클의 개수를 측정할 수 있다. 각 파티클이 산란시키는 빛의 빈도나 강도를 기록함으로써 이를 계산한다.(2) Particle count measurement: The number of particles can be measured by analyzing the number or intensity of scattered light when the particle passes through the detection area. This is calculated by recording the frequency or intensity of light scattered by each particle.
(3) 농도 측정: 단위 부피나 시간당 검출된 파티클 수에 따라 파티클의 농도를 계산할 수 있다. 이를 통해 공기 중 또는 액체 내의 파티클 밀도를 파악할 수 있다.(3) Concentration measurement: The concentration of particles can be calculated based on the number of particles detected per unit volume or time. This allows the density of particles in the air or liquid to be determined.
(4) 질량 측정: 파티클 크기와 농도를 조합하여 전체 파티클의 질량을 계산할 수 있다. 크기와 질량이 비례하므로, 크기가 클수록 질량이 더 크다.(4) Mass measurement: By combining particle size and concentration, the mass of the entire particle can be calculated. Since size and mass are proportional, the larger the size, the greater the mass.
(5) 실시간 모니터링: 파티클 센서는 실시간으로 파티클의 특성을 감지하고 데이터를 처리하므로, 즉각적인 반응과 모니터링이 가능하다. 이는 공기질 모니터링, 바이러스 검출 등에서 중요한 역할을 한다.(5) Real-time monitoring: Particle sensors detect particle characteristics and process data in real time, enabling immediate response and monitoring. This plays an important role in air quality monitoring, virus detection, etc.
파티클 센서의 동작 과정은 다음과 같다.The particle sensor works as follows:
(1) 공기 또는 액체 유입: 파티클이 포함된 공기나 액체가 센서의 유로를 통해 이동한다.(1) Air or liquid inflow: Air or liquid containing particles moves through the sensor's path.
(2) 광원과의 상호작용: 파티클은 광원의 빛과 상호작용하여 빛을 산란시키거나 흡수한다. 이 과정에서 발생하는 빛의 변화는 검출기에 의해 감지된다.(2) Interaction with light source: Particles interact with light from a light source, scattering or absorbing the light. The change in light that occurs during this process is detected by a detector.
(3) 신호 변환: 검출된 빛의 변화는 전자 신호로 변환되며, 이 신호는 파티클 크기, 개수, 농도 등을 계산하는 데 사용된다.(3) Signal conversion: The detected light change is converted into an electronic signal, which is used to calculate particle size, number, concentration, etc.
(4) 데이터 처리: 프로세서는 실시간으로 데이터를 처리하고, 결과를 저장하거나 외부로 전송한다. 이를 통해 파티클의 특성을 분석할 수 있다.(4) Data processing: The processor processes data in real time and stores or transmits the results to the outside. This allows the characteristics of particles to be analyzed.
파티클 센서의 응용 분야는 다음과 같다.Application areas of particle sensors include:
(1) 공기질 모니터링: 파티클 센서는 실내외 공기 중의 미세먼지(PM2.5, PM10)나 유해 입자의 농도를 모니터링하는 데 널리 사용된다.(1) Air quality monitoring: Particle sensors are widely used to monitor the concentration of fine dust (PM2.5, PM10) and harmful particles in indoor and outdoor air.
(2) 바이러스 검출: 바이러스 입자의 크기와 농도를 실시간으로 측정하여 공기 중 또는 액체 내의 바이러스 존재 여부를 파악할 수 있다.(2) Virus detection: By measuring the size and concentration of virus particles in real time, the presence of viruses in the air or liquid can be determined.
(3) 산업용 공정 제어: 제조 공정에서 불순물이나 미세 입자의 농도를 모니터링하여 품질 관리를 향상시키는 데 활용된다.(3) Industrial process control: Used to improve quality control by monitoring the concentration of impurities or fine particles in the manufacturing process.
(4) 의료 및 제약 분야: 제약 공정에서 약물 내 파티클을 분석하거나, 의료 장비 내 파티클 검출에 사용된다.(4) Medical and pharmaceutical fields: Used to analyze particles in drugs during pharmaceutical processes or to detect particles in medical equipment.
파티클 센서는 광학적 원리를 활용하여 공기나 액체 내의 미세 파티클을 감지하고 분석하는 장치이다. 이를 통해 파티클의 크기, 개수, 농도, 질량 등을 실시간으로 측정할 수 있으며, 다양한 산업 분야에서 필수적인 역할을 한다.A particle sensor is a device that uses optical principles to detect and analyze microscopic particles in air or liquid. This allows the size, number, concentration, and mass of particles to be measured in real time, and plays an essential role in various industrial fields.
용리 장치(1200)는 수집 표면(1201), 용리액 주입 장치(1202), 탈이온수 주입 장치(1203), 에탄올 주입 장치(1204), 필터링 장치(1205), 샘플 수집부(1206), 폐기물 수집부(1207), 유체 제어 장치(1208), 버퍼액 주입 장치(1209)를 포함한다. 용리 장치(1200)는 공기 중에서 포집된 바이러스를 용리액에 현탁시켜 액체 샘플로 전환하고, 이를 필터링한 후 샘플과 폐기물을 분리하여 바이러스 검출을 위한 샘플을 제공하는 역할을 한다. 용리 장치(1200)의 각 구성 요소에 대한 상세 설명은 다음과 같다.The elution device (1200) includes a collection surface (1201), an elution solution injection device (1202), a deionized water injection device (1203), an ethanol injection device (1204), a filtering device (1205), a sample collection unit (1206), a waste collection unit (1207), a fluid control device (1208), and a buffer solution injection device (1209). The elution device (1200) suspends viruses captured in the air in an elution solution to convert them into a liquid sample, filters the same, and then separates the sample and waste to provide a sample for virus detection. A detailed description of each component of the elution device (1200) is as follows.
수집 표면(1201)은 사이클론 장치(1100)에서 포집된 바이러스 입자가 모이는 공간으로, 용리액이 주입되어 바이러스 입자를 액체 상태로 현탁시키는 표면이다. 수집 표면(1201)은 공기 중에서 포집된 입자(특히 바이러스)가 이 표면에 모이며, 용리액(PBS)이 주입되어 바이러스를 액체로 현탁시킨다. 이 표면은 입자가 용리액과 접촉할 수 있도록 최적화되어 있어, 현탁 효율을 극대화한다. 수집 표면의 재질은 용리액과 반응하지 않으며, 바이러스 입자를 효과적으로 모을 수 있도록 설계된다. 주로 매끄러운 표면으로 처리되어 바이러스 입자가 쉽게 용리액에 씻겨 나갈 수 있다.The collection surface (1201) is a space where virus particles captured in the cyclone device (1100) gather, and is a surface where a dissolution solution is injected to suspend the virus particles in a liquid state. The collection surface (1201) is a surface where particles (especially viruses) captured in the air gather, and a dissolution solution (PBS) is injected to suspend the viruses in a liquid. This surface is optimized so that the particles can come into contact with the dissolution solution, thereby maximizing the suspension efficiency. The material of the collection surface does not react with the dissolution solution, and is designed to effectively collect the virus particles. It is mainly treated as a smooth surface so that the virus particles can be easily washed away by the dissolution solution.
수집 표면(1201)의 재질과 형태는 용리 장치의 성능을 좌우하는 중요한 요소로, 바이러스와 같은 미세 입자를 효율적으로 포집하고, 용리액과의 접촉을 극대화하여 샘플을 적절히 전환하는 데 핵심적인 역할을 한다. 수집 표면(1201)의 재질은 매끄러운 비활성 재질이어야 한다. 수집 표면(1201)은 바이러스 입자가 쉽게 부착되지 않고 용리액에 쉽게 씻겨 나가도록 매끄러운 재질로 설계된다. 이 재질은 입자와 용리액 사이에 불필요한 화학 반응이 발생하지 않도록 비활성 물질이어야 한다. 수집 표면(1201)에 대하여 주로 사용되는 재질로는 유리, 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE), 스테인리스 스틸 등이 있다. 유리는 비활성이며 화학적으로 안정된 특성을 가지고 있어, 수집 표면에 자주 사용된다. 또한, 유리는 부드럽고 매끄러운 표면은 바이러스 입자가 쉽게 용리액에 의해 제거되도록 돕는다. PTFE은 비활성 특성과 높은 내화학성을 가지고 있어, 용리액과의 반응을 최소화하고 샘플 오염을 방지한다. 또한, PTFE은 표면이 매끄러워 바이러스가 잘 부착되지 않도록 한다. 스테인리스 스틸은 내구성이 강하고 화학적으로 안정적이어서, 고내구성을 요구하는 시스템에 적합하다. 그러나, 스테인리스 스틸은 표면이 매끄럽게 처리되어야 한다.The material and shape of the collection surface (1201) are important factors that determine the performance of the elution device, and play a key role in efficiently capturing fine particles such as viruses and maximizing contact with the elution solution to properly convert the sample. The material of the collection surface (1201) must be a smooth, inert material. The collection surface (1201) is designed to be a smooth material so that virus particles do not easily attach and are easily washed away by the elution solution. This material must be an inert material so that unnecessary chemical reactions do not occur between the particles and the elution solution. The materials commonly used for the collection surface (1201) include glass, polytetrafluoroethylene (PTFE), stainless steel, etc. Glass is inert and chemically stable, so it is often used for the collection surface. In addition, the smooth and soft surface of glass helps virus particles to be easily removed by the elution solution. PTFE has inert properties and high chemical resistance, so it minimizes reactions with the elution solution and prevents sample contamination. In addition, PTFE has a smooth surface, so viruses do not attach well. Stainless steel is durable and chemically stable, making it suitable for systems requiring high durability. However, stainless steel must have a smooth surface finish.
수집 표면(1201)은 반복적인 용리 과정, 세척, 소독을 견딜 수 있어야 한다. 탈이온수나 에탄올로 반복적으로 세척 및 소독되므로, 장시간 사용해도 마모되지 않는 내구성이 필요하다. 수집 표면(1201)은 에탄올 및 탈이온수로 간편하게 세척되고 소독될 수 있어야 하며, 잔여물이 남지 않도록 쉽게 관리 가능해야 한다.The collection surface (1201) must be able to withstand repeated elution processes, washing, and disinfection. Since it is repeatedly washed and disinfected with deionized water or ethanol, it must be durable enough not to wear out even after long-term use. The collection surface (1201) must be easy to wash and disinfect with ethanol and deionized water, and must be easy to maintain so that no residue remains.
수집 표면(1201)의 형태는 평면형 수집 표면, 또는, 경사나 곡면을 가진 수집 표면, 미세 홈이 있는 수집 표면으로 구성될 수 있다.The shape of the collection surface (1201) may be composed of a flat collection surface, a collection surface having an incline or curve, or a collection surface having micro-grooves.
평면형 수집 표면(1201)은 바이러스 입자가 고르게 분포할 수 있도록 하고, 용리액이 쉽게 흐를 수 있게 해준다. 평면형 수집 표면은 용리액이 표면을 고르게 덮고 바이러스 입자를 효과적으로 현탁시키는 데 유리하다. 평면형 수집 표면은 간단한 구조로 용리액이 흐를 때 균일하게 퍼져서 바이러스 입자와 접촉할 수 있다. 평면형 수집 표면은 용리 후에는 남은 입자를 쉽게 씻어낼 수 있어 세척과 소독에 용이하다. 평면형 수집 표면은 실험실에서 자주 사용하는 표면 형태로, 용리액의 흐름을 제어하기 쉬운 구조다.The planar collection surface (1201) allows the virus particles to be evenly distributed and the eluent to flow easily. The planar collection surface is advantageous in that the eluent evenly covers the surface and effectively suspends the virus particles. The planar collection surface has a simple structure so that the eluent can evenly spread and come into contact with the virus particles when it flows. The planar collection surface can easily wash away the remaining particles after elution, making it easy to clean and disinfect. The planar collection surface is a surface type frequently used in laboratories, and has a structure that makes it easy to control the flow of the eluent.
경사나 곡면을 가진 수집 표면(1201)은 용리액이 중력에 의해 자연스럽게 흘러내리도록 도와준다. 경사나 곡면을 가진 수집 표면은 용리액이 더 잘 분포되고 입자가 표면에 남지 않도록 하여 용리 과정을 더 효율적으로 만든다. 경사나 곡면을 가진 수집 표면은 용리액이 수집 표면에 고이지 않고 자연스럽게 흘러내리므로, 입자가 용리액과 더 효율적으로 접촉하여 현탁될 수 있다. 세척 시에도 용리액이 남지 않고 쉽게 배출된다.The collection surface (1201) with a slope or curve helps the eluent to flow down naturally by gravity. The collection surface with a slope or curve makes the eluent better distributed and prevents particles from remaining on the surface, making the elution process more efficient. Since the collection surface with a slope or curve allows the eluent to flow down naturally without being accumulated on the collection surface, the particles can be suspended by contacting the eluent more efficiently. Even during washing, the eluent is easily discharged without remaining.
미세 홈이 있는 수집 표면(1201)은 표면에 미세한 홈이나 패턴을 가미하여 입자가 표면에 고정될 수 있는 위치를 제공하면서도 용리액이 흐르기 쉽게 설계된 형태다. 이 형태는 입자가 흘러내리는 것을 방지하고, 용리액과의 접촉 시간을 늘려 효율적인 현탁을 가능하게 한다. 미세 홈이 있는 수집 표면은 미세 홈이 입자를 일시적으로 잡아주면서 용리액과의 접촉을 늘린다. 이는 더 많은 입자가 용리액에 현탁될 수 있도록 돕고, 용리 효율을 높이는 데 기여한다.The collection surface (1201) with micro-grooves is designed to provide a location where particles can be fixed on the surface by adding micro-grooves or patterns to the surface while allowing the eluent to flow easily. This shape prevents the particles from flowing down and increases the contact time with the eluent, enabling efficient suspension. The collection surface with micro-grooves increases contact with the eluent while the micro-grooves temporarily hold the particles. This helps more particles to be suspended in the eluent, contributing to improving the eluent efficiency.
수집 표면(1201)은 용리액이 수집 표면 위에서 고르게 퍼져 입자와의 접촉을 극대화할 수 있도록 설계되어야 한다. 따라서 표면의 매끄러움, 경사도, 홈의 형태 등이 용리액의 흐름을 조절하는 중요한 요소다. 수집 표면(1201)은 바이러스 입자와 용리액이 충분히 접촉할 수 있는 구조로 설계되어야 하며, 이를 위해 표면의 형태와 질감이 중요하다. 수집 표면은 용리 후에 잔여물이 남지 않고, 세척과 소독이 용이하게 설계되어야 한다. 이는 시스템의 재사용성을 높이고, 오염을 방지하는 중요한 요소다.The collection surface (1201) should be designed so that the solution can be evenly spread over the collection surface and maximize contact with the particles. Therefore, the smoothness of the surface, the slope, the shape of the grooves, etc. are important factors that control the flow of the solution. The collection surface (1201) should be designed to have a structure that allows sufficient contact between the virus particles and the solution, and for this purpose, the shape and texture of the surface are important. The collection surface should be designed so that no residue remains after elution and that it can be easily washed and disinfected. This is an important factor that increases the reusability of the system and prevents contamination.
수집 표면(1201)은 바이러스 포집과 용리액과의 상호작용을 극대화하기 위해 매끄럽고 비활성화된 재질로 만들어지며, 용리액이 효과적으로 흐르도록 평면형, 경사형, 또는 미세 홈이 있는 구조로 설계된다. 이러한 설계를 통해 공기 중 바이러스 입자가 효율적으로 용리되고, 정확한 바이러스 검출이 가능해진다.The collection surface (1201) is made of a smooth and inactive material to maximize virus capture and interaction with the eluent, and is designed to have a flat, inclined, or micro-grooved structure to allow the eluent to flow effectively. This design allows efficient elution of airborne virus particles, enabling accurate virus detection.
용리액 주입 장치(1202)는 수집 표면(1201)에 용리액을 주입하여 바이러스를 현탁시키는 장치다. 용리액 주입 장치(1202)는 용리액(PBS)을 수집 표면으로 주입하여 포집된 바이러스 입자를 액체 상태로 전환한다. 용리액 주입량은 수집된 파티클의 양과 특성에 따라 조절된다. 용리액 주입 장치(1202)에서 용리액의 양과 주입 속도는 파티클 센서로부터 얻은 정보를 바탕으로 조절되며, 필요한 용리액의 부피를 정밀하게 관리하여 샘플 농도를 최적화한다.The eluent injection device (1202) is a device that suspends viruses by injecting eluent into the collection surface (1201). The eluent injection device (1202) injects eluent (PBS) into the collection surface to convert captured virus particles into a liquid state. The amount of eluent injected is adjusted according to the amount and characteristics of the collected particles. The amount and injection speed of the eluent in the eluent injection device (1202) are adjusted based on information obtained from the particle sensor, and the required volume of the eluent is precisely managed to optimize the sample concentration.
탈이온수(DI Water) 주입 장치(1203)는 용리액의 농도를 조절하거나 세척을 위해 탈이온수를 수집 표면에 주입하는 장치다. 탈이온수(DI Water) 주입 장치(1203)는 수집된 입자 샘플의 농도를 조절하기 위해, 용리액과 혼합하여 탈이온수가 주입된다. 또한, 용리 후에 수집 표면을 세척하여 잔여물을 제거하는 역할도 한다. 탈이온수(DI Water) 주입 장치(1203)에서 탈이온수는 용리액의 농도를 희석시키는 데 사용되며, 수집 표면을 세척하여 다음 샘플링에 대비한다. 세척 단계는 샘플 오염을 방지하고 시스템의 신뢰성을 높인다.The DI water injection device (1203) is a device that injects DI water into the collection surface for adjusting the concentration of the eluent or for washing. The DI water injection device (1203) mixes the DI water with the eluent to adjust the concentration of the collected particle sample and injects it. It also serves to wash the collection surface after the elution to remove residues. In the DI water injection device (1203), DI water is used to dilute the concentration of the eluent and to wash the collection surface to prepare for the next sampling. The washing step prevents sample contamination and increases the reliability of the system.
에탄올(EtOH) 주입 장치(1204)는 용리 과정 후 시스템을 소독하기 위해 에탄올을 주입하는 장치다. 에탄올(EtOH) 주입 장치(1204)는 용리 과정이 끝난 후, 시스템을 소독하여 바이러스나 기타 오염 물질이 잔존하지 않도록 한다. 이는 재사용 시 교차 오염을 방지하기 위한 필수 과정이다. 에탄올(EtOH) 주입 장치(1204)에서 에탄올은 강력한 소독제로, 용리 후 시스템을 완전히 소독하여 바이러스 입자나 불순물을 제거한다. 소독 과정은 샘플의 신뢰성을 높이는 데 중요한 역할을 한다.The ethanol (EtOH) injection device (1204) is a device that injects ethanol to sterilize the system after the elution process. The ethanol (EtOH) injection device (1204) sterilizes the system after the elution process to prevent viruses or other contaminants from remaining. This is an essential process to prevent cross-contamination when reused. In the ethanol (EtOH) injection device (1204), ethanol is a strong disinfectant that completely sterilizes the system after the elution process to remove virus particles or impurities. The disinfection process plays an important role in increasing the reliability of the sample.
필터링 장치(1205)는 용리된 액체 샘플에서 특정 크기 이상의 입자를 걸러내는 역할을 한다. 필터링 장치(1205)는 멤브레인 필터나 회전 액체 임팩터를 사용하여 샘플을 정제한다. 필터링 장치(1205)는 용리된 혼합액에서 큰 입자(예: 1μm 이상의 파티클)를 필터링하여, 순수한 바이러스 샘플을 얻는다. 바이러스와 같은 작은 입자만 검출 센서로 전달되도록 한다. 필터링 장치(1205)는 멤브레인 필터와 회전 액체 임팩터 중 하나 또는 둘을 조합하여 사용된다. 멤브레인 필터는 작은 크기의 입자만 통과시키며, 회전 액체 임팩터는 원심력을 이용하여 입자를 분리한다.The filtering device (1205) filters out particles larger than a certain size from the eluted liquid sample. The filtering device (1205) purifies the sample using a membrane filter or a rotating liquid impactor. The filtering device (1205) filters out large particles (e.g., particles larger than 1 μm) from the eluted mixed liquid to obtain a pure virus sample. Only small particles such as viruses are transmitted to the detection sensor. The filtering device (1205) is used by combining one or both of a membrane filter and a rotating liquid impactor. The membrane filter allows only small-sized particles to pass through, and the rotating liquid impactor separates the particles using centrifugal force.
회전 액체 임팩터(Rotating Liquid Impactor)는 공기 중에 부유하는 미세한 파티클을 액체로 포집하고, 그 파티클의 크기나 질량에 따라 분리하는 장치이다. 회전 액체 임팩터(Rotating Liquid Impactor)는 회전하는 힘, 즉, 원심력을 이용해 파티클을 액체로 모으고, 원하는 크기의 파티클을 걸러내는 역할을 한다. 회전 액체 임팩터(Rotating Liquid Impactor)는 공기 중의 입자를 필터링하거나 분석용 샘플을 준비할 때 사용되며, 특히 공기 중 바이러스와 같은 미세 입자의 포집에 효과적이다.A Rotating Liquid Impactor is a device that collects fine particles floating in the air into a liquid and separates them according to their size or mass. A Rotating Liquid Impactor uses centrifugal force, or rotating force, to collect particles into a liquid and filter out particles of a desired size. A Rotating Liquid Impactor is used to filter particles in the air or prepare samples for analysis, and is particularly effective in capturing fine particles such as airborne viruses.
회전 액체 임팩터(Rotating Liquid Impactor)의 구성은 다음과 같다.The configuration of the Rotating Liquid Impactor is as follows.
(1) 회전 디스크: 회전 디스크는 회전 액체 임팩터(Rotating Liquid Impactor)의 핵심 구성 요소로, 고속으로 회전하는 디스크이다. PBS에 현탁된 파티클이 디스크 표면에 부딪히면서 크기와 질량에 따라 분리된다. 회전 디스크는 원심력을 이용해 파티클을 분리하며, 액체와 파티클의 접촉을 통해 큰 파티클과 작은 파티클을 효과적으로 분리한다. 파티클이 PBS에 현탁된 상태에서 회전 디스크에 부딪히면, 파티클은 크기에 따라 분리되어 특정 경로로 이동하게 된다.(1) Rotating disk: The rotating disk is a core component of the rotating liquid impactor, and is a disk that rotates at high speed. When particles suspended in PBS collide with the surface of the disk, they are separated according to size and mass. The rotating disk separates particles using centrifugal force, and effectively separates large and small particles through contact between the liquid and particles. When particles suspended in PBS collide with the rotating disk, the particles are separated according to size and move along a specific path.
(2) 유입 시스템: 유입 시스템은 PBS 용리액과 파티클이 혼합된 액체를 회전 디스크로 유입하는 시스템이다. 혼합액은 일정한 속도로 회전 디스크에 주입되며, 파티클은 회전 디스크에 의해 분리된다. 유입 시스템은 액체의 유입 속도와 양을 조절하여 회전 디스크에 적절한 비율로 혼합액이 도달하도록 한다. 이를 통해 파티클이 적절히 분리되고 포집될 수 있도록 한다.(2) Inlet system: The inlet system is a system that introduces a liquid containing a PBS solution and particles into the rotating disk. The mixture is injected into the rotating disk at a constant speed, and the particles are separated by the rotating disk. The inlet system controls the inlet speed and amount of the liquid so that the mixture reaches the rotating disk at an appropriate ratio. This allows the particles to be properly separated and captured.
(3) 파티클 분리 시스템: 파티클 분리 시스템은 원심력을 이용하여 PBS에 현탁된 파티클을 크기와 질량에 따라 분리한다. 큰 파티클은 바깥쪽으로 밀려나고, 작은 파티클은 중앙 쪽에 남아 분리된다. 회전 디스크의 속도와 구조에 따라 파티클의 크기가 분리되며, 분리된 파티클들은 샘플 수집부와 폐기물 수집부로 이동한다.(3) Particle separation system: The particle separation system uses centrifugal force to separate particles suspended in PBS according to size and mass. Large particles are pushed outward, and small particles remain in the center and are separated. The size of the particles is separated according to the speed and structure of the rotating disk, and the separated particles move to the sample collection unit and the waste collection unit.
(4) 샘플 수집부: 샘플 수집부는 PBS 용리액에 현탁된 작은 파티클이 포함된 액체를 수집한다. 파티클의 크기와 질량에 따라 분리된 액체는 샘플 수집부로 모여 검출 센서로 전달된다. 샘플 수집부는 작은 파티클만 포함된 PBS 혼합액을 모으며, 그 액체는 이후 바이러스 검출 센서로 보내진다.(4) Sample collection unit: The sample collection unit collects liquid containing small particles suspended in PBS solution. The liquid separated by particle size and mass is collected in the sample collection unit and delivered to the detection sensor. The sample collection unit collects a PBS mixture containing only small particles, and the liquid is then sent to the virus detection sensor.
(5) 폐기물 처리 시스템: 큰 파티클이 포함된 액체는 폐기물로 처리된다. 전 디스크에서 분리된 후 바깥쪽으로 밀려난 큰 파티클들은 폐기물 수집부로 흘러 들어간다. 폐기물 수집부는 큰 파티클과 일부 PBS 혼합액을 모아 처리하며, 필요 시 폐기물 처리 시스템을 통해 배출된다.(5) Waste treatment system: Liquid containing large particles is treated as waste. Large particles separated from the front disk and pushed outward flow into the waste collection unit. The waste collection unit collects and processes large particles and some PBS mixture, and discharges them through the waste treatment system when necessary.
회전 액체 임팩터(Rotating Liquid Impactor)의 작동 원리는 다음과 같다.The operating principle of the Rotating Liquid Impactor is as follows.
(1) 혼합액 유입: PBS 용리액에 현탁된 파티클 혼합액이 유입 시스템을 통해 회전 디스크로 주입된다. 액체는 회전하는 디스크 표면에 퍼지며, 파티클은 디스크 표면과 접촉하게 된다.(1) Mixture introduction: A mixture of particles suspended in a PBS solution is introduced into a rotating disk through an introduction system. The liquid spreads over the rotating disk surface, and the particles come into contact with the disk surface.
(2) 원심력에 의한 파티클 분리: 회전 디스크가 고속으로 회전하면서 원심력이 발생한다. 이 원심력에 의해 큰 파티클은 디스크의 바깥쪽으로 밀려나고, 작은 파티클은 중앙에 가까운 위치에 남게 된다. 이 과정에서 크기별로 파티클이 분리된다.(2) Particle separation by centrifugal force: Centrifugal force is generated when the rotating disk rotates at high speed. This centrifugal force pushes large particles outward from the disk, and small particles remain near the center. In this process, particles are separated by size.
(3) 파티클 포집 및 분리: 디스크에 부착된 파티클은 크기와 질량에 따라 분리된다. 큰 파티클은 디스크의 바깥쪽으로 밀려나 폐기물 수집부로 이동하고, 작은 파티클은 중앙에 남아 샘플 수집부로 모인다. 이때 PBS 용리액도 함께 분배된다.(3) Particle collection and separation: Particles attached to the disk are separated according to size and mass. Large particles are pushed outward from the disk and moved to the waste collection section, while small particles remain in the center and are collected in the sample collection section. At this time, PBS solution is also distributed.
(4) 샘플 수집 및 제공: 작은 파티클이 포함된 PBS 혼합액은 샘플 수집부로 전달되며, 이후 검출 센서로 보내진다. 이 과정에서 샘플 수집부는 필터링되지 않은 작은 파티클만 포함된 액체를 제공한다.(4) Sample collection and provision: The PBS mixture containing small particles is delivered to the sample collection unit and then sent to the detection sensor. During this process, the sample collection unit provides a liquid containing only unfiltered small particles.
(5) 폐기물 처리: 큰 파티클과 혼합된 PBS 용리액은 폐기물 수집부로 이동하여 처리된다. 필요 시 폐기물은 배출되거나 재사용을 위해 처리될 수 있다.(5) Waste treatment: The PBS solution mixed with large particles is transferred to the waste collection unit and treated. If necessary, the waste can be discharged or treated for reuse.
회전 액체 임팩터(Rotating Liquid Impactor)의 미세한 제어는 다음과 같다.Fine control of the Rotating Liquid Impactor is as follows.
(1) 회전 속도 조절: 회전 디스크의 속도를 조절하여 파티클 크기별로 정확하게 분리할 수 있다. 빠르게 회전하면 큰 파티클이 더 효과적으로 분리되고, 느리게 회전하면 작은 파티클이 더 잘 포집된다.(1) Rotation speed control: By controlling the speed of the rotating disk, the particle size can be accurately separated. When rotating quickly, large particles are separated more effectively, and when rotating slowly, small particles are captured better.
(2) 액체 유입량 조절: 액체 유입 시스템을 통해 주입되는 혼합액의 양과 속도를 조절할 수 있다. 주입량이 많으면 파티클이 충분히 포집되지 않을 수 있으므로 적절한 비율로 유입이 이루어져야 한다.(2) Liquid inflow control: The amount and speed of the mixed liquid injected through the liquid inflow system can be controlled. If the injection amount is too large, particles may not be sufficiently captured, so the inflow should be done at an appropriate ratio.
회전 액체 임팩터는 파티클이 PBS에 현탁된 혼합액을 처리하는 데 적합한 장치로, 원심력을 통해 파티클을 크기별로 분리한다. 이를 통해 작은 파티클만 포함된 PBS 혼합액을 샘플 수집부로 보내고, 큰 파티클은 폐기물로 처리한다. 이 장치는 공기 중 파티클뿐만 아니라 액체에 현탁된 파티클을 처리하는 데에도 효과적이다.A rotary liquid impactor is a device suitable for handling a mixture of particles suspended in PBS, and separates the particles by size through centrifugal force. This sends the PBS mixture containing only small particles to the sample collection section, and disposes of large particles as waste. This device is effective for handling not only airborne particles but also particles suspended in liquid.
샘플 수집부(1206)는 필터링된 액체 샘플을 모아 바이러스 검출 센서로 전달하는 역할을 한다. 샘플 수집부(1206)는 필터링 과정을 거쳐 깨끗하게 정제된 액체 샘플이 샘플 수집부에 모이며, 이후 바이러스 검출 센서로 제공된다. 이 과정에서 샘플의 농도는 최적화되어야 하며, 검출에 필요한 충분한 양이 수집된다. 샘플 수집부(1206)는 액체 샘플의 부피와 농도를 조절할 수 있는 장치를 포함하여, 최적의 상태로 바이러스 검출에 필요한 샘플을 제공한다.The sample collection unit (1206) collects filtered liquid samples and delivers them to the virus detection sensor. The sample collection unit (1206) collects liquid samples that have been purified cleanly through a filtering process and is then provided to the virus detection sensor. During this process, the concentration of the sample must be optimized, and a sufficient amount required for detection is collected. The sample collection unit (1206) includes a device that can control the volume and concentration of the liquid sample, thereby providing the sample required for virus detection in an optimal state.
폐기물 수집부(1207)는 필터링 후 남은 폐기물, 즉 큰 입자나 불순물을 수집하는 부품이다. 폐기물 수집부(1207)는 필터링된 후 남은 큰 입자나 불순물을 따로 모아 처리하는 역할을 한다. 이 폐기물은 분석에 방해가 되지 않도록 적절히 처리된다. 폐기물 수집부(1207)는 사용된 용리액과 불순물을 모아 폐기할 수 있도록 설계되어 있으며, 교차 오염이 발생하지 않도록 관리된다.The waste collection unit (1207) is a component that collects waste remaining after filtering, that is, large particles or impurities. The waste collection unit (1207) separately collects and processes large particles or impurities remaining after filtering. This waste is appropriately processed so as not to interfere with the analysis. The waste collection unit (1207) is designed to collect and dispose of used eluent and impurities, and is managed so as not to cause cross contamination.
유체 제어 장치(1208)는 용리액, 탈이온수, 에탄올, 샘플 액체의 흐름을 제어하는 장치로, 시스템의 핵심적인 조정 역할을 한다. 유체 제어 장치(1208)는 용리액, 탈이온수, 에탄올 등의 주입량을 조절하며, 샘플 수집부와 폐기물 수집부로 분배되는 액체의 흐름을 제어한다. 이를 통해 샘플의 농도를 정확히 조절하고, 검출에 필요한 최적의 샘플을 제공한다. 유체 제어 장치(1208)는 센서로부터 실시간 데이터를 받아 용리액과 샘플의 흐름을 조정하며, 각 액체가 정확한 비율로 주입되도록 한다. 이를 통해 액체 샘플의 품질과 농도를 일관되게 유지할 수 있다.The fluid control device (1208) controls the flow of the solution, deionized water, ethanol, and sample liquid, and plays a key control role in the system. The fluid control device (1208) controls the injection amount of the solution, deionized water, ethanol, etc., and controls the flow of the liquid distributed to the sample collection unit and the waste collection unit. This allows the concentration of the sample to be accurately controlled, and provides the optimal sample required for detection. The fluid control device (1208) receives real-time data from the sensor, adjusts the flow of the solution and sample, and ensures that each liquid is injected at an accurate ratio. This allows the quality and concentration of the liquid sample to be consistently maintained.
유체 제어 장치(1208)는 용리 장치에서 용리액, 탈이온수, 에탄올과 같은 다양한 액체의 흐름을 정밀하게 제어하여 시스템이 최적의 성능을 발휘하도록 하는 핵심 장치다. 이 장치는 액체의 흐름을 조절하고, 필요에 따라 샘플 수집부와 폐기물 수집부로 액체를 분배하며, 각 주입 단계에서 필요한 액체의 양과 비율을 제어하는 역할을 한다.The fluid control device (1208) is a key device that precisely controls the flow of various liquids such as the solution, deionized water, and ethanol in the elution device to ensure that the system performs optimally. This device regulates the flow of liquid, distributes liquid to the sample collection unit and the waste collection unit as needed, and controls the amount and ratio of liquid required at each injection stage.
유체 제어 장치(1208)는 유체 제어 장치는 다양한 요소로 구성되며, 이를 통해 시스템 내에서 액체의 흐름을 세밀하게 조절할 수 있다. 기본적인 구성 요소는 다음과 같다.The fluid control device (1208) is composed of various elements, which enable precise control of the flow of liquid within the system. The basic components are as follows.
(1) 유체 펌프: 각 액체(용리액, 탈이온수, 에탄올 등)를 수집 표면이나 필터링 장치로 전달하기 위해 펌프가 사용된다. 펌프는 액체의 유속을 제어하며, 다양한 주입 속도를 제공할 수 있도록 정밀하게 설계된다.(1) Fluid pump: A pump is used to deliver each liquid (solution, deionized water, ethanol, etc.) to the collection surface or filtering device. The pump controls the flow rate of the liquid and is precisely designed to provide various injection speeds.
(2) 밸브 시스템: 유체 흐름을 차단하거나 개방하는 데 사용되는 밸브들은 다양한 위치에서 액체의 흐름을 조절한다. 이는 샘플 수집부, 폐기물 수집부로의 액체 분배를 제어하거나, 용리액과 탈이온수의 혼합 비율을 조절하는 데 사용된다.(2) Valve system: Valves used to block or open the flow of fluid control the flow of liquid at various locations. This is used to control the distribution of liquid to the sample collection unit, waste collection unit, or to control the mixing ratio of the solution and deionized water.
(3) 유량계: 유량계는 각 액체가 흐르는 속도나 양을 측정하는 장치다. 이를 통해 액체가 설정된 양대로 정확하게 흐르고 있는지를 실시간으로 감지하고 피드백을 제공한다.(3) Flow meter: A flow meter is a device that measures the speed or amount of each liquid flowing. This allows it to detect in real time whether the liquid is flowing exactly as set and provides feedback.
(4) 센서 시스템: 유체 제어 장치에는 다양한 센서(파티클 센서, 압력 센서, 유량 센서 등)가 포함되어 있어, 각 액체의 흐름과 그 영향을 실시간으로 모니터링한다. 이러한 데이터를 기반으로 프로세서가 액체 흐름을 정밀하게 제어할 수 있다.(4) Sensor system: The fluid control device includes various sensors (particle sensors, pressure sensors, flow sensors, etc.) to monitor the flow of each liquid and its influence in real time. Based on this data, the processor can precisely control the liquid flow.
유체 제어 장치(1208)의 작동 원리는 기본적으로 프로세서와 센서를 통해 액체 흐름을 제어하고, 필요한 비율로 용리액, 탈이온수, 에탄올 등을 조절하는 방식이다. 작동 과정은 다음과 같다.The operating principle of the fluid control device (1208) is basically to control the liquid flow through a processor and a sensor, and to adjust the eluent, deionized water, ethanol, etc. at the required ratio. The operating process is as follows.
(1) 센서로부터 데이터 수집: 파티클 센서 및 유량계와 같은 센서들이 각 단계에서 액체 흐름 및 파티클 농도, 크기 등을 감지한다. 이 데이터를 통해 유체 제어 장치는 각 액체의 양과 흐름 속도를 파악하게 된다.(1) Data collection from sensors: Sensors such as particle sensors and flow meters detect liquid flow and particle concentration, size, etc. at each stage. Through this data, the fluid control device determines the amount and flow rate of each liquid.
(2) 프로세서의 제어 명령: 수집된 센서 데이터를 바탕으로, 프로세서는 액체의 흐름을 조정하기 위한 명령을 내린다. 예를 들어, 샘플 파티클의 농도가 기준보다 낮을 경우, 용리액의 주입량을 늘리거나 탈이온수의 비율을 조정하는 명령을 내린다.(2) Processor control command: Based on the collected sensor data, the processor issues a command to adjust the flow of the liquid. For example, if the concentration of the sample particles is lower than the reference, a command is issued to increase the injection amount of the eluent or adjust the ratio of deionized water.
(3) 펌프 및 밸브 작동: 프로세서의 명령에 따라, 유체 펌프는 액체를 필요한 양만큼 주입하고, 밸브 시스템은 액체가 정확한 경로로 흐르도록 조정한다. 펌프는 유량을 제어하며, 밸브는 액체의 흐름을 열거나 닫아 샘플 수집부와 폐기물 수집부로 액체를 분배한다.(3) Pump and valve operation: According to the command of the processor, the fluid pump injects the required amount of liquid, and the valve system adjusts the liquid to flow in the correct path. The pump controls the flow rate, and the valve opens or closes the flow of liquid to distribute the liquid to the sample collection unit and the waste collection unit.
(4) 실시간 피드백 제어: 유량계 및 센서로부터 실시간 피드백을 받음으로써, 프로세서는 흐름이 예상대로 이루어지고 있는지를 지속적으로 확인하고 조정할 수 있다. 만약 용리액이 너무 빠르거나 느리게 주입되면, 펌프 속도를 미세하게 조정하여 이를 보정한다.(4) Real-time feedback control: By receiving real-time feedback from flow meters and sensors, the processor can continuously check and adjust whether the flow is as expected. If the solution is injected too fast or too slow, the pump speed is finely adjusted to compensate.
유체 제어 장치(1208)는 매우 정밀한 액체 흐름을 제어하기 위해 센서와 프로세서 간의 실시간 통신과 피드백 루프를 활용한다. 이를 통해 액체의 흐름을 미세하게 조정하는 방법은 다음과 같다.The fluid control device (1208) utilizes real-time communication and feedback loops between sensors and processors to control very precise liquid flow. This allows for fine adjustments to the liquid flow as follows:
(1) 유량 조절: 펌프와 유량계의 조합을 통해 유체의 흐름 속도를 매우 정밀하게 조정할 수 있다. 유량계는 펌프가 주입하는 액체의 양과 속도를 실시간으로 측정하여, 프로세서가 이를 조정할 수 있도록 피드백을 제공한다. 이 피드백은 매우 짧은 주기로 반복되며, 작은 오차도 즉시 조정된다.(1) Flow control: The combination of a pump and a flow meter can be used to very precisely control the flow rate of the fluid. The flow meter measures the amount and speed of the liquid injected by the pump in real time and provides feedback to the processor so that it can adjust it. This feedback is repeated in very short cycles, so even small errors are immediately corrected.
(2) 혼합 비율 제어: 용리액과 탈이온수의 비율은 유체 제어 장치에 의해 조정되며, 이는 파티클 농도나 샘플 상태에 따라 변화할 수 있다. 센서가 감지한 파티클 크기 및 농도를 바탕으로, 프로세서는 펌프 속도와 밸브 열림 정도를 조정하여 두 액체가 원하는 비율로 혼합되도록 한다.(2) Mixing ratio control: The ratio of the solution and deionized water is controlled by the fluid control device, which can vary depending on the particle concentration or sample condition. Based on the particle size and concentration detected by the sensor, the processor adjusts the pump speed and valve opening degree to mix the two liquids at the desired ratio.
(3) 압력 및 유량 밸런스 제어: 유체의 흐름이 원활하게 진행되도록 시스템 내부의 압력 균형을 맞추는 것도 중요하다. 각 밸브와 펌프는 설정된 압력과 유량을 유지할 수 있도록 동기화되어 작동하며, 압력 센서는 이 균형이 깨질 경우 이를 감지하여 즉각적인 조치를 취한다.(3) Pressure and flow balance control: It is also important to balance the pressure within the system so that the fluid flows smoothly. Each valve and pump operates in synchronization to maintain the set pressure and flow rate, and the pressure sensor detects if this balance is broken and takes immediate action.
유체 제어 장치(1208)의 구체적인 작동 예시는 다음과 같다.A specific operation example of the fluid control device (1208) is as follows.
(1) 샘플 수집과 폐기물 분배: 샘플 파티클의 크기 및 농도에 따라 유체 제어 장치는 액체 샘플의 양을 조절한다. 센서가 샘플 파티클의 농도가 높다고 감지하면, 샘플 수집부로 더 많은 용리액을 보내고, 폐기물 수집부로 보내는 액체를 줄인다. 반대로, 샘플 농도가 낮다면 더 많은 탈이온수를 주입하여 희석한 후, 폐기물 수집부로 일부를 배출한다.(1) Sample collection and waste distribution: Depending on the size and concentration of the sample particles, the fluid control device controls the amount of liquid sample. When the sensor detects that the concentration of the sample particles is high, more eluent is sent to the sample collection unit and less liquid is sent to the waste collection unit. Conversely, when the sample concentration is low, more deionized water is injected to dilute it and then some of it is discharged to the waste collection unit.
(2) 세척 및 소독 과정: 세척 및 소독 단계에서 유체 제어 장치는 탈이온수와 에탄올의 흐름을 정밀하게 조절하여 수집 표면을 깨끗하게 세척하고 소독한다. 이를 통해 교차 오염을 방지하고, 시스템의 재사용 가능성을 높인다.(2) Washing and disinfection process: In the washing and disinfection step, the fluid control device precisely controls the flow of deionized water and ethanol to clean and disinfect the collection surface. This prevents cross-contamination and increases the reusability of the system.
유체 제어 장치(1208)는 센서와 프로세서의 실시간 피드백 루프를 통해 용리액, 탈이온수, 에탄올 등의 액체 흐름을 정밀하게 조절하는 핵심 장치이다. 펌프, 밸브, 유량계 등으로 구성된 이 시스템은 공기 중에서 포집된 바이러스 샘플을 최적화된 상태로 유지하고, 검출 민감도를 높이기 위한 액체의 양과 비율을 효율적으로 제어한다.The fluid control unit (1208) is a key device that precisely controls the flow of liquids such as eluent, deionized water, and ethanol through a real-time feedback loop of sensors and processors. This system, consisting of a pump, a valve, and a flow meter, efficiently controls the amount and ratio of liquids to maintain the virus sample captured from the air in an optimized state and increase detection sensitivity.
버퍼액 주입 장치(1209)는 필터링 과정을 통해 생성된 액체 샘플에 라이시스 버퍼(Lysis buffer)를 정확하고 균일하게 혼합하기 위한 장치이다. 이 장치는 바이러스 검출 민감도를 극대화하기 위해 샘플과 버퍼액의 혼합 비율을 정밀하게 제어하며, 샘플의 화학적 처리 과정을 자동화한다. 버퍼액 주입 장치는 정량 펌프와 같은 유체 제어 시스템을 포함하여, 주입량과 흐름 속도를 샘플의 농도와 분석 조건에 맞게 조정한다. 이를 통해 샘플 내 바이러스의 단백질 및 핵산(RNA/DNA)을 효율적으로 추출하여, 바이러스 검출 센서로 전달되기 전에 최적화된 상태로 준비할 수 있도록 한다.The buffer solution injection device (1209) is a device for accurately and uniformly mixing a lysis buffer into a liquid sample generated through a filtering process. This device precisely controls the mixing ratio of the sample and the buffer solution to maximize the virus detection sensitivity, and automates the chemical treatment process of the sample. The buffer solution injection device includes a fluid control system such as a quantitative pump to adjust the injection amount and flow rate according to the concentration of the sample and the analysis conditions. This allows efficient extraction of proteins and nucleic acids (RNA/DNA) of viruses in the sample, so that they can be prepared in an optimized state before being delivered to the virus detection sensor.
용리 장치(1200)의 동작은 다음과 같다. 사이클론 장치(1100)에서 포집된 입자는 용리 장치(1200)의 수집 표면(1201)에 모이며, 용리액 주입 장치(1202)를 통해 주입된 용리액에 현탁되어 액체 샘플로 전환된다. 이후 필터링 장치(1205)를 통해 큰 입자는 폐기물 수집부(1207)로 보내지고, 작은 입자는 샘플 수집부(1206)에 모인다. 샘플 수집부(1206)에 모인 액체 샘플은 바이러스 검출 센서로 전달되어 분석이 이루어지며, 이 과정에서 버퍼액 주입 장치(1209)를 통해 라이시스 버퍼가 샘플에 혼합되어 바이러스 단백질 및 핵산을 추출하여 검출 민감도를 극대화한다. 작업 완료 후, 탈이온수 주입 장치(1203)를 통해 수집 표면이 세척되고, 에탄올 주입 장치(1204)를 통해 시스템이 소독되어 교차 오염을 방지한다. 용리 장치(1200)는 공기 중 바이러스를 효과적으로 포집하고, 최적화된 액체 샘플로 전환하는 고효율 시스템으로 설계되었다.The operation of the elution device (1200) is as follows. The particles captured in the cyclone device (1100) are collected on the collection surface (1201) of the elution device (1200) and are suspended in the elution solution injected through the elution solution injection device (1202) and converted into a liquid sample. Thereafter, large particles are sent to the waste collection unit (1207) through the filtering device (1205) and small particles are collected in the sample collection unit (1206). The liquid sample collected in the sample collection unit (1206) is transferred to a virus detection sensor and analyzed. In this process, a lysis buffer is mixed into the sample through the buffer solution injection device (1209) to extract virus proteins and nucleic acids and maximize the detection sensitivity. After the work is completed, the collection surface is washed through the deionized water injection device (1203) and the system is disinfected through the ethanol injection device (1204) to prevent cross-contamination. The elution device (1200) is designed as a high-efficiency system that effectively captures airborne viruses and converts them into optimized liquid samples.
제어 장치(1300)는 송수신기(1301), 메모리(1302), 프로세서(1303), 입력 장치(1304), 출력 장치(1305)를 포함한다. 제어 장치(1300)는 사이클론 장치(1100), 용리 장치(1200), 공기 배출 장치(1400)를 제어하고, 액체 흐름, 필터링, 샘플 분배 등 전체 시스템의 동작을 조정하는 중요한 역할을 한다.The control device (1300) includes a transceiver (1301), a memory (1302), a processor (1303), an input device (1304), and an output device (1305). The control device (1300) controls the cyclone device (1100), the elution device (1200), and the air exhaust device (1400), and plays an important role in coordinating the operation of the entire system, such as liquid flow, filtering, and sample distribution.
송수신기(1301)는 제어 장치와 외부 시스템 또는 내부 구성 요소 간의 데이터 송수신을 담당한다. 송수신기(1301)는 각종 센서 및 외부 장치로부터 데이터를 받아들이고, 프로세서가 처리한 명령을 다른 구성 요소로 전송하는 기능을 한다. 송수신기(1301)는 센서로부터 실시간 데이터를 수집하고, 이를 프로세서로 전송한다. 또한, 프로세서(1303)에서 처리된 명령을 용리액 주입 장치, 유체 제어 장치, 파티클 센서 등으로 전송하여, 액체 샘플 생성 장치(1000)을 제어하는데 중요한 역할을 한다. 송수신기(1301)를 통해 제어 장치(1300)가 센서로부터 파티클 크기나 농도를 실시간으로 받아들이고, 용리액 주입량, 버퍼액 주입량 등을 조절하도록 명령을 내린다.The transceiver (1301) is responsible for transmitting and receiving data between the control device and an external system or internal component. The transceiver (1301) receives data from various sensors and external devices, and transmits commands processed by the processor to other components. The transceiver (1301) collects real-time data from the sensor and transmits it to the processor. In addition, it transmits commands processed by the processor (1303) to a solution injection device, a fluid control device, a particle sensor, etc., and plays an important role in controlling the liquid sample generation device (1000). Through the transceiver (1301), the control device (1300) receives particle size or concentration from the sensor in real time, and issues commands to adjust the solution injection amount, buffer injection amount, etc.
메모리(1302)는 제어 장치(1300)가 처리하는 데이터와 명령어들을 저장하는 장치이다. 실시간으로 수집된 데이터를 임시로 저장하거나, 장기적으로 보존할 수 있는 명령어 및 설정 값을 기록하는 역할을 한다. 메모리(1302)는 액체 샘플 생성 장치(1000)가 정상적으로 동작하기 위해 필요한 데이터를 저장하고, 프로세서(1303)가 필요한 데이터를 언제든지 접근할 수 있도록 한다. 실시간으로 수집되는 파티클 크기, 농도 데이터, 그리고 각 액체의 주입 속도 및 비율과 같은 운영 데이터를 기록하여, 필요할 때마다 프로세서(13030)가 이를 분석하고 처리할 수 있도록 한다. 메모리(1302)는 설정된 기준 값(예: 용리액의 주입 비율, 파티클 크기 기준값, 버퍼액 주입량 등)이 저장되어 있으며, 실시간으로 감지된 데이터와 비교되어 처리된다.The memory (1302) is a device that stores data and commands processed by the control device (1300). It temporarily stores data collected in real time, or records commands and setting values that can be preserved in the long term. The memory (1302) stores data necessary for the liquid sample generation device (1000) to operate normally, and allows the processor (1303) to access the necessary data at any time. It records operational data such as particle size, concentration data, and injection speed and ratio of each liquid collected in real time, so that the processor (13030) can analyze and process them whenever necessary. The memory (1302) stores set reference values (e.g., injection ratio of eluent, reference value for particle size, injection amount of buffer solution, etc.), and compares and processes data detected in real time.
프로세서(1303)는 제어 장치의 두뇌 역할을 하며, 수집된 데이터를 처리하고 분석하며, 각종 제어 명령을 내리는 중심 역할을 한다. 센서로부터 전달된 데이터를 분석하여 필요한 조정을 명령하거나, 사용자 입력에 따른 시스템 제어를 수행한다. 프로세서(1303)는 센서 데이터를 바탕으로 액체 샘플 생성 장치(1000)의 작동을 조절하고, 용리액 주입량, 파티클 필터링, 버퍼액 주입량, 세척 및 소독 과정 등을 실시간으로 제어한다. 프로세서(1303)는 또한 메모리에 저장된 기준값과 실시간 데이터를 비교해 용리액 농도를 조절하거나, 액체 샘플 생성 장치(1000)가 효율적으로 작동하도록 관리한다. 프로세서(1303)는 파티클 농도가 설정된 기준보다 높을 때, 프로세서는 용리액의 주입량을 증가시키거나, 샘플 수집부로 더 많은 액체를 보내는 명령을 내린다.The processor (1303) acts as the brain of the control device, and plays a central role in processing and analyzing collected data and issuing various control commands. It analyzes data transmitted from sensors to command necessary adjustments or performs system control according to user input. The processor (1303) controls the operation of the liquid sample generation device (1000) based on sensor data and controls the amount of solution injected, particle filtering, amount of buffer injected, washing and disinfection processes, etc. in real time. The processor (1303) also compares real-time data with reference values stored in the memory to control the concentration of the solution or manages the efficient operation of the liquid sample generation device (1000). When the particle concentration is higher than the set reference, the processor (1303) increases the amount of solution injected or issues a command to send more liquid to the sample collection unit.
입력 장치(1304)는 사용자가 시스템에 명령을 입력하거나, 설정 값을 변경할 수 있도록 하는 인터페이스다. 사용자는 입력 장치를 통해 시스템의 각종 동작을 제어하거나, 용리액의 주입 비율, 세척 주기, 소독 주기 등을 설정할 수 있다. 입력 장치(1304)는 키패드, 터치스크린, 또는 버튼 등의 형태로 구성되며, 이를 통해 사용자는 시스템을 제어하거나 파라미터를 설정할 수 있다. 사용자가 설정한 값은 프로세서에 전달되어 시스템 동작을 조정하는 데 사용된다. 사용자는 입력 장치(1304)를 통해 용리액 주입 비율을 수동으로 설정하거나, 필터링 주기를 변경할 수 있다. 또한, 사용자는 입력 장치(1304)를 통해 특정 샘플 조건에 맞추어 세척 및 소독 주기를 조절할 수 있다.The input device (1304) is an interface that allows a user to input commands to the system or change setting values. The user can control various operations of the system or set the injection ratio of the solution, the washing cycle, the disinfection cycle, etc. through the input device. The input device (1304) is configured in the form of a keypad, a touch screen, or a button, and the user can control the system or set parameters through this. The values set by the user are transmitted to the processor and used to adjust the system operation. The user can manually set the injection ratio of the solution or change the filtering cycle through the input device (1304). In addition, the user can adjust the washing and disinfection cycle according to specific sample conditions through the input device (1304).
출력 장치(1305)는 액체 샘플 생성 장치(1000)의 상태, 센서 데이터, 프로세서의 처리 결과 등을 사용자에게 표시하는 장치이다. 액체 샘플 생성 장치(1000)의 현재 상태를 시각적으로 확인할 수 있도록 하고, 경고나 오류 메시지를 전달하는 역할도 한다. 출력 장치(1305)는 LED 디스플레이, LCD 패널, 또는 경고등과 같은 형태로 구성되며, 액체 샘플 생성 장치(1000)의 상태나 결과 데이터를 실시간으로 표시한다. 이를 통해 사용자는 액체 샘플 생성 장치(1000)가 제대로 작동하는지, 혹은 문제가 발생했는지를 확인할 수 있다. 출력 장치(1305)는 현재 파티클 농도, 용리액 주입량, 버퍼액 주입량, 시스템 경고(예: 필터 막힘, 용리액 부족 등)를 실시간으로 사용자에게 보여준다. 또한, 액체 샘플 생성 장치(1000)가 올바르게 작동하고 있는지 확인할 수 있는 데이터가 출력된다.The output device (1305) is a device that displays the status of the liquid sample generation device (1000), sensor data, processing results of the processor, etc. to the user. It allows the user to visually check the current status of the liquid sample generation device (1000) and also serves to convey warning or error messages. The output device (1305) is configured in the form of an LED display, an LCD panel, or a warning light, and displays the status or result data of the liquid sample generation device (1000) in real time. Through this, the user can check whether the liquid sample generation device (1000) is operating properly or whether a problem has occurred. The output device (1305) shows the current particle concentration, solution injection amount, buffer solution injection amount, and system warnings (e.g., filter clogging, solution shortage, etc.) to the user in real time. In addition, data that can confirm whether the liquid sample generation device (1000) is operating properly is output.
제어 장치(1300)는 센서로부터 실시간 데이터를 수집하고, 그 데이터를 바탕으로 프로세서가 최적의 액체 흐름, 용리액 농도, 세척 및 소독 주기 등을 결정하여 액체 샘플 생성 장치(1000)를 제어한다. 송수신기를 통해 외부 장치와 데이터를 교환하며, 메모리에 저장된 기준값과 비교하여 액체 샘플 생성 장치(1000)가 정상적으로 동작하는지 확인한다. 사용자는 입력 장치를 통해 액체 샘플 생성 장치(1000)를 제어하거나 설정값을 변경할 수 있으며, 출력 장치를 통해 액체 샘플 생성 장치(1000)의 상태를 확인할 수 있다.The control device (1300) collects real-time data from the sensor, and based on the data, the processor determines the optimal liquid flow, solution concentration, washing and disinfection cycle, etc., to control the liquid sample generation device (1000). Data is exchanged with an external device through a transceiver, and it is confirmed whether the liquid sample generation device (1000) is operating normally by comparing it with a reference value stored in a memory. The user can control the liquid sample generation device (1000) or change the setting value through the input device, and can check the status of the liquid sample generation device (1000) through the output device.
제어 장치(1300)의 작동 과정은 다음과 같다.The operation process of the control device (1300) is as follows.
(1) 데이터 수집: 파티클 센서와 유량계 등에서 수집된 데이터를 송수신기를 통해 프로세서에 전달한다.(1) Data collection: Data collected from particle sensors and flow meters, etc. are transmitted to the processor via a transmitter/receiver.
(2) 데이터 분석 및 처리: 프로세서는 수집된 데이터를 메모리의 기준 값과 비교하여 적절한 제어 명령을 내린다.(2) Data analysis and processing: The processor compares the collected data with the reference values in the memory and issues appropriate control commands.
(3) 액체 흐름 제어: 프로세서의 명령에 따라 용리액 주입 장치 및 유체 제어 장치가 액체 흐름을 조절한다.(3) Liquid flow control: The solution injection device and fluid control device control the liquid flow according to the command of the processor.
(4) 실시간 피드백: 시스템의 실시간 데이터를 출력 장치로 전달하여 사용자가 시스템의 상태를 확인할 수 있도록 한다.(4) Real-time feedback: Transmits real-time data from the system to an output device so that the user can check the status of the system.
(5) 사용자 제어: 사용자는 입력 장치를 통해 시스템의 동작을 조절하거나 특정 값을 설정할 수 있다.(5) User control: Users can control the operation of the system or set specific values through input devices.
제어 장치(1300)는 액체 샘플 생성 장치(1000) 전체를 안정적이고 정밀하게 관리하는 데 필수적인 역할을 하며, 각 구성 요소가 상호작용하여 공기 중 바이러스 검출 시스템의 성능을 최적화한다.The control device (1300) plays an essential role in stably and precisely managing the entire liquid sample generation device (1000), and each component interacts with each other to optimize the performance of the airborne virus detection system.
공기 배출 장치(1400)는 공기 배출구(1401), 공기 정화 필터 장치(1402)를 포함한다. 공기 배출 장치(1400)는 바이러스 검출 시스템 내부에서 사용된 공기를 정화하고, 이를 안전하게 외부로 배출하는 역할을 수행한다. 이는 시스템 내 공기 흐름 중 포집되지 않은 미세 입자, 잔류 바이러스, 또는 기타 유해 물질이 외부로 유출되지 않도록 방지하며, 작업 환경의 안전성과 시스템의 신뢰성을 보장한다. 공기 배출 장치는 공기 중의 입자를 제거하는 공기 정화 필터 장치(1402)와 정화된 공기를 원활히 외부로 배출하는 공기 배출구(1401)로 구성되어, 정화 및 배출 과정을 효율적으로 통합한다.The air exhaust device (1400) includes an air exhaust port (1401) and an air purification filter device (1402). The air exhaust device (1400) purifies the air used inside the virus detection system and safely discharges it to the outside. This prevents fine particles, residual viruses, or other harmful substances that are not captured in the air flow inside the system from leaking out, and ensures the safety of the working environment and the reliability of the system. The air exhaust device is composed of an air purification filter device (1402) that removes particles in the air and an air exhaust port (1401) that smoothly discharges purified air to the outside, thereby efficiently integrating the purification and discharge processes.
공기 배출구(1401)는 정화된 공기를 외부로 안전하게 배출하기 위한 통로로 설계되었다. 이 구성 요소는 공기의 배출 방향과 흐름을 제어하며, 역류 방지 장치를 포함하여 오염된 공기가 역류하지 않도록 한다. 배출구는 공기 흐름의 속도와 방향을 최적화하여 배출 효율을 높이고, 외부 환경으로의 배출이 균일하게 이루어지도록 설계된다. 또한, 배출 과정에서 소음을 줄이기 위해 흡음 구조물이 추가로 적용될 수 있어 작업 환경의 편의성을 향상시킨다.The air exhaust port (1401) is designed as a passage for safely discharging purified air to the outside. This component controls the direction and flow of the air discharge, and includes a backflow prevention device to prevent contaminated air from flowing back. The exhaust port is designed to optimize the speed and direction of the air flow to increase the discharge efficiency, and to ensure that the discharge to the outside environment is uniform. In addition, a sound-absorbing structure can be additionally applied to reduce noise during the discharge process, thereby improving the convenience of the working environment.
공기 정화 필터 장치(1402)는 바이러스 검출 시스템 내 공기를 정화하는 핵심 구성 요소이다. 공기 정화 필터 장치(1402)는 고효율 입자 포집 필터(high-efficiency particulate air, HEPA)와 활성탄 필터를 포함하여 공기 중의 미세 입자, 바이러스, 및 유해 물질을 제거한다. HEPA 필터는 나노미터 크기의 미세 입자를 99.97% 이상 걸러낼 수 있는 성능을 제공하며, 활성탄 필터는 유해 가스를 흡착하여 공기의 질을 개선한다. 정화 필터는 다단계로 설계되어, 입자 제거와 화학적 정화 과정을 동시에 수행하며, 주기적인 교체 및 관리가 용이하도록 설계되었다. 공기 정화 필터 장치(1402)는 플라즈마를 발생시켜서 공기를 정화시키는 플라즈마 공기 정화 장치를 더 포함할 수도 있다.The air purification filter device (1402) is a key component that purifies the air in the virus detection system. The air purification filter device (1402) removes fine particles, viruses, and harmful substances in the air, including a high-efficiency particulate air (HEPA) filter and an activated carbon filter. The HEPA filter provides a performance capable of filtering out more than 99.97% of fine particles of nanometer size, and the activated carbon filter improves air quality by adsorbing harmful gases. The purification filter is designed in multiple stages to perform particle removal and chemical purification processes simultaneously, and is designed to be easy to replace and maintain periodically. The air purification filter device (1402) may further include a plasma air purification device that purifies the air by generating plasma.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 공기 중 바이러스(airborne viruses)에 대한 액체 샘플 생성 장치(liquid sample generating device)는 공기로부터 파티클을 제거하여 에어로졸 샘플을 생성하기 위한 사이클론 장치; 상기 에어로졸 샘플로부터 액체 샘플을 생성하기 위한 용리 장치; 상기 사이클론 장치를 통해 유입된 후 상기 용리 장치를 통과한 상기 공기를 외부로 배출하기 위한 공기 배출 장치; 상기 사이클론 장치, 상기 용리 장치, 상기 공기 배출 장치와 연결된 제어 장치를 포함한다.According to various embodiments of the present invention, a liquid sample generating device for airborne viruses includes a cyclone device for removing particles from air to generate an aerosol sample; an elution device for generating a liquid sample from the aerosol sample; an air exhaust device for exhausting air that has passed through the elution device after being introduced through the cyclone device to the outside; and a control device connected to the cyclone device, the elution device, and the air exhaust device.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 사이클론 장치는: 상기 공기 중 파티클을 필터링하기 위한 하나 이상의(one or more) 사이클론; 상기 사이클론 장치로 유입된 파티클 및 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 필터링된 파티클의 파티클 특성을 감지하기 위한 하나 이상의 파티클 센서;를 포함한다. 상기 하나 이상의 파티클 센서는 상기 사이클론 장치로 공기가 유입되는 입구의 입구 파티클 센서와 각각의 상기 하나 이상의 사이클론에 대응하는 하나 이상의 사이클론 파티클 센서를 포함한다. 상기 하나 이상의 사이클론이 복수의 사이클론들인 경우, 상기 복수의 사이클론들은 직렬로 연결된다. 상기 복수의 사이클론들은 각각 서로 다른 파티클 크기의 파티클을 필터링하도록 구성된다.According to various embodiments of the present invention, the cyclone device includes: one or more cyclones for filtering particles in the air; one or more particle sensors for detecting particle characteristics of particles introduced into the cyclone device and particles filtered by the one or more cyclones. The one or more particle sensors include an inlet particle sensor at an inlet through which air is introduced into the cyclone device and one or more cyclone particle sensors corresponding to each of the one or more cyclones. When the one or more cyclones are a plurality of cyclones, the plurality of cyclones are connected in series. The plurality of cyclones are configured to filter particles having different particle sizes, respectively.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 용리 장치는: 상기 에어로졸 샘플이 모이며 인산 완충 식염수(phosphate buffered saline, PBS)인 용리액이 주입되는 공간인 수집 표면(collection surface); 상기 수집 표면으로 상기 용리액을 주입하기 위한 용리액 주입 장치; 상기 수집 표면으로 상기 용리액을 희석함으로써 상기 수집 표면 내 주입된 상기 용리액의 농도를 조절하기 위한 탈이온수(deionized water, DI water)를 주입하기 위한 탈이온수 주입 장치; 상기 수집 표면으로 상기 수집 표면의 소독을 위한 에탄올(ethanol, EtOH)을 주입하기 위한 에탄올 주입 장치; 상기 에어로졸 샘플이 상기 용리액 또는 상기 용리액과 상기 탈이온수에 용리된 혼합액에서 미리 결정된 크기 이상의 파티클을 필터링하기 위한 필터링 장치; 상기 혼합액 중 상기 필터링 장치를 통과한 상기 액체 샘플을 수집하기 위한 샘플 수집부; 상기 혼합액 중 상기 필터링 장치에 의하여 필터링된 폐기물을 수집하기 위한 폐기물 수집부; 상기 액체 샘플에 대하여 라이시스 버퍼(Lysis buffer)인 버퍼액을 혼합하기 위한 버퍼액 주입 장치; 상기 용리액, 상기 탈이온수, 상기 에탄올, 상기 혼합액, 상기 액체 샘플, 상기 버퍼액의 흐름을 제어하기 위한 유체 제어 장치;를 포함한다.According to various embodiments of the present invention, the elution device includes: a collection surface, which is a space where the aerosol sample is collected and an elution solution, which is phosphate buffered saline (PBS), is injected; an elution solution injection device for injecting the elution solution into the collection surface; a deionized water injection device for injecting deionized water (DI water) for diluting the elution solution into the collection surface to adjust the concentration of the elution solution injected into the collection surface; an ethanol injection device for injecting ethanol (EtOH) into the collection surface for disinfecting the collection surface; a filtering device for filtering particles having a predetermined size or larger from a mixture in which the aerosol sample is eluted with the elution solution or the elution solution and the deionized water; a sample collection unit for collecting a liquid sample that has passed through the filtering unit among the mixture; a waste collection unit for collecting waste filtered by the filtering unit among the mixture; A buffer solution injection device for mixing a buffer solution, which is a lysis buffer, with the liquid sample; a fluid control device for controlling the flow of the eluent, the deionized water, the ethanol, the mixed solution, the liquid sample, and the buffer solution;
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 공기 배출 장치는: 상기 사이클론 장치를 통해 유입된 후 상기 용리 장치를 통과한 상기 공기를 정화하기 위한 공기 정화 필터 장치; 상기 공기 정화 필터를 통과한 상기 공기를 외부로 배출하기 위한 공기 배출구를 포함한다.According to various embodiments of the present invention, the air exhaust device includes: an air purification filter device for purifying the air that has passed through the elution device after being introduced through the cyclone device; and an air outlet for discharging the air that has passed through the air purification filter to the outside.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 제어 장치는: 송수신기; 메모리; 입력 장치; 출력 장치; 상기 사이클론 장치, 상기 용리 장치, 상기 공기 배출 장치, 상기 송수신기, 상기 메모리, 상기 입력 장치 및 상기 출력 장치와 기능적으로 연결된 프로세서;를 포함한다.According to various embodiments of the present invention, the control device includes: a transceiver; a memory; an input device; an output device; and a processor functionally connected to the cyclone device, the elution device, the air exhaust device, the transceiver, the memory, the input device and the output device.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 프로세서는: 상기 하나 이상의 파티클 센서에 의하여 감지된 상기 파티클 특성에 따라서 상기 수집 표면으로 주입되는 상기 용리액과 상기 탈이온수의 비율 및 양을 결정하고; 상기 결정된 비율 및 양에 기반하여 상기 수집 표면으로 상기 용리액, 또는, 상기 용리액과 상기 탈이온수를 상기 용리액 주입 장치 및 상기 탈이온수 주입 장치에 의하여 주입하도록 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the processor may be configured to: determine a ratio and amount of the solution and the deionized water to be injected into the collection surface according to the particle characteristics detected by the one or more particle sensors; and inject the solution, or the solution and the deionized water, into the collection surface based on the determined ratio and amount by the solution injection device and the deionized water injection device.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 파티클 특성은 파티클 크기, 파티클 농도, 파티클 질량, 파티클 수, 파티클 포집 효율 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 파티클 농도는 단위 부피 당 파티클의 수일 수 있다. 상기 파티클 질량은 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클의 총 질량일 수 있다. 상기 파티클 수는 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클의 총 개수일 수 있다. 상기 파티클 포집 효율은 상기 복수의 사이클론으로 들어온 총 파티클의 수 대비 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클의 수의 비율일 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the particle characteristics may include one or more of particle size, particle concentration, particle mass, particle number, and particle collection efficiency. The particle concentration may be the number of particles per unit volume. The particle mass may be the total mass of particles captured by the one or more cyclones. The particle number may be the total number of particles captured by the one or more cyclones. The particle collection efficiency may be the ratio of the number of particles captured by the one or more cyclones to the total number of particles entering the plurality of cyclones.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 파티클 특성에 기반하여 상기 프로세서는: 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클 중 기준 크기보다 큰 파티클이 상기 기준 크기보다 작은 파티클보다 많을 경우, 상기 용리액의 비율을 높이고, 상기 탈이온수의 비율을 낮추거나; 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클의 상기 파티클 농도가 기준 농도보다 높을 경우, 상기 용리액의 양을 높이고, 상기 용리액의 비율을 높이고, 상기 탈이온수의 비율을 낮추거나; 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클의 총 질량이 기준 질량보다 높을 경우, 상기 용리액의 양을 높이고, 상기 용리액의 비율을 높이고, 상기 탈이온수의 비율을 낮추거나; 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클의 총 개수가 기준 개수보다 높을 경우, 상기 용리액의 양을 높이고, 상기 용리액의 비율을 높이고, 상기 탈이온수의 비율을 낮추거나; 또는, 상기 파티클 포집 효율이 기준 효율보다 높을 경우, 상기 용리액의 양을 높이고, 상기 용리액의 비율을 높이고, 상기 탈이온수의 비율을 낮추도록 더 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present invention, based on the particle characteristics, the processor: if the number of particles larger than a reference size among the particles captured by the one or more cyclones is greater than the number of particles smaller than the reference size, the ratio of the eluent is increased and the ratio of the deionized water is lowered; if the particle concentration of the particles captured by the one or more cyclones is higher than the reference concentration, the amount of the eluent is increased, the ratio of the eluent is increased and the ratio of the deionized water is lowered; if the total mass of the particles captured by the one or more cyclones is higher than the reference mass, the amount of the eluent is increased, the ratio of the eluent is increased and the ratio of the deionized water is lowered; if the total number of the particles captured by the one or more cyclones is higher than the reference number, the amount of the eluent is increased, the ratio of the eluent is increased and the ratio of the deionized water is lowered; Alternatively, if the particle collection efficiency is higher than the reference efficiency, the method may be further configured to increase the amount of the eluent, increase the ratio of the eluent, and decrease the ratio of the deionized water.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 필터링 장치는, 회전 액체 임팩터(rotating liquid impactor) 또는 멤브레인 필터(membrane filter) 중 하나, 또는, 상기 회전 액체 임팩터와 상기 멤브레인 필터의 조합으로 구성될 수 있다. 상기 회전 액체 임팩터는 상기 혼합액을 회전시켜 파티클의 크기에 따라서 큰 파티클은 액체에 포집되고 작은 파티클은 배출하도록 구성될 수 있다. 상기 멤브레인 필터는 상기 멤브레인 필터의 공극을 통해 큰 파티클은 상기 멤브레인 필터에 포집되고 작은 파티클은 배출하도록 구성될 수 있다. 상기 필터링 장치가 상기 회전 액체 임팩터와 상기 멤브레인 필터의 조합으로 구성되는 경우, 상기 필터링 장치는 상기 회전 액체 임팩터가 상기 멤브레인 필터보다 상대적으로 큰 파티클을 필터링한 후 상기 멤브레인 필터가 상기 회전 액체 임팩터보다 상대적으로 작은 파티클을 필터링하도록 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the filtering device may be configured with one of a rotating liquid impactor or a membrane filter, or a combination of the rotating liquid impactor and the membrane filter. The rotating liquid impactor may be configured to rotate the mixed liquid so that, depending on the size of the particles, large particles are captured in the liquid and small particles are discharged. The membrane filter may be configured so that large particles are captured in the membrane filter and small particles are discharged through the pores of the membrane filter. When the filtering device is configured with a combination of the rotating liquid impactor and the membrane filter, the filtering device may be configured so that the rotating liquid impactor filters particles that are relatively larger than the membrane filter and then the membrane filter filters particles that are relatively smaller than the rotating liquid impactor.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 혼합액은 고체 구성과 액체 구성으로 구성될 수 있다. 상기 고체 구성은 상기 필터링 장치를 통과하여 상기 샘플 수집부로 보내지는 기준 크기 이하의 샘플 파티클과 상기 필터링 장치에 의하여 필터링되어 상기 폐기물 수집부로 보내지는 상기 기준 크기를 초과하는 폐기물 파티클을 포함할 수 있다. 상기 액체 구성은 상기 수집 표면에 주입된 상기 용리액, 또는, 상기 용리액과 상기 탈이온수를 포함할 수 있다. 상기 액체 구성은 설정된 분배 비율에 기반하여 상기 샘플 수집부와 상기 폐기물 수집부로 상기 유체 제어 장치에 의하여 유체 분배 밸브를 통해 분배될 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the mixture may be composed of a solid component and a liquid component. The solid component may include sample particles having a size smaller than a reference size that pass through the filtering device and are sent to the sample collection unit, and waste particles having a size larger than the reference size that are filtered by the filtering device and are sent to the waste collection unit. The liquid component may include the eluent injected into the collection surface, or the eluent and the deionized water. The liquid component may be distributed to the sample collection unit and the waste collection unit through a fluid distribution valve by the fluid control device based on a set distribution ratio.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 분배 비율은 상기 액체 샘플의 순도 또는 상기 용리액의 효율적 사용에 기반할 수 있다. 상기 분배 비율이 상기 액체 샘플의 순도에 기반하는 경우, 상기 분배 비율은 상기 샘플 수집부로 상기 액체가 분배되는 비율을 기준 샘플 액체 비율보다 높이고 상기 폐기물 수집부로 상기 액체가 분배되는 비율을 기준 폐기물 액체 비율보다 낮추도록 설정될 수 있다. 상기 분배 비율이 상기 용리액의 효율적 사용에 기반하는 경우, 상기 분배 비율은 상기 샘플 수집부로 상기 액체가 분배되는 비율을 상기 기준 샘플 액체 비율보다 낮추고 상기 폐기물 수집부로 상기 액체가 분배되는 비율을 기준 폐기물 액체 비율보다 높이도록 설정될 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the distribution ratio can be based on the purity of the liquid sample or the efficient use of the eluent. When the distribution ratio is based on the purity of the liquid sample, the distribution ratio can be set such that the ratio of the liquid distributed to the sample collection unit is higher than a reference sample liquid ratio and the ratio of the liquid distributed to the waste collection unit is lower than a reference waste liquid ratio. When the distribution ratio is based on the efficient use of the eluent, the distribution ratio can be set such that the ratio of the liquid distributed to the sample collection unit is lower than the reference sample liquid ratio and the ratio of the liquid distributed to the waste collection unit is higher than a reference waste liquid ratio.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 프로세서는: 상기 혼합액의 상기 샘플 수집부와 상기 폐기물 수집부로의 분배가 종료된 후, 상기 탈이온수 주입 장치에 의하여 상기 수집 표면 내 상기 탈이온수를 주입함으로써 상기 수집 표면을 세척하고; 상기 수집 표면이 세척된 후, 상기 에탄올 주입 장치에 의하여 상기 수집 표면 내 상기 에탄올을 주입함으로써 상기 수집 표면을 소독하도록 더 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the processor may be further configured to: wash the collection surface by injecting the deionized water into the collection surface by the deionized water injection device after the distribution of the mixed solution to the sample collection unit and the waste collection unit is completed; and disinfect the collection surface by injecting the ethanol into the collection surface by the ethanol injection device after the collection surface is washed.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 프로세서는: 상기 혼합액의 상기 샘플 수집부와 상기 폐기물 수집부로의 분배가 종료된 후, 상기 샘플 수집부 내 상기 액체 샘플 중 설정된 제공 샘플 양을 상기 유체 제어 장치에 의하여 상기 액체 샘플 생성 장치의 외부의 바이러스 검출 센서에게 배출하도록 더 구성될 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the processor may be further configured to: after distribution of the mixed liquid to the sample collection unit and the waste collection unit is completed, discharge a set amount of the provided sample among the liquid samples in the sample collection unit to a virus detection sensor outside the liquid sample generating device by the fluid control device.
본 발명의 다양한 실시 예들에 따르면, 상기 샘플 수집부는 액체 파티클 센서를 포함할 수 있다. 상기 액체 파티클 센서는 상기 샘플 수집부 내 상기 액체 샘플 중 상기 샘플 파티클의 개수 또는 농도 중 하나 이상을 감지하도록 구성될 수 있다. 상기 파티클의 농도는 상기 샘플 수집부 내 상기 액체 샘플의 부피와 상기 샘플 파티클의 개수에 기반할 수 있다. 상기 액체 샘플의 부피는 상기 액체 구성의 상기 샘플 수집부로 분배된 부피에 기반할 수 있다. 상기 제공 샘플 양은 상기 샘플 파티클의 농도에 기반하여 상기 프로세서에 의하여 결정될 수 있다. 상기 샘플 파티클의 농도가 설정된 기준 샘플 농도 범위 내인지 또는 상기 기준 샘플 농도 범위보다 높은지 또는 상기 기준 샘플 농도 범위보다 낮은지에 기반하여, 상기 제공 샘플 양이 기준 샘플 양으로 설정되거나 또는 상기 기준 샘플 양보다 높게 설정되거나 또는 상기 기준 샘플 양보다 낮게 설정될 수 있다. 상기 제공 샘플 양이 상기 기준 샘플 양보다 높게 설정되거나 또는 낮게 설정되는 정도는 상기 기준 샘플 농도 범위의 중간 값(median value)에 대한 상기 샘플 파티클의 농도의 비율에 기반할 수 있다.According to various embodiments of the present invention, the sample collection unit may include a liquid particle sensor. The liquid particle sensor may be configured to detect one or more of the number or concentration of the sample particles in the liquid sample within the sample collection unit. The concentration of the particles may be based on the volume of the liquid sample within the sample collection unit and the number of the sample particles. The volume of the liquid sample may be based on the volume dispensed to the sample collection unit of the liquid composition. The amount of the provided sample may be determined by the processor based on the concentration of the sample particles. Based on whether the concentration of the sample particles is within a set reference sample concentration range, is higher than the reference sample concentration range, or is lower than the reference sample concentration range, the amount of the provided sample may be set to the reference sample amount, is set to be higher than the reference sample amount, or is set to be lower than the reference sample amount. The extent to which the provided sample amount is set higher or lower than the reference sample amount may be based on a ratio of the concentration of the sample particles to a median value of the reference sample concentration range.
액체 파티클 센서는 액체 내에 존재하는 파티클(입자)의 크기, 개수, 농도 등을 실시간으로 감지하는 장치로, 특히 미세한 파티클을 정확하게 검출하고 분석하는 데 사용된다. 이 센서는 다양한 환경에서 액체 내에 포함된 파티클의 특성을 측정할 수 있어, 바이러스 검출 시스템, 제약, 생명과학, 산업 공정 등에서 중요한 역할을 한다.Liquid particle sensors are devices that detect the size, number, and concentration of particles in liquids in real time, and are used to accurately detect and analyze fine particles in particular. These sensors can measure the characteristics of particles contained in liquids in various environments, and play an important role in virus detection systems, pharmaceuticals, life sciences, and industrial processes.
액체 파티클 센서의 구성은 다음과 같다.The configuration of the liquid particle sensor is as follows.
(1) 광원: 액체 내 파티클을 감지하기 위해 광학적 방법을 사용하며, 일반적으로 레이저나 LED와 같은 광원을 이용하여 액체에 빛을 쏜다. 광원에서 나오는 빛은 액체를 통과하여 파티클에 부딪히며, 파티클에 의해 산란되거나 흡수되는 특성을 활용해 파티클의 크기나 농도를 측정한다.(1) Light source: An optical method is used to detect particles in a liquid, and light is generally emitted into the liquid using a light source such as a laser or LED. The light from the light source passes through the liquid and hits the particles, and the size or concentration of the particles is measured by utilizing the characteristics of being scattered or absorbed by the particles.
(2) 검출기: 광원이 방출한 빛이 파티클과 상호작용한 후 반사되거나 산란된 신호를 검출하는 장치이다. 검출기는 광학 신호를 전기 신호로 변환하며, 파티클이 빛을 산란시키거나 흡수하는 정도를 기반으로 파티클의 크기와 개수를 분석한다. 포토다이오드나 CCD 센서와 같은 고감도 장치가 사용될 수 있다.(2) Detector: A device that detects the reflected or scattered signal after the light emitted by the light source interacts with the particle. The detector converts the optical signal into an electrical signal and analyzes the size and number of particles based on the degree to which the particle scatters or absorbs light. High-sensitivity devices such as photodiodes or CCD sensors can be used.
(3) 유로(Flow Cell): 액체가 흐르는 통로로, 액체가 광원과 검출기 사이를 지나가도록 설계되어 있다. 액체가 이 통로를 지나는 동안 파티클이 광원에 의해 조사되고, 검출기에 의해 감지된다. 유로는 파티클이 정확하게 빛과 상호작용할 수 있도록 투명한 소재로 제작되며, 파티클이 자유롭게 흐를 수 있도록 설계된다. 고정된 유로 속에서 액체가 규칙적으로 흘러야 하므로, 액체의 흐름을 제어하는 펌프나 밸브도 함께 사용될 수 있다.(3) Flow Cell: A passage through which liquid flows, designed to allow the liquid to pass between a light source and a detector. While the liquid passes through this passage, particles are irradiated by the light source and detected by the detector. The flow cell is made of a transparent material so that the particles can interact accurately with the light, and is designed to allow the particles to flow freely. Since the liquid must flow regularly in a fixed flow cell, a pump or valve that controls the flow of the liquid may also be used.
(4) 전자 회로부: 검출기로부터 수신된 신호를 분석하고, 이를 통해 파티클의 크기, 개수, 농도 등을 계산하는 장치이다. 파티클의 산란 강도, 크기, 농도에 따른 전기 신호를 디지털 신호로 변환하여 처리한다. 매우 작은 전압이나 전류를 감지할 수 있는 고감도의 회로가 필요하며, 이러한 데이터를 처리하여 최종 분석 결과를 제공한다. 이 회로부는 데이터의 저장과 전송을 담당하는 메모리와 통신 장치도 포함할 수 있다.(4) Electronic circuit unit: This is a device that analyzes the signal received from the detector and calculates the size, number, and concentration of particles through this. It converts the electric signal according to the scattering intensity, size, and concentration of the particles into a digital signal and processes it. A highly sensitive circuit that can detect very small voltages or currents is required, and processes this data to provide the final analysis results. This circuit unit may also include a memory and communication device that are responsible for storing and transmitting data.
(5) 프로세서 및 소프트웨어: 검출된 데이터를 처리하고 해석하는 데 사용되는 중앙 처리 장치(CPU)와 그에 연동되는 소프트웨어이다. 데이터는 실시간으로 처리되며, 파티클의 크기 분포, 개수, 농도 등을 계산하여 사용자에게 결과를 제공한다. 소프트웨어는 그래픽 인터페이스를 통해 사용자가 데이터를 쉽게 이해할 수 있도록 시각적으로 표현한다.(5) Processor and Software: The central processing unit (CPU) and its associated software are used to process and interpret the detected data. The data is processed in real time, and the size distribution, number, and concentration of particles are calculated to provide the user with the results. The software visually expresses the data through a graphical interface so that the user can easily understand it.
액체 파티클 센서의 작동 원리는 다음과 같다.The working principle of the liquid particle sensor is as follows.
(1) 빛의 산란과 파티클 감지: 액체 내의 파티클이 광원에서 방출된 빛과 상호작용할 때, 빛은 파티클에 의해 산란되거나 일부 흡수된다. 이러한 빛의 산란은 파티클의 크기, 개수, 농도에 따라 달라진다. 큰 파티클은 빛을 더 많이 산란시키고, 작은 파티클은 상대적으로 적게 산란시킨다. 검출기는 이러한 산란된 빛의 양을 측정하여 파티클의 크기와 농도를 분석한다.(1) Light scattering and particle detection: When particles in a liquid interact with light emitted from a light source, the light is scattered or partially absorbed by the particles. This light scattering varies depending on the size, number, and concentration of the particles. Large particles scatter more light, and small particles scatter relatively less. The detector measures the amount of this scattered light to analyze the size and concentration of the particles.
(2) 파티클의 크기 분석: 검출기는 산란된 빛의 강도를 측정하며, 이를 통해 파티클의 크기를 추정한다. 큰 파티클은 강한 신호를 생성하고, 작은 파티클은 약한 신호를 생성하는 방식으로 작동한다. 이를 바탕으로 센서는 액체 내의 파티클 크기 분포를 계산한다. 다양한 크기의 파티클이 존재할 경우, 각각의 크기별로 산란 신호가 달라지므로 이를 통해 분포를 얻는다.(2) Particle size analysis: The detector measures the intensity of the scattered light, and estimates the particle size from this. It works in such a way that large particles generate strong signals, and small particles generate weak signals. Based on this, the sensor calculates the particle size distribution in the liquid. If there are particles of various sizes, the scattered signal is different for each size, and this is used to obtain the distribution.
(3) 파티클의 개수 및 농도 측정: 검출된 신호의 빈도와 강도를 기반으로, 액체 내에 존재하는 파티클의 개수를 계산할 수 있다. 산란된 빛의 강도가 일정한 크기의 파티클로부터 발생한 경우, 그 신호의 빈도를 측정함으로써 해당 크기의 파티클 개수를 추산할 수 있다. 농도는 단위 부피당 파티클의 수로 정의되며, 유로 내를 통과하는 액체의 부피와 파티클의 개수를 비교하여 농도를 계산할 수 있다.(3) Measurement of the number and concentration of particles: Based on the frequency and intensity of the detected signal, the number of particles present in the liquid can be calculated. If the intensity of the scattered light is generated from particles of a certain size, the number of particles of that size can be estimated by measuring the frequency of the signal. Concentration is defined as the number of particles per unit volume, and the concentration can be calculated by comparing the volume of liquid passing through the passage with the number of particles.
(4) 실시간 데이터 처리: 전자 회로부와 프로세서가 실시간으로 검출 데이터를 처리하여 액체 내의 파티클 크기, 개수, 농도를 계산하고 결과를 사용자에게 제공한다. 필요 시, 데이터를 저장하거나 통신 장치를 통해 외부 시스템에 전송할 수도 있다.(4) Real-time data processing: The electronic circuitry and processor process the detection data in real time to calculate the size, number, and concentration of particles in the liquid and provide the results to the user. If necessary, the data can be stored or transmitted to an external system via a communication device.
액체 파티클 센서의 동작 과정은 다음과 같다.The working process of the liquid particle sensor is as follows.
(1) 액체 흐름 유입: 액체가 유로를 통해 흐르며, 유로 내에 흐르는 파티클이 광원에 의해 조사된다.(1) Liquid flow inflow: Liquid flows through the channel, and particles flowing within the channel are irradiated by a light source.
(2) 빛의 산란: 액체에 포함된 파티클이 빛과 상호작용하면서 산란된 빛이 발생하고, 검출기는 이를 실시간으로 감지한다.(2) Light scattering: When particles contained in a liquid interact with light, scattered light is generated, and the detector detects this in real time.
(3) 신호 변환: 산란된 빛은 전자 신호로 변환되어, 그 강도와 빈도에 따라 파티클의 크기와 개수가 측정된다.(3) Signal conversion: The scattered light is converted into an electronic signal, and the size and number of particles are measured based on the intensity and frequency.
(4) 데이터 처리: 전자 회로부와 프로세서가 실시간으로 신호를 처리하여 파티클의 크기, 개수, 농도를 계산하고, 그 데이터를 사용자에게 제공한다.(4) Data processing: The electronic circuitry and processor process signals in real time to calculate the size, number, and concentration of particles and provide the data to the user.
액체 파티클 센서는 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 예를 들어:Liquid particle sensors can be used in a variety of fields. For example:
(1) 바이러스 검출: 바이러스 검출 시스템에서 PBS에 현탁된 바이러스 입자의 크기와 농도를 실시간으로 측정하는 데 사용된다.(1) Virus detection: Used to measure the size and concentration of virus particles suspended in PBS in real time in a virus detection system.
(2) 제약 산업: 제약 공정에서 액체 내 불순물 검출 및 제어에 중요한 역할을 한다.(2) Pharmaceutical industry: It plays an important role in detecting and controlling impurities in liquids in pharmaceutical processes.
(3) 생명 과학: 세포, 바이러스, 단백질 입자 등의 생물학적 샘플을 분석하는 데 사용된다.(3) Life science: Used to analyze biological samples such as cells, viruses, and protein particles.
(4) 수질 모니터링: 물의 품질을 모니터링하고, 미세한 불순물을 감지하는 데 활용된다.(4) Water quality monitoring: Used to monitor water quality and detect minute impurities.
액체 파티클 센서는 액체 내에 포함된 파티클의 크기, 개수, 농도를 정밀하게 측정할 수 있는 장치로, 광원과 검출기를 이용해 실시간으로 파티클의 특성을 분석한다. 이를 통해 바이러스 검출, 제약 공정 관리, 수질 모니터링 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 하며, 특히 미세한 파티클을 정확하게 감지하고 분석하는 데 유용하다.Liquid particle sensors are devices that can precisely measure the size, number, and concentration of particles contained in a liquid, and analyze the characteristics of particles in real time using a light source and detector. They play an important role in various fields such as virus detection, pharmaceutical process management, and water quality monitoring, and are particularly useful for accurately detecting and analyzing fine particles.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라서 구현된 공기 중 바이러스 검출 장치(airborne virus detection device)의 일 예를 도시한다.FIG. 3 illustrates an example of an airborne virus detection device implemented according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 공기 중 바이러스 검출 장치의 측면 뷰를 도시하며, 장치의 주요 구성 요소가 표시되어 있다. 사이클론 장치는 공기 중 입자를 크기별로 분리하여 포집하며, 포집된 입자는 용리 장치로 전달된다.Figure 3 illustrates a side view of an airborne virus detection device of the present invention, showing the main components of the device. A cyclone device separates and captures airborne particles by size, and the captured particles are transferred to an elution device.
용리 장치는 사이클론 장치에서 전달된 바이러스 입자를 액체 샘플로 변환하는 역할을 한다. 이 장치는 수집 표면과 용리액 주입 장치를 포함하며, 액체 샘플의 정제를 통해 바이러스 검출 민감도를 극대화한다.The elution device serves to convert the virus particles transferred from the cyclone device into a liquid sample. The device includes a collection surface and an elution solution injection device, and maximizes the sensitivity of virus detection through the purification of the liquid sample.
수집 표면은 바이러스 입자가 모이는 핵심 구성 요소로, 용리액과의 상호작용을 통해 바이러스가 용리된다. 이 과정을 통해 생성된 액체 샘플은 샘플 수집부로 전달되어 검출 준비를 완료한다.The collection surface is a key component where virus particles gather, and the virus is eluted through interaction with the eluent. The liquid sample generated through this process is transferred to the sample collection unit to complete the detection preparation.
바이러스 검출 장치의 공기 배출구는 정화된 공기를 외부로 배출하며, 공기 중 오염 물질이 외부로 유출되는 것을 방지한다. 공기 배출구는 공기의 흐름을 원활하게 유지하도록 설계되어 있다.The air outlet of the virus detection device discharges purified air to the outside, preventing airborne contaminants from leaking out. The air outlet is designed to maintain a smooth airflow.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라서 구현된 공기 중 바이러스 검출 장치(airborne virus detection device)의 일 예를 도시한다.FIG. 4 illustrates an example of an airborne virus detection device implemented according to an embodiment of the present invention.
도 4는 공기 중 바이러스 검출 장치의 다른 측면 뷰를 도시하며, 제어 장치를 포함한 시스템 통합 설계를 강조한다. 제어 장치는 장치의 모든 구성 요소를 통합적으로 관리한다.Figure 4 illustrates another side view of the airborne virus detection device, highlighting the system integration design including the control unit. The control unit manages all components of the device in an integrated manner.
사이클론 장치는 공기 중의 크기가 다른 입자를 단계적으로 분리하여 각각의 분리된 입자가 용리 장치로 전달되도록 한다. 이는 공기 중의 다양한 입자 크기를 효율적으로 처리할 수 있게 한다.The cyclone device gradually separates particles of different sizes in the air and passes each separated particle to the elution device. This enables efficient handling of various particle sizes in the air.
용리 장치의 상단에는 여러 개의 주입 장치가 배치되어 있으며, 각각 용리액, 탈이온수, 에탄올 등의 주입을 통해 샘플 준비와 장치 소독을 지원한다. 이 과정은 교차 오염 방지와 샘플 품질 유지에 기여한다.At the top of the elution device, there are several injection devices, which support sample preparation and device sterilization through injection of eluent, deionized water, ethanol, etc., respectively. This process contributes to preventing cross-contamination and maintaining sample quality.
제어 장치는 터치 스크린 디스플레이를 통해 사용자와 상호작용하며, 각 구성 요소의 상태를 실시간으로 모니터링하고 조작할 수 있도록 한다. 이를 통해 장치의 효율성과 사용 편의성을 높인다.The control unit interacts with the user via a touch screen display, allowing real-time monitoring and manipulation of the status of each component, thereby increasing the efficiency and usability of the device.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라서 구현된 공기 중 바이러스 검출 장치(airborne virus detection device)의 일 예를 도시한다.FIG. 5 illustrates an example of an airborne virus detection device implemented according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 공기 중 바이러스 검출 장치의 상단 뷰를 도시하며, 전체 구성 요소 간의 물리적 배치를 한눈에 보여준다. 사이클론 장치, 용리 장치, 공기 배출구의 상호 연결이 잘 나타나 있다.Figure 5 illustrates a top view of the airborne virus detection device of the present invention, showing the physical arrangement of all components at a glance. The interconnection of the cyclone device, the elution device, and the air exhaust port is clearly shown.
사이클론 장치는 공기 중 입자의 분리 및 포집을 위한 원심력 기반의 다단계 시스템으로, 각 단계별로 입자 크기에 따른 포집이 이루어진다. 이는 검출 민감도를 높이는 데 핵심적인 역할을 한다.The cyclone device is a multi-stage centrifugal force-based system for separating and capturing airborne particles, with particle size being captured at each stage. This plays a key role in increasing detection sensitivity.
용리 장치의 상부에는 다양한 주입 장치가 장착되어 있으며, 각각의 주입 장치는 용리 과정과 세척 및 소독 과정을 지원한다. 이는 용리 장치의 지속적인 성능 유지를 보장한다.The upper part of the elution device is equipped with various injection devices, each of which supports the elution process and the washing and disinfection process. This ensures the continuous performance of the elution device.
공기 배출구는 공기 정화 필터 장치와 함께 정화된 공기를 외부로 배출하며, 바이러스 검출 장치의 안전성과 환경 친화성을 유지한다. 배출구는 정화된 공기의 흐름을 원활하게 조절하여 시스템 전반의 안정성을 제공한다.The air outlet discharges purified air to the outside together with the air purification filter device, maintaining the safety and environmental friendliness of the virus detection device. The outlet smoothly regulates the flow of purified air, providing stability to the entire system.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라서 구현된 공기 중 바이러스 검출 장치(airborne virus detection device)에서 용리 장치의 일 예를 도시한다.FIG. 6 illustrates an example of an elution device in an airborne virus detection device implemented according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 공기 중 바이러스 검출 장치에서 용리 장치의 주요 구성 요소를 도시한 예이다. 용리 장치는 공기 중에서 포집된 바이러스를 액체 샘플로 변환하는 역할을 하며, 샘플의 정제 및 분석 준비를 위한 다양한 주입 및 수집 장치를 포함한다.FIG. 6 is an example illustrating the main components of an elution device in an airborne virus detection device according to an embodiment of the present invention. The elution device serves to convert viruses captured in the air into a liquid sample, and includes various injection and collection devices for purifying the sample and preparing it for analysis.
용리액 주입 장치는 용리 장치의 핵심 구성 요소로, 용리액(PBS)을 수집 표면에 주입하여 포집된 바이러스 입자가 액체에 현탁되도록 한다. 이를 통해 바이러스는 액체 상태로 전환되며, 샘플의 균일한 분포와 높은 정밀도를 보장한다.The eluent injection device is a core component of the eluent device, which injects the eluent (PBS) onto the collection surface to suspend the captured virus particles in the liquid. This causes the virus to be converted to a liquid state, ensuring uniform distribution and high precision of the sample.
탈이온수 주입 장치와 에탄올 주입 장치는 용리 장치의 세척 및 소독 과정을 지원하는 주요 구성 요소이다. 탈이온수는 수집 표면 및 시스템 내부를 세척하며, 에탄올은 장치 내 오염을 방지하고 교차 오염을 최소화하기 위해 소독제로 사용된다.The deionized water injection unit and the ethanol injection unit are the main components that support the cleaning and disinfection process of the elution device. The deionized water is used to clean the collection surfaces and the interior of the system, and the ethanol is used as a disinfectant to prevent contamination within the device and minimize cross-contamination.
폐기물 수집부는 필터링된 큰 입자나 사용된 용리액을 수집하여 안전하게 처리하는 역할을 수행하며, 샘플 수집부는 정제된 액체 샘플을 모아 바이러스 검출 센서로 전달한다. 이러한 설계는 샘플의 품질을 유지하면서도 폐기물 처리를 효율적으로 지원하도록 구성되었다.The waste collection unit safely collects and processes filtered large particles or used eluent, while the sample collection unit collects purified liquid samples and delivers them to the virus detection sensor. This design is configured to efficiently support waste processing while maintaining sample quality.
이상에서 설명된 실시 예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시 예를 구성하는 것도 가능하다. 발명의 실시 예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시 예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시 예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시 예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.The embodiments described above are combinations of components and features of the present invention in a given form. Each component or feature should be considered optional unless explicitly stated otherwise. Each component or feature may be implemented in a form that is not combined with other components or features. In addition, it is also possible to form an embodiment of the present invention by combining some components and/or features. The order of operations described in the embodiments of the invention may be changed. Some components or features of one embodiment may be included in another embodiment, or may be replaced with corresponding components or features of another embodiment. It is obvious that claims that do not have an explicit citation relationship in the scope of the patent claims may be combined to form an embodiment or may be included as a new claim by post-application amendment.
본 발명이 본 발명의 기술적 사상 및 본질적인 특징을 벗어나지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있음은 본 발명이 속한 분야 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 따라서, 상기 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 모든 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석 및 본 발명의 균등한 범위 내 가능한 모든 변화에 의하여 결정되어야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be embodied in other forms without departing from the technical idea and essential characteristics of the present invention. Accordingly, the above embodiments should be considered in all respects as illustrative rather than restrictive. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims and all possible changes within the equivalent scope of the present invention.
1000: 액체 샘플 생성 장치 1101: 사이클론
1102: 사이클론 1103: 사이클론
1104: 파티클 센서 1105: 파티클 센서
1106: 파티클 센서 1107: 파티클 센서
1200: 용리 장치 1201: 수집 표면
1202: 용리액 주입 장치 1203: 탈이온수 주입 장치
1204: 에탄올 주입 장치 1205: 필터링 장치
1206: 샘플 수집부 1207: 폐기물 수집부
1208: 유체 제어 장치 1300: 제어 장치
1301: 송수신기 1302: 메모리
1303: 프로세서 1304: 입력 장치
1305: 출력 장치 2000: 바이러스 검출 센서1000: Liquid sample generator 1101: Cyclone
1102: Cyclone 1103: Cyclone
1104: Particle Sensor 1105: Particle Sensor
1106: Particle Sensor 1107: Particle Sensor
1200: Dissolution device 1201: Collection surface
1202: Solution injection device 1203: Deionized water injection device
1204: Ethanol injection device 1205: Filtering device
1206: Sample collection section 1207: Waste collection section
1208: Fluid control device 1300: Control device
1301: Transmitter/Receiver 1302: Memory
1303: Processor 1304: Input Device
1305: Output Device 2000: Virus Detection Sensor
Claims (10)
공기로부터 파티클을 제거하여 에어로졸 샘플을 생성하기 위한 사이클론 장치;
상기 에어로졸 샘플로부터 액체 샘플을 생성하기 위한 용리 장치;
상기 사이클론 장치를 통해 유입된 후 상기 용리 장치를 통과한 상기 공기를 외부로 배출하기 위한 공기 배출 장치;
상기 사이클론 장치, 상기 용리 장치, 상기 공기 배출 장치와 연결된 제어 장치를 포함하고,
상기 사이클론 장치는: 상기 공기 중 파티클을 필터링하기 위한 하나 이상의(one or more) 사이클론; 상기 사이클론 장치로 유입된 파티클 및 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 필터링된 파티클의 파티클 특성을 감지하기 위한 복수의 파티클 센서들;을 포함하고, 상기 복수의 파티클 센서들은 (i) 상기 사이클론 장치로 공기가 유입되는 입구의 입구 파티클 센서와 (ii) 각각의 상기 하나 이상의 사이클론 내부의 하나 이상의 사이클론 파티클 센서를 포함하고, 상기 하나 이상의 사이클론이 복수의 사이클론들인 경우, 상기 복수의 사이클론들은 직렬로 연결되고, 상기 복수의 사이클론들은 각각 서로 다른 파티클 크기의 파티클을 필터링하도록 구성되고,
상기 용리 장치는: 상기 에어로졸 샘플이 모이며 인산 완충 식염수(phosphate buffered saline, PBS)인 용리액이 주입되는 공간인 수집 표면(collection surface); 상기 수집 표면으로 상기 용리액을 주입하기 위한 용리액 주입 장치; 상기 수집 표면으로 상기 용리액을 희석함으로써 상기 수집 표면 내 주입된 상기 용리액의 농도를 조절하기 위한 탈이온수(deionized water, DI water)를 주입하기 위한 탈이온수 주입 장치; 상기 수집 표면으로 상기 수집 표면의 소독을 위한 에탄올(ethanol, EtOH)을 주입하기 위한 에탄올 주입 장치; 상기 에어로졸 샘플이 상기 용리액 또는 상기 용리액과 상기 탈이온수에 용리된 혼합액에서 미리 결정된 크기 이상의 파티클을 필터링하기 위한 필터링 장치; 상기 혼합액 중 상기 필터링 장치를 통과한 상기 액체 샘플을 수집하기 위한 샘플 수집부; 상기 혼합액 중 상기 필터링 장치에 의하여 필터링된 폐기물을 수집하기 위한 폐기물 수집부; 상기 액체 샘플에 대하여 라이시스 버퍼(Lysis buffer)인 버퍼액을 혼합하기 위한 버퍼액 주입 장치; 상기 용리액, 상기 탈이온수, 상기 에탄올, 상기 혼합액, 상기 액체 샘플, 상기 버퍼액의 흐름을 제어하기 위한 유체 제어 장치;를 포함하고,
상기 공기 배출 장치는: 상기 사이클론 장치를 통해 유입된 후 상기 용리 장치를 통과한 상기 공기를 정화하기 위한 공기 정화 필터 장치; 상기 공기 정화 필터를 통과한 상기 공기를 외부로 배출하기 위한 공기 배출구를 포함하고,
상기 제어 장치는: 송수신기; 메모리; 입력 장치; 출력 장치; 상기 사이클론 장치, 상기 용리 장치, 상기 공기 배출 장치, 상기 송수신기, 상기 메모리, 상기 입력 장치 및 상기 출력 장치와 기능적으로 연결된 프로세서;를 포함하는,
액체 샘플 생성 장치.
In a liquid sample generating device for airborne viruses,
A cyclone device for removing particles from the air to produce an aerosol sample;
A dissolution device for producing a liquid sample from the above aerosol sample;
An air exhaust device for exhausting the air that has passed through the elution device after being introduced through the cyclone device to the outside;
A control device connected to the above cyclone device, the above elution device, and the above air exhaust device,
The cyclone device comprises: one or more cyclones for filtering particles in the air; a plurality of particle sensors for detecting particle characteristics of particles introduced into the cyclone device and particles filtered by the one or more cyclones; wherein the plurality of particle sensors comprises (i) an inlet particle sensor at an inlet through which air is introduced into the cyclone device and (ii) one or more cyclone particle sensors inside each of the one or more cyclones, and when the one or more cyclones are a plurality of cyclones, the plurality of cyclones are connected in series, and the plurality of cyclones are configured to filter particles having different particle sizes, respectively.
The above elution device comprises: a collection surface, which is a space where the aerosol sample is collected and an elution solution, which is phosphate buffered saline (PBS), is injected; an elution solution injection device for injecting the elution solution into the collection surface; a deionized water injection device for injecting deionized water (DI water) for diluting the elution solution into the collection surface to adjust the concentration of the elution solution injected into the collection surface; an ethanol injection device for injecting ethanol (EtOH) into the collection surface for disinfecting the collection surface; a filtering device for filtering particles larger than a predetermined size from the elution solution or a mixture obtained by eluting the aerosol sample with the elution solution and the deionized water; a sample collection unit for collecting the liquid sample that has passed through the filtering unit among the mixture; a waste collection unit for collecting waste filtered by the filtering unit among the mixture; a buffer solution injection unit for mixing a buffer solution, which is a lysis buffer, with the liquid sample; A fluid control device for controlling the flow of the above-mentioned eluent, the deionized water, the ethanol, the mixed solution, the liquid sample, and the buffer solution;
The air exhaust device comprises: an air purification filter device for purifying the air that has passed through the elution device after being introduced through the cyclone device; and an air outlet for discharging the air that has passed through the air purification filter to the outside.
The control device comprises: a transceiver; a memory; an input device; an output device; a processor functionally connected to the cyclone device, the elution device, the air discharge device, the transceiver, the memory, the input device and the output device;
Liquid sample generation device.
상기 프로세서는:
상기 복수의 파티클 센서들에 의하여 감지된 상기 파티클 특성에 따라서 상기 수집 표면으로 주입되는 상기 용리액과 상기 탈이온수의 비율 및 양을 결정하고;
상기 결정된 비율 및 양에 기반하여 상기 수집 표면으로 상기 용리액, 또는, 상기 용리액과 상기 탈이온수를 상기 용리액 주입 장치 및 상기 탈이온수 주입 장치에 의하여 주입하도록 구성된,
액체 샘플 생성 장치.
In the first paragraph,
The above processor:
The ratio and amount of the eluent and the deionized water injected into the collection surface are determined according to the particle characteristics detected by the plurality of particle sensors;
Based on the above-determined ratio and amount, the eluent, or the eluent and the deionized water are configured to be injected into the collecting surface by the eluent injection device and the deionized water injection device.
Liquid sample generation device.
상기 파티클 특성은 파티클 크기, 파티클 농도, 파티클 질량, 파티클 수, 파티클 포집 효율 중 하나 이상을 포함하고,
상기 파티클 농도는 단위 부피 당 파티클의 수이고,
상기 파티클 질량은 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클의 총 질량이고,
상기 파티클 수는 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클의 총 개수이고,
상기 파티클 포집 효율은 상기 복수의 사이클론으로 들어온 총 파티클의 수 대비 상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클의 수의 비율인,
액체 샘플 생성 장치.
In the second paragraph,
The above particle characteristics include one or more of particle size, particle concentration, particle mass, particle number, and particle capture efficiency,
The above particle concentration is the number of particles per unit volume,
The above particle mass is the total mass of particles captured by the one or more cyclones,
The above particle number is the total number of particles captured by the one or more cyclones,
The above particle collection efficiency is the ratio of the number of particles captured by one or more cyclones to the total number of particles entering the plurality of cyclones.
Liquid sample generation device.
상기 파티클 특성에 기반하여 상기 프로세서는:
상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클 중 기준 크기보다 큰 파티클이 상기 기준 크기보다 작은 파티클보다 많을 경우, 상기 용리액의 비율을 높이고, 상기 탈이온수의 비율을 낮추거나;
상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클의 상기 파티클 농도가 기준 농도보다 높을 경우, 상기 용리액의 양을 높이고, 상기 용리액의 비율을 높이고, 상기 탈이온수의 비율을 낮추거나;
상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클의 총 질량이 기준 질량보다 높을 경우, 상기 용리액의 양을 높이고, 상기 용리액의 비율을 높이고, 상기 탈이온수의 비율을 낮추거나;
상기 하나 이상의 사이클론에 의하여 포집된 파티클의 총 개수가 기준 개수보다 높을 경우, 상기 용리액의 양을 높이고, 상기 용리액의 비율을 높이고, 상기 탈이온수의 비율을 낮추거나; 또는,
상기 파티클 포집 효율이 기준 효율보다 높을 경우, 상기 용리액의 양을 높이고, 상기 용리액의 비율을 높이고, 상기 탈이온수의 비율을 낮추도록 더 구성된,
액체 샘플 생성 장치.
In the third paragraph,
Based on the above particle characteristics, the processor:
If the number of particles larger than a standard size among the particles captured by the one or more cyclones is greater than the number of particles smaller than the standard size, the ratio of the eluent is increased and the ratio of the deionized water is decreased;
If the particle concentration of the particles captured by the one or more cyclones is higher than the reference concentration, the amount of the eluent is increased, the ratio of the eluent is increased, and the ratio of the deionized water is decreased;
If the total mass of particles captured by the one or more cyclones is higher than the reference mass, the amount of the eluent is increased, the ratio of the eluent is increased, and the ratio of the deionized water is decreased;
If the total number of particles captured by the above one or more cyclones is higher than the reference number, the amount of the eluent is increased, the ratio of the eluent is increased, and the ratio of the deionized water is decreased; or,
If the particle collection efficiency is higher than the reference efficiency, the amount of the eluent is increased, the ratio of the eluent is increased, and the ratio of the deionized water is further configured to be lowered.
Liquid sample generation device.
상기 필터링 장치는, 회전 액체 임팩터(rotating liquid impactor) 또는 멤브레인 필터(membrane filter) 중 하나, 또는, 상기 회전 액체 임팩터와 상기 멤브레인 필터의 조합으로 구성되고,
상기 회전 액체 임팩터는 상기 혼합액을 회전시켜 파티클의 크기에 따라서 큰 파티클은 액체에 포집되고 작은 파티클은 배출하도록 구성되고,
상기 멤브레인 필터는 상기 멤브레인 필터의 공극을 통해 큰 파티클은 상기 멤브레인 필터에 포집되고 작은 파티클은 배출하도록 구성되고,
상기 필터링 장치가 상기 회전 액체 임팩터와 상기 멤브레인 필터의 조합으로 구성되는 경우, 상기 필터링 장치는 상기 회전 액체 임팩터가 상기 멤브레인 필터보다 상대적으로 큰 파티클을 필터링한 후 상기 멤브레인 필터가 상기 회전 액체 임팩터보다 상대적으로 작은 파티클을 필터링하도록 구성되는,
액체 샘플 생성 장치.
In the first paragraph,
The above filtering device is composed of one of a rotating liquid impactor or a membrane filter, or a combination of the rotating liquid impactor and the membrane filter,
The above rotating liquid impactor is configured to rotate the mixture so that large particles are captured in the liquid and small particles are discharged according to the size of the particles.
The above membrane filter is configured to capture large particles through the pores of the membrane filter and discharge small particles.
When the filtering device is composed of a combination of the rotating liquid impactor and the membrane filter, the filtering device is configured so that the rotating liquid impactor filters particles that are relatively larger than the membrane filter and then the membrane filter filters particles that are relatively smaller than the rotating liquid impactor.
Liquid sample generation device.
상기 혼합액은 고체 구성과 액체 구성으로 구성되고,
상기 고체 구성은 상기 필터링 장치를 통과하여 상기 샘플 수집부로 보내지는 기준 크기 이하의 샘플 파티클과 상기 필터링 장치에 의하여 필터링되어 상기 폐기물 수집부로 보내지는 상기 기준 크기를 초과하는 폐기물 파티클을 포함하고,
상기 액체 구성은 상기 수집 표면에 주입된 상기 용리액, 또는, 상기 용리액과 상기 탈이온수를 포함하고,
상기 액체 구성은 설정된 분배 비율에 기반하여 상기 샘플 수집부와 상기 폐기물 수집부로 상기 유체 제어 장치에 의하여 유체 분배 밸브를 통해 분배되는,
액체 샘플 생성 장치.
In the first paragraph,
The above mixture is composed of a solid component and a liquid component,
The above solid composition comprises sample particles smaller than a reference size that pass through the filtering device and are sent to the sample collection unit, and waste particles larger than the reference size that are filtered by the filtering device and sent to the waste collection unit.
The above liquid composition comprises the above eluent injected into the above collecting surface, or the above eluent and the above deionized water,
The above liquid composition is distributed through the fluid distribution valve by the fluid control device to the sample collection unit and the waste collection unit based on the set distribution ratio.
Liquid sample generation device.
상기 분배 비율은 상기 액체 샘플의 순도 또는 상기 용리액의 효율적 사용에 기반하며,
상기 분배 비율이 상기 액체 샘플의 순도에 기반하는 경우, 상기 분배 비율은 상기 샘플 수집부로 상기 액체가 분배되는 비율을 기준 샘플 액체 비율보다 높이고 상기 폐기물 수집부로 상기 액체가 분배되는 비율을 기준 폐기물 액체 비율보다 낮추도록 설정되고,
상기 분배 비율이 상기 용리액의 효율적 사용에 기반하는 경우, 상기 분배 비율은 상기 샘플 수집부로 상기 액체가 분배되는 비율을 상기 기준 샘플 액체 비율보다 낮추고 상기 폐기물 수집부로 상기 액체가 분배되는 비율을 기준 폐기물 액체 비율보다 높이도록 설정되는,
액체 샘플 생성 장치.
In Article 6,
The above distribution ratio is based on the purity of the liquid sample or the efficient use of the eluent.
When the above distribution ratio is based on the purity of the liquid sample, the distribution ratio is set so that the ratio at which the liquid is distributed to the sample collection unit is higher than the reference sample liquid ratio and the ratio at which the liquid is distributed to the waste collection unit is lower than the reference waste liquid ratio.
If the above distribution ratio is based on efficient use of the above solvent, the distribution ratio is set so that the ratio of the liquid distributed to the sample collection unit is lower than the reference sample liquid ratio and the ratio of the liquid distributed to the waste collection unit is higher than the reference waste liquid ratio.
Liquid sample generation device.
상기 프로세서는:
상기 혼합액의 상기 샘플 수집부와 상기 폐기물 수집부로의 분배가 종료된 후, 상기 탈이온수 주입 장치에 의하여 상기 수집 표면 내 상기 탈이온수를 주입함으로써 상기 수집 표면을 세척하고;
상기 수집 표면이 세척된 후, 상기 에탄올 주입 장치에 의하여 상기 수집 표면 내 상기 에탄올을 주입함으로써 상기 수집 표면을 소독하도록 더 구성되는,
액체 샘플 생성 장치.
In Article 6,
The above processor:
After the distribution of the above mixture to the sample collection unit and the waste collection unit is completed, the collection surface is washed by injecting the deionized water into the collection surface by the deionized water injection device;
After the collection surface is washed, the collection surface is further configured to be disinfected by injecting the ethanol into the collection surface by the ethanol injection device.
Liquid sample generation device.
상기 프로세서는:
상기 혼합액의 상기 샘플 수집부와 상기 폐기물 수집부로의 분배가 종료된 후, 상기 샘플 수집부 내 상기 액체 샘플 중 설정된 제공 샘플 양을 상기 유체 제어 장치에 의하여 상기 액체 샘플 생성 장치의 외부의 바이러스 검출 센서에게 배출하도록 더 구성되는,
액체 샘플 생성 장치.
In Article 6,
The above processor:
After the distribution of the above mixture to the sample collection unit and the waste collection unit is completed, the set amount of the provided sample among the liquid samples in the sample collection unit is further configured to be discharged to the virus detection sensor outside the liquid sample generation device by the fluid control device.
Liquid sample generation device.
상기 샘플 수집부는 액체 파티클 센서를 포함하고,
상기 액체 파티클 센서는 상기 샘플 수집부 내 상기 액체 샘플 중 상기 샘플 파티클의 개수 또는 농도 중 하나 이상을 감지하도록 구성되고,
상기 파티클의 농도는 상기 샘플 수집부 내 상기 액체 샘플의 부피와 상기 샘플 파티클의 개수에 기반하고,
상기 액체 샘플의 부피는 상기 액체 구성의 상기 샘플 수집부로 분배된 부피에 기반하고,
상기 제공 샘플 양은 상기 샘플 파티클의 농도에 기반하여 상기 프로세서에 의하여 결정되고,
상기 샘플 파티클의 농도가 설정된 기준 샘플 농도 범위 내인지 또는 상기 기준 샘플 농도 범위보다 높은지 또는 상기 기준 샘플 농도 범위보다 낮은지에 기반하여, 상기 제공 샘플 양이 기준 샘플 양으로 설정되거나 또는 상기 기준 샘플 양보다 높게 설정되거나 또는 상기 기준 샘플 양보다 낮게 설정되고,
상기 제공 샘플 양이 상기 기준 샘플 양보다 높게 설정되거나 또는 낮게 설정되는 정도는 상기 기준 샘플 농도 범위의 중간 값(median value)에 대한 상기 샘플 파티클의 농도의 비율에 기반하는,
액체 샘플 생성 장치.In Article 9,
The above sample collection unit includes a liquid particle sensor,
The above liquid particle sensor is configured to detect at least one of the number or concentration of the sample particles in the liquid sample within the sample collection unit,
The concentration of said particles is based on the volume of said liquid sample within said sample collection unit and the number of said sample particles,
The volume of said liquid sample is based on the volume dispensed into said sample collection portion of said liquid composition,
The amount of the provided sample is determined by the processor based on the concentration of the sample particles,
Based on whether the concentration of the sample particles is within a set reference sample concentration range, higher than the reference sample concentration range, or lower than the reference sample concentration range, the provided sample amount is set to the reference sample amount, higher than the reference sample amount, or lower than the reference sample amount,
The extent to which the provided sample amount is set higher or lower than the reference sample amount is based on the ratio of the concentration of the sample particles to the median value of the reference sample concentration range.
Liquid sample generation device.
Priority Applications (1)
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| KR1020240202004A KR102816565B1 (en) | 2024-12-31 | 2024-12-31 | Liquid sample generating device for airborne viruses |
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