보고서 정보
주관연구기관 |
DK EcoV 환경미생물연구소 |
연구책임자 |
이옥재
|
참여연구자 |
김민호
,
이선화
,
이원정
,
지은희
,
최재영
,
김병규
,
이채영
,
이정연
,
이옥정
,
김명수
,
신학수
,
이제훈
,
유경식
,
변현우
,
임경택
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-06 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
환경부 Ministry of Environment |
등록번호 |
TRKO201700005559 |
과제고유번호 |
1485012990 |
사업명 |
환경산업선진화기술개발사업 |
DB 구축일자 |
2017-09-20
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키워드 |
대장균.대장균군.온라인.모니터링.콜리미터.E.coli.coliform.on-line.monitoring.colimeter.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201700005559 |
초록
▼
연구개발 결과
1. 물시료에서 대장균군과 대장균 검출을 위한 적용성 평가
대장균군 및 대장균 분석을 위한 효소기질 배지 5종에 대해 세균 8종의 검출능 평가를 하였다. 검출 특이성 평가 결과, 기질로서 ONPG와 MUG를 사용하는 배지 1이 검출을 위해 가장 적합한 배지로 선정되었다. 대장균군 검출을 위한 최적 분석파장으로는 400 nm가 적합한 것으로 판단되었으며, 대장균 검출을 위한 최적 excitation 파장으로는 365 nm였으며, emission 파장으로는 450 nm로 설정되었다.
미생물 분석에서
연구개발 결과
1. 물시료에서 대장균군과 대장균 검출을 위한 적용성 평가
대장균군 및 대장균 분석을 위한 효소기질 배지 5종에 대해 세균 8종의 검출능 평가를 하였다. 검출 특이성 평가 결과, 기질로서 ONPG와 MUG를 사용하는 배지 1이 검출을 위해 가장 적합한 배지로 선정되었다. 대장균군 검출을 위한 최적 분석파장으로는 400 nm가 적합한 것으로 판단되었으며, 대장균 검출을 위한 최적 excitation 파장으로는 365 nm였으며, emission 파장으로는 450 nm로 설정되었다.
미생물 분석에서 나타날 수 있는 외부 오염을 방지하기 위한 무균조작법으로는 염소-중화 처리와 산-염기 처리가 선정되었으며, 특히 산-염기 처리의 최적 조건을 설정하였다.
시작품의 최적 검출조건을 설정하기 위해 표준균주를 이용하여 실험한 결과, 기기의 분석결과와 육안으로 확인 결과가 동일하게 나타남으로서 각 세균의 적합한 검출조건이 설정되어 효과적이고 선택적인 검출이 확인되었다.
최종 시작품의 연속적인 운영을 실시하여 검증을 실시하였다. 정수 및 지하수에 대해 연속적인 시료 분석이 오류 없이 가능함을 확인함으로서 최종 시작품의 검출능력에 이상이 없는 것으로 판단되었다.
2. 스마트 모니터링 시스템 개발
로컬 모니터링 프로그램은 온라인 자동화 대장균군 및 대장균 검출 장비의 장비 제어용 모니터를 통해 시스템의 모니터링 및 제어가 가능하도록 하기 위해 개발되었다. 시료주입기, 인큐베이터, 배지보관함 및 폐기함에 대한 프로세스 분석 및 설계를 진행하였다. 원격 모니터링 프로그램은 기기의 통합 제어 보드와 통신을 하여 장비의 현재 상태 및 검사 데이터 등을 모니터링할 수 있도록 설계 및 구현하였다.
최종 시작품에 사용 될 프로그램의 UI 및 구동 프로세스에 대해 설계 및 구현하였다. 구현한 온라인 대장균/대장균군 자동화 모니터링 시스템 장비의 로컬/원격 모니터링 프로그램에 대해 테스트 및 검증하였으며, 적합한 운영이 가능하였다.
검출 장비의 원격 모니터링 서버를 통해 안드로이드 스마트폰으로 어디서든 모니터링 및 간략한 제어가 가능하도록하는 모바일 모니터링 프로그램을 개발하였고 운영을 확인하였다.
3. 온라인 자동화 대장균/대장균군 모니터링 시스템 장비 개발
장비 제작 및 운영을 위한 주요 고려요소를 분석하고 최적 개념디자인을 선정한 후 도면을 작성하여 상세화 작업을 수행하였다.
개발장비의 블록별 제작을 위하여 시료주입기의 설계조건을 설정하고 적합하게 구성하여 제작하였으며, 원형으로 24시간 배양이 자동화되는 인큐베이터를 설계하고 사용자의 조건에 따라 변경이 가능한 연속배양 시스템을 개발하여 제작하였다. 광원 및 검출 센서를 이용한 검출 모듈은 조기검출이 가능하도록 배양시간 (20시간 및 24시간) 시점을 2회에 걸쳐 대장균 검출을 위한 검출 모듈을 설치하였다. 자동화 제어를 실행하는 통합제어보드를 온라인 자동화 대장균군 및 대장균 검출 장비의 각 개별 장비의 제어 및 모니터링을 위하여 제작하였다.
각 블록별로 제작된 모듈들을 통합하여 온라인 대장균 검출 자동화 장비의 최종 시작품을 제작하였다. 배지보관함, 시료주입기, 인큐베이터, 대장균 검출기 및 폐기함으로 이루어지는 시작품을 제작하여 시스템 연계 단위/통합 테스트를 시행한 결과, 설정된 조건을 적용하여 운영이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
(출처 : 요약서 p.3)
Abstract
▼
Ⅳ. Results of the research
1. Evaluation of the efficacy in the detection of E. coli and coliform from water samples
We assessed detection rates from eight strains of test microorganisms using an enzymatic substrate medium to analyze levels of coliform and E.coli. As a result of detection
Ⅳ. Results of the research
1. Evaluation of the efficacy in the detection of E. coli and coliform from water samples
We assessed detection rates from eight strains of test microorganisms using an enzymatic substrate medium to analyze levels of coliform and E.coli. As a result of detection specificity, a medium consisting of ONPG and MUG as substrates was selected as the optimal medium for the system. A wavelength of 400 nm was determined as optimal for the detection of coliform. In addition, for the detection of E. coli, 365 nm was determined to be the optimal excitation wavelength and 450 nm was selected as an emission wavelength.
To protect against contamination during analysis, a treatment of chlorine-neutralization and treatment of acid-base were selected as a aseptic techniques. In particular, the optimal condition of acid-base treatment was established.
To establish optimal detection conditions during the trials, we analyzed detection patterns of standard strains as E. coli, total coliforms, and non coliform bacteria, arranging them from high values to low values. In addition, we established standards for detection time, aspect, and condition, and investigated the effectiveness of the system in operation. The results from standard strains showed that the analysis results using the animated equipment were consistent with manual experiments. With the proper detection conditions for each bacteria established, we confirmed that our system is efficient and effective in detecting E. coli and coliform from water samples. Taken together, we conclude that our system should be applicable as a prototype for use in the field.
We tested our final system in continuous operation. We found that our final system proved very useful in effectively confirming the detection of bacteria from tap water and underground water.
2. Development of smart monitoring system
A local monitoring program was developed for the possible monitoring and control of the testing system through an online automated system. The program was operated to monitor the processes of sample injection, incubation, media storage, and discard.
The remote monitoring program was designed and constructed for monitoring the operation condition of the equipment and data by means of an integrated control board and communication system connected to the equipment.
The program was designed and constructed following the UI program and the working process through to the final result. We tested and evaluated the local/remote monitoring programs for the online automated E. coli and coliform monitoring system and found it to be effective.
We have also developed and confirmed an Android smart phone application that can monitor and conduct simple operations via a remote monitoring server. This mobile monitoring program allows operators to manage the work quickly from wherever they are, providing significant control strategies for water quality.
3. Development of a device for an online-automated monitoring system for detection of E. coli and coliform
After analyzing key considerations for product manufacturing and operation, and selecting an ideal conceptual design, we have drawn floor plans and specified tasks.
To manufacture the developed equipment block by block, we have set the conditions for the sample dispenser and manufactured it according to an appropriate setting. Also, we have confirmed the process of operation from the injection to the mixing of samples. We have also designed a circular incubator that can cultivate automatically for 24 hours and have developed a continuous incubating system that can be modified according to settings chosen by the operator. A detection module with a light source and detection sensor is installed so that it is possible to detect E. coli in advance, by taking readings at two points during the cultivation period (20 hours and 24 hours). An integrated control board to regulate the respective control and monitoring processes in the automatic E. coli and coliform detection system.
Revising the prototype, we have redesigned the online automatic detection equipment. Integrating newly-made modules formed as blocks, we have produced a final trial system for online automatic E. coli detection. After constructing a system consisting of medium container, sample dispenser, incubator, E. coli detector and waste box modules, we have conducted system-related tests. The results confirmed that it is possible to operate with the applied setting conditions, and, thus, we concluded that the system can be applied to various types of water samples.
(출처 : SUMMARY p.12)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 요 약 서 ... 3
- 요 약 문 ... 7
- SUMMARY ... 12
- 목차 ... 17
- 표목차 ... 18
- 그림목차 ... 21
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 27
- 1-1. 연구개발 목적 ... 29
- 1-2. 연구개발의 필요성 ... 31
- 1-3. 연구개발 범위 ... 34
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 37
- 2-1. 대장균군 및 대장균 분석방법 ... 39
- 2-2. 해외 기술개발 동향 ... 42
- 2-3. 국내 기술개발 동향 ... 43
- 3. 연구수행내용 및 결과 ... 45
- 3-1. 연구개발내용(범위) 및 최종목표 ... 47
- 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 60
- 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 276
- 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 281
- 4-1. 목표달성도 ... 283
- 4-2. 관련분야 기여도 ... 287
- 5. 연구결과의 활용계획 등 ... 289
- 5-1. 기술적 측면 ... 291
- 5-2. 환경적 측면 ... 291
- 5-3. 경제적 산업적 측면 ... 291
- 6. 연구개발결과의 보안등급 ... 293
- 6-1. 연구개발결과 보안등급 설정 ... 295
- 7. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 297
- 7-1. 지식재산권 ... 299
- 8. 참고문헌 ... 301
- 9. 부록 ... 305
- 끝페이지 ... 330
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