Aliivibrio fischeri의 생물발광 신호 증폭에 관한 연구

Abstract

1. 개요 및 연구목적1 Aliivibrio fischeri는 생물발광 특성을 지닌 해양 박테리아로, ISO 11348 기반의 생태독성 실험에서 발광 저해율을 통해 시료의 독성을 정량적으로 평가하는 데 활용된다. 이러한 미세한 발광 신호의 정밀 측정을 위해 광전자증배관(PMT) 기반의 검출 시스템이 필요하며, 측정 조건과 신호 처리 방식에 따라 정밀도에 큰 영향을 미친다. 본 연구는 PMT를 이용한 A. fischeri 생물발광 신호 측정에서 증폭 조건 및 데이터 처리 방식에 따른 감도 차이를 비교하고, 최적의 측정 조건을 도출하는 것을 목적으로 한다.

2. 연구방법 본 연구에서는 Hamamatsu사의 R1527 모델 PMT를 사용하였으며, 암실은 자체적으로 설계·제작, 연동펌프(Peristalticpump)를 사용해 A. fischeri를 석영재질의 측정셀(Quartz flow cell)로 순환 주입하여 안정적인 측정 환경을 구축하였다. PMT의 전기적 신호는 내부 전자 증폭을 위한 고전압(High Voltage)을 단계적으로 조정하면서, 신호의 선형성(Linearity) 및 안정성(Stability)을 검증하였다. 이를 위해 자체 개발한 제어 보드를 통해 세부적인 전압 조절이 가능하도록 하였으며, LED를 활용하여 일정한 광 신호를 반복적으로 생성하였다. 신호 처리 방식은 두 가지로 나누어 비교하였다. 첫 번째는 카운팅 방식(Comparator-based Pulse Counting), 두 번째는 신호적분 방식(Pulse Integration)으로, 각 방식에 따른 감도 및신호 선형성을 분석하였다.

3. 결과 및 고찰 신호 처리 방식 비교 결과, 카운팅 방식은 구조가 단순하나 약한 신호가 과대 평가되고, 고전압 변화에 따른 출력의 비선형성으로 인해 정량성 확보에 한계가 있었다. 반면 신호 적분 방식은 약한 신호 구분이 가능하고 고전압 변화에 대해서도 선형적인 응답을 보여, 감도와 정밀도 및 재현성 면에서 우수하였다. 따라서 PMT 기반 생물발광 측정에는 신호적분 방식이 보다 더 적합한 방법으로 판단된다.

4. 결 론 PMT 기반의 A. fischeri 생물발광 측정에서, 카운팅 방식은 구조는 단순하지만 정량성과 감도에 한계가 있었다. 신호적분 방식은 약한신호 구분이 가능하고 고전압 변화에도 선형적 특성을 보여, 정확도와 재현성이 우수한 측정방식으로 판단된다.

사 사 이 논문은 2025년도 해양수산부 재원으로 해양수산과학기술진흥원의 지원을 받아 수행된 연구임(RS-2021-KS211535, 해양 위험유해물질(HNS) 배출 등 관리기술 개발사업, 해양산업시설 배출 위험유해물질 영향평가 및 관리기술 개발).