KR100921917B1

KR100921917B1 - 생물체의 인공광 효과 시험장치

Info

Publication number: KR100921917B1
Application number: KR1020090000993A
Authority: KR
Inventors: 이용범; 김상철; 허정욱; 한길수; 임동혁; 최홍기; 장유섭
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2009-10-15

Abstract

본 발명은 생물체의 인공광 효과 시험장치에 관한 것이다.

본 발명은 대상 생물체 및 배양증식의 목적에 따라 그에 알맞는 최적의 광원의 파장, 강도, 조사주기등 광조건을 구명함으로써, 생물체 배양시 최적의 광조건에 의하여 배양기간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 작물 재배시 구명된 최적의 광조건으로 광조사하게 되어 배양 또는 증식을 통해 얻고자 하는 수확물의 수율 또는 기능성 함량 등을 극대화 할 수 있다.

식물, 작물, 배양조직, RGB 램프, 광제어

Description

생물체의 인공광 효과 시험장치{THE ARTIFICIAL LIGHT SYSTEM FOR ANALYZING THE EFFECT OF LIGHT QUALITY IN AN ORGANISM}

본 발명은 생물체의 인공광 효과 시험장치에 관한 것으로, 상세하게는 생물체 생육시 알맞는 최적의 광원을 찾아 조사할 수 있도록 한 생물체의 인공광 효과 시험장치에 관한 것이다.

일반적으로 생물체, 특히 식물은 빛에 의해 생육이 촉진되거나 억제되며, 빛의 조사 방법에 따라 특별한 기능성 물질의 합성이 향상될 수 있고, 대상 생물체나 배양 목적에 따라 광 조사 방법은 달라지게 되며, 농업생산이나 농업유래 기능성 물질의 인공적 생산에 있어 최적의 결과를 얻기 위한 광조사 방법의 구명은 생산시스템의 경쟁력을 결정하는 핵심기술이다.

종래에는 생물체 즉 식물의 광(빛) 영향을 실험하기 위해서 빛의 세기와 파장, 조사 주기를 임의로 조절이 가능한 장치가 없고, 다만 고정된 시험환경에서 형광등과 같은 단색 광원을 일정하게 조사하거나 또는 광원을 소정의 주기로 조사 및 차단하면서 관찰하는 것에 불과했다.

그러나 상기 형광등과 같은 광원은 낮은 광 투과율, 광 저하, 광 파장 및 세 기를 조절할 수 없어 생물체의 광 영향을 실험하는데 어려움이 있을 뿐만 아니라, 작물에 따라 최적광원의 특성에 대한 구명을 할 수 없어, 결국 작물의 재배에 맞는 광원 선정에 어려움이 있다

본 발명의 목적은 생물체의 생장에 알맞는 최적의 광 조건을 신속히 구명할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 식물 조직에 광 조건을 신속히 구명하여 조직 배양의 향상 및 작물 재배에 생산력을 향상하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 배양실; 상기 배양실에 광원 구동전원을 공급하는 구동전원부; 상기 구동전원부에 제어신호를 보내 상기 배양실의 광원을 제어하는 제어부; 및 상기 제어부는 광원의 파장, 강도, 조사주기, 온도, 습도를 조절 제어하는 것을 포함한다.

상기 배양실은 실내 천정에 다수의 램프; 실내의 온도, 습도를 감지하는 온,습도센서 및 광 파장을 감지하는 RGB 광센서; 및 상기 실외 천정에 다수의 램프에서 발생되는 열을 방사하는 방열핀을 포함한다.

상기 배양실은 실내 천정, 바닥 및 측벽에 광 손실을 방지하기 위한 반사체를 코팅한다.

상기 배양실은 바닥면에 실내 공기를 순환하는 배기공을 더 포함한다.

상기 배양실에는 생물체의 생장을 감시하는 카메라를 더 포함한다.

상기 다수의 램프는 R G B 엘이디로 구비한다.

상기 구동전원부는 상기 배양실의 램프에 구동전원을 공급하는 전원부; 상기 전원부에서 공급되는 구동전원을 받아 램프를 구동하는 드라이브; 및 드라이브의 램프 색상을 제어하는 색상제어부를 포함한다.

상기 제어부는 조사되는 광신호를 입력하는 신호입력부; 상기 신호입력부에서 입력되는 신호 및 상기 배양실에서 감지되어 입력되는 신호를 기설정된 알고리즘으로 제어하고 제어된 신호 저장 및 상기 구동전원부의 출력을 제어하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서에서 제어된 신호를 표시하는 표시부로 구성된다.

따라서 본 발명에 의하면, 대상 생물체 및 배양증식의 목적에 따라 그에 알맞는 최적의 광원 파장, 강도, 조사주기등 광조건을 구명함으로써, 생물체의 배양시 최적의 광조건에 의하여 배양기간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 최적의 광조건으로 광조사하게 되어, 생물체의 배양 및 증식을 통해 얻고자하는 수확물의 수율 및 기능성 함량 등을 극대화 할 수 있다.

이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 생물체의 인공광 효과 시험장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명 생물체의 인공광 효과 시험장치의 배양실의 사시도이며, 도 3은 본 발명 생물체 의 인공광 효과 시험장치의 제어불록도이고, 도 4A,4B,4C,4D는 본 발명 생물체의 인공광 효과 시험장치의 광조건에 의한 작물 및 식물조직의 배양 생장을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 배양실(10), 구동전원부(20). 제어부(30)로 구비하게 된다.

상기 배양실(10)은 증식 및 배양을 위한 환경조건을 갖는 다수의 케이스(11)로 구비하게 된다.

상기 케이스(11)의 내측 천정, 바닥 및 측벽에는 광손실을 방지하기 위해 반사체(12)를 코팅하게 된다.

상기 케이스(11)의 내측 바닥에는 배양될 생물체가 담겨지는 다수의 배양용기가 배열되어 놓여지게 되고, 내측 천정에는 다수의 램프(13)를 구비하게 되며, 상기 케이스(11)의 천정 외측에는 다수의 램프(12)에 의해 발생하는 열을 방열하는 방열핀(14)을 구비하게 된다.

상기 케이스(11)의 내측에는 온도 및 습도를 감지하는 온도센서(15) 및 습도센서(16); 상기 다수의 램프(13)의 광 파장으로 색상을 감지하는 RGB 광센서(17)를 구비하게 되며, 상기 온도센서(15), 습도센서(16), RGB 광센서(17)는 바닥면에 놓여지는 배양용기의 주변온도, 습도, 광량 상태를 정확하게 감지하기 위하여 배양용기의 높이와 동일 높이로 구비하게 된다.

상기 케이스(11)의 내측에는 배양용기의 배양체 성장을 촬영하는 카메라(18)가 구비되고, 상기 카메라(19)는 상하로 슬라이딩되도록 구비하게 된다.

상기 케이스(11)의 내측 바닥면에는 실내공기를 순환하는 다수의 배기공(19) 을 구비하게 된다.

상기 다수의 램프(12)는 R G B 및 백색 엘이디로 구비하게 된다.

상기 구동전원부(20)는 배양실(10)과 RS-486 포트로 연결되어 상기 배양실(10)에 전원을 공급 및 표시하는 전원부(21); 상기 전원부(21)에서 전원을 받아 상기 램프(12)를 구동하는 RGB 드라이브(22); 및 상기 RGB 드라이브(22)를 구동하여 상기 램프(12)의 색상을 제어하는 RGB 제어부(23)를 포함한다.

상기 제어부(30)는 상기 배양실(10) 및 구동전원부(20)와 RS-486 포트로 연결되어, 상기 배양실(10)내에 온도센서(15), 습도센서(16), RGB 광센서(17)로 부터 온도, 습도, 색상을 감지하여 제어하거나, 입력된 신호에 따른 제어신호를 상기 구동전원부(20)의 RGB 제어부(23), RGB 드라이브(22)를 제어하여 램프(12)의 광 파장(색상), 강도, 조사주기를 제어하게 된다.

상기 램프(12)의 광 파장은 300~800nm의 R,G,B, NIR 범위로 하고, 광 강도는 펄스폭변조 듀티제어방식으로 2000~60,000 LUX 단색광 20,000LUX 이상으로 하며, 상기 조사주기는 전원을 온/오프하는 방식으로 연속 또는 간헐펄스 500회/초 ~ 0.5회/분으로 설정하게 된다.

상기 제어부(30)는 조사된 광원에 의해 배양된 생물체의 광데이터 저장 및 저장된 광데이터를 토대로 배양되는 생물체에 광원을 연속적으로 제어하는 것을 더 포함한다.

상기 제어부(30)는 조사되는 광원의 광조건 신호를 입력하는 신호입력부(31); 상기 신호입력부(31)에서 입력되는 광조건 신호 및 상기 배양실(11)에서 감지되어 입력되는 조건신호를 기설정된 알고리즘으로 제어하고 상기 구동전원부(20)에 제어된 신호를 저장하는 메모리를 구비하는 마이크로프로세서(32); 상기 마이크로프로세서(32)에서 제어된 신호를 표시하는 디스플레이(33)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 생물체에 대하여 광(빛)영향을 실험을 통해서 최적의 광조건을 구명하기 위하여, 배양할 대상 생물체를 배양용기에 넣은 4개의 배양용기를 한 개의 셀로하여 다수개의 셀을 배양실(10)에 넣어준다.

이어서 상기 제어부(30)의 신호입력부(31)를 통해서 마이크로프로세서(32)에 광 파장은 300~800nm의 R,G,B, NIR 범위로 하고, 광 강도는 펄스폭변조 듀티제어방식으로 2000~60,000 LUX (30 ~ 200μmol m-2s-1) 단색광 20,000LUX 이상으로 하며, 상기 조사주기는 전원을 온/오프하는 방식으로 연속 또는 간헐펄스 500회/초 ~ 0.5회/분의 범위 내로 하여 식물, 작물 품종에 따라 소정의 광조건을 입력하게 된다.

상기 마이크로프로세서(32)에서는 입력된 광조건을 기설정된 소정의 알고리즘으로 제어하여 디스플레이(33)로 표시함과 아울러, RS-486 포트를 통해서 구동전원부(20)에 전송하여 상기 구동전원부(20)를 제어하게 된다.

상기 구동제어부(20)에서는 전원부(21)를 통해서 상기 배양실(10)에 전원을 공급 및 표시함과 아울러, RGB 제어부(23)에서는 전송된 제어신호에 의하여 색상을 제어하여 색상이 제어된 신호를 RGB 드라이브(22)를 통해서 상기 배양실(10)의 구비된 R,G,B,NIR 램프(11)를 점등하여 상기 R,G,B,NIR 광원을 상기 배용용기의 생물체에 조사하여 생물체를 배양하게 된다.

이때 조사되는 광조건에 의해 배양 대상의 생장과정을 확인할 수 있게 되는 데, 이때 생장과정은 카메라(18)를 통해서 촬영되어 제어부(30)로 전송된 영상 및 상기 온도센서(15), 습도센서(16)를 통해 감지되는 온도, 습도에 따른 조건, 그리고 RGB 광센서(17)를 통해서 감지되는 색상에 따른 광조건을 토대로 생장과정을 구명하게 된다.

상기 광조건 제어에 따른 식물 또는 작물품종(고구마,포도, 시클라멘, 장미)의 생장과정을 살펴보면, 고구마 조직 배양시, 상기 배양실(10)의 램프(12)에서 조사되는 광조건은 B, BI, R, RI, BR, BRI 색상 램프(12)를 점등하여 강도(세기) 90μmol m-2s-1, 주기 16시간 램프 온, 8시간 램프 오프, 간헐 조사 10초 온, 10초 오프의 광질로 35일간 배양한 후, 상기 고구마 잎의 광질(Light Quality)에 따른 전분(Starch content)함량을 비교하여 본 결과, 도 4A에 나타난 바와 같이, 상기 고구마 잎의 전분(Starch content)은 형광등(FL), R, B, BI 색상 램프 조사에 비하여 RI, BRI 색상 램프로 조사하였을 때 가장 유효한 것을 알 수 있다.

포도 "5BB" 배양소식체 배양시, 배양실(10)의 램프(12)에서 조사되는 광조건은 B, R, BR 색상 램프(12)를 점등하고 강도(세기) 50μmol m-2s-1, 주기 16시간 램프 온, 8시간 램프 오프, 27 일간 배양 후, 상기 포도 배양소식체의 광질(Light Quality)에 따른 마디의 수(No of nodes) 및 길이(Shoot length)생육을 비교하여 본 결과, 도 4B에 도시한 바와 같이, R 색상 램프의 광질 조사시 포도의 마디(nodes)및 길이(length)가 가장 유효한 것을 알 수 있다.

재배식물인 시클라멘 광조사 시, 조직 배양실(10)의 램프(12)에서 조사되는 광조건은 B,R,BR 색상 램프(12)를 점등하여 10 ~ 12 시간 연속 조사후, 상기 시클 라멘 당농도(Sucrose content)변화를 비교하여 본 결과, 도 4C에 도시한 바와 같이, R 색상 램프 10~12시간 및 B 색상 램프 10시간을 조사하였을 때, 다른 색상 광과 비교하여 당농도(Sucrose content)가 증가(개화생리에 영향을 미침)됨을 구명할 수 있다.

재배식물인 절화장미 광조사 시, 조직 배양실(10)의 램프(12)에서 조사되는 광조건은 B 색상 램프(12)를 점등하여 연속조사후, 상기 절화장미의 꽃목굽음(Bent Neck)현상의 변화를 비교하여 본 결과, 도 4D에 도시한 바와 같이, R 램프를 높은 강도로 조사 한 결과 9시간 후에는 낮은 강도의 R램프 또는 다른 광원으로 조사할때와 비교하여 꽃목굽음(Bent Neck)이 현저히 감소하면서 일정함을 구명할 수 있어, 상기 식물 또는 작물품종의 조직,식물에 생산시스템에 경쟁력을 크게 향상할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명 생물체의 인공광 효과 시험장치의 구성도

도 2는 본 발명 생물체의 인공광 효과 시험장치의 배양실의 사시도.

도 3은 본 발명 생물체의 인공광 효과 시험장치의 제어불록도

도 4는 본 발명 생물체의 인공광 효과 시험장치의 광조건에 의한 작물 및 식물조직의 배양 생장을 나타낸 그래프

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10; 배양실 11; 케이스

12; 반사체 13; 램프

14; 냉각핀 15; 온도센서

16; 습도센서 17; RGB 센서

18; 카메라 19; 배기공

20; 구동전원부 21; 전원부

22; RGB 드라이브 23; RGB 제어부

30; 제어부 31; 신호입력부

32; 마이크로프로세서 33; 디스플레이

Claims

케이스와 상기 케이스의 실내 천정에 구비되는 다수의 램프와 상기 케이스 내부의 온도를 감지하는 온도 센서와 상기 케이스 내부의 습도를 감지하는 습도 센서와 상기 케이스 내부의 광 파장을 감지하는 RGB 광센서와 상기 케이스의 천정 외부에 구비되는 방열핀과 상기 케이스의 바닥면에 실내 공기를 순환하는 배기공과 케이스 내부의 생물체의 생장을 촬영하는 슬라이딩이 가능한 카메라를 포함하는 배양실;

상기 배양실의 상기 램프에 구동전원을 공급하는 구동전원부; 및

상기 구동전원부에 제어신호를 보내 상기 배양실의 상기 램프를 제어하는 제어부를 포함하고,

상기 제어부는,

상기 램프에 조사되는 광신호를 입력받는 신호입력부; 상기 신호입력부에서 입력되는 신호 또는 상기 배양실에서 감지되어 입력되는 신호를 제어하고 상기 제어신호를 저장 및 상기 구동전원부에 출력하는 마이크로프로세서; 및 상기 마이크로프로세서에서 제어된 신호를 표시하는 표시부를 포함하며,

상기 제어부는 상기 배양실에서 감지되어 입력되는 신호에 따라, 상기 램프의 파장, 강도, 조사주기, 온도, 습도를 제어하는 것을 포함하는 생물체의 인공광 효과 시험장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어부는 광파장을 300~800nm의 R,G,B, NIR 범위로 하고, 광강도는 펄스폭변조 듀티제어방식으로 2000~60,000 LUX 단색광 20,000LUX 이상으로 하며, 상기 조사주기는 전원을 온/오프하는 방식으로 연속 또는 간헐펄스 500회/초 ~ 0.5회/분으로 설정하는 생물체의 인공광 효과 시험장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 배양실은 실내 천정, 바닥 및 측벽에 반사체를 코팅 한 생물체의 인공광 효과 시험장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 다수의 램프는 R G B NIR 엘이디로 구비하는 생물체의 인공광 효과 시험장치.
제 1 항에 있어서,

상기 구동전원부는 배양실과 연결되어 상기 배양실에 전원을 공급 및 표시하는 전원부;

상기 전원부에서 전원을 받아 상기 램프를 구동하는 RGB 드라이브; 및

상기 RGB 드라이브를 구동하여 상기 램프의 색상을 제어하는 RGB 제어부로 구비되는 생물체의 인공광 효과 시험장치.
삭제