KR102403323B1 - 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치 - Google Patents

3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패독원인 플랑크톤 등 유해적조생물을 대량 배양하기 위한 것으로, 3단의 구동부로 구성되며, 제 1플레이트를 X축 기준으로 경사시키는 제 1구동부, 제 2플레이트를 Y축 기준으로 경사시키는 제 2구동부, 제 3플레이트를 Z축으로 운동시키는 제 3구동부와 제 1플레이트 상단의 배양용기 거치부, 상기 제1, 2, 3구동부의 동작 및 각도 등을 제어하는 제어부를 포함하는 구성으로 이루어져 최상부에 위치한 배양용기를 3축 운동(rolling, pitching, yawing)시킬 수 있고, 각 축의 단일 및 복합 운동 설정을 통해 배양생물의 교반을 유도하고 해양에서의 해수 유동과 유사하도록 구현할 수 있다.

Description

3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치{3D agitated plankton culture device}
본 발명은 플랑크톤 배양 장치에 관한 것으로 패독의 원인이 될 수 있는 플랑크톤을 포함하여 잠재적 유해 적조생물 등을 해양의 자연상태와 유사한 환경을 구현하기 위해 배양 수조를 3축 운동(rolling, pitching, yawing)시킴으로써, 해양의 조류 순환과 유사한 환경을 구현하고 배양생물이 수조 벽면에 붙거나 응집하는 것을 방지하기 위한 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치에 관한 것이다.
국내에서는 패독 발생 원인 플랑크톤과 같은 유해 적조생물의 발생과정, 생리ㅇ생태 및 수산 생물에게 미치는 영향, 적조 발생의 예측 및 제어와 제거 기술 등에 관한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 연구를 지속하기 위해서 배양기술이 필요하나 일부 유해 적조생물의 배양 기술은 국내외적으로 사육수를 정치하여 배양하는 경우에 대부분 국한되어 있는 실정이다.
그러나 배양기내 배양액의 유동성을 구현하여 자연 해양상태와 유사하게 재현할 수 있는 배양기는 유해적조 생물의 생리 생태적 특성의 이해에 중요한 역할을 할 수 있다. 특히 편모를 가진 일부 유해 적조생물은 정체되어 있는 상태보다 해수의 이동이 있는 배양상태에서 성장이 용이하다.
또한 배양액의 유동성이 있는 상태에서는 유해 적조생물의 지속적인 유지관리가 가능하여, 실험을 위한 배양체의 확보에 이점을 갖고 있다. 지금까지 실험을 위한 유해 적조생물 배양체 확보는 산소, 염분, 수온, 광 조건 등 최적의 물리ㅇ화학적 요인을 인위적으로 주입하는 것으로 연구가 진행되고 있으나 지속적으로 대량으로 유지하는 사례는 적어, 대부분 소량의 배양체나 여름철 적조 발생 시기에 현장에서 채취한 생물을 대상으로 한시적 연구에 그치고 있을 뿐이다.
선행 기술로 국내특허공보 제10-2017-0097939호는 배양용기 내로 빛을 공급하는 조명장치 및 조명장치가 부착 고정되어 조명장치의 위치와 각도를 조절할 수 있는 프레임으로 이루어진 것을 특징으로 하는 식물플랑크톤 고밀도 대량배양장치를 개시하여, 코클로디니움 등과 같은 적조생물 종의 세포수준의 생리적 활성을 증가시키는 역할을 하지만, 대량 배양시 일부에 집적되어 지속적인 유지가 어려운 부분이 있다.
또한 국내 특허공보 제10-2016-0129068호는 소규모의 일정 부피를 갖는 배양플라스크를 변형하여 배양에 활용하는 방법으로 적용시킨 것으로, 배양플라스크의 하부 측면에 일단이 연결되고 타단은 열려있는 기체주입관, 기체주입관의 열린 상부에 실리콘튜브로 연결된 기체발생기 및 기체발생기와 기체주입관 사이의 실리콘튜브에 형성되어 이물질을 제거할 수 있는 필터로 이루어진 식물플랑크톤 고밀도 배양장치를 개시하고 있으나, 연결부위가 취약하여 장기간 사용에 어려움이 있다.
특허공보 제10-2016-0019803호는 식물플랑크톤과 동물플랑크톤을 동시에 배양하여 동물플랑크톤의 지속적인 유지관리에 효과적으로 활용될 수 있으나, 동물플랑크톤의 섭이생태를 활용한 단순 부유식 배양장치로 식물플랑크톤과 동물플랑크톤의 동시 배양이 가능한 부유 침수형 동물플랑크톤 배양장치를 개시하고 있다.
이와 같이 종래의 배양용기는 응집현상 등을 해소하기 위해 제한적 교반(반복이동) 및 광원 변경 등으로 시도되었으나, 본원발명과 같이 적조생물에 직접 접촉을 최소화하고 이동성이 필요한 특정 유해 적조생물의 배양을 위한 3차원으로 교반시킬 수 있도록한 배양 장치와 관련한 기술 개발은 이루어지지 않은 실정이었다.
즉, 3차원 교반에 따른 배양액의 유동성은 배양생물이 배양용기 내에서 정체 또는 응집되는 것을 방지할 수 있어 패독원인 플랑크톤 등의 유해적조생물의 지속적인 배양에 중요한 역할을 한다. 따라서 본 발명은 20L 대용량 배양용기를 3축 운동(rolling, pitching, yawing)시킴으로써, 해양의 조류 순환과 유사한 환경을 구현하고 배양생물이 수조 벽면에 붙거나 응집하는 것을 최소화할 수 있는 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치를 제공한다.
국내등록특허공보 제10-1844898호 식물플랑크톤 고밀도 대량배양장치 국내등록특허공보 제10-1734852호 식물플랑크톤 고밀도 배양장치 국내등록특허공보 제10-1670129호 광 반응 미세조류 배양장치 및 배양방법 국내등록특허공보 제10-1678475호 부유 침수형 동물플랑크톤 배양장치
본 발명의 목적은 패독의 원인이 될 수 있는 플랑크톤을 포함하여 잠재적 유해 적조생물 등을 해양의 자연상태와 유사한 환경을 구현하기 위해 배양용기를 3축 운동(rolling, pitching, yawing)시킴으로써, 해양의 조류 순환과 유사한 환경을 구현하고 배양생물이 수조 벽면에 붙거나 응집 방지를 위한 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치를 제공한다.
본 발명은 패독원인 플랑크톤 등 유해적조생물을 대량 배양하기 위한 장치로서, 배양용기를 3차원(x, y, z)방향으로 운동할 수 있도록 하나 이상의 플레이트와 구동부로 이루어진다.
최상부에 위치한 배양용기를 3축 운동(rolling, pitching, yawing)시키기 위해, 3단의 구동부로 구성되며, 제 1플레이트를 X축 기준으로 경사시키는 제 1구동부, 제 2플레이트를 Y축 기준으로 경사시키는 제 2구동부, 제 3플레이트를 Z축으로 운동시키는 제 3구동부로 이루어지고 제 1플레이트 상단의 배양용기 거치부, 상기 제1, 2, 3구동부의 동작 및 각도 등을 제어하는 제어부로 이루어질 수 있다.
상기 배양용기 거치부는 배양용기 외형 크기에 맞는 원호 홈을 포함하는 거치 플레이트와 거치된 배양용기를 고정하는 고정장치로 이루어지는 것일 수 있고, 제어부는 제 1, 2, 3 구동 모터에 전기적으로 서로 연동되어 구동 모터의 분당 회전수, 동작 반복 횟수 및 X, Y, Z축의 단일 또는 복합 동작을 설정할 수 있도록 이루어지는 것일 수 있다.
본발명의 구동부의 경사진행 방향에 감지 센서를 부가하여 제어부와 연동하여 수평상태를 기준으로 플레이트를 설정한 경사각도로 반복 구동되도록 제어하도록 하는 기능을 더 포함하는 것인 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치일 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치는 최상부에 위치한 배양용기를 3축 운동(rolling, pitching, yawing)시킬 수 있다. 각 축의 단일 및 복합 운동 설정을 통해 배양생물의 교반을 유도하고 해양에서의 해수 유동과 유사하도록 구현할 수 있다. 이를 통해 배양생물이 정체 및 응집으로 인해 사멸하는 것을 방지하여 실험실 내에서도 배양생물을 대량배양할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 정면도를 나타낸다.
도 2은 본 발명의 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 측면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 정면 사진이다.
도 4은 본 발명의 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 정지센서 사진을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 제1플레이트 상면부를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 외관을 나타낸 사진이다.
본 발명은 자연상태에서의 해수 운동(rolling, pitching, yawing)이 특정 패독원인 플랑크톤 및 적조생물의 성장에 미치는 영향 연구를 위해 배양이 어려운 특정 플랑크톤의 배양문제를 해결하기 위해 개발된 것으로, 해수의 물리적 운동을 인위적으로 조절하여 해양 현장을 재현할 수 있도록 배양용기를 3차원(x, y, z)으로 운동시키는 교반형 배양 장치에 관한 것이다.
이하 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 정면도를 나타내고 도 2는 본 발명에 따른 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 측면도를 나타낸다.
본 발명은 패독원인 플랑크톤 등 유해적조생물을 해양의 환경을 재현한 상태에서 대량 배양하기 위한 것으로, 3단의 구동부로 구성된다. 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치는 3단의 구동부로 구성되며, 제 1플레이트(31)를 X축 기준으로 경사시키는 제 1구동부, 제 2플레이트(32)를 Y축 기준으로 경사시키는 제 2구동부, 제 3플레이트(33)를 Z축으로 운동시키는 제 3구동부와 제 1플레이트 상단의 배양용기(10)와 고정장치(15) 및 상기 제1, 2, 3구동부의 동작 및 각도 등을 제어하는 제어부(25)를 포함한다. 각 구동부는 동시 작동이 아닌 PLC 제어를 통해 순차적으로 작동된다.
상기의 구성으로 최상부의 제1플레이트 상면에 위치하여 고정된 배양용기를 3축 운동(rolling, pitching, yawing)시킬 수 있으며, 각 축의 단일 및 복합 운동 설정을 통해 배양생물의 교반을 유도하고 해양에서의 해수 유동과 유사하도록 구현할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 정면 사진을 나타낸다. 제 1구동부는 제 1플레이트 하면과 제 2플레이트 상면이 연결되는 제1구동축(11)과 제1경사축(41), 상기 제1구동축(11)과 맞물린 웜휠 기어가 구비된 제 1 구동모터(21)를 포함한다. 구동축에 동력을 전달하는 제 1 구동 모터로부터 회전력을 전달받은 웜휠 기어가 회전하며 구동축의 레일에 밀착되어 제 1플레이트를 경사 구동시킨다.
제 1구동부는 제 1플레이트를 경사축을 기준으로 X축 방향으로 ㅁ15ㅀ 경사시키며(pitching : 키놀이), 상기 제1경사축(41)은 힌지 연결을 통해 회전가능하게 결합된다. 힌지의 끝부분에는 리미트센서(정지센서)를 장착하여 장치의 안정성을 확보하였다. 각도는 ±0.1도 범위내에서 제어가 가능하다. 도 4는 본 발명에 따른 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 정지센서 사진을 나타낸다. 파도가 주위의 바위 등에 부딪혀서 발생하는 상황을 모사하기 위해서 설정 범위 내에서 좌우 대칭 및 비대칭적으로 설정상황에 따라서 구동한다.
제 2구동부는 제 2플레이트(32) 하면과 제 3플레이트(33) 상면이 연결되는 제2구동축(12)과 제2경사축(42), 상기 제2구동축과 맞물린 웜휠 기어가 구비된 제2구동모터(22)를 포함한다. 제2구동축에 동력을 전달하는 상기 제2구동모터로부터 회전력을 전달받은 웜휠 기어가 회전하며 제2구동축의 레일에 밀착되어 제 2플레이트를 경사 구동시킨다.
제 2구동부는 제 2플레이트를 제2경사축을 기준으로 Y축 방향으로 ±15도 경사시키며(rolling : 옆놀이), 상기 제2경사축은 힌지 연결을 통해 회전가능하게 결합된다. 힌지의 끝부분에는 센서(리미트 : 정지센서)를 장착하여 장치의 안정성을 확보하였다. 각도는 ±0.1도 범위 내에서 제어가 가능하다. 도 4는 본 발명에 따른 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 정지센서 사진을 나타낸다. 회전운동은 좌우 대칭과 비대칭 운동이 가능하도록 설계하여 밀물과 썰물의 비대칭적인 위상 차이를 고려하여 시스템에 설정하여 운영할 수 있다.
제 3구동부는 제 3플레이트(33) 하면과 바닥 플레이트 상면과 연결되는 제3구동축(13), 상기 제3구동축과 연결된 제 3구동모터(23)를 포함한다. 상기 제 3구동모터의 동력 전달 축이 구동축이 되어 제 3플레이트를 Z 축방향으로 ㅁ5cm 직선(yawing : 빗놀이) 운동시킨다. 밀물과 썰물에 의한 반사파로 인한 내수 내부의 상승운동을 모사하기 위해 초기에 ±5cm 상승 후 대칭 또는 비대칭 상하운동을 설정을 따라서 구동한다.
제어부(25)는 제 1, 2, 3 구동모터에 전기적으로 서로 연동되어 구동 모터의 분당 회전수(구동 속도), 동작 반복 횟수, X, Y, Z축의 단일 또는 복합 동작 등을 설정할 수 있다. 또한 각 구동부에 경사진행 방향으로 다수의 감지 센서를 위치시켜 제어부와의 상호작용을 통해 수평상태를 기준으로 플레이트를 설정한 경사각도로 반복 구동되도록 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 제1플레이트 상면을 나타낸다. 제 1플레이트(31) 상단에는 20L 원형의 배양용기(10)가 거치될 수 있는 거치 플레이트가 위치하며 거치플레이트는 배양용기가 안정적으로 거치될 수 있도록 배양용기 외형 크기에 맞는 원호 홈을 포함할 수 있다. 거치된 배양용기는 클램프, 벨트 등의 고정장치로 단단하게 고정될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치의 외관을 나타낸 사진이다. 본 발명의 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치를 구성하는 제 1, 2, 3구동부는 외부 케이스에 의해 보호될 수 있으며 방수 또는 방염의 환경에서 장치의 손상을 최소화할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치는 각 축의 단일 및 복합 운동 설정을 통해 배양생물의 교반을 유도하고 해양에서의 해수 유동과 유사하도록 구현하여 최상부에 위치한 배양용기를 3축 운동(rolling, pitching, yawing)시킬 수 있다. 이를 통해 배양생물이 정체 및 응집으로 인해 사멸하는 것을 방지하여 실험실 내에서도 배양생물을 대량배양할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치는 최근 패독발생에 따른 국민적 관심도가 높아지고 있고, 패독발생의 원인 식물플랑크톤에 대한 연구가 활발히 진행되고 있어, 배양이 어려운 특정 플랑크톤의 배양문제를 해결하기 위한 장치로서 관련 산업에 이용 가능성이 있다.
10: 배양용기 15: 고정장치
20: 감지 센서 25: 제어부
11: 제1 구동축 12: 제2구동축 13: 제3구동축
21: 제1 구동모터 22: 제2 구동모터 23: 제3 구동모터
31: 제1 플레이트 32: 제2 플레이트 33: 제3 플레이트
41: 제1경사축 42: 제2경사축

Claims (6)

  1. 배양용기를 3차원(x, y, z)방향으로 운동할 수 있도록 제1플레이트를 X축 기준으로 경사시키는 제1구동부와 제2플레이트를 Y축 기준으로 경사시키는 제2구동부 및 제3플레이트를 Z축으로 운동시키는 제3구동부와 상기 제1, 2, 3구동부를 제어하는 제어부로 이루어지며,
    제1플레이트 상단에는 플랑크톤 배양용기가 거치될 수 있는 원호 홈을 포함하는 거치 플레이트와 배양용기를 고정하는 고정장치가 형성되며,
    제1구동부는 제1플레이트 하면과 제2플레이트 상면을 연결하는 제1구동축(11)과 제1경사축(41) 및 상기 제1구동축(11)과 맞물린 웜휠 기어가 구비된 제1 구동모터(21)를 포함하고,
    제2구동부는 제2플레이트(32) 하면과 제3플레이트(33) 상면을 연결하는 제2구동축(12)과 제2경사축(42) 및 상기 제2구동축과 맞물린 웜휠 기어가 구비된 제2구동모터(22)를 포함하고,
    제3구동부는 제3플레이트(33) 하면과 바닥 플레이트 상면을 연결하는 제3구동축(13) 및 상기 제3구동축과 연결된 제3구동모터(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치
  2. 청구항 1에 있어서, 제어부는 제 1, 2, 3 구동 모터에 전기적으로 서로 연동되어 구동 모터의 분당 회전수, 동작 반복 횟수 및 X, Y, Z축의 단일 또는 복합 동작을 설정할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치
  3. 청구항 1에 있어서, 구동부의 경사진행 방향에 감지 센서를 부가하여 제어부와 연동하여 수평상태를 기준으로 플레이트를 설정한 경사각도로 반복 구동되도록 제어하도록 하는 기능을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 교반형 플랑크톤 배양 장치
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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