KR19990079586A - 연속 순환식 자동 식물 배양시스템 및 배양방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속순환식 자동 식물배양시스템 및 방법에 관한 것으로서, 초기배양에서 유묘의 생산에 이르는 기내 종묘생산체계를 단순화 시킴으로써 생산효율성을 높여 저비용, 고부가, 고품질의 종묘생산을 위한 것인바, 테이블식 선반위에 다수의 배양 트레이를 평면 2열로 배열한 다음 각각의 트레이를 배지(培地, medium) 공급을 위한 분사지점으로 자동연속순환시킬 수 있는 배양장치를 하였고 투명자재로 밀폐하고 환경조절 장치와 연결해서 쳄버(chamber)내 환경조절이 가능토록 하였으며 별도로 제작된 무균상(clean bench)을 필요시 쳄버와 밀착시켜 무균작업을 실시할수 있도록 함으로써 연속적으로 대량의 유묘생산이 가능한 뛰어난 효과가 있다.

Description

연속 순환식 자동 식물 배양시스템 및 배양방법

본 발명은 환경 및 배양 조절 장치, 배양쳄버 및 무균작업대의 3부분으로 구성된 연속 순환식 자동 식물 배양 시스템 및 그를 이용한 식물 배양방법에 관한 것이다.

환경조절장치는 온도는 주야간 교차될수 있도록 Diual program으로 설계되었으며 습도 및 CO₂가 조절되도록 하였으며 배양쳄버좌우에 2개의 배지분주용 nozzle을 설치하여 이들 작동을 각각 조절할수 있는 스위치 부착과 더불어 counter 및 Timer를 각각 설치하여 배지의 분주시간을 조절할수 있도록 각각의 배지 분주 nozzle의 counter는 9,999개의 트레이까지 Timer는 9,999시간까지 조절이 가능토록 하였다.

분사용 양수기 모터의 작동은 트레이 이동 모터의 작동과 연계되어 있으며 전진 모터 작동시로 부터 분사 노즐위치까지 Timer를 장착하여 스프레이 시점을 조절하였고 전진모터 종료 시점, 즉 후진 모터 작동시점이 분사용 양수기 모터 작동종료시점으로 조절하였다. 노즐의 분사각은 50°또는 60°이며 상하, 전후, 좌우로 노즐을 이동시킬수 있도록 하였다. 각 트레이 이동을 위해 장착한 모터는 변속모터로써 Timer를 장착하여 이동 속도를 조절할수 있도록 하였다.

트레이는 고정 트레이와 배양용 트레이로 구성되어 있으며 고정 트레이는 stainless steel로 제작되었고 산업화용 배양트레이는 고온에서 살균 가능한 플라스틱 재료로 제작되어 배양이 완료된후 온실활착용으로 병용할수 있도록 하였다.

무균상(clean bench)을 1인용 소형으로 배양 쳄버내의 배양 트레이를 우측 출구를 통해 이동시켜 무균작업을 완료한 다음 배양 쳄버에 되돌려 배양할수 있도록 설계 제작하였다.

따라서, 본 발명은 지금까지 조직배양을 통한 유묘의 대량 생산은 고기술, 노동집약적 산업이면서 배지조제에 필요한 시약대 및 초자기구대등 주경비와 전기료등 보조경비가 많이 소요되어 유묘의 생산단가가 높아 가격 경쟁면에서 문제가 많았던 점들을 감안하여 안출한 것으로 본 발명 연속 순환식 자동 식물 배양시스템은 자동화에 의한 생산성 증대, 인건비 절감 및 소요 배지량의 절감은 물론 당 및 한천등 시약비용을 현저히 절약 하며 타가 영양적 생육서 자가 영양적 생육으로 조기에 전환시켜 줌으로써 활착율이 현저히 높은 유묘의 육성에 따라 고부가 고품질의 유묘생산을 가능케함을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적은 기존 식물 조직 배양 기술을 탈피하여 본 발명시스템을 이용하여 식물조직배양을 통한 유묘육성을 현저히 개선한 식물조직배양방법을 제공함에 있다.

본 발명은 식물배양의 시스템 및 배양방법에 관한 것으로서, 종래의 기술은 기내(in vitro)의 밀폐된 공간에서 타가영양상태로 배양함으로써 생산된 유묘의 이식후 활착율이 저조하였으나 본 배양 시스템은 다수의 배양용 트레이를 자동 연속 순환시켜 많은 양의 유묘를 동시에 배양할수 있도록 하여 생산성 향상은 물론 엽면적이 증대하고 발근율이 높아짐에 따라 활착율은 현저히 향상시킨 자동 연속 순환 배양 시스템이다.

종래의 식물조직배양기술은 몇가지의 문제점이 내재하고 있었다. 첫째 용량이 적은 배양병을 이용하므로써 배지조제에 필요한 초자기구, 세척 및 살균등 준비작업 및 배지조제에 소요되는 시간 및 노동력의 손실이 많았으며 둘째, 배양용 선반 및 조명시설 실내 냉난방 및 공기정화시설등의 경비소요가 크게 요구되며 셋째, 기내 식물의 생육단계별 계대배양에 필요한 인건비 및 시약대등 소요경비의 소모가 많고 넷째, 기내배양시 초래될수 있는 유리질화(vitrification)등 묘의 소질이 열악해질 뿐만 아니라 기외이식후 활착율이 떨어져서 이용가능 유묘 획득율의 감소가 초래되어 본당 생산경비가 높아질 뿐만 아니라 정식후 생육 상태도 나빠져서 전체 수득이 감소될 가능성이 있는 등 문제점이 있다. 본 발명품은 일단 제작된 배양상은 반영구적으로 이용할수 있어 감각삼각비의 소모가 적을 뿐만 아니라 배지의 조제, 공급, 인건비의 절감, 우량유묘의 생산등 기존의 문제점을 해결할 수 있는 배양방법이라고 할 수 있다.

도 1 은 본 발명 실시예의 배양시스템 전체를 개략적으로 나타낸 사시도,

도 2 는 상기 배양시스템의 배양쳄버를 나타낸 일부절취 사시도,

도 3 은 상기 메인쳄버를 구성하는 구동부를 발췌한 사시도,

도 4 는 상기 메인쳄버의 확장예를 나타낸 일부절취 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 배양쳄버 3 : 제어장치부

25 : 모터 26 : 밀쇠(carrier)

27 : 구동부 28 : 트레이

29 : 배지분사대 34 : 나사축

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 최적의 배양환경이 유지되는 메인쳄버(main chamber)내 선반위에 다수의 배양용 트레이를 배열한 다음, 각각의 트레이가 주기적으로 배지분사 지점을 통과하여 자동 연속순환되게 함으로써 일정 식물의 동시 대량배양이 가능한 특징이 있다.

즉, 본 발명의 식물배양방법은, 적정 배양토를 넣은 트레이에 대상 식물을 배양할수 있는 배양용 트레이를 준비해서 배열하는 단계와, 물탱크 및 배지탱크를 포함하는 부대장비부와 상기 메인쳄버내 유입부를 상호 배관연결하는 단계와, 요구되는 쳄버 내부환경조건 및 제어형태를 제어장치부에 인입하는 단계와, 각 부분의 작동 및 육묘상태를 확인·조정하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 방법을 실시하기 위한 시스템, 즉 본 발명의 식물배양시스템은, 배양과정중 트레이 보관장소가 되는 동시에 배양환경을 제공하게 되는 메인쳄버와, 입력된 쳄버 내부환경조건에 따라 각 부분의 작동을 제어하는 제어장치부와, 물탱크, 배지탱크를 비롯한 각종 부대장비류를 포함하며 메인쳄버내로 식물생장 필수성분들을 공급해주는 부대장비부를 포함한다.

이하, 본 발명의 식물배양시스템 및 방법 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명 실시예의 배양시스템 및 이를 구성하는 메인쳄버를 각각 사시도로 나타낸 도1 및 도2에 따르면, 배양장치(1)는 메인쳄버(2) 및 제어장치부(3)를 포함하여 구성되어 있다. 또한, 메인쳄버(2)는 적정 높이로 설치된 선반(21)과, 선반 하측을 둘러싸서 메인쳄버 하반부를 형성하는 벽체(37)와, 쳄버 외부로부터의 배지(생육 필수성분들)를 공급할수 있는 유입부(23)와, 쳄버내 환경상태를 감지하여 제어장치부로 알려주는 측정기부(도시하지 않음)와, 선반 상부에 덮어씌워진 덮개(22) 등으로 이루어지며, 선반(21) 하측에는 모터(25) 및 타이밍벨트(timing belt, 36)를 포함하는 구동부(27)가 장착되어 선반(21)상의 트레이(28)를 일정방향으로 이송시킬 수 있도록 되어 있다.

트레이 이송을 위한 구조인즉, 4각형으로 된 상기 선반(21)의 각 모서리부를 관통하여 긴 홈(a)이 형성되고 그 일측단에는 밀쇠(26)가 배치된다. 밀쇠(26)의 하단부는 나사축(34)을 매개로 상기 모터(25)와 연결되어 있다. 이로써, 제어장치부(3)로부터의 전기적 신호에 의한 모터(25) 회전시 상기 밀쇠(26)가 일정방향으로 움직이게 함으로써, 밀쇠(26)에 인접한 트레이는 물론 해당 트레이에 접한 다른 트레이 역시 함께 이동하게 된다.

본 발명에 있어서는, 상기 밀쇠(26)에 의한 트레이 이동이 순차적으로 이루어진다. 또한, 이들 밀쇠(26)는 트레이 폭만큼의 이동범위를 갖도록 설계되어 있다. 즉, 밀쇠(26) 전방에 놓인 일련의 트레이(28)를 상기 폭만큼 밀어준 다음에는 다시 원위치로 복귀한다. 예를 들면, 하나의 밀쇠(26A)가 그 전방의 트레이들을 밀어내고 복귀함과 동시에, 다음 밀쇠(26B)가 또 그 전방의 트레이들을 밀어주게 된다.

이와 같은 과정에 의해 네 개의 구동부(27)를 차례로 작동시키고 나면, 선반(21)상의 트레이(28)들은 모두 상기 폭만큼 일정방향으로 옮겨진 결과가 된다. 즉, 한차례의 순환이 완료된 것이다.

상기 선반(21)과 트레이(28)간의 상대운동부에는 베어링(bearing)을 개재시켜 원활한 운동이 가능하도록 하였다. 또한, 각 부분의 원활한 작동 및 양호한 생육환경 유지를 위해서는, 본 발명의 식물배양장치를 구성하는 각 부재를 SUS 304 스테인레스강(stainless steel)으로 하여 녹 발생을 방지했다.

아울러, 선반(21) 좌측단부에는 배지분사대(29)를 설치해둠으로써, 그 아래를 트레이가 통과하는 동안 해당 트레이상으로 배지를 분사하도록 하였다. 상기 배지분사대(29) 역시 넓은 의미의 유입부(23)에 해당한다.

필요에 따라 그 위치, 수량 또는 노즐(nozzle, 30) 높이 등을 임의로 변경할 수 있음은 물론이다.

이는, 상기 배지분사대(29)를 구성하는 수평지지대(29-1), 수직지지대(29-2) 및 분사지지대(29-3)의 일측면에 각각 긴 홈(b)을 형성해둠으로써 가능하다. 이들 홈(b)은 그 바닥부가 입구부에 비해 넓은 특징이 있어서, 볼트(도시하지 않음)의 머리부분이 일단 홈에 들어가면 그 전방으로는 빠져나오지 못하도록 되어 있다. 따라서, 수직지지대(29-2) 위치를 변경코자 하는 경우를 예로 들면, 너트(31)를 약간 풀어 결합상태를 느슨하게 한 상태에서 적정위치로 옮긴 다음 다시 죄어주면 된다. 또한, 통상의 투명 아크릴 수지로 성형된 덮개(22)의 내측 상부에는 유입부(23)가 설치되어 있어서, 상기 부대장비부(도시하지 않음)로부터 공급되는 수분, 배지, CO₂및 공기 등을 받아들이는 역할을 한다. 이들 식물생장을 위한 필수성분들은, 쳄버내 각종 측정장비(도시하지 않음)로부터의 측정결과에 근거한 상기 제어장치부(3)의 정밀제어에 따라 수시로 그 상태가 변동된다.

제어장치부(3)는 메인쳄버(2)내 측정기부로부터의 측정결과치와 기입력된 환경조건치를 서로 비교하여 각종 제어신호를 보내는 마이컴(micom)과, 내부 환경조건 및 제어형태를 입력·설정하기 위한 설정조작부를 포함하여 구성되어 있다.

상기 선반(21) 하측에는 별도의 격리판(32)을 설치하여 그 상하부간 물질이동을 엄격히 차단함으로써, 메인쳄버(2)내의 환경조건이 쉽게 훼손되지 않도록 한다. 상기 덮개(22) 및 선반(21)의 조립부위 역시 충분한 기밀을 요함은 물론이다.

한편, 쳄버내 공기주입을 위한 송풍기 전방에 필터(filter)를 장착하여 해당 공기를 정화하며, 물탱크 및 분사펌프를 거쳐 공급되는 수분 역시 살균과정을 거치도록 한다. 이러한 종류의 과정들은 관련 기술분야에서 지극히 당연시되는 일이므로 여기서는 더 이상의 언급을 생략한다.

나아가, 상기 덮개(22)의 또다른 일측면은 도어(33)를 구비한 개폐구조로 한다. 이는, 배양중 특정의 트레이를 임의로 빼내거나 다시 집어넣을 수 있도록 한 것이다. 특이현상을 보이는 식물을 발췌한다든지 또는 특수살균을 실시하는 등, 그 구체적 용도예는 실로 다양할 것이다.

도어(33)에 인접 배치된 베드(bed, 4)는, 메인쳄버(2)로부터 집어낸 상기 특정 트레이에 대한 별도 작업을 실시하기 위한 보조쳄버로서의 기능을 갖는다. 즉, 작업하는 동안, 메인쳄버(2)내와 최대한 동일한 환경을 유지시켜줌으로써, 작업도중 해당 배양식물이 말라죽는 등의 문제가 생기지 않게 한다. 이러한 효과를 제대로 얻기 위해서는, 상기 도어(33) 역시 제어장치부(3)와 연계시켜 자동개폐가 가능한 구조로 함이 바람직하다.

환경변화에 따른 영향정도가 배양대상 식물별로 제각기 다를 것임을 감안하면, 상기 베드(4)가 모든 식물배양에 반드시 필수적인 것이라고는 할 수 없다. 즉, 배양식물에 따라서는, 상기 베드(4) 없이도 본 발명 식물배양방법의 실시가 가능하다.

여기서, 상기 제어장치부(3)에 의한 제어항목 및 형태를 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 상기 제어장치부(3)의 제어대상 항목로서는 온도, 습도, 광도, 공기 및 CO₂농도를 들 수 있다. 본 발명 실시예의 경우, 제어대상 온도범위는 10 - 38℃, 습도범위는 30% - 포화습도, 광도범위는 1,000 - 10,000룩스(lux), CO_2`농도범위는 대기농도 - 5,000ppm 정도로 했다. 상기 제어장치부(3)는, 앞서 언급한 바와 같이, 메인쳄버(2)내 각종 측정장비로부터 입수된 측정치를 기입력된 환경조건치와 상호 비교 판단하여 관련부를 제어하게 된다.

제어형태로는 자동, 반자동 및 수동을 들 수 있는 바, 본 발명에 있어서의 상기 제어장치부(3)는 이들 세가지 유형의 제어를 임의로 선택할 수 있도록 되어 있다. 즉, 특정 버튼(button)을 눌러두기만 하면 일정 주기마다 상기 각각의 구동부(27)가 차례로 작동하여 배양용 트레이(28)들을 연속순환시켜 주는 자동식 제어가 가능한 반면, 관련 버튼을 누를 때마다 해당 구동부(27)가 하나씩 작동하는 수동식 제어 역시 가능하게 되어 있다.

나아가, 본 발명 실시예의 배양시스템을 구성하는 구동부를 발췌한 도3에 따르면, 상기 구동부(27)는 모터(25)와, 모터 회전축에 연결된 구동풀리(34)와, 타이밍벨트(36)를 매개로 이와 연결된 종동풀리(35)와, 종동풀리에 축설된 나사축(34) 및 이와 평행한 환봉(38)을 포함하여 구성되어 있다. 또한, 상기 밀쇠(26)의 하단부는 두 개의 연결판(26-1, 26-2)으로 형성되어 있는 바, 연결판 하단부에 천공된 각각의 구멍을 통해 일측 연결판(26-1)은 상기 나사축(34)과, 타측 연결판(26-2)은 상기 환봉(38)과 결합된다.

이때, 상기 환봉측 연결판(26-2) 하단의 구멍이 단순 원형구멍인 반면, 상기 나사축측 연결판(26-1)하단 구멍의 내벽면은 동일 피치(pitch)의 나사로 성형된 특징이 있다. 이로써, 제어장치부(3)로부터의 전기적 신호에 의해 모터(25)가 회전하고 그에 따라 상기 나사축(34) 역시 회전하게 되면, 상기 연결판(26-1), 이와 일체로 형성된 타측 연결판(26-2) 및 밀판(26-3) 또한 해당 축을 따라 움직이게 된다. 즉, 밀쇠(26)가 트레이(28)를 밀어주는 원리이다.

도4는 본 발명의 식물배양시스템의 다른 실시예를 나타낸 사시도로서, 상기 메인쳄버는 필요시 얼마든지 확장가능함을 보여준다. 즉, 선반의 좌우측단부를 제외한 가운데 부분을 몇 개 단위선반(41)의 결합으로 구성함으로써, 보다 대규모의 식물배양시스템이 필요한 경우에는 이들 단위선반(41)의 수량을 증대키면 된다. 이 경우, 덮개(42)등도 그에 적합한 크기로 바꾸어야 함은 물론이다. 대형의 덮개를 제작하는 것보다는, 덮개 역시 가운데부분은 단위덮개들간의 상호연결을 통해 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 배양시스템 및 배양방법은 상기 실시예에 제한되지 않으며최적의 배양환경이 유지되는 메인쳄버내에 다수의 배양용 트레이를 배열한 다음, 각각의 트레이가 배지분사 지점을 통과하여 자동 연속순환되게 한 형태로 구성된 모든 배양방법 및 장치는 본 발명의 권리범위에 포함한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 식물배양시스템 및 배양방법에 따르면, 최적의 배양환경이 갖춰진 쳄버내에서 다수의 배양용 트레이를 자동 연속순환시켜 많은 양의 식물을 동시에 배양할 수 있도록 함으로써 식물배양 과정에 있어서의 생산성을 크게 향상시키는 효과가 있다.

아울러, 해당 배양식물의 품질향상을 기할 수 있는 효과가 있으므로 청정식물 배양산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (14)

1. 배양대상 식물의 유묘를 배양토를 넣은 각각의 트레이에 식재하여 다수의 배양용 트레이를 준비하는 단계와, 이들 트레이들을 메인쳄버(2)내에 규칙적으로 배열하는 단계와, 물탱크 및 배지탱크를 포함하는 부대장비부와 메인쳄버(2)내 유입부(23)를 상호 배관연결하는 단계와, 요구되는 쳄버 내부환경조건 및 제어형태를 제어장치부(3)에 입력하는 단계와, 배양장치 각 부분의 작동 및 육묘상태를 수시로 확인·조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물배양방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어대상 항목이 온도, 습도, 광도, 공기 및 CO₂농도를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물배양방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어의 형태를 자동, 반자동 및 수동중 임의로 선택하는 것을 특징으로 하는 식물배양방법.
4. 배양과정중 트레이 보관장소가 되는 동시에 배양환경을 제공하게 되는 메인쳄버(2)와, 입력된 쳄버 내부환경조건 및 제어형태에 따라 각 부분의 작동을 제어하는 제어장치부(3)와, 상기 메인쳄버(2) 일측에 위치한 보조쳄버로서의 베드(4)와, 물탱크, 배지탱크 및 CO₂탱크를 비롯한 부대장비부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연속순환식 자동 식물배양시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 메인쳄버(2)가 적정 높이의 선반(21)과, 쳄버 외부 로부터의 배지(생육 필수성분들)를 공급하는 유입부(23)와, 쳄버내 환경상태를 감지하여 제어장치부로 알려주는 측정기부(도시하지 않음)와, 선반 하측에 장착된 구동 부(27)와, 선반 상부에 덮어씌워진 덮개(22)와, 선반 하측을 둘러싸서 메인쳄버 하반부를 형성하는 벽체(37)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 식물배양시스템.
6. 제4항에 있어서, 상기 제어장치부(3)가 메인쳄버(2)내 측정기부로부터의 측정결과치와 기입력된 환경조건치를 서로 비교하여 각종 제어신호를 보내는 마이컴과, 내부 환경조건 및 제어형태를 입력·설정하기 위한 설정조작부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 식물배양시스템.
7. 제5항에 있어서, 상기 선반(21) 하측에는 별도의 격리판(32)을 설치하여 그 상하부간 물질이동을 엄격히 차단한 것을 특징으로 하는 식물배양시스템.
8. 제5항에 있어서, 상기 선반(21)의 각 모서리부를 관통하여 긴 구멍(a)을 형성하고, 나사축(34)을 매개로 상기 모터(25)와 연결된 밀쇠(26)를 상기 홈(a)의 일측단에 배치한 것을 특징으로 하는 식물배양시스템.
9. 제5항에 있어서, 상기 유입부(23)를 구성하는 배지분사대(29)가 선반(21)상에 고정되는 수평지지대(29-1)와, 이와 결합되는 직립의 수직지지대(29-2)와, 수직지지대로부터 선반(21) 상방으로 연장되는 분사지지대(29-3)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 식물배양시스템.
10. 제5항에 있어서, 상기 구동부(27)가 선반(21) 하측에 고정된 모터(25)와, 모터 회전축에 연결된 구동풀리(34)와, 타이밍벨트(26)를 매개로 이와 연결된 종동풀리(35)와, 종동풀리에 축설된 나사축(34) 및 이와 평행한 환봉(38)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 식물배양시스템.
11. 제5항에 있어서, 상기 메인쳄버(2)의 덮개(22) 일측면이 도어(33)를 구비한 개폐구조로 된 것을 특징으로 하는 식물배양시스템.
12. 제8항에 있어서, 상기 밀쇠(26)의 하단부가 두 개의 연결판(26-1, 26-2)으로 형성되고, 그 하단부에 천공된 각각의 구멍을 통해 일측 연결판(26-1)은 상기 나사축(34)과, 타측 연결판(26-1)은 상기 환봉(38)과 결합된 것을 특징으로 하는 식물배양시스템.
13. 제5항 또는 제7항 내지 제10항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 덮개의 좌우측단부를 제외한 가운데 부분을 몇 개 단위선반(41)의 결합으로 구성한 것을 특징으로 하는 식물배양시스템.
14. 제9항에 있어서, 상기 수평지지대(29-1), 수직지지대(29-2) 및 분사지지대(29-3)의 일측면에 각각 그 바닥부가 입구부에 비해 넓은 긴 홈(b)을 형성한 것을 특징으로 하는 식물배양시스템.