KR20110024732A - Photobioreactors having the wave-length conversion layer - Google Patents

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KR20110024732A
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이성은
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Abstract

PURPOSE: A photobioreactor with a wave-length conversion layer is provided to enhance photosynthesis efficiency and to efficiently absorb light in microalgae even placing in the inner part of a reaction container. CONSTITUTION: A photobioreactor(210) for culturing microalgae comprises: a reaction container having an inlet and outlet for inflow and outflow of microalgae and culture medium; and a wave-length conversion unit(220) which has a wave-length conversion layer and a reaction container. The wave-length conversion layer has a quantum dot layer(230). The quantum dot is formed using CdSe, CdS, InAs, or InP.

Description

파장변환층을 구비하는 광생물반응기{Photobioreactors having the wave-length conversion layer}Photobioreactors having the wave-length conversion layer

본 발명은 미세조류의 광합성 효율을 증가시키고, 아울러 미세조류의 배양을 증가시킬 수 있는 광생물반응기 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a photobioreactor capable of increasing the photosynthetic efficiency of microalgae and at the same time increasing the culture of microalgae and a method of manufacturing the same.

최근 들어 높은 석유가격과 세계적 식량 부족에 의해 바이오연료(biofuel)로써 광합성 미생물, 특히 미세조류(algae)에 대한 관심이 높아지고 있으며,그 응용범위는 화장품, 제약 또는 식품 등 다양한 범위로 확장되고 있는 추세이다. 미세조류가 바이오연료로서 각광받고 있는 이유로는 미세조류가 경작지 소요 면적, 성장속도 등 여러 면에서 바이오연료로 쓰일 수 있는 다른 공급원인 food crops 에 비하여 월등한 장점을 가지고 있기 때문이다. Recently, due to high oil prices and global food shortages, there is increasing interest in photosynthetic microorganisms, especially algae, as biofuels, and the scope of application is expanding to various ranges such as cosmetics, pharmaceuticals or foods. to be. The reason why microalgae is in the spotlight as biofuels is that microalgae have superior advantages over food crops, which are other sources that can be used as biofuels in many ways, including the required land area and growth rate.

이러한 미세조류 배양을 위해서는 빛이 핵심적 제한요소로 작용하게 되는데 빛의 투과 깊이나 강도에 따라 균체의 성장속도가 결정되게 된다. For the microalgae culture, light acts as a key limiting factor, and the growth rate of the cells is determined by the depth and intensity of light transmission.

미세조류의 광생물적 반응을 위해서는 광생물반응기(Photobioreactor)가 이 용되어지게 되는데, 고농도의 미세조류 배양을 위한 효율적인 광생물반응기의 설계를 위해서는 빛이나 이산화탄소, 산소의 전달, 배지성분의 유지등의 제한요소들이 중요한 요건이 된다. Photobioreactor is used for the photobiological reaction of microalgae.In order to design an efficient photobioreactor for the cultivation of microalgae at high concentration, it is necessary to transfer light, carbon dioxide, oxygen, maintenance of media components, etc. Restrictions are an important requirement.

이중에서 빛은 광생물반응기의 효율성을 높이기 위한 핵심적 요인이다. 빛 에너지는 파장과 강도의 두 가지 성질로 분류되어질 수 있는데, 이는 미세조류의 성장과 대사과정에 중요한 역할을 한다. 빛의 파장은 광합성 효율을 결정하며 배양액 안으로의 빛의 분배와 산재 정도에 따라 차이를 보이게 된다. Among these, light is a key factor in increasing the efficiency of photobioreactors. Light energy can be classified into two properties, wavelength and intensity, which play an important role in the growth and metabolism of microalgae. The wavelength of light determines the photosynthetic efficiency and depends on the degree of distribution and scattering of light into the culture.

그러므로 미세조류가 흡수하기 쉬운 파장영역의 빛인지 여부 및 광원으로부터 방출된 광자가 고르게 반응기 표면에 도달하고 배양액 안으로 깊이 침투될 수 있는지 여부는 미세조류의 성장에 매우 중요한 변수로 작용하게 된다. Therefore, whether or not the microalgae is light in the wavelength region that is easy to absorb and whether the photons emitted from the light source can reach the surface of the reactor evenly and deeply penetrate into the culture medium is a very important variable for the growth of the microalgae.

현재 바이오연료의 대량생산을 위해서 빛의 변환(conversion) 효율을 높이려고 노력하고 있으나, 미세조류의 흡수 파장대가 제한되어 있고, 빛의 효율적 흡수가 이루어 지지 않고 있어서 대량 생산에 걸림돌이 되고 있는 문제점이 있다. 그래서 빛의 흡수 스펙트럼의 효율적 사용은 바이오연료 상용화를 더 빨리 앞당길 수 있는 전제조건이 되고 있다. At present, we are trying to increase the conversion efficiency of light for mass production of biofuels, but the problem is that there is a problem in mass production because the absorption range of microalgae is limited and light is not absorbed efficiently. have. Thus, the efficient use of the absorption spectrum of light is becoming a prerequisite to accelerate biofuel commercialization.

따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위해서는 미세조류가 흡수하기 힘든 영역의 파장의 빛은 줄이고, 미세조류가 흡수하기 쉬운 영역의 파장의 빛의 양을 늘릴 수 있는 광생물반응기 및 그 제조방법이 필요하다. Accordingly, in order to solve the above problems, there is a need for an optical bioreactor capable of reducing light of a wavelength in a region where microalgae is difficult to absorb and increasing the amount of light in a wavelength of a region where microalgae is easy to absorb, and a manufacturing method thereof. .

본 발명은 양자점층을 포함하는 파장변환층에 의하여, 미세조류가 빛을 효율적으로 흡수할 수 있도록 빛의 파장을 변환하여 미세조류에 의한 광합성 효율을 증가시키는데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to increase the photosynthetic efficiency of the microalgae by converting the wavelength of light so that the microalgae can efficiently absorb light by the wavelength conversion layer including a quantum dot layer.

또한 본 발명에 의하여, 광생물반응기의 반응용기의 표면쪽이 아닌 안쪽의 미세조류도 빛을 효율적으로 흡수할 수 있도록 하여 미세조류의 배양을 용이하게 하는데 또 다른 목적이 있다. In addition, according to the present invention, there is another object to facilitate the cultivation of the microalgae by making it possible to efficiently absorb light even inside the microalgae, not the surface side of the reaction vessel of the photobioreactor.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the present invention .

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 미세조류 및 배양액이 유입·배출되는 투입구와 배출구가 구비되는 반응용기 및 빛의 파장을 변환시키는 파장변환층(wave-length conversion layer)을 구비하고, 상기 반응용기에 부착되는 파장변환부를 포함하는 미세조류 배양용 광생물 반응기를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention comprises a reaction vessel provided with an inlet and outlet for the introduction and discharge of microalgae and culture medium and a wavelength conversion layer for converting the wavelength of light, the reaction Provided is an optical bioreactor for culturing microalgae including a wavelength conversion unit attached to a container.

본 발명에서 상기 반응용기는 글래스(glass), 폴리카보네이트 및 아크릴 계열의 재질중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기를 포함한다. In the present invention, the reaction vessel includes a microalgae culturing photobioreactor, characterized in that formed using any one selected from glass, polycarbonate and acrylic-based materials.

광생물반응기에 있어서, 반응용기는 미세조류와 그 배양액등을 내재하고 빛을 직접적으로 받아들이는 부분이므로 투광성이 보장되고 아울러 일정한 기계적 강도가 보장되어야 한다. 따라서, 본 발명에서는 투광성과 일정한 기계적강도가 보장되는 강화유리를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 투명한 플라스틱 재질로 반응용기를 형성하는 경우에는 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 형성하는 것이 바람직하다. In the photobioreactor, the reaction vessel is a part containing microalgae and its culture medium and directly receiving light, and thus, light transmitting property and constant mechanical strength should be ensured. Therefore, in the present invention, it is preferable to use tempered glass which is guaranteed light transmittance and constant mechanical strength. In addition, when the reaction vessel is formed of a transparent plastic material, it is preferable to form a polycarbonate or acrylic material.

상기 반응용기는 미세조류와 그 배양액의 투입과 유출이 가능하도록 적어도 하나 이상의 투입구 및 배출구가 구비되어야 한다. 또한 미세조류의 광합성을 위한 이산화탄소의 이동통로를 구비할 수도 있다. The reaction vessel should be provided with at least one inlet and outlet to enable the introduction and discharge of microalgae and its culture. It may also be provided with a movement passage of carbon dioxide for photosynthesis of microalgae.

본 발명에서 상기 반응용기의 형상은 원통형, 튜브형, 평면판형 및 입체모형으로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나의 형상에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기를 포함한다. In the present invention, the shape of the reaction vessel includes a microalgae culture photobioreactor, characterized in that formed by any one selected from the group consisting of a cylindrical, tubular, flat plate and three-dimensional model.

따라서, 파장변환층을 구비하는 반응용기는 입체모형이라면 어떠한 형태라도 본 발명의 실시형태에 포함될 수 있을 것이다. Therefore, the reaction vessel including the wavelength conversion layer may be included in the embodiment of the present invention as long as the three-dimensional model.

본 발명에서 상기 파장변환층은 빛의 파장을 변환시킬 수 있는 모든 인위적인 층을 포함하고 있음은 물론이다. 예를 들면, 파장변환층은 확산필름 또는 표면 플라즈몬층(Surface Plasmon layer)을 이용하여 형성할 수 있다. In the present invention, the wavelength conversion layer includes all artificial layers capable of converting the wavelength of light. For example, the wavelength conversion layer may be formed using a diffusion film or a surface plasmon layer.

특히, 확산필름은 미세한 구멍이 다수 형성되어있는 다공성의 층으로 형성되거나, 또는 투명한 Beads나 입자(Particles)들이 임베디드(imbedded) 되어 있는 구조로 형성될 수 있다. In particular, the diffusion film may be formed of a porous layer in which a plurality of fine holes are formed, or may be formed of a structure in which transparent beads or particles are embedded.

확산필름의 재료로는 아크릴 계열의 수지(Acrylic resins)를 이용할 수 있는데, 높은 광투과성과 투명성을 가진 유기물질의 합성수지 재료라면 확산필름의 재료로 이용할 수 있을 것이다. Acrylic resins may be used as the material of the diffusion film, and synthetic resin materials of organic materials having high light transmittance and transparency may be used as the material of the diffusion film.

상기 Beads 역시 광투과성과 투명성이 보장되어야 하며, 투과도 및 확산비율(diffusion rate)를 증가시킬수 있는 유기물 및 무기물로 형성될 수 있다. The beads also need to ensure light transmittance and transparency, and may be formed of organic and inorganic materials that can increase the transmittance and diffusion rate.

Beads를 구성할 수 있는 유기물로는 아크릴계열, 올레핀(olefin)계열 또는 아크릴-올레핀 중합체 등을 이용할 수 있으며, 무기물로는 SiOx, AlOx, TiOx, ZrOx등을 이용하여 Beads를 형성할 수 있다. As organic materials that can form beads, acrylic, olefin, or acrylic-olefin polymers may be used. As inorganic materials, beads may be formed using SiO x , AlO x , TiO x , ZrO x , and the like. Can be.

상기 확산필름의 두께는 100nm 내지 1 μm 의 크기로 형성할 수 있으며, 확산필름이 포함하는 Beads 또는 Particles의 평균직경은 10nm 내지 900nm 의 크키로 형성하는 것이 가능하다. 상기 Beads 또는 Particles는 다양한 형태의 형상을 가질 수 있다. The thickness of the diffusion film may be formed in a size of 100nm to 1 μm, the average diameter of the beads or particles contained in the diffusion film may be formed to a size of 10nm to 900nm. The beads or particles may have various shapes.

본 발명에서 상기 파장변환층은 양자점층(Quantum dot layer)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기를 포함한다. In the present invention, the wavelength conversion layer includes an optical bioreactor for culturing microalgae, which is formed of a quantum dot layer.

양자점(Quantum dot)이란, 물질이 수십 나노미터 크기를 가지게 되면 양자 효과(Quantum effect)라는 새로운 물성을 보이게 되는데 이러한 양자효과를 나타내는 물리학적 소단위체를 의미한다.The quantum dot (quantum dot) when the material has a size of several tens of nanometers shows a new property called the quantum effect (quantum effect) means a physical subunit exhibiting this quantum effect.

본 발명에서 양자점층은 CdSe, CdS, InAs 또는 InP 중에서 선택된 어느 하나의 물질을 이용하여 형성이 가능하며, 이때 분자선 에피택시(molecular beam epitaxy)법, 화학선 에피택시(chemical beam epitaxy)법 또는 유기금속 화학기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition) 등을 이용하여 형성할 수 있다. In the present invention, the quantum dot layer may be formed by using any one material selected from CdSe, CdS, InAs, or InP, and at this time, molecular beam epitaxy, chemical beam epitaxy, or organic It may be formed using a metal organic chemical vapor deposition method.

예를 들면, GaAs 기판위에 InAs, InP 기판 위에 InAs를 성장시키는 방법을 들수 있는데, 이는 생성된 양자점들의 위치에 따라, 기판 위에 양자점을 형성, 성장 시키는 방법이라고 할 수 있다. 또한 화학 기상 증착법, 에피택시 방법을 사용하면서 입자의 크기와 분포상태 그리고 응집이 일어나는 효과를 최소화하는 방법을 이용하여 양자점층을 형성하는 것도 가능하다. For example, a method of growing InAs on a GaAs substrate and an InAs on an InP substrate may be referred to as a method of forming and growing a quantum dot on a substrate according to the position of the generated quantum dots. It is also possible to form a quantum dot layer by using a chemical vapor deposition method, an epitaxy method, and a method of minimizing particle size, distribution state, and aggregation effect.

또한 필요에 따라 i) 이온주입(Ion Implantation)공정을 응용하여 가속 전압과 기판의 온도를 조절하여 기판 내에 원하는 금속 입자를 형성, 그 분포까지 정확하게 조절하는 방법, ii) 산화물 사이에 실리콘게르마늄이나 금속의 얇은 층을 증착한 후 다시 산화물을 성장시킨 다음 열처리하여 응집(agglomeration) 현상을 이용하여 양자점을 형성하는 방법, iii) 리소그래피(lithography)를 이용하여 몇 개의 양자점을 직접 형성하는 방법, iv) 에너지 밴드갭내에 전계적으로 양자점을 형성하는 방법 등을 이용하여 양자점층을 형성하는 것도 가능하다. Also, if necessary, i) ion implantation process is applied to adjust the accelerating voltage and the temperature of the substrate to form the desired metal particles in the substrate and precisely control the distribution thereof. Ii) silicon germanium or metal between the oxides. A method of forming a quantum dot using agglomeration phenomenon, iii) directly forming a few quantum dots using lithography, iv) energy It is also possible to form a quantum dot layer using a method of forming a quantum dot electrically in a band gap or the like.

본 발명에서 상기 양자점층(Quantum dot layer)의 dot의 평균직경은 5 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기를 포함한다. In the present invention, the average diameter of the dot of the quantum dot layer (Quantum dot layer) comprises a microalgae culture photobioreactor, characterized in that 5 to 50nm.

Quantum dot의 경우 밴드갭(band gap)은 Quantum dot의 평균직경에 따라 변하는데 Quantum dot의 평균직경을 조절함으로써 미세조류에 필요한 파장대의 빛으로 변환할 수 있다. In the case of a quantum dot, the band gap is changed according to the average diameter of the quantum dot. By adjusting the average diameter of the quantum dot, the band gap can be converted into light of a wavelength band required for microalgae.

예컨대, Quantum dot의 평균직경의 조절을 통해서, 800nm 파장대의 빛을 Blue-green-algae가 최대로 흡수할 수 있는 파장대의 빛, 즉 680nm 파장대의 빛으로 변환시켜주면 Blue-green-algae가 흡수할 수 있는 빛의 양이 많아지고 반응기 표면의 미세조류 뿐만 아니라 반응기 안쪽의 미세조류쪽까지 엑티브(active)한 파장의 빛이 들어갈 수 있는 가능성을 높여 광합성의 효율을 높일 수 있게 된다. For example, by adjusting the average diameter of the quantum dots, if the light in the 800 nm wavelength band is converted into light in the wavelength band that the blue-green-algae can absorb most, that is, the light in the 680 nm wavelength band, the blue-green-algae will absorb the light. The amount of light that can be increased is increased and the efficiency of photosynthesis can be increased by increasing the possibility of active light of not only the microalgae on the surface of the reactor but also the microalgae inside the reactor.

본 발명에서 상기 양자점층(Quantum dot layer)은 CdSe, CdS, InAs, InP 중에서 선택된 어느 하나 이상의 물질을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기를 포함한다. In the present invention, the quantum dot layer includes a photobioreactor for microalgae culture, which is formed using any one or more materials selected from CdSe, CdS, InAs, and InP.

예를 들어 양자점은 갈륨비소(GaAs) 기판 또는 인듐인(InP) 기판 위에 기판 물질과 격자 불일치를 이루는 인듐인(InP) 또는 인듐비소(InAs) 등의 물질을 분자선 에피택시(molecular beam epitaxy), 화학선 에피택시(chemical beam epitaxy), 유기금속 화학기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition) 등을 이용하여 임계 두께 이상으로 성장시키면 자발적으로 형성된다.For example, a quantum dot may be formed of a molecular beam epitaxy, a material such as indium phosphorus (InP) or indium arsenide (InAs), which forms a lattice mismatch with a substrate material on a gallium arsenide (GaAs) substrate or an indium phosphorus (InP) substrate. It grows spontaneously when grown above a critical thickness using chemical beam epitaxy, metal organic chemical vapor deposition, or the like.

즉, 상기의 방법은 임계 두께 이하의 유사안정 양자우물층(Quasi-stable quantum welllayer)에 외부 에너지를 국소적으로 인가하여 양자점(quantum dot)을 형성하는 양자점 형성방법이라고 할 수 있다. That is, the above method may be referred to as a quantum dot forming method in which external energy is locally applied to a quasi-stable quantum well layer below a critical thickness to form a quantum dot.

본 발명에서 상기 양자점(Quantum dot)은 파장변환이 가능한 core/shell구조의 형광체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기를 포함한다. In the present invention, the quantum dot includes a photobioreactor for culturing microalgae, which is made of a phosphor having a core / shell structure capable of wavelength conversion.

본 발명에서 상기 core/shell구조의 형광체의 평균직경은 5 내지 10nm 인 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기를 포함한다. In the present invention, the core / shell structure of the phosphor has an average diameter of 5 to 10 nm, and includes a microalgae culture photobioreactor.

CdSe 코어에 ZnS 쉘을 입힌 양자점은 그 평균직경이 수 나노미터에서 수십 나노미터에 이르는 구형의 물질로서, 입자의 크기에 따라서 다른 파장의 형광을 방출하는 특징을 가지고 있어서 세포생물학과 같은 기초 생명과학 뿐 아니라 각종 단백질 칩 및 바이오센서 분야와 같은 응용 생명과학에도 다양하게 사용될 수 있다. 양자점은 UV에서 붉은색까지 어느 파장으로도 여기(excitation)가 가능하며, 조절가능한 좁은 방출 스펙트럼을 갖는다. Quantum dots coated with a ZnS shell on a CdSe core are spherical materials with an average diameter ranging from several nanometers to several tens of nanometers, and emit fluorescence at different wavelengths depending on the size of the particles. In addition, it can be used in a variety of applied life sciences such as various protein chips and biosensors. Quantum dots can be excited at any wavelength from UV to red and have an adjustable narrow emission spectrum.

이러한 양자점 형광체는 나노입자의 양자점(quantum dot)구조가 갖는 특성을 이용한 것으로, 반도체 화합물을 이용하여 수 나노미터 크기의 양자효과를 갖는 입자를 제조하여 형성된다. 양자점 형광체는 전자가 채워져 있는 공유띠(valence band, VB)와 전자가 비워져 있는 전도띠(conduction band, CB)로 구성되어 있다. 이 공유띠와 전도띠의 간격에 해당하는 에너지 이상의 빛이 조사되면 여기되어 전도띠의 전자가 공유띠의 홀과 결합하면서 형광이 발생하게 된다. 이러한 양자점 형광체는 기존의 화학 형광체와 달리 여기스펙트럼과 발광스펙트럼의 파장별 위치가 크게 다른 특징을 갖는다.Such quantum dot phosphors utilize characteristics of the quantum dot structure of nanoparticles, and are formed by preparing particles having a quantum effect of several nanometers using a semiconductor compound. The quantum dot phosphor is composed of a valence band (VB) filled with electrons and a conduction band (CB) with empty electrons. When light above the energy corresponding to the gap between the covalent band and the conducting band is irradiated, it is excited, and the electrons of the conducting band are combined with the holes of the covalent band to generate fluorescence. Unlike conventional chemical phosphors, the quantum dot phosphor has a feature that the excitation spectrum and the emission spectrum have different positions by wavelength.

예를 들어, CdS 의 경우 흡수파장이 496 nm 이하이면 형광의 발생이 가능하고, 이때 방출파장은 약 550 내지 600 nm 가 된다. 또한 CdSe와 같은 경우 708 nm 이하의 파장에서 여기될 수 있게 된다. 또한, 양자점 형광체는 크기가 달라지면 다른색의 형광을 방출하는 특징을 갖는다. 즉, 1 nm 와 수 nm 의 형광체는 각각의 특징적인 색을 갖는 형광을 방출할 수 있게 된다. For example, in the case of CdS, if the absorption wavelength is 496 nm or less, fluorescence can be generated, and the emission wavelength is about 550 to 600 nm. In addition, CdSe can be excited at a wavelength of 708 nm or less. In addition, the quantum dot phosphor has a characteristic of emitting fluorescence of different colors when the size is changed. That is, phosphors of 1 nm and several nm can emit fluorescence having respective characteristic colors.

본 발명에서 상기 core/shell구조의 형광체는 CdSe/ZnS, SrS/Eu, Y₂O3/Eu3 +, SrTiO3/Pr, SrTi03/Al, SrB4O7/Sm 중에서 선택된 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기를 포함한다. In the present invention that the fluorescent substance of the core / shell structure is formed by any one selected from the group consisting of CdSe / ZnS, SrS / Eu, Y₂O 3 / Eu 3 +, SrTiO3 / Pr, SrTi0 3 / Al, SrB 4 O 7 / Sm It includes a photobioreactor for culturing microalgae characterized in that.

CdSe/ZnS로 구성되는 core/shell구조의 형광체는 단파장의 빛을 받아 여기되어 약 680nm 파장을 가지는 빛을 발광하는 적색형광체이다. A core / shell structured phosphor composed of CdSe / ZnS is a red phosphor that is excited by receiving short wavelength light and emits light having a wavelength of about 680 nm.

일반적으로 여러 종류의 미세조류의 action spectra 는 주로 250 nm to 750 nm 의 입사광선에 주로 분포하는데, 특히 Blue algae 의 경우는 680 nm에서 maximum action spectra를 갖고, green algae과 brown algae 의 경우는 각각 435 nm 와 675 nm 영역 근처에서 가장 효율적으로 광합성을 할 수 있는 바, 이러한 CdSe/ZnS로 구성되는 core/shell구조의 형광체로 인하여, 광합성 효율을 월등히 높일 수 있다. In general, the action spectra of various kinds of microalgae are mainly distributed in the incident light of 250 nm to 750 nm. In particular, blue algae has a maximum action spectra at 680 nm, and green algae and brown algae are 435, respectively. Photosynthesis can be performed most efficiently near the nm and 675 nm region. Due to the core / shell structured phosphor composed of CdSe / ZnS, the photosynthetic efficiency can be significantly improved.

본 발명에서는 CdSe/ZnS외에도 SrS/Eu, Y₂O3/Eu3 +, SrTiO3/Pr, SrTi03/Al, SrB4O7/Sm 등의 적색 형광체를 이용하여 양자점층을 형성할 수 있고, 종국적으로 미세조류의 광합성효율 및 미세조류의 배양을 용이하게 할 수 있다. May be present in invention, in addition to CdSe / ZnS using a red phosphor, such as SrS / Eu, Y₂O 3 / Eu 3 +, SrTiO3 / Pr, SrTi0 3 / Al, SrB 4 O 7 / Sm to form the quantum dot layer, and eventually Photosynthetic efficiency of microalgae and cultivation of microalgae can be facilitated.

본 발명은 상기 파장변환부를 필름에 코팅한 후, 상기 반응용기의 겉면 또는 안쪽면에 부착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기를 포함한다. The present invention includes a microalgae culturing photobioreactor, characterized in that the coating after the wavelength conversion portion on the film, attached to the outer surface or the inner surface of the reaction vessel.

상기 반응용기의 형상은 원통형, 튜브형, 평면판형 및 입체모형으로 이루어 진 군중에서 선택된 어느 하나의 형상에 의해 이루어질 수 있는데, 이러한 반응용기의 겉면 또는 안쪽면에, 파장변환층을 구비하는 파장변화부가 코팅된 필름을 부착하여 광생물반응기를 형성할 수 있다. The shape of the reaction vessel may be formed by any one shape selected from the group consisting of a cylindrical, tubular, flat plate and three-dimensional model, the wavelength change portion having a wavelength conversion layer on the outer surface or the inner surface of the reaction vessel The coated film can be attached to form a photobioreactor.

본 발명은 파장변환이 가능한 형광체를 상기 반응용기의 표면에 도포하여 파장변환부를 형성하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기를 포함한다. The present invention includes a microalgae culturing photobioreactor, characterized in that the wavelength conversion is applied to the surface of the reaction vessel to form a wavelength conversion portion.

본 발명에서 상기 파장변환이 가능한 형광체의 도포두께는 0.1 내지 100um인 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기를 포함한다. In the present invention, the coating thickness of the phosphor capable of converting the wavelength includes a microalgae culturing photobioreactor, characterized in that 0.1 to 100um.

본 발명에서 상기 파장변환층은 입사되는 빛의 파장을 435nm, 675nm 또는 680nm 중에서 선택된 어느 하나의 파장으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기를 포함한다. In the present invention, the wavelength conversion layer comprises a microalgae culture photobioreactor, characterized in that for converting the wavelength of the incident light to any one selected from 435nm, 675nm or 680nm.

미세조류 중 Green algae의 경우에는 435nm 에서 빛을 가장 효율적으로 흡수하여 광합성의 효율이 최대치를 나타내며, 이에 비해 Brown algae는 675nm에서, Blue algae는 680nm에서 각각 광합성의 효율이 최대가 된다. 따라서, 파장변환층을 435nm, 675nm 또는 680nm으로 변환할 수 있도록 구성하면 미세조류의 종류에 따라 광합성 효율을 높일 수 있게 된다. Among the algae, green algae absorbs light most efficiently at 435 nm, resulting in maximum photosynthetic efficiency, whereas brown algae at 675 nm and blue algae at 680 nm, respectively. Therefore, when the wavelength conversion layer is configured to be converted to 435 nm, 675 nm or 680 nm, the photosynthetic efficiency can be improved according to the type of microalgae.

본 발명에 의하여, 양자점층을 포함하는 파장변환층에 의하여, 빛의 파장을 변환하고 미세조류가 빛을 효율적으로 흡수할 수 있도록 하여 광합성 효율을 증가 시키는 효과가 있다. According to the present invention, the wavelength conversion layer including the quantum dot layer has the effect of converting the wavelength of light and allowing the microalgae to efficiently absorb the light, thereby increasing the photosynthetic efficiency.

본 발명에 의하여, 광생물반응기의 반응용기의 표면쪽이 아닌 안쪽의 미세조류도 빛을 효율적으로 흡수할 수 있도록 하여 미세조류의 배양을 용이하게 하는 효과가 있다.According to the present invention, the microalgae inside the photoreactor, rather than the surface side of the reaction vessel, can efficiently absorb light, thereby facilitating the cultivation of the microalgae.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 1은 종래기술에 따른 광생물반응기의 예시도이다.1 is an illustration of a photobioreactor according to the prior art.

도 1은 종래기술에 의한 미세조류(algae)를 배양하고 키울 수 있는 수직원통형 반응용기(110)를 도시한다. 1 shows a vertical cylindrical reaction vessel 110 capable of culturing and growing microalgae according to the prior art.

미세조류의 성장을 위해 반응용기 안의 환경에 열(heat), 공기(air),영양소(nutrients)와 빛(light)을 적당히 제공하여 자연과 비슷한 환경을 만들어 주고 광합성을 극대화하는 것이 광생물반응기(photobioreactor)의 주요기술이다. 종래기술에 있어서 문제가 되는 부분은 반응용기의 표면(surface)쪽 미세조류에 의해 대부분 빛이 흡수되어 반응용기 안쪽에 있는 미세조류는 빛을 거의 받을 수 없는 것이다. 이를 해결하기 위해 표면 대 체적 비율이 큰 반응기를 만들기 위한 개발이 이루어지고 있지만, 미세조류의 빛의 흡수 파장 영역이 한정되어 있고, 당해 흡수 영역대의 파장이 아닌 빛은 열로 버려지고 있기 때문에, 빛의 흡수에 있어 미세조류(algae)의 집단 배양은 어려움이 있었다. For the growth of microalgae, it is appropriate to provide heat, air, nutrients and light to the environment in the reaction vessel to create an environment similar to nature and maximize photosynthesis. photobioreactor). The problem in the prior art is that most of the light is absorbed by the microalgae on the surface side of the reaction vessel so that the microalgae inside the reaction vessel can hardly receive light. In order to solve this problem, development has been made to make a reactor having a large surface-to-volume ratio, but since the absorption wavelength region of the light of the microalgae is limited and the light that is not the wavelength of the absorption region is discarded as heat, The population culture of algae has been difficult to absorb.

이를 해결하기 위해서는 미세조류가 흡수하기 어려운 파장영역대의 빛은 줄이고, 미세조류가 흡수하기 쉬운 파장영역대의 빛의 양을 좀 더 많이 조사해 줄 필요가 있다. In order to solve this problem, it is necessary to reduce the light in the wavelength region where the microalgae are difficult to absorb and to investigate the amount of light in the wavelength region where the microalgae is easy to absorb.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광생물반응기의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a photobioreactor according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서는 양자점층(230)을 포함하는 파장변환부(220)가 부착되는 반응용기(210)를 포함하는 광생물반응기 를 형성할 수 있다. In the present invention, it is possible to form an optical bioreactor including a reaction vessel 210 to which the wavelength conversion unit 220 including the quantum dot layer 230 is attached.

상기 반응용기(210)는 투광성과 소정이상의 기계적 강도가 보장되는 재료를 이용하여 형성되어야하는데, 글래스(glass), 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질을 이용하여 형성할 수 있다. The reaction vessel 210 should be formed using a material that ensures light transmittance and a predetermined mechanical strength. The reaction vessel 210 may be formed using a glass, polycarbonate, or acrylic material.

상기 파장변환부(220)는 빛의 흡수와 관련된 광합성 미생물의 배양을 돕는 인위적인 층, 즉 파장변환층(wave-length conversion layer)을 포함할 수 있다. The wavelength conversion unit 220 may include an artificial layer, ie, a wavelength conversion layer, which helps cultivate photosynthetic microorganisms related to light absorption.

특히, 양자점층(230)을 포함할 수 있는데, 본 발명에서는 CdSe, CdS, InAs 또는 InP 중에서 선택된 어느 하나의 물질에 분자선 에피택시(molecular beam epitaxy)법, 화학선 에피택시(chemical beam epitaxy)법 또는 유기금속 화학기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition) 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 양자점층(230)을 형성할 수 있다. In particular, the present invention may include a quantum dot layer 230. In the present invention, a molecular beam epitaxy method or a chemical beam epitaxy method is applied to any one material selected from among CdSe, CdS, InAs, or InP. Alternatively, the quantum dot layer 230 may be formed using any one method selected from metal organic chemical vapor deposition.

상기 양자점층(230)은 그 dot의 평균직경이 5 내지 50nm이 되도록 형성할 수 있는데, Quantum dot의 경우 밴드갭(band gap)은 Quantum dot의 평균직경에 따라 변하게 되므로 Quantum dot의 평균직경을 조절함으로써 미세조류에 필요한 파장대의 빛으로 변환할 수 있다. The quantum dot layer 230 may be formed so that the average diameter of the dot is 5 to 50nm, in the case of a quantum dot, the band gap is changed according to the average diameter of the quantum dot, thereby controlling the average diameter of the quantum dot. As a result, it can be converted into light of a wavelength band required for microalgae.

따라서, 상술한 바와 같이 빛이 파장변환부(220)가 포함하고 있는 양자점층(230)에 입사되면, 양자점의 dot에 의해 파장이 변환되어 미세조류의 광합성효율이 월등히 향상되고, 아울러 반응용기(210)의 안쪽까지 빛이 들어갈수 있는 확률이 높아져서 표면쪽의 미세조류 뿐만 아니라 반응용기(210)의 안쪽의 미세조류의 광합성 효율도 좋아지는 효과도 발생하게 된다. Therefore, when light is incident on the quantum dot layer 230 included in the wavelength conversion unit 220 as described above, the wavelength is converted by the dot of the quantum dot to significantly improve the photosynthetic efficiency of the microalgae, and the reaction vessel ( The probability of entering light up to the inside of 210 is increased, so that not only the microalgae on the surface side but also the photosynthetic efficiency of the microalgae on the inside of the reaction vessel 210 are also improved.

상기 양자점층(230)은 코어/쉘(core/shell)구조로 형성될 수도 있는데, 본 발명에서는 CdSe/ZnS, SrS/Eu, Y₂O3/Eu3 +, SrTiO3/Pr, SrTi03/Al, SrB4O7/Sm 등의 코어/쉘 구조로 형성될 수 있다. The quantum dot layer 230 is a core / shell (core / shell), there may be formed of a structure, in the present invention, CdSe / ZnS, SrS / Eu, Y₂O 3 / Eu 3 +, SrTiO3 / Pr, SrTi0 3 / Al, SrB It may be formed of a core / shell structure, such as 4 O 7 / Sm.

상기 파장변환층은 필요에 따라 확산필름 또는 표면 플라즈몬층(Surface Plasmon layer) 등을 이용하여 형성할 수도 있다. The wavelength conversion layer may be formed using a diffusion film or a surface plasmon layer, if necessary.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 코어/쉘(core/shell)구조의 예시도이다.3 is an exemplary view of a core / shell structure according to an embodiment of the present invention.

양자점층은 코어/쉘(core/shell)구조로 형성될 수도 있는데, 원형의 코 어(310)가 내부에 위치하게 되고, 이러한 코어(310)를 쉘(320)이 둘러쌓고 있는 형태로 구성된다. 본 발명에서 core/shell구조의 형광체의 평균직경은 5 내지 10nm 로 형성될 수 있다. The quantum dot layer may be formed in a core / shell structure, and a circular core 310 may be located therein, and the core 310 may be formed in a shape in which the shell 320 is surrounded. . In the present invention, the average diameter of the phosphor of the core / shell structure may be formed to 5 to 10nm.

본 발명에서는 CdSe/ZnS, SrS/Eu, Y₂O3/Eu3 +, SrTiO3/Pr, SrTi03/Al, SrB4O7/Sm 등의 코어/쉘 구조로 형성될 수 있다. 상기의 코어/쉘 구조를 이루는 형광체는 단파장의 빛을 장파장의 빛으로 변환시키는 적색형광체이다. According to the present invention may be formed of a CdSe / ZnS, SrS / Eu, Y₂O 3 / Eu 3 +, SrTiO3 / Pr, SrTi0 3 / Al, SrB 4 O core / shell structure, such as 7 / Sm. The phosphor constituting the core / shell structure is a red phosphor that converts light of short wavelength into light of long wavelength.

예를 들면 CdSe/ZnS로 형성되는 core/shell구조의 형광체는 단파장의 빛을 받아 여기되어 약 680nm 파장을 가지는 빛을 발광하는 적색형광체이다. 따라서, Blue algae 의 경우는 680 nm에서, green algae는 435 nm에서 brown algae 의 경우675nm에서 각각 maximum action spectra를 갖는바, 이러한 CdSe/ZnS로 구성되는 core/shell구조의 형광체로 인하여, 빛을 Blue algae, green algae, brown algae가 흡수하기 쉬운 파장영역대의 빛으로 변환하여 주므로 광합성 효율이 높아진다. For example, a core / shell structured phosphor formed of CdSe / ZnS is a red phosphor that is excited by light having a short wavelength and emits light having a wavelength of about 680 nm. Therefore, the blue algae has a maximum action spectra at 680 nm and the green algae at 435 nm and 675 nm for the brown algae, respectively, and due to the core / shell structured phosphor composed of CdSe / ZnS, Algae, green algae, and brown algae convert light into wavelength bands that are easily absorbed, resulting in high photosynthetic efficiency.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 겉면에 파장변환부를 부착시킨 원통형 광생물반응기의 예시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 겉면에 파장변화부를 부착시킨 원통형 광생물반응기의 측면도이다.Figure 4 is an illustration of a cylindrical photobioreactor having a wavelength conversion portion attached to the surface according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a cylindrical photobioreactor having a wavelength change portion attached to the surface according to an embodiment of the present invention Side view.

반응용기(410, 510)는 글래스(glass), 폴리카보네이트 또는 아크릴 계열의 재질로 이루어질 수 있는데, 양자점층이 형성된 파장변환층을 필름(film)에 코팅하여 반응용기의 겉면 또는 안쪽면에 부착하면 도 4와 같은 원통형 광생물반응기를 형성할 수 있게 된다. The reaction vessels 410 and 510 may be made of glass, polycarbonate, or acrylic materials. When the wavelength conversion layer on which the quantum dot layer is formed is coated on a film, the reaction vessels 410 and 510 may be attached to the outside or inside of the reaction vessel. It is possible to form a cylindrical photoreactor as shown in FIG.

따라서, 상기와 같은 원통형 광생물반응기에 있어서는 파장변환층이 코팅된 필름(film)이 파장변환부(420,520)의 역할을 수행할 수 있다고 할 수 있다. 또한 확산필름의 경우에도 반응용기(410,510)의 겉면 또는 안쪽면에 부착하여 파장변환부(420,520)를 형성하는 것이 가능하다. Therefore, in the cylindrical photobioreactor as described above, the film coated with the wavelength conversion layer may serve as the wavelength conversion parts 420 and 520. In addition, in the case of the diffusion film, it is possible to form the wavelength conversion portion 420, 520 by attaching to the outer surface or the inner surface of the reaction vessel (410,510).

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브형 광생물반응기의 예시도이다. 6 is an exemplary view of a tubular photobioreactor according to an embodiment of the present invention.

튜브형 광생물반응기에 있어서는 수개의 원통형 반응용기(610)를 지지대(620)에 결합하여 형성할 수 있다. 반응용기(610)는 파장변환층을 포함하여야 하고, 지지대(620)는 미세조류 및 배양액을 공급할 수 있는 유입통로와 배출통로가 구비되어야 함은 물론이다. In the tubular photobioreactor, several cylindrical reaction vessels 610 may be formed by being coupled to the support 620. The reaction vessel 610 should include a wavelength conversion layer, and the support 620 should be provided with an inlet passage and an outlet passage capable of supplying microalgae and culture medium.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 평면판형 광생물반응기의 예시도이다. Figure 7 is an illustration of a flat plate-type photobioreactor according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 직육면체 형상의 판형 반응용기(710)를 이용하여 광생물반응기를 형성할 수도 있는데, 이 경우 투명판(720)은 반드시 투광성이 보장되어야 함은 물론이고, 지지대 역할을 수행할 수 있다. Referring to FIG. 7, a photobioreactor may be formed using a rectangular parallelepiped plate reaction container 710. In this case, the transparent plate 720 must be light-transmitted and of course, may serve as a support. Can be.

필요한 경우에 투명판(720)에 미세조류 및 배양액의 유입통로와 배출통로를 구비할 수도 있다. If necessary, the transparent plate 720 may be provided with an inlet passage and an outlet passage of the microalgae and the culture solution.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광생물반응기의 제조방법의 순서도이다. 8 is a flowchart of a method of manufacturing a photobioreactor according to an embodiment of the present invention.

먼저, 반응용기의 형성단계를 거쳐야 하는데(s810), 반응용기는 투광성이 보장되는 유리 또는 투명한 플라스틱 재질을 이용하여 형성할 수 있다. 또한 미세조류와 배양액의 유입과 배출이 가능하도록 적어도 하나 이상의 유입구 및 배출구를 포함하여야 한다. 필요한 경우에는 이산화탄소의 이동을 위한 별도의 이동통로를 형성할 수도 있다. First, the reaction vessel must be formed (S810), the reaction vessel can be formed using a glass or transparent plastic material which is guaranteed light transmittance. It should also include at least one inlet and outlet to enable the inflow and outflow of microalgae and culture. If necessary, a separate movement passage for the movement of carbon dioxide may be formed.

이후, 파장변환층의 형성단계를 거쳐야 하는데(s820), 상기 파장변환층은 빛의 파장을 변환시킬 수 있는 모든 인위적인 층을 포함하고 있음은 물론이다. Subsequently, the wavelength conversion layer needs to be formed (S820), and the wavelength conversion layer includes all artificial layers capable of converting wavelengths of light.

특히 본 발명에서는 양자점층을 포함할 수 있는데, CdSe, CdS, InAs 또는 InP 중에서 선택된 어느 하나의 물질에 분자선 에피택시(molecular beam epitaxy)법, 화학선 에피택시(chemical beam epitaxy)법 또는 유기금속 화학기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition) 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 양자점층을 형성할 수 있다. In particular, the present invention may include a quantum dot layer, the molecular beam epitaxy method, chemical beam epitaxy method or organometallic chemistry to any one material selected from CdSe, CdS, InAs or InP The quantum dot layer may be formed using any one method selected from metal organic chemical vapor deposition.

예컨대, 갈륨비소(GaAs) 기판 또는 인듐인(InP) 기판 위에 기판 물질과 격자 불일치를 이루는 인듐인(InP) 또는 인듐비소(InAs) 등의 물질을 분자선 에피택시(molecular beam epitaxy), 화학선 에피택시(chemical beam epitaxy), 유기금속 화학기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition) 등을 이용하여 임계 두께 이상으로 성장시키면 자발적으로 형성된다.For example, a material such as indium phosphorus (InP) or indium arsenide (InAs) that forms a lattice mismatch with a substrate material on a gallium arsenide (GaAs) substrate or an indium phosphorus (InP) substrate may be molecular beam epitaxy or actinic epitaxial. It grows spontaneously when grown above a critical thickness using a taxi (chemical beam epitaxy), metal organic chemical vapor deposition (metal organic chemical vapor deposition).

또한, 본 발명에서 양자점층은 core/shell구조의 형광체를 이용하여 형성할 수 도 있는데.CdSe/ZnS, SrS/Eu, Y₂O3/Eu3 +, SrTiO3/Pr, SrTi03/Al, SrB4O7/Sm 등의 core/shell구조의 형광체를 이용하여 파장변환층을 형성하는 것도 가능하다. In addition, the quantum dot layer in the present invention, there can be formed by using the phosphor of the core / shell structure .CdSe / ZnS, SrS / Eu, Y₂O 3 / Eu 3 +, SrTiO3 / Pr, SrTi0 3 / Al, SrB 4 O It is also possible to form the wavelength conversion layer using a phosphor having a core / shell structure such as 7 / Sm.

상기 파장변환층 형성단계(s820)를 거친 후, 반응용기와 파장변환부의 결합단계(s830)를 거치게 된다. After passing through the wavelength conversion layer forming step (s820), the reaction vessel and the wavelength conversion unit is combined step (s830).

상기 반응용기와 파장변환부의 결합단계는(s830), 상기 반응용기의 겉면 또 는 안쪽면에 필름(film)에 코팅된 파장변환부를 결합하는 단계일 수 있다. The coupling step of the reaction vessel and the wavelength conversion unit (s830) may be a step of coupling the wavelength conversion unit coated on the film (film) on the outer surface or the inner surface of the reaction vessel.

즉, CdSe, CdS, InAs 또는 InP 등을 이용하여 형성된 양자점층을 투명한 필름에 코팅하여 반응용기의 표면에 투명접착제 등을 이용하여 접착하여 광생물반응기를 형성할 수 있다.  That is, the quantum dot layer formed using CdSe, CdS, InAs, or InP may be coated on a transparent film to bond the surface of the reaction vessel with a transparent adhesive to form a photobioreactor.

또한 상기 반응용기와 파장변환부의 결합단계는(s830), 파장변환이 가능한 형광체를 상기 반응용기의 표면에 도포하여 파장변환부를 결합하는 단계일 수 있다. In addition, the coupling step of the reaction vessel and the wavelength conversion unit (s830) may be a step of coupling the wavelength conversion unit by applying a phosphor capable of wavelength conversion on the surface of the reaction vessel.

즉, CdSe/ZnS, SrS/Eu, Y₂O3/Eu3 +, SrTiO3/Pr, SrTi03/Al, SrB4O7/Sm 등의 형광체를 반응용기의 표면에 얇게 도포하여 광생물반응기를 형성할 수 있다. 여기서 파장변환이 가능한 형광체의 도포두께는 0.1 내지 100um으로 형성할 수 있다. That is, CdSe / ZnS, SrS / Eu , Y₂O 3 / Eu 3 +, SrTiO3 / Pr, SrTi0 3 / Al, SrB 4 to O 7 / Sm is applied a thin layer of phosphor, such as the surface of the reaction vessel to form a photobioreactor Can be. Here, the coating thickness of the phosphor capable of wavelength conversion may be formed to 0.1 to 100um.

본 발명에서는 필요에 따라 상기 양자점층 외에 확산필름 또는 표면 플라즈몬층을 이용하여 파장변환층을 형성하는 것도 가능하다. In the present invention, if necessary, in addition to the quantum dot layer, it is also possible to form a wavelength conversion layer using a diffusion film or a surface plasmon layer.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.The present invention has been described above in connection with specific embodiments of the present invention, but this is only an example and the present invention is not limited thereto. Those skilled in the art can change or modify the described embodiments without departing from the scope of the present invention, and within the equivalent scope of the technical spirit of the present invention and the claims to be described below. Various modifications and variations are possible.

도 1은 종래기술에 따른 광생물반응기의 예시도.1 is an illustration of a photobioreactor according to the prior art.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광생물반응기의 단면도.2 is a cross-sectional view of a photobioreactor according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 코어/쉘(core/shell)구조의 예시도.3 is an exemplary view of a core / shell structure according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 겉면에 파장변환부를 부착시킨 원통형 광생물반응기의 예시도. Figure 4 is an illustration of a cylindrical photobioreactor having a wavelength conversion portion attached to the surface according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 겉면에 파장변화부를 부착시킨 원통형 광생물반응기의 측면도.Figure 5 is a side view of a cylindrical photobioreactor having a wavelength change portion attached to the outer surface according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 튜브형 광생물반응기의 예시도. Figure 6 is an illustration of a tubular photobioreactor according to one embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 평면판형 광생물반응기의 예시도. Figure 7 is an illustration of a flat plate-type photobioreactor according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광생물반응기의 제조방법의 순서도. 8 is a flow chart of a manufacturing method of a photobioreactor according to an embodiment of the present invention.

{도면의 주요부호에 대한 설명}{Description of major symbols in the drawing}

110, 210, 410, 510 : 반응용기 110, 210, 410, 510: reaction vessel

220, 420, 520 : 파장변환부220, 420, 520: wavelength conversion unit

230 : 양자점층230: quantum dot layer

310 : 코어(core)310: core

320 : 쉘(shell)320: shell

610, 710: 파장변환부를 구비한 반응용기610, 710: reaction vessel with a wavelength conversion unit

620 : 지지대620: support

720 : 투명판720: transparent plate

Claims (13)

미세조류 및 배양액이 유입·배출되는 투입구와 배출구가 구비되는 반응용기; 및 A reaction vessel having an inlet and an outlet through which microalgae and culture fluid are introduced and discharged; And 빛의 파장을 변환시키는 파장변환층(wave-length conversion layer)을 구비하고, 상기 반응용기에 부착되는 파장변환부; A wavelength conversion unit having a wavelength conversion layer converting wavelengths of light and attached to the reaction vessel; 를 포함하는 미세조류 배양용 광생물반응기(photobioreactor).Microbioal culture photobioreactor comprising a (photobioreactor). 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반응용기는 글래스(glass), 폴리카보네이트 및 아크릴 계열의 재질중에서 선택된 어느 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기.The reaction vessel is a microalgae culturing photobioreactor, characterized in that formed using any one selected from glass, polycarbonate and acrylic-based materials. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반응용기의 형상은 원통형, 튜브형, 평면판형 및 입체모형으로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나의 형상에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기. The shape of the reaction vessel is a microalgae culture photobioreactor, characterized in that formed by any one selected from the group consisting of a cylindrical, tubular, flat plate and three-dimensional model. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 파장변환층은 양자점층(Quantum dot layer)으로 형성되는 것을 특징으 로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기.The wavelength conversion layer is a microalgae culture photobioreactor, characterized in that formed of a quantum dot layer (Quantum dot layer). 제 4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 양자점층(Quantum dot layer)의 dot의 평균직경은 5 내지 50nm인 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기. The average diameter of the dot of the quantum dot layer (Quantum dot layer) is a microalgae culture photobioreactor, characterized in that 5 to 50nm. 제 4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 양자점층(Quantum dot layer)은 CdSe, CdS, InAs, InP 중에서 선택된 어느 하나 이상의 물질을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기.The quantum dot layer (Quantum dot layer) is a microalgae culture photobioreactor, characterized in that formed using any one or more materials selected from among CdSe, CdS, InAs, InP. 제 4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 양자점(Quantum dot)은 파장변환이 가능한 core/shell구조의 형광체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기. The quantum dot (Quantum dot) is a microalgae culture photobioreactor, characterized in that consisting of a phosphor of the core / shell structure capable of wavelength conversion. 제 7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 core/shell구조의 형광체의 평균직경은 5 내지 10nm 인 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물 반응기.The core / shell structure of the microalgae culture optical bioreactor, characterized in that the average diameter of the phosphor of 5 to 10nm. 제 7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 core/shell구조의 형광체는 CdSe/ZnS, SrS/Eu, Y₂O3/Eu3 +, SrTi03/Pr, SrTi03/Al, SrB4O7/Sm 중에서 선택된 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기.It is formed by any one selected from the core / phosphor of the shell structure CdSe / ZnS, SrS / Eu, Y₂O 3 / Eu 3 +, SrTi0 3 / Pr, SrTi0 3 / Al, SrB 4 O 7 / Sm Photomicroreactor for culturing microalgae. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 파장변환부를 필름에 코팅한 후, 상기 반응용기의 겉면 또는 안쪽면에 부착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기. After coating the wavelength conversion unit on the film, the microalgae culturing photobioreactor, characterized in that formed by attaching to the outer surface or the inner surface of the reaction vessel. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 파장변환이 가능한 형광체를 상기 반응용기의 표면에 도포하여 파장변환부를 형성하는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기. A photobioreactor for culturing microalgae, characterized in that the wavelength conversion is applied to the surface of the reaction vessel to form a wavelength conversion portion. 제 11항에 있어서, The method of claim 11, 상기 파장변환이 가능한 형광체의 도포두께는 0.1 내지 100um인 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광생물반응기.The coating thickness of the phosphor capable of converting the wavelength is microalgae culture photobioreactor, characterized in that 0.1 to 100um. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 파장변환층은 입사되는 빛의 파장을 435nm, 675nm 또는 680nm 중에서 선택된 어느 하나의 파장으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 미세조류 배양용 광 생물반응기. The wavelength conversion layer is a microalgae culture optical bioreactor, characterized in that for converting the wavelength of the incident light to any one selected from 435nm, 675nm or 680nm.
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KR20160107509A (en) * 2015-03-04 2016-09-19 한국과학기술원 Reactor Containing Solar Spectrum Conversive Light-absorptive Dye for Cultivating Photosynthetic Organisms
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