KR20180054120A - 야누스 입자를 이용한 식물재배 촉진 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 야누스 입자를 이용한 식물재배 촉진 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 식물재배 촉진 방법은, 아연(Zn) 및 구리(Cu)로 이루어진 야누스 입자를 식물의 토지에 투입함으로써, 이종금속에 대한 부식전지 효과로부터 상기 야누스 입자의 전기적 자극을 유도하여 식물재배를 촉진하며, 야누스 입자는 가리움법(Masking), 상 분리법(Phase separation), 자가조립법(Self assembly) 중 어느 하나의 방법에 따라 제조된다.
따라서, 본 발명은 별도의 전기설비를 구축하지 않고 전기자극에 의한 식물촉진을 유도함으로써, 식물의 대량 생산의 효율성과 안정성을 높일 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에서는 아연(Zn)과 구리(Cu)로 구성된 이종금속을 야누스(Janus) 입자(Particle)로 제조하여, 이종금속에 의한 전위차를 유도할 수 있는 부식전지(腐蝕電池)의 원리로 식물재배 과정에서 촉진을 유발시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

야누스 입자를 이용한 식물재배 촉진 방법{PLANT GROWTH PROMOTION METHOD USING BY JANUS PARTICLE}

본 발명은 식물재배 촉진 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아연(Zn) 및 구리(Cu)가 이종결합된 야누스(Janus) 입자를 식물재배용 비료와 혼합하여 사용함으로써, 야누스 입자의 전기적 자극에 의한 식물재배의 촉진을 유도할 수 있는 야누스 입자를 이용한 식물재배 촉진 방법에 관한 것이다.

종래의 화학비료는 토양의 산성화를 유발하여 장기사용시 토양을 황폐화시키고, 과다하게 생성된 수소이온(H+)에 의하여 식물의 생리작용이나 영양분흡수를 저해하는 등의 문제가 있었는바, 이러한 화학비료의 대안으로서 친환경 유기질 비료의 요구가 절실하였다.

이러한 요구에 맞추어, 기존에는 산성화된 토양이나 지력이 약한 토양에 대하여 이를 개선하기 위한 목적으로, 알칼리제로서 소성 규산(철강 사업의 폐기물)이나 석회석 또는 소석회를 함유한 토양 개량제가 주로 이용되었다. 그러나, 이러한 토양 개량제를 장기간 사용할 경우, 토양이 경화 상태로 되어 식물에 필요한 각종 영양분을 공급하여도 식물이 잘 성장할 수 있는 환경의 조성이 어렵고, 식물성장에 필요한 양분이 충분하지 않기 때문에 농산물의 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

특히, 농산물의 생산성 향상을 위하여, 토양의 양이온치환용량(CEC; Cation Exchange Capacity)이 중요한데, 이는 토양교질의 작용으로서 양이온을 흡착하는 능력을 말하여 염기치환용량이라고도 한다. 토양입자중 교질(colloid)입자로 취급할 수 있는 미세입자를 토양교질이라 하는데, 이것은 미세입자로서 표면적이 크고 토양수에서 음전하를 띄어 식물이 쉽게 이용할 수 있는 양이온의 질소, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 인산과 같은 양분을 흡착하여 식물이 쉽게 이용할 수 있게 한다. CEC는 일정량의 토양이 보유하고 있는 치환성 이온의 총량을 당량으로 나타낸 것이다.

따라서, CEC값이 크면 양이온 치환 능력이 커서 양이온이 많다는 의미로 그만큼 토양이 비옥하다고 볼 수 있기 때문에, CEC값을 증대시킬 수 있는 토양 개량제의 개발이 필요하였다. 더욱이, 토양의 물리화학적 상태로서, 유기물의 함량, 양이온치환용량(CEC; Cation Exchange Capacity), pH, 인산 및 규산함량 등 토양의 상황을 면밀히 파악하여 각각의 토양환경이나 재배식물의 종류에 맞게 비료를 사용하는 것이 바람직하나, 현 농촌의 실정상 이 역시 어려운 일이다.

이에 첨부된 특허문헌에서는 전계(電界)와 자계(磁界)가 인가되는 식물생장실내에서 식물종자를 재배시킴으로서 식물의 발아와 생장을 촉진시키고 균일 생장(또는 성장)하게 하며, 저은 플라즈마 장치로 공기를 정화하며, 기능수를 적절히 산포 주입함으로서식물(종자)를 부패시키지 않고 생장발육을 촉진시키는 전자 식물생장촉진장치를 개시하고 있다.

이러한 종래의 식물생장 촉진장치는 도 1에서 인지되는 바와 같이 절연체로 된 좌·우측판(2)(4)과 전·후측판(6)(8)을 빙둘러 형성하여 중앙에 상하로 개방된 개방부(10)를 갖는 적정크기의 식물생장실(12)을 형성하고, 좌·우측판(2)(4)의 바깥 표면에 전계 발생용 전계전극(18)(20)을 각각 대향설치하고, 전·후측판(6)(8)의 바깥 표면에 자계 발생수단인 코일뭉치나 전자석으로 구성된 자계 발생용 자극(14)(16)을 각각 대향 설치하고, 식물생장실(12)의 상부에 이온수 주수기(41)가 급수관(43)으로 연결된 기능수 발생공급장치(42)가 설치된 식물생장촉진장치(A)를 구성 한다.

전술되는 기능수 발생 공급장치(42)는 주기적 또는 비 주기적으로 적정량의 이온수나,오존수 또는 오존화 이온수나, 자화수 또는 자화 이온수를 급수관(43)과 산포주수기(41)를 통하여 종자(22) 또는 생장된 식물에 산포 주입(注')하게 되어 있으며,필요에 따라 제어기(32)에 의해 기능수의 종류, 농도, 산포 주입과 휴지시간과 주기, 그리고 기능수의 온도 등을 저은 또는 고온으로 자동 제어한다.

이때, 살균을 위한 산성 이온수의 농도는 pH 2 이하로 낮아지거나 산포 주수량이 많고 주수시간이 길어지면 부패방지 효과는 뛰어나나 어린 식물에 장해를 줄수 있으며, 농도가 pH 5 이상으로 높아지거나 산포량과 주수시간이 짧아지면 부패방지효과가 약해지는 문제점이 있다. 그리고, 알칼리 이온수의 경우도 농도가 pH l2 이상으로 높아지거나 산포량과 주수시간이 길어지면 무기염류(minerals)가 풍부하여 식물의 생장촉진에는 유효하나, 어린 식물의 종류에 따라서는 성장장해 요인이 있으며, 농도가 낮은 pH 9 ㅇl하가 되면 생장촉진 효과가 약해지는 문제점이 있다.

따라서, 적정 산성 이온수(예 pH 2.5∼6.5)로 적정시간(약 0.1분∼30분) 동안산포 처리한 후에 산성 이온수와 동일량 또는 그 이상의 알칼리 이온수(예 매12.5∼7.5)로 산포 주수하여 중화(매 7)하거나 또는 알칼리화함으로써 충분한 살균작용과 성장촉진 효과를 동시에 갖도록 한다.

또한, 전자계를 인가하지 않고 이온수 발생 공급수단(41)(42)(43)만을 제어기(32)로 작동시켜 사용할 수도 있으며, 통상 재배시 산성화되기 쉬운 배양액의 중화장치로서도 이온수 발생 공급수단(41)(42)(43)은 사용할 수 있게 된다.

결국, 종래의 식물생장 촉진장치는 절연체막으로 구성된 측판 내에 식물(종자) 식물생장실을 설치하고, 식물생장실의 측판 바깥 표면 또는 안쪽 표면에 형성된 전계(電界) 발생장치와, 또한 상기 측판의 앞뒤에 자계(磁界) 발생수단과, 상기 전계발생 및 자계발생 수단들 간에 적정한 크기의 가변 전자계를 형성시키기 위한 전원과, 식물 생장실로 전계에 의해 생성된 이온수나, 자계 및 전계에 의해 생성된 자화 및 오존화 이온수를 공급하기 위한 기능수 공급장치와, 전자계 장치와 기능수장치용의 적정한 형태의 전원과 그 전위의 크기 및 주파수, 그리고 적정 전원공급시간 및 전원공급 휴지시간을 제어하기 위한 제어장치로 구성된다.

이로부터, 전계나 자계, 그리고 기능수로 식물체의 생장을 촉진시키게 하며, 고전계 방전에 의해 고(高) 에너지 입자를 식물 생존공간에 생성 공급시킴으로써 자연 본래 상태의 청정 공기분위기로 조성되어 식물체가 장해를 받지 않고 정상적인 (실제로는 촉진된) 생장을 할 수 있게 할 뿐만 아니라, 식물종자를 대량으로 또는 고온(25℃∼50℃)에서 재배함에 있어 부패하지 않게 하는 식물생장촉진장치를 제공하게 된다.

그러나, 전술된 바와 같이 식물생장을 위한 촉진장치는 전기적 자극을 식물에게 제공하는 시스템으로써, 식물재배를 위한 전기적 설비가 필수적일 뿐만 아니라, 이러한 전기장치와 기능수가 동시에 운용되어 감전사고의 위험이 존재하게 된다. 더욱이, 식물의 대량생산 시에는 막대한 전력소비가 요구되며 관리자의 안전성을 훼손하는 위험요소가 상주하고 있어 시스템의 활용성이 저하되는 문제가 야기되고 있는 것이다.

대한민국 등록특허 10-0215920, 등록일자 1999년 05월 26일, 발명의 명칭 '식물생장 촉진장치'

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 별도의 전기설비를 구축하지 않고 전기자극에 의한 식물촉진을 유도함으로써, 식물의 대량 생산의 효율성과 안정성을 높일 수 있는 식물재배 촉진 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 아연(Zn)과 구리(Cu)로 구성된 이종금속을 야누스(Janus) 입자(Particle)로 제조하여, 이종금속에 의한 전위차를 유도할 수 있는 부식전지(腐蝕電池)의 원리로 식물재배 과정에서 촉진을 유발시킬 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 가리움법(Masking)을 이용하여 아연 및 구리를 입자의 외주면상으로 증착하거나, 에멀젼 방법을 이용하여 액체의 계면에서 화학적으로 표면을 개질함으로써, 야누스 입자의 대량 생산을 유도할 수 있도록 함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 수십 ㎛ 크기의 구형(Sphere), 바형(Bar), 로드형(Rods), 디스크형(Disk) 구조 중 어느 하나의 야누스 입자를 제공하여, 공지의 비료와 혼합하여 식물재배의 촉진을 유발할 수 있도록 함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 야누스 입자를 이용한 식물재배 촉진 방법은, 아연(Zn) 및 구리(Cu)로 이루어진 야누스 입자를 식물의 토지에 투입함으로써, 이종금속에 대한 부식전지 효과로부터 상기 야누스 입자의 전기적 자극을 유도하여 식물재배를 촉진하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 야누스 입자는 가리움법(Masking), 상 분리법(Phase separation), 자가조립법(Self assembly) 중 어느 하나의 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 야누스 입자는, 10㎛의 직경을 가지며, 0.80∼0.90V의 전기 자극이 유도되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 식물은, 엇갈이 배추 또는 청치마 상추인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제시하는 야누스 입자를 이용한 식물재배 촉진 방법은, 별도의 전기설비를 구축하지 않고 전기자극에 의한 식물촉진을 유도함으로써, 식물의 대량 생산의 효율성과 안정성을 높일 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에서는 아연(Zn)과 구리(Cu)로 구성된 이종금속을 야누스(Janus) 입자(Particle)로 제조하여, 이종금속에 의한 전위차를 유도할 수 있는 부식전지(腐蝕電池)의 원리로 식물재배 과정에서 촉진을 유발시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 식물재배 촉진장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 식물재배 촉진 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 엇갈이 배추의 실험을 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 청치마 상추의 실험을 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서 제시하는 야누스 입자는 통상의 제조방법에 따라 제조되며 대략 수십 ㎛의 두께를 갖는다. 상기 야누스 입자는 두 개의 면을 갖는 입자로서 본 발명에서는 입자의 일측에 아연(Zn), 타측에 구리(Cu)로 구성된 물리적 구조를 이룬다. 또한, 상기 야누스 입자의 제조는 가리움법(Masking), 상 분리법(Phase separation), 자가조립법(Self assembly) 등이 존재하며, 두 개의 이종 금속을 증착시킬 수 있는 가리움법이 적용되거나, 필요에 따라 상 분리법을 통한 에멀젼 방법을 이용하여 액체의 계면에서 화학적으로 표면을 개질시켜 이종 금속을 갖는 야누스 입자를 형성할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명에서 제시하는 야누스 입자는 아연 및 구리로 구성된 입자로서, 아연과 구리는 상호 전위차가 충분히 높도록 하기 위한 것으로, 전위차를 갖는 다른 종류의 금속이 적용될 수 있음은 당연할 것이다.

예를 들어, 본 발명에서 제시되는 야누스 입자는 두 개의 이종 금속에 의한 전위차를 유도하기 위해서, 아연(Zn) 및 구리(Cu)의 구성은 물론 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg) 또는 아연(Zn) 및 마그네슘(Mg)으로 구성될 수도 있다.

이외에도, 본 발명에서 제시되는 야누스 입자는 두 개의 이종 금속에 의한 전위차를 유도할 수 있다면 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 및 철(Fe) 또는 구리(Cu) 및 니켈(Ni)의 구성을 포함하여 공지된 모든 금속의 이종 구성이 가능할 수 있을 것이다.

이와 같이 아연 및 구리로 이루어진 야누스 입자를 형성하는 것은 이종금속에 대한 부식전지 효과를 얻기 위한 것으로, 야누스 입자가 이종 금속의 접속 구조를 형성함에 따라 전해질 용액과의 접촉 과정에서 전압을 제공하기 때문이다. 즉, 갈버닉 부식(Galvanic corrosion)에 의해 수용액 내의 전압이 발생하며, 이러한 전압을 식물재배에 적용하는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 식물재배 촉진 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.

먼저, S201 단계에서 아연 및 구리로 이루어진 야누스 입자를 제조한다. 야누스 입자는 통상에 제조방법에 따라 이루어지나, 본 발명에서는 유리 기판에 폴리스티렌 입자를 배열하여 입자의 일측 반구면으로 아연 또는 구리를 우선적으로 증착시킨 후, 입자의 타측 반구면으로 구리 또는 아연을 증착한다.

여기서, 폴리스티렌 입자는 구형의 입자이고, 직경이 대략 수십 ㎛ 예컨대 10㎛이다. 여기서 상기 폴리스티렌 입자를 유리 기판 위에 단일층으로 배열하기 위하여, 미세공간 대류 조립법(confined convective assembly)을 사용하며, 미세공간 대류 조립법은 수직하게 세워져서 상하로 이동하는 유리기판과 그 옆에 세워서 위치하는 유리판의 사이에서 발생하는 모세관 현상을 이용하는 방법이다.

이러한 모세관 현상으로 폴리스티렌 입자가 분산된 분산액을 유리 기판 위에 얇은 막으로 형성시킬 수 있으며, 분산액에 분산된 폴리스티렌 입자가 유리 기판 위에 배열된다. 이때, 유리 기판 위에 배열되는 폴리스티렌 입자의 두께와 밀도는 유리 기판의 이동속도와 분산액의 농도 및 분산액 용액의 증발속도에 따라서 조절할 수 있다.

이러한 인자들을 조절하여, 폴리스티렌 입자가 단일층으로 배열되도록 하며, 특히 최조밀구조(close-packed structure)로 배열되도록 한다. 본 실시 예에서는 폴리스티렌 입자의 농도가 0.7wt%인 분산액을 사용하고, 유리 기판의 이동속도를 35㎛/s로 조절하여, 유리 기판에 폴리스티렌 입자를 최조밀 구조로 배열하였다.

또한, 유리 기판에 단일층으로 배열된 폴리스티렌 입자 위에 양이온성 계면활성제로 코팅된 아연(Zn) 나노로드(ZnNR)가 분산된 용액을 뿌리고 건조한 뒤에 열처리하여 아연 나노로드를 폴리스티렌 입자의 반구면에 부착한다.

상기 아연 나노로드는 개량된 시드매개법(seed-mediated method)을 적용하여 제조한다. 그리고 본 실시 예서 사용된 아연 나노로드는 분산성 향상을 위하여 표면에 코팅되는 계면활성제로서 양이온성 계면활성제를 코팅하였으며, 구체적으로 CTAB (cetyltrimethylammonium bromide)를 사용하였다. 아연 나노로드가 분산된 용액을 단일층의 폴리스티렌 입자 배열 위에 증착시키면, 용액에 포함된 아연 나노로드가 폴리스티렌 입자의 위쪽 반구면에 접촉하게 되고, 이를 열처리하여 아연 나노로드를 폴리스티렌 입자의 위쪽 반구면에 부착한다.

폴리스티렌 입자를 배열하는 단계에서 단일층으로 배열하는 것은, 폴리스티렌이 2층 이상으로 배열되는 경우에는 아래쪽에 위치하는 폴리스티렌 입자는 아연 나노입자와 접촉할 수 없기 때문이다. 또한, 폴리스티렌 입자를 최조밀구조로 배열하면, 서로 밀집되어 인접한 폴리스티렌 입자들로 인하여 아연 나노로드가 폴리스티렌 입자의 위쪽에 노출된 면에만 부착되기 때문에, 각 폴리스티렌 입자에 아연 나노로드가 부착되는 면적을 거의 동일하게 조절할 수 있는 장점이 있다.

한편, 아연 나노로드가 분산된 액체를 뿌리고 24시간 동안 건조한다. 건조는 대략 110℃의 온도로 15분간 열처리를 수행하며, 해당 온도는 폴리스티렌의 유리 전이 온도(Tg=100℃)보다 약간 높고, 녹는점(145℃)보다는 낮은 온도이다. 이러한 온도 범위에서는 폴리스티렌의 분자 사슬 이동에 의해서 아연 나노로드가 폴리스티렌의 위쪽 표면에 고정되지만, 폴리스티렌 입자들 사이가 연결된 넥(neck)은 형성되지 않는다.

한편, 양이온성 계면활성제인 CTAB가 코팅된 아연 나노로드가 부착된 폴리스티렌 입자는, 아연 나노로드가 부착된 위쪽의 반구면이 양전하로 대전된 상태이고, 아연 나노로드가 부착되지 않은 아래쪽의 반구면은 음전하로 대전된 상태이다. 상기한 과정으로 반구면에 아연 나노로드가 부착된 폴리스티렌 입자를 유리 기판에서 분리한다.

아연 나노로드가 부착된 폴리스티렌 입자의 분리는 탈이온수(DI water)에 침지한 상태로 10분간 초음파 진동을 가하여 폴리스티렌 입자를 유리 기판으로부터 분리한다. 이때에 각 폴리스티렌 입자들도 서로 분리되며, 이는 아연 나노로드를 고정하기 위한 열처리 온도를 조절하여 폴리스티렌 입자들이 서로 결합하지 않도록 하였기 때문이다.

이후 상기 과정을 반복하여 아연 나노입자가 부착되지 않는 폴리스티렌의 나머지 반구면에 정전기적 인력을 이용하여 구리(Cu)를 증착시킨다. 따라서, 구형 폴리스티렌 입자의 한쪽 반구면에는 아연 나노로드가 부착되고, 반대쪽 반구면에는 구리 나노로드가 부착된 비대칭적 구조인 야누스 입자 형태의 재료를 제조하는 것이다.

본 발명으로 적용되는 야누스 입자는 구 형태를 갖고, 일측 반구면으로 아연이 증측된 후, 타측 반구면으로 구리가 증착된 이종 금속으로 이루어진다. 즉, 이종금속 접촉에 의한 부식전지가 형성되어 아연과 구리 간의 전위차로 인한 전지 효과를 얻게 된다. 따라서, S203 단계와 같이 야누스 입자를 식물재배 비료에 혼합함으로써, 식물재배의 촉진 효과를 유도하는 것이다.

상기 부식전지는 야누스 입자에 의한 이종 금속의 접촉으로부터 갈버닉 부식(Galvanic corrosion)이 발생하여 이종금속 간의 전위차를 형성하는 것으로, 전해질 용액과의 접촉에 의해 식물로 전기적 자극을 제공하는 것이다.

본 발명에서 적용되는 야누스 입자는 대략 10㎛의 직경을 가지며, 0.80∼0.90V의 전기 자극이 유도된다. 도 3은 본 발명의 실험을 나타낸 사진으로, 엇갈이 배추를 실험작물로 테스트하였다. 엇갈이 배추는 본잎이 3~4장으로 7~10 Cm의 길이로 성정한다.

우선 실험은 총 다섯 가지로 형성되며, 조건 1은 엇갈이 배추에 비료만을 투입하였으며, 조건 2는 엇갈이 배추에 비료와 더불어, 야누스 입자 1개를 투입하였다. 조건 3은 엇갈이 배추에 비료와 더불어, 야누스 입자 5개를 투입하였으며, 조건 4는 엇갈이 배추에 비료없이 야누스 입자 1개를 투입하였고, 조건 5는 엇갈이 배에 비료와 더불어 야누스 입자를 1개를 투입하되, 2~3일 간격으로 야누스 입자를 교체하였다.

인지되는 바와 같이, 실험조건을 설정 후 4시간의 경과 후 조건 2, 5번에서 엇갈이 배추의 싹이 트이는 것을 충분히 확인할 수 있으며, 조건 1, 4번에서도 엇갈이 배추의 싹이 미비하게나마 확인할 수 있었다. 그러나, 조건 3 즉 야누스 입자 5개를 투입한 경우에는 싹이 트이지 않음을 확인하였다. 결국, 본 실험에서는 야누스 입자를 사용하지 않는 경우와, 야누스 입자를 한 개 사용한 경우에 싹이 트이는 것을 확인할 수 있었다.

도 4는 시간 경과에 따른 조건별 성장 속도를 나타낸 사진이다. 도 4의 (가)는 실험 후 15시간이 경과한 상태이고, (나)는 27시간이 경과한 것으로, (가)에서 인지되는 바와 같이, 15시간이 경과한 후에는 조건 1, 2, 4, 5번의 성장이 시작되었으며, 27시간이 경과한 후에는 조건 4, 1, 5, 2, 3번의 순서로 성장 속도가 달리됨을 확인하였다.

즉, 조건 4의 성장속도가 가장 크며 이는 엇갈이 배추에 비료없이 야누스 입자 1개를 투입한 경우이다. 또한, 조건 1의 경우에는 엇갈이 배추에 비료만을 투입한 경우이다. 따라서, 야누스 입자 한 개를 투입한 경우가 비료를 사용한 경우보다 성장 속도가 높음을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 실험으로 39시간이 경과한 후의 조건별 엇갈이 배추의 성장 속도를 나타낸 사진이다. 이는 인지되는 바와 같이, 조건 4에서 성장속도가 가장 높았으며, 이후 조건 1의 성장 속도가 높음을 알 수 있다. 또한, 잎의 크기를 비교하기 위해, 각 실험에는 1.2cm x 1.2cm 크기의 기준 면적을 나타내는 종이를 안치시켜 떡잎의 크기를 비교하였다.

먼저, 조건 1에서는 떡잎이 19개이고, 기준면적 대비 평균 24.51%의 떡잎 크기가 측정되었으며, 조건 2에서는 떡잎이 12개로서, 기준면적 대비 평균 25.82%의 떡잎 크기가 측정되었다. 또한, 조건 4에서는 떡잎이 25개로 측정되며, 떡잎의 크기는 기준면적 대비 39.42%로 측정되었다. 조건 5는 떡잎이 16개 측정되며, 떡잎의 크기는 기준면적 대비 29.60%로 측정되었다. 따라서, 본 실험에서는 조건 4로서 배추에 비료없이 야누스 입자 2개를 투입한 경우에 엇갈이 배추의 성장율이 가장 높음으로 인지되었다.

한편, 도 6은 실험 기간인 9일 동안의 엇갈이 배추의 성장속도를 나타낸 사진으로, 조건 5에서 성장률이 가장 높고, 조건 4, 조건 1, 조건 2, 조건 3의 순서로 측정되었다. 이는 조건 5와 같이 야누스 입자 1개를 2일 간격으로 공급하는 것으로, 야누스 입자의 전기적 자극에 대한 지속시간을 의미하는 것으로 판단된다. 즉, 실험 기간 8일까지는 조건 4의 성장속도가 빨랐으나, 9일째에는 조건 5에서 성장속도가 높은 것으로, 야누스 입자 전기자극에 대한 지속시간을 알 수 있는 것이다.

결국, 본 실험에서와 같이 야누스 입자를 과하게 투입하는 경우에는 식물이 생존하지 못하지만, 10㎛ 직경을 갖는 야누스 입자를 1개 투입하는 경우 식물의 재배를 촉진하며, 야누스 입자는 2~3일 간격으로 추가 공급하는 것이 식물재배의 촉진을 유발함을 알 수 있었다.

도 7은 본 발명에 따른 실험작물을 청치마 상추로 변경한 실험 사진이다.

본 실험 또한 전술한 실험방법과 동일하게 이루어졌으며, 조건 1은 비료만을 투입하고, 조건 2는 비료와 더불어 야누스 입자를 1개 투입하였으며, 조건 3은 비료와 더불어 야누스 입자 5개를 투입하였고, 조건 4는 비료 없이 야누스 입자 1개를 투입하였으며, 조건 5는 비료 없이 야누스 입자를 2~3일 간격으로 1개씩 투입하였다.

실험은 10일 동안 이루어졌으며, 조건 2 및 조건 4에서 떡잎의 성장이 월등하게 이루어졌음을 나타낸다. 이는 조건 2와 같이 비료와 더불어 야누스 입자 1개를 투입하거나, 조건 4와 같이 비료 없이 야누스 입자 1개를 투입한 경우이다. 그러나, 2~3일 간격으로 야누스 입자를 추가하는 경우에는 조건 2 및 조건 4와는 현저하게 성장이 이루어지지 못함을 알 수 있었다. 물론, 조건 5인 경우에도 비료만을 투입한 조건 1에 비해 성장이 이루어졌음을 알 수 있으며, 조건 3과 같이 야누스 입자를 과다하게 투입한 경우에는 청치마 상추의 성장이 이루어지지 못함을 인지하였다.

도 8은 청치마 상추의 실험을 15일 동안 수행한 결과를 나타낸 사진으로, 조건 4에서 성장률이 매우 높고, 조건 2, 조건 5의 순서로 성장함을 보이고 있다. 조건 4는 비료를 사용하지 않고 야누스 입자 1개만을 투입한 경우이며, 조건 2는 비료와 더불어 야누스 입자 1개를 투입하였고, 조건 5는 2~3일 간격으로 야누스 입자 1개를 지속적으로 투입한 결과이다.

본 실험에서는 엇갈이 배추와 달리 청치마 상추에서 조건 5의 결과가 상이하고 있으나, 야누스 입자 1개를 투입한 경우 떡잎의 성장이 우월함은 동일한 결과로 판단되었다. 결국, 본 발명에서는 야누스 입자로 인한 식물의 재배가 비료 사용할 때보다 촉진됨을 확인할 수 있었으며, 과다한 야누스 입자의 사용은 오히려 식물재배에 악영향을 끼침을 확인하였다.

이와 같은 결과는 야누스 입자를 구성하는 구리-아연 구조로부터 발생하는 전기장에 의해 발아 과정에서의 양분이동이 촉진되기 때문으로 인지된다. 즉, 구리-아연 구조의 야누스 입자는 대략 0.90V의 전압이 생성되며, ROS(Reactive Oxygen Species)의 유익한 기능 작동이 이루어지는 것으로 판단된다.

또한, 앞선 실험에서 인지되는 바와 같이 야누스 입자를 과다하게 투입하는 경우에는 식물의 발아가 이루어지지 않게 되는데, 이 또한 ROS에 의한 항산화 효소에 연관이 있을 것으로 보인다. 즉, 식물이 스트레스 환경에서 생성이 가속화되는 ROS에 의한 세포의 산화적 손상을 피하기 위해 식물은 주로 다른 파괴적인 라디칼로 전환되지 않으면서 ROS를 제거할 수 있는 화합물인 항산화제와 그러한 반응을 촉매하거나 ROS를 직접 처리하는데 관여하는 효소인 항산화 효소를 이용한 방어 기작을 통해 ROS의 유익한 기능의 작동이 계속되게 하면서, 손상을 막아 활성산소를 조절하게 된다.

그러나, 이러한 과정을 통하여 세포 내 농도가 제어된 ROS는 신호물질로도 작용하여 생장과 발달, 생물학적/비생물학적 스트레스에 대한 방어반응을 일으켜, 기공폐쇄, 뿌리생장, 굴지성과 같은 여러 가지 반응을 수반함으로써, ROS의 효율적 운영이 자체적으로 이루어진다. 따라서, 야누스 입자의 과다량 투입은 식물의 스테레스는 가중시켜 발아가 일어나지 않는 것으로 판단된다.

즉, 적정량의 야누스 입자(적정량의 이온량)가 적용될 경우 비료의 이온화를 유도하며, 이온속도의 증가는 양분의 이용을 촉진시켜 발아 효율을 높이게 되는 것이다. 결국, 본 발명에서 제시되는 구리-아연의 야누스 입자가 비료로 적정량 사용될 경우에는 비료의 이온화를 통해 식물의 양분 이동을 촉진하여 생육활동을 도모하는 것이다.

한편, 본 발명에서 제시되는 야누스 입자는 비료(입자 또는 액상)와 함께 사용되는데, 구리 및 아연에서 발생하는 이온이 비료에 포함된 이온과 마찬가지로 식물에 침투하여 발아와 생장에 영향을 줌으로써 식물재배의 촉진을 유도할 수 있게 되는 것이다.

S201 : 단계 1 S203 : 단계 2

Claims (4)

1. 아연(Zn) 및 구리(Cu)로 이루어진 야누스 입자를 식물의 토지에 투입함으로써, 이종금속에 대한 부식전지 효과로부터 상기 야누스 입자의 전기적 자극을 유도하여 식물재배를 촉진하는 것을 특징으로 하는 야누스 입자를 이용한 식물재배 촉진 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 야누스 입자는 가리움법(Masking), 상 분리법(Phase separation), 자가조립법(Self assembly) 중 어느 하나의 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 야누스 입자를 이용한 식물재배 촉진 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 야누스 입자는 10㎛의 직경을 가지며, 0.80∼0.90V의 전기 자극이 유도되는 것을 특징으로 하는 야누스 입자를 이용한 식물재배 촉진 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 식물은 엇갈이 배추 또는 청치마 상추인 것을 특징으로 하는 야누스 입자를 이용한 식물재배 촉진 방법.
   

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