KR20200051239A - 지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 농작물 및 원예 작물을 포함한 식물에 지속적인 수분을 공급하기 위한 다중막 캡슐 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 물을 포함하는 다중막 캡슐로 제공하여, 식물이 생장하는 토양 내에 직접 넣을 수 있고, 상기 캡슐 내에 포함되는 물이 다중막에 의해 지속적으로 배출될 수 있도록 구성하여, 지속적인 수분의 공급이 가능하게 하여, 소량의 물로 장기간 식물의 발아나 생장에 이용할 수 있다.
또한, 식물의 발아나 생장 과정에서 필요한 영양분을 공급 시기에 적절하게 공급할 수 있어, 과도한 퇴비나 해충제의 사용을 방지할 수 있다.

Description

지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐 및 이의 제조 방법{Multi-Membrane capsules for continuous moisture and preparation method thereof}

본 발명은 지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐 및 이의 제조 방법으로, 보다 구체적으로 다중막 캡슐 내에 물이 포함되어 있어, 지속적인 물의 공급이 가능하여, 농작물이나 원예 작물을 포함한 각종 식물의 발아나 생장에 필요한 물을 주기적으로 공급할 수 있는 다중막 캡슐 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

농작물이나 원예 작물을 포함한 각종 식물의 발아나 생장을 위하여 우선 물이 주기적으로 공급되어야 하고, 물 뿐만 아니라 식물의 생장에 필요한 각종 영양소가 공급되어야 한다.

그러나, 예를 들어 사막과 같이 척박한 토양에서는 물의 공급이 어려울 뿐만 아니라 토양에 포함된 영양소의 함량도 매우 낮아 식물의 발아 또는 생장이 사실상 불가능하다.

국내의 경우에도 지구 온난화에 따른 기후 변화로 인하여 지역별로 해마다 폭염과 가뭄이 발생하여 농작물과 도심의 가로수, 공원의 수목에 많은 피해가 발생하고 있다.

특히 도심의 가로수 및 광장의 조경수는 점토블럭, 화강석판 등 불투수성 포장재로 포장된 곳에 많이 식재되어 있는 실정인데, 빗물이 제대로 땅속으로 스며들지 못하여 장기간 비가 내리지 않을 시 타 지역보다 토양의 사막화가 급속도로 진행된다.

토양의 사막화는 식물에게 커다란 수분 스트레스를 유발하는데 이 수분 스트레스를 해소하기 위해 관공서 등 관리 담당자들은 수목마다 물주머니를 설치하고 물차를 이용해 지속적으로 관수 작업을 실시하고 있다.

농작물, 원예 작물 및 수목과 같은 식물에 물을 지속적으로 공급하는 방법은 다양하게 존재하고 있으나, 사람이 직접 호스를 이용하여 물을 공급하는 방법이거나, 기계를 이용하여 스프레이 분사 식으로 물을 공급하는 방법의 경우, 토양 깊숙하게 물이 공급되기 어려워 지속적으로 물을 공급하지 않으면 식물이 금방 시들어버리는 문제가 있다.

이에, 농작물이나 원예 작물을 포함한 각종 식물의 발아나 생장을 위하여 우선 물이 주기적으로 공급함과 동시에 발아나 생장 시기에 맞는 적절한 영양분을 제공하여, 식물의 발아나 생장에 도움을 줄 수 있는 기술에 대한 개발이 필요하다.

(특허 문헌 1) KR 10-2016-0061579 A1

본 발명의 목적은 지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 지속적인 수분 공급을 통해, 소량의 물로 장기간 식물의 발아나 생장에 이용할 수 있는 다중막 캡슐 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 식물의 발아나 생장 과정에서 필요한 영양분을 공급 시기에 적절하게 공급할 수 있는 다중막 캡슐 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐은 농작물 및 원예 작물을 포함한 식물에 지속적인 수분을 공급하기 위한 다중막 캡슐로, 상기 다중막 캡슐은 구형이며, 내부는 물을 포함하며, 외부는 2가 금속이온 및 알긴산의 결합에 의한 알긴산 막을 포함하며, 상기 알긴산 막은 다수의 알긴산 막이 형성된 다중막 형태이다.

상기 2가 금속 이온은 Cu²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺ 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

상기 다중막 캡슐은 내부에 물을 포함하며 외부에 알긴산 겔이 다중 막을 형성한 구형의 제1 다중막 캡슐; 및 상기 구형의 제1 다중막 캡슐의 외부를 감싸는 구형의 제2 다중막 캡슐을 추가로 포함하며, 상기 제1 다중막 캡슐 및 제2 다중막 캡슐의 사이에 물을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 다중막 캡슐 내에 포함된 물은 농작물 및 원예 작물을 포함한 식물의 후기 성장에 필요한 영양분을 포함하며, 상기 제2 다중막 캡슐 내에 포함된 물은 농작물 및 원예 작물을 포함한 식물의 초기 성장에 필요한 영양분을 포함할 수 있다.

상기 알긴산 겔은 아가로스(Agarose), 키토산(Chitosan) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐의 제조 방법은 1) 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 구형의 얼음을 담가 구형의 얼음의 표면에 2가 금속 이온 수용액을 입히는 단계; 2) 상기 1) 단계의 2가 금속 이온 수용액을 입힌 구형의 얼음을 알긴산 용액에 넣어 반응시키는 단계; 3) 상기 2) 단계의 알긴산 용액과 반응시킨 구형의 얼음을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 담가 2차 반응시켜, 구형의 얼음 표면에 알긴산 막을 형성하는 단계; 및 4) 상기 1) 내지 3) 단계를 반복하여 알긴산 다중막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 다중막 캡슐은, 5) 구형의 틀에 다중막이 형성된 구형의 얼음을 넣고, 물을 넣은 다음 얼려 구형의 얼음 캡슐을 제조하는 단계; 6) 상기 5) 단계의 구형의 얼음 캡슐을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 담가 구형의 얼음 캡슐 표면에 2가 금속 이온 수용액을 입히는 단계; 7) 상기 6) 단계의 2가 금속 이온 수용액을 입힌 구형의 얼음 캡슐을 알긴산 용액에 넣어 반응시키는 단계; 8) 상기 7) 단계의 알긴산 용액과 반응시킨 구형의 얼음을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 담가 반응시켜, 구형의 얼음 캡슐 표면에 알긴산 막을 형성하는 단계; 및 9) 상기 6) 내지 8) 단계를 반복하여 알긴산 다중막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 알긴산 용액은 아가로스(Agarose)를 더 포함할 수 있다.

1') 알긴산 용액에 구형의 얼음을 담가 구형의 얼음의 표면에 알긴산 용액을 입히는 단계; 2') 상기 1') 단계의 알긴산 용액을 입힌 구형의 얼음을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 넣어 반응시키는 단계; 3') 상기 2') 단계의 금속 이온 수용액과 반응시킨 구형의 얼음을 알긴산 용액에 담가 반응시켜, 구형의 얼음 표면에 알긴산 막을 형성하는 단계; 및 4) 상기 1) 내지 3) 단계를 반복하여 알긴산 다중막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 금속 이온 수용액은 키토산을 포함할 수 있다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 캡슐화(Encapsulation)은 고체, 액체, 기체 상으로 이루어진 핵심물질의 외부를 피막이나 코팅형 성능이 있는 물질을 이용하여 밀폐시키는 것을 의미하며, 고유의 특성이나 냄새 등을 장시간 미량씩 유출시키고자 할 때 혹은 특정 조건하에서만 응답하도록 방출속도의 조절이 필요할 때 이용되는 기술이다.

본 발명에 따른 알긴산 막은 알긴산과 금속 이온의 결합에 의해 생성되는 알긴산 겔에 의한 막을 의미한다.

상기 알긴산 막을 형성하는 것은 알긴산의 카르복실기와 2가 금속 이온이 반응하여 불용성의 겔(gel)을 형성하는 것이다. 즉, 알긴산 내의 카르복실기가 수용액 상태에서 수소 이온이 해리된 후, 2가 금속 이온과 반응하게 되어, 불용성의 겔을 형성하는 것이다.

본 발명에 따른 다중막 캡슐은 알긴산 및 2가 금속 이온의 가교 결합으로 형성된 구형의 내부에 물을 포집시킨 물질로, 알긴산 및 2가 금속 이온의 가교 결합을 수차례 반응시켜, 알긴산 막을 다중막의 형태로 형성하는 것을 의미한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 다중막 캡슐은 농작물 및 원예 작물을 포함한 식물에 지속적인 수분을 공급하기 위한 다중막 캡슐로, 상기 다중막 캡슐은 내부에 물을 포함하는 구형으로, 외부는 2가 금속이온 및 알긴산이 결합한 알긴산 막을 형성하며, 상기 알긴산 막은 여러 겹의 막으로 형성된다.

농작물 및 원예 식물을 포함하는 식물은 발육 및 성장을 위하여 지속적인 수분 및 영양소의 공급이 필요하다.

이에, 농작물 및 원예 식물의 성장을 위하여, 외부에서 상기 식물을 키우는 경우에는 자연적으로 내리는 비에 의해, 물이 공급되거나, 인위적으로 물을 뿌려 식물의 생장에 필요한 물을 공급하고 있다.

마찬가지로, 화분에서 식물을 키우는 경우에도, 주기적으로 물을 공급해야 식물이 정상적으로 성장할 수 있다.

집에서 화분을 이용하여 식물을 키우는 경우, 대다수는 적절한 시기에 물을 공급하지 않아, 식물이 말라 죽거나, 너무 과량의 물을 공급하여 뿌리 부분에서 식물이 썩어버리는 문제가 발생한다.

식물을 키우는 전문가가 아니거나, 식물에 관심이 많은 사람이 아닌 경우에는 화분을 통해 식물을 키울 때, 물로 인한 어려움이 다수 발생하고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 식물을 키울 때, 식물의 뿌리 부근에 물 공급을 위한 캡슐을 넣으면, 장시간 물 공급이 가능한 다중막 캡슐을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 다중막 캡슐은 농작물 및 원예 식물을 포함한 식물에 지속적인 수분의 공급을 가능하게 한다. 특히, 화분을 이용하여 식물을 키우는 경우에, 효과적인 수분의 공급이 가능하게 한다.

상기 다중막 캡슐은 내부에 물을 포함하는 구형이며, 외부는 2가 금속 이온 및 알긴산의 결합에 의해 알긴산 막이 형성되며, 상기 알긴산 막은 앞서 설명한 바와 같이, 알긴산의 카르복실기와 2가 금속 이온의 가교 결합에 의해 알긴산 겔이 형성되며, 이러한 알긴산 겔이 막의 형태를 구성하게 한다.

상기 2가 금속 이온은 Cu²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺ 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 바람직하게는 Cu²⁺, Ca²⁺ 및 Sr²⁺로 이루어진 군으로부터 선택되며, 보다 바람직하게는 Cu²⁺이나, 상기 예시에 국한되지 않는다.

상기 2가 금속 이온은 알긴산의 카르복실기와 가교 결합을 하며, 가교 결합에 의해 알긴산 겔을 형성한다. 이때, 반응하는 2가 금속 이온의 종류에 따라, 물리적 특성의 차이가 발생한다.

상기 Cu²⁺, Ca²⁺ 및 Sr²⁺은 알긴산과의 가교 결합에 의해 물리적 특성이 우수한 알긴산 겔을 형성하며, Mn²⁺, Co²⁺ 및 Ni²⁺은 알긴산 겔의 형성에 다수의 시간이 필요함은 물론이며, 구형의 막을 형성하기 어려운 문제가 있다. 또한, Fe²⁺ 및 Mg²⁺는 겔을 형성하지 않는 문제가 있다.

종래 약물 전달을 위한 서방성 제형을 제조하기 위해, 알긴산 겔을 이용하고 있었으나, 이때 주로 사용된 2가 금속 이온은 Ca²⁺이다. 앞서 설명한 바와 같이, 칼슘 이온의 경우에, 알긴산과 반응에 의해 알긴산 겔을 형성하고, 우수한 서방성 효과를 나타냄을 확인하였다.

다만, 칼슘 이온의 경우, 구리 이온에 비해 물리적 성질이 떨어지는 문제가 있고, 약물 전달에 이용하는 알긴산 겔은 체내에 투여된 이후, 외부에서 외력에 의해 알긴산 겔이 깨지는 문제가 발생할 가능성이 낮아, 알긴산 겔의 물리적 특성이 중요한 문제는 아니였다.

다만, 본 발명에서 사용하고자 하는 다중막 캡슐은 농작물 및 원예 작물을 키울 때 수분의 지속적인 공급을 위해 사용하는 것으로 흙 속에 상기 다중막 캡슐을 넣고 수분을 지속적으로 공급하기 위해 사용되는 점에서, 체내에 투입되는 경우에 비해 외력에 의한 형태의 변형 및 막이 찢어지는 문제를 대비하기 위한 물리적 특성이 중요한 문제로 대두되었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 알긴산의 카르복실기와 가교 결합하는 2가 금속 이온의 종류를 달리하여 알긴산 겔을 형성하고, 이때의 물리적 특성을 비교하였다.

그 결과, Cu²⁺, Ca²⁺ 및 Sr²⁺에서 우수한 물리적 특성을 나타내는 알긴산 겔을 제조할 수 있음을 확인하였고, 그 중 특히 Cu²⁺에서 가장 우수한 물리적 특성을 나타냄을 확인하였다.

본 발명의 다중막 캡슐은 알긴산 막이 2 내지 5개의 다중막으로 형성될 수 있으며, 상기 다중막의 수는 상기 예시에 국한되지 않고, 더 복수의 막으로 다중막을 형성할 수 있다.

다중막을 구성하는 막의 수가 증가할수록 다중막 캡슐을 통해 빠져나오는 물의 양이 적어지게되나, 보다 장시간 물 공급이 필요한 경우에 활용 가능하다.

즉, 식물의 특성 상 소량의 물만 공급하더라도 생장에 큰 문제가 없는 경우에는 다중막을 다수의 막으로 형성하여, 소량의 물이 더욱 장기간 공급될 수 있도록 구성한 다중막 캡슐을 이용할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 다중막 캡슐은 내부에 물을 포함하며 외부에 알긴산 겔이 다중 막을 형성한 구형의 제1 다중막 캡슐; 및 상기 구형의 제1 다중막 캡슐의 외부를 감싸는 구형의 제2 다중막 캡슐을 추가로 포함하며, 상기 제1 다중막 캡슐 및 제2 다중막 캡슐의 사이에 물을 더 포함할 수 있다.

다중막 캡슐은 내부에 물을 포함하며, 알긴산 겔이 구형의 막을 형성하는 것으로, 알긴산 막을 통해 물이 배출될 수 있도록 구성하고 있다.

상기 알긴산 막은 토양 내에서 분해되는 성질을 가지고 있어, 일정 시간이 지나면, 알긴산 막 자체도 분해되어 토양 내에 흡수된다.

이에, 다중막 캡슐 자체를 다중 캡슐로 구성하면, 단일 캡슐로 제공하는 경우에 비해, 장시간 물 공급이 가능하게 되며, 더불어, 캡슐 내에 포함되는 물에 식물의 성장기에 맞는 영양분을 혼합시켜 포함하는 경우에는, 수분 공급과 더불어 식물 생장에 적합한 영양분을 동시에 공급할 수 있다.

구체적으로 다중 캡슐은 내부에 물을 포함하며, 외부에 알긴산 겔이 구형의 다중막을 형성한 제1 다중막 캡슐; 및 상기 제1 다중막 캡슐을 감싸는 구형의 다중막이 형성된 제2 다중막 캡슐을 포함하며, 상기 제1 다중막 캡슐 및 제2 다중막 캡슐의 사이에 물을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 다중막 캡슐의 외부를 물이 감싸고 있고, 상기 물의 외부를 알긴산 겔이 다중막의 형태로 감싸고 있다. 즉, 물, 다중막 형태의 알긴산 막, 물 및 다중막 형태의 알긴산 막의 형태로 구성되어 있다.

상기 제1 다중막 캡슐 내에 포함된 물은 농작물 및 원예 작물을 포함한 식물의 후기 성장에 필요한 영양분을 포함하며, 상기 제2 다중막 캡슐 내에 포함된 물은 농작물 및 원예 작물을 포함한 식물의 초기 성장에 필요한 영양분을 포함할 수 있다.

농작물 및 원예 식물을 포함하는 식물은 생장 시기 내내 필요한 영양분이 있을 뿐만 아니라, 생장을 위한 시기에 맞는 필요 영양분이 있다.

이러한 시기에 맞는 영양분을 적절히 공급하기 위해, 식물의 생장 시 시기에 맞는 영양분의 공급을 위해, 퇴비와 같은 영양분 공급이 필요하다.

이를 위해, 식물의 성장을 관찰하고, 성장에 맞는 영양분의 공급을 별도로 해줘야 하는 불편함이 존재한다. 전문가의 경우, 식물의 성장을 눈으로 관찰하여, 적절한 영양분의 공급이 가능하지만, 일반인의 경우 시기에 맞는 영양분이 어떤 것인지 정확하게 알지 못하는 문제가 있다.

이에, 집에서 키우는 식물의 경우 전문가와 달리 적절한 영양분이 제때 공급되지 못해, 적절하게 생장하지 못하는 문제가 있다.

이에, 본 발명에서 다중막 캡슐에 포함되는 물에 식물의 생장에 필요한 영양분을 포함하도록 구성하고, 보다 구체적으로 다중 캡슐을 구성할 때는 제1 다중막 캡슐 내에 포함되는 물 및 제2 다중막 캡슐 내에 포함되는 물에 시기에 맞는 영양분을 포함하도로 구성하여, 식물을 키울 때, 흙 속에 본 발명의 다중막 캡슐을 함께 넣기만 하면, 별도의 수분 공급이 필요치 않을 뿐만 아니라 별도의 영양분의 공급이 없더라도 식물의 생장에 필요한 물 및 영양분을 공급할 수 있다.

다중 캡슐을 3중 캡슐로 구성하는 경우, 제1 다중막 캡슐에 포함되는 물에는 후기 생장에 필요한 영양분을 포함하며, 제2 다중막 캡슐에 포함되는 물에는 중기 생장에 필요한 영양분을 포함하며, 제3 다중막 캡슐에 포함되는 물에는 초기 생장에 필요한 영양분을 포함할 수 있다. 이때, 제1 다중막 캡슐이 가장 내부에 포함되는 다중막 캡슐이며, 제3 다중막 캡슐이 가장 외곽에 위치하는 다중막 캡슐이다.

식물의 종류에 따라 생장에 필요로 하는 시기가 상이하고, 필요한 영양분의 중류가 상이한 점을 고려하여, 다중막 캡슐은 다중 캡슐로 구성할 수 있고, 이때 다중 캡슐의 수도 조절 가능하다.

다중 캡슐로 구성하는 경우, 캡슐 내에 포함되는 물에 필요한 영양분을 달리할 수 있다.

상기 영양분은 식물의 종류에 따라 차이가 있으나, 일반적으로 영양제, 비료, 아미노산, 비타민, 미생물, 유기물, 부식산(Humic Acid), 질소, 인산, 가리, 붕소, 아연, 구리, 망간, 철 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

상기 영양분은 식물의 성장에 필요한 영양분은 제한 없이 사용 가능하며, 키우고자 하는 식물의 종류에 따라, 필수 영양분에 차이가 발생할 수 있고, 성장 시기에 맞춰 영양분의 종류가 차이가 발생할 수 있는 점을 고려하여, 상기 다중 캡슐의 물 속에 영양분을 달리하여 포함시킬 수 있다. 마찬가지로, 식물 생장 전체에 필요한 영양분의 경우에는 다중 캡슐 내에 포함되는 물 모두에 함께 포함되어 지속적으로 영양분의 공급을 가능하게 한다.

본 발명의 다른 일 실시예로, 상기 알긴산 막은 아가로스(Agarose), 키토산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 성분과 결합한 하이드리드 알긴산 막으로 구성할 수 있다.

보다 구체적으로, 아가로스-알긴산 막 또는 키토산-알긴산 막을 포함하는 다중막 캡슐에 관한 것이다.

상기 아가로스-알긴산 막 및 키토산-알긴산 막의 경우, 알긴산 막으로만 구성되는 경우에 비해, 물리적인 특성을 높여, 외부의 충격에 의한 손상 발생 가능성을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 막을 통한 물의 배출 양상을 달리하여 식물에 맞는 적절한 수분 공급이 가능하게 한다.

즉, 알긴산 막에 비해, 아가로스-알긴산 막 및 키토산-알긴산 막을 다중막으로 구성하여 이용하는 경우, 알긴산 막만 사용하는 경우에 비해, 초기 물 방출양을 25 내지 50%까지 감소시키고, 이후, 방출양이 점차 증가하여, 같은 양의 물을 포함하는 경우에 비해, 보다 장시간 물을 방출할 수 있도록 다중막 캡슐을 구성할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐의 제조 방법은 1) 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 구형의 얼음을 담가 구형의 얼음의 표면에 2가 금속 이온 수용액을 입히는 단계; 2) 상기 1) 단계의 2가 금속 이온 수용액을 입힌 구형의 얼음을 알긴산 용액에 넣어 반응시키는 단계; 3) 상기 2) 단계의 알긴산 용액과 반응시킨 구형의 얼음을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 담가 2차 반응시켜, 구형의 얼음 표면에 알긴산 막을 형성하는 단계; 및 4) 상기 1) 내지 3) 단계를 반복하여 알긴산 다중막을 형성하는 단계를 포함한다.

구형의 다중막 캡슐을 제조하기 위하여, 직경이 20 내지 30mm인 구형의 얼음을 준비하고, 상기 구형의 얼음을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 담가 구형의 얼음 표면에 2가 금속 이온 수용액을 입힌다.

즉, 구형의 얼음 표면에 2가 금속 이온 수용액이 도포된 상태로 제조한다. 상기 2가금속 이온은 Cu²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺ 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 바람직하게는 Cu²⁺, Ca²⁺ 및 Sr²⁺로 이루어진 군으로부터 선택되며, 보다 바람직하게는 Cu²⁺이나, 상기 예시에 국한되지 않는다.

구형의 얼음 표면에 2가 금속 이온 수용액을 도포한 이후, 알긴산 용액에 담궈, 얼음 표면에 도포된 2가 금속 이온과 알긴산이 반응할 수 있도록 한다.

이후, 알긴산의 카르복실기와 2가 금속 이온이 가교 결합할 수 있도록, 구형의 얼음을 재차 2가 금속 이온 수용액에 담궈 2차 반응을 유도하며, 상기 반응에 의해, 구형의 얼음 표면에 알긴산 겔이 형성되어, 알긴산 막이 생성된다.

이후, 동일한 반응 과정을 수차례 반복하면, 알긴산 막이 다수 형성될 수 있다.

상기 제조 방법에 의해, 구형의 얼음 표면에 복수의 알긴산 막이 형성되고, 알긴산 막 내부의 얼음이 녹아, 물로 형태가 변환되면, 다중막 캡슐 내에 물이 포함되어, 내부에 포함된 물이 다중막을 통해 외부로 서서히 배출될 수 있다.

상기의 제조 방법에 의해 다중막 캡슐을 제조하는 경우, 내부에 물이 포함되고, 상기 내부의 물을 구형의 다중 알긴산 막이 감싸고 있는 형태로 제조가 가능하다.

앞서 설명 한 바와 같이, 본 발명의 다중막 캡슐은 다중 캡슐의 형태로 제조가 가능하며, 다중 캡슐로 제조하기 위해서는,

5) 구형의 틀에 다중막이 형성된 구형의 얼음을 넣고, 물을 넣은 다음 얼려 구형의 얼음 캡슐을 제조하는 단계; 6) 상기 5) 단계의 구형의 얼음 캡슐을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 담가 구형의 얼음 캡슐 표면에 2가 금속 이온 수용액을 입히는 단계; 7) 상기 6) 단계의 2가 금속 이온 수용액을 입힌 구형의 얼음 캡슐을 알긴산 용액에 넣어 반응시키는 단계; 8) 상기 7) 단계의 알긴산 용액과 반응시킨 구형의 얼음을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 담가 반응시켜, 구형의 얼음 캡슐 표면에 알긴산 막을 형성하는 단계; 및 9) 상기 6) 내지 8) 단계를 반복하여 알긴산 다중막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

보다 구체적으로, 1) 내지 4) 단계의 제조 공정을 진행하여, 구형의 얼음 표면에 다중막을 형성하고, 상기 외부에 다중막이 형성된 구형의 얼음을 직경 40 내지 60mm의 구형 얼음 틀에 넣고, 물을 부어 얼려, 내부에 다중막 캡슐이 포함된 직경 40 내지 60mm의 제2 구형 얼음을 제조한다.

이후, 제2 구형의 얼음을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 담궈, 표면에 2가 금속 이온 수용액이 도포되도록 한다.

2가 금속 이온 수용액이 도포된 제2 구형의 얼음을 알긴산 용액에 넣어 반응시킨다.

반응성을 더욱 높이기 위하여, 알긴산 용액에서 제2 구형의 얼음을 꺼내, 2가 금속 이온 수용액에 담궈 2차 반응을 시켜, 알긴산 겔이 생성되어, 제2 구형의 얼음 표면에 알긴산 막을 형성한다.

상기 동일한 과정을 반복하여, 제2 구형의 얼음 표면에 알긴산 다중막을 형성한다.

이런 공정을 통해, 내부에 물을 포함하고, 상기 물을 구형의 제1 알긴산 다중막이 감싸고, 상기 제1 알긴산 다중막을 다시 물이 감싸고 있고, 상기 물을 다시 제2 알긴산 다중막을 감싼 형태인 다중 캡슐로 제조할 수 있다.

상기 2가 금속 이온은 Cu²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺ 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 바람직하게는 Cu²⁺, Ca²⁺ 및 Sr²⁺로 이루어진 군으로부터 선택되며, 보다 바람직하게는 Cu²⁺이나, 상기 예시에 국한되지 않는다.

상기 2가 금속 이온 수용액은 CaCl₂, CuCl₂, SrCl₂, MnCl₂, CoCl₂, NiCl₂, FeCl₂ 및 MgCl₂로 이용할 수 있으나, 2가 금속 이온을 포함하는 수용액이면 상기 예시에 국한되지 않고 모두 사용 가능하다.

상기 2가 금속 이온 수용액은 2가 금속 이온의 함유량이 1 내지 3%의 수용액이며, 바람직하게는 2% 수용액이나, 상기 예시에 국한되지 않는다.

상기 알긴산 용액은 알긴산 함유량이 0.5 내지 2%인 용액으로 이용 가능하나, 바람직하게는 1%의 알긴산 용액이나, 상기 예시에 국한되지 않는다. 상기 알긴산 용액을 0.5% 미만으로 사용하는 경우, 겔막의 두께가 너무 얇아 물리적 특성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 2% 초과인 경우, 알긴산 겔막의 자체 무게로 인해 흘러 내려 막이 벗겨지는 문제가 있다.

아가로스-알긴산 막을 제조하기 위해서는, 알긴산 용액에 아가로스 용액을 혼합한 아가로스-알긴산 용액을 제조하고, 상기 다중막 캡슐의 제조 시에, 알긴산 용액 대신 아가로스-알긴산 용액을 사용함으로써, 아가로스-알긴산 막이 형성된 다중막 캡슐을 제조할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예로, 키토산-알긴산 막이 형성된 다중막 캡슐을 제조하기 위해서는 1') 알긴산 용액에 구형의 얼음을 담가 구형의 얼음의 표면에 알긴산 용액을 입히는 단계; 2') 상기 1') 단계의 알긴산 용액을 입힌 구형의 얼음을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 넣어 반응시키는 단계; 3') 상기 2') 단계의 금속 이온 수용액과 반응시킨 구형의 얼음을 알긴산 용액에 담가 반응시켜, 구형의 얼음 표면에 알긴산 막을 형성하는 단계; 및 4) 상기 1) 내지 3) 단계를 반복하여 알긴산 다중막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 금속 이온 수용액은 키토산을 포함한다.

앞선 다중막 캡슐의 제조 방법과 순서를 달리하여, 구형의 얼음을 알긴산 용액에 담가 구형의 얼음 표면에 알긴산 용액을 도포하고, 이후 2가 금속 이온 수용액과 1차 반응시킨다.

이후, 알긴산과 2가 금속과의 가교 결합을 위해, 알긴산 수용액에 구형의 얼음을 담가 2차 반응시켜, 구형의 얼음 표면에 알긴산 막을 형성한다.

이때, 금속 이온 수용액에 키토산을 용해시킨 2가 금속 이온 수용액을 이용한다.

상기 키토산은 시트르산에 녹인 후, 2가 금속 이온 수용액에 혼합하여, 최종적으로 키토산이 0.1 내지 0.3% 포함된 키토산-2가 금속 이온 수용액을 제조한다.

아가로스와 달리, 키토산은 약산에 잘 녹고 양이온 성질을 갖고 있기 때문에, 알긴산 수용액에 혼합하면 의도하지 않은 이온 가교가 형성되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 키토산은 2가 금속 이온 수용액에 혼합시켜, 키토산-알긴산 막이 형성된 다중막 캡슐을 제조한다.

바람직하게, 제조한 다중막 캡슐을 2가 금속 이온 수용액에 30 내지 60분 동안 보관하는 공정을 추가로 포함하는 경우, 제조된 다중막 캡슐의 물리적 특성인 강도가 증가하는 것을 확인하였다.

본 발명은 물을 포함하는 다중막 캡슐로 제공하여, 식물이 생장하는 토양 내에 직접 넣을 수 있고, 상기 캡슐 내에 포함되는 물이 다중막에 의해 지속적으로 배출될 수 있도록 구성하여, 지속적인 수분의 공급이 가능하게 하여, 소량의 물로 장기간 식물의 발아나 생장에 이용할 수 있다.

또한, 식물의 발아나 생장 과정에서 필요한 영양분을 공급 시기에 적절하게 공급할 수 있어, 과도한 퇴비나 해충제의 사용을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중막 캡슐의 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중막 캡슐의 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중막 캡슐의 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 4는 2가 금속 이온의 종류에 따른 알긴산 겔의 형성에 대한 양상 비교 결과이다.
도 5는 2가 금속 이온의 종류 및 아가로스 농도에 따른 알긴산 겔의 강도 비교 결과이다.
도 6은 보관 방식 및 알긴산 농도에 따른 알긴산 겔의 강도 비교 결과이다.
도 7은 다중막 캡슐에서의 막의 겹수 및 시간의 경과에 따른 변화에 대한 양상 비교 결과이다.
도 8은 공기 중에서 시간의 경과에 따른 2중 캡슐의 변화 양상이다.
도 9는 키토산 및 아가로스를 이용하여 2중 캡슐을 제조한 이후, 공기 중에서의 시간의 경과에 따른 양상 비교 결과이다.
도 10은 막의 겹수에 따른 물의 방출량을 측정한 결과이다.
도 11은 키토산 및 아가로스를 포함하는 알긴산 막에 대한 물의 방출량을 측정한 결과이다.
도 12는 외부 캡슐 막의 겹수에 따른 물의 방출량을 측정한 결과이다.
도 13은 내부 캡슐 막의 겹수에 따른 물의 방출량을 측정한 결과이다.
도 14는 키토산 및 아가로스를 포함하는 알긴산 막에 대한 물 방출량을 측정한 결과이다.
도 15는 다중막 캡슐의 위치 및 제조 방법의 차이에 따른 식물 생장에 미치는 영향을 실험한 결과이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

[제조예 1: 다중막 캡슐의 제조]

CaCl₂ 2% 수용액을 입힌 구형 얼음(직경 25mm)을 1% 알긴산 용액에 담그고, 다시 2% 농도의 CaCl₂ 용액에 넣어 1분 동안 얼음 겉에 겔 막을 형성하였다. 이 과정을 반복하여 여러 겹의 막을 형성하였다.

[제조예 2: 금속 이온의 종류를 달리한 다중막 캡슐의 제조]

CaCl₂ 대신 CuCl₂, SrCl₂, MnCl₂, CoCl₂, NiCl₂, FeCl₂ 및 MgCl₂을 이용하고, 상기 제조예 1과 동일한 방식을 이용하여 다중막 캡슐을 제조하였다.

[제조예 3: 알긴산 용액의 농도를 달리한 다중막 캡슐의 제조]

알긴산 용액을 0.5%, 1% 및 2%로 알긴산의 농도를 달리한 용액을 이용하고, 제조예 1과 동일한 방식으로 다중막 캡슐을 제조하였다.

[제조예 4: 다중 캡슐의 제조]

제조예 1의 다중막 캡슐을 제조한 이후 직경 50mm의 구형 얼음틀 속에 제작한 알긴산 캡슐을 넣고 물을 부어 다시 얼렸다. 이후 제조예 1의 과정을 반복하여 캡슐 속에 캡슐이 들어간 다중막 캡슐을 제조하였다.

[제조예 5: 아가로스-알긴산 캡슐의 제조]

알긴산 용액 대신 아가로스 용액을 알긴산 1% 용액에 혼합한 용액을 사용한 것을 제외하고 제조예 1의 방식을 이용하여 다중막 캡슐을 제조하였다.

[제조예 6: 키토산-알긴산 캡슐의 제조]

키토산을 시트르산에 녹인 이후, CaCl₂ 1% 용액에 혼합하여 키토산 0.2% 용액을 만들고, 구형 얼음(직경 25mm)을 1% 알긴산 용액에 담궈 구형 얼음의 표면에 알긴산 용액을 입힌 다음, 키토산 용액에 담그고, 다시 1% 알긴산 용액에 넣어 1분 동안 얼음 겉에 겔 막을 형성하였다. 이 과정을 반복하여 여러 겹의 막을 형성하였다.

[실험예 1: 금속 이온의 종류에 따른 알긴산 겔 형성 양상의 비교]

8가지 1% 금속 이온 수용액(Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Cu²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺)을 준비하고, 1% 알긴산 용액 20mL을 각 이온 수용액에 넣어 시간에 따른 겔의 형성 과정과 모양을 관찰하였다.

그 결과는 도 4와 같다. 도 4에 따르면, Cu²⁺, Ca²⁺ 및 Sr²⁺ 순서로 알긴산 겔이 잘 형성되었다. 약 10분 안에 구형의 겔이 형성되었으며 시간이 흐를수록 겔이 더 단단해지는 경향을 보였다. Mn²⁺, Co²⁺ 및 Ni²⁺ 이온은 겔이 형성되는데 약 30분 이상이 소요되었으며, 만들어진 겔의 형태도 구형이 아닌 넓은 덩어리 모양이었다. Fe²⁺ 및 Mg²⁺ 이온은 겔이 형성되지 않았다.

[실험예 2: 알긴산 겔 영률(Young’s Modulus) 계산을 통한 강도 측정]

알긴산 겔의 강도를 측정하기 위해 영률을 계산하였다. 우선 페트리 접시에 알긴산 용액을 골고루 펴 부은 후에 그 위에 5% 이온 용액을 10 ml 정도 부어서 1분 동안 겔을 형성시킨다. 형성된 겔을 직사각형 모양으로 자른 후, 길이와 너비는 자로, 두께는 캘리퍼스를 사용하여 측정하였다. 마지막으로 필름의 한 쪽을 책상 끝에 고정시킨 후 반대쪽 끝은 용수철 저울과 연결된 빨래집게로 잡아당겨 힘과 늘어난 길이를 측정하고, 영률 공식에 대입시켜 수치화하였다. 이 때 각 실험 조건 당 샘플을 10개 준비하고 각각 영률을 측정한 후, 평균값을 최종 결과로 도출하였다.

도 5는 금속 이온의 종류 및 알긴산의 농도에 따른 겔의 강도를 비교한 결과이다. 금속 이온의 종류를 다르게 하거나 농도가 다른 아가로스 수용액을 혼합해서 알긴산 겔을 제작하고 각각의 영률을 측정·비교하였다.

금속 이온의 경우, 알긴산 겔 강도는 Cu²⁺가 가장 높았고, 그 다음으로는 Ca²⁺, Sr²⁺ 및 Co²⁺ 순이었다.

아가로스 0.5% 용액과 알긴산 2% 용액을 1:1 비율로 혼합하여 형성된 하이브리드 겔의 강도는 알긴산 용액만으로 만들어진 겔 강도와 차이가 거의 없었으나, Agarose 수용액 농도가 증가할수록 겔의 강도가 높아지는 것을 확인하였다.

도 6에 따르면, 알긴산 0.5% 용액으로 만들어진 겔보다 1%와 2% 용액으로 만든 겔의 강도가 높았으나, 1%와 2% 용액에 따른 강도 차이는 유의미하지 않았다. 2% 알긴산 용액으로 제작한 겔을 KCl 수용액, CaCl2 수용액, 물에 24시간 동안 보관한 후 강도 변화를 측정해 보았다. KCl 수용액 안에 있던 겔은 강도가 매우 약하져서 바로 찢어졌으며, 물에 보관했던 겔은 강도의 변화가 거의 없었다. CaCl₂ 수용액에 보관했던 겔은 강도가 약 1.5배 증가하는 것을 관찰하였다.

[실험예 3: 공기 중에서의 다중막 캡슐의 모양 변화]

제작한 다중 막 알긴산 캡슐을 페트리접시에 놓고, 공기 중에서 물이 빠지면서 건조되어 가는 과정을 사진으로 기록하였다.

도 7은 다중막 캡슐의 막의 겹수에 따른 공기 중의 변화 양상을 관찰한 것으로, 단일 캡슐을 둘러싸는 알긴산 막의 겹 수가 증가할수록 같은 시간 동안 캡슐에서 방출되는 물의 양이 감소하는 것을 확인하였다. 즉 이는 반대로 막의 겹 수가 증가할수록 물이 더욱 천천히 빠져나오는 것을 의미하였다.

이는 막의 겹 수를 조절하여 방출되는 물의 양과 시간을 조절할 수 있을 것을 의미한다.

또한 홀겹인 경우 처음 18시간 동안 캡슐이 극심하게 변화하다가 점점 변화 양상이 완화되는 모습을 통해 물 방출 속도가 처음에는 빨랐다가 점점 느려지는 것을 확인하였다. 막의 겹수가 증가할수록 물 방출 속도 및 캡슐의 변화가 일정하였다.

도 8은 다중 캡슐의 공기 중에서의 변화 양상을 확인한 것으로, 다중 캡슐에서 물이 방출되고 형태가 변화하는 양상은 단일 캡슐의 변화 양상과 매우 유사하나 몇 가지 차이점을 관찰할 수 있었다. 첫 번째로 다중 캡슐에 들어 있는 물이 양(60mL)이 단일 캡슐(10mL)에 비해 훨씬 많아서 그만큼 물이 방출되는 시간이 늘어난다는 것이다. 단일 캡슐은 약 3일 내에 모두 말라버린 것에 비해 다중 캡슐은 마르는데 더 오랜 기간이 소요되었다. 두 번째로 캡슐 속의 캡슐을 통해 물 방출 시간과 양을 조절할 수 있다는 것이다. 단일 캡슐에서 막의 겹수를 조절하여 방출되는 물의 양을 조절함과 동시에 내부에 또 다른 캡슐을 투입하는 방식으로 방출양과 속도를 세심하게 조절할 수 있음을 의미한다. 또한 이는 내부 캡슐 속에 식물 영양제 등 다른 물질을 담으면 시차를 두고 원하는 성분을 방출시킬 수 있을 것을 의미한다고 할 것이다.

도 9는 알긴산 용액의 농도를 달리한 이후 다중 캡슐의 제작 용이성을 확인한 것(도 9(d))으로 0.5% 용액으로 만든 겔 막의 경우 두께가 0.3mm, 1% 용액으로 만든 겔막의 경우 두께가 약 0.5mm였고, 2% 용액은 겔막이 구형 얼음을 둘러싸지 못하고 겔막의 자체적인 무게로 인해 계속 흘러내리며 벗겨지는 현상이 발생하였다. 따라서 알긴산 1% 용액과 CaCl₂ 1% 수용액을 이용하여 캡슐을 만드는 것이 가장 용이함을 의미하며, 상기 농도 범위에서, 단일, 2중, 3중 캡슐은 물론 여러 겹의 막을 만들 수 있음을 확인하였다.

도 9는 키토산, 아가로스를 이용한 다중 캡슐을 제조한 이후, 공기 중에서의 변화 양상을 관찰한 결과(도 9(a), (b) 및 (c))이다. 상기 결과에 따르면, Agarose나 키토산을 혼합하여 캡슐막의 물리적 성질을 조절할 수 있음을 확인하였다. Agarose-알긴산 하이브리드 캡슐과 키토산-알긴산 하이브리드 캡슐 모두 강도와 물 방출양에 있어 기존의 알긴산 캡슐과 다르다는 것을 확인하였다. 이는 캡슐의 개수와 막의 겹수 뿐만 아니라 구성성분 변화를 통한 막의 물리적 성질 변화를 통해서도 캡슐에서 방출되는 물의 양과 시기를 조절할 수 있음을 의미한다고 할 것이다.

[실험예 4: 시간의 경과에 따른 물 방출량의 측정]

막의 겹 수와 구성성분을 다르게 하여 만들어진 캡슐을 밀폐용기에 넣고, 매일 빠져나온 물의 양을 마이크로파이펫을 이용하여 측정하고, 기록하였다.

도 10은 다중막 캡슐의 물 방출량을 확인한 것으로, 결과에 따르면, 겹수가 증가할수록 평균 기울기가 줄어드는 것을 확인할 수 있는데, 이는 겹수에 따라 물이 방출되는 시간이 증가하고, 방출 속도가 줄어든다는 것을 의미한다. 또한 겹수가 증가할수록 기울기가 감소하는 경향이 없이 일정한 속도로 물이 방출되고 있음을 확인할 수 있는데 이는 겹수가 많을수록 물 공급의 일관성과 지속성을 확보할 수 있음을 의미한다.

도 11은 키토산-알긴산 막 및 아가로스-알긴산 막에 대한 물 방출량을 확인한 것으로, 알긴산으로만 막을 만들었을 때에는 물의 방출 속도가 급격히 감소하는 반면, 아가로스-알긴산 막을 사용한 경우는 초기에 물이 조금만 방출되다가 시간에 따라 방출양이 점점 증가하고 다시 감소하는 양상을 보였다. 키토산-알긴산 막을 사용했을 때는 초반 방출량이 거의 없다가 시간이 지나면서 방출량이 증가하는 것을 확인하였다.

도 12는 다중 캡슐에 대한 물 방출량을 측정한 결과로, 단일 캡슐과의 가장 큰 차이점은 중간에 물 방출양이 일시적으로 증가하는 피크지점이 존재한다는 점과 물이 방출되는 기간이 2배 정도 늘어났다는 점이다. 중간에 피크지점이 존재하는 이유는 외부 캡슐의 물이 방출되면서 내부 캡슐의 물이 빠져나올 수 있는 공간이 일시적으로 생기기 때문으로 보이며. 물 방출기간이 증가하는 이유는 물의 양이 많으며, 캡슐의 크기와 부피에 따른 장력의 차이 때문으로 판단된다. 2중 캡슐도 겹의 수가 증가할수록 방출기간 또한 증가함을 확인하였다.

도 13은 다중 캡슐에서의 내부 캡슐 막의 겹수에 따른 물 방출량을 확인한 것으로, 내부 캡슐의 막겹수가 2겹과 3겹일 때에는 피크의 차이가 거의 없었으나, 5겹으로 증가시켰을 때에는 중간 피크 지점이 훨씬 늦게 나타남을 알 수 있다. 내부 캡슐의 겹 수가 높으면 내부 캡슐에서 물이 방출되는 기간도 늦어짐에 따라 중간 피크 지점도 늦어진다는 것을 의미하고, 이는 내부 캡슐의 겹의 개수 변화를 통해 중간 방출 피크지점의 시점을 조정할 수 있음을 의미한다.

도 14는 키토산-알긴산 막 및 아가로스-알긴산 막을 이용하여 다중 캡슐을 제조한 이후, 물 방출량을 측정한 것이다. 보다 구체적으로, 2중 캡슐을 만들고 외부캡슐의 최외각 막을 하이브리드 겔로 만들었을 때 방출 거동의 차이점을 관찰하였다. 내부 캡슐은 모두 동일하게 2 겹으로 만들었다. 알긴산 캡슐은 초기에 물이 급격하게 방출되었다가 점점 방출양이 지수적으로 감소하였다. 아가로스-알긴산 캡슐은 초반 방출양이 알긴산 겔 대비 50% 정도로 줄었고, 10일 정도 계속 일정하게 물이 방출되었다. 키토산-알긴산 겔의 경우는 초반 물 방출양이 알긴산 겔 대비 25% 정도로 매우 감소했고, 이후 방출양이 점차 증가하다가 13일 이후 급격한 감소를 나타냈다.

[실험예 5: 식물 생장의 관찰]

투명한 화분 속에 겨자 모종을 넣고 뿌리 근처에 다중막 알긴산 물 캡슐을 투입한 후, 흙을 채웠다. 대조군에는 캡슐 속에 들어 있는 물과 같은 양의 물을 골고루 뿌려주었다. 일주일 이상 식물 생장 여부를 관찰하고, 토양 속 수분 변화도 기록하였다.

도 15에 따르면, 마지막 실험으로 제작한 알긴산 캡슐이 실제로 식물에 지속적으로 물을 공급하고 생장에 영향을 미치는지 여부를 확인해보기 위해 겨자 모종을 이용한 식물 실험을 진행하였다. 대조군 (도 15 첫 번째 줄)은 알긴산 캡슐을 투입하지 않고 캡슐 내의 물 부피와 동일하게 60mL의 물만 골고루 뿌려준 겨자 모종이다. 실험군으로는 모두 공통적으로 알긴산 캡슐을 모종 근처에 함께 심어주는데, 캡슐이 투입된 위치와 식물 뿌리 위치에 따른 차이(뿌리가 캡슐보다 위에 있으면‘shallow’, 뿌리가 캡슐보다 밑에 있으며 ‘deep’), 단일 캡슐(6개, 총 60mL)과 이중 캡슐(1개, 총 60mL)의 차이, 그리고 아가로스-알긴산 겔과 알긴산 겔의 차이를 두고 디자인하였다.

총 10일간 관찰하였는데, 우선 대조군은 이틀째부터 시들어가기 시작하더니 관찰 3일 째부터 아예 시들어버렸다. 대조군과는 달리 4개의 실험군 모두 3일 이상 시들지 않았으나 조건마다 식물 생장에 큰 차이가 있었다. 첫번째로 ‘shallow’케이스가 ‘deep’케이스보다 훨씬 빨리 시들었다. 캡슐에서 방출된 물이 중력에 의해 밑으로 흐르면서 뿌리가 캡슐보다 위에 위치한 경우 물 공급이 제대로 이루어지지 않았음을 의미한다.

두번째로 2중 캡슐 1개를 넣었을 때, 단일 캡슐 6개 넣은 것보다 겨자가 더 오래 살아남았다. 단, 2중 캡슐 1개의 물 양과 단일 캡슐 6개의 물 양은 60mL로 동일했다. 이는 물 방출량 실험과도 부합하는 결과로 2중 캡슐에서 더욱 오래 지속적으로 물이 방출되기 때문에 겨자 모종의 생장 유지에 유리했을 것이다.

마지막으로, 아가로스-알긴산 2중 캡슐과 함께 심겨진 겨자 모종이 알긴산 2중 캡슐보다 훨씬 오랫동안 생장을 유지하는 것을 확인하였다. 무려 8일까지 거의 시들지 않았고, 12일 후부터 시들기 시작하였는데, 역시 앞서 물방출 실험 결과와 동일하게 아가로스-알긴산 캡슐이 그냥 알긴산 캡슐보다 오랫동안 천천히 물을 방출하기 때문으로 판단된다. 즉, 식물의 생장에 있어서 단순히 공급된 물의 양보다는 물 공급의 지속성과 일관성이 훨씬 중요한 요소로 작용하며, 이를 확보할 수 있는 방안을 제안하는 것이 중요하다는 점을 의미한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (9)

1. 농작물 및 원예 작물을 포함한 식물에 지속적인 수분을 공급하기 위한 다중막 캡슐로,
   상기 다중막 캡슐은 구형이며, 내부는 물을 포함하며, 외부는 2가 금속이온 및 알긴산의 결합에 의한 알긴산 막을 포함하며,
   상기 알긴산 막은 다수의 알긴산 막이 형성된 다중막 형태인
   지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐.
2. 제1항에 있어서,
   상기 2가 금속 이온은 Cu²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺ 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는
   지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐.
3. 제1항에 있어서,
   상기 다중막 캡슐은 내부에 물을 포함하며 외부에 알긴산 겔이 다중 막을 형성한 구형의 제1 다중막 캡슐; 및
   상기 구형의 제1 다중막 캡슐의 외부를 감싸는 구형의 제2 다중막 캡슐을 추가로 포함하며,
   상기 제1 다중막 캡슐 및 제2 다중막 캡슐의 사이에 물을 더 포함하는
   지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 다중막 캡슐 내에 포함된 물은 농작물 및 원예 작물을 포함한 식물의 후기 성장에 필요한 영양분을 포함하는
   상기 제2 다중막 캡슐 내에 포함된 물은 농작물 및 원예 작물을 포함한 식물의 초기 성장에 필요한 영양분을 포함하는
   지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐.
5. 제1항에 있어서,
   상기 알긴산 겔은 아가로스(Agarose), 키토산(Chitosan) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 추가로 포함하는
   지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐.
6. 1) 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 구형의 얼음을 담가 구형의 얼음의 표면에 2가 금속 이온 수용액을 입히는 단계;
   2) 상기 1) 단계의 2가 금속 이온 수용액을 입힌 구형의 얼음을 알긴산 용액에 넣어 반응시키는 단계;
   3) 상기 2) 단계의 알긴산 용액과 반응시킨 구형의 얼음을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 담가 2차 반응시켜, 구형의 얼음 표면에 알긴산 막을 형성하는 단계; 및
   4) 상기 1) 내지 3) 단계를 반복하여 알긴산 다중막을 형성하는 단계를 포함하는
   지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 다중막 캡슐은,
   5) 구형의 틀에 다중막이 형성된 구형의 얼음을 넣고, 물을 넣은 다음 얼려 구형의 얼음 캡슐을 제조하는 단계;
   6) 상기 5) 단계의 구형의 얼음 캡슐을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 담가 구형의 얼음 캡슐 표면에 2가 금속 이온 수용액을 입히는 단계;
   7) 상기 6) 단계의 2가 금속 이온 수용액을 입힌 구형의 얼음 캡슐을 알긴산 용액에 넣어 반응시키는 단계;
   8) 상기 7) 단계의 알긴산 용액과 반응시킨 구형의 얼음을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 담가 반응시켜, 구형의 얼음 캡슐 표면에 알긴산 막을 형성하는 단계; 및
   9) 상기 6) 내지 8) 단계를 반복하여 알긴산 다중막을 형성하는 단계를 포함하는
   지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐의 제조 방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 알긴산 용액은 아가로스(Agarose)를 더 포함하는
   지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐의 제조 방법.
9. 1') 알긴산 용액에 구형의 얼음을 담가 구형의 얼음의 표면에 알긴산 용액을 입히는 단계;
   2') 상기 1') 단계의 알긴산 용액을 입힌 구형의 얼음을 2가 금속 이온을 포함하는 금속 이온 수용액에 넣어 반응시키는 단계;
   3') 상기 2') 단계의 금속 이온 수용액과 반응시킨 구형의 얼음을 알긴산 용액에 담가 반응시켜, 구형의 얼음 표면에 알긴산 막을 형성하는 단계; 및
   4) 상기 1) 내지 3) 단계를 반복하여 알긴산 다중막을 형성하는 단계를 포함하며,
   상기 금속 이온 수용액은 키토산을 포함하는
   지속적인 수분 공급을 위한 다중막 캡슐의 제조 방법.

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