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문제 정의
- 따라서, 본 연구는 실험에 미치는 환경적 요인을 최소화하고 상대적으로 적은 비용과 시간으로 다양한 광원의 파장, 광량 및조사시간에 대한 주광성 반응 실험을 수행할 수 있는 표준화된 LED주광성실험장치를 개발하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
- 형광등 (T5-508W)은 기존 유아 등으로 널리 사용된 광원으로 LED와의 활성 비교를 위한 대조구로 설정하였고 각각의 LED파장별 모듈은 회로판에 40개로 구성하여 다양한 광량을 구현하고 발열의 발생을 최소로 갖도록 구성하였다. LED 회로판은 조절용 회로판에 탈부착이 가능한 형태(Fig. 3C)로 최대 세 개의 LED 회로판을 부착할 수 있도록 개발하였으며, 컨트롤러는 버튼식 조정 장치로 광원부로 유입되는 전력을 통제하여 조절용 회로판에 부착된 LED회로판을 조절할 수 있도록 고안된 장치로 컨트롤러를 통해 조사 조건을 설정하면 조절용 회로판을 통해 통제된 전력이 LED회로판으로 인가되어 LED회로판의 LED 모듈을 on/off하여 단일 파장 및 혼합파장을 조절할 수 있을 뿐만 아니라 광량을 조절하여 다양한 광량을 구현할 수 있도록 설정하였다. 한편, 광원에서 발생하는 열에 의해 실험장치 내부의 온도가 상승함에 따라 온도에 민감한 공시충의 경우 빛에 의한 이동이 아닌 온도에 따른 이동 현상을 나타낼 수 있다.
- LED와 형광등의 광원으로서의 효율성을 검증하기 위하여 광 확산범위와 광효율성을 평가하였다. 먼저 광확산범위를 확인하기 위하여 모든 광원의 광량을 동일하게 고정(860 lux) 하고실험장치의 중앙 부분까지의 광량을 조도계로 측정한 결과, Table 2에서와 같이 625nm(Red)는 86 lux로 나타났으며 470 nm (Blue)와 520 nm(Green)는 85 lux, 590 nm(Ybllow)는 75 lux로 50 lux가 측정된 형광등에 비해 우수한 광확산범위를 갖는 것으로 확인되었다.
- 본체 내부에 위치한 가림막을 이동시켜 공시충을 광원에 노출 후 시간 경과에 따른 결과를 관찰하였다. 가림막을 기준으로 분할된 공간의 위치에 따라 광원이 위치한 공간으로 이동한 개체는 유인으로 간주하고, 광원으로부터 멀리 떨어진 공간에 위치한 개체는 기피, 그리고 투입된 중앙 위치에서 이동하지 않은 개체를 무반응으로 간주하였다(Fig. 1).
- 주광성 실험장치에 대한 주광성 실험의 진행은 항온항습이 유지되는 암실조건에서 광원의 파장, 광량 및 노출 시간에 따른 밤나방과인 파밤나방 (Spodoptera과 담배거세미나방(Spodoptera exigua)의 반응을 관찰하였다. 각각의 LED파장을 변화시키면서, 조도계(LM-332; AS ONE Co., Ltd, Tokyo, Japan)를 통해 선택된 파징의 광량을 중앙 지점(70 cm)에서 측정하여 광량을 조절하고 공시충을 투입하였다. 본체 내부에 위치한 가림막을 이동시켜 공시충을 광원에 노출 후 시간 경과에 따른 결과를 관찰하였다.
- 기존 유아 등으로 널리 사용된 형광등을 대상으로 LED와의 효율성 실험을 통한 광원 간의 특성을 살펴보기 위하여 광확산범위와 광효율을 측정하였다. 광 확산범위실험은 광원으로부터 10cm 떨어진 지점에서 광량을 측정하였을 때, 형광등을 기준(860 lux)으로 모든 LED 광량을 설정한 뒤 곤충이 투입되는 중앙(측면으로부터 70 cm)부분까지의 광량 변화를 측정하였다. 광효율성 실험은 20 lux 단위로 100 lux까지의 광효율(lux/W)을 측정하여 형광등을 기준으로 상대적인 효율성의 차이를 분석하였다.
- 사용된 LED의 자세한 제원은 구입처에서 제공한 data sheet를 바탕으로 Table 1에 나타냈다. 광원부 하단에 두 개의 냉각팬을 설치하여 공기가 광원부을 순환할 수 있도록 설계하였다.
- 광 확산범위실험은 광원으로부터 10cm 떨어진 지점에서 광량을 측정하였을 때, 형광등을 기준(860 lux)으로 모든 LED 광량을 설정한 뒤 곤충이 투입되는 중앙(측면으로부터 70 cm)부분까지의 광량 변화를 측정하였다. 광효율성 실험은 20 lux 단위로 100 lux까지의 광효율(lux/W)을 측정하여 형광등을 기준으로 상대적인 효율성의 차이를 분석하였다.
- 광원의 효율성 실험.기존 유아 등으로 널리 사용된 형광등을 대상으로 LED와의 효율성 실험을 통한 광원 간의 특성을 살펴보기 위하여 광확산범위와 광효율을 측정하였다. 광 확산범위실험은 광원으로부터 10cm 떨어진 지점에서 광량을 측정하였을 때, 형광등을 기준(860 lux)으로 모든 LED 광량을 설정한 뒤 곤충이 투입되는 중앙(측면으로부터 70 cm)부분까지의 광량 변화를 측정하였다.
- Wilkes [1942]는 온도 변화에 따라 곤충들은 선호하는 온도를 선택하여 이동한다고 보고하였다. 따라서 온도에 따른 영향을 최소화하기 위해서 두 개의 냉각팬을 이용하여 본체 측면부와 광원부사이에 형성된 공기를 밖으로 배출하고 새로운 공기를 받아들여 내부 온도를 일정하게 유지하도록 제작하였다.
- , Ltd, Tokyo, Japan)를 통해 선택된 파징의 광량을 중앙 지점(70 cm)에서 측정하여 광량을 조절하고 공시충을 투입하였다. 본체 내부에 위치한 가림막을 이동시켜 공시충을 광원에 노출 후 시간 경과에 따른 결과를 관찰하였다. 가림막을 기준으로 분할된 공간의 위치에 따라 광원이 위치한 공간으로 이동한 개체는 유인으로 간주하고, 광원으로부터 멀리 떨어진 공간에 위치한 개체는 기피, 그리고 투입된 중앙 위치에서 이동하지 않은 개체를 무반응으로 간주하였다(Fig.
- 2c)는 광원부와 결합하는 구간으로 광원에서 방출되는 빛을 통과시키는 역할 뿐만 아니라 광원에서 방출되는 열을 일차적으로 차단하여 공시충이 발열에 의한 온도차에 영향을 받지 않도록 하기 위해 고안되었다. 본체의 상단부(Fig. 2d)는 실험의 진행사항을 관찰할 수 있도록 투명 아크릴로 제작되었으나 광원에 의한 빛 산란의 문제점을 극복하기 위해 검은색 포맥스 재질의 상단 덮개(Fig. 2e)를 제작하여 관찰시간에 한해 뚜껑을 제거하고 관찰하도록 하였다. 내부에 설치된 가림막(Fig.
- 투입 후 2~3초가 경과하면 가림막을 이동하여 공시충을 빛에 노출시키고 빛에 대한 반응 특성에 따른 이동경로를 추적하여 빛에 대한 반응성을 판별할 수 있었다. 실험 종결 후 본체전면도어(Fig. 2g)를 통해 공시충을 회수하고 실험 중 발생할 수 있는 이물질 또는 사체를 제거하도록 고안되었다.
- 광원부는 컨트롤러, 조절용 회로판 및 냉각팬으로 구성되어 있다. 조절용 회로판은 컨트롤러가 연결되어 있고, 세부적으로 LED 40개로 구성되어 있는 LED 회로판을 최대 3 개끼지 탈부착할 수 있도록 설계하였다. 본 실험에 사용된 470 nm(blue), 520 nm(green), 590 nm(yellow), 625 nm(red) 파장의 LED는 현재 상용화된 대표적인 고효율의 LED로 Ciel light (Seoul, Korea)사와 Photron(Ansung, Korea)사로부터 구입하였고, 형광등은 성진전기(Ansung, Korea)에서 구입하였다.
- 본체 설계. 주광성 실험장치 본체의 내부는 가림막을 설치하여 공간을 구획화하도록 구성되었고, 본체 정면에는 공시충의 투입구와 전면 도어를 설치하였다. 후면부에 철망으로 덮힌 온“ 습도 조절용 구멍을 통해 실험 곤충생육에 맞는 온도와 습도가 유지하도록 설계하였다.
- 주광성 실험방법. 주광성 실험장치에 대한 주광성 실험의 진행은 항온항습이 유지되는 암실조건에서 광원의 파장, 광량 및 노출 시간에 따른 밤나방과인 파밤나방 (Spodoptera과 담배거세미나방(Spodoptera exigua)의 반응을 관찰하였다. 각각의 LED파장을 변화시키면서, 조도계(LM-332; AS ONE Co.
- 광원의 종류는 형광등과 LED로 분류할 수 있다. 형광등 (T5-508W)은 기존 유아 등으로 널리 사용된 광원으로 LED와의 활성 비교를 위한 대조구로 설정하였고 각각의 LED파장별 모듈은 회로판에 40개로 구성하여 다양한 광량을 구현하고 발열의 발생을 최소로 갖도록 구성하였다. LED 회로판은 조절용 회로판에 탈부착이 가능한 형태(Fig.
- 주광성 실험장치 본체의 내부는 가림막을 설치하여 공간을 구획화하도록 구성되었고, 본체 정면에는 공시충의 투입구와 전면 도어를 설치하였다. 후면부에 철망으로 덮힌 온“ 습도 조절용 구멍을 통해 실험 곤충생육에 맞는 온도와 습도가 유지하도록 설계하였다. 광원과 결합되는 측면 구간과 실험을 관찰하기 위한 구간은 투명 아크릴로 제작하고, 그 외의 모든 구간은 검은색 포맥스 재질로 구성되어 있다.
대상 데이터
- 후면부에 철망으로 덮힌 온“ 습도 조절용 구멍을 통해 실험 곤충생육에 맞는 온도와 습도가 유지하도록 설계하였다. 광원과 결합되는 측면 구간과 실험을 관찰하기 위한 구간은 투명 아크릴로 제작하고, 그 외의 모든 구간은 검은색 포맥스 재질로 구성되어 있다.
- 광원부(Fig. 3A and B)는 외부로부터 전원을 인가받아 이를 조절용 회로판과 컨트롤러 및 냉각팬에 공급되도록 제작하였다. 광원의 종류는 형광등과 LED로 분류할 수 있다.
- 조절용 회로판은 컨트롤러가 연결되어 있고, 세부적으로 LED 40개로 구성되어 있는 LED 회로판을 최대 3 개끼지 탈부착할 수 있도록 설계하였다. 본 실험에 사용된 470 nm(blue), 520 nm(green), 590 nm(yellow), 625 nm(red) 파장의 LED는 현재 상용화된 대표적인 고효율의 LED로 Ciel light (Seoul, Korea)사와 Photron(Ansung, Korea)사로부터 구입하였고, 형광등은 성진전기(Ansung, Korea)에서 구입하였다. 사용된 LED의 자세한 제원은 구입처에서 제공한 data sheet를 바탕으로 Table 1에 나타냈다.
성능/효과
- 결론적으로 본 연구를 통해 개발된 주광성 실험장치는 실험실 내에서 특정해중에 대한 주광성 실험의 결과에 영향을 줄 수 있는 환경요인을 최소화하고, 신속하게 적용 가능할 뿐만 아니라 다양한 광원의 파장, 광량 또는 노출 시간에 대한 결과도 함께 확보할 수 있는 장점이 있다. 이를 통해 향후 주광성을 이용한 해충제어장치를 개발하고자 할 때 본 실험장치를 통한 실험 결과들이 광원 선택의 기초적인 자료를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.
- 먼저 광확산범위를 확인하기 위하여 모든 광원의 광량을 동일하게 고정(860 lux) 하고실험장치의 중앙 부분까지의 광량을 조도계로 측정한 결과, Table 2에서와 같이 625nm(Red)는 86 lux로 나타났으며 470 nm (Blue)와 520 nm(Green)는 85 lux, 590 nm(Ybllow)는 75 lux로 50 lux가 측정된 형광등에 비해 우수한 광확산범위를 갖는 것으로 확인되었다. 광효율성 실험에서는 형광등의 평균 광 효율을 기준으로 625nm(Red)는 10.34배, 470nm(Blue)는 8.기배, 520 nm(Green)는 4.85배, 590 nm(Y811ow)는 3.20배로 형광등에 비해 매우 높은 광효율을 갖는 것으로 관찰되었다(Table 3).
- 광효율성을 평가하였다. 먼저 광확산범위를 확인하기 위하여 모든 광원의 광량을 동일하게 고정(860 lux) 하고실험장치의 중앙 부분까지의 광량을 조도계로 측정한 결과, Table 2에서와 같이 625nm(Red)는 86 lux로 나타났으며 470 nm (Blue)와 520 nm(Green)는 85 lux, 590 nm(Ybllow)는 75 lux로 50 lux가 측정된 형광등에 비해 우수한 광확산범위를 갖는 것으로 확인되었다. 광효율성 실험에서는 형광등의 평균 광 효율을 기준으로 625nm(Red)는 10.
- exigua)은 470 nm와 520nm에서 각각 76%와 87%로 나타났으며, 590 nm와 625 nm는 61%와 53%로 나타내어 상대적으로 470 nm와 520nm에서 나타난 유인 활성이 비교적 낮은 것을 관찰할 수 있었다. 비교구로 이용된 형광등의 유인 활성은 69%로 나타내어 470 nm와 520 nm 보다는 유인 활성이 떨어지지만 590 nm와 625nm보다는 우수한 유인 활성을 관찰할 수 있었다. 담배거세비나방의 경우에도 470, 520, 590 및 625nm에서 67, 51, 41 및 33% 순차적으로 유인 활성을 나타내었다.
- 담배거세비나방의 경우에도 470, 520, 590 및 625nm에서 67, 51, 41 및 33% 순차적으로 유인 활성을 나타내었다. 비교적인 면에서 대조 구인 형광등(51%)보다 470nme 우수하였지만 520nm는 비슷한 유인활성과 590 nm와 625 nm는 낮은 유인활성을 관찰할 수 있었다(Table 4).
- 주광성 실험장치를 대상으로 파밤나방(S. ㎛a)과 담배거세미나방(S. exigua)의 유인 활성을 관찰하기 위하여 동일한 광량(40 lux)에서 30분간 실험을 진행한 결과, 파밤나방(S. exigua)은 470 nm와 520nm에서 각각 76%와 87%로 나타났으며, 590 nm와 625 nm는 61%와 53%로 나타내어 상대적으로 470 nm와 520nm에서 나타난 유인 활성이 비교적 낮은 것을 관찰할 수 있었다. 비교구로 이용된 형광등의 유인 활성은 69%로 나타내어 470 nm와 520 nm 보다는 유인 활성이 떨어지지만 590 nm와 625nm보다는 우수한 유인 활성을 관찰할 수 있었다.
- 2f>은 공시충을 본체 곤충 투입구를 통해 도입하였을 때 방출된 광원을 차단하여 암 조건을 형성해 곤충의 빛에 대한 망막전위 신호(ERG)가 최대가 되도록 하였다. 투입 후 2~3초가 경과하면 가림막을 이동하여 공시충을 빛에 노출시키고 빛에 대한 반응 특성에 따른 이동경로를 추적하여 빛에 대한 반응성을 판별할 수 있었다. 실험 종결 후 본체전면도어(Fig.
후속연구
- 확보할 수 있는 장점이 있다. 이를 통해 향후 주광성을 이용한 해충제어장치를 개발하고자 할 때 본 실험장치를 통한 실험 결과들이 광원 선택의 기초적인 자료를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.
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