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문제 정의
- 나노 화합물을 이용하여 식물병원성 미생물의 항균활성을 검정하기 위하여 실험을 수행하였다. 12가지 나노 화합물을 이용하였으며, 곰팡이 3종과 수박과실썩음병(BFB: Acidovorax citrulli) 16계통을 이용하여 실험한 결과, 곰팡이 병원균에 대하여 C.
- 나노입자는 이온을 띠지 않는 중성의 나노입자로서 다양한 응용제품에 적용 시 나노입자간의 응집현상 혹은 나노입자와 응용 제품의 원재료와의 응집현상이 없으므로 응용하고자 하는 재료 내에서 나노입자의 분산성(Dispersion)이 매우 우수하다. 제작한 나노화합물을 식물병 억제에 활용하여, 식물병원성 미생물을 효과적으로 억제할 수 있는 물질을 탐색하기 위하여 실험을 실시하였다.
제안 방법
- 11가지 나노 화합물의 항균활성 실험을 위하여 수박과실썩음병(BFB: Acidovorax citrulli) 16계통을 대상으로 항균활성 실험을 실시하였다(Table 1). 공시 균주는 전국의 수박 포장에서 수집 분리한 균주와 국립유전자원센터(KACC)에서 분양 받은 균주를 이용하였다.
- 12가지 나노 화합물의 항균활성 실험을 위하여 식물병원성 곰팡이병 3종(Cylindrocarpon destructans, Pythium ultimum, Rhizoctonia solani)을 대상으로 항균활성 실험을 실시하였다. 12가지 나노 화합물 각각을 PDA 배지(MBcell, USA)에 첨가하여 사용하였으며, 배지의 온도가 50℃ 이하로 떨어졌을 때 첨가하였다. 12가지 나노 화합물은 각각 1 ppm, 5 ppm(250 ml 기준) 농도로 희석하여 사용하였다.
- 12가지 나노 화합물의 항균활성 실험을 위하여 식물병원성 곰팡이병 3종(Cylindrocarpon destructans, Pythium ultimum, Rhizoctonia solani)을 대상으로 항균활성 실험을 실시하였다. 12가지 나노 화합물 각각을 PDA 배지(MBcell, USA)에 첨가하여 사용하였으며, 배지의 온도가 50℃ 이하로 떨어졌을 때 첨가하였다.
- 공시 균주는 전국의 수박 포장에서 수집 분리한 균주와 국립유전자원센터(KACC)에서 분양 받은 균주를 이용하였다. 각각의 11가지 나노 화합물을 TSA 배지(MBcell, USA)에 첨가하여 사용하였으며, 배지의 온도가 50℃ 이하로 떨어졌을 때 첨가하였다. 11가지 나노 화합물은 각각 1 ppm, 5 ppm(250 ml 기준) 농도로 희석하여 사용하였다.
- 금속 타겟의 Input power, sputtering rate, sputtering efficiency 등을 반영하여, 나노입자의 함량이 1,000 또는 3,000 ppm이 되도록 증착시간을 지정하여 증착량을 제어하였다. 공정이 완료된 나노분말을 이용하여 식물병원성 세균 및 진균에 대한 항균활성 실험을 수행하였다(Fig. 1).
- 3 g, 활성탄(AC) 100 g, 증류수 300 ml이었다. 교반이 완료된 용액에서 증류수와 포도당을 제거하기 위해 감압펌프를 이용하여 여과공정을 수행하였다. 기능성 활성탄에 잔류하는 포도당을 제거하기 위해 60도의 증류수를 1 l 투입하여 수세공정을 수행하였다.
- 각각의 금속 타겟을 스퍼터링하는 입력 파워(Input power)는 300-500 W로 제어하였다. 금속 타겟의 Input power, sputtering rate, sputtering efficiency 등을 반영하여, 나노입자의 함량이 1,000 또는 3,000 ppm이 되도록 증착시간을 지정하여 증착량을 제어하였다. 공정이 완료된 나노분말을 이용하여 식물병원성 세균 및 진균에 대한 항균활성 실험을 수행하였다(Fig.
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기능성 활성탄 제조방법.
- 교반이 완료된 용액에서 증류수와 포도당을 제거하기 위해 감압펌프를 이용하여 여과공정을 수행하였다. 기능성 활성탄에 잔류하는 포도당을 제거하기 위해 60도의 증류수를 1 l 투입하여 수세공정을 수행하였다. 수분이 포함된 활성탄을 분리하여 상온에서 24시간 동안 자연 건조하였고, 이 때 기능성 활성탄에 잔류하는 수분의 양은 약 10% 정도였다.
- 기능성 활성탄을 제조하기 위한 후공정은 재료혼합, 교반, 여과, 수세, 건조의 순서로 진행되었다. 재료혼합단계에서는 3,000 ppm 함량의 Ag/Glucose, Cu/Glucose, Brass/Glucose을 각각 활성탄과 1:30의 무게비율로 준비하여 1 l 비이커에 투입하고 섭씨 60도의 증류수를 투입하여 30분 동안 교반하였다.
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나노 화합물의 수박과실썩음병(BFB) 병원세균 Acidovorax citrulli에 대한 항균실험.
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나노 화합물의 수박과실썩음병(BFB) 병원세균 Acidovorax citrulli에 대한 항균실험.
- 담체는 포도당(Glucose), 소금(Salt), 석회(Lime), TiO2 분말을 사용하였고, 각 분말의 입자크기는 300-400, 400-500, 50-100, 50-100 μm이다. 담체의 표면에 은(Ag), 구리(Cu), 황동(Brass) 나노입자를 형성시키기 위해, 각각의 재료로 제작된 metal target(직경: 10 inch, 두께: 10 mm)을 사용하여 DC sputtering 방법으로 나노입자를 제작하였다. DC 스퍼터링을 위한 진공조의 기본 진공도(Base pressure)는 5×10-5 Torr이었고, NPP 공정시 진공도(Working pressure)는 9×10-4-3×10-3 Torr이었다.
- 식물병원성 곰팡이는 PDA 배지 (MBcell, USA)에 배양하여 cork borer(∅: 3 mm)를 이용하여 일정한 크기의 agar plug를 나노 화합물이 첨가된 배지 중앙에 접종하여 25℃에서 7일간 배양하여 무처리 배지의 균사 생장 선단의 길이와 처리구의 생장 선단의 길이를 측정 하여 비교하였으며, 3반복 실험하여 평균값을 조사하였다.
- 기능성 활성탄을 제조하기 위한 후공정은 재료혼합, 교반, 여과, 수세, 건조의 순서로 진행되었다. 재료혼합단계에서는 3,000 ppm 함량의 Ag/Glucose, Cu/Glucose, Brass/Glucose을 각각 활성탄과 1:30의 무게비율로 준비하여 1 l 비이커에 투입하고 섭씨 60도의 증류수를 투입하여 30분 동안 교반하였다. 사용된 재료의 양은 나노분말(Ag/Glucose, Cu/Glucose, Brass/Glucose) 각 3.
- 수분이 포함된 활성탄을 분리하여 상온에서 24시간 동안 자연 건조하였고, 이 때 기능성 활성탄에 잔류하는 수분의 양은 약 10% 정도였다. 후 공정이 완료된 100 ppm 함량의 Ag/AC, Cu/AC, Brass/AC 기능성 활성탄을 이용하여 박과작물의 종자소독에 대한 성능 실험을 수행하였다.
대상 데이터
- 각각의 11가지 나노 화합물을 TSA 배지(MBcell, USA)에 첨가하여 사용하였으며, 배지의 온도가 50℃ 이하로 떨어졌을 때 첨가하였다. 11가지 나노 화합물은 각각 1 ppm, 5 ppm(250 ml 기준) 농도로 희석하여 사용하였다. 세균은 TSB배지(MBcell, USA)에 30℃/150 rpm/48 h 배양하여 1×106 cfu/ml 농도로 희석하여 사용하였다.
- 12가지 나노 화합물 각각을 PDA 배지(MBcell, USA)에 첨가하여 사용하였으며, 배지의 온도가 50℃ 이하로 떨어졌을 때 첨가하였다. 12가지 나노 화합물은 각각 1 ppm, 5 ppm(250 ml 기준) 농도로 희석하여 사용하였다. 식물병원성 곰팡이는 PDA 배지 (MBcell, USA)에 배양하여 cork borer(∅: 3 mm)를 이용하여 일정한 크기의 agar plug를 나노 화합물이 첨가된 배지 중앙에 접종하여 25℃에서 7일간 배양하여 무처리 배지의 균사 생장 선단의 길이와 처리구의 생장 선단의 길이를 측정 하여 비교하였으며, 3반복 실험하여 평균값을 조사하였다.
- 11가지 나노 화합물의 항균활성 실험을 위하여 수박과실썩음병(BFB: Acidovorax citrulli) 16계통을 대상으로 항균활성 실험을 실시하였다(Table 1). 공시 균주는 전국의 수박 포장에서 수집 분리한 균주와 국립유전자원센터(KACC)에서 분양 받은 균주를 이용하였다. 각각의 11가지 나노 화합물을 TSA 배지(MBcell, USA)에 첨가하여 사용하였으며, 배지의 온도가 50℃ 이하로 떨어졌을 때 첨가하였다.
- 담체는 포도당(Glucose), 소금(Salt), 석회(Lime), TiO2 분말을 사용하였고, 각 분말의 입자크기는 300-400, 400-500, 50-100, 50-100 μm이다.
- 본 실험에서는 물리적인 방식으로 나노입자를 코팅 기술을 이용한 Nano Particles on Powder(NPP) 기술로 제조한 나노 분말은 최종제품이 고체 상태이며, 물리적인 방식으로 제조한다. 나노입자는 이온을 띠지 않는 중성의 나노입자로서 다양한 응용제품에 적용 시 나노입자간의 응집현상 혹은 나노입자와 응용 제품의 원재료와의 응집현상이 없으므로 응용하고자 하는 재료 내에서 나노입자의 분산성(Dispersion)이 매우 우수하다.
- 재료혼합단계에서는 3,000 ppm 함량의 Ag/Glucose, Cu/Glucose, Brass/Glucose을 각각 활성탄과 1:30의 무게비율로 준비하여 1 l 비이커에 투입하고 섭씨 60도의 증류수를 투입하여 30분 동안 교반하였다. 사용된 재료의 양은 나노분말(Ag/Glucose, Cu/Glucose, Brass/Glucose) 각 3.3 g, 활성탄(AC) 100 g, 증류수 300 ml이었다. 교반이 완료된 용액에서 증류수와 포도당을 제거하기 위해 감압펌프를 이용하여 여과공정을 수행하였다.
데이터처리
- 플라즈마 물질이 첨가된 TSA배지에 30 ml씩 도말 접종하여 30℃에서 48 h 동안 배양하여 colony를 카운팅하였다. 실험은 3반복 실험하여 평균값을 조사하였다.
성능/효과
- 나노 화합물을 이용하여 식물병원성 미생물의 항균활성을 검정하기 위하여 실험을 수행하였다. 12가지 나노 화합물을 이용하였으며, 곰팡이 3종과 수박과실썩음병(BFB: Acidovorax citrulli) 16계통을 이용하여 실험한 결과, 곰팡이 병원균에 대하여 C. destructans의 경우 항균효과가 없는 것으로 확인되었으며, P. ultimum의 경우 Brass/Glucose 1,000 ppm에서 94%의 균사 생장 억제 효과를 확인하였으며, R. solani는 Ag/Glucose 3,000 ppm에서 약간의 효과는 있었으나 매우 경미한 것을 확인하였으며, 나머지 나노 화합물에서는 항균 효과가 없는 것으로 확인 되었다. A.
- 16계통의 A. citrulli균을 대상으로 한 항균활성 검정 결과, 석회의 경우 16종 모두에서 높은 항균 효과가 있는 것으로 확인되었으며, Cu/Salt 1,000 ppm의 경우 11-246 외 7종에 대하여 최소 약 97% 이상의 항균효과가 있는 것으로 확인되었으며, 11-246, 11-247, 17005, 17910 그리고 17911의 균에 대해서는 99% 이상의 효과가 있었다. Ag/Glucose 1,000 ppm은 위의 2가지 물질에 비해 다소 낮은 항균효과가 있었으나, 11-246외 7종에 대하여 63% 이상의 효과를 나타내었으며, 특히 17910 균에 대하여 91%의 항균활성 효과가 나타났다.
- solani는 Ag/Glucose 3,000 ppm에서 약간의 효과는 있었으나 매우 경미한 것을 확인하였으며, 나머지 나노 화합물에서는 항균 효과가 없는 것으로 확인 되었다. A. citrulli의 경우 석회에서 가장 높은 항균 활성을 확인하였으며, Cu/Salt 1,000 ppm는 7종에 대하여 최소 97%의 항균 활성을 보였으며, 5종에 대하여 99%의 높은 항균활성을 확인하였다. Ag/Glucose 1,000 ppm은 7종의 수박과실썩음병(BFB) 병원균 A.
- Ag/CaCO3 3,000 ppm의 경우 11-147외 6종에 대하여 약 17-90% 정도의 항균효과가 있었음을 확인하였으며 17911에 대하여 가장 항균력이 높음을 확인하였다. Ag/AC 100 ppm은 17001과 17911외 3종에 대하여 최소 24-70% 정도의 항균력이 있었으며, 17911에 대하여 약 70%의 항균효과가 있었다. Cu/AC 100 ppm은 11-163에 대하여 약 48%의 효과가 있었으며, Brass/AC 100 ppm은 11-163에 대하여 52% 정도의 항균효과가 있었음을 확인하였다(Table 4, Fig.
- 3,000 ppm의 경우 석회와 비슷하게 최소 약 92% 이상의 항균력을 확인하였다. Ag/CaCO3 3,000 ppm의 경우 11-147외 6종에 대하여 약 17-90% 정도의 항균효과가 있었음을 확인하였으며 17911에 대하여 가장 항균력이 높음을 확인하였다. Ag/AC 100 ppm은 17001과 17911외 3종에 대하여 최소 24-70% 정도의 항균력이 있었으며, 17911에 대하여 약 70%의 항균효과가 있었다.
- citrulli의 경우 석회에서 가장 높은 항균 활성을 확인하였으며, Cu/Salt 1,000 ppm는 7종에 대하여 최소 97%의 항균 활성을 보였으며, 5종에 대하여 99%의 높은 항균활성을 확인하였다. Ag/Glucose 1,000 ppm은 7종의 수박과실썩음병(BFB) 병원균 A. citrulli에 대하여 63%의 항균활성을 보여주었다. Brass/CaCO3 3,000 ppm은 석회 보다는 조금 낮은 92%의 항균 활성을 보여 주었으며, 나머지 나노 화합물은 24-70%의 항균활성을 확인하였다.
- citrulli균을 대상으로 한 항균활성 검정 결과, 석회의 경우 16종 모두에서 높은 항균 효과가 있는 것으로 확인되었으며, Cu/Salt 1,000 ppm의 경우 11-246 외 7종에 대하여 최소 약 97% 이상의 항균효과가 있는 것으로 확인되었으며, 11-246, 11-247, 17005, 17910 그리고 17911의 균에 대해서는 99% 이상의 효과가 있었다. Ag/Glucose 1,000 ppm은 위의 2가지 물질에 비해 다소 낮은 항균효과가 있었으나, 11-246외 7종에 대하여 63% 이상의 효과를 나타내었으며, 특히 17910 균에 대하여 91%의 항균활성 효과가 나타났다. Ag/Salt 300 ppm은 Ag/Glucose 1,000 ppm와 같이 11-246 외 7종에 대하여 효과가 있었으며, 특히 11-247과 11-246에 대하여 99% 이상의 항균효과가 있었고, 그 외 5종의 균에게도 최소 88% 이상의 항균효과가 있었음을 확인하였다.
- Ag/Salt 300 ppm은 Ag/Glucose 1,000 ppm와 같이 11-246 외 7종에 대하여 효과가 있었으며, 특히 11-247과 11-246에 대하여 99% 이상의 항균효과가 있었고, 그 외 5종의 균에게도 최소 88% 이상의 항균효과가 있었음을 확인하였다. Ag/Glucose 3,000 ppm의 경우 11-246과 11-247균에서만 효과가 있었으며 약 42-44% 정도의 항균효과가 있었음을 확인하였다(Table 3, Fig. 3, 4).
- Ag/Glucose 1,000 ppm은 위의 2가지 물질에 비해 다소 낮은 항균효과가 있었으나, 11-246외 7종에 대하여 63% 이상의 효과를 나타내었으며, 특히 17910 균에 대하여 91%의 항균활성 효과가 나타났다. Ag/Salt 300 ppm은 Ag/Glucose 1,000 ppm와 같이 11-246 외 7종에 대하여 효과가 있었으며, 특히 11-247과 11-246에 대하여 99% 이상의 항균효과가 있었고, 그 외 5종의 균에게도 최소 88% 이상의 항균효과가 있었음을 확인하였다. Ag/Glucose 3,000 ppm의 경우 11-246과 11-247균에서만 효과가 있었으며 약 42-44% 정도의 항균효과가 있었음을 확인하였다(Table 3, Fig.
- citrulli에 대하여 63%의 항균활성을 보여주었다. Brass/CaCO3 3,000 ppm은 석회 보다는 조금 낮은 92%의 항균 활성을 보여 주었으며, 나머지 나노 화합물은 24-70%의 항균활성을 확인하였다.
- Ag/AC 100 ppm은 17001과 17911외 3종에 대하여 최소 24-70% 정도의 항균력이 있었으며, 17911에 대하여 약 70%의 항균효과가 있었다. Cu/AC 100 ppm은 11-163에 대하여 약 48%의 효과가 있었으며, Brass/AC 100 ppm은 11-163에 대하여 52% 정도의 항균효과가 있었음을 확인하였다(Table 4, Fig. 5).
- 92 cm) 효과가 있었다. P. ultimum는 Brass/Glucose 1,000 ppm/1, 5 ppm, Brass/Glucose 3,000 ppm/1 ppm, Brass/Lime 1,000 ppm/5 ppm에서 모두 94%(0.5 cm)로 높은 균사 생장 억제 효과가 있음을 확인하였다(Fig. 2).
- 식물 곰팡이병 C. destructans, P. ultimum, R. solani 3종에 대한 은/포도당, 소금 나노 화합물의 균사 생장 억제 효과를 알아보기 위하여 실험을 실시한 결과, 3가지 곰팡이 병에 대하여 모두 항균 활성을 보이지 않은 것으로 확인되었다. Table 2에서 보면 무처리군과 처리군의 길이 생장이 plate 말단 까지 모두 자라있는 것을 확인할 수 있다(Fig.
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