본 논문에서는 산소 민감 발광 염료를 이용하여 마이크로 채널 내에서 세포가 배양되고 있을 때 산소농도를 측정하였다. 현재까지 알려진 여러 산소 민감 발광 염료 중 본 논문에서는 물에 잘 녹으며 장 시간 동안 사용하여도 독성이 없는 것으로 알려진 $[Ru(bpy)_3]^{2+}$를 사용하였으며 이와 더불어 산소 민감 염료 측정법의 단점을 보완하기 위하여 칼세인 염료를 이용하여 두 염료의 밝기 비율을 구하여 농도를 측정하였다. SCOMS 카메라와 마이크로 채널을 이용하여 캘리브레이션을 실시하고 농도와 밝기와의 관계를 구하였으며 이 관계를 이용하여 세포가 배양되는 조건에서의 배양액의 산소농도를 측정하였다. 실험 결과 채널입구에서 점점 멀어질수록 마이크로 채널 내에서 산소농도는 점점 낮아진다는 것을 관찰 할 수 있었다.
본 연구에서는 광화학 대기질 모델인 CMAQ을 활용해 화력발전소 배출량 제거에 따른 O3 농도의 변화 특성을 분석하였다. 하동 화력발전소를 대상으로 주변 지역의 O3 농도 변화에 대한 발전소 배출량의 영향을 조사하기 위해 하동 화력발전소의 배출량 제거 전과 후의 CMAQ 수치 모의를 수행하였다. 수치 모의 결과 O3의 주요 전구 물질인 NOx (-18.87%)와 VOCs (-11.27%)의 농도가 감소한 반면에 O3 (25.24%)의 농도는 증가한 것으로 나타났다. 화력발전소 배출량 제거로 인한 NO와 O3 농도의 상대적인 변화를 비교해 본 결과 높은 음의 상관관계(R= -0.72)를 나타내는 것이 확인되었다. 이러한 결과는 O3의 농도 증가가 NO 농도 감소로 인한 O3의 적정 효과 완화로 설명 될 수 있음을 의미한다. 해당 지역의 O3의 농도 증가가 NO의 농도 감소에 주로 영향을 받은 이유는 해당 지역이 VOC-limited (i.e., NOx-saturated) 지역이기 때문으로 분석되었다. 이러한 결과는 특정 지역의 O3의 농도가 단순히 배출량의 증감에 따라 비례하게 나타나지 않을 수 있다는 것을 암시한다. 따라서 화력발전소 배출량 저감 조치로 인한 대기 중 O3 농도 개선 효과를 정확히 예측 및 평가하기 위해서는 지역 별 O3의 생성 및 소멸 기작에 대한 심도 있는 이해가 필요하다.
개구리밥, 생이가래, 은행이끼, 수련, 부들 등 5종의 식물을 대상으로 카드뮴 $(Cd^{2+})$의 농도를 달리하여 처리한 후 시간별로 식물의 광합성효율을 분석하였다. 그 결과, 개구리밥, 생이가래, 은행이끼, 부들 등 4종은 카드뮴에 민감한 것으로 조사되었고, 수련은 다른 식물종에 비해 덜 민감한 것으로 나타났다. O-J-I-P 곡선의 패턴을 살펴보면, 종에 따라 다소의 차이는 있으나 개구리밥, 생이가래, 은행이끼, 부들 등 4종의 식물은 카드뮴 농도가 증가할 수록 J, I, P값이 크게 감소하는 것을 볼 수 있었다. 특히 P-단계의 감소는 개구리밥에서 현저하게 나타나 다른 3종 보다 카드뮴에 민감한 것으로 보인다. 광계II의 광합성효율(Fv/Fm) 변화양상을 보면, 개구리밥과 생이가래는 카드뮴 농도가 50uM 이상에서는 배양 1일부터 Fv/Fm값이 급격하게 감소하였으며, 은행이끼와 부들은 3일 이후부터 50uM 이상의 카드뮴 농도하에서 Fv/Fm값이 감소하였다. 수련은 큰 변화를 보이지 않았다.
최근 자동차 배기 가스 유출에 의한 환경문제가 심각하게 대두되고 있고, 이에 따라 그 중 NOx, SOx 등의 유해가스 검출을 위한 센서 개발이 강력히 요구되고 있다. 본 실험은 자동차에서 배출되는 NO 가스에 대한 민감한 센서 제작을 목적으로 In2O3 박막을 성장시켜 그 특성을 측정하였고, NO 가스에 대한 민감도를 증가시키기 위해 7 ~32 정도의 초박막 Co 촉매를 증착하여 NO 감도에 미치는 현상을 조사하였다. In2O3 2˝ target(순도 99.99%)을 사용하여 RF power와 Ar/O2의 비를 변화시켜가면서 상온에서 알루미나 기판위에 In2O3 박막 성장시켰다. 박막을 성장시킨 후 10$0^{\circ}C$에서 5$0^{\circ}C$까지 온도를 변화시키면서 공기 중에서 열처리를 하였다. In2O3 박막의 결정성은 XRD를 이용하여 측정하였고 표면 특성을 알아보기 위해 AFM과 SEM 측정을 하였다. XRD 분석결과 상온에서부터 50$0^{\circ}C$까지 회절 peck의 강도차이는 있었지만 모든 시편에서 In2O3 박막이 cubic 구조로 성장함을 알 수 있었다. 100ppm 농도 NO 가스에 대한 센서 소자의 감도를 20$0^{\circ}C$~40$0^{\circ}C$ 온도 영역에서 측정하였다. 순수한 In2O3 의 경우 감도(S=Ra/Rg)는 25$0^{\circ}C$에서 S 6 정도로 가장 좋았다. 반면에 Co 촉매를 표면에 흡착시킨 경우 20$0^{\circ}C$~25$0^{\circ}C$ 부근에서 반응속도가 매우 빨라지고, 150 정도 Co를 흡착시킨 센서의 경우 S 14 로 감도가 매우 향상됨을 알 수 있었다.
본 총설 논문에서는 다양한 급성독성법을 이용하여 중금속, 나노입자, 중금속 오염 토양에 의한 영향 평가 결과를 소개하였다. 평가는 씨앗발아, 생물발광, 효소활성 및 유전자 변이 평가법을 이용하였으며, 오염물 종류 및 방법에 따라 상이한 민감도를 보였다. 씨앗의 경우에는 상추(Lactucus)와 알타리무(Raphanus)가 대체적으로 높은 민감도를 보였다. 단일 금속 노출에서는 일반적으로 As(III)가 높은 독성을 나타내었다. As(III) 1 mg/L 조건에서 높은 유전자변이(MR=5.1)가 관찰되었다. 혼합 중금속에 대한 영향은 명확한 경향을 찾기 어려웠지만, 씨앗 발아의 경우에는 상승 효과가 보편적으로 관찰되었다. 중금속 오염 토양에 대한 평가에서는 시료별 총중금속 농도와 독성 영향 간의 상관성을 예측하기는 어려웠다. 일반적으로 나노입자의 씨앗발아에 근거한 영향은 다음의 순서로 조사되었다: CuO > ZnO > NiO > $TiO_2$, $Fe_2O_3$, $Co_3O_4$. 특히 $TiO_2$, $Fe_2O_3$와 $Co_3O_4$는 최대 노출 농도 1,000 mg/L 농도에서도 뚜렷한 영향을 나타내지 않았다. 다양한 독성 생물검정법에 대한 통합 자료는 향후 다양한 오염물 기초 독성평가에 유용하게 사용할 수 있을 것이다.
본 연구에서는 다섯 종의 씨앗(춘채, 아욱, 양배추, 배추, 당근)을 이용하여 금속산화물 나노입자(CuO, NiO, Fe2O3, Co3O4, TiO2, ZnO)들이 씨앗발아와 발아지수에 미치는 영향을 조사하였다. CuO, ZnO, NiO 나노입자는 씨앗 활성에 뚜렷한 독성 영향을 나타내었으며, 나노입자종류에 따라 상이한 민감도를 나타내었다. 각 나노입자에 대한 독성순서(EC50 범위)는 다음과 같다: CuO 6~27 mg/L > ZnO 16~86 mg/L > NiO 48~112 mg/L. 나머지 조사 대상 나노입자인 Co3O4, TiO2, Fe2O3은 최대 1,000 mg/L 높은 농도 노출에도 뚜렷한 영향을 나타내지 않았다. 씨앗별 상이한 민감도를 나타내었으며, 가장 민감한 종인 아욱의 씨앗발아 EC50은 CuO 5.5 mg/L ZnO 16.4 mg/L, NiO 53.4 mg/L로 조사되었다. 씨앗별 나노입자에 대한 독성 영향은 CuO > ZnO > NiO > Fe2O3 ≈ Co3O4 ≈ TiO2 나타났으나, 당근씨앗은 NiO [EC50 80.4(71.41~90.54) mg/L]와 ZnO [EC50 85.8(69.31~106.29) mg/L]가 유사한 독성을 나타내었다.
들깨 '수원25호', 담배 'L8', 'KF109'와 'NC82', 시금치 '입추'와 나팔꽃을 생장혼경조절이 가능한 대기오염원 노출상에서 SO? 140ppb/시간 또는 O? 150ppb/시간의 농도로 하루 24시간 10일 동안 노출시킨 결과 '수원25호' 들깨와 담배 'L8'은 SO?에 민감한 반면, 담배 'L8'과 나팔꽃은 오존에 아주 민감한 것으로 판명되었다. 위의 농도에서 가시적 피해가 조사식물의 50%에서 발생하는 병반발생빈도 50%(SF?)를 기준으로 설정한 한계노출시간 조사에서 오존에 대한 한계 노출시간은 담배 'L8'의 경우 24시간, 나팔꽃의 경우 72시간, 담배 'NC82'와 'KF109'의 경우 144시간 내외, 시금치의 경우 216시간으로 추정되었으며, SO?에 대한 한계노출시간은 담배 'L8'의 240시간을 제외하고는 모든 식물에서 240시간 이상으로 추정되었다.
SnO2를 모물질로 한 반도체 가스 검지소자를 제조하고 고 전기적 특성을 조사하였다. 제조된 소자는 프로판가스, 일산화탄소, 알콜 및 아세톤 가스등에 대해 우수한 감도특성을 가졌으며 특히 프로판가스에 대해 가장 민감한 반응을 보였다. SnO2에 PdCl2또는 SnO2를 약 0.3 wt.% 정도 침첨가 했을때 가스에 대한 감도는 순수한 SnO2의 경우보다 향상되었다. 전기전도도 대 가스농도의 특성은 소자 소성온도, 소자 온도 및 소자 재료 반죽시 사용된 용액의 농도에 따라 변화하였다.
나노물질은 다양한 분야에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 Lactuca(상추)와 Raphanus(알타리무) 씨앗의 발아와 발아지수에 금속산화물 나노입자(CuO, NiO, $Fe_2O_3$, $Co_3O_4$, $TiO_2$, ZnO)가 미치는 영향을 조사하였다. 용액상 노출에서 CuO가 가장 큰 영향을 나타내었으며, 발아와 발아지수의 $EC_{50}$는 각 0.46 mg/L와 0.37%로 조사되었다. 씨앗 이용 식물독성 측정에서 상추가 알타리무보다 나노입자 노출에 대해 더욱 민감한 반응을 나타내었다. 일반적으로 나노입자의 씨앗발아와 발아지수에 근거한 영향은 다음의 순서로 조사되었다: CuO > ZnO >NiO > $TiO_2$, $Fe_2O_3$, $Co_3O_4$. 특히 $TiO_2$, $Fe_2O_3$와 $Co_3O_4$는 최대 노출 농도 1,000 mg/L 농도에서도 뚜렷한 영향을 나타내지 않았다.
이산화염소($ClO_2$) 처리에 의한 어병 세균의 살균 효과를 조사하기 위하여 감염어 유래 분리주인 Vibrio anguillarum, Edwardsiella tarda, Streptococcus sp. 및 Streptococcus sp.를 대상으로$ClO_2$유효 농도 0.455, 0.246 및 0.129 ppm에 30초, 1분, 3분, 5분 및 10분간 처리하여 ClO$_2$의 살균효과를 조사하였다. V. anguillarum과 E. tarda는 ClO$_2$ 0.246 ppm에서, 30초 이 상의 처리에 의하여 세균의 증식이 완전히 저해되었다. 그러나 상대적으로 저농도인 0.129 ppm에서는 5분 이상의 염소처리 조건이 필요하였다. Streptococcus sp.는 실험에 사용된 어병 세균 중 $ClO_2$의 살균능이 가장 낮은 것으로 나타났다. 0.455 ppm에서 Streptococcus sp.는 30초 반응 후 그 증식이 완전히 저해되었고, 0.246 ppm과 0.129 ppm의 ClO$_2$에서는 각각 배양 3시간, 8시간 이후부터 그 생잔에 의한 증식이 확인되어졌다. Streptococcus sp.는 본 실험에서 설정한 최저농도인 0.129 ppm 에 30초간의 반응으로 균이 사멸됨으로서 실험에 사용된 세균 중 ClO$_2$에 가장 민감한 것으로 나타났다. 그러므로 Streptococcus sp. 는 0.455 ppm, V. anguillarum과 E. tarda는 0.246 ppm, Streptococcus sp. 는 0.129 ppm의$ClO_2$농도로 30초 전후로 처리하는 조건이 가장 효과적임을 본 연구를 통해 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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