KR20030060644A - 대기압에서 플라즈마를 이용한 살균 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 병원성 미생물을 살균하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기압 플라즈마를 이용한 살균 및 제독 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 방법은 전원공급장치와 플라즈마 발생 반응관과 가스공급장치로 이루어진 대기압 플라즈마 발생장치에 의해 생성된 활성 라디칼로 피처리물의 병원성 미생물을 살균하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 살균방법은 공기와 기상의 물, 과산화 수소 등을 주요 반응가스로 이용하여 플라즈마를 발생하기 때문에 유해물질이 생성되지 않아 환경에 무해하고, 살균시간이 빠른 이점이 있다. 특히, 플라즈마 발생관의 앞단에 헬름홀쯔 코일이나 솔레노이드 코일 등을 장착하면 잔여가스까지 완전히 활성 라디칼로 분해함과 아울러 활성 라디칼을 원거리까지 이송할 수 있으므로 복잡한 입체 형상에 대해서도 살균할 수 있다. 또한, 피처리물이 멸균백에 포장된 상태로 살균과정을 처리할 수 있으므로 살균과정이 편리하고, 경제적이며 피처리물을 멸균상태에서 장기간 보관할 수 있다.
Description
본 발명은 병원성 미생물을 살균하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기압 플라즈마를 이용한 살균 및 제독 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 병원성 미생물을 살균하는 종래방법으로는 고압/고열 처리 방법, 에틸렌 옥사이드(Ethylene Oxide)를 이용한 화학 처리 방법, 자외선 처리 방법, 진공 플라즈마 방법, 오존 처리 방법 등이 알려져 있다.
이중에서 고압/고열 처리 방법은 고압의 증기와 고온의 뜨거운 공기를 이용하는 방법으로 가장 널리 사용되고 있는 살균방법이나 이 방법은 금속의 경우 피팅 부식이 발생할 수 있고, 플라스틱은 사용할 수 없는 문제점이 있다. 또한 에틸렌 옥사이드를 이용한 화학처리 방법은 저온에서 살균 처리가 우수하나 강한 인화성 및 독극물로서 취급에 주의를 요하고, 무엇보다도 처리물에 독성의 잔류물을 남길 수 있는 문제점이 있다. 따라서 화학 처리 방법에서는 장시간에 걸친 잔류 물질(독극물) 제거공정이 필요하다. 자외선 처리방법은 자외선 램프를 이용하여 처리하는 방법으로서, 사용이 쉬우나 자외선과 직접 접촉되지 않는 부위는 살균이 안 되는 문제점이 있다. 그리고 오존 처리 방법은 살균력이 강한 오존을 사용하는 방법으로 다습한 환경에서 사용하므로 고무나 플라스틱등 내오존성이 부족한 재료로 된 도구는 부식이 되는 문제점이 있고, 진공 플라즈마 처리 방법은 진공상태에서 플라즈마를 발생시켜서 살균하는 방법으로서 진공에서 피처리물을 살균해야 하므로액상이나 분말은 살균할 수 없고, 또한 진공장비를 갖추어야 하므로 처리비용이 비싼 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 상압(대기압) 플라즈마 기술을 이용한 살균 및 제독 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 살균시스템의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치의 예,
도 3은 본 발명의 다른 실시예,
도 4는 본 발명에 따른 살균절차를 도시한 순서도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
102: 전원공급장치104: 가스공급장치
106: 대기압플라즈마 발생장치
201a,201b: 자기장 생성 코일202a,202b,302, 306: 전극
203: 유전막304: 분사관
310: 플라즈마320: 시료
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 플라즈마를 이용한 살균 및 제독방법에 있어서, 대기압 플라즈마 발생장치에 의해 생성된 활성 라디칼로 피처리물의 병원성 미생물을 살균하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 살균시스템의 개략도로서, 본 발명에 따라 대기압에서 플라즈마를 이용하여 병원성 미생물을 살균하고, 유독성 화합물을 제독하기 위한 살균 시스템은 전원공급장치(102)와 가스공급장치(104), 대기압에서 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생장치(106)로 구성되어 피처리물을 살균하거나 제독(108)한다. 여기서, 플라즈마 발생장치(106)는 후술하는 바와 같이 플라즈마 발생 반응챔버이거나 플라즈마 발생 반응관으로 구현된다.
이와 같이 본 발명에서는 대기압 플라즈마를 이용하므로 독성의 잔류물이 발생하지 않고, 다양한 입체형상의 모든 제품에 대해 신속하게 살균 및 제독을 처리할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치의 예로서, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치(106)는 자기장 발생코일(201a,201b)과 전극(202a,202b), 유전막(203)이 포함된 챔버(205)나 관의 형태로 이루어진다.
도 2를 참조하면, 자기장 발생 코일(201a,202b)로는 솔레노이드 코일이나 헬름홀쯔 코일이 사용될 수 있으며, 직류전원(102b)이 인가되어 자기장을 발생시키도록 되어 있다. 챔버(205) 내에는 가스공급장치(104)에 의해 반응가스가 공급되고, 전극(202a,202b) 사이에 인가된 고주파(RF) 전원(102a)에 의해 반응가스가 활성화되어 플라즈마를 발생한다. 유전막(203)은 두 전극(202a,202b)에 고전압이 인가될 경우에 두 전극(202a,20b) 사이에서 아크방전이 일어나는 것을 방지한다.
그리고 전극(202a,202b)의 구조로는 평판 대 평판 타입, 평판 대 봉 타입, 봉 대 봉 타입, 실린더 타입 등과 같은 다양한 형상이 가능하고, 두 전극(202a,202b)들이 서로 마주 보는 형상으로 배열을 이루고, 대향 전극끼리는 유전막(203)에 의해 전기적으로 절연되어 있으며, 전극 간의 간격은 1~50mm까지 상호 조정이 가능한 구조로 이루어진다. 또한, 전극(202a,202b)의 재료로는 열전도율이 우수하고 높은 부식 저항을 갖는 구리, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 은, 백금 등이 사용될 수 있고, 각각의 전극(202a,202b)들은 유전체 물질로 둘러 싸여 있는 구조로 되어 있으며, 유전체 물질로는 유리(glass), 알루미나(Alumina), 테프론, TiO2, BaTiO3등을 사용한다.
전원공급장치(102a)는 두 전극 사이에 수백 볼트(V)에서 수십 킬로볼트(KV)의 교류전원을 인가하여 유전막 방전을 일으킨다. 이 때, 전원주파수는 10~109Hz를 사용한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예로서, 원통(실린더)형 전극과 유전체로 된 분사관을 이용하여 원거리의 피처리물을 살균하는 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 원통형 관의 중심에는 전도성을 갖는 원통형 봉으로 된 내부전극(302)이 있고, 이 내부전극(302)을 중심으로 서로 직경이 다른 2개의 원통형 관이 위치한다. 이 때, 제일 바깥쪽에 위치한 원통형 관은 전도성 물질로 된 외부전극(306)이고, 내부전극(302)과 외부전극(306) 사이에 위치한 원통형 관은 유전체로 된 분사관(304)이다. 도 3에서는 원통형 관만을 도시하여 설명하였으나 외부전극(306)이나 분사관의 구조는 원통형 관 외에도 다각형 관으로 구현될 수 있고, 내부전극(302)도 원통형이나 다각형 봉으로 구현될 수 있다. 특히, 본 발명의 다른 실시예에서는 전극의 주위에 자기장을 발생시키기 위한 자기장 발생코일(308)이 감겨 있어 플라즈마(310)의 이송거리(r)를 향상시킬 수 있고, 이에 따라 원거리에 있는 피처리물(320)에 대해서도 효과적으로 살균 및 제독을 처리할 수 있다.
이어서, 본 발명의 작용을 도 4에 도시된 순서도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 대기압 플라즈마를 발생하기 위하여 전원공급장치(도1의 102)를 동작시켜 고주파 전원을 두 전극 사이에 공급하고, 반응가스를 주입한다(S1,S2). 고전압이 인가된 두 전극 사이에 반응가스가 유입되면 유전막 방전에 의해 대기압 플라즈마가 발생되고, 이 플라즈마를 이용하여 피처리물에 대해서 살균 및 제독을 처리한다(S3,S4).
한편, 본 발명에 따른 살균 및 제독하는 방법은 플라즈마 발생장치의 반응영역에서 생성된 이온, 전자, 활성 라디칼에 피처리물을 직접 접촉하는 방법(도 2)과, 반응영역에서 생성된 플라즈마를 가스압과 분사관을 이용해 플라즈마를 분사하여 살균 및 제독하고자 하는 피처리물까지 이송하는 방법(도 3)이 있다. 이 때 자기장을 발생하는 헬름홀즈 코일, 또는 솔레노이드 코일을 발생관이나 챔버에 설치할 경우, 효과적으로 플라즈마를 피처리물까지 이송할 수 있어서 살균 및 제독 능력을 향상시킬 수 있다.
또한 가스공급장치(104)의 가스주입관을 통해서 플라즈마 발생 챔버나 관에 주입되는 반응가스로는 기상의 물(H2O), 과산화수소(H2O2), 알코올, 아세톤, 아르곤, 수소, 헬륨, 산소, 압축공기 등이 사용될 수 있고, 이들 반응가스는 대기압 상태에서 두 전극 사이에 수백 볼트(V)에서 수십 킬로볼트(KV)의 교류전원이 인가되면 유전막 방전에 의해 대기압 플라즈마를 발생한다. 이 때, 플라즈마 발생영역에서는 이온, 전자, 활성 라디칼, 오존이 발생된다. 특히, 물, 과산화수소, 알코올, 아세톤 등이 방전영역내에서 분해되면서 산화력이 우수한 활성 라디칼이 다량 발생되어 피처리물 표면의 세균 및 독극물을 수초에서 수분 이내에 효과적으로 제거하게 된다.
다른 한편, 기상의 가스가 활성 라디칼로 완전히 분해되도록 헬름 홀즈 코일과 솔레노이드 코일에 전원을 인가하여 자기장을 균일하게 생성시키면, 수십 cm 이격된 피처리물까지 활성 라디칼을 이송하여 효과적으로 살균 및 제독할 수 있다.
이러한 본 발명의 살균 방법은 피처리물이 멸균백으로 포장 밀폐된 상태에서도 멸균백 내부의 기체를 방전시켜 피처리물을 살균할 수 있으므로 피처리물을 장기간 보관할 수 있다.
(실험예)
본 발명을 이용하여 Escheichia coli K-12에 대하여 기상의 물을 이용하여 활성 라디칼을 발생한 후 거리에 따른 살균정도와 자기장이 미치는 효과에 대한 실험결과는 다음 표 1과 같다.
| 순번 | 조건 | 거리 | |
| 3cm | 10cm | ||
| 1 | 공기+H2O | 3.8(10) | 3(50) |
| 2 | 공기+H2O+자기장 | 3.8(10) | |
| 3 | 공기+알코올 | 3.4(30) | 2(100) |
| 4 | 공기+알코올+자기장 | 3.4(30) | |
| 5 | 공기+H2O2 | 3.9(5) | 3.9(5) |
상기 표 1은 LB 액체 배지에 흡광도 600에서 0.3~0.5로 배양된 E.coli 100 microliter를 LB 한천배지에 접종한 후, 상기 표 1의 '조건'의 반응가스로 플라즈마를 발생한 후, 노출 거리(3cm, 10cm)에서 배지를 3분간 노출(살균)한 후 37℃에서 16시간 배양한 결과이다. 그리고 괄호 안의 수치는 처리 후 배지에서 자라난 집락(colony)의 수이고, 괄호 앞의 수치는 균의 억제정도(이하 억제도라 함)를 나타낸 것으로 colony 1-5개를 0.1로 계산하여 4에서 감한 값이다. 따라서 억제도 4는 집락(colony)의 수가 0인 것(no growth)을 나타낸다.
상기 표 1에서 순번1은 공기와 H2O를 반응가스로 하여 플라즈마를 발생시킨 후 3cm와 10cm 거리에서 각각 3분간 노출(살균)한 후 37℃에서 16시간 배양한 결과 3cm에서 노출된 경우에는 10개의 colony(억제도 3.8)가 관찰되었고, 10cm에서 노출된 경우에는 50개의 colony(억제도 3)가 관찰된 것을 알 수 있다. 순번2는 순번1의 조건에 자기장을 인가한 후 10cm 거리에서 노출(살균)하고 37℃에서 16시간 배양한 결과 10개의 colony(억제도 3.8)가 관찰된 것을 알 수 있다. 따라서 자기장을 인가한 경우에는 원거리(10cm)에서 노출(살균)하더라도 근거리(3cm)에서 노출(살균)한 경우와 동일한 살균효과가 있는 것을 알 수 있다.
또한 상기 표 1에서 순번3은 공기와 알코올을 반응가스로 하여 플라즈마를 발생시킨 후 3cm와 10cm 거리에서 각각 3분간 노출(살균)한 후 37℃에서 16시간 배양한 결과 3cm에서 노출된 경우에는 30개의 colony(억제도 3.4)가 관찰되었고, 10cm에서 노출된 경우에는 100개의 colony(억제도 2)가 관찰된 것을 알 수 있다. 순번4는 순번3의 조건에 자기장을 인가한 후 10cm 거리에서 노출(살균)한 후 37℃에서 16시간 배양한 결과 30개의 colony(억제도 3.4)가 관찰된 것을 알 수 있다. 표 1에서 순번5는 공기와 과산화수소(H2O2)를 반응가스로 하여 플라즈마를 발생시킨 후 3cm와 10cm 거리에서 각각 3분간 노출(살균)한 후 37℃에서 16시간 배양한 결과 3cm에서 노출된 경우에는 5개의 colony(억제도 3.9)가 관찰되었고, 10cm에서 노출된 경우에도 5개의 colony(억제도 3.9)가 관찰된 것을 알 수 있다.
상기 표 1의 결과를 보면, 전반적으로 노출거리(살균처리거리)를 10cm로 늘렸을 때, 3cm에서 보다는 살균효과가 감소되는 것을 알 수 있고, 헬름홀쯔 코일에 의한 자기장 인가시에 모든 조건에서 집락(colony)의 수가 감소하는 효과를 나타내며, 공기+과산화수소의 경우 가장 살균효과가 높은 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 살균방법은 공기와 기상의 물, 과산화 수소 등을 주요 반응가스로 이용하여 플라즈마를 발생하기 때문에 유해물질이 생성되지 않아 환경에 무해하고, 살균시간이 빠른 이점이 있다. 특히, 플라즈마 발생관의 앞단에 헬름홀쯔 코일이나 솔레노이드 코일 등을 장착하면 잔여가스까지 완전히 활성 라디칼로 분해함과 아울러 활성 라디칼을 원거리까지 이송할 수 있으므로 복잡한 입체 형상에 대해서도 살균할 수 있다.
또한, 피처리물이 멸균백에 포장된 상태로 살균과정을 처리할 수 있으므로 살균과정이 편리하고, 경제적이며 피처리물을 멸균상태에서 장기간 보관할 수 있다.
Claims (6)
- 플라즈마를 이용한 살균 및 제독방법에 있어서,대기압 플라즈마 발생장치에 의해 생성된 활성 라디칼로 피처리물의 병원성 미생물을 살균하는 것을 특징으로 하는 대기압에서 플라즈마를 이용한 살균 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 살균방법은,상기 대기압 플라즈마 발생장치가 챔버를 구비한 플라즈마 발생장치이고, 상기 챔버내에 상기 피처리물을 넣은 후 플라즈마를 발생하여 챔버 내 활성라디칼에 의해 피처리물을 살균 및 제독하는 것을 특징으로 하는 대기압에서 플라즈마를 이용한 살균 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 피처리물이 멸균백에 포장된 경우에는 상기 피처리물이 포장된 멸균백을 상기 챔버 내에 넣고 플라즈마를 발생하여 상기 멸균백내 기체방전에 의해 살균 및 제독하는 것을 특징으로 하는 대기압에서 플라즈마를 이용한 살균방법.
- 제1항에 있어서, 상기 살균방법은,상기 대기압 플라즈마 발생장치가 분사관을 구비한 플라즈마 발생장치이고, 상기 피처리물을 분사관으로부터 이격되게 위치시킨 후 활성 라디칼을 이송시켜 상기 피처리물을 살균 및 제독하는 것을 특징으로 하는 대기압에서 플라즈마를 이용한 살균 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 피처리물이 멸균백에 포장된 경우에는 상기 피처리물이 포장된 멸균백에 활성 라디칼을 주입시켜 상기 피처리물을 살균 및 제독하는 것을 특징으로 하는 대기압에서 플라즈마를 이용한 살균 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대기압 플라즈마 발생장치는 반응가스로서 공기, 질소, 아르곤, 헬륨, 산소 등의 기체 및 이들의 혼합기체를 사용하되, 기상의 물과 과산화수소, 알코올 등을 첨가할 수 있는 것을 특징으로 하는 대기압에서 플라즈마를 이용한 살균 방법.
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