대학보유기술이전사업 ( 과제명 : 플라즈마방식을이용한살균장치 ) 최종결과보고서 2005. 1.. 주관대학 : 부천대학과제책임자 : 이희규 한국산업기술재단
2004 대학보유기술이전사업 제품화구현과제최종보고서 기술( 과제) 명플라즈마방식을이용한살균장치 과제( 총괄) 책임자 제품화과제개발기간 개발사업비 ( 단위 : 천원) 참여기업 제화성과 지적재산권형황 성명이희규직위교수 소속대학부천대학소속학과디지털산업전자 참여정부출연금 40,000 기업부담금 2004. 8. 1 ~ 2005. 1. 31 (6 개월) 현금 현물 총사업비 40,000 기관명지온메드대표자김영태 업종제조, 판매, 수출대항주생산품목공기살균기 1. 기술이전완료 2. 기술이전예정 3. 기술지도 4. 사업화( 창업) 추진예정 5. 기타( ) 기술이전기업명 기술이전( 예정) 시기 년월일기술이전협약금 ( 단위: 천원) 구분특허 ( ), 실용신안 ( ), 의장 ( ), 상표 ( ) 상태 1. 출원준비중 2. 출원 3. 공개 4. 등록 특허출원( 등록) 번호 10-2004-0116294 출원일 이희규 출원( 등록) 일 2004년 12월 30일 ( 재) 한국산업기술재단에서주관하는 2004대학보유기술이전사업의제품화구현과제최종보고서를제출합니다. 2005 년 1 월 12 일 과제책임자 : 이 희 규 주관대학장 : 한 방 교 ( 재 ) 한국산업기술재단이사장귀하 - 2 -
요약서 ( 초록 ) 기술( 과제) 명플라즈마방식을이용한살균기술 1. 제품화목표및핵심기술개발내용 기화시킨과산화수소를아르곤가스중에혼합시켜놓은상태에서펄스스트리 머(pulsed streamer) 방전을이용하면산화력이매우높은활성산소(OH radical, O radical, HO 2 radical 등) 가생성되어살균하는것이다. 여기서생성 된활성산소는수명이매우짧아( 수백 nsec) 단시간내에안정한산소나물로 변화하므로위험성이적고또대기압하에서처리가가능하므로아주빠른시 간에살균처리가가능하고연속적인건식살균처리로서응용할수있는것이 다. 2. 제품화결과 현재사용중인 UV( 자외선) 램프를이용한공기살균기에서 UV 대신에플라즈 마방식을이용한메커니즘을적용시켜서공기살균시스템을구현해보고자하 였던것으로 UV 방식에서처리될수없는미세균류( 바이러스등) 를살균할수 있으며단시간내효과적인살균처리를할수있는장점이있다. 3. 시제품제작결과사업화가능성여부 공기중의미생물즉, 세균이나바이러스, 진균등을소멸불활성화하여 2차 감염및면역력이상대적으로떨어지는어린이나노약자, 인하여고생하는사람들에게서좋은효과및성능을나타낼수있다. 4. 향후산업체연계및활용계획 수술후후유증으로 국내외산업계에는과산화수소의플라즈마상태를이용한살균장치가지금실용 화되고있고고전압전원을이용한살균장치의펄스전계를이용한살균효과가논 문에보고되어있다. 시장성격으로살균대상물에따라사용방법이나누어져있고과산화수소는액체 증기상태에서이용되므로산화력의강도에따라살균처리가구분될수있으며, 과산화수소의잔유성을고려하지않고있다.( 변성과악취, 코스트문제등) 관련 기술로서초음파세정처리, 과산화수소가스처리, 방진과과산화수소의병합기술 등, 시장성은매우넓으며미래기술로서기여도는크다고할수있다. 5. 시제품제작결과문제점및해결방안 OH radical 을사용하는데있어서과산화수소가필수적인약물인데과산화수소의 취급이국내보건법의약물사용에관한조항에위배되는상항은있으나실제과 산화수소의잔량이전무한상태이므로실제로위험성은없다고할수있다. 왜 냐하면여기서기화시킨과산화수소는수명이매우짧아서단시간( 수백 nsec) 내에안정한산소나물로변화하므로위험성이적다고하겠다. 또대기압하에 서처리가가능하므로아주빠른시간에살균처리가가능하고건식살균처리로서 응용할수있다. - 3 -
목 차 요약서 1. 제품화과제목표및핵심기술개발내용가. 제품화기술의중요성 ( 필요성 ) 나. 제품화목표다. 제품화내용및범위 2. 제품화결과가. 제품화목표대비결과나. 제품화결과분석 3. 제품화결과사업화가능성여부 4. 향후산업체연계및활용계획 5. 제품화결과문제점및해결방안가. 문제점분석 ( 기술직, 상업적문제점 ) 나. 개선방안 6. 기자재구입및관리현황 7. 산업체연계결과활용 ( 참여기업이있는과제만작성 ) - 4 -
1. 제품화과제목표및핵심기술개발내용 가. 제품화기술의중요성 ( 필요성 ) 1) 현재, 압력멸균기나건열멸균장치, 약제살균장치를비롯한멸균기가식품이나 의료분야에서주로사용되고있다. 이러한장비들은일장일단을가지고있어서멸 균대상물에따른사용방법이다르다. 이실험에서는식품이나의료분야에서필요 성이높은포장재료의멸균을대상으로하였다. 포장재료는그자체가오염된경 우내부까지오염되므로멸균필요성이요구되며, 대기압하에서연속적으로안전 한살균장치가요구되고있다. 포장재료의멸균에쓰이고있는것은주로가열처 리, 과산화수소는액체와증기상태에서쓰이고있어서그강력한산화력이살균에 응용되고있다. 본실험에서는기화시킨과산화수소를 Ar 가스중에혼합시켜서 plus steamer 방전 을이용하여산화력이매우높은활성산소 (OH radical, O radical, HO 2 를생성하여살균을실험하였다. radical 등) 여기서생성된활성산소는수명이매우짧아서 단시간( 수백 nsec) 내에안정한산소나물로변화하므로위험성이적고또대기 압하에서처리가가능하므로아주빠른시간에살균처리가가능하고연속적인건 식살균처리로서응용할수있다. 본연구에서대기압방전과과산화수의혼합살균효과로처리시간을 5분으로살 균할수있다. 또한과산화수소의잔유성과살균대상물에대한영향은거의없었 다. 2) 현시장의반응 1 최근 well being 분위기에힘입어공기청정기판매가급증하고있지만먼지제거 능력( 청정능력) 은표시치보다최고 60% 나떨어지고일부유해물질은제거하지도 못하는것으로조사됐다. 한국소비자보호원은시중에판매되고있는 을시험한결과청정능력이표시치에비해 6개업체의공기청정기를대상으로성능 11~60% 정도떨어졌다고밝혔다. 삼성전자제품의경우 -11%, 샤프전자 -15%, LG전자 -17%, 웅진코웨이 -26%, 신한일전기 -38% 였으며청풍은 -60% 로조사됐다. 보호원은또가스레인지나히터등연소기기를사용하거나담배를피울때발생하 는일산화단소(CO) 를제거하는청정기가하나도없었다고밝혔다. - 5 -
샤프전자제품의경우일산화탄소가제거되지않는다고명시했으나청풍은제거기 능이있다고밝혔으며나머지제품은언급이없었다. 아울러신한일전기는톨루엔 과포름알데히드등의유해물질도제거하지못했다. 음식냄새등을없애는탈취율도신한일전기제품이 31%, 나머지는 57~74% 수준 에그쳤고일본샤프전자제품이 88% 로비교적우수했다. - 6 -
표 1. 공기청정기평가표 평가항목 모델명회사명표시 AC-1 22A FU-3 55K 133R AP-15 HAC- 03CH CAP- M3010 LA-1 10SV 삼성 전자 샤프 전자 신한일 전지웅진코 웨이 청풍 LG 전자 최대사용면적 결과 ( 실평 수 ) 탈취 효율 오존 발생 12평 10.7 13 평 (48~ 52 평) 10 평 ~ 최대 30평 11.0 6.2 15.5평 11.4 30~40 평거실 11평 (45~50 평거실 ) 2.8 9.1 최대사용면적( 청정능력) 표시가업체별로다름 탈취효능 : 우수 미흡 오존발생 : 문제없음 X 문제있음 CO 가스 제거 안됨 제거 안됨 제거 안됨제거 안됨제거 안욈 제거 안됨 유해가스제거 톨루엔 제거 됨 제거 됨 제거 됨제거 됨제거 됨 제거 됨 포름 알데 히드 제거 됨 제거 됨 제거 안됨제거 됨제거 됨 제거 됨 ( 자료 : 한국소비자보호원) 일부제품은최대사용면적이 평미만으로나타나현실적으로 타났다. 소보원관계자는 30평형이상이라고표시했음에도실적용평수는 10 30~40평형거실을청정하기에는어려운것으로나 대체로청적능력이떨어지는데다소음도가정용냉장고보다심 한편 이라며 공기청정기관련소비자상담건수도 2001년 165 건, 2002년 244 건, 2003년 519건에이어 2004년 9월까지만 363 건에달하고있다. 고말했다. - 7 -
2 현재자외선램프를이용하여공기중의미생물즉, 세균이나바이러스, 진균등 을소멸불활성화하여 2차감염및면역력이상대적으로떨어지는어린이나노약 자, 수술후후유증으로인한고통을호소하는사람들에게서좋은효과및성능이 입증되고있다. 3 또한, 탈취력을높여서애완동물을기르고있는가정에서지속적으로냄새를제거해냄새로인한생활의스트레스로부터해방되게하고건강한생활을영위하는데좋은효과를주고있다. 4 새집증후군으로부터건강한삶을위한파수꾼이다. 3) 자외선램프를이용한공기살균기의문제점 자외선램프의특성상좀더많은분량의오염된공기를빠른시간내에효과적으로 처리하므로깨끗한공간을이루는데는한계가있다. 4) 기타국내외타기관의관련기술연구개발실적 펄스플라즈마장치의핵심이라할수있는펄스발생장치를이용한비열살균장 치의개발은독일, 미국, 일본등기술선진국에서 1990년부터본격적으로연구되 기시작했으며, 가열조작에의한에너지손실을방지할수있고식품살균등에 이용할경우식품이변질되지않는특징을가지고있어앞으로실용화가가장기대 되는새로운살균기술이다. (1) 에너지절약효과 펄스전기장에의한살균공정의에너지효율은연구자에따라다소차이는있으나 현저히에너지가절약되는것으로보고되고있다. 워싱턴대학( 미국) 의사과주스 살균공정에대한에너지효율분석결과에의하면사과주스중의 Sccharomycess, Cerevisiae를 6log 감소(1/1000000) 시키기위하여전계량도 35kV/cm ~ 50kV/cm, 2 ~ 8 pulse(pulse duration 2.5 μs) 의고전압펄스를걸어 주었을때사과주스의온도는 22 C ~ 34 C 까지상승하며, 이때에너지소비량은 28 ~ 62 J/ ml인것으로보인다. 만약사과주스를 90 C에서고온단시간가열살균할경우열효율을 100% 로가 정하면 360 J/ ml범위가될것으로추정된다. 이와같은점을종합해볼때고전압 펄스살균은재래가열살균에비하여 추정된다. 1/6 ~ 1/30 정도에너지가절약되는것으로 - 8 -
(2) 고전압펄스에의한액체식품의살균 고전압펄스처리에대한기초적인연구이외에최근실제식품에대한응용연구 가추진되고있다. 미국 Ohio 주립대학의 Zhang 교수연구그룹은우유를살균하 기위하여 3 단계의고전압펄스처리가필요하였으며, 각단계에서 16 pulse 처리 를하여 2 ~ 3 log 정도의균수를감소시켰다. 또한독일 Berlin 대학의 Knorr 교 수그룹의미발표된자료에의하면초고온살균한우유에 Pseudomonas fluorescences를현탁시키고 7 ~ 22.5 kv/cm 범위의전기장으로 20 pulse 처리 하였을때전계강도를증가시킴에따라최대 4 log까지균수를감소시킬수있다고 보고하였다. 워싱턴주립대학의 Barbosa 교수는사과주스의초기 Saccharomyces cerevisiae의농도가 10 6 cell/ ml인경우에 40 kv/cm에서 10Hz로 pulse를반복처리함으로써 1 CFU/ ml까지감소시킬수있었다고하였다. 또 Grahl 은우유, 오렌지주스를고전압 pulse를이용하여살균한결과미생물에 20 kv/cm 이상의전기장을걸어주면효과적으로사멸시킬수있다고보고하였다. 일본 Kunma대학의 Sato 교수는맥주효모를 10 6 cell/ ml정도로맥아즙과맥주에현탁 시키고고전압 pulse 처리한결과 13 kv/cm이상에서효모가사멸되기시작하여 전계강도가증가함에따라비례적으로감소한다고하였다. 또한 Lactobacillus brevis를맥주에 2x10 2 cell/ ml현탁시키고전계강도 20 kv/cm, 체류시간 11 분, 450 pulse/min 을걸어주었을때완전히사멸되었으며, 이경우맥주의품질은일 반적인성분분석값및시음 test 결과처리전후에변화가없다고기술하였다. 독 일의 Krupp Maschinentechnik Gmbh에서는 ELSTERIL이 pulse 전기장에의한살 균공정을개발하였으며, 같은연구팀과 FML Europe N. V. Berlin 대학과공동연 구로연속식살균장치를개발하고신선한오렌지주스를고전압 pulse 과신선한착즙주스의품질을거의손상시키지않으면서주스의균수를 도감소시킬수있었다고하였다. 처리한결 3 log 정 - 9 -
나. 제품화목표 1) 관련연구주제가추구하는중장기적인궁극적연구목적은대기압방전과산화수소를사용한미생물의살균효과를특정하며, 살균의가능조건과연속적인살균처리가목표이다. 2) 본과제가추구하는최종연구목표 공기살균기, 의료도구, 포장재료, 식기류, 식수및식료품살균장치개발이다. 다. 제품화내용및범위 1) 고전압펄스발생장치 미생물살균에가장효과적인것으로알려져있는 경우에는 square wave pulse를적용할 transmission line의임피던스의특성과식품의저항을일치시키는것이 문제이며, 이와같은문제를해결하기위하여특수한고전압 pulse 발생장치를설 계제작하여야한다. 고전압 pulse를이용한살균장치의개발에서 pulse generator 로부터발생되는 pulse를식품으로매우빠르게방전하는 switching 장치가중요하 다. 1990년대초까지는 spark gap switch를주로사용하였으나1995년미국 OSU 의 Zhang 등은 thyratron switch 를사용하였다. 현재는반도체트랜지스터스위치가개발되어사용될수있으나가격이비싸며실 용성이부족하여아직은 nsec 갭스위치가널리사용되고있는현실이다. 정도의스위칭타임컨트롤이가능한로터리스파크 - 10 -
2) 플라즈마처리 chamber 디자인 플라즈마튜브안에직경이 0.2 ~ 0.3mm인알루미늄 wire에고전압 pulse가인가 되면 10kV, 200Hz 에서, 대기압하의 Streamer가형성되어플라즈마가발생하게된 다. Chamber 의대략적인설계도면은다음과같다. Fig.1 Steam 이발생하는반응기내부의상세구조도 3) 처리 Chamber 디자인 고전압 pulse 처리를위한 chamber는기본적으로식품과접촉하는 2개의전극과 전극사이의간격으로이루어져있으며, 식품과접촉하는전극면적에비하여전극 사이의간격이아주작아야한다. chamber에는기본적으로 static chamber와 continuous chamber 의두가지형태가개발되고있다. Static chamber는실험실 에서기초연구에적당하고, pilot plant 또는상업용장치개발을위해서는 continuous chamber 를개발하여야한다. - 11 -
2. 제품화결과 가. 제품화목표대비결과 1) 실험장치도 Fig.2 실험장치도 아르곤가스와과산화수소가스를 100 C의리본히터에가열된관을통하여플라 즈마리액터들어간한후 DC 고전압이인간된 wire에서 stream 발생하면플라즈 마가생성되어살균을한다. 이때생성된 radical은 O radical과 OH radical 이다. 이번목표는여러가지시료를가지고다양한살균을하려했으나국내의여건이 그렇게되어져있지않아서반응기내의공기살균을수행하였다. 앞으로의료기, 식기등의다양한시료를가지고실험을수행해야할것이다. 살균장치에있어서, 아르곤가스와, 가스유량을 2L/min으로제어하는 mass flow 컨트롤러와, 과산화수소의배출량을제어하여 30% 의과산화수소를생성하는마이 크로피더와, 배관전체의온도를 100 C로설정하는플렉시블히터로구성된살균 조건부는 chamber의중심을수평으로관통하여전원을공급받는큐브알루미늄 wire 와, 외부의알루미늄 type 전극에는복수개의소정크기의홀과, chamber의바 닥에장착되어접지전극이설치된세라믹판과, 세라믹판위에장착된필름과, 필 름위에는고초균포자로구성되어튜브를통해가스가유입되면홀을통해가스를 분사하는반응기로되어있다. - 12 -
표준평판균수측정법에의하여콜로니수를카운트하고, 생균수평가하는살균력부 와, 흡광광도계에의하여과산화수소의농도를측정및평가하는잔류성부와, 필름 표면에이슬이발생한필름을 로구성된살균평가부로되어있다. FT-IR에의하여표면을분석하는살균대상의영향부 또한반응기에 20kV±2kV 의동작전압을공급하는전원공급부로구성되어, 반응기 의동작전원으로 20kV±2kV 를인가함으로써최대의살균효과를얻을수있고, 과산 화수소와플라즈마를이단계로분사함으로써살균효과를높일수있다. 2) 전원공급부 Fig.3 반응기에동작전원을공급하는전원공급부 플라즈마살균장치인반응기에동작전원을공급하는전원공급부로, 전원공급부 는 AC220V 의전원이인가되는전원양단(a, b) 과, 전원양단에연결된전력계(PM) 와, 전력계(PM) 의양단에연결된가변변압기(SD) 와, 가변변압기(SD) 와연결된고전 압변압기(TR) 와, 고전압변압기(TR) 에연결된저항(R), 다이오드(D) 및스위치 (RSG: Rotary Spark Gap Switch) 와, 스위치(RSG) 와고전압변압기(TR) 의타단사 이에연결된커패시터(C) 로구성되어, 커패시터(C) 와스위치(SG) 의타단사이에연 결된반응기가동작하도록동작전원을공급하되, 살균작용의효과가최대가되는 20kV±2kV 의고전압펄스의일정한전압을반응기에공급한다. 반응기의인가전압은 20kV(200Hz, 5W) 로일정하고, 반응기의전압과전류치는각 각고전압프로브와전류프로브를사용하여오실로스코프로측정한파형은그림 같다. 4와 - 13 -
(a) 고전압프로브와시간에대한파형 (b) 전류프로브와시간에대한파형 Fig.4 고전압프로브와전류프로브를사용하여오실로스코프로측정한파형 - 14 -
2) 2 단계살균과정 Fig.5 H 2 O 2 spray 방식과플라즈마방식의 2 단계살균과정 여기서과산화수소의 OH radical이만들어지는과정의화학식과 H 2 O 2 spray 방식 과플라즈마방식의 2 단계살균과정을나타내고있다. 시료표면에과산화수소가 spray되어살균을하며이것을플라즈마로 살균하는과정을나타내고있다. OH radical을발생시켜서시료의표면을 플라즈마를이용한살균장치에관한것으로, 보다구체적으로는흡입되는공기중 에포함된먼지를포집할뿐만아니라악취를제거하고아울러세균을살균하여실 내공기를정화시키는플라즈마를이용한살균장치에관한것이다. 플라즈마란제4의물질상태로외부에서가해진전기장등에의해생성된이온전 자, radical 등과중성입자로구성되어거시적으로전기적중성을이루고있는물질 상태이며, 이러한플라즈마내의이온, 전자, radical 등을이용하여재료의표면개 질, 에칭, 코팅또는살균, 소독, 오존생성, 염색, 폐수및수돗물정화, 공기정화, 고휘도램프등의분야에널리쓰이고있다. 이러한플라즈마는발생압력에따라저압( 수 mmtorr ~ 수십 Torr) 플라즈마와상 압( 수십 Torr ~ 760 Torr) 플라즈마로구분할수있다. - 15 -
이중저압플라즈마는플라즈마의생성이용이하나저압의상태를유지하기위한 진공 chamber, 배기장치등의비용이고가이며, 배치타입(batch type) 의제품투 입방식으로인해대량처리에한계가있다. 반면에대기압플라즈마는대기압(760 Torr) 상태에서플라즈마를생성시키므로, 고비용의진공시스템이필요하지않고, 연속공정이가능하여대량생산에많은이점이있다. 나. 제품화결과분석 1) 살균효과계산식 CFU = Colony Forming Unit 우선제품의결과를평가하기위하여정량적분석을객관적으로마련하고자살균 효과를나타내는식을적용하였다. 그것은식 (1) 과식 (2)d 표현되어져있다. 식 (1) 은살균효과를수치로나타낸것으로공정후의살균개수를공정전의개수 로나누고그값을 log 로취하여얻는데이터를가지고비교분석하였다. 또식 (2) 는 D-value로 decimal reduction time 을구하는식으로공정시간(sec) 을 식 (2) 에서구한살균효과로나눈값이다. 이 D-value는 CFU(Colony Forming Unit) 의값을나타내는척도이다. 이두식에서우리는객관적으로정량적인데이터 값을얻을수있다. - 16 -
2) 2 단계공정에의한 Bacillus 의살균효과 표 2 살균실험조건 (a) - 17 -
(b) Fig.6 H 2 O 2 처음농도 : 600ppm, Gas flow : 2 liter/min, Pulse : 20kV, 240Hz, 5W, 최초 CFU : 10 6 CFU/cc. (a) H 2 O 2 와순수한물의살균효과,(b) 2-step 공정과 H 2 O 2 만으로사용한살균효과 그림 6은과산화수소가스로발생된플라즈마를이용하여 OH redical을생성하는 2 단계공정에의한 bacillus 균의살균효과를나타내고있다. 여기서보듯이처음에 H 2 O 2 는 600ppm, Gas Flow는분당 2 liter, AC 전압 Pulse 는 20kV, 200Hz, 5W 의최적한조건으로일괄되게실험하였다. 처음의 CFU(Colony Forming Unit) 는 10 6 CFU/cc 이다. 그림 6 (a) 에서 H 2 O 2 와순수한물에의한 OH radical의살균효과의비교값은공 정시간이 1분에서 5분으로증가함에따라과산화수소처리와순수한물을비교하 여보았을때, H 2 O 2 를상용한경우에는순수한물의경우에비하여 균효과를보이고있다. 또한동일한조건하에서그림 6(b) 에서는 4배정도의살 H 2 O 2 만사용하였을때와과산화수소가 스와플라즈마를이용하여 OH radical을생성하는 2 단계공정에의한살균효과 의비교값은공정시간이 1분에서 5분으로증가함에따라 H 2 O 2 만사용하였을때 보다는 2 단계공정을비교하여보았을경우에 1배정도의살균효과를보이고있 다. - 18 -
3) 2 단계공정에의한 Bacillus 의살균결과 Fig.7 2 단계공정을한후 bacillus 의살균결과 (a) Bacillus : AC 6kV, 120sec, (b) E. coli : AC 6kV, 120sec 그림 7에서는과산화수소가스로발생된플라즈마를이용하여 OH radical을생성 하는 2 단계공정에전후로 bacillus 의살균효과를나타내고있다. 이때실험조건은 AC 6kV로 120 초동안살균하였다. 그림 7 (a) 에서보듯이공정 전과후에 bacillus 균이전혀나타나지않고살균되는것을볼수있다. 또그림 7 (b) 의 E. coli에서도동일한실험조건에서도공정전과후에서세균이 전혀볼수가없었다. 이것으로기화시킨과산화수소를아르곤가스중에혼합시켜놓은상태에서펄스 스트리머(pulsed streamer) 방전을이용하면산화력이매우높은 OH radical, O radical, HO 2 radical 등이생성되어살균하는것이다. 여기서생성된활성산소는 수명이수백 nsec로매우짧아단시간내에안정한산소나물로변화하므로잔유 량이없으므로위험성이적고또대기압하에서처리가가능하므로아주빠른시 간에살균처리가가능하고연속적인건식살균처리로서응용할수있다. - 19 -
3. 제품화결과사업화가능성여부 가. 시장규모 1) 현재자외선램프를이용한공기살균기의현황 특별한성격을뛰고있는환경 표 3 자외선램프를이용한공기살균기의현황 구분총수내용( 실수) 비고 병/ 의원 65,549 수술실 9,197 중환자실 2,298 병실미포함 유치원 8,308 합극수 21,493 산후조리원 600 - 동물병원 2,701 - 기타 - - 추산어려움 합계 77,158 32,988 기타 : 초, 중, 고등학교및농업기술센터무균실, 조직배양실, 애완견센 터피부관리실, 찜질방등개인가정에서사용한다. 2) 플라즈마공기살균기의개발 시장의확대신축아파트및오피스텔, 개인가정으로의사용자가많아지는추세이 며, 많은사람들이이용하는대중이용시설물의장소에도매우빠르게보급되고 있다. 따라서시장규모는약 2 조원이상으로추산된다. - 20 -
나. 대기압플라즈마의응용분야 1) 반도체분야 대기압저온플라즈마는반도체공정중기판소독과 PCB 세정에도큰공헌을할 수있다. 플라즈마의활성을이용하면반도체기판과 PCB의유기금속부산물을실 시간(in-line) 으로처리할수있으며, 플라즈마의저온특성으로피처리물의열변형 을일으키지않으면서제품의품질을높이는친환경적인공정을도입할수있다. 대기압저온플라즈마의기술은향후반도체및 PCB 산업발전뿐아니라플라스틱 및유리제품의표면처리기술, 의료기기및식료품등의살균, 소독기술등에적용 할수있을것으로전망된다. 2) 의료용분야 대기압하에서건식연속살균장치의개발이바람직하고모든미생물을완전히죽 이는것은엄격한처치방법이필요하지만일반적으로제균, 정균, 살균, 항균, 멸균 (sterilization), 소독(disinfection) 을통하여미생물의대사를정지시켜회복할수없 는상태를만드는것을기대한다. 의료용기의 bio burden 평가시험법, 식품살균법등활성산소, 자외선에의한 DNA의 접적작용으로살균효과를이용할수있다. - 21 -
3) 일반적인플라즈마응용분야 - 22 -
4. 향후산업체연계및활용계획 국내외산업계에는과산화수소의플라즈마상태를이용한살균장치가지금실용화되 고있고고전압전원을이용한살균장치는펄스전계(PEF) 를이용한살균효과가논 문에보고되어있다. 시장성격으로살균대상물에따라사용방법이나누어져있고과산화수소는액체나 증기상태에서이용되므로산화력의강도에따라살균에문제가있고잔유성을고려 하지않고있다. 변성과악취, 코스트문제등의관련기술로서초음파세정처리, 과 산화수소가스처리, 방전과과산화수소의병합기술등, 시장성은매우넓으며미래 기술로서기여도는매우크다. - 23 -
5. 제품화결과문제점및개선방안 가. 문제점분석 ( 기술적, 상업적문제점 ) OH radical 을사용하는데있어서과산화수소가필수적인약물인데과산화수소의취 급이국내보건법의약물사용에관한조항에위배되는상황은있으나실제관산화 수소의잔량이전무한상태이므로실제로위험하지않다. 나. 개선방안 과산화수소와플라즈마를 2 단계로발생하여분사함으로써살균효과를높일수있 다. 즉진공중으로고농도과산화수소를기화하고방전플라즈마에의하여 OH radical 을발생하여멸균처리, 또는방전플라즈마로산소를해리하여만든고농도 오존가스또는오존수에의하여멸균처리함으로써 radical의수명이매우짧아단 시간( 수백 nsec) 반응후산소와물이되기때문에위험성이적다. 따라서안정한 산소나물로바꿔져서환경오염에적은영향을끼친다. 또대기압하에서처리가 가능하므로아주빠른시간에살균처리가가능하고건식살균처리로서응용할수있 다. - 24 -
6. 주요시설 / 기자재구입및관리현황 기자재명규격수량용도 캠코더 TRV 900 구입가격 ( 단위: 천원) 설치장소 1 실험 data 기록 2,100 실험실 본제품과과제경비로구입한기자재는모두기재해야함. - 25 -
7. 산업체연계결과활용 ( 참여기업이작성 ) - 26 -
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