대기압 공기 플라즈마에서 발생하는 질소산화물에 의한 세폭관의 살균 특성

May 25, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6947(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

공기와 산소를 이용한 대기 유전체 장벽 방전 플라즈마에 의해 실리콘 튜빙 내부 표면에 생성된 활성종의 살균 특성을 조사하였다. 유전체 장벽 방전 토치 플라즈마 장치가 튜브의 한쪽 끝에 설치되어 튜브로 유입되는 수명이 긴 활성종을 생성했습니다. 105세포 박테리아 포자가 있는 스트립형 생물학적 지시약을 60cm 튜브의 반대쪽 끝에 배치했습니다. 공기플라즈마에서 발생하는 활성입자에 의해 30분 이내에 살균이 완료되었습니다. 공기플라즈마에 의한 살균에 기여하는 주요 요인은 HNO3와 N2O5였다. 세균 포자의 구성성분을 반영하는 유기물질(케라틴, 아스파르트산, 디피콜린산)을 멸균처리하였을 때 디피콜린산에는 거의 영향을 미치지 않았다. 케라틴은 산소와 공기 플라즈마에서 각각 생성된 오존과 NOx에 의해 산화되었습니다. 아스파르트산은 산소 플라즈마에서 생성된 오존으로부터 조성 변화가 거의 없는 반면, 공기 플라즈마에서 생성된 오존과 NOx에서는 니트로(NO2), 니트로소(NO), 알데히드(CHO) 그룹이 형성되었습니다.

의료 장비의 멸균은 장비의 재사용을 촉진하는 병원에서 중요한 절차입니다. 의료용 플라스틱 튜브는 모양이 길고 좁으며 멸균이 어렵습니다. 따라서, 의료용 튜브는 사용빈도가 높아 대량으로 소모되고 있다. 의료 비용을 줄이기 위해 튜브를 멸균하고 재사용하는 것이 바람직하지만 효과적인 멸균 방법은 없습니다. 운반할 장비의 양이 제한된 우주 공간에서도 의료 장비의 재사용은 중요합니다. 현재 의료현장에서 튜브 멸균에 적용할 수 있는 멸균 방법으로는 EOG(에틸렌옥사이드 가스) 멸균과 과산화수소(H2O2) 멸균이 있다. 그러나 이러한 화학 물질은 독성이 있고 상대적으로 안정적이므로 좁은 플라스틱 튜브1,2에서 제거하기 어려운 잔여물이 남습니다. 일반적으로 멸균 후 의료 기기에서 EOG를 제거하는 데 약 1일이 필요합니다. 잔류 독성 및/또는 발암성 화학물질은 환자, 멸균 작업자 및 의료 전문가를 위험에 빠뜨릴 수 있습니다. 최근에는 독성이 낮고 멸균 시간이 단축될 가능성으로 인해 플라즈마 멸균 방법이 연구되었습니다2,3,4,5,6. 플라스틱 튜브에 많은 플라즈마 멸균 방법이 적용되었지만 튜브 재료에 발생하는 열과 손상으로 인해 효과적인 멸균 방법은 아직 개발되지 않았습니다.

공기 중에서 방전이 발생하면 오존(O3)11,12,13,14 및 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 오산화이질소(N2O5) 등의 질소산화물(NOx)15,16,17 )은 대기압에서 얻어집니다. NO3 및 NOx와 오존에서 파생된 활성 산소종과 같은 수명이 짧은 라디칼도 생성될 수 있습니다. 이러한 질소종과 활성산소종은 반응성이 매우 높아 단백질, 아미노산, DNA 등 생체물질을 분해하거나 변형시킵니다. 특히, 이러한 안정한 반응종은 실온의 플라즈마에서 생성됩니다. 따라서 오존 및 NOx에 의한 살균으로 인해 플라스틱 튜브의 열적 열화나 표면 손상이 발생할 가능성이 거의 없습니다.

최근에는 길고 좁은 튜브의 내벽을 산소 플라즈마10로 멸균하려는 시도가 있었습니다. 그러나 이러한 접근 방식에는 긴 처리 시간이 필요했습니다. 산소 플라즈마와 자외선(UV) 조사를 결합하여 비교적 짧은 시간에 길고 좁은 튜브의 내벽을 살균할 수 있습니다. 그러나 UV 광원이 막히면 이러한 멸균 방식이 제한될 수 있습니다. 본 연구에서는 산소 가스와 공기를 공급 가스로 사용하는 대기 DBD(대기 유전체 장벽 방전) 토치 플라즈마에서 생성된 장수명 활성종을 기반으로 좁은 튜브의 멸균을 조사했습니다. 박테리아 포자를 포함한 유기물에 대한 플라즈마 멸균의 효과를 조사했습니다. 본 연구는 의료용으로 충분한 길이를 갖는 길고 좁은 튜브의 내벽을 산소 가스와 공기를 이용한 플라즈마에 의해 멸균할 수 있음을 입증하고, 멸균에 기여하는 입자종을 조사하였다. 얻은 결과는 길고 좁은 튜브 내벽 멸균 방법의 실증에 크게 기여할 것입니다.