KR100581693B1 - 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대기 중에서 소정의 영역에서 균일한 플라즈마를 발생시켜 치아 표면을 살균시킬 뿐 아니라 인체 손상을 줄일 수 있는 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치는 반응 가스와 캐리어 가스가 혼합된 혼합 가스를 일방향으로 공급하는 가스주입튜브와, 상기 가스주입튜브의 일단을 막아주도록 설치되는 절연체와, 상기 가스 주입튜브와 일단이 연통되도록 상기 절연체에 끼움 고정되어 전류를 흘러주는 동시에 내부로 혼합 가스가 통과하는 중공의 바이어스 전극과, 상기 절연체에 상기 바이어스 전극의 타단을 감싸도록 고정되어 상기 바이어스 전극과 상호작용에 의해 플라즈마를 발생시키도록 접지되는 실린더 전극으로 이루어진다.

치과, 의료장비, 플라지마, 발생장치, 전극, 가스주입튜브, 절연체

Description

치과 의료장비용 플라즈마 발생장치 {PLASMA GENERATOR FOR MEDICAL INSTRUMENTS OF DENTISTRY}

도 1은 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치가 도시된 측단면도,

도 2는 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 처리 전후 친수성이 도시된 사진,

도 3은 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 처리 전후 대장균 살균효과가 도시된 그래프,

도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 처리 전후 대장균 상태가 도시된 전자현미경 사진,

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 처리 전후 고초균 상태가 도시된 전자현미경 사진,

도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 처리 전후 녹농균 상태가 도시된 전자현미경 사진이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

2 : 가스주입튜브 4 : 절연체

6 : 바이어스 전극 8 : 실린더 전극

8h : 분사홀

본 발명은 대기 중에서 소정의 영역에서 균일한 플라즈마를 발생시켜 치아 표면을 살균시킬 뿐 아니라 인체 손상을 줄일 수 있는 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마 발생장치는 양측 전극에 고주파 또는 고전압을 공급하면 양측 전극 사이에 기체분자가 양이온과 전자가 분리되도록 하는 장치로써, 이러한 양측 전극은 진공 상태에 설치되거나, 대기 중에 설치되기도 한다.

특히, 대기 중에서 플라즈마를 발생시키는 상압 플라즈마 발생장치는 산화력이 뛰어난 원자 산소(Atomic oxygen) 이나 수산화기(OH radical) 등의 화학종들이 세균의 세포벽을 에칭시켜 살균 효과를 나타내며, 플라즈마 내부에서 전기장에 따라 빠르게 가속되면서 이동되는 전자와 이동 등에 의한 물리적 충돌에 의해 살균 효과를 나타낸다.

하지만, 상기와 같은 상압 플라즈마 발생장치는 양측 전극 사이의 플라즈마 발생지역에 균일한 글로 방전(Glow discharge)이 아닌 스트리머 방전(Streamer discharge)이 일어나도록 하기 때문에 전체적으로 불균일한 방전이 형성됨으로 국부적으로 열적 손상(Thermal damage)을 입힐 수 있어 인체에 적용하는 것이 바람직하지 못하다.

또한, 코로나 방전(Corona discharge)이나 DBD 방전 등의 대표적인 상압 플라즈마 발생장치는 플라즈마를 형성하기 위하여 처리를 위한 샘플 양단에 전극이 존재해야 하기 때문에 복수개가 밀접하게 형성된 치아 표면의 살균에 적용하는 것이 현실적으로 불가능하다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 균일한 글로 방전이 일어나도록 함과 아울러 플라즈마가 치아 표면을 직접 살균할 수 있도록 하는 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치는 반응 가스와 캐리어 가스가 혼합된 혼합 가스를 일방향으로 공급하는 가스주입튜브와, 상기 가스주입튜브의 일단을 막아주도록 설치되는 절연체와, 상기 가스 주입튜브와 일단이 연통되도록 상기 절연체에 끼움 고정되어 전류를 흘러주는 동시에 내부로 혼합 가스가 통과하는 중공의 바이어스 전극과, 상기 절연체에 상기 바이어스 전극의 타단을 감싸도록 고정되어 상기 바이어스 전극과 상호작용에 의해 플라즈마를 발생시키도록 접지되는 실린더 전극으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 바이어스 전극은 혼합 가스가 가압 분사될 수 있도록 일단에서 타단으로 갈수록 직경이 작아지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 바이어스 전극은 타단이 상기 실린더 전극의 끝단으로부터 소정간격을 유지하도록 설치되는 것이 바람직하고, 상기 바이어스 전극은 네가티브 직류 펄스 전압(Negative DC pulse voltage)이 인가되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 실린더 전극은 끝단 중앙으로 플라즈마가 가압 분사되도록 노즐 형상의 분사홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치가 도시된 측단면도이다.

본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치는 도 1에 도시된 바와 같이 반응 가스와 캐리어 가스(Carrier gas)가 혼합된 혼합 가스를 일방향으로 공급하는 원통형상의 가스주입튜브(2)와, 상기 가스주입튜브(2)의 일단을 막아주도록 설치되는 절연체(4)와, 상기 가스주입튜브(2)와 일단이 연통됨과 아울러 상기 절연체(4) 외측에 타단이 위치되도록 상기 절연체(4)에 끼움 고정되어 전류를 흘러주는 동시에 내부로 혼합 가스가 통과하는 중공의 바이어스 전극(6)과, 상기 절연체(4)에 상기 바이어스 전극(6)의 타단을 감싸도록 고정되어 상기 바이어스 전극(6)과 상호작용에 의해 플라즈마를 발생시키도록 일축이 접지되는 실린더 전극(8)으로 이 루어진다.

여기서, 상기 가스주입튜브(2)는 공기 또는 산소 등과 같은 반응 가스와 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 가스 등과 같은 캐리어 가스가 동시에 일방향으로 유입되도록 하여 혼합 가스를 형성하도록 하되, 반응 가스는 일반 대기 중에 존재하는 공기를 이용하게 되고, 캐리어 가스는 별도의 아르곤 또는 헬륨을 이용하게 된다.

다음, 상기 절연체(4)는 플레이트 형상으로 상기 바이어스 전극(6)과 실린더 전극(8)을 고정시키기 위하여 상기 가스주입튜브(2)의 일단에 고정되도록 설치되되, 상기 바이어스 전극(6)과 실린더 전극(8) 사이에 전기가 통하지 않도록 하기 위하여 설치된다.

다음, 상기 바이어스 전극(6)은 혼합 가스가 가압 분사될 수 있도록 일단에서 타단으로 갈수록 직경이 작아지도록 형성됨과 아울러 일단 측이 전원과 연결되도록 하되, 지속 시간(Duration time)이 짧은 네가티브 직류 펄스 전압(Negative DC pulse voltage)이 인가된다.

이때, 상기와 같은 전압이 인가될 경우 상기 바이어스 전극(6)의 타단과 상기 실린더 전극(8)의 끝단 사이에서 혼합 가스가 양이온 및 전자로 분해된 플라즈마가 발생되도록 하기 위하여 상기 바이어스 전극(6)은 타단이 상기 실린더 전극(8)의 끝단으로부터 소정간격을 유지하도록 설치되되, 상기 바이어스 전극(6)과 실린더 전극(8) 사이의 소정간격은 상기 바이어스 전극(6)에 가해질 수 있는 최대 전압에 따라 결정된다.

다음, 상기 실린더 전극(8)은 상기 바이어스 전극(6) 둘레에 간격을 두고 위 치되도록 상기 절연체(4)에 고정되는 원통형상으로 끝단 중앙으로 플라즈마가 가압 분사되도록 노즐 형상의 분사홀(8h)이 형성되고, 일측이 그라운드와 접지되도록 설치된다.

일예로, 상기와 같은 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치는 전체 길이가 약 5cm 이고, 폭이 치아 살균에 적합하도록 1cm 이며, 플라즈마의 단면 지름이 약 5cm가 되도록 분사홀(8h)의 크기가 결정된다.

상기와 같이 구성된 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치의 동작을 살펴보면, 다음과 같다.

먼저, 치아 표면과 근접하도록 상기 실린더 전극의 분사홀(8h)이 위치되도록 하고, 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 등의 반응 가스를 일반 공기와 함께 혼합한 혼합가스를 상기 가스주입튜브(2)로 공급하는 동시에 상기 바이어스 전극(6)에 전류가 공급되도록 한다.

이때, 혼합 가스가 상기 바이어스 전극(6)을 따라 유입되면서 상기 바이어스 전극(6)의 직경이 점차 줄어듦에 따라 가압되어 분사되고, 상기 바이어스 전극(6)에 네가티브 직류 펄스 전압이 공급됨과 아울러 상기 실린더 전극(8)이 그라운드에 연결되어 접지되어 있으므로 상기 바이어스 전극(6) 타단과 실린더 전극(8) 끝단 사이에 플라즈마가 형성된다.

이후, 이러한 플라즈마는 상기 혼합 가스의 흐름에 의해 상기 실린더 전극의 분사홀(8h)을 통하여 밖으로 뿜어져 나오게 되되, 상기 플라즈마에 의해 생성된 O, OH, O₃ 등의 화학종(Chemical species)과 플라즈마 내부의 이온들과 자외선에 의해 치아 표면에 세균을 제거하여 충치를 치료 및 예방할 수 있고, 나아가 충치 제거를 위한 드릴링(Drilling)시 통증을 없앨 수 있으며, 지속 시간이 짧은 직류 펄스 전원이 인가됨으로 인체에 미치는 열적 손상을 줄일 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 처리 전후 진수성이 도시된 사진이다.

본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 처리 전후 친수성을 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 폴리프로필렌 표면에 플라즈마 처리 전에 물방울과 폴리프로필렌 표면 사이의 접촉각이 76.73°인 반면, 폴리프로필렌 표면에 플라즈마 처리가 각각 30초 및 60초 진행된 다음 물방울과 폴리프로필렌 표면 사이의 접촉각이 각각 47.31° 및 27.51°이며, 이는 플라즈마 처리 후 폴리프로필렌 표면에 세균 제거 기능이 있는 O, OH, O₃ 등을 충분히 효과적으로 생성시킬 수 있음을 알 수 있고, 폴리프로필렌 표면에 별다른 열적 손상이 나타나지 않으므로 인체에 적용하기 적합함을 알 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 처리 전후 대장균 살균효과가 도시된 그래프이고, 도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 처리 전후 대장균 상태가 도시된 전자현미경 사진이다.

본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의해 플라즈마 처리 전후 대장균(E-coli)의 개수 및 상태를 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 플라즈마 처리가 1분 동안 진행된 다음 대장균 포자의 개수가 90% 가량 줄어듦을 알 수 있고, 도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이 플라즈마 처리가 1분 동안 진행된 다음 대장균의 세포를 기계적으로 보호하고 있는 세포벽이 에칭됨과 아울러 수축됨을 알 수 있으며, 이와 같은 결과 치아에 플라즈마 처리가 진행될 경우 대장균 살균 효과가 뛰어남을 알 수 있다.

도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 처리 전후 고초균 상태가 도시된 전자현미경 사진이고, 도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의한 플라즈마 처리 전후 녹농균 상태가 도시된 전자현미경 사진이다.

마찬가지로, 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치에 의해 플라즈마 처리 전후 고초균(Bacillus subtillus) 및 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)의 상태를 살펴보면, 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이 플라즈마 처리가 1분 동안 진행된 다음 고초균 역시 대장균과 마찬가지로 세포를 기계적으로 보호하고 있는 세포벽이 구멍이 뚫림과 아울러 수축됨을 알 수 있고, 도 6a와 도 6b에 도시된 바와 같이 플라즈마 처리가 1분 동안 진행된 다음 녹농균은 세포를 기계적으로 보호하고 있는 세포벽이 깨짐과 아울러 수축되고, 나아가 세포 내부에 세포질이나 세포막 또는 리보좀 등이 깨어진 세포벽을 통하여 빠져나온 것을 알 수 있으며, 이와 같은 결과 치아에 플라즈마 처리가 진행될 경우 고초균 및 녹농균 살균 효과 역시 뛰어남을 알 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치는 바이어스 전극의 끝단으로 혼합 기체가 분사되도록 함과 아울러 바이어스 전극의 끝단과 이를 둘러싸도록 설치된 실린더 전극의 끝단 사이에서 플라즈마가 생성되도록 하기 때문에 플라즈마가 발생되는 영역이 상대적으로 좁지만 균일하도록 이루어지도록 하고, 지속 시간이 짧은 네가티브 직류 펄스 전압이 인가됨으로 인체에 미치는 열적 손상을 최소화시킬 수 있을 뿐 아니라 친수성을 높일 수 있어 치아 표면을 직접 살균할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치는 플라즈마에 의해 생성된 화학종(Chemical species)과 플라즈마 내부의 이온들과 자외선에 의해 치아 표면에 다양한 종류의 세균을 제거하여 충치를 치료 및 예방할 수 있을 뿐 아니라 충치 치료시 통증을 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 반응 가스와 캐리어 가스가 혼합된 혼합 가스를 일방향으로 공급하는 가스주입튜브와,

   상기 가스주입튜브의 일단을 막아주도록 설치되는 절연체와,

   상기 가스 주입튜브와 일단이 연통되도록 상기 절연체에 끼움 고정되어 전류를 흘러주는 동시에 내부로 혼합 가스가 통과하는 중공의 바이어스 전극과,

   상기 절연체에 상기 바이어스 전극의 타단을 감싸도록 고정되어 상기 바이어스 전극과 상호작용에 의해 플라즈마를 발생시키도록 접지되는 실린더 전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 바이어스 전극은 혼합 가스가 가압 분사될 수 있도록 일단에서 타단으로 갈수록 직경이 작아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 바이어스 전극은 타단이 상기 실린더 전극의 끝단으로부터 소정간격을 유지하도록 설치된 것을 특징으로 하는 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 바이어스 전극은 네가티브 직류 펄스 전압(Negative DC pulse voltage)이 인가되는 것을 특징으로 하는 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 실린더 전극은 끝단 중앙으로 플라즈마가 가압 분사되도록 노즐 형상의 분사홀이 형성된 것을 특징으로 하는 치과 의료장비용 플라즈마 발생장치.

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