KR100913632B1

KR100913632B1 - 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100913632B1
Application number: KR1020090026586A
Authority: KR
Inventors: 민흥식; 안영근; 양성진
Original assignee: (주) 씨엠테크
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2009-08-24

Abstract

본 발명은, 적어도 1개의 멸균 공정에 있어서 대상물이 놓인 멸균챔버에 진공을 가하고, 적절한 농도의 수증기와 오존을 주입하여 대상물이 수증기와 오존에 노출되고, 산소와 오존, 수증기로 이루어진 혼합기체가 순환하는 통로에 전기적 방전에 의한 플라즈마 발생 공간을 설치하여 오존, 산소, 수증기로부터 유도되는 다양한 Radical 생성물이 유기물로 구성된 미생물의 분해를 촉진하는 멸균 방법을 제공한다.

오존, 플라즈마, 멸균

Description

오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 방법 및 장치{MEDICAL TREATMENT STERILIZATION METHOD AND THE SYSTEM IN COMPLIANCE WITH THE OZONE AND A PLASMA}

본 발명은 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 방법 및 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 수증기와 오존, 플라즈마를 이용하여 멸균하는 개선된 방법과 장치의 제공에 관한 것이다.

멸균이란, 바이러스, 미생물 및 아포(芽胞,Spore)를 없애거나 완전히 파괴시키는 과정 또는 행위를 말하는 것이다.

전통적으로 의료기구의 멸균 처리에는 고온(고온고압증기나 건열)이나 유독성 화학약품(에틸렌옥사이드-EtO, 프로필렌옥사이드, 포름알데히드 등)이 이용되었다.

고압증기를 사용하는 멸균방법은, 전통적으로 신뢰성 있는 멸균방법으로 시간이 걸리지 않고, 비용이 저렴하며, 효율이 높다.

그러나 최근 의료 환경에서는 열에 손상될 수 있는 기구들의 사용빈도가 높아지고 있으며, 열에 내성을 가진 기구라 할지라도 그 수명이 단축되는 단점을 가 지고 있어서, 121~134℃정도에서 멸균하는 고압증기 멸균법의 적용 범위는 축소되고 있으며, 저온에서 멸균하는 방법에 대한 필요성이 증대되고 있다.

열에 약한 기구들을 저온에서 멸균하는 방법의 가장 일반적인 것은 화학 기체를 사용하는 것이다.

이러한 화학적 멸균의 절차는 먼저, 멸균 대상물의 온도를 멸균 공정온도에 일치시키는 가열과정(Preheat, 37℃ or 55℃), 공기를 제거하는 진공과정, 가습 공정-일반적으로 이 단계까지 예비 조절(Conditioning) 과정이라고 함-, 멸균 가스 주입 공정, 멸균 가스에 대상물을 일정시간 노출시키는 공정, 멸균 가스 제거 공정, 내부 공기 정화 공정 등으로 이루어진다.

이러한 저온 멸균법의 대표적인 것으로 EtO Gas를 이용하는 방법이 있다.

그렇지만, EtO gas는 발암성 또는, 신경독성 등의 위험성을 가지고 있는 물질일 뿐만 아니라, 인화성 및 폭발성 물질이므로, CFC(클로로탄화불소-Chloro fluorocarbon)등을 혼합하여 폭발위험성을 낮추어 사용되고 있다.

CFC도 또한 대기 오염 유발 물질이며 또 다른 유해물질이기도 하다.

이러한 위험성은 결과적으로 멸균 후 지속적인 환기(Aeration)에 의해 기구에 잔존하는 유독성 기체를 제거하는 과정이 필요로 하게 된다.

정작 멸균에 필요한 시간은 1~3시간이지만, 멸균된 기구를 사용할 수 있을 때까지 대기해야 하는 유효한 멸균 시간은 14~36시간에 이르게 되므로, 많은 양의 기구를 멸균처리하기 위해서는 대용량의 멸균챔버를 필요로 하거나 별도의 환기 공간이 필요로 하며, 멸균 과정에 투입된 기구를 사용하기 위해서는 긴 시간을 기다 려야 하는 등의 비효율적인 문제를 안고 있다.

(1) 저온 플라즈마 멸균 분야의 멸균기 종류 및 장, 단점

이러한 비효율적인 문제점을 개선하기 위하여 과산화수소와 RF 대역의 플라즈마를 이용하여 저온(45~55℃)에서 멸균할 수 있는 기술이 개발되었다.

전통적인 가스 멸균법에서와 같이 먼저 멸균챔버에 멸균 대상물을 삽입하고 기밀을 유지한 후 진공을 가한다.

과산화수소 저온플라즈마 멸균기는 가습에 의한 습도조절 과정 대신, 전기적 방전의 매개체로서 과산화수소수(농도 약 50% 이상, 과산화수소+물)를 증발된 기체로 주입하게 된다.

일반적으로 이러한 멸균 방법에 적용되는 약 1Torr 정도의 진공도에서는 물이나 과산화수소수의 끓는점은 0℃이하이므로 상온보다 다소 높은 챔버내의 온도에서는 쉽게 기화된다.

주입된 과산화수소 증기만으로도 물과 반응기 산소로 분리되는 강한 산화작용이 발생하므로 미생물에 대한 멸균 강도는 충분해 진다. 최근에는 이 공정단계 만에 의한 멸균방법[VHP(Vaporized Hydrogen Peroxide) Sterilization]도 시도되고 있다.

과산화수소 증기만의 확산을 포함한 멸균 과정이 끝나고, 플라즈마 멸균 과정을 위해 멸균챔버를 다시 1 Torr이하로 감압 된다.

RF대역의 주파수로 기체방전에 의한 플라즈마를 멸균챔버 내에서 발생시키면서, 잔존하는 과산화수소와 물, 산소 등이 다양한 라디칼(특히, Hydroxyl radical 이 매우 빠르고 강한 산화작용을 하는 것으로 알려져 있음) 생성을 유도하여 마지막으로 생존하는 미생물을 파괴하며, 잔존하는 멸균제를 완전히 제거한다.

이러한 방법은 독성의 멸균제가 챔버와 멸균 대상물에 남지 않아 안전하며, 매우 신속하고 신뢰성 있는 멸균이 가능하지만, Rigid Lumens, 카테타 등의 내경 깊이 및 재질에 따라 멸균에 한계가 있고, 특히, 잔존 기체가 희박한 상황에서 발생된 라디칼이 멸균 대상물과 떨어져 있을 경우, 멸균 작용의 유효성이 낮아진다.

뿐만 아니라 사용 및 취급상 유독 물질인 고농도의 과산화수소를 사용해야 한다는 문제점을 가지고 있으며, 피멸균물이 플라즈마를 발생시키는 멸균챔버 내에서 기체 방전을 위한 전기장에 노출되므로 정전 손상(ESD, Electro-Static Damage)이 가해져, 그 기구의 수명을 단축시키는 등의 단점을 가지고 있다.

따라서 현재 상용화된 기술은 매우 신속한 멸균이라는 장점을 가짐과 동시에 이를 보관, 유통, 취급, 사용에 대한 위험에 대해 높은 관리 비용이 요구되고 있으며, 회당 멸균 비용은 현재까지 알려진 멸균법 중 가장 높은 종류에 속한다.

(2) 오존 단독의 멸균법

저온 멸균 분야에서 매우 높은 가능성을 가지고 있는 멸균제로는 오존이 있다.

오존은 불소(F, 2.87eV), 수산화기(OH, 2.85eV) 다음으로 매우 높은 산화 환원 준위(2.07eV)를 가지며, 과산화수소(H2O2, 1.77eV)보다 더 강력한 산화제로 알려져 있다.[강준원 외, 오존을 이용한 수처리 기술, 동화기술, pp. 11]

오존은 산소로부터 용이하게 발생시킬 수 있고, 제조비용도 매우 낮아, 공업 에 있어서 제지용 펄프의 표백, 음료수의 처리, 오폐수의 탈취, 배수나 식품의 멸균 등의 용도로 다양하게 사용되어 왔다.

이러한 오존의 산화능력을 멸균에 이용하고자 하는 노력은 다양한 방법으로 시도되었다. (KR10-0737210, US2004/0161361 A1)

그러나 오존 자체가 강력한 산화력을 가지고 있기는 하지만, 단독으로는 한정된 유기결합의 분해과정에 관여하거나, 주로 금속의 산화 반응에 관여하면서(오존의 불필요한 소비), 다양한 유기결합에 대한 파괴를 위해 필요한 멸균 반응시간이 너무 느리기 때문에 멸균과정에 필요한 시간이 과다해지므로, 적어도 4~5시간 정도의 멸균 시간이 필요한 것으로 알려져 있다.

오존을 멸균제로 사용하는 상기의 방법은 산소원료의 약 10%정도의 오존 농도를 사용한 것으로서 미생물에 대한 노출 효율이 가지는 문제점으로 인해, 80%이상의 고순도의 오존을 이용한 멸균 방법도 알려져 있다.(JP 2005-211095A, JP 2008-104488A)

오존 발생기에 의해서는 오존 농도의 증가에 한계가 있으므로 오존이 포함된 기체를 냉각하는 과정에 의해 액화하여 정제하고, 액체 오존을 다시 기화시킴으로 얻어진 고순도의 오존을 사용하는 방법이 공개되어 있다.

JP 2005-211095A

멸균챔버를 수 Pa정도로 감압하고 고순도의 오존을 10㎪을 넘지 않는 범위에서 투입하여 약 10분 유지하는 것을 몇 회 반복하는 방법으로서, 추정되는 멸균 시간은 약 180분 이상이 필요로 한다.

JP 2008-104488A

멸균챔버를 1kPa이하로 감압하고 상대습도 80%이상으로 가습한 후, 고순도의 오존을 챔버 부피의 10% 이내로 투입하여 유지하고, 다시 희석 기체를 대기압 근처의 진공상태까지 멸균챔버에 투입하여 일정한 시간을 유지하는 과정에 의해 멸균하는 방법을 공개하였다.

이러한 고농도의 오존을 이용하는 방법은 고순도 오존을 액화 농축시키기 위해 액체 질소, 또는 액체 산소에 의한 냉각장치가 필요하기 때문에, 의료현장에서 액체 질소 또는 액체 산소를 취급할 수 있는 자격자를 필요로 한다.

고순도의 오존을 사용하기 때문에 폭발 위험성이 있고(20%이상), 또한 배관 및 챔버의 부식 우려가 큰 것은 물론이며 멸균 대상물에 발생할 수 있는 손상의 가능성도 매우 크다. 무엇보다도 그러한 강력한 산화능력을 가지고 있더라도, 일정한 멸균 수준(SAL-6)을 달성하기 위해 필요로 하는 시간을 2시간 이내로 하기에는 많은 어려움을 가지고 있는 방법이다.

(3) 과산화수소, 오존을 사용하고, 기체 플라즈마화 과정에 의한 멸균법

감압된 Chamber에 먼저 과산화수소와 물을 기화시켜 주입하고, 이어서 오존을 주입하고, 일정 시간 유지 후 RF 대역의 주파수로 기체 방전이 용이할 수 있도록 감압하여 플라즈마를 발생시키는 멸균 방법이 공개되었다. (JP2006-204889)

오존화 반응으로부터 유도되는 기체 상의 AOP는 유기물로 이루어진 미생물의 파괴 또는 불활성화에 보다 근본적으로 작용할 수 있으며 멸균에 이를 이용하는 시도가 다양하게 이루어졌다.

물에 용해된 오존을 이용하는 수처리 분야에서와는 달리 수증기가 존재하는 공간에서 오존화 반응, 또는 다른 산화제인 과산화수소와 공존하여 고급산화과정을 유도하는 방법은 멸균에 매우 효과적으로 작용할 수 있다.

이러한 관점에서 상기 기술은 과산화수소와 오존 또는 수증기와 오존을 감압된 멸균챔버에 주입하여 유지하고, 감압하여 기체 방전에 의한 RF대역의 플라즈마를 이용하여 멸균강도를 증진시키고자 하였다.

거의 모든 유기물과 반응할 수 있는 하이드록실 라디칼의 일시적 생성을 유도하는 이러한 방법은 매우 효과적인 멸균 방법이 될 수 있으나, 취급상 매우 주의를 요하는 과산화수소수의 주입이 필요하여 Chamber에 과산화수소수, 물이 공급되는 라인이 별도로 요구되며, 멸균챔버 내에 플라즈마를 직접 발생시키는 방법을 사용하기 때문에 멸균 대상물, 특히 날카로운 edge를 가진 기구들의 경우, 정전 손상(ESD, Electro-Static Damage)에 취약해져, 그 기구의 수명을 단축시키는 등의 단점을 가지고 있다.

(4) 수처리 분야에서의 오존처리 기술

오존의 산화력을 가장 효과적으로 이용한 것은 수처리 분야로서 이미 19세기부터 적용을 시작하였으며, 대기 중에서 불안정하여 산소로 되돌아가기 때문에 그 처리가 매우 간편한, 청정의 산화제로서 오늘날까지 응용범위가 발전 되었다.

이론적으로 오존은 모든 유기물을 CO₂와 H₂O로 완전 분해하여야 하지만, 실제 대다수의 유기물과 반응이 느리거나(예: 맛, 냄새의 유발물질인 Geosmin, 2-MIB 와 THM과 같은 포화탄화수소 등), 혹은 전혀 반응을 하지 않는 것이 일반적이다.

이와 같이 오존 처리의 단점을 보완하는 방법으로 알려진 것은 오존을 다른 산화제들과 동시에 반응시켜 수중에서 OH라디칼 생성을 가속화하여 유기물질들을 처리하는 것으로 고도 산화 기술(공정) [Advanced Oxidation Technology(Process), AOT (P)]이라고 한다.

AOT (P)의 종류 중 그 반응기구가 알려진 대표적인 것은 Ozone /High pH, Ozone /UV, Ozone /H2O2 (Hydrogen Peroxide), Ozone /H2O2/ UV 등이 있다.

수처리 분야에서 오존 반응은 매우 효과적이어서 광범위하게 적용되고 있으며, 처리과정에서 오존에 의한 직접 반응 또는 오존 분해에 관여하는 라디칼 작용에 의한 간접 반응 등으로 각종 유기물, 오염물질이 분해하는 과정이 밝혀져 있으며 또한 효율적인 다양한 조건들이 연구되었다.

오존의 물에 대한 용해도는 이론적으로 산소의 수배~10배 정도 크며, 수온 20℃ 물에 농도 20㎎/L의 오존화 가스를 주입하면 평형상태에서 수중 오존 농도는 5.7㎎/L정도 된다.

액체 상태에서 잔류 오존은 매우 불안정하여 비교적 단시간에 분해되어(반감기: 20~30분, 수온 20℃기준) 산소(O2)와 발생기 산소(O)로 된다.

이러한 오존의 분해과정은 pH에 크게 영향을 받는데 적절한 pH의 물에서 오존은 수산화기(OH-)와 Superoxide radical을 생성하게 된다.

이 중간물질로 생성된 라디칼 중 OH radical은 오존 자체보다 높은 전위차를 가지며(2.8eV), 거의 모든 유기물과 매우 빠른 속도로 골고루 반응하는 특징이 있 다.

본질적으로 AOT(P)는 오존, 과산화수소, 자외선 등을 이용하여 수중에서 OH라디칼 생성을 증가시킬 수 있도록 하여 그 높은 산화환원 준위와 빠른 반응 속도를 이용하는 기술이며, 이를 기체 상에서 멸균에 이용하고자 하는 다양한 시도가 모색되었다.

(5) 오존과 수증기를 이용한 멸균기

수처리 분야에서 오존의 살균, 탈취, 탈색, 오염원 처리 등에서 이용되고 있는 일반적인 원리를 유추해 본다면 수증기와 오존, 즉 가습 오존의 산화능력을 저온 멸균 분야에 이용할 수 있을 것이라는 가능성이 충분히 예상되고 있었다.

특히 오존과 수증기가 공존하면서 오존의 직접적인 산화반응뿐만 아니라 수분에 의한 오존의 분해과정 중에 유도될 수 있는 OH radical의 간접적인 산화반응은 매우 신뢰성 있는 멸균 방법이 가능할 것이라고 예상되었다.[강준원 외, 오존을 이용한 수처리 기술, 동화기술, pp. 61~113; 정연정 외, Bacillus subtilis Spores 불활성화 실험을 통한 오존, UV 공정의 소독 특성 평가, 대한 물환경학회지, 22(4) pp. 672~677(2006)]

기상에서의 오존의 작용은 상대습도의 증가에 따라 많은 변화가 생긴다. 오존에 대한 미생물 특히, 포자류의 내성은 다양하지만, 상대습도가 높을 경우 그 차이가 상대적으로 줄어든다는 사실이 알려졌다.(Ishizaki et al.,1986. Inactivation of the Silas spores by gaseous ozone, J. Appl. Bacterial. 60:17-72).

오존이 작용하는 데 있어서 물의 존재는 유기체에 대한 산화 및 분해 반응을 가속시킨다. (Langlais et al., (EDS), 1991, Ozone in water treatment, Application and Engineering. Louis Publisher: Chelsea, Mishigan, 569 pages)

미국에서 공개된 특허(US 3,719,017)에 의하면, 멸균 대상물을 넣고 밀봉한 플라스틱 주머니의 용기를 배기하고 오존과 물안개의 혼합물을 주입하여 멸균하는 방법을 제안하였다.

또 다른 미국 공개 특허(US 4,988,884, US 5,069,880)에 의하면, 오존을 일정 압력 이상으로 Water Bath에 Bubbling하여 투입하고, 수분기체와 오존을 동시에 멸균챔버에 투입하는 방법을 제안하였다.

이와 같은 방법으로는 대체로 약 85%정도의 상대습도를 가지는 수증기가 멸균챔버에 용해될 수 있는 가습 오존 멸균법이 가능하나, 다른 수단이 준비되지 않는 한, 충분한 멸균 조건에 도달하는 것은 어려운 일이 되었다.

오존을 이용하여 충분한 살균 강도를 얻기 위해서는 95% 이상의 상대습도가 필요하며, 충분한 양의 수증기가 오존화 반응에 참여하는 멸균방법이 공개되었다.(US 5,266,275, 5,334,355)

물을 대기압 하에서 비등점보다 더 높은 고온까지 가열하여 증발시키고, 그 증기를 오존이 포함된 기체에 주입하는 멸균시스템이 개발되었다.

그러나, 오존은 온도가 증가함에 따라 자기 분해가 지수 함수적으로 이루어지기 때문에, 대기압에서 고온의 증기에 노출된 오존은 자기 분해가 너무 빨리 이루어져 실제 멸균에 필요한 시간은 증가하게 되고, 더 많은 오존량이 필요로 하게 된다.

저온에서 멸균챔버의 상대습도를 높이는 가습 방법은 물을 낮은 수증기압에 노출시키는 것으로 과산화수소 플라즈마 멸균기에서 과산화수소수의 주입 방법과 비슷한 원리라 할 수 있다.(US7,128,872 B2)

먼저, Chamber의 온도가 물의 비등점보다 훨씬 높도록 멸균챔버를 물의 포화수증기압보다 낮은 진공상태로 공기를 배기한다.

진공화된 멸균챔버 내부와 연결된 가습 챔버에는 일정한 수위로 물이 채워져 있고, 멸균챔버와 가습 챔버 간의 밸브가 열리면서, 물은 진공상태에 노출되면서 기화된다.

진공화된 멸균챔버에 포화 될 수 있는 최대량의 수분을 투입하여 기화시키고(상대습도 95~100%), 고농도의 오존을 일정 압력까지 투입한 후 일정시간을 유지시킴으로써 멸균하는 방법이다.

OH Radical의 생성효율을 극대화시키기 위하여 오존과 수증기의 농도를 최대화할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 멸균 내성이 높은 포자류의 미생물들이 휴면상태로부터 활성화하는 데에 있어서도 매우 높은 효과를 가질 수 있는 것으로 멸균 효율에 주목할 만한 진전을 이루었다.

이러한 방법은 충분한 가습에는 필요한 방법이지만, 수증기가 과다하여 멸균 대상물 표면에 응축이 될 위험성을 회피하지 못한다.

멸균챔버와 가습 챔버의 온도가 같을 경우, 물이 기화하면서 발생하는 기화열로 인해 가습 챔버의 온도는 멸균챔버보다 더 낮아지게 되므로 수증기 흐름의 구 동력을 유지하기 위해서는 가습 챔버의 온도가 높게 유지되어야 한다.

그렇지만, 이러한 설정은 가습 챔버의 포화수증기압이 멸균챔버의 그것보다 더 높아지게 되므로 멸균챔버에는 과잉의 수증기가 주입될 수 있고 멸균 대상물에 응축이 발생할 수 있게 된다.

이러한 과정에서 멸균챔버는 포화수증기압에 도달하였으므로 과잉의 수증기는 더 이상 증발할 수 없는 액체 상태가 된다.

특히 멸균 대상물이 물에 적셔지게 되면, 기체 오존은 금속표면에 도달하는 것이 불가능해지거나, 액체에 용해된 형태로 금속표면에 접근할 수 있게 되므로 그 금속표면에 대해서는 멸균강도가 매우 취약해질 수 있게 된다.

그러므로, 이러한 가능성을 줄이고 멸균 유효성을 확보하기 위해서는 상대습도 80%에서 포화수증기압(상대습도(100%)까지 수분을 충분히 기화, 용해시키는 과정에 대해 가습 챔버의 정밀한 온도조절과정이 필요하므로 매우 긴 시간(30분~90분)이 요구되고 있다.

이러한 긴 시간 동안의 가습과정을 포함하는 예비 조절(Conditioning) 과정은 멸균 내성이 강한 포자상태의 비활성화 균이 살균제에 취약한 활성화 상태로 유도한다는 측면에서 그 멸균 방법에 높은 신뢰성을 제공하고 있기는 하지만, 멸균공정의 시간(멸균 공정에 필요한 총 시간은 4.5시간)이 불합리하게 길어지는 단점을 가지고 있으며, 습도에 취약한 수술기구에 상당한 손상이 발생할 수 있는 약점을 가지고 있다.

(6) 오존과 수증기, 그리고 RF대역의 기체 방전에 의한 플라즈마를 이용한 멸균기

상대습도 100%의 수증기가 용해된 고농도(200㎎/L)의 오존을 약 20 torr정도까지 동시에 투입하고, 음이온과 양이온이 유도되는 특수한 전자 건을 이용하여 RF대역의 기체 방전 플라즈마를 발생시켜 멸균 공간에 OH라디칼 생성을 촉진하는 것으로 멸균을 시도한 방법이 있다.(WO2005/023319 A2)

이러한 의도는 매우 효과적인 것처럼 보일 수 있으나, 이를 실현하기 위해서는 현실적으로 제한된 조건을 만족시켜야 한다.

기체 방전을 일으키기 위해서는 전자 밀도가 높은 공간이 필요하기 때문에 적어도 멸균챔버의 진공도는 30~40mbar이하가 되어야 하며, 오존과 산소, 수증기가 있는 환경은 전자밀도를 매우 감소시키는 분자 및 이온들이므로, 방전 개시를 위해서는 방전 전극들 중 적어도 하나의 전극은 방전을 유도할 수 있는 이온 건을 필요로 한다.

이러한 멸균 방법은 멸균제가 멸균챔버 내에 존재하는 동안 압력의 변화가 너무 적어서 방전이 차단되는 공간, 예를 들면 Rigid Lumens의 내경 면 등에는 멸균 강도가 매우 작아질 수 있다.

그리고, 방전 공간에서 전기전도성을 가지는 금속기구들은 전기장에 노출되는데, 특히 날카로운 가장자리를 가지고 있는 기구들(예를 들어 의료용 칼, 가위 등)의 경우에는 정전 손상(ESD, Electro -Static Damage)에 노출되어 수명이 짧아지거나, 목적하는 기능이 손상될 수 있는 위험성을 가지고 있다.

또한 매우 복잡한, 적어도 10분 이상이 필요한 주입/플라즈마 방전/확산 공 정이 적어도 수십 회(20~80회, 최적 횟수는 60회) 이루어져야 하기 때문에 정작 멸균 공정에 필요한 시간은 오존 단독으로 처리한 것과 크게 다르지 않게 되었다.

의료용 저온 멸균을 위한 방법으로서 발암성 물질이며 폭발 위험성이 큰 화학가스(EtO)에 대한 대안으로 제시된 종래의 기술들을 요약하여 보면;

(1) 취급상 특별한 주의가 요구되는 농축(40%이상) 과산화수소수를 사용하거나, 추가적으로 이를 분해하는 RF 대역의 플라즈마를 사용하는 멸균 방법,

(2) 오존(10%이하의 저농도 또는 80%이상의 고농도)을 사용하는 멸균 방법,

(3) 오존(10%이하의 저농도 또는 80%이상의 고농도)과 수증기를 이용하는 멸균 방법,

(4) 오존, 수증기, RF대역의 플라즈마를 사용하는 멸균 방법,

(5) 오존, 수증기, 과산화수소, RF대역의 플라즈마를 사용하는 멸균 방법 등이 검토되었다.

상기 특허들의 공통점은 투입되는 기체가 스스로 강한 산화제(오존 또는 과산화수소)이면서, 특히, 2항을 제외한 특허들은 기화된 수분과 강산화제에서 분해된 반응기 산소에 의해 OH 라디칼을 생성시키고, 이를 통한 간접 반응이 멸균 작용을 일으키도록 하고자 한 것이다.

그 중에는 산화능력을 증가시키고 멸균 시간을 단축하기 위해 간접반응을 인위적으로 가속시키거나 유도하기 위하여 RF 대역의 플라즈마를 이용하기도 한다.

전자 친화도가 높은 기체 분자들 예를 들어, 산소, 수분 등이 주성분인 혼합기체의 밀도가 높은 공간에서는 RF 대역의 기체 방전을 이용하는 플라즈마는 쉽게 활성화되기 어렵기 때문에 이들 기체의 밀도가 낮아지도록 멸균챔버의 진공도가 높아야 한다.

이는 체적 당 기체 농도, 즉, 산소, 오존 수증기 등의 농도가 희박해짐을 의미하며 이들로부터 생성되는 라디칼 농도는 훨씬 더 작아지기 때문에 보조적인 수단에 머물 수밖에 없다.

오존을 이용한 멸균 방법은 부산물을 생성시키지 않으면서, 매우 강력한 산화능력으로 인해 근본적인 살균이 가능하지만, 오존 자체만으로는 그 반응속도가 특정 유기 결합에 선택적이기 때문에 이를 이용한 멸균공정은 매우 긴 시간을 요구하고 있다.

이를 개선하기 위하여 수증기와의 반응을 이용하고자 하는 많은 기술이 공개되어 왔으며, 부분적인 기술에 있어서 효과적인 진전이 있었다.

그러나 충분한 멸균 신뢰성을 얻기 위해서는 역시 충분한 시간이 요구되고 있는 실정이며 결과적으로는 그 효율성 측면에서 현재까지 공개되어 있는 오존을 이용하는 멸균 기술은 시간적인 측면에서 한계를 극복하지 못하고 있다.

본 발명은 수증기와 산소, 오존이 공존하는 멸균 공간에서 오존의 직접 산화 반응 및 오존의 분해에 따른 간접적인 산화 반응이 멸균에 효과적으로 작용할 수 있도록 하기 위해 화학적으로 자발적인 반응뿐만 아니라, 물리적으로 플라즈마 활성화를 이용하여 보다 효율적인 의료용 멸균 방법을 제시하고자 하며, 충분한 멸균능력을 가지면서 보다 신속하게 멸균 공정을 완료할 수 있는 방법을 제시한다.

본 발명에 의해 제시되는 멸균 방법은 오존과 플라즈마에 의한 것으로 더욱 구체적으로는 가습된 진공 챔버에 오존을 주입하고, 챔버 내부에 존재하는 혼합기체를 플라즈마 활성화를 통해 산소, 수증기, 오존으로부터 유도되는 다양한 라디칼에 의한 것으로 매우 빠른 시간에 효과적인 멸균이 가능하다.

또한 산소로부터 생성된 오존을 멸균제로 사용하고, 멸균에 더욱 효과적인 라디칼 생성을 플라즈마 활성화에 의해 유도하고, 다시 산소로 변환시킴으로써 멸균 대상물에 어떤 위험한 물질이 잔존하지 않도록 하기 때문에 매우 안전하다.

따라서, 멸균된 기구를 즉시 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 종래 오존을 이용한 멸균기술과 비교할 때, 강력한 산화제에 오랫동안 노출되지 않기 때문에 멸균 대상물의 손상을 최소화시킬 수 있다.

본 발명에 의해 제시되는 멸균 방법은 종래에 화학 가스를 이용하는 의료용 멸균 방법과는 달리 위험한 EO 가스, 과산화수소수 등을 취급하지 않으며, 매우 빠른 시간에 효과적인 멸균을 통해 멸균 대상물의 손상을 최소화시키는 효과를 가지고 있어서 저온 멸균 분야에서 새로운 대안으로 제시되기를 기대하고 있다.

(1)오존의 생성

오존을 생성하는 가장 상업적인 방법은 유전체 장벽에 의한 무성방전이다.

대향 하는 전극 간에 유전체를 두고 전극 사이에 기체가 유동할 때, 6~18kV의 교류 고전압을 유도시키게 되면 전자 밀도가 높아지면서 저온 플라즈마 상태가 된다.

기체 원료를 산소로 하는 경우, 높은 전자 밀도의 이동 및 충돌에 의해 산소간의 전자 이동이 발생하며 오존이 생성된다.

O₂ + e^- → O + O + e^-

O₂ + e^- → O₂ ^* + e^-

O + O₂ + M → O₃ + M

O₂ + O₂ ^* → O₃ + O

O₃ + O → O₂

O₃ + e^- → O₂ + O + e^-

O + O → O₂

(2) 수중에서 오존의 분해

오존은 특히 전통적으로 수처리 분야에서 널리 이용되어 왔는데, 오존이 물에서 분해되는 구체적인 반응의 종류는 매우 다양하고 복잡한 것으로 알려져 있다.

여기서 특징적인 것은 가수분해 과정의 라디칼 생성, 예를 들면, Hydroperoxy Radical(HO2), Hydroxy Radical(HO) 등의 생성과 직접적인 연관성을 가진다.

이러한 라디칼들은 매우 짧은 수명을 가지고 있지만, 오존이 분해되는 과정에서 생성과 소멸을 반복하며 일정한 밀도를 가지게 되고, 오존이 완전히 제거됨과 동시에 사라진다.

O₃ + H₂O → HO₃ + OH^-

HO₃ + OH^-→ 2HO₂ ^.

O₃ + HO₂ → HO^. + 2O₂

O₃ + HO^. → HO₂ + O₂

HO₂ ^. + HO₂ ^. → H₂O₂ + O₂

HO^. + HO₂ ^. → H₂O + O₂

HO^. + HO^. → H₂O₂

위의 반응에서 오존의 가수 분해에 의해 오존보다 다소 약한 산화제인 Hydroperoxy Radical(1.5eV)을 생성하게 되는 데, 이것이 개시제가 되어 오존보다 높은 Hydroxy radical의 생성 및 소멸 반응에 기여하게 된다.

오존 처리의 유효성은 오존 분자의 산화력에 의한 직접 반응과 오존 분해반응 과정에서 존재하는 Free Radical HO 및 HO₂의 반응에 의한다.

(3) 오존과 산소, 수증기가 혼재하는 혼합기체 방전

수처리 분야에서의 일반적인 오존반응은 오존 자체의 산화력뿐만 아니라, 오존의 소멸을 이용한 간접 반응을 이용하기 위하여 O₃/High pH, O₃/UV, O₃/H₂O₂, O₃/UV/H₂O₂등의 고급 산화법을 이용한다.

이는 오존의 강한 산화환원 준위에 의한 가수분해 과정에서 다양한 라디칼을 생성시킴과 동시에 오존의 소모를 의미하며, 한정된 공간에 한정된 오존량으로 오존 처리를 진행하는 경우, 오존의 투입은 여러 번 반복되어야 한다.

한편, 오존에 의한 멸균 방법의 종래 기술들은 오존의 가수분해에 의한 간접반응을 이용하는 과정에서 최초에 투입된 수증기와 오존량에 의해 라디칼의 초기생성량은 충분할 수 있으나, 시간이 지속 되면서 그 반응 속도가 낮아질 수 있는 문제점이 있다.

특히, 오존이 투입되는 속도에 따라서 투입과 유지, 배기를 여러 번 반복해야 하거나, 가습량을 임계치까지 정교하게 제어해야 목표하는 멸균강도를 얻을 수 있다는 한계를 가지고 있다.

본 발명에서는 오존의 직접반응은 물론이며, 간접반응에 의한 멸균작용이 지속적으로 유지될 수 있도록 하기 위해서 오존과 수증기가 혼합된 혼합기체가 무성 방전에 의해 전자밀도가 높아진 플라즈마 공간에 반복적으로 노출되도록 하여 라디칼의 밀도를 일정하게 유지시킴으로써 지속적인 오존처리, 특히 오존 분해에 의한 간접 산화 반응을 유지하도록 하는 방법을 특징으로 한다.

(4) 멸균방법 및 장치

본 발명의 기술이 적용되는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균방법은,

적어도 1개 이상의 연속되는 멸균단계로서, 멸균챔버에 멸균대상물을 투입하고 투입된 멸균챔버를 밀봉하는 멸균대상물 투입단계(S1)와, 멸균대상물이 멸균에 필요한 온도에 도달할 수 있도록 하는 예비가열단계(S2)와, 멸균챔버 내부의 진공 배기하는 감압단계(S3)와, 감압 된 멸균챔버에 수증기를 발생시키기 위한 수분주입단계(S4)와, 오존이 혼합된 산소를 멸균챔버 내부에 주입되는 오존주입단계(S5)와, 오존이 혼합된 산소와 수증기가 플라즈마에 의해 활성화시켜 멸균시키는 멸균단계(S6)와, 멸균이 완료된 혼합기체의 오존을 산소로 분해하는 오존분해단계(S7)와, 멸균이 완료된 혼합기체를 멸균챔버 외부로 배기하는 감압단계(S8)와, 대기 중의 공기를 멸균챔버에 주입하여 멸균챔버의 진공상태를 해제하는 진공해제단계(S9)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 멸균을 수행하기 위한 멸균장치(D)는 진공화가 가능한 멸균챔버를 구비하고, 상기 멸균챔버의 진공 상태를 유지하면서 멸균챔버로부터 배기한 기체를 다시 멸균챔버로 주입하는 수단과, 오존이 포함된 기체를 진공화된 멸균챔버에 주입하는 수단과, 진공화된 멸균챔버에 일정한 양으로 정의된 물을 주입하여 수증기화 하는 수단과, 멸균챔버 내의 오존, 산소, 수증기를 포함하는 혼합기체를 플라즈마 활성화로 유도하는 수단과, 멸균이 완료된 혼합기체에서 오존을 산소로 분해하는 수단으로 구성하는 것을 특징으로 한다.

이하 각각의 단계를 통하여 멸균을 수행하는 과정을 상세하게 살펴보면 다음 과 같다.

[멸균대상물 투입단계( S1 )는]

대기압, 상온에서 멸균 대상물을 밀폐된 멸균챔버에 투입하고 챔버의 도어를 닫아 밀봉한다.

[예비가열단계( S2 )는]

멸균챔버 내부에 설정된 멸균 공정의 온도와 멸균 대상물의 온도를 같게 하기 위하여 챔버 내부의 대기 온도를 상승시키는 단계를 수행한다.

이는 종래의 멸균 방법에서 사용되어 널리 알려져 있는 바와 같이 멸균 대상물이 멸균 공정에 필요한 열역학적 조건에 부합도록 하는 단계로서 본 발명에서도 멸균 공정의 유효성을 위해 필요하다.

구체적으로, 멸균챔버를 진공 배기와 외부 공기 흡입을 반복하면서 챔버 벽의 온도와 멸균 대상물 간의 온도교환이 원활하게 이루어지도록 하는 것이 있으며, 또 하나의 방법은 내부 공기를 순환시켜서 멸균챔버와 대상물 간의 온도교환이 이루어지게 할 수도 있다.

본 발명의 멸균장치에서 내부 기체 순환 경로 또는 외부 공기 흡입 경로에는 방전 전극이 상온보다 약간 높은 온도에서 일정한 온도를 유지하는 플라즈마반응기가 있어서 멸균챔버에 진입하는 기체는 일정한 온도를 유지하도록 하고 있다.

멸균챔버 내부 기체 순환 장치는 기체 흐름에 압력을 줄 수 있고 진공 및 배기를 반복할 수 있도록 건식 진공펌프를 사용하는 것이 효율적이다.

건식 진공펌프는 피스톤 방식, 다이아프램 방식, 스크롤 방식 등 다양한 펌 프를 이용할 수 있으며, 특별히 한정하지는 않는다.

본 발명에서 멸균에 효율적인 온도는 35℃~50℃이며 기체 가열 과정을 통해 멸균 대상물은 이러한 온도에 쉽게 도달된다.

이러한 온도 범위는 가수분해에 의해 오존의 분해반응에 의한 간접반응이 보다 가속화될 수 있지만, 과도한 오존 분해가 일어나지 않는 온도이다.

멸균챔버는 멸균공정이 수행되는 동안 요구되는 공정별 온도에 신속하게 반응할 수 있도록 하기 위하여 열전도율이 높으며 진공 압력에 견딜 수 있는 금속을 주재료로 하는 것이 바람직하다.

멸균챔버 내부의 공기를 제거하는 진공화 단계 후, 수분 주입을 신속하게 하는 과정에서 일시적으로 챔버의 국부적인 위치에서는 포화수증기압 이상의 수증기가 존재할 수 있으며, 일시적으로 챔버 표면에 응축과 기화가 반복되는 현상이 발생할 수 있다.

응축된 수분의 일부가 증발하는 이러한 과정에서 열용량이 작은 금속일 경우, 흡열반응인 기화로 인해 갑자기 온도가 낮아져서, 지속적으로 수분이 응축될 수 있는 수분 응축점이 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 멸균챔버 내부 표면에는 열용량이 높으며, 오존 및 기타 라디칼에 견딜 수 있는 불소화 수지류 종류의 피막이 형성되도록 하는 것이 바람직하며, 그 자체의 열용량으로 이러한 수분 응축점 발생을 효과적으로 방지하거나 지연시킬 수 있다.

[감압단계( S3 )는]

멸균 대상물의 온도가 멸균 공정을 위한 멸균챔버 내부의 온도와 동일해 지면 멸균챔버는 설정된 진공도까지 내부의 공기를 제거하는 진공 배기 단계가 진행된다.

설정되는 진공도는 적어도 4mbar이하가 바람직한데, 이는 일반 대기의 공기를 0.4%이하만 남기는 수준으로 배기하는 것을 의미한다.

진공도가 높을수록 멸균 대상물에 멸균을 위한 기체의 접근 또는 흡수가 용이해지게 되며, 본 발명의 멸균 공정 특징상 필요로 하는 원료 기체 이외의 불순물은 최소화될 수 있다.

플라즈마반응기의 저온 플라즈마 공간에서 다양한 합성 반응이 유도될 수 있는데, 산소와 수소에 의한 생성물 이외의 부산물 생성을 최소화시키기 위해서는 의도하지 않는 다른 기체 성분은 최소화시키는 것이 바람직하다.

그러나, 0.1mbar이하의 높은 진공도는 경제적으로나, 효율적인 측면에서 꼭 필요한 것은 아니다.

멸균챔버의 진공 배기를 위해 사용되는 진공펌프는 피스톤 펌프, 다이아프램 펌프, 스크롤 펌프 등의 건식 진공펌프가 적합하다.

멸균 과정 중 배기 기체를 멸균챔버에 재주입하는 경우가 많은 본 발명의 특징 상 배기 되는 기체에 오일을 함유하고 있지않은 건식 진공펌프가 바람직하다.

피스톤 펌프나 다이아프램 펌프의 경우 초기 예비 가열 과정이나, 플라즈마 활성화 또는 오존 제거 등을 위한 순환 목적 등에 사용하기에 적합하나 일반적으로 100mbar 이하의 진공도에 도달하는 것이 곤란하기 때문에, 멸균챔버 외부로 배기만 을 목적으로 오일 베인 펌프를 함께 사용해야 한다.

스크롤 펌프의 경우에는 본 발명의 모든 과정에서 수행될 수 있으므로, 장치를 간단히 할 수 있다.

[수분주입단계( S4 )는]

설정된 진공도에 도달하고 나서 멸균챔버 내부에 먼저 액체 수분을 주입한다.

수분의 주입은 두 가지 목적을 위해 필요한 데, 하나는 포자를 포함하는 미생물의 활성화를 촉진시키는 것이며, 또 하나는 이후에 주입되는 오존과 함께 다양한 산화성 라디칼을 형성시키는 것이다.

오존이 포함된 혼합기체를 주입하기 전에 물을 주입하는 것은 본 발명의 저온 멸균 공정에서 필요로 하는 온도 35~50℃에서 물의 기체 용해도가 작기 때문에 챔버의 진공도가 높아야 용해가 용이하기 때문이다.

멸균공정에서 설정된 온도 범위 35~50℃에서 물의 포화 수증기압은 55~122mbar이고, 수증기의 농도는 44㎎/L~98㎎/L이 되는데, 포화 수증기압 이하의 압력에서 물은 설정된 온도의 멸균챔버 내에서 열역학적으로 안정한 상태는 기체임을 의미하며, 기화될 수 있음을 의미한다.

물이 주입되어 기화되면 압력이 상승하고 진공도가 낮아지면서 기화를 위한 구동력이 줄어들기 때문에, 충분한 수증기 농도를 얻기 위해서는 물이 주입되기 전에 멸균챔버의 진공도는 낮을수록 좋다.

수증기를 주입하는 방법은 매우 중요하며, 특히 그 양을 정확하게 정의하는 것이 멸균의 성공확률을 높여 준다.

수증기의 양이 부족할 경우, 미생물의 활성화가 늦어지거나, 라디칼 생성 효율이 낮아질 가능성이 있으며, 수증기의 양이 과잉일 경우, 온도에 의한 포화수증기량을 초과하게 되어 챔버 내부에 응축을 유도하게 될 수 있다.

멸균 대상물에 응축될 경우, 오존이나 산화성 라디칼이 응축수에 의해 보호되는 미생물에 접근하지 못할 수가 있으며, 응축수에 용해되더라도, 그 멸균강도는 현저히 낮아지게 된다.

종래의 기술에서는 챔버의 높은 진공도에 의한 물의 비등점 하강을 이용하여 낮은 온도의 수증기를 만드는 데 있어서, 일정한 부피의 가습 챔버에 충분한 물을 투입하여 일정한 수위를 유지하고 이 가습챔버를 여러 단계로 나누어 진공에 노출시킴으로써 멸균챔버에 가습을 시도하였다.

가습 챔버의 온도가 멸균챔버와 같은 온도가 되는 것이 이상적이지만, 물이 기화하면서 기화열에 의해 많은 열에너지가 감소하기 때문에, 기화되지 않은 물은 멸균챔버의 온도보다 훨씬 낮아지게 되어 필요로 하는 농도만큼 기화되지 못하게 된다.

손실되는 기화열이 공급되기 위해 멸균챔버의 온도보다 가습 챔버의 온도가 높아야 하며, 바람직하게는 멸균챔버의 온도보다 10℃~20℃ 만큼 높게 설정되는 것이 필요하게 된다.

이러한 설정은 가습 챔버의 포화수증기압이 멸균챔버의 그것보다 더 높아지게 되므로 멸균챔버에는 과잉의 수증기가 주입될 수 있게 되므로 높은 상대습도를 유지할 수 있으나, 과잉의 수증기로 인해 쉽게 응축되는 현상을 피할 수 없다.

본 발명의 멸균 과정에서 이러한 방법을 사용할 경우 특히, 플라즈마반응기를 통해 순환되는 혼합기체가 플라즈마 활성화를 유도하는 단계에서 과잉의 수증기가 플라즈마 반응 셀에 응축되기 때문에 정상적인 기체 방전을 방해할 수 있다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 주입되는 물의 양은 설정온도에 충분히 용해될 수 있도록 정의된 수증기량이 멸균챔버에 투입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공하는 장치의 수증기 공급 장치는 멸균챔버에 투입되는 액상의 수분을 일정한 부피로 정의된 관에 채우고, 챔버의 기체 온도보다 높은 온도로 가열하여 기화시킬 수 있는 준비를 한다.

멸균챔버를 진공 배기하여 설정된 진공도에 도달하고 일정한 부피의 관에 채워진 물이 챔버의 진공에 노출되면, 곧 기화하여 챔버로 투입된다.

설정된 온도와 진공도에서 물의 기화에 필요한 기화열이 공급될 수 있고 물의 양이 잘 정의될 수 있는 물 주입 장치를 구비하여 일정량의 액체형태의 물을 멸균챔버에 공급하면, 물은 기화하여 멸균챔버에서 수증기가 된다.

본 발명의 특징적인 멸균 방법에 필요한 물의 적절한 양은 적어도 40㎎/L이상이 바람직하며 멸균챔버에 설정되는 온도에서 용해될 수 있는 범위 내에서 최대한 투입한다.

이때 설정되는 멸균챔버의 온도는 포화수증기압의 온도보다 0~4℃정도 높은 것이 바람직하다.

[오존주입단계( S5 )는]

가습이 완료되면, 산소가 오존발생기를 통해 멸균챔버로 투입되며, 산소에 대한 오존의 함유 비율은 4~14%(90㎎/L~300㎎/L)정도가 바람직하다.

오존발생기는 널리 공지된 기술로서 유전체에 내재 된 대향 하는 전극에 고전압의 전기장을 교대로 인가하여 방전시키는 무성방전 방식으로 높은 전자 밀도의 저온 플라즈마 공간을 유도하여 원료 산소의 일부를 오존으로 변환시키는 장치이며 상세한 설명은 생략한다.

멸균에 필요로 하는 적절한 조건은 산소에 대한 오존의 함유 비율이 4~14%(90㎎/L~300㎎/L)정도가 되도록 하는 것이 바람직하다.

오존 20%이상의 혼합기체는 폭발의 위험성이 있으며, 오존 4%이하일 경우에는 멸균 강도가 현저하게 낮아질 수 있다.

일반적으로 이와 같은 높은 농도를 얻기 위해서는 5~20kHz 정도의 교류 주파수와 5㎸~20㎸정도의 첨두치를 갖는 고전압이 인가되는데, 대부분의 에너지는 열로 변환되기 때문에 적절한 냉각을 통해 오존이 혼합된 산소 기체가 플라즈마 방전공간을 경유하면서 가열되지 않도록 해야 한다.

냉각은 일반적으로 사용되는 냉각수를 통해 방전 전극이 열교환 되도록 하며 냉각수는 얼지 않는 범위에서 최대한 낮은 온도 예를 들어, 2℃~6℃정도로 설정하여 10℃를 넘지 않도록 유지하는 것이 필요하다.

본 발명의 특징상, 멸균 공정의 온도 35℃~50℃는 오존의 가수분해를 이용하기에 적절한 온도이지만, 한편으로는 그러한 온도가 오존의 자기 분해속도를 촉진 하므로 오존을 포함하는 산소가 주입되는 속도는 멸균에 중요한 변수가 된다.

오존 주입에 의해 멸균챔버의 진공도가 낮아지면서 오존을 포함하는 산소의 주입 속도가 낮으면 오존 주입이 필요로 하는 부분의 내부까지 확산 되는 과정이 늦어지게 되고, 가장 깊은 곳에 투입된 기체의 오존 손실이 증가하여 그 멸균 강도가 현저히 떨어지게 되며, 멸균 실패 확률은 높아지게 된다.

산소 및 오존 혼합기체의 유효한 주입속도(Injection rate)는 3LPM 이상이 효과적이다. 챔버의 부피 또는 주입 후 최종 진공도에 따라 다르지만, 적어도 30분 내에 주입을 완료할 수 있는 속도가 바람직하다.

오존발생기에 주입되는 원료 산소의 유량이 많아지게 되면 오존 변환효율은 떨어지고, 오존 농도는 낮아진다.

따라서, 오존 발생 효율이 낮은 오존 발생기의 경우, 일정 유량 이상에서는 농도가 멸균 가능한 수준보다 낮아지게 되므로 예비챔버를 사용하는 것도 유효한 방법이 될 수 있다.

챔버의 부피가 클 경우에는 오존 분해가 쉽게 일어나지 않는 예비 챔버에 일정 농도 이상의 오존이 포함된 산소를 먼저 주입하고, 예비 챔버로부터 멸균챔버에 일정속도 이상으로 주입하는 방법도 본 발명의 특징에 부합된다.

주입되는 오존의 양은 챔버 내의 오존농도가 40㎎/L ~ 200㎎/L범위에서 달성되도록 주입하는 것이 바람직하다.

[멸균단계( S6 )는]

가습 된 챔버 내부에 오존을 포함하는 산소가 주입되는 단계가 완료되면, 일 정 압력의 진공 상태와 온도에서 살균제에 노출된다.

이렇게 노출되는 단계에서는 수증기에 의한 오존의 분해가 촉진되는 과정을 통해 Hydroxyl radical을 포함하는 다양한 라디칼이 생성 소멸을 반복하게 되며, 오존 분해 속도가 가장 높을 때, 최대의 라디칼 밀도를 형성시킨다.

이러한 과정을 통해 생성되는 라디칼, 특히 Hydroxyl Radical은 오존보다 높은 산화준위를 가지고 있다는 점도 있지만, 보다 중요한 것은 오존보다 빠른 반응속도를 가지며, 반응(산화분해) 대상물이 제한적이지 않다는 것이다.

이때 일정한 시간이 지나면, 반응원이 되는 오존의 농도가 줄어들게 되고 그 반응 속도가 현저히 낮아지므로 라디칼 밀도는 낮아진다. 멸균 강도가 낮아진 이후에는 멸균 대상물에 멸균제가 노출되는 추가시간 동안 멸균 효과는 낮아지면서 결국 멸균 대상물에 손상만 가해질 수 있다.

이를 해소하기 위해서는 진공배기, 가습, 오존 주입 및 노출 과정을 다시 반복하는 방법을 사용할 수밖에 없다.

본 발명에서 제공하는 방법은 이러한 문제점을 해결하는 것으로서 멸균챔버 내부에 존재하는 오존, 산소, 수증기의 혼합기체를 플라즈마반응기에 노출시키는 것이다.

플라즈마반응기는 오존 분해 반응을 더욱 가속시키거나, 반응량을 더욱 많아지게 하여 라디칼 밀도를 높이는 효과를 줄 수 있다.

더욱 중요한 것은 플라즈마반응기에 의한 반응이 라디칼 생성만을 유도하는 것이 아니며, 분해된 산소로 오존을 재생성시키는 과정을 포함하고 있기 때문에, 일정한 농도이상을 유지할 수 있게 되고, 충분한 멸균 보증 수준을 위한 멸균 공정의 반복이 불필요하거나 매우 적어질 수 있다.

오존이 포함된 산소의 주입이 완료되면 멸균챔버 내부에는 오존, 산소, 수증기 등으로 채워지는데, 이러한 혼합기체는 순환 배관을 통해 순환된다.

순환 배관에는 순환펌프와 플라즈마반응기가 연결되어 있어서 혼합기체가 멸균챔버로부터 강제 배기됨과 동시에 저온 플라즈마 방전 공간이 설치된 멸균챔버의 도입부로 주입되며 순환이 실시된다.

플라즈마반응기는 전자밀도가 높은 저온 플라즈마 방전 공간을 형성하며 순환되는 혼합기체가 경유하도록 되어 있다.

멸균챔버에 재주입되는 혼합기체는 높은 전자 밀도에 의해 산소와 수소로 이루어진 다양한 라디칼의 생성을 유도하게 된다.

생성된 다양한 종류의 라디칼들은 이미 챔버 내부에 존재하는 산소와 오존, 수분 등을 연쇄적으로 활성화시키면서 지속적인 생성 소멸을 반복하게 된다.

이러한 연쇄반응은 오존의 일정 농도까지는 지속적으로 낮아지게 하지만, 전자밀도가 높은 저온 플라즈마 공간에서 분해된 오존이 다시 생성되도록 유도되기 때문에 라디칼의 생성 소멸은 지속 가능하게 되며, 그 밀도는 일정한 상태가 된다.

다양한 라디칼의 생성은 이미 챔버내부에 존재하는 산소와 오존, 수분 등을 활성화시키면서 오존의 농도가 줄어드는 반응을 더욱 지속시키면서 라디칼의 생성, 소멸이 반복되는 반응을 전파하게 된다.

일정한 시간동안, 챔버 내부의 산소 및 오존, 수증기는 전자 밀도가 높은 플 라즈마 공간을 통과하면서 산소와 수소로부터 유도되는 다양한 라디칼이 생성되며, 이러한 라디칼은 멸균챔버 내부에 오존, 산소, 수증기 등과 연쇄적으로 반응하여 챔버 내부에 존재하는 이온 및 분자의 종류는 매우 다양하게 된다.

플라즈마 활성화에 사용되는 저온 플라즈마반응기는 일정한 온도를 유지할 수 있어야 하며, 다소 응축수가 발생하여 정전용량의 변화가 발생하더라도, 치명적인 이상 방전이 발생하지 않도록 설계되는 것이 중요하다.

보통 이러한 방전 능력을 가지기 위해 방전 전극으로서 무성방전에 사용되는 석영유리, Borosilicate 계열의 유리, 또는 알루미나가 주성분인 세라믹 등의 유전체 내부에 도전성 전극을 사용하는 것이 일반적이다.

본 발명에서 요구되는 순환 기체 플라즈마반응기는 전기적 교류 방전에 의해 전자밀도가 높은 저온 플라즈마를 발생할 수 있는 것으로 1㎑~100㎑인 중주파 영역에서 6㎸~20㎸의 첨두치를 가진다.

이러한 방식은 RF 대역의 플라즈마반응기와는 달리 높은 전압에서 플라즈마 활성화가 유도되기 때문에 대기압 영역 또는 낮은 진공도에서 전자 친화도가 높은 분자 또는 이온이 높은 밀도로 혼합된 기체를 플라즈마화 시키는 것이 용이하다.

산소, 오존, 수증기의 혼합기체들은 이러한 플라즈마화 과정에서 다양한 라디컬, 예를 들면, HO, HO₂, HO₃, O, O₂ ^-, O₃ ^-등을 생성시키며, 안정적인 기체 플라즈마 방전을 유도하게 된다.

이러한 혼합기체의 플라즈마화 과정에서 일시적으로 생성된 다양한 라디컬들 의 수명은 보통 매우 짧지만, 이들의 생성 소멸은 챔버 내부에 존재하는 수증기, 산소, 오존이 그 반응에 참여하게 되어 분해 생성 과정이 연쇄적으로 발생할 수 있도록 유도한다.

이러한 반응의 결과로서 초기에 오존 발생기에 의해 주입된 산소의 오존 농도는 감소하는 현상이 나타나는데, 이러한 현상은 플라즈마반응기의 지속적인 작동에 의해 특정한 임계치에서 수렴하게 되며, 멸균챔버 내부의 라디칼 밀도는 일정한 수준을 유지하게 된다.

다양한 실험을 통해 알게 된 것은 이러한 반응이 멸균에 효과적으로 작용하는 온도는 35℃~50℃이며, 수증기의 양은 40㎎/L이상이 되는 것이 필요하다는 것이다.

주어진 온도에서 수증기량은 기체에 용해될 수 있는 한 최대한 용해되는 것이 라디칼 밀도를 높이는 데 유효하다.

플라즈마반응기는 기체의 이슬점 이상의 온도를 유지하는 것이 필요하다.

예를 들어, 59㎎/L의 수분을 투입한 경우 이슬점 40℃이상을 유지하는 것이 필요하며, 이는 기체수분의 투입량에 의해 설정되는 플라즈마반응기의 최소온도이다.

반대로 반응기와 챔버의 온도가 40℃로 유지되고 있을 경우, 수증기 농도 59㎎/L이상을 넘지 않도록 하는 것이 중요하다.

챔버의 수증기 농도에 해당하는 이슬점보다 플라즈마반응기의 온도가 낮을 경우, 방전 임피던스의 불안정성을 초래할 수 있으며, 반응기의 온도가 과도하게 높을 경우(이슬점보다 5℃이상), 라디칼의 생성/소멸 반응의 확산이 약해지며 라디칼 밀도는 플라즈마 반응 공간 주변만 과도하게 높아질 가능성이 있다.

[오존분해단계( S7 )는]

멸균 대상물이 멸균에 필요한 혼합기체에 노출되는 시간이 지나면, 내부의 오존 및 라디칼을 제거하는 단계가 된다.

순환 중에 플라즈마반응기의 작동은 멈추고 혼합기체는 오존 제거 촉매(350)를 경유하게 되면서 오존은 산소로 변환된다.

플라즈마 공간에서 발생한 다양한 라디칼들은 라디칼 유발 물질인 오존의 분해과정에서 짧은 수명을 가지고 존재하기 때문에 멸균챔버 내의 오존이 산소로 분해되고 나면 더 이상 존재하지 않게 된다.

일정시간 동안 촉매를 통과하도록 하여 대부분의 오존을 산소로 변환되었다 하더라도, 멸균 대상물의 좁은 틈이나, 깊은 관 내부에는 오존이 존재할 수 있으므로 진공 배기과정에서 다시 오존 제거 촉매를 통과시키며, 이를 2회 이상 실시하여 내부의 수증기를 포함한 모든 기체를 모두 제거한다.

순환장치 및 진공 배기에 연결된 오존 변환장치는 멸균에 사용된 오존을 산소로 변환하는 장치이다.

오존과 관련된 기술 분야에서 널리 알려진 오존 분해 반응은 높은 온도 즉, 300℃이상에서 오존은 1초 이내에 산소로 변환되며, 또한 MnO법에 의한 활성탄 촉매, or 백금 등의 귀금속을 이용한 촉매 등을 이용한 변환도 효과적이다.

본 발명에서는 통상적인 방법으로 촉매와 가열방법을 동시에 사용하는데, 특 징적인 것은 순환 장치에서 오존 변환 장치를 경유할 수 있도록 경로를 배치한 것으로 오존 변환효율이 낮거나, 가열온도를 너무 높이지 않는 경우에도 효과적으로 오존을 분해할 수 있는 것이 특징이다.

[감압 및 진공해제단계( S8 , S9 )는]

마지막 진공 배기 단계가 끝나면 박테리아를 제거할 수 있는 필터를 통과하여 외부의 공기가 챔버 내부로 투입될 수 있도록 하여 멸균기의 문을 열 수 있고 멸균 대상물을 멸균챔버로부터 꺼내고, 멸균은 완료된다.

실시예 1.

먼저, 대기압, 상온에서 멸균 대상물을 멸균장치(D)를 구성하는 30L 부피의 밀폐된 멸균챔버(100)에 투입하고 멸균챔버(100)의 도어(102)를 닫아 밀봉한다.

멸균챔버(100) 내부에 설정된 멸균 공정의 온도와 멸균 대상물의 온도를 같게 하기 위하여 멸균챔버(100) 내부의 대기 온도를 상승시키는 단계를 수행한다.

밸브(301,302,306)를 개방시키고 건식 진공펌프(310)를 작동시켜서 멸균챔버(100) 내부의 기체를 배기시킨다.

적절히 설정된 진공도(예를 들어 100~200mbar)에 도달하면 밸브(307)를 개방하여 일반 대기의 기체가 멸균챔버(100)에 주입되도록 하고, 주입되는 기체가 멸균챔버 내부의 온도와 같거나 또는 약간 높은 상태를 유지하는 플라즈마반응기(320)를 경유하면서 열교환이 이루어져 멸균 대상물의 온도를 멸균 공정에 필요한 온도에 도달되도록 하게 된다.

플라즈마반응기(320)의 유전체 전극 표면은 일정한 온도를 유지할 수 있도록 항온수공급기(340)의 물에 의해 열교환 되고 있는데, 예로서 41~43℃로 설정된다.

기체가 주입되어 진공도가 낮아지면, 다시 밸브(307)를 닫고 대기 유입을 정지(차단)시키고 진공배기를 실시하여 일반 대기의 기체 주입을 반복한다.

이러한 기체 주입은 통상적으로 3~10회 정도 반복하면 멸균 대상물이 일정한 온도에 도달되는데, 본 발명의 특징적인 멸균 방법에서 필요로 하는 온도는 35℃~50℃이며, 보다 바람직한 온도는 38℃~45℃이다.

이는 오존의 가수분해 반응에 의한 간접반응이 보다 가속화될 수 있는 온도이나 과도한 오존 분해가 일어나지 않는 온도이다.

멸균 대상물의 온도가 멸균 공정을 위한 멸균챔버(100) 내부의 온도와 동일해 지면 멸균챔버(100)는 설정된 진공도까지 내부의 공기를 제거하는 진공 배기 단계가 진행된다.

기체 온도 가열을 위해 건식 진공펌프(310)가 작동되는 순서와 같이 밸브(301,302,306)을 개방하고 밸브(307)은 닫은 상태에서 건식진공펌프(310)를 통하여 멸균챔버(100) 내부의 기체를 배기하도록 한다.

건식진공펌프(310)의 능력에 따라 피스톤 펌프나 다이아프램 펌프와 같은 경우 도달 진공도에 한계가 있으므로 100mbar~200mbar까지 진공 배기하고, 밸브 (101)가 개방되면서 오일베인펌프(110)로 진공 배기하는 단계로 전환되어 최종 설정된 진공도인 1mbar에 도달된다.

이때, 스크롤 방식의 건식진공펌프(310)를 사용한다면, 오일베인펌프(110)가 필요 없이 멸균챔버(100)를 설정된 진공도까지 도달시킬 수 있다.

설정된 진공도에 도달하고 나면 오일베인펌프(110)의 작동은 정지되며 멸균챔버(100) 내부에 먼저 수증기(액체수분)를 주입하는 단계로 전환된다.

물은 증류수를 선택하는 것이 바람직하며, 정확히 정의된 부피의 물만 챔버 내부에 주입될 수 있도록 정의되는 것이 필요하다.

챔버 내부의 기체 온도를 가열하는 동안, 밸브(131,132)가 열린 상태에서 수조(140)의 물은 액체 펌프에 의해 일정 시간(10초~60초) 동안 순환된다.

순환하는 과정에서 물 순환관(134)에는 기포 없이 물로만 채워지게 되면, 액체펌프(130)는 정지하면서 밸브(131,132)는 닫히고, 멸균챔버(100)가 설정된 진공도에 도달될 때까지 대기하면서 순환관(134)은 50℃~60℃로 가열된다.

멸균챔버(100)가 설정된 진공도에 도달되면, 밸브(133)가 열리고 일정한 부피의 순환관(134)에 채워진 액체 상태의 물이 챔버 내부로 주입되며, 곧 기화된다.

가습에 걸리는 시간은 2분 이내이며, 기화된 수증기가 챔버 내부에 충분히 균일하게 확산시키기 위해 총 5분 정도의 시간이 소요된다.

본 발명의 특징적인 장치로서 이러한 가습 방법은 밸브(131,132) 사이에 있는 순환관(134)이 일정한 부피로 정의되어 있기 때문에, 챔버 내부에 주입될 물의 양을 항상 일정하게 할 수 있다.

이슬점을 35℃~40℃로 할 경우, 주입되는 물의 적절한 양은 40㎎/L~60㎎/L이 투입되어야 하므로 30L를 기준으로 할 경우 1.2g~1.8g이 된다.

예를 들어 챔버 온도를 41~43℃로 설정하는 것을 기준으로 이슬점을 40℃로 정하면, 물의 양은 1.8g이 되며, 부피는 1.84㏄가 된다.

이때 이슬점은 멸균챔버(100)의 온도보다 0~4℃정도 낮은 것이 바람직한데, 이는 과잉의 수증기가 응축수로 변환되는 것을 방지하기 위한 것으로, 멸균 대상물에서 물의 응축은 멸균 실패로 귀결될 수 있으며, 순환경로에 있는 플라즈마반응기(320)의 정상적인 방전 운전에 악영향을 줄 수 있다.

가습이 완료되면, 밸브(202,201)가 차례로 열리면서 레귤레이터를 포함하는 유량제어장치(220)에 의해 정의된 산소가 일정한 유속으로 오존발생기(210)를 경유하여 멸균챔버(100)로 투입된다.

오존발생기(210)를 경유한 산소는 100㎎/L~150㎎/L정도의 오존이 포함된 산소로 변환되며 4 LPM의 유량으로 멸균챔버(100)에 투입되는데, 30L의 멸균챔버(100)의 경우, 약 3분이면 500mbar에 도달하며, 챔버의 농도는 40㎎/L~75㎎/L에 도달한다.

이러한 농도의 오존을 발생시키는 경우 오존발생기(210)는 방전전극에서 과도한 열을 발생시키므로 냉각수조(240)로부터 2℃~6℃의 냉각수가 방전 전극을 냉각시켜서, 오존 농도의 손실이 발생하는 것을 방지한다.

오존이 포함된 산소의 주입이 완료되면 밸브(201,202)가 닫힌다.

멸균챔버(100) 내부에는 오존, 산소, 수증기 등의 혼합기체로 채워지는데, 이러한 혼합기체는 순환펌프(310)에 의해 배기됨과 동시에 멸균챔버(100)의 도입부로 주입되는 순환이 실시된다.

멸균챔버(100)의 도입부에 설치된 플라즈마반응기(320)는 전자밀도가 높은 저온 플라즈마 방전 공간을 형성하며 순환되는 혼합기체가 경유하도록 되어 있다.

밸브(301,302,305)가 열리고 건식진공펌프(310)를 작동시킴으로써 혼합기체는 건식진공펌프(310)에 의해 챔버로부터 배기됨과 동시에 투입될 수 있게 되며, 플라즈마반응기(320)가 작동되면서 멸균챔버(100)에 재주입되는 혼합기체는 높은 전자 밀도에 의해 산소와 수소로 이루어진 다양한 라디칼의 생성을 유도하게 된다. 10분이 경과하면, 멸균에 필요한 과정이 완료되며 본 발명의 멸균 과정 중 50%가 완료된다.

다음 50%의 멸균 과정을 위해 밸브(301,302,305)가 열리고, 건식진공펌프(310)와 플라즈마반응기(320)의 작동이 중지되고, 밸브(201,202)가 열리면서 산소가 오존발생기(220)을 통해 멸균챔버(100)에 주입된다.

멸균챔버(100)의 진공도가 900mbar에 도달되면 2차 주입이 완료되고 밸브(201,202)가 닫힌다.

밸브(301,302,305)가 열리고 건식진공펌프(310)를 작동시킴으로써 혼합기체는 건식진공펌프(310)에 의해 챔버로부터 배기됨과 동시에 투입될 수 있게 되며, 플라즈마반응기(320)가 작동되면서 멸균챔버(100)에 재주입되는 혼합기체는 높은 전자 밀도에 의해 산소와 수소로 이루어진 다양한 라디칼의 생성을 유도하게 된다. 10분이 경과하면, 멸균에 필요한 과정이 완료되며 본 발명의 멸균 과정이 완료된다.

멸균 대상물이 멸균에 필요한 혼합기체에 노출되는 시간이 지나면, 내부의 오존 및 라디칼을 제거하는 과정이 필요하다.

플라즈마반응기(320)의 전원을 차단시키면서, 순환 경로의 밸브(302)를 닫 고, 밸브(303,304)를 열어서 순환되는 혼합기체가 오존제거촉매(350)를 경유하도록 하여 오존을 산소로 변환시킨다.

플라즈마반응기(320)에서 발생한 다양한 라디칼들은 라디칼 유발 물질인 오존의 농도가 감소함과 동시에 제거된다.

일정시간 동안 촉매를 통과하도록 하여 대부분의 오존을 산소로 변환시켜서 수ppm~수십ppm 정도의 오존만 남게 되면 밸브(301,303,304)가 열린 상태에서 밸브 (305)가 닫히고 밸브(306)가 열리면서 혼합기체가 오존제거촉매(350)를 경유하여 산소와 수분을 멸균챔버(100)로부터 배출시킨다.

멸균챔버(100)의 진공도가 100mbar에 도달하면 밸브(307)을 열어서 박테리아를 제거할 수 있는 필터(도시되지 않음)를 통과한 외부 기체가 멸균챔버(100)에 주입되어 내부 수증기와 산소의 비율은 대기의 조건과 유사하게 된다.

이를 다시 반복하여 멸균챔버(100)의 진공도가 100mbar에 도달되면, 밸브 (101)를 열어서 오일베인펌프(110)를 작동시켜서 진공도 4mbar이하에 도달시킨다.

마지막 진공 배기 단계가 끝나면 박테리아를 제거할 수 있는 필터를 통과하여 외부의 공기가 챔버 내부로 투입되어 멸균 과정은 모두 완료되며 총 멸균 시간은 50분~55분이다.

본 발명의 멸균 공정의 유효성을 확인하기 위해 상기 과정이 진행되는 멸균챔버에 바이오로지컬 인디케이터(Biological Indicator, BI)를 적재하여 멸균이 되었는지 확인하였다.

BI는 Geobacillus Stearothermophillus균이 10⁶이 접종된 것으로 접종된 캐리어에 따라 Steam용은 셀룰로스 종이에, H2O2용은 스테인리스 스틸판에 접종된 것으로 SGM사에서 제조되어 상업적으로 판매되는 것이다.

멸균이 되지 않는 조건에서는 BI의 접종 균이 사멸되지 않고 남아 있는 개체가 배양 시에 증식하여 양성반응을 일으키게 되어 있으며, 멸균이 완료된 경우에는 배양 후에 증식이 이루어지지 않아 음성반응으로 사멸을 확인하도록 되어 있다.

본 발명에 의한 유효성을 확인하기 위해 Steam용 BI 20개, H₂O₂용 BI 20개를 멸균챔버에 골고루 적재하여 멸균 공정을 시행하고, BI를 배양하여 반응 여부를 확인하였고, 모두 음성으로 판정되었다.

실시 예 2.

실시 예 1에서 오존의 투입을 500mbar까지만 투입하고, 혼합기체를 10분간 플라즈마화에 노출시키는 단계까지만 진행하는 것을 제외하고, 모든 과정을 동일하게 수행하였으며, 총 멸균 시간은 39분이다. (오존과 혼합기체를 주입하여 플라즈마 활성화시키는 반복단계 생략됨)

실시 예 3.

실시 예 1에서 500mbar까지는 오존발생기(210)를 작동시키지 않고 산소만 투 입하고, 900mbar까지는 오존이 혼합된 산소를 투입한 후, 혼합기체를 10분간 플라즈마화에 노출시키는 단계를 900mbar에서만 진행시키는 것을 제외하고, 모든 과정을 동일하게 수행하였으며, 총 멸균 시간은 42분이다.(오존주입단계에서 산소는 주입되고, 플라즈마 활성화단계에서 기체는 순환하지만, 오존발생기와 플라즈마반응기의 작동은 생략됨)

실시 예 4.

실시 예 1에서 오존발생기(210)를 작동시키지 않고 산소만 투입하는 것을 제외하고, 모든 과정을 동일하게 수행하였으며, 총 멸균 시간은 52분이다.(오존주입과 플라즈마 활성화 단계는 오존 발생기의 작동 없이 산소만 투입)

본 발명에 의한 유효성을 확인하기 위해 Steam용 BI 20개, H₂O₂용 BI 20개를 멸균챔버에 골고루 적재하여 멸균 공정을 시행하고, BI를 배양하여 반응 여부를 확인하였다.

Steam용 BI 7개는 양성으로 판정되었으며, 나머지 BI는 모두 음성으로 판정되었다.

실시 예 5.

실시 예 1에서 혼합기체를 10분간 플라즈마화에 노출시키는 단계에서 저온 플라즈마반응기를 작동시키지 않는 것을 제외하고, 모든 과정을 동일하게 수행하였으며, 총 멸균 시간은 52분이다.(플라즈마 활성화 단계를 반복하는 과정에서 플라즈마반응기의 작동은 생략됨.)

Steam용 BI 3개, H₂O₂용 BI 6개는 양성으로 판정되었으며, 나머지 BI는 모두 음성으로 판정되었다.

실시 예 2는 전체 멸균 공정 중 첫 번째 50%만 수행한 상태이고, 실시 예 3은 전체 멸균 공정 중 두 번째 50%만 수행한 상태인데, 비슷한 멸균 강도를 가진 것으로 판단된다.

실시 예 4는 전체 멸균 공정 중 순환 기체의 플라즈마 활성화 만에 의한 멸균이고, 실시 예 5는 오존 주입만의 멸균으로서 BI별로 서로 다른 멸균 효과가 나타나는 것을 확인할 수 있다.

상업적으로 유통되는 BI는 멸균기의 특성별로 각 멸균제에 잘 반응할 수 있는 Inoculation carrier(접종 운반체)에 균이 접종되어 있어서 멸균 강도의 절대적 수준을 확인하기에는 적절하지 않다.

다만, 본 발명에 의한 멸균 과정이 충분히 실시된 예에서는 그 멸균 효과가 충분하며, 각기 다른 멸균 작용이 본 발명의 특징적인 일련의 멸균 과정에 나타나 고 있는 것을 확인할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균공정을 도시한 블럭도.

도 2는 본 발명의 기술이 적용된 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균장치를 도시한 구성도.

도 3은 본 발명의 기술이 적용된 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균과정에 따른 멸균챔버의 온도와 진공상태를 도시한 그래프도.

Claims

적어도 1개 이상의 연속되는 멸균단계로서,

멸균챔버에 멸균대상물을 투입하고 투입된 멸균챔버를 밀봉하는 멸균대상물 투입단계와,

멸균대상물이 멸균에 필요한 온도에 도달할 수 있도록 하는 예비가열단계와,

멸균챔버 내부의 진공 배기하는 감압단계와,

감압 된 멸균챔버에 수증기를 투입하는 수분주입단계와,

오존이 혼합된 산소를 멸균챔버 내부에 주입되는 오존주입단계와,

오존이 혼합된 산소와 수증기가 플라즈마에 의해 활성화시켜 멸균시키는 멸균단계와,

멸균이 완료된 혼합기체의 오존을 산소로 분해하는 오존분해단계와,

멸균이 완료된 혼합기체를 멸균챔버 외부로 배기하는 감압단계와,

대기 중의 공기를 멸균챔버에 주입하여 멸균챔버의 진공상태를 해제하는 진공해제단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 방법.
오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균을 수행하는 멸균장치는,

진공화가 가능하게 구비하는 멸균챔버와,

상기 멸균챔버의 진공 상태를 유지하면서 멸균챔버로부터 배기한 기체를 다 시 멸균챔버로 주입하는 수단과,

오존이 포함된 기체를 진공화된 멸균챔버에 주입하는 수단과,

진공화된 멸균챔버에 일정한 양으로 정의된 물을 주입하여 수증기화 하는 수단과,

멸균챔버 내의 오존, 산소, 수증기를 포함하는 혼합기체를 플라즈마 활성화로 유도하는 수단과,

멸균이 완료된 혼합기체에서 오존을 산소로 분해하는 수단을 포함하는 것을특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 장치.
제 1 항에 있어서;

상기 멸균단계에서는 멸균챔버 내의 온도를 35℃~50℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 방법.
제 1 항에 있어서;

상기 수분주입단계에서는 정량화된 부피의 액체 상태의 물을 진공화된 챔버에 주입하는 것을 특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 방법.
제 1 항에 있어서;

상기 수분주입단계에서 멸균챔버에 주입되는 액체 상태의 물의 양은 멸균챔버의 온도보다 0℃~4℃ 낮은 이슬점을 형성하는 양으로 정의되는 오존과 플라즈마 에 의한 의료용 멸균 방법.
제 1 항에 있어서;

상기 멸균챔버에 오존을 포함하는 산소를 주입시에는 주입 속도가 3LPM이상이거나 또는, 주입되는 총 시간이 30분 이내인 것을 특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 방법.
제 1 항에 있어서;

상기 플라즈마에 의해 활성화시켜 멸균시키는 멸균단계는 오존과 산소, 수증기를 포함하는 혼합기체가 기체 방전이 일어나는 플라즈마 발생 공간을 경유하는 것을 특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 방법.
제 1 항에 있어서;

상기 플라즈마에 의해 활성화시켜 멸균시키는 멸균단계에서 플라즈마반응기의 방전 전극은 멸균챔버 내의 혼합기체 이슬점보다 0℃~4℃ 높은 범위에서 운전되는 것을 특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 방법.
제 1 항에 있어서;

상기 플라즈마에 의해 활성화시켜 멸균시키는 멸균단계에서는 플라즈마반응기는 1㎑~100㎑ 범위의 교류 주파수를 가지고 기체 방전에 의해 혼합기체를 플라즈 마화하는 것을 특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 방법.
제 2 항에 있어서;

상기 멸균챔버로부터 배기한 기체를 다시 주입하는 수단은 건식 진공펌프인 것을 특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균장치.
제 2 항에 있어서;

상기 진공화된 멸균챔버에 일정한 양으로 정의된 물을 주입하여 수증기화 하는 수단은 일정한 부피의 양으로 채워지는 순환관 내의 물만 진공화된 멸균챔버에 주입할 수 있는 가습 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 장치.
제 2 항에 있어서;

상기 멸균챔버 내의 오존, 산소, 수증기를 포함하는 혼합기체를 플라즈마 활성화로 유도하는 수단은 유전체 장벽에 의한 기체 방전으로 운전되는 플라즈마반응기인 것을 특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 장치.
제 2 항에 있어서;

상기 멸균이 완료된 혼합기체에서 오존을 산소로 분해하는 수단은 혼합기체가 순환하는 경로에 배치하는 것을 특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 장치.
제 2 항에 있어서;

상기 멸균이 완료된 혼합기체에서 오존을 산소로 분해하는 수단은 혼합기체가 배기 되는 경로에 배치하는 것을 특징으로 하는 오존과 플라즈마에 의한 의료용 멸균 장치.