KR100923240B1 - 플라즈마 멸균기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 의료기구와 같은 피멸균물의 표면에 존재하는 미생물(microorganism)들을 플라즈마를 이용하여 발생된 활성산소로 멸균시키는 플라즈마 멸균기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마를 이용하여 활성산소를 발생시키는 반응챔버와 활성산소를 이용하여 멸균이 행하여지는 멸균챔버를 분리시켜 피멸균물이 플라즈마에 접촉하지 않도록 하는 플라즈마 멸균기에 관한 것이다.
플라즈마, 멸균, 고주파 전자파, 고주파전자파 차단부, 석영

Description

플라즈마 멸균기{Plasma sterilizer}
본 발명은 의료기구와 같은 피멸균물의 표면에 존재하는 미생물(microorganism)들을 플라즈마를 이용하여 발생된 활성산소로 멸균시키는 플라즈마 멸균기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마를 이용하여 활성산소를 발생시키는 반응챔버와 활성산소를 이용하여 멸균이 행하여지는 멸균챔버를 분리시켜 피멸균물이 플라즈마에 접촉하지 않도록 하는 플라즈마 멸균기에 관한 것이다.
다양한 형태의 일회용 의료도구 또는 재사용 의료도구를 멸균하기 위해 여러 가지의 방법들이 개발되어 이용되고 있으며, 이러한 멸균방법은 고온고압을 이용하는 전통적인 방법과, 에틸렌옥사이드 가스를 이용하는 방법과, 최근 각광받고 있는 과산화수소 플라즈마를 이용하는 방법 등이 있다.
상기 전통적인 멸균방법은 열이나 증기에 의해 나쁜 영향을 받은 피멸균물들을 살균시킬 수가 없으며, 에틸렌옥사이드 가스를 이용하는 방법은 캐리어가스로 지구환경오염의 주범인 CFC가스를 사용하기 때문에 환경문제가 심각하게 야기될 수 있고 살균처리 후 잔존하는 에틸렌옥사이드를 제거하는 장시간의 통기시간이 추가로 소요되는 불편함이 있었다.
한편, 상기 과산화수소 플라즈마를 이용한 멸균방법은 한국특허 제132233호에 게재되어 있는데, 이는 반응용기(Chamber)에 멸균제인 과산화수소용액을 기체화시킨 후, 반응용기에 주입하여 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 진공펌프가 연결되고 무선주파수전극 및 필수 무선주파수시그널을 발생시키기 위한 무선주파수발생기가 구비된 멸균장치를 이용하고 있다.
그러나 상기와 같은 과산화수소 플라즈마를 이용한 멸균방법에 있어서는, 멸균시키고자하는 피멸균물을 투입한 반응용기의 전극(캐소우드와 애노우드 사이)에서 플라즈마가 발생되기 때문에 피멸균물과 플라즈마가 직접적으로 접촉되게 되고, 이로 인하여 폴리머계통의 의료도구는 변색 또는 물질경화와 같은 성질의 변화를 야기시키기 쉽다는 문제점이 있었다.
본 발명은 플라즈마 발생을 위한 고주파 전자파가 멸균이 행하여지는 멸균챔버에 유입되지 않도록 하여 멸균챔버 내에 플라즈마가 생성되지 않음으로써, 멸균챔버 내의 피멸균물이 플라즈마와 접촉하여 변색되거나 경화되는 등의 문제점을 제거하고 한다.
본 발명은 단지 메쉬(mesh) 형태의 고주파 전자파 차단부를 이용하여 고주파 전자파가 멸균챔버에 유입되지 않도록 함으로써, 장치의 단순 간소화를 도모하고자 한다.
본 발명은 고주파 전자파를 발생시키기 위한 마그네트론; 상기 마그네트론으로부터 발생된 고주파 전자파 및 활성산소 발생용 기체가 유입되는 반응챔버; 활성산소가 유입되도록 상기 반응챔버와 연통되는 멸균챔버; 상기 마그네트론으로부터 발생한 고주파 전자파를 상기 반응챔버에 안내하기 위하여 일측단이 상기 마그네트론에 연결되고, 타측단이 상기 반응챔버에 연결되는 런처(launcher); 상기 런처(launcher)와 반응챔버를 공간적으로 차단하되 상기 마그네트론으로부터 발생된 고주파 전자파는 투과시키도록, 상기 런처(launcher)의 타측단과 상기 반응챔버 사이에 설치되는 고주파 전자파 투과막; 상기 반응챔버 내의 고주파 전자파가 상기 멸균챔버에 유입되는 것을 차단하도록 상기 반응챔버와 상기 멸균챔버 사이에 설치되는 고주파 전자파 차단부; 상기 반응챔버를 일정 진공도 이상으로 유지하여 상기 반응챔버 내에 유입된 고주파 전자파가 플라즈마를 생성하도록 상기 멸균챔버에 연결되는 진공펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균기에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 런처(launcher)는 수평으로 설치되되, 타측단 근부로부터 하방으로 굴곡 형성되어 상기 반응챔버의 상부에 연결되며, 상기 멸균챔버는 상기 반응챔버의 하부에 연결될 수 있는데, 상기 런처(launcher)의 타측단 근부는 수평면에 대하여 40°~ 50°경사지게 형성될 수 있으며, 상기 고주파 전자파는 2.45 GHz이고, 상기 고주파 전자파 차단부는 격자 간극이 1 ㎛ ~ 1 mm 인 메쉬(mesh)일 수 있으며, 상기 메쉬(mesh)의 재질은 서스(SUS) 또는 강철 등 일 수 있다.
본 발명은 밸브가 구비되며 상기 멸균챔버와 진공펌프를 연결하는 메인 라인(main line); 밸브가 구비되며 상기 멸균챔버와 진공펌프를 연결하도록 상기 메인 라인(main line)에 병렬로 연결되며 상기 메인 라인(main line) 보다 작은 황단면적을 가지는 바이패스 라인(by pass line);을 포함할 수 있으며, 상기 반응챔버로 유입되는 활성산소 발생용 기체를 생성하기 위한 히팅탱크; 활성산소 발생용 기체를 생성하기 위해 활성산소 발생용 액체를 상기 히팅탱크에 정량적으로 주입하기 위한 정량펌프; 상기 히팅탱트 내의 활성산소 발생용 기체를 상기 반응챔버로 유입시키기 위하여 선택적으로 상기 히팅탱크의 진공 상태를 해제하는 제1 진공해제 밸브; 선택적으로 상기 멸균챔버의 진공 상태를 해제하기 위한 제2 진공해제 밸브;를 포함할 수 있다.
본 발명은 플라즈마 발생을 위한 고주파 전자파가 멸균이 행하여지는 멸균챔버에 유입되지 않도록 하여 멸균챔버 내에 플라즈마가 생성되지 않음으로써, 멸균챔버 내의 피멸균물이 플라즈마와 접촉하여 변색되거나 경화되는 등의 문제점이 발생하지 않게 된다.
본 발명은 플라즈마가 발생하며 활성산소가 발생되는 반응챔버와 고주파 전자파를 반응챔버에 안내하는 런처(launcher)가 고주파 전자파 투과막에 의하여 공간적으로 분리되어, 런처(launcher) 내에서 플라즈마가 발생하지 않아 플라즈마에 의하여 마그네트론이 손상되는 것을 방지하는 장점이 있다.
본 발명은 런처(launcher)의 타측단 근부에 굴곡부를 형성함으로써, 고주파 전자파가 마그네트론 쪽으로 되반사됨이 없이 반응챔버 내부로 다량 유입되는 장점이 있다.
본 발명은 메인 라인(main line)과 바이 패스 라인(by pass line)을 별도로 구비함으로써 반응챔버 및 멸균챔버를 일정 진공상태로 유지하는 경우 그 조절이 용이한 장점이 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 일실시예의 개략적 구성도를, 도2는 도1의 런처의 확대도를 나타낸다.
도1을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예는 마그네트론(110), 반응챔버(120), 멸균챔버(130), 런처(launcher)(140), 고주파 전자파 투과막(150) 및 고 주파 전자파 차단부(160)를 가진다.
마그네트론(110)은 고주파 전자파를 발생시키기 위한 장치이다.
반응챔버(120)는 활성산소 발생용 기체 및 마그네트론(110)으로부터 발생한 고주파 전자파가 유입되는 챔버이다. 활성산소 발생용 기체는 과산화수소(H2O2)이다. 활성산소를 발생시키기 위하여는 활성산소 발생용 기체인 과산화수소(H2O2)와 반응하기 위한 플라즈마가 필요한데, 반응챔버(120)는 그 내부로 유입된 고주파 전자파가 플라즈마를 생성할 수 있도록 일정 진공도 이상으로 유지되어야 한다. 이를테면, 반응챔버(120) 내의 압력이 10 ~ 30 mTorr인 경우 반응챔버(120) 내에 유입된 고주파 전자파가 플라즈마를 원활하게 발생시킬 수 있다.
멸균챔버(130)는 의료기기 등의 피멸균물이 수용되어 소독되는 챔버이다. 따라서, 멸균챔버(130)는 반응챔버(120)에서 생성된 활성산소가 유입되도록, 반응챔버(120)와 연통된다.
도1 및 도2를 참조하면 런처(launcher)(140)는 일측단이 마그네트론(110)에 연결되고, 타측단이 반응챔버(120)에 연결된다. 런처(launcher)(140)는 마그네트론(110)으로부터 발생한 고주파 전자파를 반응챔버(120) 내부로 안내하기 위한 것이다. 런처(launcher)(140)는 통형상으로 형성되어 수평으로 설치되는데, 타측단 근부로부터 하방으로 굴곡되어 반응챔버(120)의 상부에 연결된다. 런처(launcher)(140)가 그 타측단 근부로부터 타측단까지 하방으로 굴곡 형성됨으로써 타측단 근부가 수평면과 이루는 각은 40°~ 50°일 수 있다. 런 처(launcher)(140)가 그 타측단 근부로부터 타측단까지 하방으로 굴곡 형성됨으로써 마그네트론(110)으로부터 발생한 고주파 전자파가 런처(launcher)(140)의 타측단 근부의 내면에 반사되어 반응챔버(120) 내부에 다량으로 안내된다.
도1 및 도2를 참조하면 멸균챔버(130)는 반응챔버(120)와 연통되며, 반응챔버(120)의 하부에 연결된다. 멸균챔버(130)에는 제2 진공해제 라인(132)이 연결되며, 제2 진공해제 라인(132)에는 사용자에 의하여 멸균챔버(130)의 진공 상태를 선택적으로 해제하기 위한 제2 진공해제 밸브(132V)가 구비된다.
도1을 참조하면 멸균챔버(130)에는 반응챔버(120) 및 멸균챔버(130)의 압력을 측정하기 위한 압력 게이지(130G)가 구비될 수 있다. 또한, 멸균챔버(130)에는 드라이 에어(dry air)를 유입시키기 위한 드라이 에어(dry air) 유입라인(134)이 연결될 수 있다. 드라이 에어(dry air) 유입라인(134)은 제2 진공해제 밸브(132V) 개방시 드라이 에어(dry air)를 유입시킴으로써 멸균챔버(130) 내에 존재하는 물 또는 수증기를 제거하기 위한 것이다.
도1 및 도2를 참조하면 고주파 전자파 투과막(150)은 런처(launcher)(140)의 타측단과 반응챔버(120) 사이에 설치된다. 고주파 전자파 투과막(150)은 런처(launcher)(140)와 반응챔버(120)를 공간적으로 차단하되 마그네트론(110)으로부터 발생한 고주파 전자파는 투과시키기 위한 것이다. 고주파 전자파 투과막(150)은 석영 재질의 판(plate)일 수 있다. 즉, 런처(launcher)(140)가 고주파 전자파 투과막(150)에 의하여 반응챔버(120)와 공간적으로 분리됨으로써, 반응챔버(120) 내의 압력이 10 ~ 30 mTorr를 유지하더라도 런처(launcher)(140) 내의 압력은 고주파 전 자파가 플라즈마를 발생시키지 않는 압력(이를테면, 대기압)을 유지할 수 있게 된다. 따라서, 런처(launcher) 내의 고주파 전자파가 플라즈마를 발생하지 않게 되어, 마그네트론(110)이 플라즈마에 의해 손상되는 것이 방지된다.
도1 및 도2를 참조하면 반응챔버(120)와 멸균챔버(130) 사이에는 고주파 전자파 차단부(160)가 설치된다. 고주파 전자파 차단부(160)는 반응챔버(120) 내의 고주파가 전자파가 멸균챔버(130) 내로 유입되는 것을 방지하되, 반응챔버(120)에서 발생된 활성산소는 통과시켜 멸균챔버(130) 내로 유입되도록 하기 위한 것이다. 고주파 전자파가 고주파 전자파 차단부(160)에 의하여 차단되어 멸균챔버(130) 내로 유입되지 않으므로 멸균챔버(130) 내에 플라즈마가 발생하지 않는다. 고주파 전자파 차단부(160)는 고주파 전자파를 반사시키기 위한 메쉬(mesh)일 수 있다. 고주파 전자파는 2.45 GHz 일 수 있는데, 이 경우 메쉬(mesh)의 격자 간극은 1 ㎛ ~ 1 mm 일 수 있다. 메쉬(mesh)(160)는 서스(SUS) 또는 강철 등 일 수 있다.
도1을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예는 반응챔버(120) 및 멸균챔버(130) 내에 존재하는 기체를 흡입하기 위한 진공펌프(170)를 가진다.
도1을 참조하면 멸균챔버(130)는 메인 라인(main line)(172)에 의하여 진공펌프(170)에 연결된다. 메인 라인(main line)(172)에는 메인 라인(main line)을 개폐하기 위한 메인 라인 밸브(172V)가 구비된다.
도1을 참조하면 메인 라인(main line)(172)에는 바이패스 라인(by pass line)(174)이 병렬로 연결된다. 따라서 메인 라인 밸브(172V)가 잠긴 경우에도 바이패스 라인(by pass line)(174)을 통하여도 멸균챔버(130)와 진공펌프(170)가 연 결될 수 있다. 바이패스 라인(by pass line)(174)에는 유량조절을 위한 유량조절 밸브(174V)가 구비된다. 바이패스 라인(by pass line)(174)은 메인 라인(main line)(172) 보다 작은 횡단면적을 가진다.
도1을 참조하면 본 발명에 따른 일실시예는 반응챔버(120)로 유입되는 활성산소 발생용 기체를 생성하기 위한 히팅 탱크(180)를 가진다. 히팅 탱크(180)는 기체주입 라인(182)에 의하여 반응챔버(120)에 연결되는데, 기체주입 라인(182)에는 기체주입 라인(182) 개폐를 위한 밸브(182V)가 구비될 수 있다.
도1을 참조하면 히팅 탱크(180)에는 제1 진공해제 라인(184)이 연결되며, 제1 진공해제 라인(184)에는 사용자에 의하여 히팅 탱크(180)의 진공 상태를 선택적으로 해제하기 위한 제1 진공해제 밸브(184V)가 구비된다.
도1을 참조하면 히팅 탱크(180)는 액체주입 라인(192)에 의하여 정량펌프(190)에 연결된다. 정량펌프(190)는 히팅 탱크(180)에 활성산소 발생용 액체를 정량적으로 주입하기 위한 것이다. 정량펌프(190)에 의하여 히팅 탱크(180)에 유입된 활성산소 발생용 액체는 히팅 탱크(180)에서 가열되어 활성산소 발생용 기체가 된다. 한편, 액체주입 라인(192)에는 액체주입 라인(192) 개폐를 위한 밸브(192V)가 구비된다.
도1을 참조하면 정량펌프(190)에는 저장탱크(200)가 연결된다. 저장탱크(200)에는 활성산소 발생용 액체가 저장된다. 정량펌프(190)와 저장탱크(200) 사이에는 밸브 202가 구비된다. 한편, 활성산소 발생용 액체는 50% 농도의 과산화수소수일 수 있다.
이하, 상기한 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
제1단계
(1) 먼저, 밸브 132V, 174V, 182V 잠그고, 메인 라인(main line)(172)의 밸브(172V)를 열어 진공펌프(170)를 이용하여 반응챔버(120) 및 멸균챔버(130)의 진공도를 100~150 mTorr로 만든다.
(2) 이어서, 메인 라인(main line)(172)의 밸브(172V)를 닫고, 바이 패스 라인(by pass line)(174)의 밸브(174V)는 열어 진공펌프(170)를 이용하여 반응챔버(120) 및 멸균챔버(130)의 진공도를 10~30 mTorr로 유지한다. 이때, 바이 패스 라인(by pass line)(174)의 횡단면은 메인 라인(main line)(172)의 횡단면 보다 면적이 작으므로 밸브(174V)를 이용하여 반응챔버(120) 및 멸균챔버(130)의 진공도를 세밀하게 조절할 수 있다.
제2단계
(1) 밸브 192V를 열고 정량펌프(190)로 히팅 탱크(180)에 과산화수소 용액을 4~5 CC 주입한다. 히팅탱크(180)에 과산화수소 용액이 주입되면 밸브 192V를 닫는다.
(2) 히팅탱크(180)에 주입된 과산화수소를 기화시킨다.
제3단계
(1) 히팅탱크(180)에서 과산화수소수가 기화되면 밸브 182V를 열어 히팅탱 크(180)내의 기화된 과산화수소를 반응챔버(120)로 유입시킨다. 기화된 과산화수소를 반응챔버(120)로 유입된 후 마그네트론(110)을 작동시켜 고주파 전자파를 발생시킨다.
(2) 기화된 과산화수소가 반응챔버(120)로 유입되면 밸브 182V를 닫고 184V를 열어 잔압을 제거한다.
(3) 반응챔버(120)는 진공펌프(170) 및 바이 패스 라인(by pass line)(174)의 밸브(174V)에 의하여 10~30 mTorr의 압력을 유지한다. 따라서, 런처(launcher)(140)를 통하여 반응챔버(120)에 유입된 고주파 전자파는 반응챔버(120) 내에서 플라즈마를 발생시키고, 상기 플라즈마는 반응챔버(120)로 유입된 과산화수소와 반응하여 과산화수소를 수증기와 활성산소로 분해한다.
한편, 고주파 전자파 투과막(150)에 런처(launcher)(140)는 공간적으로 반응챔버(120)와 분리되어 진공펌프(170)에 의하여 압력이 저하되지 않는다. 따라서, 런처(launcher)(140) 내의 압력은 고주파 전자파가 플라즈마를 발생시킬 수 있는 진공도가 형성되지 않으므로 플라즈마가 발생되지 않는다.
(2) 반응챔버(120)에서 발생된 활성산소는 고주파 전자파 차단부(160)을 통하여 멸균챔버(130)로 유입되어 멸균챔버(130) 내의 피멸균물을 소독하게 된다.
고주파 전자파 차단부(160)는 고주파 전자파를 반사시켜 고주파 전자파가 멸균챔버(130) 내로 유입되는 것을 차단한다. 멸균챔버(130)는 10~30 mTorr의 압력을 유지하고 있지만 고주파 전자파가 유입되지 않는다. 따라서 멸균챔버(130) 내에는 플라즈마가 생성되지 않아 피멸균물에 플라즈마가 접촉하여 피멸균물이 변색되거나 경화되는 등의 문제가 발생하지 않게 된다.
제4단계
(1) 반응챔버(120) 내에서 과산화수소의 분해 반응 완료되면 반응챔버(120) 및 멸균챔버(130)의 압력을 10~30 mTorr로 유지하며 제2단계 내지 제3단계를 반복하여 수행한다.
제5단계
(1) 반응챔버(120) 내에서 과산화수소의 분해 반응 완료되면 메인 라인(main line)(172)의 밸브(172V)를 열고 멸균챔버(130) 내의 기체를 모두 배기시킨다.
(2) 이어서, 제2 진공해제 라인(132)의 제2 진공해제 밸브(132V)를 열어 멸균챔버(130) 내부를 대기압화 시킨다.
(3) 제2 진공해제 밸브(132V) 개방시 드라이 에어(dry air) 유입라인(134)을 통하여 드라이 에어(dry air)를 유입시킴으로써 멸균챔버(130) 내에 존재하는 물 또는 수증기가 제거되도록 한다.
도1은 본 발명에 따른 일실시예의 개략적 구성도.
도2는 도1의 런처의 확대도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110:마그네트론 120:반응챔버
130:멸균챔버 130G:압력 게이지
132:제2 진공해제 라인 134:드라이 에어(dry air) 유입라인
140:런처
150:고주파 전자파 투과막 160:고주파 전자파 차단부
170:진공펌프 180:히팅탱크
182:기체주입 라인 184:제1 진공해제 라인
190:정량펌프 192:액체주입 라인
200:저장 탱크

Claims (7)

  1. 고주파 전자파를 발생시키기 위한 마그네트론;
    상기 마그네트론으로부터 발생된 고주파 전자파 및 활성산소 발생용 기체가 유입되는 반응챔버;
    활성산소가 유입되도록 상기 반응챔버와 연통되는 멸균챔버;
    상기 마그네트론으로부터 발생한 고주파 전자파를 상기 반응챔버에 안내하기 위하여 일측단이 상기 마그네트론에 연결되고, 타측단이 상기 반응챔버에 연결되는 런처(launcher);
    상기 런처(launcher)와 반응챔버를 공간적으로 차단하되 상기 마그네트론으로부터 발생된 고주파 전자파는 투과시키도록, 상기 런처(launcher)의 타측단과 상기 반응챔버 사이에 설치되는 고주파 전자파 투과막;
    상기 반응챔버 내의 고주파 전자파가 상기 멸균챔버에 유입되는 것을 차단하도록 상기 반응챔버와 상기 멸균챔버 사이에 설치되는 고주파 전자파 차단부;
    상기 반응챔버를 일정 진공도 이상으로 유지하여 상기 반응챔버 내에 유입된 고주파 전자파가 플라즈마를 생성하도록 상기 멸균챔버에 연결되는 진공펌프;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 런처(launcher)는 수평으로 설치되되, 타측단 근부로부터 하방으로 굴 곡 형성되어 상기 반응챔버의 상부에 연결되며,
    상기 멸균챔버는 상기 반응챔버의 하부에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 런처(launcher)의 타측단 근부는 수평면에 대하여 40°~ 50° 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고주파 전자파는 2.45 GHz 이고,
    상기 고주파 전자파 차단부는 격자 간극이 1 ㎛ ~ 1 mm 인 메쉬(mesh)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬(mesh)의 재질은 서스(SUS) 또는 강철인 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    밸브가 구비되며 상기 멸균챔버와 진공펌프를 연결하는 메인 라인(main line);
    밸브가 구비되며 상기 멸균챔버와 진공펌프를 연결하도록 상기 메인 라인(main line)에 병렬로 연결되며 상기 메인 라인(main line) 보다 작은 황단면적을 가지는 바이패스 라인(by pass line);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균기.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응챔버로 유입되는 활성산소 발생용 기체를 생성하기 위한 히팅탱크;
    활성산소 발생용 기체를 생성하기 위해 활성산소 발생용 액체를 상기 히팅탱크에 정량적으로 주입하기 위한 정량펌프;
    상기 히팅탱트 내의 활성산소 발생용 기체를 상기 반응챔버로 유입시키기 위하여 선택적으로 상기 히팅탱크의 진공 상태를 해제하는 제1 진공해제 밸브;
    선택적으로 상기 멸균챔버의 진공 상태를 해제하기 위한 제2 진공해제 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균기.
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