KR20100131351A - 저농도의 잔류 염소를 함유한 의료용 살균수의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의료용 살균수의 제조 방법에 관한 것으로, 염수 내에 전극을 1mm 내지 3mm만큼 이격되도록 배치하는 단계와; 상기 전극에 인가되는 전류가 일정한 범위의 전류 범위로 유지되도록 제어하면서 상기 전극에 일정한 범위의 직류 전류를 인가하되, 상기 직류 전류의 방향을 1회 이상 전환하는 단계를; 포함하여, 지속적으로 전기 분해를 하는 과정에서 음극에 쌓이는 생성물에 의하여 전기 분해가 중단되는 것을 방지하기 위해서는 전류의 방향을 주기적으로 또는 간헐적으로 전환해야 하는데, 이 때 염수의 농도에 따라 순간적으로 높은 전류가 전극에 통전됨에 따라 급작스럽게 과도한 양의 잔류 염소가 생성되는 것을 방지하기 위하여, 전압을 제어하는 것이 아니라 전류를 일정 범위 내로 유지하도록 제어함으로써, 인체에 자극이 없는 6ppm이하의 잔류 염소를 함유한 의료용 살균수를 신뢰성있게 지속적으로 제조할 수 있도록 하는 의료용 살균수의 제조 방법을 제공한다.

Description

저농도의 잔류 염소를 함유한 의료용 살균수의 제조 방법 {MANUFACTURING METHOD OF MEDICAL STERILIZED ISOTONIC SOLUTION HAVING LOW-CONCENTRATEDLY CONTROLLED FREE CHLORINE INCLUDING HYPOCHLOROUS ACID THEREIN}

본 발명은 의료용 살균수를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 분해에 의하여 저농도의 잔류 염소를 함유한 살균수를 신뢰성있게 지속적으로 제조할 수 있는 의료용 살균수를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 대기나 토양의 오염이 심해짐에 따라 알러지나 아토피와 같은 환경성 질환이 늘어나고 있으며, 이에 발맞추어 웰빙의 대한 관심이 높아짐에 따라 건강에 대한 관심도가 나날이 증가하고 있다. 따라서, 인체에 부작용을 유발하지 않는 화학 약품으로 각종 질환을 야기하는 병원균을 멸균시켜 치료하거나 인체에 부작용을 유발하지 않는 화학 약품으로 소독하고 예방하는 방법에 대한 연구가 그동안 진행되어 왔다.

이 가운데 차아염소산(HOCl)은 인체에 무해할 뿐만 아니라 다양한 병원균을 멸균시키는 데 효과적인 화학 성분으로 알려져 있다. 그러나, 2007. 4. 11자로 발간된 Journal of Burns and Wounds라는 의료 학술 잡지의 "잠재적인 상처 치료제로서의 차아염소산(Hypochlorous Acid as a Potential Wound Care Agent)"이라는 논문에 따르면, 차아염소산은 그동안 병원균에 따른 감염 치료용 의약품으로 사용된 적이 전혀 없다고 기재되어 있다.

한편, 차아염소산을 생성하는 방법으로는 다음과 같은 4가지의 화학식을 통해 이루어진다.

화학식 1

Cl₂ + H₂O ↔ HOCl + H⁺ + Cl^-

화학식 2a

2Cl^- + 2e^- → Cl₂

화학식 2b

Cl₂ + H₂O ↔ HOCl + H⁺ + Cl^-

화학식 3

OCl^- + H⁺ ↔ HOCl

즉, 차아염소산은 화학식 1에 의하여 염소 가스를 가수 분해하는 것에 의하여 생성될 수 있고, 화학식 2a 및 2b에 의하여 소금물을 전기 분해하는 것에 의하여 생성될 수도 있으며, 화학식 3에 의하여 차아염소산염을 산화시키는 것에 의하여 생성될 수 있다. 그러나, 화학식 1에 따라 가수 분해에 의하여 차아염소산을 생성하는 것은 염소 가스를 취급하는 것이 까다로울 뿐만 아니라 염소 가스를 취급에 따른 내재된 위험성을 안고 있으며, 화학식 2a 및 2b에 따라 전기 분해를 이용하여 차아염소산을 생성하는 것은 원하는 농도로 제어하는 것이 현실적으로 곤란한 문제점을 안고 있다고 기재되어 있다. 따라서, 상업적으로 이용 가능한 차아염소산염을 이용하여 화학식 3에 따라 차아염소산을 생성하여 의료용으로 활용하는 것이 가장 바람직하다고 위 논문에서 주장되고 있다.

한편, 위 논문의 제71쪽에 따르면 상온에서 병원균을 멸균시키는 데 소요되는 차아염소산의 최소 멸균 농도(㎍/㎖, ppm, Minimum Bactericidal Concentration)는 다음과 같다.

병원균	MBC (ppm)
Escherichia coli	0.7
Pseudomonas aeruginosa	0.35
Staphylococcus aureus	0.173
Staphylococcus epidermidis	0.338
Micrococcus luteus	2.77
Corynebacterium amycolatum	0.169
Haemophilus influenzae	0.338
Proteus mirabilis	0.340
Staphylococcus hominis	1.4
Staphylococcus haemolyticus	0.338
Staphylococcus saprophyticus	0.35
Candida albicans	2.7
Klebsiella pneumoniae	1.7
Serratia marcescens	0.169
Sterptococcus pyogenes	0.169
Enterobacter aerogenes	0.676
Candida albicans	0.17
Methicillin-resistent Staphylococcus aureus	0.682
Vancomycin-resistent Enterococcus faecium	2.73

즉, 인체에 질병을 야기하는 이와 같은 대부분의 병원균은 0.17ppm이상의 낮은 농도의 차아염소산에 의해서도 효과적으로 멸균된다는 것을 알 수 있다. 그러나, 이와 같은 차아염소산의 농도가 무한정 높아진다고 하여 의료용으로 사용할 수 있는 것이 아니다. (그렇기 때문에 위 논문에서도 전기 분해에 의하여 생성되는 불확실한 양의 차아염소산으로는 인체에 직접 주입하거나 분무하여 감염 치료용으로 사용할 수 없다고 기재되어 있다) 보다 구체적으로는, 잔류 염소의 농도가 6ppm 이상으로 높아지는 경우에는 코안의 점막이나 눈의 점막 등과 같이 민감한 부위에 큰 자극을 야기하여 환자에게 치료용으로 사용하기에는 큰 고통을 수반할 수도 있으며, 코안이나 폐와 같이 인체 내부로 깊숙히 넣어야 하는 경우에는 염소 성분의 역겨운 냄새로 인하여 환자들이 이와 같은 치료를 받는 것에 대하여 거부감을 느끼게 된다. 이와 유사한 취지로서 미국환경보호국의 1994년 1월에 간행된 자료에 따르면 인체에 섭취되는 잔류 염소의 농도는 70kg의 성인을 기준으로 6ppm을 초과하지 않는 것이 좋다고 권장하고 있다.

따라서, 병원균을 멸균시키는 치료제로서 차아염소산을 활용하기 위해서는 차아염소산을 함유한 잔류 염소(free chlorine)의 저농도를 일정하게 유지하면서 살균수를 제조하는 것이 무엇보다도 필요하다. 이와 함께, 보다 높은 살균력을 얻기 위해서는 잔류 염소 내에 차아염소산의 성분비를 극대화시키는 것이 필요하다.

한편, 차아염소산(HOCl)은 인체 내에서는 44시간이라는 긴 반감기를 갖는데 반하여, 수중에서는 3분정도의 매우 짧은 반감기를 갖는다. 따라서, 생리식염수 내에 차아염소산을 생성시킨다고 하더라도 일정한 시간이 경과한 후에는 차아염소산의 높은 살균력을 기대하기 어렵다.

이상을 종합하여 보면, 차아염소산(HOCl)이 병원균을 멸균시키는 데 효과적이어서 의료용 치료제로서 활용될 수 있는 가능성에 대해서는 널리 인정되어 왔지만, 차아염소산(HOCl)의 짧은 반감기로 인하여 실제로 환자에 적용하는 것이 쉽지 않고, 인체에 거부감을 느끼지 않으면서 살균력이 높은 차아염소산을 낮은 목표 농도로 조절하면서 생성할 수 없었기 때문에 실제로 적용된 사례가 없다는 것이다.

따라서, 이와 같이 높은 살균력을 갖는 차아염소산을 실제로 환자에 적용하여 병원균을 멸균시켜 치료에 활용할 수 있도록, 차아염소산을 생성후 곧바로 인체에 주입시킬 수 있도록 하면서 인체에 거부감을 느끼지 않으며 병원균을 멸균시키는 저농도 범위로 차아염소산을 포함하는 잔류 염소가 생성될 수 있도록 하는 제조 방법의 필요성이 높게 대두되고 있다.

본 발명은 질병의 원인이 되는 인체 내의 병원균를 효과적으로 멸균시킬 수 있으면서 폐, 눈, 코, 피부 등에 자극이 없는 0.17ppm 내지 6ppm의 범위의 낮은 농도로 조절된 차아염소산을 포함하는 잔류 염소를 신뢰성있게 지속적으로 얻을 수 있는 의료용 살균수의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 전극에 전압을 일정 범위로 인가하는 것이 아니라, 전류를 일정 범위 내에서 저전류로 유지하도록 조절함에 따라, 전극에 인가하는 전류의 방향이 전환될 때에 전류가 급격히 증가함에 따라 잔류 염소의 농도가 원하는 것보다 높아져 인체의 점막 등에 자극을 주지 않으면서 살균력이 높은 의료용 생리식염수를 제조하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 잔류 염소의 농도를 낮게 조절함으로써 폐, 눈, 코, 피부 등의 점막과 같이 민감한 부분에도 자극이 없으면서 염소 성분에 따른 악취가 나지 않는 무취로 제조되어 사용자가 쉽게 인체 내에 받아들이도록 함으로써 부작용에 민감한 환자에게도 쉽게 적용할 수 있게 됨에 따라 치료 적용성이 뛰어난 의료용 살균수의 제조 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 차아염소산 성분비가 높은 의료용 살균수를 제조하여, 염증이 있는 점막 또는 상처난 부위나 무좀 등의 균이 번식하는 곳이나 아토피, 비염 환자들의 코나 피부 등을 세척하는 용도 등으로 곧바로 원하는 부위에 사용할 수 있도록 하여 치료 효용성을 극대화하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 살균력을 갖는 의료용 살균수를 제조하는 방법으로서, 염수 내에 전극이 서로 이격되도록 배치하는 단계와; 상기 전극에 인가되는 전류가 일정한 범위의 전류 범위로 유지되도록 제어하면서 상기 전극에 일정한 범위의 직류 전류를 인가하되, 상기 직류 전류의 방향을 1회 이상 전환하는 단계를; 포함하여, 상기 전극에서의 전기 분해에 의하여 상기 염수 내에 저농도의 잔류 염소(free chlorine)를 신뢰성있게 생성시키는 것을 특징으로 하는 의료용 살균수의 제조 방법을 제공한다.

이는, 전극에 직류 전원을 공급하여 전기분해를 하는 과정에서 음전극에의 생성물에 의하여 음전극의 표면이 가리게 되므로, 처음에는 전극에서 원활하게 전기 분해가 일어나 잔류 염소를 생성하지만, 전극의 크기나 인가되는 전류/전압의 크기에 따라 일정 시간이 경과하면 통전되는 전류값이 점점 작아져 더 이상 전기 분해를 할 수 없게 되는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 양전극과 음전극에 인가하는 전류의 흐름 방향을 간헐적으로 또는 주기적으로 바꿔주는 것에 의하여 전기 분해의 음전극과 양전극도 이에 따라 바뀌게 되어, 음전극의 표면을 가리는 생성물을 전극으로부터 분리시킬 수 있게 되어 지속적으로 전기 분해를 하여 염수 내에 차아염소산 등의 잔류 염소를 지속적으로 생성할 수 있도록 하기 위한 것이다.

그런데, 전극에 인가되는 전류의 방향을 바꿔주면, 전류 방향을 바꾸는 순간에 전극에 도입되는 직류 전류는 매질(염수)의 저항값(농도)에 따라 순간적으로 크게 증가하여, 도9에 도시된 바와 같이 전류 방향을 바꿔주는 시점에서 급격히 높은 전류에 의하여 순간적으로 많은 양의 잔류 염소가 생성되므로, 잔류 염소의 농도를 6ppm이하로 낮은 농도로 안정되게 유지하기 어려운 문제가 발생된다. 여기서, 잔류 염소의 농도를 낮게 유지시키고자 하는 것은 잔류 염소의 농도가 낮더라도 병원균, 세균, 박테리아 등에 대한 살균력은 높지만 인체의 점막 등에서의 거부감을 최소화하여, 거부감없이 넓은 응용 범위의 치료 또는 의료용으로 사용할 수 있도록 하기 위함이다.

예를 들어, 인가되는 직류 전원이 3V정도로 작더라도, 백금 도금 전극의 면적이 대략 30cm²이고 염수의 농도가 생리식염수 농도인 대략 0.9중량% 또는 대략 2중량%인 경우에, 전류 방향을 전환하기 이전에는 각각 대략 60mA 또는 120mA 정도로 흘렀던 직류 전류는 전류 방향을 전환하는 순간 각각 대략 400mA 또는 2A에 이르는 큰 전류가 순간적으로 흐르며, 다시 시간이 경과하면 점차 전류값이 낮아져 다시 각각 60mA 또는 120mA정도로 수렴하게 된다. 이는, 전극에 인가하는 전원에 대하여 전류값을 제어하지 않고 전압만을 3V로 제어하는 경우에는, 전류의 통전 방향이 바뀌는 순간 단락되는 것과 유사하게 저항(염수의 농도)이 낮을수록 많은 양의 전하가 전환되기 이전의 반대 방향으로 이동하기 때문이다.

이에 따라, 인가되는 전원을 2V 내지 4.5V의 낮은 전압으로 유지시키더라도, 지속적인 전기 분해를 유도하기 위하여 전극에 인가되는 전류의 방향을 전환시키는 순간 급격히 많은 전기 분해에 의해 제어되지 않는 다량의 잔류 염소가 생성되므로, 인체의 점막에 자극적이지 않고 무해하다고 알려진 6ppm보다 낮게 안정적으로 그리고 지속적으로 신뢰성있게 제어하는 것이 불가능해진다. 따라서, 본 발명은 전극에 인가되는 전류의 방향을 간헐적으로 또는 주기적으로 변환시키더라도, 전압을 전극에 일정하게 인가하는 것이 아니라 전류를 일정한 범위로 전극에 인가하도록 조절함으로써, 도10에 도시된 바와 같이 전류 방향의 전환 시에 전극에 순간적으로 큰 전류가 흐르는 것을 막을 수 있게 되고, 이에 따라 낮은 농도의 차아염소산 등의 잔류 염소를 함유한 의료용 살균수를 항상 일정하게 제조하는 것이 가능해진다.

여기서, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '상기 전극에 인가되는 전류가 일정한 범위의 전류값으로 유지'된다는 것은 평균 전류값에 대하여 대략 10% 내지 25%의 범위 내에 있는 것을 모두 포함하는 것으로 정의하기로 한다.

즉, 회로의 리플이나 소자의 구성에 따라 전류 공급 장치로부터 발생되는 전류값이 완전히 일정하게 유지되지는 못하고 약간의 변동이 있을 수 있다. 다만, 인가 전류의 요동의 폭이 대체로 10%미만이면 정전류 조건을 충분히 만족시키므로, 예를 들어, 상기 전극에 120mA의 정전류 조건을 인가하는 경우에는, -12mA 내지 +12mA의 대략 10%의 변동이 발생되어 평균 전류인 120mA에 대하여 108mA 내지 132mA 정도로 유지되더라도, 본 발명의 '일정 범위의 전류로 유지'되는 것이어서 전류의 방향 전환시에 순간적으로 전류값이 급등하는 현상이 크게 억제될 수 있다. 또한, 인가되는 전류의 요동폭이 25%정도에 이르러 120mA의 정전류 조건을 인가하고자 하는 데, -30mA 내지 +30mA의 대략 25%의 변동이 발생되어 평균 전류인 120mA에 대하여 90mA 내지 150mA로 유지되더라도, 전류의 방향 전환 시에 전류값의 절대치가 순간적으로 급등함에 따라 생성하고자 하는 잔류 염소의 농도를 벗어나지 않도록 할 수 있다.

이 때, 상기 전극에 공급되는 전류 방향의 전환은 1초 내지 1분 사이의 시간이 경과할때마다 주기적으로 또는 간헐적으로 이루어진다.

상기와 같은 구성에 의하여, 본 발명은 급격히 잔류 염소가 다량으로 생성되어 6ppm이 초과함에 따라 인체의 코, 입으로 분무할 때에 역겨운 느낌이 유발되는 것을 방지할 수 있으며, 잔류 염소가 간헐적으로 0.17ppm 이하의 지나치게 낮은 농도만큼만 생성되어 살균력이 저하되는 것도 방지할 수 있다.

한편, 잔류 염소의 농도를 0.17ppm 내지 6ppm으로 일정하게 제어한 살균수를 지속적으로 유지하기 위해서는, 상기 염수는 소금 농도가 약 0.9중량%인 생리식염수이고 pH4.0 내지 pH9.0이며, 상기 전극에 공급되는 전류는 30mA 내지 200mA의 범위로 또는 이중 어느 하나의 값으로 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 200mA를 약간 초과하더라도 경우에 따라서는 6ppm 이하의 잔류 염소 농도를 생성할 수 있지만, 신뢰성있게 6ppm이하로 제조하는 것이 아니므로, 200mA이하로 전극에 인가되는 전류의 범위를 조절하는 것이 좋다. 그리고, 공급되는 전류가 30mA보다 작은 경우에는 소금물 낮은 농도에서는 전류가 통전되지 않아 전기분해가 일어나지 않으므로, 공급되는 전류는 30mA보다 커야 한다.

그리고, pH 4.0 내지 pH 7.5의 약산성 내지 중성인 생리식염수로 의료용 살균수를 제조함으로써 도7에 도시된 바와 같이 전기 분해에 의하여 생성되는 잔류 염소 중 살균력이 높은 차아염소산(HOCl)의 성분비를 적어도 50%이상으로부터 거의 전체에 이르기까지 극대화시켜 적은 양의 잔류 염소로도 높은 치료 효능을 가질 수 있으며, 동시에 제조된 의료용 살균수의 산도(acid degree)가 인체의 눈, 코안 등의 점막에 자극을 주지 않게 된다. 아울러, 일반적으로 쉽게 구할 수 있는 수돗물, 지하수 등의 산도가 약산성 내지 중성이므로, 손쉽게 구할 수 있는 수돗물 등과 적당량의 소금을 섞어 생리식염수를 제조할 수 있다. 다만, 본 발명은 생리식염수를 이용하여 의료용 살균수를 제조할 수 도 있지만, 사용하고자 하는 용도나 부위에 따라 소금 농도를 생리식염수의 농도에 비하여 높거나 낮게 설정할 수도 있다.

이 때, 인체에 공급하는 부위에 따라 약 0.7% 내지 1.5%인 등장액 수준의 생리식염수의 소금 농도와 달리 0.3% 내지 3%정도까지의 소금 농도를 갖는 염수로도 적용하는 것이 가능하다.

상기 전극 사이의 간격이 1mm 보다 크게 배열하는 것은 이들 간격이 1mm보다 작은 경우에는 전극 사이에 통전되는 전류의 크기가 과도하게 높아지고 전기 분해에 의해 생성되는 가스의 유동이 원활하지 않아 갑자기 많은 양의 잔류 염소가 생성되기도 하고 이보다 훨씬 적은 양의 잔류 염소가 생성되기도 하여 잔류 염소를 일관성 있게 생성하는 것이 어려워지기 때문이다. 그리고, 전극 사이의 간격이 3mm 보다 크게 배열하면 전극 사이에 통전시키기 위해서는 높은 전압이 인가되어야 하는데, 이 경우에는 전극의 과전위에 따라 전류가 급격히 증가할 수 밖에 없기 때문에(도8참조) 저전류로 전극 사이를 통전시키는 것이 곤란해질 뿐만 아니라, 전압의 소모량이 매우 커지므로 휴대용으로 사용하는 것에는 한계가 있기 때문이다. 즉, 전극 사이에는 전류, 용액 내에서의 전자이동량을 일정하게 지속적으로 유지하는 것이 필요하다.

한편, 상기 전극은 평판 전극을 사용할 수도 있으며, 서로 마주보는 다수의 돌기가 돌출된 돌기 전극을 사용할 수도 있고, 양전극과 음전극이 격자 모양으로 형성되고 격자의 만나는 위치가 서로 마주보게 향하는 격자 전극을 사용할 수도 있다.

상기 생리식염수를 전기 분해에 의하여 의료용 살균수로 제조하는 것은 전기 분해를 통하여 오존(O₃), 과산화수소(H₂O₂), OH라디칼, 차아염소산(HOCl)과 같은 잔류 염소 등의 산화체(oxidants)의 생성 반응은 다음의 (1) 내지 (5)의 공정에 의하여 이루어진다.

(1) 오존이 생성되는 경로는 물(H₂O)을 전기 분해함으로써 시작되어 최종적으로 O와 O₂가 결합되는 다음의 공정을 거쳐 오존이 형성된다.

*H₂O --> H⁺ + (OH)_ads + e^-

(OH)_ads --> (O)_ads + H⁺ + e^-

2(OH)_ads --> O₂ + 2H⁺ + 2e^-

2(O)_ads --> O₂

(O)_ads + O₂ --> O₃

(2) 과산화수소는 산소의 전기 분해에 의한 직접적인 경로와, 오존 분해에 의하여 생성된 중간 산물인 OH라디칼의 결합으로 생성되는 간접적인 경로에 의하여 생성된다. 즉,

O₂ + e^- --> O₂ ^·-

O₂ + 2H⁺ + 2e^- --> H₂O₂

와 같은 직접적인 경로와,

OH·+ OH· --> H₂O₂

와 같은 간접적인 경로에 의하여 생성된다.

(3) HOCl은 수중에 존재하는 Cl^- 이온이 Cl₂로 결합한 후에 H₂O와 반응하여 HOCl을 생성하게 된다. 즉,

2Cl^- --> Cl₂ + 2e^-

2H₂O + 2e^- --> H₂ + 2OH^-

Cl₂ + H₂O --> HOCl + H⁺ + Cl^-

(4) OH라디칼은 순간적으로 생성되었다가 사라지기 때문에 직접적으로 측정은 불가능하지만, 오존이 수중에 존재하는 경우에 OH^- 또는 과산화수소의 짝염기인 HO₂ ^-와 반응하여 라디칼 체인 사이클을 형성하며 최종적으로는 OH라디칼을 생성한다.

O₃ + OH --> 라디칼 체인 반응(Radical Chain Reaction) --> OH·

O₃ + HO^{2 -} (H₂O₂의 짝염기) --> 라디칼 체인 반응 --> OH·

(5) 수중에 존재하는 미생물(microorganism, microorganics)은 생성된 산화체(oxidants)에 의하여 불활성화되거나 제거되며, 다음의 microorganism은 전기적 흡착(electrosorption)에 의하여 제거되며, 다음의 microorganics는 e-과의 반응으로 직접적인 전기 분해 반응에 의하여 제거된다.

즉, Microorgainsm에 대해서는,

M(Microorganism) --> Electrosorption --> Inactivation

또한,

M(Microorganism) + O₃ --> Inactivation

M + OH· --> Inactivation

M + HOCl --> Inactivation.

그리고, Microorganics에 대해서는,

M(Microorganics) + e- --> M-

또한,

M(Microorganics) + O₃ --> Product

M + OH· --> Product

M + HOCl --> Product

즉, 전기 분해가 이루어지는 동안에 상기 (1) 내지 (5)의 공정에서 생성된 잔류염소(HOCl, OCl-)를 포함하는 산화체(O3, H2O2, HOCl, OCl-, OH라디칼 등)에 의하여 산화 및 살균 작용이 원활하게 이루어지며, 전기 분해가 이루어진 후에는 잔류 염소 중 많은 양을 차지하는 차아염소산(HOCl)의 살균력에 의하여 병원균을 멸균시킬 수 있게 된다.

또한, 전기 분해가 일어나는 중에 생성되는 과산화수소(H₂O₂)는 자유기(free radical, HO·+ O·)을 생성하는 능력이 있는데, 이 자유기들은 단백질을 낮은 분자 무게의 펩타이드, 아미노산으로 분해하여 수용성 물질로 만들며, 이중결합 부위로 몰려들어 에폭사이드(epoxide)를 생성한다. (예컨대, C=C-R 구조는 C-C-R 구조가 된다) 보다 구체적으로는, 과산화수소에서 생성된 자유기는 매우 반응성이 큰 데, 자체의 안정을 이루기 위하여 단백질로 이루어진 원인 물질을 공격함으로써, 과산화수소의 산화 작용으로 단백질을 아미노산으로 분해하여 수용성 물질로 만들게 되어, 알러지, 아토피를 유발하는 원인 물질인 단백질을 효과적으로 제거하게 된다.

즉, 상기 방법에 의하여 생성되는 잔류 염소 등의 산화체는 병원균, 곰팡이, 박테리아 등을 죽이는 효과를 가질 뿐만 아니라 단백질을 구성하는 아미노산의 탄소와 질소 원자 사이의 이중 결합을 파괴하는 특징을 이용하여 알러지, 아토피를 유발하는 원인 물질인 단백질을 제거할 수 있다. 이를 통해, 상기와 같이 제조된 의료용 살균수를 비염, 아토피 등 알러지 질환에 사용하면, 알러지의 원인 물질인 단백질을 변형시킴으로써 알러지 증상의 치료에도 사용할 수 있다. 그리고, 제조된 의료용 살균수는 자궁경부암을 일으키는 HPV(human papillomavirus, 사람유두종바이러스)의 감염을 치료하는 데에도 효과적이므로 자궁 내에 공급될 수도 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 살균력을 갖는 의료용 살균수를 제조하는 방법으로서, 염수 내에 전극을 1mm 내지 3mm만큼 이격되도록 배치하는 단계와; 상기 전극에 인가되는 전류가 일정한 범위의 전류 범위로 유지되도록 제어하면서 상기 전극에 일정한 범위의 직류 전류를 인가하되, 상기 직류 전류의 방향을 1회 이상 전환하는 단계를; 포함하여, 지속적으로 전기 분해를 하는 과정에서 음극에 쌓이는 생성물에 의하여 전기 분해가 중단되는 것을 방지하기 위해서는 전류의 방향을 주기적으로 또는 간헐적으로 전환해야 하는데, 이 때 염수의 농도에 따라 순간적으로 높은 전류가 전극에 통전됨에 따라 급작스럽게 과도한 양의 잔류 염소가 생성되는 것을 방지하기 위하여, 전압을 제어하는 것이 아니라 전류를 일정 범위 내로 유지하도록 제어함으로써, 인체에 자극이 없는 6ppm이하의 잔류 염소를 함유한 의료용 살균수를 신뢰성있게 지속적으로 제조할 수 있는 의료용 살균수의 제조 방법을 제공한다.

즉, 본 발명은 전극에 인가되는 전류가 일정한 범위의 전류 범위로 유지되도록 제어하면서 상기 전극에 일정한 범위의 직류 전류를 인가하되, 상기 직류 전류의 방향을 1회 이상 전환하는 단계를 포함하여, 전류의 방향 전환시에 전류값이 의도하지 않게 순간적으로 급증하는 것을 원천적으로 방지함으로써, 잔류 염소가 갑자기 다량으로 생성되어 6ppm이 초과하는 경우가 발생하지도 않고 0.17ppm 이하의 지나치게 낮은 농도만큼만 생성되지도 않으므로, 살균력이 높으면서도 인체에 사용하는 데에도 역겨운 냄새가 없는 저농도의 잔류염소를 함유한 무취의 살균수를 신뢰성있게 제조할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 전기 분해에 의해서도 낮은 농도로 정밀하게 제어된 차아염소산을 포함하는 잔류 염소를 함유한 살균수를 제조할 수 있도록 함으로써, 신선하고 살균력이 높은 의료용 생리식염수를 치료 용도에 부합하는 용도에 사용할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명은 전극에 낮은 범위의 전류로 제어하면서 인가하여 전기 분해로 저농도의 잔류 염소를 함유한 높은 살균력있는 의료용 살균수를 제조할 수 있도록 함과 동시에, 배터리로 구동되는 휴대용 장치에 대해서도 배터리의 수명을 길게 확보할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 차아염소산 이온(OCl^-)에 비하여 약 80배나 살균력이 높은 차아염소산(HOCl)의 발생량을 높이기 위하여 pH 4.0 내지 pH 7.5의 중성 내지 약산성의 물을 이용하여 전기 분해시킴으로써, 짧은 시간 동안의 전기 분해에 의하여 차아염소산의 생성량을 극대화하여 살균력이 높은 의료용 살균수를 제공한다.

도1은 전기 분해에 의해 살균수를 제조하는 구성을 도시한 개략도
도2는 도1의 구성에서 전기 분해에 의해 전극에 인가되는 전류의 흐름을 도시한 도면
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 살균수를 제조하는 구성을 도시한 개략도
도4는 도3의 구성에서 전기 분해에 의해 전극에 인가되는 전류의 흐름을 도시한 도면
도5는 도3의 전극부의 구성을 도시한 단면도
도6은 도3의 또 다른 형태의 전극부를 도시한 단면도
도7은 20℃, 용존물질 100mg/ℓ에서의 수중 유리 염소의 형태와 pH의 관계를 도시한 그래프
도8은 전극의 과전위와 전류 세기와의 관계에 관한 Butler-Volmer식을 도시한 그래프
도9는 정전압 조건 하에서 전류 방향 전환에 따른 인가 전류의 측정 데이터
도10은 정전류 조건 하에서 전류 방향 전환에 따른 인가 전류의 측정 데이터이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 의료용 살균수의 제조 방법은 도3에 도시된 바와 같이 용기(110) 내에 염수(111)를 미리 정해진 양만큼 담아둔 상태에서 염수(111)의 내부에 잠기도록 양전극(101)과 음전극(102)이 2mm만큼 이격되도록 배치한 상태에서, 정전류(靜電流) 조건으로 전극(100)에 전류를 흐르게 하여, 염수(111)를 전기 분해하는 것에 의하여 차아염소산 등의 잔류 염소를 6ppm의 낮은 농도 범위로 지속적이고 신뢰성있게 제조하도록 구성된다.

일반적으로, 전극(100)에 직류를 공급하여 전기분해를 하는 과정에서 음전극(101)에서의 생성물이 음전극의 표면에 쌓임에 따라, 처음에는 전극(100)에서 원활하게 전기 분해가 일어나 잔류 염소를 생성하지만, 전극의 크기나 인가되는 전류/전압의 크기에 따라 일정 시간이 경과하면 음전극 표면에 쌓이는 생성물에 의하여 통전되는 전류가 점점 작아져 더 이상 전기 분해를 할 수 없게 되는 문제점이 있었다. 이에 따라, 양전극(102)과 음전극(101)에 인가하는 전류의 흐름 방향을 간헐적으로 또는 주기적으로 바꿔주어, 음전극(101)의 표면에 쌓이는 생성물을 제거할 수 있게 되므로, 지속적으로 전기 분해를 하여 염수 내에 차아염소산 등의 잔류 염소를 생성할 수도 있다.

그러나, 전극(100)에 인가되는 전류의 방향을 바꿔면, 전류 방향을 바꾸는 순간에 전극에 도입되는 직류 전류는 도2에 도시된 바와 같이 매질인 염수(111)의 저항값(농도)에 따라 크게 급작스레 증가하여, 증가된 높은 전류가 다시 원상태로 낮아질 때까지 높은 전류로 유지되는 동안(99)에 많은 양의 잔류 염소가 2배 이상으로 급작스럽게 많이 불규칙적으로 생성됨에 따라 원하는 낮은 농도의 잔류 염소가 생성되도록 제어하는 것이 어려워진다.(실질적으로 이 시간(99)은 수초 이내로 짧지만, 도2에는 이해를 돕기 위하여 다소 길게 표시하였음) 이는, 표1에 나타난 바와 같이, 잔류 염소의 농도가 낮더라도 병원균, 세균, 박테리아 등을 효과적으로 살균할 수 있는 데 반하여, 인체의 점막 등에서 자극이 크게 되어 거부감을 가질 수 밖에 없어 의료용 살균수로서 활용할 수 없게 된다는 것을 의미한다.

이에 반하여, 본 발명은 전극(100)에 인가되는 전류의 방향을 바꾸는 순간에 전류값이 급작스레 높아지는 현상을 억제하기 위하여, 도3에 도시된 바와 같이 일정한 전류로 유지하는 정전류(靜電流) 조건 또는 일정 범위의 전류 범위로 유지하는 일정범위 전류조건으로 전극(100)에 전류를 흐르게 함으로써, 전류방향을 전환하는 시점에서 전류가 급작스레 상승하는 정도(199)를 크게 낮출 수 있게 되어(3~10%정도만 상승함), 잔류 염소가 급작스럽게 많이 생성되는 현상을 최소화할 수 있으며, 이에 의하여, 원하는 낮은 농도의 잔류 염소가 생성되도록 제어하는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 의료용 살균수의 제조예를 상술한다.

실시예

전극(100)은 백금으로 그 표면이 도금된 1225mm² 넓이의 평판 형상으로 생리식염수 70㎖ 내에 잠기도록 2mm 간격(d)으로 이격 배열되며, 40초 동안 정전류 60mA조건으로 전류를 전극(100)에 인가하면서 10초 간격으로 음전극(101)과 양전극(102)에 인가되는 전류를 바꾸면서 잔류 염소의 농도를 5회 측정한 결과는 다음과 같았다.

횟수	염수용량	소금물 농도	인가전류	전류방향전환 주기	전기분해시간	잔류염소 농도(ppm)
1회	70㎖	0.90%	60mA	10초	40초	4.7
2회	70㎖	0.90%	60mA	10초	40초	4.1
3회	70㎖	0.90%	60mA	10초	40초	4.7
4회	70㎖	0.90%	60mA	10초	40초	4.8
5회	70㎖	0.90%	60mA	10초	40초	4.9

위 실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 정전류 조건으로 전극(100)에서 잔류 염소를 생성하면, 전류방향을 10초마다 전환시켜주더라도 거의 일정하게 낮은 농도의 잔류 염소(4.1ppm~4.7ppm)를 생성할 수 있다는 사실을 확인할 수 있다.

비교예

전극(100)은 백금으로 그 표면이 도금된 1225mm² 넓이의 평판 형상으로 생리식염수 70㎖ 내에 잠기도록 2mm 간격(d)으로 이격 배열되며, 40초 동안 정전압 3.0V조건으로 전류를 전극(100)에 인가하면서 10초 간격으로 음전극(101)과 양전극(102)에 인가되는 전류를 바꾸면서 잔류 염소의 농도를 5회 측정한 결과는 다음과 같았다.

횟수	염수용량	소금물 농도	인가전압	전류방향전환 주기	전기분해시간	잔류염소 농도(ppm)
1회	70㎖	0.90%	3.0V	10초	40초	10.2
2회	70㎖	0.90%	3.0V	10초	40초	8.2
3회	70㎖	0.90%	3.0V	10초	40초	11.6
4회	70㎖	0.90%	3.0V	10초	40초	10.7
5회	70㎖	0.90%	3.0V	10초	40초	9.1

위 실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 정전압 조건으로 전극(100)에서 잔류 염소를 생성하면, 전류방향을 10초마다 전환시켜주는 동안에 인가되는 전류가 순간적으로 급증하여, 이 때 잔류 염소가 다량으로 그리고 불규칙적으로 급작스레 생성되므로, 원하는 낮은 농도의 잔류 염소를 안정되게 지속적으로 생성하는 것이 불가능하다는 것을 확인할 수 있다.

위 실험 결과에는 0.9%의 생리식염수를 대상으로 하였지만, 전류 전환하는 시점에서 급작스레 증가하는 전류의 크기는 염수(111)의 농도가 높아질 수록 급격히 높아져, 염수(111)의 농도가 높을 수록 잔류 염소의 농도를 낮게 생성하는 것은 더욱 어려워진다.

한편, 전류의 인가 방향이 전환되는 과정에서 순간적으로 전류값의 절대값이 급격히 상승하는 현상에 대한 실험 데이터가 도9 및 도10에 도시되어 있다. 도9는 평균전류 50mA가 되도록 전압을 제어하면서 전극에 전류를 인가하면서 전류의 방향을 약 6초마다 주기적으로 전환시킨 상태에서 인가되는 전류값을 측정한 것이고, 도10은 평균전류 50mA가 되도록 제어된 전류를 전극에 인가하면서 전류의 방향을 약 6초마다 주기적으로 전환시킨 상태에서 인가되는 전류값을 측정한 것이다.

도9에 도시된 바와 같이, 전압 제어를 통해 50mA의 전류가 전극에 인가되도록 하는 경우에는, 전류 방향을 전환하는 순간 기준 전류의 3배 이상으로 급증하는 현상이 간헐적으로 불규칙하게 나타난다(도9의 세로축의 숫자는 1/100 mA를 곱한 값을 나타내며, 가로축의 숫자는 경과시간(초)을 의미함, 즉 세로축의 10000은 100mA를 나타냄). 이에 따라, 전극에서 생성되는 차아염소산 등의 잔류 염소는 이 순간 생성량이 급증하는 데, 이 급증되는 양을 정량적으로 파악하기가 곤란하여, 잔류 염소의 생성량을 정밀하게 제어할 수 없는 문제가 발생된다.

이에 반하여, 도10에 도시된 바와 같이, 전류 제어를 통해 50mA의 전류가 전극에 인가되도록 하는 경우에는, 전류 공급장치의 장치특성에 의하여 대략 50mA의 평균 전류에 대하여 대략 5%의 전류값의 변동이 발생하는 상태에서, 전류 방향을 전환하는 순간 기준 전류의 50mA로부터 미세한 요동(전류 절대값의 10%~20%이내)이 규칙적으로 발생될 뿐이므로(도10의 세로축의 숫자는 1/100 mA를 곱한 값을 나타내며, 가로축의 숫자는 경과시간(초)을 의미함), 전극에서 생성되는 차아염소산 등의 잔류 염소를 일정하게 제어하여 낮은 농도로 생성하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 본 발명은 전극에 인가되는 전류가 일정한 범위의 전류 범위로 유지되도록 제어하면서 상기 전극에 일정한 범위의 직류 전류를 인가하되, 상기 직류 전류의 방향을 1회 이상 전환하는 단계를 포함하여, 전류의 방향 전환시에 전류값의 절대값이 순간적으로 급증하는 것을 방지함으로써, 잔류 염소가 갑자기 다량으로 생성되어 6ppm이 초과하는 경우가 발생하지도 않고 0.17ppm 이하의 지나치게 낮은 농도만큼만 생성되지도 않으므로, 살균력이 높으면서도 인체에 사용하는 데에도 역겨운 냄새가 없는 저농도의 잔류염소를 함유한 무취의 살균수를 신뢰성있게 제조할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 즉, 위 실시예에서는 도5에 도시된 평판 전극을 예로 들어 설명하였지만, 도6에 도시된 전극(101',102')에 돌기(101a',102a')가 형성된 돌기 전극은 낮은 농도의 잔류 염소가 생성하는 것이 평판 전극(100)에 비하여 훨씬 용이할 뿐만 아니라, 전류방향을 전환하는 순간에 발생되는 상기 특성들이 동일하게 적용될 수 있다는 것은 너무도 자명하다. 마찬가지로, 상기 특성들은 전극의 형상에 무관하게 즉, 격자 모양의 전극이 서로 마주보게 배열된 격자 전극에도 동일하게 적용할 수 있다.

100: 전극 101,101': 양전극
102,102': 음전극 110: 용기
111: 염수 120: 정전류 공급부

Claims (7)

1. 살균력을 갖는 의료용 살균수를 제조하는 방법으로서,
   염수 내에 전극을 서로 이격되도록 배치하는 단계와;
   상기 전극에 인가되는 전류를 일정한 범위의 전류값으로 유지되도록 제어하면서 상기 전극에 직류 전류를 인가하되, 상기 직류 전류의 방향을 1회 이상 전환하는 단계를;
   포함하여, 상기 전극에서의 전기 분해에 의하여 상기 염수 내에서 생성되는 잔류 염소의 양을 낮은 농도로 유지하면서 생성하는 의료용 살균수의 제조 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 인가되는 상기 전류의 일정 범위는 전류의 평균값으로부터 -25% 내지 +25%의 변동 범위 이내 인 것을 특징으로 하는 의료용 살균수의 제조 방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 잔류 염소는 0.17ppm 내지 6ppm의 농도로 생성되는 것을 특징으로 하는 의료용 살균수의 제조 방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 전극은 1mm 내지 3mm만큼 이격되고, 상기 전극에 공급되는 전류는 30mA 내지 200mA 중 어느 하나의 전류로 일정하게 유지하여, 상기 전극에서의 전기 분해에 의하여 상기 염수 내에 0.17ppm 내지 6ppm의 잔류 염소를 지속적으로 생성하는 것을 특징으로 하는 의료용 살균수의 제조 방법.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 염수는 pH4.0 내지 pH9.0의 생리식염수인 것을 특징으로 하는 의료용 살균수의 제조 방법.
   
6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전극으로의 전류 전환은 1초 내지 1분 사이의 시간이 경과할때마다 이루어지는 것을 특징으로 하는 의료용 살균수의 제조 방법.
   
7. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전극은 평판 형상의 전극, 다수의 돌출된 돌기가 서로 마주보게 배열된 돌기 전극, 격자 모양의 전극이 서로 마주보게 배열된 격자 전극 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 의료용 살균수의 제조 방법.
   

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