KR20130017701A - Handpiece-type plasma apparatus for local sterilization and disinfection - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A handpiece type plasma device capable of local disinfection and sterilization is provided to effectively sterilize a subject material without damage. CONSTITUTION: A handpiece type plasma device capable of local disinfection and sterilization comprises a handpiece type plasma reactor(10) and a AC voltage apparatus(20). The handpiece type plasma reactor comprises a ground electrode(11), a power electrode(12), and a dielectric pipe(13). The ground electrode forms an outer body of the reactor. The dielectric pipe is inserted into the inside of the power electrode.

Description

국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치{Handpiece-type plasma apparatus for local sterilization and disinfection}Handpiece-type plasma apparatus for local sterilization and disinfection}

본 발명은 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기압에서 플라즈마 제트를 저온으로 분사하여 열적 저항성이 있는 재료 및 도구와 인체에 손상된 부위의 처리에 유용한 핸드피스형 플라즈마 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a handpiece type plasma apparatus capable of local sterilization and sterilization, and more particularly, handpiece type plasma which is useful for the treatment of materials and tools and thermally damaged parts by thermally spraying the plasma jet at atmospheric pressure. Relates to a device.

플라즈마란 원자나 분자로 된 기체가 에너지를 받아 전기적으로 중성인 이온화된 기체를 말한다. 특히 저온 플라즈마 기술은 반도체 제조, 금속 및 세라믹 박막제조, 물질합성과 표면처리 등 다양한 활용성을 가지고 있는데 대기압(대기압)과 저압 플라즈마로 구분할 수 있다. Plasma is an ionized gas that is electrically neutral when a gas of atoms or molecules receives energy. In particular, low-temperature plasma technology has various applications such as semiconductor manufacturing, metal and ceramic thin film manufacturing, material synthesis and surface treatment, which can be classified into atmospheric pressure (atmospheric pressure) and low pressure plasma.

대기압 플라즈마의 발생은 대기압 하에서 여러 가지 방법의 전기방전을 이용하되, 전자 에너지의 세기가 이온 및 중성입자 등의 에너지 보다 높게 유지되는 비평형 상태로 유지됨으로 다양한 플라즈마 화학반응 및 표면처리의 응용에 적합하다. Atmospheric pressure plasma is generated using various methods of electric discharge under atmospheric pressure, but is maintained in an unbalanced state where the intensity of electron energy is maintained higher than that of ions and neutral particles, etc. Do.

대기압 플라즈마를 구현하는 방법으로는 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge), 코로나 방전(corona discharge), 마이크로웨이브 방전(microwave discharge), 아크방전(arc discharge)등이 있다. 이중에 유전체 장벽 방전은 대기압에서 아주 큰 비평형 조건에서 동작하고, 고 출력 방전을 할 수 있으며 복잡한 펄스 전력 공급기가 없어도 되기 때문에 산업체에서 널리 이용되고 있는데, 오존 발생, 이산화탄소 레이저, 자외선 광원, 오염물질 처리 등에 널리 응용되고 있다. Methods of implementing the atmospheric pressure plasma include a dielectric barrier discharge, a corona discharge, a microwave discharge, an arc discharge, and the like. Among them, dielectric barrier discharges are widely used in industry because they operate at very large non-equilibrium conditions at atmospheric pressure, have high output discharges, and do not require complex pulsed power supplies. These include ozone generation, carbon dioxide lasers, ultraviolet light sources and pollutants. It is widely applied to treatment.

최근 들어 저온 대기압 플라즈마를 이용하여 주위의 재료에는 영향을 최소화하며 미생물의 효과적인 살균법으로 연구되고 있다. Recently, the use of low temperature atmospheric plasma minimizes the influence on the surrounding materials and has been studied as an effective sterilization method of microorganisms.

살균이란 미생물에 물리적·화학적 자극을 가하여 이를 단시간 내에 멸살시키는 일을 말하는데, 현재 널리 쓰이고 있는 살균법으로는 가열살균법과 EtO(Ethylene oxide) gas를 사용하는 방법 등이 있다. 가열살균법은 경제성이 좋지만 100℃ 이상의 온도에서 살균이 진행되기 때문에 열에 약한 재료에는 사용을 할 수 없다는 단점과 EtO gas를 사용하는 살균법은 단기간 내 살균을 진행할 수 있지만 EtO gas가 인체에 유해하고 분해속도가 느려 오랜 환기시간을 요구하는 단점이 있다. Sterilization refers to the action of applying physical and chemical stimuli to microorganisms and destroying them within a short time. Currently used sterilization methods include heat sterilization and EtO (Ethylene oxide) gas. Heat sterilization method is economical, but it is impossible to use for heat sensitive materials because sterilization proceeds at a temperature above 100 ℃. Sterilization method using EtO gas can sterilize in a short time, but EtO gas is harmful to human body. There is a disadvantage that requires a long ventilation time due to the slow decomposition rate.

따라서 기존의 살균법에 효율적으로 대체하고자 하는 차세대 살균법으로 대기압 플라즈마가 제시되어 살균 유용성에 대한 검토가 이루어 지고 있다. 일반적으로 공기에서의 대기압 플라즈마 방전기체는 O, O-, O2 -, O3, O+2, O2 등과 OH-, OH와 같은 radical 과 이온물질이 함께 공존하고 있어, 그 물질들이 가진 특성을 이용하여 미생물 살균, 지혈, 상처소독 등 생의학 분야에 많은 연구가 이루어지고 있다. Therefore, the atmospheric pressure plasma is proposed as a next-generation sterilization method to replace the conventional sterilization method, and the sterilization usefulness is being examined. In general, atmospheric pressure plasma discharge gas in the air is O, O -, O 2 - , O 3, O +2, O 2 as OH -, and it co-exist with the radical and ionic species, such as OH, the substances with characteristics Many studies have been made in the biomedical fields such as microbial sterilization, hemostasis and wound disinfection.

미생물 살균과 같은 표면처리를 위한 대기압 플라즈마 장치는 평행한 두 평판 전극 사이에 피 처리물을 삽입하고 그 내부에서 플라즈마를 발생시켜 대상물을 처리하는 대향형 방식과 플라즈마 반응기 내부에서 형성된 플라즈마 및 기체 활성종들을 불꽃의 형태로 발생기 외부로 분출시켜 대상물을 처리하는 분사식 방식을 들 수 있다. Atmospheric pressure plasma apparatus for surface treatment, such as microbial sterilization, is an opposing method of treating an object by inserting a workpiece between two parallel plate electrodes and generating a plasma therein, and plasma and gaseous active species formed inside a plasma reactor. And spraying them outside the generator in the form of a flame to treat the object.

여기서, 피처리물의 국부소독 및 살균을 위해 분사식 방식을 이용한 대기압 플라즈마 반응기에 관하여 현재 다양한 연구가 개발되고 있다.Here, various researches are currently being developed regarding an atmospheric pressure plasma reactor using a spray method for local disinfection and sterilization of a target.

종래 피처리물 살균을 위한 대기압 플라즈마 제트 방식에 사용되는 방전기체는 일반적으로 헬륨가스를 주원료로 사용해왔다. 이는 헬륨가스를 이용한 대기압 방전은 낮은 방전전압을 갖으며 산소와 같은 전자친화력이 강한 가스를 포함하더라도 안정한 글로우 방전을 유지할 수 있기 때문이다. 그러나 헬륨가스를 사용하는 종래의 대기압 플라즈마 제트 분사 장치는 효과적인 살균을 위해 분당 90 리터가 넘는 많은 가스와 많은 전력을 소모하는 문제점이 있고, 또한 토출되는 플라즈마 화염온도가 대략 150℃에 이르기 때문에 플라스틱과 같은 처리 대상물에 열적 손상을 주고, 특히 인체에 사용하는 경우에 화상의 염려로 인해 그 사용 범위가 제한적인 문제점이 있다. Conventional discharge gas used in the atmospheric plasma jet method for sterilizing the workpiece has been generally used helium gas as the main raw material. This is because atmospheric pressure discharge using helium gas has a low discharge voltage and can maintain a stable glow discharge even if it contains a gas having a strong electron affinity such as oxygen. However, the conventional atmospheric plasma jet jet apparatus using helium gas has a problem of consuming more than 90 liters of gas per minute and a lot of power for effective sterilization, and also because the discharged plasma flame temperature reaches approximately 150 ° C, Thermal damage to the same object to be treated, especially when used in the human body there is a problem that the use range is limited due to the fear of burns.

이러한 문제를 해결하기 위해 플라즈마 반응기의 구조를 개선하면서 방전기체로 헬륨가스 대신에 아르곤가스(한국공개특허공보 공개번호 제10-2008-21869호) 또는 네온가스(한국등록공보 등록번호 10-0986317호) 또는 공기(한국공개특허공보 공개번호 10-2011-0006017호) 등을 사용하는 기술이 다수 개발되어왔다.In order to solve this problem, argon gas (Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2008-21869) or neon gas (Korean Registered Publication No. 10-0986317) instead of helium gas is used as a discharge gas while improving the structure of the plasma reactor. Or a number of technologies using air (Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0006017) and the like have been developed.

그러나, 지금까지 개발된 플라즈마 반응기는 방전기체로 헬륨을 사용하여 안정한 플라즈마 방전을 이루기가 어렵고, 그 구조가 매우 복잡하여 제작이 어렵고 제조 단가가 비싸며 또한 그 부피가 커서 핸드피스 형태로 사용이 어려워 실용화하기에 한계가 있는 문제점이 있다. However, the plasma reactor developed so far is difficult to achieve stable plasma discharge using helium as the discharge gas, and its structure is very complicated, making it difficult to manufacture, expensive to manufacture, and its volume is difficult to use in the form of a handpiece. There is a problem with limitations.

한국공개특허공보 공개번호 제10-2008-21869호(2008. 03. 10.)Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2008-21869 (2008. 03. 10.) 한국공개특허공보 공개번호 제10-2011-0006017호(2011.01.20.)Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2011-0006017 (2011.01.20.) 한국등록공보 등록번호 10-0986317호(2010. 10. 08. 공고)Korea Registration Publication No. 10-0986317 (August 08, 2010)

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 방전기체로 적은 양의 헬륨을 사용하면서 저온의 헬륨 플라즈마 제트를 분사할 수 있는 새로운 핸드피스형 플라즈마 장치를 구현함으로써, 피처리물에 손상이 없는 미생물 살균은 물론 인체의 국부 소독이 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made in view of the above problems, and by implementing a new handpiece plasma apparatus capable of injecting a low-temperature helium plasma jet while using a small amount of helium as the discharge gas, microbial sterilization without damage to the workpiece Of course, an object of the present invention is to provide a handpiece-type plasma device capable of local disinfection of the human body.

또한, 핸드 피스형 플라즈마 반응기의 구조를 개선하여 그 구조가 간단하고 제작이 용이하여 제조 단가를 줄임과 동시에 그 부피를 작게하여 핸드피스 형태로 실용적으로 사용할 수 있는 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, by improving the structure of the hand-piece plasma reactor, its structure is simple and easy to manufacture, while reducing the manufacturing cost and reducing the volume, it can be locally disinfected and sterilized handpiece-type plasma that can be practically used in the form of a handpiece. It is an object to provide a device.

또한, 토출되는 플라즈마 제트의 길이를 증가시키고 또한 오존 발생도를 높여서 수십초 이내로 피처리물의 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a handpiece-type plasma apparatus capable of increasing the length of the discharged plasma jet and increasing the ozone generation rate so as to locally disinfect and sterilize a target within tens of seconds.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치는 다음과 같은 특징이 있다. In order to achieve the above object, the locally disinfected and sterilizable handpiece type plasma apparatus provided by the present invention has the following characteristics.

반응기 전체 외관 몸체를 형성하는 접지전극과, 상기 접지전극 내부에 일정 간격 이격되게 설치되는 전원전극과, 상기 전원전극 내부에 삽입되고 방전기체가 통과하면서 플라즈마가 생성되는 유전체관으로 이루어지고, 상기 접지전극, 전원전극 및 유전체관은 속이 빈 원통 형상으로 서로 간에 동심원상으로 순차 배치되는 핸드피스형 플라즈마 반응기; 및 상기 접지전극과 전원전극에 각각 전기적으로 연결되어 각 전극들에 전원을 인가하는 교류전압장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. A ground electrode forming an entire outer body of the reactor, a power electrode installed at a predetermined interval within the ground electrode, and a dielectric tube inserted into the power electrode and generating a plasma while a discharge gas passes through the ground electrode; The handpiece plasma reactor includes a power electrode and a dielectric tube sequentially disposed concentrically with each other in a hollow cylindrical shape; And an AC voltage device electrically connected to the ground electrode and the power electrode to apply power to the electrodes. Characterized in that it comprises a.

여기서, 상기 방전기체는 헬륨과 산소의 혼합기체로 사용하는 것을 특징으로 하고, 바람직하게는 헬륨과 산소의 혼합기체에서 산소의 비율은 전체 혼합기체에서 3% 이상에서 5% 이내의 범위로 혼합된다.Here, the discharge gas is characterized in that it is used as a mixed gas of helium and oxygen, preferably the ratio of oxygen in the mixed gas of helium and oxygen is mixed in the range of more than 3% to within 5% of the total mixed gas. .

이때, 상기 플라즈마가 분사되는 방향의 접지전극의 선단부에 설치되는 것으로 전방으로 갈수록 외경이 작아지면서 내부에 유전체관의 단부가 길이 방향 전체로 삽입되는 공간이 마련된 원추형의 제1 절연체를 더 포함한다. At this time, it is installed in the front end of the ground electrode in the direction in which the plasma is injected further includes a conical first insulator provided with a space for the end of the dielectric tube is inserted in the entire longitudinal direction as the outer diameter decreases toward the front.

그리고, 상기 플라즈마가 분사되는 방향의 반응기 선단부 측의 접지전극 내부에 설치되어 상기 접지전극과 전원전극 간의 접촉은 차단하면서 상기 유전체관은 관통 삽입되는 구조를 갖는 링 형상의 제2 절연체를 더 포함한다. In addition, a second insulator having a ring shape is installed inside the ground electrode at the distal end of the reactor in the direction in which the plasma is sprayed to block contact between the ground electrode and the power electrode, and the dielectric tube is inserted through the ring. .

한편, 상기 접지전극과 전원전극 사이의 이격 거리는 4~5 mm 이고, 상기 석영관의 내경은 1~2 mm인 것을 특징으로 한다.  On the other hand, the separation distance between the ground electrode and the power electrode is 4 ~ 5 mm, the inner diameter of the quartz tube is characterized in that 1 ~ 2 mm.

본 발명에서 제공하는 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치는 다음과 같은 장점이 있다. Local disinfection and sterilization handpiece type plasma apparatus provided by the present invention has the following advantages.

먼저, 대기압 헬륨 플라즈마를 이용하여 저온에서 피처리물에 손상이 없는 미생물 살균 및 멸균을 수행할 수 있기 때문에 의료기기, 수술도구 등 열에 취약한 장비를 효과적으로 소독 및 멸균을 수행할 수 있다.First, since the microbial sterilization and sterilization can be performed at low temperature using the atmospheric pressure helium plasma, it is possible to effectively sterilize and sterilize heat-sensitive equipment such as medical devices and surgical tools.

다음으로, 피처리물에 거의 충격이 없는 헬륨 플라즈마를 사용함으로써 인체에 조사하여도 충격이 없고 무해하므로 궤양, 상처 및 수술 전후 부위를 효과적으로 소독이 가능하다. Next, by using a helium plasma that hardly impacts the object to be treated, there is no impact and no harm even when irradiated on the human body, thereby effectively disinfecting ulcers, wounds, and pre and post surgery.

그리고, 방전기체로 산소와 혼합하더라도 낮은 방전 전압에 안정한 방전이 수행되는 헬륨을 사용함으로써, 산소의 혼합에 의한 오존의 농도를 증가시킬 수 있어 보다 효과적인 살균 및 소독이 가능하다. In addition, by using helium which is stable in a low discharge voltage even when mixed with oxygen as the discharge gas, the concentration of ozone by the mixing of oxygen can be increased, thereby enabling more effective sterilization and disinfection.

그리고, 핸드피스형 플라즈마 반응기의 전체 구조가 간단하게 할 수 있고, 그 전체 부피를 줄일 수 있어 핸드피스형으로 실용적으로 사용할 수 있게 된다. 마지막으로, 플라즈마가 생성되는 유전체관을 반응기의 선단부까지 연장시킬 수 있어 최종적으로 토출되는 플라즈마 제트의 길이를 증가시킬 수 있어 보다 효과적인 살균 및 소독이 가능하다. Further, the overall structure of the handpiece type plasma reactor can be simplified, and the total volume thereof can be reduced, so that the handpiece type plasma reactor can be practically used. Finally, the dielectric tube in which the plasma is generated can be extended to the tip of the reactor, thereby increasing the length of the plasma jet finally discharged, thereby enabling more effective sterilization and disinfection.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치를 도시한 개념도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드피스형 플라즈마 반응기에서 플라즈마 방전 flame 의 길이를 보여주는 사진이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드피스형 플라즈마 반응기와의 거리가 10mm에서 플라즈마 방전 flame 의 시간에 따른 온도를 나타내는 그래프이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드피스형 플라즈마 반응기에서 각 산소비율에서 입력전압에 따른 오존의 농도를 나타내는 그래프이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드피스형 플라즈마 반응기에서 플라즈마 방전 flame 끝단과 배지 표면과의 거리와 산소의 혼합 비율에 따른 국부 살균 효과를 보여주는 사진이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드피스형 플라즈마 반응기에서 산소의 혼합 비율에 따른 국부 살균 효과를 전자 현미경으로 관찰한 사진이다. 1 is a conceptual diagram showing a local disinfection and sterilization handpiece type plasma apparatus according to an embodiment of the present invention,
2 is a photograph showing the length of the plasma discharge flame in the handpiece plasma reactor according to an embodiment of the present invention,
3 is a graph showing the temperature with time of the plasma discharge flame at a distance from the handpiece-type plasma reactor 10mm according to an embodiment of the present invention,
Figure 4 is a graph showing the concentration of ozone according to the input voltage at each oxygen ratio in the handpiece type plasma reactor according to an embodiment of the present invention,
5 is a photograph showing a local sterilization effect according to the mixing ratio of oxygen and the distance between the plasma discharge flame end and the medium surface in the handpiece type plasma reactor according to an embodiment of the present invention,
Figure 6 is a photograph of the microscopic observation of the local sterilization effect of the mixing ratio of oxygen in the handpiece type plasma reactor according to an embodiment of the present invention.

이하의 설명에서 "전방", "선단부" 및 "길이방향" 그리고 이에 상응하는 용어들은 도면에서 나타나는 방향을 기준으로 하는 것이다. In the following description, "front", "tip" and "length direction" and corresponding terms are based on the direction shown in the drawings.

또한, 본 발명의 명세서 전반에서 혼용 사용되는 제트(jet)와 플레임(flame)은 반응기의 외부로 분사되는 플라즈마의 화염을 의미로 사용되는 것으로, 이와 유사한 개념으로 사용되는 다른 용어들을 배제하는 것은 아님을 밝혀둔다. In addition, the term "jet" and "flame" used interchangeably throughout the specification of the present invention are used to mean a flame of plasma injected to the outside of the reactor, and do not exclude other terms used in a similar concept. To reveal.

이하의 설명 및 도면에서 언급되는 배낭은 본 발명의 요지와 직접적으로 관련된 내용을 중심으로 설명 및 도시할 것이며, 본 발명의 요지와 무관한 것으로 당업계에서 널리 알려진 설명 및 도시는 생략하기로 한다. The backpack described in the following description and drawings will be described and illustrated based on the contents directly related to the gist of the present invention, and descriptions and illustrations that are well known in the art to be irrelevant to the gist of the present invention will be omitted.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치는 크게 플라즈마가 발생되는 핸드피스형 플라즈마 반응기(10)와, 플라즈마 반응기(10)에 속해 있는 전극들에 전원을 공급하는 교류전압장치(20)와, 플라즈마 반응기(10)에 방전기체를 공급하는 방전기체 공급부(30)(40)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 2, the locally disinfected and sterilizable handpiece type plasma apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention includes a handpiece type plasma reactor 10 and a plasma reactor 10 in which plasma is largely generated. AC voltage device 20 for supplying power to the electrodes, and the discharge gas supply unit 30, 40 for supplying a discharge gas to the plasma reactor (10).

본 발명에 따른 핸드피스형 플라즈마 장치는 대기압 하에서 유전체 장벽 방전에 의해 플라즈마를 발생시키고, 낮은 방전 전압을 갖으면서 산소와 같은 전자 친화력이 강한 가스종과 함께 안정적으로 글로우 방전되는 헬륨을 방전기체로 사용하되, 핸드피스형 반응기의 구조를 개선하여 반응기로 주입되는 헬륨의 양을 줄임으로써 토출되는 헬륨 플라즈마 제트의 온도를 낮추어 열적 저항성이 있는 피처리물에 손상 없이 미생물의 살균을 효과적으로 수행할 수 있으며, 더 나아가 인체의 국소부위 환부의 소독 및 치료를 할 수 있도록 한 것이다.The handpiece type plasma apparatus according to the present invention generates plasma by dielectric barrier discharge under atmospheric pressure, and uses helium, which has a low discharge voltage and stably glow discharges with a gas species having strong electron affinity such as oxygen, as a discharge gas. By reducing the amount of helium injected into the reactor by improving the structure of the handpiece type reactor, the temperature of the discharged helium plasma jet can be lowered to effectively sterilize the microorganisms without damaging the thermally resistant workpiece. Furthermore, to disinfect and treat localized lesions of the human body.

이를 위하여, 전원전극과 접지전극이 서로 대향된 상태에서 그 사이로 유전체가 삽입된 구조에서 유전체관 내부로 방전기체가 흘러가면서 플라즈마를 생성하는 일반적인 플라즈마 방전기 구조와 달리, 서로 대향된 접지전극 및 전원전극의 외측에 유전체관을 설치하는 구조에서 방전기체가 유전체 내부로 흘러가면서 플라즈마를 생성하는 새로운 핸드피스형 플라즈마 반응기를 구현하였다. To this end, unlike a general plasma discharger structure in which a discharge gas flows into a dielectric tube in a structure in which a dielectric is inserted therebetween with a power electrode and a ground electrode facing each other, a plasma is generated. In the structure of installing a dielectric tube on the outside, a new handpiece type plasma reactor is implemented in which a discharge gas flows into the dielectric to generate plasma.

즉, 본 발명에 따른 핸드피스형 플라즈마 반응기는 유전체관이 서로 대향된 전원전극과 접지전극 사이의 설치된 것이 아니라, 서로 대향된 전원전극과 접지전극의 외측에 설치된 구조를 채용함으로써, 유전체관의 내경을 매우 작게할 수 있어 분사되는 헬륨 플라즈마 제트의 온도를 저온으로 낮출 수 있도록 하였다. That is, the handpiece-type plasma reactor according to the present invention employs a structure in which the dielectric tubes are not disposed between the power electrodes and the ground electrodes that are opposed to each other, but are arranged outside the power electrodes and the ground electrodes that are opposite to each other, thereby providing an inner diameter of the dielectric tube. It can be very small to reduce the temperature of the helium plasma jet to be injected to a low temperature.

도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 핸드피스형 반응기의 기본 구조는 반응기(10) 전체 외관 몸체를 형성하는 접지전극(11)과, 접지전극(11) 내부에 접지전극(11)과 일정 거리 이격되게 설치되는 전원전극(12)과, 전원전극(12) 내부에 밀착 삽입되고 방전기체가 통과하면서 플라즈마가 생성되는 유전체관(13)으로 이루어지고, 상기 접지전극(11), 전원전극(12) 및 유전체관(13)은 속이 빈 원통 형상으로 서로 간에 동심원상으로 순차 배치된다. Referring to Figure 2 in more detail, the basic structure of the handpiece-type reactor according to the present invention is a ground electrode 11 to form the entire outer body of the reactor 10, and the ground electrode 11 inside the ground electrode 11 ) And a dielectric electrode 13 which is installed to be spaced apart from a predetermined distance and a dielectric tube 13 which is inserted into the power electrode 12 in close contact with the discharge gas and generates plasma while passing through the discharge gas. The electrode 12 and the dielectric tube 13 are sequentially arranged in concentric circles with each other in a hollow cylindrical shape.

접지전극(11)은 반응기(10)의 가장 바깥 쪽에 위치하면서 반응기(10)의 전체 외관 몸체를 이루어 사용자가 소독 및 살균 작업 시에 손으로 파지하는 부위를 제공한다. 이때, 접지전극(11)은 전체적으로 내부가 빈 원통의 관 형상으로 구리, 스테인레스, 알루미늄 등 도전체 금속 재질로 이루어진다.The ground electrode 11 is located at the outermost side of the reactor 10 to form the entire exterior body of the reactor 10 to provide a portion that the user grips by hand during the disinfection and sterilization operation. At this time, the ground electrode 11 is made of a conductive metal material such as copper, stainless steel, aluminum, and the like in the shape of a hollow cylindrical tube.

또한, 플라즈마가 토출되는 방향의 선단부에는 유전체관(13)이 삽입 관통될 수 있는 내부 공간을 남겨두고 속이 꽉 찬 단차부(11a)가 형성된다. In addition, a stepped portion 11a is formed at the front end portion in the direction in which the plasma is discharged, leaving the inner space through which the dielectric tube 13 can be inserted, and filling up.

전원전극(12)은 접지전극(11)의 내부에 접지전극(11)과 동심원상으로 일정 간격 이격되게 삽입 설치된다. 전원전극(12) 역시 전체적으로 내부가 빈 원통의 관 형상으로 구리, 스테인레스, 알루미늄 등 도전체 금속 재질로 이루어진다.The power electrode 12 is inserted into the ground electrode 11 so as to be spaced apart from the ground electrode 11 at a predetermined interval concentrically. The power supply electrode 12 is also made of a conductive metal material such as copper, stainless steel, and aluminum in a cylindrical shape of a hollow cylinder as a whole.

이때, 전원전극(12)은 접지전극(11)과 4~5mm 의 거리로 이격되어야 한다. At this time, the power electrode 12 should be spaced apart from the ground electrode 11 by a distance of 4 ~ 5mm.

이는 전원전극(12)은 접지전극(11) 간의 이격거리가 5mm 이상이면 방전 전압이 높아져 안정한 방전이 이루어지기 어렵고, 또한 4mm 이하이면 전극간의 아크가 생성되어 플라즈마 효율이 떨어지는 문제점이 발생하기 때문이다.This is because, when the separation distance between the ground electrodes 11 is 5 mm or more, the power supply electrode 12 has a high discharge voltage, which makes it difficult to achieve stable discharge. .

유전체관(13)은 그 내부에 방전기체가 흐르면서 플라즈마가 발생되는 공간을 제공하는 것으로, 전원전극(12)의 내부에 동심원상으로 전원전극(12)과 밀착되게 삽입 설치된다. 유전체관(13) 역시 전체적으로 내부가 빈 원통의 관 형상으로 석영, 세라믹, 알루미나와 같은 재질로 이루어진다. The dielectric tube 13 provides a space in which a plasma is generated while a discharge gas flows therein, and is installed to be in close contact with the power electrode 12 in a concentric manner within the power electrode 12. The dielectric tube 13 is also made of a material such as quartz, ceramic, or alumina in a cylindrical shape of a hollow cylinder as a whole.

유전체관(13)이 크기가 커지는 경우에는 많은 양의 방전기체가 유입되어 토출되는 플라즈마 제트의 온도가 높아질 수 있다. 따라서, 유전체관(13)의 내경은 낮은 적은 양의 방전기체가 유입되어 분사되는 플라즈마의 온도를 낮출 수 있는 크기로 제작되어야 한다. When the dielectric tube 13 is enlarged in size, the temperature of the plasma jet in which a large amount of discharge gas is introduced and discharged may increase. Therefore, the inner diameter of the dielectric tube 13 should be manufactured to a size that can lower the temperature of the plasma in which a small amount of discharge gas is introduced and injected.

이를 위하여, 본 발명에 따른 유전체관(13)의 내경은 1~2 mm 크기를 갖는다. To this end, the inner diameter of the dielectric tube 13 according to the present invention has a size of 1 ~ 2 mm.

또한, 접지전극(11)의 단차부(11a)에는 접지전극(11)과 전원전극(12) 간의 접촉으로 인해 전원전극(12)으로 들어오는 전류가 접지전극(11)으로 흘러가서 플라즈마 생성을 방해하거나 또는 아크의 생성으로 인한 사용자의 위험을 방지하기 위해 각 전극(11)(12) 간의 접촉을 차단하면서 그 내부로는 유전체관(13)은 관통 삽입되는 링 형상의 제2 절연체(14)가 구비된다.In addition, due to the contact between the ground electrode 11 and the power electrode 12 in the stepped portion 11a of the ground electrode 11, the current flowing into the power electrode 12 flows to the ground electrode 11 to prevent plasma generation. Or a ring-shaped second insulator 14 through which the dielectric tube 13 is inserted therein to block the contact between the electrodes 11 and 12 to prevent a user's risk due to the generation of an arc. It is provided.

한편, 플라즈마가 토출되는 유전체관(13)의 선단부(토출부, 13a)와 접지전극(11)의 선단부가 서로 동일한 위치에 놓이게 되면 유전체관(13)에서 토출되는 플라즈마가 접지전극(11) 측으로 향하게 되어 플라즈마 제트의 형성에 방해될 수 있고, 경우에 따라서는 사용자에게 위험을 줄 수도 있게 된다.  On the other hand, when the tip portion (discharge portion 13a) of the dielectric tube 13 through which plasma is discharged and the tip portion of the ground electrode 11 are positioned at the same position, the plasma discharged from the dielectric tube 13 is directed to the ground electrode 11 side. Can be hindered to interfere with the formation of the plasma jet, and in some cases might be dangerous to the user.

이를 위하여, 본 발명에서는 플라즈마가 분사되는 접지전극(11)의 선단부에는 전방(플라즈마가 토출되는 방향)으로 갈수록 외경이 작아지면서 그 내부에 유전체관(13)이 길이 방향 전체로 관통 삽입되는 공간이 마련된 원추형의 제1 절연체(15)가 더 구비된다. To this end, in the present invention, the outer end portion of the ground electrode 11 into which the plasma is sprayed decreases toward the front (the direction in which the plasma is discharged), and the space in which the dielectric tube 13 penetrates the entire length direction is inserted therein. A conical first insulator 15 is further provided.

따라서, 제1 절연체(15)가 유전체관(13)에서 토출되는 플라즈마가 접지전극 (11)측으로 향하는 것을 차단하여 안정적인 플라즈마 제트를 형성할 수 있으며, 이로 인해 살균 및 소독 효과가 증가할 수 있게 되며, 특히 유전체관(13)의 토출부(13a)가 반응기의 선단부까지 위치하게 됨으로써 최종적으로 토출되는 플라즈마 제트의 전체 길이를 증가시킬 수 있게 된다. Therefore, the first insulator 15 can block the plasma discharged from the dielectric tube 13 toward the ground electrode 11 to form a stable plasma jet, thereby increasing the sterilization and disinfection effect. In particular, since the discharge portion 13a of the dielectric tube 13 is positioned up to the tip of the reactor, it is possible to increase the total length of the plasma jet finally discharged.

피처리물의 소독 및 살균을 위해 반응기에서 토출되는 플라즈마 제트의 길이에 대한 영향은 후술하도록 한다. The influence on the length of the plasma jet discharged from the reactor for disinfection and sterilization of the workpiece will be described later.

이와 같이, 본 발명은 접지전극(11)이 핸드피스형 반응기(10)의 외관 몸체를 이루고, 또한 접지전극(11)의 내부에 전원전극(12)과 유전체관(13)을 각각 동심원상으로 순차 배치되는 간단한 구조로 이루어지고, 이로 인해 그 제작이 매우 간편하며, 특히 접지전극(11)을 반응기(10)의 외관 몸체로 사용하였기 때문에 종래에 비하여 외관 몸체를 사용하기 위한 별도의 구성이 필요하지 않아 전체적인 부피를 크게 줄일 수 있어 국소부위의 살균 및 소독시에도 실용적으로 사용할 수 있다. As described above, according to the present invention, the ground electrode 11 forms the outer body of the handpiece-type reactor 10, and the power electrode 12 and the dielectric tube 13 are concentrically formed in the ground electrode 11, respectively. It is made of a simple structure that is arranged in sequence, which is very easy to manufacture, and in particular, because the ground electrode 11 is used as the outer body of the reactor 10, a separate configuration for using the outer body is required compared to the prior art. Since the overall volume can be greatly reduced, it can be practically used for disinfecting and disinfecting local areas.

더욱이, 유전체관(13)이 서로 대향되면서 동심원상으로 배치되는 접지전극(11)과 전원전극(12) 사이가 아닌 전원전극(12)의 내부에 관 형태로 동심 원상으로 배치되어 있어 유전체관(13)의 직경을 최소화할 수 있고, 이는 결국 유전체관(13) 내부로 유입되는 방전기체의 양을 최소로 줄일 수 있게 되어 플라즈마의 온도를 저온으로 낮출 수 있게 된다. Furthermore, the dielectric tube 13 is disposed concentrically in the form of a tube in the interior of the power electrode 12, not between the ground electrode 11 and the power electrode 12, which are arranged concentrically while facing each other. It is possible to minimize the diameter of 13, which in turn can reduce the amount of discharge gas flowing into the dielectric tube 13 to a minimum to lower the temperature of the plasma to a low temperature.

따라서, 본 발명에 따른 핸드피스형 반응기는 방전기체로 헬륨을 사용하는 경우에도 저온의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.Therefore, the handpiece reactor according to the present invention can generate a low temperature plasma even when helium is used as the discharge gas.

헬륨은 가장 반응성 적은 비활성기체로 산소와 같은 전자친화력이 강한 가스와 혼합하여 방전기체로 사용하는 경우에도 안정한 플라즈마를 생성할 수 있게 된다.Helium is the least reactive inert gas, which can produce stable plasma even when used as a discharge gas by mixing with a gas having a strong electron affinity such as oxygen.

이와 같이, 본 발명에 따른 핸드피스형 반응기는 방전기체로 헬륨을 단독으로 사용하거나 또는 헬륨과 산소의 혼합기체를 사용할 수 있고, 헬륨과 산소의 혼합기체를 사용하는 경우에는 플라즈마의 오존의 농도를 증가시켜서 살균 및 소독의 효과를 극대화시킬 수 있게 된다. As described above, the handpiece reactor according to the present invention may use helium alone or a mixture of helium and oxygen as the discharge gas, and when using a mixture of helium and oxygen, the concentration of ozone in the plasma is increased. It is possible to maximize the effect of sterilization and disinfection.

이를 위하여, 본 발명에 따른 핸드피스형 플라즈마 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 유전체관(13)의 방전기체 유입구(13a) 측에는 헬륨 용기(30) 및 산소 용기(40)와 가스 공급라인(60)에 의해 연결되어 있으며, 각 용기(30)(40)에 연결된 가스 공급라인에는 방전기체로 사용되는 헬륨과 산소의 공급 유량을 조절하기 위해 유량조절장치(MFC, 50)가 각각 연결되어 헬륨과 산소의 혼합기체에서 산소의 혼합 비율을 조절할 수 있다.To this end, the handpiece plasma apparatus according to the present invention, as shown in Figure 2, the discharge gas inlet (13a) side of the dielectric tube 13, helium vessel 30 and oxygen vessel 40 and the gas supply line ( 60), the gas supply line connected to each of the vessel 30, 40 is connected to the flow control device (MFC, 50) to control the flow rate of helium and oxygen used as a discharge gas, respectively, helium and The mixing ratio of oxygen in the mixed gas of oxygen can be controlled.

헬륨과 산소의 혼합기체에서 산소의 혼합 비율을 증가시키면 토출되는 플라즈마 제트에서 오존의 농도는 증가하게 되어 살균 및 소독 효과가 증가되나, 혼합기체 내의 산소 비율이 너무 높은 경우에는 플라즈마 방전 효과 및 토출되는 플라즈마 제트의 길이가 줄어들게 되어 오히려 살균 및 소독 효과가 감소 되므로, 혼합기체에서 산소의 혼합 비율은 최적의 살균 및 소독 효과가 유발될 수 있도록 적정 비율로 조절하여야 한다. Increasing the mixing ratio of oxygen in the mixed gas of helium and oxygen increases the concentration of ozone in the discharged plasma jet to increase the sterilization and disinfection effect, but if the oxygen ratio in the mixed gas is too high, the plasma discharge effect and discharge Since the length of the plasma jet is reduced and the sterilization and disinfection effect is reduced, the mixing ratio of oxygen in the mixed gas should be adjusted to an appropriate ratio so as to cause the optimal sterilization and disinfection effect.

플라즈마 발생 교류전압장치는 출력 주파수가 13.37 kHz이고 최대 인가전력이 200W인 이고, 최대 전압 8.0kV 를 사용하였다. The plasma generating AC voltage device had an output frequency of 13.37 kHz, a maximum applied power of 200 W, and a maximum voltage of 8.0 kV.

유전체관은 내경 2mm, 외경 4mm, 길이 100mm 의 석영관을 사용하였으며, 전원전극은 내경 4mm, 외경 6mm, 길이 20 mm 의 스테인레스 스틸을 사용하였으며, 접지전극은 내경 9 mm, 외경 11mm, 길이 100mm 의 스테인레스 스틸을 사용하였다. The dielectric tube was made of 2mm inner diameter, 4mm outer diameter and 100mm long quartz tube. The power electrode was made of 4mm inner diameter, 6mm outer diameter and 20mm length stainless steel.The ground electrode was 9mm inner diameter, 11mm outer diameter and 100mm long. Stainless steel was used.

본 발명에 따른 핸드피스형 대기압 플라즈마 반응기의 살균효과를 분석하기 위한 실험에 사용된 균주는 E. coli XLI-blue 이었으며 용액을 한천을 첨가하여 굳힌 LB(Luria-bertani, Difco.)배지에 100μl를 도말한 후에 여러 공정 조건에서의 핸드피스형 대기압 플라즈마 방전기체를 LB 배지의 가운데 부분을 조사하였다. The strain used in the experiment for analyzing the sterilization effect of the handpiece type atmospheric plasma reactor according to the present invention was E. coli XLI-blue and 100 μl of LB (Luria-bertani, Difco.) Medium hardened by adding agar to the solution. After spreading, the handpiece-type atmospheric plasma discharge gas under various process conditions was irradiated to the center of the LB medium.

플라즈마 처리 후에 배지를 16시간 배양한 후 광학 사진을 통하여 정량분석을 하였다. 대기압 플라즈마 반응기의 공정 조건으로 유입되는 기체유입량이 헬륨 1L/min에 산소혼합비율이 0 ~ 5% 인 조건과 입력전압 6.5 ~ 8.0kV 로 조절하였다.After plasma treatment, the culture medium was incubated for 16 hours, and then quantitatively analyzed through an optical photograph. The gas inflow rate introduced into the process conditions of the atmospheric pressure plasma reactor was adjusted to helium 1 L / min with an oxygen mixing ratio of 0 to 5% and an input voltage of 6.5 to 8.0 kV.

(1) 본 발명에 따른 핸드피스형 대기압 플라즈마 반응기의 입력전압에 따른 플라즈마 방전 flame 에 미치는 영향(1) Effect on the plasma discharge flame according to the input voltage of the handpiece type atmospheric plasma reactor according to the present invention

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드피스형 플라즈마 반응기에서 플라즈마 방전 flame 의 길이를 보여주는 사진이다.Figure 2 is a picture showing the length of the plasma discharge flame in the handpiece plasma reactor according to an embodiment of the present invention.

플라즈마 flame 길이는 입력전압이 클수록 증가하는데 본 발명에 따른 핸드피스형 대기압 플라즈마 반응기에서는 1L/min의 헬륨을 주입과 입력전압 8.0kV에서 플라즈마 flame 길이가 30mm 로 매우 긴 flame 을 생성한다. The plasma flame length increases as the input voltage increases. In the handpiece type atmospheric pressure plasma reactor according to the present invention, 1 L / min helium is injected and a plasma flame length of 30 mm at an input voltage of 8.0 kV generates a very long flame.

도 3은 입력전압이 8kV, 헬륨의 유량이 1L/min인 공정조건에서 핸드피스형 대기압 플라즈마 반응기 출구에서 10mm 떨어진 거리에서 토출되는 플라즈마 flame의 온도 증가 효과를 전계에 따른 변동성이 없는 수은온도계를 이용하여 측정하였다. 초기에 측정된 실온은 25℃ 였으며 5분 후에 38℃로 거의 일정하게 유지되었다. 3 is a mercury thermometer with no variation in temperature depending on the electric field effect of the temperature increase effect of the plasma flame discharged at a distance of 10 mm from the exit of the handpiece type atmospheric plasma reactor under the process conditions of the input voltage is 8kV, helium flow rate 1L / min It was measured by. Initially measured room temperature was 25 ° C. and remained almost constant at 38 ° C. after 5 minutes.

따라서 본 발명에 따른 핸드피스형 대기압 플라즈마 반응기는 헬륨 기체를 사용하여도 저온 특성을 가져 낮은 열적 저항성이 있는 재료 및 도구에 대한 처리에 유용하게 사용될 수 있으며, 특히 인체의 피부에 화상이나 고통 없이 국부 소독 처리할 수 있다.
Therefore, the handpiece-type atmospheric plasma reactor according to the present invention can be usefully used for the treatment of materials and tools having low temperature resistance even with helium gas and having low thermal resistance. Can be disinfected.

(2) 본 발명에 따른 핸드피스형 대기압 플라즈마 반응기에서 산소 혼합 비율에 따른 오존의 농도 및 플라즈마 flame 영향(2) Effect of Ozone Concentration and Plasma Flame on Oxygen Mixture Ratio in Handpiece Type Atmospheric Pressure Plasma Reactor According to the Present Invention

도 4는 헬륨과 산소의 혼합기체를 사용한 대기압 플라즈마 반응기에서 생성되는 오존의 농도는 플라즈마 반응기의 방전기체 출구에서 10mm 떨어진 지점에서 측정한 결과를 나타낸 것이다. Figure 4 shows the result of measuring the concentration of ozone generated in the atmospheric pressure plasma reactor using a mixture of helium and oxygen 10mm away from the discharge gas outlet of the plasma reactor.

도 4에 도시된 바와 같이, 동일한 입력전압에서 산소의 혼합비율이 증가함에 따라 오존의 농도가 증가하였다. 그러나 산소의 혼합비율이 3% 이내에서는 입력전압의 변화에 의해서도 오존의 농도는 변화는 크게 없었다. 이러한 오존 농도의 증가율은 입력전압보다 혼합기체 내의 산소비율에 더 영향을 받음을 나타내다. 따라서, 높은 농도의 오존을 얻기 위해서 3% 이상의 산소 혼합비율과 높은 입력전압을 사용하는 것이 효과적이다. As shown in FIG. 4, the concentration of ozone increased as the mixing ratio of oxygen increased at the same input voltage. However, when the mixing ratio of oxygen was within 3%, the concentration of ozone did not change significantly even by the change of the input voltage. This increase rate of ozone concentration is more affected by the oxygen ratio in the mixed gas than the input voltage. Therefore, it is effective to use an oxygen mixing ratio of 3% or higher and a high input voltage to obtain a high concentration of ozone.

그러나, 혼합 기체내의 산소비율이 높음에 따라 플라즈마의 방전효과가 저하되어 flame의 발생이 현격하게 저하되고, 오존이 과다하게 발생이 될 경우 인체에 무리를 줄 수 있기 때문에 혼합기체에서 산소의 혼합 비율은 최적의 살균 및 소독 효과가 유발될 수 있도록 5% 이내의 비율로 조절하여야 한다.
However, as the ratio of oxygen in the mixed gas is high, the discharge effect of the plasma is lowered, resulting in a drastic reduction in flame, and an excessive amount of ozone can cause a burden on the human body. Should be controlled at a rate of no greater than 5% so that optimal sterilization and disinfection effects can be induced.

(3) 본 발명에 따른 핸드피스형 대기압 플라즈마 반응기로 유입되는 산소의 혼합비율에 따른 국부 살균의 효과(3) Effect of local sterilization according to the mixing ratio of oxygen introduced into the handpiece type atmospheric plasma reactor according to the present invention

도 5는 플라즈마 반응기에서 분사되는 플라즈마 flame 끝단으로부터의 거리와 반응기로 유입되는 산소의 혼합비율에 따른 살균 효과를 나타낸 사진이다.     5 is a photograph showing the sterilization effect according to the distance from the plasma flame end injected in the plasma reactor and the mixing ratio of oxygen introduced into the reactor.

도 5에서 알 수 있듯이 플라즈마 flame 끝단에서 배지 표면의 거리가 감소할 수록 살균 영역 면적이 증가함을 보였고, 또한 헬륨에 산소의 혼합 비율이 증가함에 따라 살균 영역 면적이 매우 크게 증가함을 보였다. As shown in FIG. 5, the area of the sterilization area was increased as the distance of the medium surface at the plasma flame end was increased, and the area of the sterilization area was greatly increased as the mixing ratio of oxygen to helium was increased.

이는 결국, 플라즈마 반응기를 피처리물에 일정 거리 이격시킨 상태에서 분사되는 플라즈마 flame 길이의 증가와 오존 농도의 증가는 피처리물의 살균 및 소독에 있어 매우 중요한 역할을 하게 된다. As a result, the increase in the length of the plasma flame and the increase in the ozone concentration which are injected in a state where the plasma reactor is spaced apart from the target by a certain distance play a very important role in the sterilization and disinfection of the target.

한편, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드피스형 플라즈마 반응기에서 산소의 혼합 비율에 따른 국부 살균 효과를 전자 현미경으로 관찰한 사진이다. On the other hand, Figure 6 is a photograph observing the local sterilization effect according to the mixing ratio of oxygen in the handpiece-type plasma reactor according to an embodiment of the present invention with an electron microscope.

보다 상세하게, 도 6에서 (a)는 플라즈마 처리하지 않고 배양시킨 상태이며, (b)는 헬륨(1L/min)만으로 처리된 상태이며, (c)는 헬륨과 2%의 산소혼합 비율을 갖은 혼합기체((He 1L/min and O2 20 mL/min))로 처리된 상태이며, (d)는 헬륨과 5%의 산소혼합 비율을 갖은 혼합기체((He 1L/min and O2 50 mL/min))로 처리된 상태를 SEM 으로 찍은 사진이고, 플라즈마 flame 끝단으로부터 거리 10mm 에서 입력전압 8 kV, 로 1분 동안 처리한 것이다.More specifically, in FIG. 6, (a) is incubated without plasma treatment, (b) is treated only with helium (1 L / min), and (c) has an oxygen mixing ratio of helium and 2%. Treated with a mixed gas ((He 1 L / min and O 2 20 mL / min), and (d) is a mixed gas ((He 1L / min and O 2 50 mL) with an oxygen mixing ratio of helium and 5%. / min)) was processed by SEM and processed for 1 minute with an input voltage of 8 kV, at a distance of 10mm from the end of the plasma flame.

도 6에서 알 수 있는 바와 같이, E. coli 시료에서 헬륨 플라즈마 단독으로 처리한 경우에도 다수의 E. coli 세포 구조에서 손상이 발생되었으며, 특히 산소의 혼합비율이 증가할수록 E. coli 세포 구조의 파괴된 크기와 양이 현저하게 증가하였다. As can be seen in Figure 6, even when treated with helium plasma alone in the E. coli sample, damage occurred in a number of E. coli cell structures, in particular, the destruction of the E. coli cell structure with increasing oxygen mixing ratio Marked size and amount increased significantly.

이런 맥락에서 본 발명에 따른 핸드피스형 대기압 플라즈마 반응기는 분사되는 플라즈마에서 flame 의 길이를 30 mm 정도로 크게 증가시킬 수 있고, 또한 헬륨에 산소를 5% 이내의 범위로 혼합하여 방전기체로 사용함으로써 오존의 농도를 크게 증가시켜서 피처리물의 국부소독 및 살균 효과를 현저하게 향상시킬 수 있게 된다. In this context, the handpiece type atmospheric plasma reactor according to the present invention can greatly increase the flame length in the sprayed plasma by about 30 mm, and also mix the oxygen in helium within 5% and use it as a discharge gas. By greatly increasing the concentration, it is possible to remarkably improve the local disinfection and sterilization effect of the treated object.

이와 같이, 본 발명에 따른 핸드피스형 플라즈마 반응기는 38 ℃ 미만의 저온에서 플라즈마 오존 농도를 증가시킴으로써 국부적인 미생물 살균 효과는 물론 인체의 손상 부위에 대한 국부적인 소독을 효과적으로 처리할 수 있다.
As such, the handpiece-type plasma reactor according to the present invention can effectively treat local disinfection of a damaged part of the human body as well as local microbial sterilization effect by increasing the plasma ozone concentration at a low temperature of less than 38 ℃.

10: 핸드피스형 플라즈마 반응기 11: 접지전극
12: 전원전극 13: 유전체관
14: 제2 절연체 15: 제1 절연체
20: 교류전압장치 30: 헬륨 용기
40: 산소 용기 50: 유량조절장치
60: 가스라인10: handpiece plasma reactor 11: ground electrode
12: power electrode 13: dielectric tube
14: second insulator 15: first insulator
20: AC voltage device 30: helium container
40: oxygen vessel 50: flow control device
60: gas line

Claims (8)

반응기 전체 외관 몸체를 형성하는 접지전극과, 상기 접지전극 내부에 일정 간격 이격되게 설치되는 전원전극과, 상기 전원전극 내부에 삽입되고 방전기체가 통과하면서 플라즈마가 생성되는 유전체관으로 이루어지고, 상기 접지전극, 전원전극 및 유전체관은 속이 빈 원통 형상으로 서로 간에 동심원상으로 순차 배치되는 핸드피스형 플라즈마 반응기; 및
상기 접지전극과 전원전극에 각각 전기적으로 연결되어 각 전극들에 전원을 인가하는 교류전압장치; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치.
A ground electrode forming an entire outer body of the reactor, a power electrode installed at a predetermined interval within the ground electrode, and a dielectric tube inserted into the power electrode and generating a plasma while a discharge gas passes through the ground electrode; The handpiece plasma reactor includes a power electrode and a dielectric tube sequentially disposed concentrically with each other in a hollow cylindrical shape; And
An AC voltage device electrically connected to the ground electrode and the power electrode to apply power to the electrodes; Local disinfection and sterilization handpiece-type plasma device comprising a.
청구항 1에 있어서, 상기 방전기체는 헬륨과 산소의 혼합기체인 것을 특징으로 하는 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치.
The device of claim 1, wherein the discharge gas is a mixture of helium and oxygen.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 플라즈마가 분사되는 방향의 접지전극의 선단부에 설치되고, 유전체관이 반응기의 선단부까지 설치되도록 유전체관의 단부가 삽입되는 공간이 마련된 제1 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치.
The method of claim 1 or 2, characterized in that it further comprises a first insulator which is provided at the front end of the ground electrode in the direction in which the plasma is injected, the space in which the end of the dielectric tube is inserted so that the dielectric tube is installed to the front end of the reactor. Local disinfection and sterilization handpiece type plasma device.
청구항 3에 있어서, 제1 절연체는 플라즈마가 분사되는 방향으로 갈수록 외경이 작아지는 원추 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치.
The device of claim 3, wherein the first insulator has a conical shape whose outer diameter decreases toward the direction in which the plasma is sprayed. 5.
청구항 3에 있어서, 상기 플라즈마가 분사되는 방향의 반응기 선단부 측의 접지전극 내부에 설치되어 상기 접지전극과 전원전극 간의 접촉은 차단하면서 상기 유전체관은 관통 삽입되는 구조를 갖는 링 형상의 제2 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치. The ring-shaped second insulator of claim 3, wherein the dielectric tube is inserted into the ground electrode at the tip of the reactor in the direction in which the plasma is sprayed to block contact between the ground electrode and the power electrode. Local disinfection and sterilization handpiece-type plasma device further comprising. 청구항 2에 있어서, 헬륨과 산소의 혼합기체에서 산소의 비율은 전체 혼합기체에서 3% 이상에서 5% 이내의 범위로 혼합된 것을 특징으로 하는 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치.
The method of claim 2, wherein the proportion of oxygen in the mixed gas of helium and oxygen is locally disinfected and sterilizable handpiece type plasma apparatus, characterized in that mixed in the range of 3% or more within 5%.
청구항 6에 있어서, 상기 접지전극과 전원전극 사이의 이격 거리는 4~5 mm 인 것을 특징으로 하는 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치.
The method of claim 6, wherein the distance between the ground electrode and the power electrode is a local disinfection and sterilization handpiece-type plasma device, characterized in that 4 ~ 5 mm.
청구항 7에 있어서, 상기 석영관의 내경은 1~2mm 인 것을 특징으로 하는 국부소독 및 살균 가능한 핸드피스형 플라즈마 장치.








The method of claim 7, wherein the inner diameter of the quartz tube is a local sterilized and sterilized handpiece type plasma device, characterized in that 1 ~ 2mm.








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