KR20140096132A

KR20140096132A - Uv 방사에 의해 매질에서 활성종을 생성하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20140096132A
Application number: KR1020147016566A
Authority: KR
Inventors: 로버트 엘. 그레이
Original assignee: 고조 인더스트리즈, 인크
Priority date: 2011-11-18
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2014-08-04
Also published as: BR112014011911A2; MX2014005381A; US20130129567A1; US9050383B2; EP2780043A1; AU2012339791A1; CA2855812A1; CN103945872A; WO2013074481A1; JP2015502204A; TW201334814A

Abstract

개체를 위생 처리하기 위한 시스템은 122~230 nm 사이의 임의의 위치에 존재하는 광 주파수를 방출하며 또한 개체를 향하여 투사되는 자외선을 포함한다. 또한, 개체 주위에 분산되어 있고 또한 투사된 자외선과 교차하는 매질이 제공된다. 매질은 개체 상에서의 미생물들을 제거하는 반응성 산소 종을 생성하기 위해 광 주파수와 상호작용한다. 특정 광 주파수들이 상이한 매질들과 조합되어 사용될 수 있다.

Description

UV 방사에 의해 매질에서 활성종을 생성하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR GENERATION OF ACTIVE SPECIES IN A MEDIA BY UV RADIATION}

관련출원의 상호참조

본 출원은 2011년 11월 18일에 출원된 미국 가출원(Provisional Application) 제61/561,401호를 기초로 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에 참조문헌으로서 포함된다.

기술분야

일반적으로, 본 발명은 위생 처리 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유해한 미생물들을 제거할 수 있는 반응성 종(reactive species)을 생산하는 위생 처리 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 선택된 VUV(Vacuum UV : 진공 자외선) 및/또는 FUV(Far UV : 원 자외선) 광 주파수들을 액체 매질과 함께 사용하는, 선택적으로는 매우 효과적인 항균력을 생성하기 위해 선택된 기체들과 함께 사용하는 위생 처리 시스템 및 관련 방법들에 관한 것이다.

사람의 손에 존재하는 세균을 효과적으로 제거하거나 감소시키기 위해 또는 다른 개체들을 세정하기 위해 비누와 물을 사용한다는 것은 업계에서 잘 알려진 사실이다. 질병 및 그 외의 유해한 병원균들의 확산을 최소화하기 위해, 병원 및 음식을 준비하는 환경에서는 세균을 최소화하는 것이 중요하다. 이것은 환자들 및 고객들의 건강을 보장하고 세균들의 추가적인 확산을 방지하기 위해 행해진다.

그러나, 미생물들과 세균들이 종래의 위생 처리 방법들에 저항성이 더 강해지면서, 다른 미생물/세균 제거 기술이 개발되었다. 실제로, 자외선 범위에서의 일부 광 주파수들을 사용하는 것이 유망하다. 한 가지 일반적인 접근법은 UV 광의 UVC 파장(피크 = 254nm)을 이용하는 것이다. 그러나, 250nm보다 큰 UVC 광을 이용하는 것은, 장기적으로 노출되었을 경우 사람의 피부 또는 재료의 악화를 유발할 수 있다는 점에서 결점을 가진다. 잘 기술된 바와 같이, 이러한 (250nm 이상의) 긴 광 파장들은 피부 암 또는 그 외의 질환들의 발생에 기여할 수 있는 화상을 유발할 수 있다. 또한, UVC 파장에의 노출은 직접적으로 DNA를 손상시키는 것으로 보고되고 있다. (230 nm 미만의 VUV 및 FUV에 비해) 상대적으로 긴 UVC의 파장은 DNA 손상을 유발하는 UV에 특히 민감한 바질 피부 세포(basil skin cell)로의 투과를 가능하게 한다.

위생 처리를 위한 FUV의 사용은 이미 보고된 것이지만, 그 효능은 UV선들에 의한 직접적인 조사를 필요로 하는 투과의 부족으로 인해 제한된다. 즉, 피부 주름 또는 접힘을 투과할 수 없다는 점이 미생물들로 하여금 자외선으로부터 보호되고, 그에 따라 객체상의 모든 미생물들을 제거함에 있어서 자외선 광의 효과가 감소된다.

때로는 자외선 광과 결합하여 과산화물을 이용하는 것이 알려졌으나, 과산화물은 피부 자극을 유발하지 않는 농도에서는 불충분한 효능을 갖는다. 추가적인 운반, 저장 안정성 및 과산화물에 대한 취급은 제어되지 않는 환경에서의 광범위한 구현을 위한 과제이다.

VUV에 의한 물의 직접적인 소독이 보고되어 있다. 이러한 시나리오에서는, 물의 공급이 VUV 광의 노출을 통과하는 경로를 갖게 하여 물에서 고레벨의 활성종이 생성되게 한다. 그러나, 액체 매질을 VUV 및/또는 FUV와 결합한 위생 처리 액체로 유용하게 변환시키는 것은 알려져 있지 않다.

따라서, 활성 종의 수 및 반응성 모두를 증가시키는 자외선 광 주파수와 매질에 대한 선택적 조합을 이용하는 위생 처리 시스템에 대한 요구가 당업계에 존재한다. 또한, 당업계에서는 개체를 손상시키거나 또는 악화시키지 않는 매질을 사용하고 또한 세정 중인 개체를 손상시키지 않는 자외선 광의 파장을 사용하는 것에 대한 요구가 존재한다.

발명의 요약

전술한 관점에서, 본 발명의 제1 양태는 UV 방사에 의해 매질에서 활성 종을 생성하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는 개체를 위생 처리하기 위한 시스템을 제공하는 것으로서, 상기 시스템은 122~230 nm 사이의 임의의 광 주파수를 방출하여 개체를 향해 투사되는 자외선 광 및 개체 주위에 분산되고 또한 투사된 자외선 광과 교차하는 매질을 포함하며, 이러한 매질은 광 주파수와 상호작용하여 개체에서의 미생물들을 제거하는 반응성 산소 종을 생성한다.

본 발명의 또 다른 양태는 개체를 위생 처리하기 위한 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은 122~230 nm 사이의 임의의 광 주파수를 갖는 자외선 광을 개체를 향하여 투사하는 단계 및 개체와 자외선 광 주위에 매질을 배치하는 단계를 포함하며, 이러한 매질과 자외선은 혼합되어 개체 상의 미생물들과 접촉하여 미생물들을 제거하는 반응성 산소 종을 생성한다.

본 발명의 상기 특징 및 장점 그리고 그 외의 특징들 및 장점들은 이하의 발명의 상세한 설명, 첨부된 청구항들 및 첨부된 도면들과 관련하여 보다 명확히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 개체를 위생 처리하기 위한 시스템의 개략도.

이제 도 1을 참조하면, 일반적으로 개체를 위생 처리하기 위한 시스템이 참조번호(10)으로 지정되어 있음을 알 수 있다. 위생 처리될 필요가 있는 임의의 물체일 수 있는 개체(12)가 세정을 위해 시스템(10) 내에 배치된다. 개체(12)는 임의의 의학적 기구; 도구; 플레이트; 음식 준비 장치; 손, 발 등의 동물 또는 사람의 피부 표면들을 포함하는 표면; 의복; 장난감 및 세균-오염된 환경에 빈번하게 노출되는 임의의 다른 개체일 수 있다는 것을 알 수 있다.

시스템(10)은 수동 삽입에 의해 또는 자동화된 시스템에 의해 개체(12)를 수용하는 챔버(14)를 포함한다. 특히, 입구 컨베이어(16)는 챔버(14)의 일 측에 배치될 수 있는데, 컨베이어는 개체를 어느 한 위치에서 챔버의 진입 위치로 이동시키기 위해 동력화되거나 또는 다른 방식으로 동작될 수 있다. 챔버(14)의 반대측에는 개체를 챔버로부터 멀리 이동시키기 위해 마찬가지로 동력화될 수 있는 출구 컨베이어(18)가 위치한다. 챔버(14)는 적어도 부분적으로 폐쇄된 챔버를 제공하도록 상부, 측면들, 정면 및/또는 후면 등의 임의의 수의 챔버 패널(20)을 포함한다. 챔버 패널(20)은 개체(12)의 진입 및/또는 배출을 가능하게 하도록 패널들 중 어느 하나에 챔버 개구들을 제공할 수 있다. 챔버 개구(24)는 개체의 진입 및 배출을 허용하면서도 폐쇄된 환경을 유지하기 위해 개구를 덮는 편향 가능한 슬랫(deflectable slat)들에 의해 덮여질 수 있다. 챔버의 크기는 개체(12)의 크기를 수용하기 위해 조정될 수 있다.

내부 컨베이어(28)는 챔버(14) 내에 제공될 수 있다. 컨베이어(28)는 연속적인 방식으로 챔버를 통해 개체(12)가 전달되도록 하기 위해 컨베이어 입구(16)와 컨베이어 출구(18) 사이에 개재되어 있다. 컨베이어(16), 컨베이어(18) 및 컨베이어(28)는 동력화되거나 또는 수동으로 동작될 수 있다.

UV 광원(ultraviolet light source)(30)은 챔버(14) 내의 임의의 위치에 유지될 수 있다. 도면에는 오직 하나의 광원만이 도시되어 있지만, "광원"이 챔버(14) 내에 전략적으로 위치한 복수의 광원들을 이용할 수 있다는 것을 당업자라면 이해할 것이다. 광원(30)은 선택된 주파수 파장들을 생성할 수 있다. 본 실시예에서는, 광원(30)은 122 내지 230 nm 사이의 광 파장 주파수 범위를 생성한다. 다른 실시예들에서는, 이 범위는 약 180 내지 약 195 nm 사이 등으로 보다 좁혀질 수 있다. 그리고 다른 실시예들에서는, 약 188 nm의 특정 파장이 사용될 수 있다. 대부분의 실시예들에서는, 선택된 주파수의 ± 1 nm 등의 좁은 범위의 자외선 광이 이용될 수 있다. 복수의 광원들이 이용되는 경우, 앞에서의 설정과 동일한 또는 상이한 주파수들이 각각의 특정 광원에 대하여 사용될 수 있다는 것을 또한 알게 될 것이다. 예를 들어, 한 개의 광원은 188 nm의 특정 파장 길이를 제공할 수 있는 반면, 또 다른 광원은 122 내지 230 nm사이 등의 보다 넓은 범위의 주파수들을 제공할 수 있다.

저장소(31)는 챔버(14)와 연관되거나 또는 챔버의 외부에 근접해 있다. 저장소(31)는 공기, 물, 질소, 과산화수소 등의 "매질"을 다양한 농도로 보유한다. 일부 실시예들에서, 저장소는 상이한 타입의 매질들을 포함하는 분리된 구획들을 가질 수 있다. 예를 들어, 저장소(31A)는 공기를 포함할 수 있는 반면, 저장소(31B)는 질소를 포함할 수 있다. 각각의 저장소는 반대편 끝에 노즐(34A/34B)을 갖는 급전 라인(32)과 연관되는데, 각각의 노즐은 선택된 매질을 챔버(14)의 인클로저 내로 전달한다. 매질을 챔버(14) 내로 광범위하게 분산시키기 위해, 매질을 스트림, 스프레이, 안개의 형태 또는 임의의 방식으로 전달하도록 노즐(34)이 구성될 수 있다는 것을 당업자라면 이해할 것이다. 이것은 노즐의 배출구의 크기를 조정함으로써 행해질 수 있다. 또한, 노즐(34)은 피코-레벨(pico-level)의 크기로 매질의 액적을 생성하는 압전 장치(34')를 포함할 수 있다. 실제로, 액적들은 "원자화(atomized)"되었다고 지칭될 수 있다. 이러한 작은 액적들은, 결국은 시스템(10)의 세정 효과를 획기적으로 개선하는 보다 많은 활성종의 생성을 가능하게 한다. 노즐은 광원(들)과 관련하여 위치할 수 있다. 즉, 일부 실시예들에서 노즐들은 광원 아래에 그리고 다른 실시예들에서는 노즐들은 광원의 위에 그리고 그 주위에 위치할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 추가적인 저장소(31')는 챔버의 외부와 연관될 수 있다. 저장소(31')는 매질을 직접적으로 챔버(14)에 분산시키거나 또는 저장소(31A/31B) 중 하나를 경유시키고 그 후에 챔버(14)에 분산시킬 수 있다. 추가적인 저장소는 최근에 처리된 물 등의 유체를 보유할 수 있다. 예를 들어, 유체는, 진공 UV 광원(37)에 의해 생성되는 진공 UV 주파수 광에 노출된 적당한 크기의 파이프 또는 트로프(trough)(36)를 통해 유체가 흐르도록 하는 탱크(35)에 유지될 수 있다. 진공 UV 광에 노출되는 것은 논의되는 바와 같이, 처리된 유체가 챔버(14) 내에서 추가적으로 처리될 수 있도록 하는 고 레벨의 활성종을 생성한다.

제어기(40)는 UV 광원(30), 저장소들(31A/31B), 압전 노즐(34') 및 컨베이어들(16, 18 및 28)에 연결된다. 제어기(40)는 기술자 또는 사용자로부터 입력을 수신하는 경우, 광의 동작, 인클로져 내로 매질의 전달, 매질의 원자화 및 필요에 따라 챔버를 통해 개체의 운반을 제어한다. 당업자는 펌핑 매커니즘(42)은 챔버(14)의 범위에 바람직한 속도로 매질을 전달하도록 저장소의 각각과 연관될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

동작에 있어서, 개체(12)는 컨베이어들(16, 18 및 28)에 의해 챔버(14)를 통해 운반되는데, 상기 개체는 편향 가능한 슬랫들을 통해 개구로 들어가고, 매질과 자외선 광이 서로 상호작용하는 동안 이들 모두에 노출되도록 일정 시간 동안 멈춰있거나 또는 미리 정해진 속도로 인클로져를 통해 계속해서 운반된다. 대안적으로는, 개체는 편향 가능한 슬랫들을 통해 수동으로 입력되고, 미리 정해진 또는 적당한 기간 동안 노출될 수 있다. 노출은 모든 표면이 빛과 매질의 조합에 노출되는 것을 보장하도록 개체를 회전 및/또는 이동시키는 것으로 구성될 수 있다. 일반적으로, 시스템(10)은 개체의 표면 또는 사용자의 피부에 존재하는 병원균을 비활성화시키기 위해 자외선 및 매질을 이용한다. 일 실시예에서, 산화질소(nitric oxide), 히드록실라디칼(hydroxyl radical) 및 일중항산소(singlet oxygen) 등의 선택된 종을 생성하기 위해 원자외선(122 내지 230 nm)이 사용되고, 그 결과 표면에 살고 있는 미생물들에 대하여 매우 효과적인 항균력을 제공한다. 매질은 산소, 공기 및 질소 등의 임의의 기체 타입으로부터 선택될 수 있어, 개체의 기질 표면에서 이용가능한 에너지의 변경 외에도 이용가능한 활성 종의 타입을 결정하는 것을 가능하게 한다. 특정 자외선 주파수의 선택 및 특정 매질의 선택은 기질의 효능 및 안전성에 대한 시스템의 전환을 가능하게 하는 것으로 여겨진다. 즉, 특정 기질, 기질의 표면 특징, 질소 등의 매질의 농도 그리고 188nm 등의 광의 특정 파장 주파수에 따라, 개체 또는 피부에 손상을 유발하지 않으면서 선택된 병원균을 제거하기에 적합하다. 또한, 당업자는 개체를 효과적으로 위생 처리하기 위해 본 명세서에서 기술된 시스템(10)의 특징들, 프로세스들 및 속성들이 치환되거나 또는 결합 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

전술한 시스템 및 방법론은 원하지 않는 미생물들을 감소시키거나 또는 제거하는 활성종의 효과적인 농도를 갖는 코팅을 생성하기 위해 공기나 산소에서 또는 직접적으로 물 및/또는 알콜 용액에서 반응성 종을 생성한다는 것을 당업자라면 이해할 것이다. 일부 실시예들에서, 물 및/또는 알콜 매질이 자외선 광원 및 개체의 기질 사이에 분사 또는 분무될 수 있다. 다른 실시예들에서, 저장소(31')에 유지된 진공-UV 노출 유체 등의 사전 처리된 매질이 사용될 수 있다. 그리고 다른 실시예들에서, 건조 질소 가스 매질의 사용은 자외선 방사의 산소 및 물 흡수를 제거함으로써 표면의 총 에너지를 증가시키는 것으로 여겨진다. 그러한 구성은, UV 광으로부터의 높은 에너지 및 얕은 피부 투과의 조합이, 표면 아래의 살아있는 피부 세포들에 영향을 주지 않으면서 개체 또는 피부의 최상층에 빠른 제거 영역을 생성하는 것으로 기대될 수 있다는 점에서 장점을 갖는 것으로 여겨진다. 또한, 챔버(14)에서 (공지된 항균 물질인) 산화 질소의 생성 및 사용은 개체를 위생 처리하는 데에 매우 효과적이고 유리할 것이다. 액체 매질의 사용은 자외선 광에 대해 직접적으로 조사되지 않는 영역에서 위생 처리가 행해지는 것을 가능하게 하는데, 이것은 현재의 UV 위생 처리 시스템의 한계이다. 알콜 매질의 사용은 자외선 광 자체를 넘어 추가적인 효능을 생성하고, UV 기여는 미생물 제거의 스펙트럼을 확장시킨다. 본 시스템 및 관련 방법들은 개체들을 위생 처리하는 데에 보다 효과적인 것으로 여겨진다. 예를 들어, 현재 병원 환경에서의 멸균은 최대 10분까지 걸릴 수 있다. 그러나, 개시된 시스템 및 방법들의 사용은 매우 짧은 시간 안에 동등하거나 또는 보다 나은 위생 처리를 제공하는 것으로 여겨진다.

따라서, 본 발명의 목적들은 전술한 바와 같은 이용을 위한 구조 및 그 방법에 의해 충족된 것으로 이해할 수 있다. 특허 법령에 따라, 최상의 모드와 바람직한 실시예만이 상세하게 제시되고 기술되었지만, 본 발명은 그것에 의해 또는 그것에만 제한되지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 범위 및 폭의 이해를 위해 후속하는 청구항들을 참조하여야 한다.

Claims

개체를 위생 처리하기 위한 시스템으로서,
122~230 nm 사이의 임의의 광 주파수를 방출하여 상기 개체를 향해 투사되는 자외선 광; 및
상기 개체 주위에 분산되어 상기 투사된 자외선 광과 교차하는 매질 - 상기 매질은 상기 광 주파수와 상호작용하여 상기 개체 상의 미생물들을 제거하는 반응성 산소 종(reactive oxygen species)을 생성함 -
을 포함하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 자외선 광을 전달하고 상기 매질을 포함하는 부분적으로 폐쇄된 챔버를 더 포함하는 시스템.
제2항에 있어서,
상기 매질은 공기, 산소 물, 알콜, 물과 알콜의 혼합물, 및 질소로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 매질은 적어도 두 개의 치환체(substituent)를 포함하고 그 중 하나는 질소 가스인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 광 주파수는 180~195nm 사이인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 매질은 적어도 두 개의 치환체를 포함하고, 그 중에 하나는 질소 가스이며, 상기 광 주파수는 180~195nm 사이인, 시스템.
제6항에 있어서,
나머지 하나의 치환체는 알콜이며 상기 광 주파수는 180nm인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 광 주파수는 195~230nm 사이인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 매질은 적어도 두 개의 치환체를 포함하고, 그 중 하나는 질소 가스이며 상기 광 주파수는 195~230nm 사이인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 매질은 진공 UV 광에 대한 노출에 의해 미리 처리된 물인, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 부분적으로 폐쇄된 챔버 내에 상기 매질을 분산시키기 위한 노즐을 더 포함하는 시스템.
제11항에 있어서,
상기 노즐은 상기 매질을 원자화(atomize)하는 압전 노즐을 포함하는, 시스템.
제2항에 있어서,
상기 매질은 실질적으로 질소이고 상기 광 주파수는 약 188 nm인, 시스템.
개체를 위생 처리하기 위한 방법으로서,
122~230 nm 사이의 임의의 광 주파수를 갖는 자외선 광을 개체를 향하여 투사하는 단계; 및
상기 개체와 상기 자외선 광 주위에 매질을 배치하는 단계 - 상기 매질 및 상기 자외선 광은 혼합되어 상기 개체 상의 미생물들과 접촉하여 미생물들을 제거하는 반응성 산소 종을 생성함 -
를 포함하는 위생 처리 방법.
제14항에 있어서,
상기 자외선 광 및 매질을 적어도 부분적으로 둘러싸기 위한 챔버를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 챔버는 상기 개체의 진입과 배출을 가능하게 하는 적어도 하나의 개구를 갖는, 위생 처리 방법.
제15항에 있어서,
상기 개체를 상기 챔버를 통해 운반하는 단계를 더 포함하는 위생 처리 방법.
제15항에 있어서,
선택된 미생물들의 제거 효율성을 최적화하기 위해 상기 자외선 광의 주파수 또는 상기 매질의 농도 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 더 포함하는 위생 처리 방법.
제17항에 있어서,
상기 개체 주위에 제2 매질을 배치하는 단계를 더 포함하고,
제1 매질과 제2 매질 모두 그리고 상기 자외선 광은 활성 산소 종을 생성하는, 위생 처리 방법.
제15항에 있어서,
상기 자외선 광의 주파수를 180~195 nm 사이로 조정하는 단계를 더 포함하는 위생 처리 방법.
제15항에 있어서,
편향 가능한 슬랫(deflectable slat)들에 의해 덮여진 적어도 하나의 개구를 상기 챔버에 제공하는 단계를 더 포함하는 위생 처리 방법.
제15항에 있어서,
약 188 nm의 자외선 광 주파수를 상기 개체를 향하여 투사하는 단계; 및
상기 개체 주위에 실질적으로 질소 매질을 제공하는 단계
를 더 포함하는 위생 처리 방법.
제14항에 있어서,
배치하는 단계는 상기 자외선 광에 노출된 액적(droplet)들을 형성하도록 상기 매질을 노즐을 통해 제공하는 단계를 포함하는, 위생 처리 방법.
제22항에 있어서,
배치하는 단계는 상기 자외선 광에 노출된 원자화된 액적들을 형성하도록 상기 매질을 압전 노즐을 통해 제공하는 단계를 포함하는, 위생 처리 방법.
제14항에 있어서,
상기 매질을 진공 UV 광에 노출시킴으로써 사전 처리하는 단계를 더 포함하는 위생 처리 방법.