KR20230112965A - 저온 플라즈마 발생기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대기압 상태에서 활성 산소종 (Reactive oxygen species, ROS) 또는 활성 질소종 (Reactive nitrogen species, RNS)를 생성하여, 치주질환을 유발하는 P.gingivalis, 바이오필름을 제거할 수 있는 저온 플라즈마 발생기에 관한 것이다. 본 실시예에 따른 활성산소를 발생시키는 저온 플라즈마 발생기에 있어서 플라즈마를 출력하는 출력유닛, 상기 출력유닛에 기체를 출력하는 기체공급유닛, 상기 기체공급유닛에서 출력되는 기체의 유량을 제어할 수 있는 제어유닛 및 상기 출력유닛에 교류전압을 공급하는 전압공급유닛를 포함한다.
Description
본 발명은 대기압 상태에서 활성 산소종 (Reactive oxygen species, ROS) 또는 활성 질소종 (Reactive nitrogen species, RNS)를 생성하여, 치주질환을 유발하는 치주균 및 바이오필름을 제거할 수 있는 저온 플라즈마 발생기에 관한 것이다.
플라즈마는 고체, 액체, 기체와 구분되는 물질의 제4의 상태이며 중성입자와 전하를 띤 입자들의 준중성 기체로 정의될 수 있다.
플라즈마가 안정적으로 생성되기 위해서는 이온보다 높은 에너지가 기체 원자에 가해지면 이온화가 일어나는 과정과, 이온과 전자가 합쳐져서 중성 기체로 변하는 과정이 동시에 일어나야 하며, 두 과정이 평형을 이루어야 한다.
대부분 플라즈마는 전기 방전으로 만들어지며 다양한 형태의 전자기 에너지가 기체에 공급되면서 플라즈마가 만들어 진다.
플라즈마가 분자 기체들의 혼합으로 이루어진 경우, 다양한 중성 입자들과 하전 입자들이 포함되어 있으며, 전기적으로 전하를 띠는 전자나 이온은 인가된 외부 전기장과 상호 작용하며 가속 받아 에너지를 얻게 된다. 이때, 전자는 충돌을 통해서 분자들에게 에너지를 전달하고 분자들을 이온화 시키며 분해되는데 전자의 밀도가 커질수록 증대된다. 이온 역시 플라즈마 내에서 일어나는 화학 반응에 매우 중요한 역할을 한다. 플라즈마에서 일어나는 많은 반응들은 이온들에 의해 제어되고 영향을 받기 때문에 이온 밀도를 높이면 이온이 관여하는 반응의 속도를 증가시킬 수 있다. 플라즈마 내의 입자들은 기체 시스템과 같이 계속 움직이며 서로 충돌하고 있으며, 플라즈마 내에서 입자들끼리의 충돌은 비탄성 충돌이며 전자와 전자 사이의 충돌에서는 상당한 양의 에너지가 전송된다.
전기장에 의해 가속된 전자 에너지는 중성 기체와 비탄성 충돌하여 플라즈마로 전달되며 고에너지 전자와 플라즈마의 무거운 입자와의 비탄성 충돌로 입자를 여기(Excitation), 이온화(Lionization), 해리(Dissociation) 시키는데, 이 과정에서 액상 또는 생체에서 활성 기체인 활성 산소 또는 활성 질소를 생성하게 된다. 이러한 이온화된 기체는 각종의 바이러스나 세균 또는 암세포 등을 소거하는데 충분한 에너지가 된다.
플라즈마에서 전자 온도는 수만도이지만 밀도가 낮고 전자의 열 용량이 작기 때문에 전자에서 기체로 또는 벽으로 전송되는 에너지는 매우 낮다. 기체나 용기 벽으로 전달되는 열량이 작아 주위보다 많이 뜨겁지 않기 때문에 “저온 플라즈마”라는 용어로 정의한다. 저온 플라즈마에서의 여러종류의 반응은 열역학 평형반응에서는 만들수 없는 활성화된 플라즈마종들과 최종생성물을 만든다.
저온 플라즈마가 평형상태에 있자면 파워, 압력, 기체유량과 같은 외부변수와 관여하는 반응속도상수와 같은 내부변수에 의하여 결정된다. 이러한 정성적·정량적 변수로서 플라즈마의 생성과 반응 결과물을 예측하고 그 목적을 달성하는데 필요한 시험으로서 구성될 수 있다.
치주염(Periodontitis)은 잇몸 또는 임플란트 표면에서 P.gingivalis 균에 의해 생기는 심각한 감염증의 일종으로, 치아의 손실뿐만 아니라 인체에 다양한 질병을 유발하는 것으로 알려져 있다.
P.gingivalis균은 치아나 임플란트 표면에 생성하는 고분자 물질에 의해 형성된 막인 바이오 필름에 의해 보호되는데, 세균성 바이오필름은 심각한 치주 질환을 유발하게 되어 인체의 다른 장기의 건강에도 심각한 해를 끼치는 것으로 알려져 있다. 이러한 바이오 필름은 기계적인 방법으로 제거하는 것이 일반적이지만 그럴 경우 국소 마취 등이 필요하고 시간이 오래 걸리는 등의 문제점이 있다. 바이오 필름을 제거하는 다른 방법으로 항생제를 투여하는 방법 등이 있지만 잇몸 조직 자체에 전달되기 어려운 문제점 등이 있으므로 근본적으로 바이오 필름의 제거가 어려울 뿐만 아니라 치주염의 치료가 힘들다는 문제점이 있다.
본 발명은 플라즈마 생성가스로 활성 산소종(Reactive oxygen species, ROS) 또는 활성 질소종 (Reactive nitrogen species, RNS)을 생성하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 화합물이나 약품을 사용하지 않고 바이오필름을 제거할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 플라즈마 생성가스로 산소 또는 질소를 구비함으로써, 활성 산소종(Reactive oxygen species, ROS) 또는 활성 질소종 (Reactive nitrogen species, RNS)를 생성하도록 할 수 있다.
본 발명은 저온 플라즈마를 생성함으로써, 화합물이나 약품을 사용하지 않고 바이오필름을 제거하도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면 플라즈마 생성가스로 활성 산소종 또는 활성 질소종을 생성함으로써, 세균에 의해 고분자막으로 형성된 바이오 필름을 직접적으로 제거할 수 있다.
본 발명에 의하면 화합물이나 약품을 사용하지 않고 바이오필름을 제거함으로써, 인체에 해가 되지않게 세균막을 파괴하여 치주질환 개선할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기의 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 출력부의 또 다른 형태를 도시한 부분 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기에서 발생한 플라즈마 불꽃을 오실로스코우프 스펙트럼으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 옵티컬 에미션 스펙트럼 (Optical emission spectroscopy)으로 저온 플라즈마 발생기의 불꽃을 분석한 결과를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄(Titanium) 디스크를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 티타늄 디스크 위에 P.gingivalis 균을 배양하여 바이오 필름을 형성한 결과를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기에 의해 인산 완충용액에서 활성산소의 발생을 측정한 결과를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기로 바이오 필름을 처리한 결과를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기의 처리시간에 따른 P.gingivalis균의 생존상태를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기에서 생성된 활성 산소가 인간 치은 섬유아세포 (human gingival fibroblast-1, HGF-1)의 생존에 대한 영향을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 출력부의 또 다른 형태를 도시한 부분 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기에서 발생한 플라즈마 불꽃을 오실로스코우프 스펙트럼으로 나타낸 도면.
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도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄(Titanium) 디스크를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 티타늄 디스크 위에 P.gingivalis 균을 배양하여 바이오 필름을 형성한 결과를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기에 의해 인산 완충용액에서 활성산소의 발생을 측정한 결과를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기로 바이오 필름을 처리한 결과를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기의 처리시간에 따른 P.gingivalis균의 생존상태를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기에서 생성된 활성 산소가 인간 치은 섬유아세포 (human gingival fibroblast-1, HGF-1)의 생존에 대한 영향을 나타낸 도면.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 명세서에서 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 유도 가열 및 무선 전력 전송 장치를 설명하도록 한다.
본 발명은 대기압 상태에서 활성 산소종 (Reactive oxygen species, ROS) 또는 활성 질소종 (Reactive nitrogen species, RNS)를 생성하여, 치주질환을 유발하는 치주균 및 바이오필름을 제거할 수 있는 저온 플라즈마 발생기에 관한 것이다.
이하 도 1 내지 도 10을 참조하여 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 장치를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 출력부의 또 다른 형태를 도시한 부분 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기에서 발생한 플라즈마 불꽃을 오실로스코우프 스펙트럼으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 옵티컬 에미션 스펙트럼 (Optical emission spectroscopy)으로 저온 플라즈마 발생기의 불꽃을 분석한 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄(Titanium) 디스크를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 티타늄 디스크 위에 P.gingivalis 균을 배양하여 바이오 필름을 형성한 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기에 의해 인산 완충용액에서 활성산소의 발생을 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기로 바이오 필름을 처리한 결과를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기의 처리시간에 따른 P.gingivalis균의 생존상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 플라즈마 발생기에서 생성된 활성 산소가 인간 치은 섬유아세포 (human gingival fibroblast-1, HGF-1)의 생존에 대한 영향을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 활성산소를 발생시키는 저온 플라즈마 발생기(10)는 출력유닛(100), 기체공급유닛(200), 제어유닛(300) 및 전압공급유닛(400)을 포함할 수 있다.
다만, 도 1 및 도 2에 도시된 저온 플라즈마 발생기(10)는 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 1에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 일부 추가 및 삭제될 수 있다.
출력유닛(100)은 플라즈마를 출력할 수 있다. 출력유닛(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 대상물(600)과 일정거리(d)를 두고 플라즈마를 출력할 수도 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 일측에 헤드부(500)와 결합될 수도 있다.
이때, 헤드부(500)는 내외부를 관통하는 복수개의 홀(510)이 형성되고, 다수의 칫솔모(520)가 구비될 수 있다. 출력유닛(100)에 헤드부(500)를 더 구비함으로써, 치아에 직접적으로 활성 산소종 또는 활성 질소종을 출력하는 효과가 있을 수 있다.
출력유닛(100)과 헤드부(500)의 결합형태는 억지끼움 형태가 될 수 있고, 이 외에도 당 기술분야에서 사용되는 결합방식이 적용될 수 있다.
기체공급유닛(200)은 출력유닛(100)에 기체를 출력할 수 있으며, 생성기체부(210)와 운반기체부(220)를 포함할 수 있다.
생성기체부(210)에는 플라즈마를 생성하는 생성기체가 저장될 수 있는데, 생성기체는 산소 또는 질소 중 적어도 어느 하나가 될 수 있다.
운반기체부(220)에는 생성기체를 운반하는 운반기체가 저장될 수 있으며, 운반기체는 아르곤일 수 있다. 그러나, 운반기체는 아르곤에 한정하지 않고, 생성기체를 운반할 수 있는 비활성기체(일예로, 헬륨, 네온, 크립톤, 라돈 등)로 대체될 수도 있다.
제어유닛(300)은 기체공급유닛(200)에서 출력되는 기체의 유량을 제어할 수 있다. 제어유닛(300)에 의해 생성기체와 운반기체의 유량이 각각 제어될 수 있으며, 운반기체 대비 생성기체의 유량에 기초하여 플라즈마의 발생률이 변동될 수 있다. 이때, 운반기체 대비 상기 생성기체의 유량이 적을수록 상기 플라즈마의 발생률이 증가할 수 있다.
전압공급유닛(400)은 출력유닛(100)에 교류전압을 공급할 수 있으며, 이때 전압은 고전압이 될 수 있다. 전압공급유닛(400)은 무선 및/또는 유선이 될 수도 있고, 배터리 형태가 될 수도 있다.
이하 저온 플라즈마 발생기(10)를 이용한 실험결과를 설명하도록 하겠다.
저온 플라즈마 발생기(10)는 대기압 상태에서 20 kHz radio frequency로 안정적으로 방전(discharge)되도록 구성되어 있으며, 방전 파워는 (discharge power)는 45 W/8.5 kV로 조절하였다.
플라즈마 발생을 위하여 99.9% 이상의 순도를 가진 아르곤(Ar) 가스를 5 L/min의 속도로 공급하였으며, 산소의 유량은 아르곤 가스 대비 5 % (v/v) ~ 25 % (v/v) 로 조절하여 공급하였다.
P.gingivalis 균이 증식한 티타늄 디스크를 XY stage에 놓고 플라즈마 제트가 나오는 노즐로부터 거리는 5 cm로 조절하였다. 이때, 플라즈마 제트는 플라즈마 가스를 냉각한 금속의 가는 구멍으로 분출시킨 가스 기류를 뜻한다.
도 3을 참조하면, 저온 플라즈마 발생기(10)에서 나오는 플라즈마 제트의 불꽃을 오실로스코프 스펙트럼 분석 결과가 나타나으며, 저온 플라즈마 제트가 안정적인 파형을 보이는 것을 알 수 있었다.
하기 표 1은 저온 플라즈마 발생기(10)의 frequency와 파워의 특성을 나타내었다. 이때, intensity-에너지 수준 비율을 각각 90-50, 90-70, 90-90으로 조정하여 측정하였으며, 실제 파워는 각각 3.498 W, 6.387 W, 6.994 W로 측정되었다.
| Intensity-energy level ratio | Peak-Peak(kV) | Frequency(kHz)* | True Power (W) |
| 90-50 | 11.04 | 9 | 3.498 |
| 90-70 | 13.30 | 9 | 6.387 |
| 90-90 | 13.91 | 9 | 6.994 |
* Frequency: 111 μs. 1/111 μs = 9.009 kHz.
도 4는 저온 플라즈마 발생기(10)에서 출력되는 플라즈마 제트의 불꽃을 옵티컬 에미션 스펙트로스코프(Optical emission spectroscopy)로 분석한 결과이다. 도 4(a)는 플라즈마 발생에 있어서 산소 공급량의 영향을 나타내었고, 도 4(b)는 플라즈마 발생에 있어서 에너지 레벨의 영향을 나타내었다.
도 4와 같이, Ar+, OH, O- 이온들이 각각 UV 범위 (200 nm ~ 400 nm)와 가시광선 범위 (690 nm ~ 950 nm)에서 관찰되었다. 또한 도 4(a)에서 보는 바와 같이 아르곤 대비 산소의 유량이 적을수록 OH이온의 발생이 증가하였으며, 특히 10 % 이하일 때 OH밴드가 더 뚜렷이 관찰되었다. 또한 도 4(b)에서 보는 바와 같이 에너지 수준이 높을수록 OH밴드가 더 뚜렷이 관찰되었다.
도 5에는 티타늄 디스크 표면에 P.gingivalis 바이오 필름이 형성된 상태가 나타나있다. 티타늄 디스크의 크기는 직경 5 cm, 높이 3 cm의 규격을 가진 것을 P.gingivalis 를 배양하여 바이오 필름을 형성시키는데 사용하였다. 도 5의 전자 현미경 사진에서 보는 바와 같이 티타늄 디스크는 P.gingivalis 가 부착하기에 적절한 거친 표면을 가지고 있는 것을 알 수 있다.
P. gingivalis (KCOM 2796)는 한국구강미생물자원은행(Korean Collection for Oral Microbiology (Gwangju, Korea))에서 분양받아 사용하였으며, 균을 증식시키기 위한 배지는 다음과 같다
1 L의 증류수에 30 g BHI (Brain-heart infusion) broth, 5 g yeast extract, 4.0 ml resazurin 용액 (0.025 % (w/v) 인산완충용액), 0.5 g cysteine HCl, 1.0 ml hemin solution (5 mg/ml 증류수), 0.2 ml of vitamin K1 (10 mg/ml 증류수). 이 용액의 pH를 7.2로 맞추어서 사용하였다. 또한 아가 (Agar) 배지를 위해서는 이 배지에 bacto agar (20 g)를 첨가하여 사용하였다. 균은 혐기성 조건(GasPak-EZ anaerobic container system; Becton Dickinson Microbiology Systems, Cockeysville, MD, USA)에서 1일동안 배양하였으며 박테리아의 수를 분광광도계로 측정하여 1×106 colony-forming units (CFU)/mL로 멸균된 티타늄 디스크에 접종하였다. 이것을 균이 디스크 표면에 가득 차도록 혐기성 환경에서 3 ~ 5일동안 배양하였다.
도 6에는 티타늄 디스크 위에 P.gingivalis 균을 배양하여 바이오 필름을 형성한 결과가 나타나 있다. 도 6(a)는 티타늄 디스크 위에 부착한 P.gingivalis의 전자 현미경 사진이고, 티타늄 디스크 위에 겹겹이 쌓여서 바이오 필름을 형성하고 있는 것을 볼 수 있다.
도 6(b)는 디스크 위에 증식한 P.gingivalis 를 live 염색약으로 염색한 결과이며, P.gingivalis 가 디스크 표면에서 증식되어 바이오 필름을 형성하고 생존해 있는 것을 관찰 할 수 있었다.
도 6(c)는 P.gingivalis가 부착되지 않은 티타늄 디스크의 형광 현미경 사진이다.
도 7은 저온 플라즈마 발생기(10)에 의해 인산 완충용액에서 활성산소의 발생을 측정한 결과이다. 도 7(a)는 활성산소의 발생에 있어서 처리 시간의 영향이다 (강도(Intensity), 90; 에너지 수준(energy level), 70). 이때, 처리 시간이 늘어 날수록 활성산소의 양도 증가하는 것을 알 수 있었다.
도 7(b)는 활성산소의 발생에 있어서 에너지 수준의 영향이다. 이때, 에너지 수준이 높을수록 활성산소의 발생량이 증가하는 것을 알 수 있었다.
티타늄 디스크 위에 형성된 바이오 필름을 저온 플라즈마 발생기(10)로 처리하기 위해 P.gingivalis 가 증식된 티타늄 디스크를 인산완충용액 (0.01M, pH 7.4)으로 세척하고 저온 플라즈마 발생기(10)로 처리하였다. 저온 플라즈마 발생기(10)로 티타늄 디스크 위의 P.gingivalis 바이오필름을 제거하기 위한 조건은 다음과 같았다: Ar 가스 유량, 5 L/min; 전압, 5 kV; frequency, 19 kHz; 처리 시간, 1분, 3분, 5분. 처리한 후, 디스크를 10 ml의 인산 완충용액에 넣고, 디스크 위에 남아 있는 균을 초음파로 5분 동안 처리하여 떼어 냈다. 그 용액을 희석하여 BHI 배지가 들어 있는 아가 플레이트에 분주하고 혐기성 조건에서 37°C에서 48시간동안 배양한 후 발생한 콜로니 (colony forming unit, CFU) 수를 세어서 저온 플라즈마 발생기(10)의 바이오 필름 제거 성능을 측정하였다.
도 8은 도 5에서 형성된 P.gingivalis 바이오 필름을 저온 플라즈마 발생기(10)로 처리한 결과 살아남은 P.gingivalis 균으로 콜로니 형성 단위 (Colony-forming unit) 분석 결과이다.
도 8(a)는 저온 플라즈마 발생기(10)로 처리한 후에 P.gingivalis에 의해 콜로니가 형성된 아가 플레이트의 사진이다. 이때, 각각의 조건에서 콜로니의 수를 세어서 도 8(b)에 정리한 CFU의 수를 나타내었다.
도 8(b)는 처리한 시간이 P.gingivalis (표 1의 Intensity-energy level ratio 90-70)의 생존에 미치는 영향이다. 이때, 저온 플라즈마 발생기(10)로 처리한 시간이 길면 길수록 콜로니의 수가 줄어드는 것을 알 수 있다.
도 8(c)는 처리한 에너지가 P.gingivalis (처리 시간: 60 s)의 생존에 미치는 영향이다. 이때, 에너지 수준 이 높을수록 CFU의 수가 줄어 드는 것을 알 수 있었다.
도 9는 티타늄 디스크 위에서 P.gingivalis의 생존에서 저온 플라즈마 발생기(10)로 처리한 시간의 영향이다. 생존한 P.gingivalis 세균을 라이브/데드 (Live/dead) 염색약으로 염색한 결과이다. 녹색은 생존한 균이고 빨간색은 죽은 균을 염색한 것이다. 이때, 플라즈마 처리하는 시간이 길면 길수록 살아있는 균이 나타내는 녹색은 줄어들고, 죽어 있는 균이 나타내는 빨간색이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 이 결과는 본 연구에서 제작한 저온 플라즈마 발생기(10)가 P.gingivalis 균이 티타늄 표면에 생성하는 바이오 필름을 제거하는 데 효과적이라는 것을 말해 준다.
저온 플라즈마 발생기(10)가 인간의 구강의 정상 세포에 미치는 영향을 조사하기 위하여 인간 치은 섬유아세포 (Human gingival fibroblast-1, HGF-1)세포를 Americal type culture collection (ATCC)에서 구입하여 사용하였다. 인간 치은 섬유아세포는 fetal bovine serum (FBS 10 % (v/v)), 항생제가 (1 %, (v/v))이 첨가된 Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM)을 성장배지로 하여 37oC, 5 % (v/v) CO2 조건으로 배양였다. 3.5 cm 직경의 세포배양용 접시에 5 x 105 cell/dish의 농도로 접종하고, 하룻밤이 지난 뒤 세포를 인산완충용액으로 세척한 후에 serum이 없는 2 ml의 DMEM 배지를 넣어 준 뒤, 저온 플라즈마 발생기(10)로 처리한 였다.
도 10은 저온 플라즈마 발생기(10)에서 생성된 활성 산소가 인간 치은 섬유아세포 (human gingival fibroblast-1, HGF-1)의 생존에 대한 영향이다. 인간 잇몸 섬유아세포의 생존에 대한 처리한 시간 (a)과 에너지 수준 (b)의 영향이다. 인간 잇몸 섬유아세포의 세포내 활성산소 발생에 대한 처리한 시간 (c)과 에너지 수준 (d)의 영향이다.
도 10(a)와 10(b)에서 보는 바와 같이, 처리 시간이 길면 길수록, 에너지 수준이 높으면 높을수록 HGF-1 세포의 생존율이 감소하는 것을 알 수 있었다. 특히 처리 시간이 90초 이상이 되었을 때 또한 에너지 수준이 90 (90-90)이었을 때 세포의 생존성이 급격히 감소한 것을 알 수 있었다. 도 10(c)와 10(d)는 세포내 활성산소의 수준을 측정한 결과이다. 도 10(c)와 10(d)에서 보는 바와 같이 처리 시간이 길면 길수록, 에너지 수준이 높으면 높을수록 세포 내의 활성산소가 증가하는 것을 알 수 있었다.
본 발명인 저온 플라즈마 발생기(10)로 에너지 수준이 70 (표 1, Intensity-energy level ratio 90-70)에서 60초간 시간간격을 두고 반복적으로 처리하는 것이 P.gingivalis 군의 바이오필름의 제거 및 인간 치은섬유아세포의 생존성 확보에 적절할 것이다.
본 발명에 의하면 저온 플라즈마 발생기(10)는 플라즈마 생성가스로 활성 산소종 또는 활성 질소종을 생성함으로써, 세균에 의해 고분자막으로 형성된 바이오 필름을 직접적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 저온 플라즈마 발생기(10)는 화합물이나 약품을 사용하지 않고 바이오필름을 제거함으로써, 인체에 해가 되지않게 세균막을 파괴하여 치주질환 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 저온 플라즈마 발생기(10)로 생성된 활성 산소종 및/또는 활성 질소종은 표피암 (epithelial cancer)의 암세포를 죽이는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 저온 플라즈마 발생기(10)는 액상에서 또는 생체시스템에서 활성 산소를 발생시킬 수 있으므로 활성산소 수(水)를 제조하는 데 효과가 있으며, 표피암과 같은 암을 치료할 수 있는 효과도 동시에 제공할 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
Claims (4)
- 활성산소를 발생시키는 저온 플라즈마 발생기에 있어서
플라즈마를 출력하는 출력유닛;
상기 출력유닛에 기체를 출력하는 기체공급유닛;
상기 기체공급유닛에서 출력되는 기체의 유량을 제어할 수 있는 제어유닛; 및
상기 출력유닛에 교류전압을 공급하는 전압공급유닛를 포함하는
저온 플라즈마 발생기.
- 제1항에 있어서,
상기 기체공급유닛은
상기 플라즈마를 생성하는 생성기체가 저장된 생성기체부;
상기 생성기체를 운반하는 운반기체가 저장된 운반기체부를 포함하며,
상기 생성기체는 산소 또는 질소 중 적어도 어느 하나이고,
상기 운반기체는 아르곤인
저온 플라즈마 발생기.
- 제2항에 있어서,
상기 운반기체 대비 상기 생성기체의 유량에 기초하여 상기 플라즈마의 발생률이 변동될 수 있으며,
상기 운반기체 대비 상기 생성기체의 유량이 적을수록 상기 플라즈마의 발생률이 증가하는
저온 플라즈마 발생기.
- 제1항에 있어서,
상기 출력유닛은
내외부를 관통하는 복수개의 홀이 형성되고, 다수의 칫솔모가 구비된 헤드부와 결합되는
저온 플라즈마 발생기.
Priority Applications (1)
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| KR1020220009242A KR20230112965A (ko) | 2022-01-21 | 2022-01-21 | 저온 플라즈마 발생기 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| KR1020220009242A KR20230112965A (ko) | 2022-01-21 | 2022-01-21 | 저온 플라즈마 발생기 |
Country Status (1)
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-
2022
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