[논문]플라즈마의 바이오 분야 응용에 관한 연구 동향

서정현

플라즈마의 바이오 분야 응용에 관한 연구 동향 원문보기

인포메이션 디스플레이 = Information display, v.15 no.3, 2014년, pp.18 - 25

서정현 (인천대학교 전자공학과)

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문제 정의

본 원고에서는 플라즈마를 바이오 분야에 응용하기 위해서 필요한 안정성 문제와 플라즈마를 활용한 연구 성과들에 대해서 살펴보고 플라즈마 분야의 바이오 응용 가능성에 대해서 검토해 보고자 한다.

가설 설정

Collins 교수 연구진에서는 대기압 플라즈마를 이용하여 배양액 속에 황색포도상구균을 30초 안에 세정할 수 있었으나, 진피세포상에서는 효과가 크게 떨어짐을 확인하였다. 그 원인을 피부 구획의 불규칙한 표면이 박테리아로부터 가스플라즈마를 차폐할 수 있다는 가정 하에, 액체 플라즈마를 활용하면 이러한 틈새에 훨씬 접근이 용이하며, 액체 플라즈마의 높은 라디칼 밀도가 살균 효과를 높일 수 있을 것이라 생각하고 실험을 수행하였다. 그림 10에서 보는 바와 같이 2분 안에 박테리아의 비활성화가 급격히 이루어짐을 확인하였다.

제안 방법

^[23] 이들은 절개 부위의 폭을 최소화하기 위하여 그림 7과 같이 12μm 정도의 얇은 칼을 만들어 실험을 진행하였다. 절개가 진행되는 동안에 주변 세포들의 피해를 최소화하기 위하여 열에 의한 피해, 전계에 의한 피해, 플라즈마 발생 시에 기포에 의한 피해 등의 범위와 플라즈마 생성구동조건과의 관계를 파악하여 매우 체계적인 실험을 수행하였다. 연구 결과에 따르면 주변 세포들에 미치는 피해 범위를 최소화하기 위해서는 인가 전압의 주파수가 2.

성능/효과

그림 2는 인체의 신경과 근육세포들이 펄스의 지속시간과 주파수에 따라 감당할 수 있는 전류의 양을 나타내고 있다. 신경보다는 근육이 내 전류 특성이 좋으며, 펄스가 짧거나 주파수가 높아질수록 내전류 값이 커지는 것을 알 수 있다. 따라서 인체에 활용하는 플라즈마는 고주파 수일수록 유리한 측면이 있으나, 플라즈마 장치의 특성과 함께 고려하여야 한다.
5MHz 이상이 되어야 하며, 방전의 지속시간이 100μs 이 내가 되어야 한다. 이들의 연구 결과는 절개 부위가 건조하든 젖어 있든 상관없이 동일한 정도의 조직제거율을 보여주었으며, 레이저를 이용한 수술의 정밀도에 해당하는 결과를 보여주었다. 절개를 진행하는 중에 세포조직에서 혈액이나 체액이 분비되어 액체 플라즈마 상태가 될 수 있으며, 이런 조건의 변화에 관계없이 동일한 절개율을 보인다는 것은 수술의 일관성 측면에서도 매우 중요한 점이다.
이때에는 기포가 완전히 생성되어 전극 전체를 뒤덮고 있다고 볼 수 있다. 전체적으로 전압이 높아질수록 더 짧은 시간 안에 기포 생성을 위한 에너지가 충분히 투입되어 기포를 생성하게 됨을 알 수 있다. 500V 정도로 높은 전압이 인가되면, 기포가 완전히 생성된 후에 기포에 걸리는 전압이 매우 커지게 되므로 방전이 발생하여 발광이 관측된다.
한편 Palanker 그룹은 플라즈마를 이용한 수술 칼로 세포 단위의 정확도를 갖는 절개가 가능함을 보여주었다.^[23] 이들은 절개 부위의 폭을 최소화하기 위하여 그림 7과 같이 12μm 정도의 얇은 칼을 만들어 실험을 진행하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플라즈마의 바이오 응용은 플라즈마의 어떤 특성을 활용하고자 하는가?	플라즈마는 오래 전부터 의학용 장비의 세정이나 식품 산업에서 패키징의 세정, 또는 혈액응고 등에 부분적으로 활용되어 왔다. 이것은 플라즈마가 박테리아를 살균하는데 매우 효과적이며, 좁은 영역에 쉽게 접근할 수 있는 장점을 활용한 것이다. 최근에는 플라즈마의 이러한 특성을 활용하여 환경(대기, 물) 오염을 해결하는 부분이나 바이오 응용에 많은 관심이 대두되고 있다.
	바이오 응용을 위한 플라즈마로는 어떤 것들이 활용되고 있는가?	바이오 응용을 위해서는 대체로 40℃ 이하의 낮은 온도에서 동작하는 플라즈마가 요구되며, 대기압 플라즈마나 액체 플라즈마가 활용되고 있다. 최근에 40℃이하의 냉대기압 플라즈마(cold atmospheric plasma)가 개발되어 살아있는 세포에 플라즈마 처리를 할 수 있는 가능성이 열렸다.
	액체 플라즈마는 어떤 분야에 응용되는가?	[6] 또한 생성된 종들의 밀도는 기체상태와 비교하여 104배 정도의 매우 높은 밀도를 갖는다. 따라서 액체 플라즈마는 수술(surgery), 유기물 분해, 수질 처리 등과 같은 다양한 분야에 응용 된다. 많은 용액 중에서도 saline용액은 인체의 수액과 동일하기 때문에 생의학적(biomedical) 응용분야에 매우 중요하다.

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