초록 ▼

본 과제는 이 기술을 구성하는 마이크로 플라즈마 발생기술, 마이크로 플라즈마 계측기술, 마이크로 플라즈마 시뮬레이션 기술과 마이크로 플라즈마의 세포 등 바이오 물질에 대한 영향에 관하여 기초 데이터를 확보에는 것을 목표로 한다 마이크로 플라즈마 발생 기술에서는 마이크로 플라즈마 발생에 적합한 10와트 미만급 전원장치를 제작하고, 마이크로 계측 기술에서는 광계측법을 이용하여 마이크로 플라즈마의 계측을 하고, 마이크로 플라즈마 시뮬레이션 기술을 활용하여 발생된 마이크로 플라즈마의 가스를 분석하며 발생된 마이크로 플라즈마를 활용하여 세포

본 과제는 이 기술을 구성하는 마이크로 플라즈마 발생기술, 마이크로 플라즈마 계측기술, 마이크로 플라즈마 시뮬레이션 기술과 마이크로 플라즈마의 세포 등 바이오 물질에 대한 영향에 관하여 기초 데이터를 확보에는 것을 목표로 한다 마이크로 플라즈마 발생 기술에서는 마이크로 플라즈마 발생에 적합한 10와트 미만급 전원장치를 제작하고, 마이크로 계측 기술에서는 광계측법을 이용하여 마이크로 플라즈마의 계측을 하고, 마이크로 플라즈마 시뮬레이션 기술을 활용하여 발생된 마이크로 플라즈마의 가스를 분석하며 발생된 마이크로 플라즈마를 활용하여 세포 등에 적용하여 이의 영향에 대한 기초 데이터를 수집/분석하는 것을 내용으로 한다.
마이크로 플라즈마 발생장치는 전월장치 (신호발생장치, 증폭장치), 가스 컨트롤러, 마이크로 라즈마 발생팀과 계측을 위한 광계측 장치로 구성되어 있으며, 마이크로 플라즈마의 발생을 위하여 전원 및 발생 팁의 최적화와 함께 시뮬레이션을 통하여 마이크로 플라즈마의 특성 및 분포에 대한 데이터를 확보하고자 하였다.
전원장치는 2MHz, 13.56MHz, 27.12MHz, 40.68MHz의 네 가지 RF 주파수를 이용하여 최적화하였고 신호발생장치를 이용하여 신호를 발생시키고 최대출력 10와트 증폭 장치를 통하여 증폭되어 마이크로 플라즈마가 발생하기 위해 충분한 전압이 팁에 걸리도록 하였다.
마이크로 플라즈마 팁은 RF 전원과의 매칭이 잘 이루어지는 구조로 최적화하였다. 또한 전기장이 최대한 크게 되도록 설계하였다. 마이크로 플라즈마에서 발생된 플라즈마의 계측을 위하여 광계측 장비를 설치하여 기초적인 데이터 확보 및 기술을 확보하였다. 이로 인해 5와트 미만에서도 플라즈마가 발생되어 유지되었고 플라즈마의 온도도 40도 이하로 조절하는 것이 가능하였다.
본 기술은 마이크로 플라즈마의 바이오 응용을 위한 기초실험에 활용되어 피부암 세포를 죽이는데 적용되었다. 향후 건강/의료기기에 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

Abstract ▼

Low-temperature plasma is widely used in the fields of plasma processing. Nowadays, low-temperature atmospheric plasma has been a big research area, because it provides a cheaper and more convenient alternative to low-pressure plasma technology. There are various systems and applications for the tec

Low-temperature plasma is widely used in the fields of plasma processing. Nowadays, low-temperature atmospheric plasma has been a big research area, because it provides a cheaper and more convenient alternative to low-pressure plasma technology. There are various systems and applications for the technology, for example radio-frequency (RF) ICP or CCP plasmas used for material processing, Plasma Display Panel (PDP), DC micro-hollow cathode, and dielectric barrier discharge (DBD) for gas treatment, etc. The merits of atmospheric plasma are many; it is not restricted to the gas phase and it is no need to maintain vacuum state, which is a big beneficial to materials not enough to strong to resistant to high vacuum. This technique also opens a new area of bio-compatible application. In order to be used for biological materials or biomedical applications, such a plasma sources has to satisfy many requirements. They must generate non-thermal plasma (below 40 degrees in Celsius), operate in atmospheric pressure, and should not make electrical or chemical damage to biological materials.
We study a micro-plasma produced by plasma needle that is operated with RF power and its effects on bio systems. The micro plasma size ranges from sub-mm to several mm at a few watts of RF power. For the bio-medical treatment, low-temperature plasma is obtained and gas temperature is controlled within several tens of degrees $(^{\circ}C)$ not to disturb cell activities. Elementary spectroscopic studies to obtain plasma characteristics are presented for Ar and He plasma with different frequencies of RF power To obtain plasma characteristics, we also model the system by simulation method. As the system size is very small, modeling could be a good method to estimate plasma characteristics and could give guidelines to experimental research. Some of the simulations results are compared with experimental ones. Also the preliminary results of micro plasma effects on cancer cells are presented.
We have developed a system that is operating in atmospheric pressure and made low-temperature plasma whose operating temperature is below 40 degrees Celsius. The characteristics of micro-plasma generated by tile system are analysed by optical measurement techniques and simulation method. We applied micro plasma to biological system, melanoma cells, to figure out the effects. Cancel- cells are dead not by plasma itself but by electric field produced by power delivered to the tips to produce micro plasma. We need to confirm the results by repeated experiments with different conditions. If the effects of electric field and micro plasma are confirmed, tile application area of the device might be very promising.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서 초록...3
• 요약문...4
• SUMMARY...7
• CONTENTS...9
• 목차...11
• 제 1 장 서론...13
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...14
• 제 1 절 국외 기술개발 현황...14
• 1. Micro-Hollow Cathode...14
• 2. RF-capacitively coupled micro plasma...14
• 3. Plasma Needle...15
• 4. UHF micro plasma source...17
• 5. Dielectric Barrier 플라즈마 발생 장치...18
• 6. Microplasma Jet 장치...19
• 제 2 절 국내 기술개발 현황...20
• 제 3 장 연구 개발 수행내용 및 결과...21
• 제 1 절 마이크로 플라즈마 발생 시스템...21
• 1. 전원장치...22
• 2. 마이크로 플라즈마 발생 팁...23
• 제 2 절 마이크로 플라즈마 계측 및 시뮬레이션...25
• 1. 마이크로 플라즈마 계측...25
• 2. 마이크로 플라즈마 시뮬레이션...27
• 제 3 절 바이오 실험 결과...28
• 1. 플라즈마의 효과...28
• 2. 전기장의 효과...31
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...33
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...34
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...35
• 제 7 장 참고문헌...43