농업, 식품, 바이오의학 등 '플라즈마' 기술 기대

특허TV 선우정 기자 | 기사입력 2019/08/15 [17:55]

농업, 식품, 바이오의학 등 '플라즈마' 기술 기대

특허TV 선우정 기자 | 입력 : 2019/08/15 [17:55]

 

 

플라즈마는 강한 전기적 힘으로 인해 기체 분자가 이온과 전자로 나누어지는 상태를 말한다. 특히, 대기압 플라즈마는 대기 중에 여러 형태로 플라즈마 효과 및 2차 생성물을 방출하는 장점이 있어 살균, 정화, 탈취 등 에너지 및 환경 분야부터 생의학 분야까지 다양한 연구 및 산업 분야에 활용되고 있다.

 

이처럼 다양한 분야에서 시도되는 플라즈마는 방전수를 만들어 농업용수 및 살균수로 사용하고 있다. 특히, 생의학 분야에서는 70%가 수분으로 구성된 인체에 활용하기 위해 플라즈마와 물의 반응에 대해 끊임없이 연구가 진행되고 있다.

 

여기서 주목해야 할 점은 수산기이다. 수산기는 대표적인 활성 산소종으로, 물과 플라즈마의 반응에서 가장 중요한 역할을 하는 물질이기 때문이다. 2018년 최원호 교수 연구팀에서 밝힌 바 있는 산화력이 매우 큰 수산기는 박테리아 살균의 경우 기존의 살균법인 과산화수소나 오존을 사용할 때보다 수십에서 수백 배 효율이 높은 것으로 나타났으며, 그 외 다양한 목적으로 활용이 시도되고 있다.

 

또한 수산기는 살균뿐 아니라, 수질 정화, 폐수 처리, 세척 등 환경 분야 및 멸균, 소독, 암세포 제거 등 의료 기술에서도 매우 높은 잠재력을 가지고 있다.

 

수산기의 이러한 장점이 있지만 대량 생성이 어렵고 생존 기간이 짧아 플라즈마 기술을 적극적으로 활용하는 데 한계가 있다.

 

▲ 박주영 박사, 최원호 교수, 박상후 박사     © 특허TV

 

KAIST 원자력 및 양자공학과 최원호 교수 연구팀은 대기압 플라즈마에서 수산기(OH radical)가 생성되는 원리를 규명하는 데 성공해 농업, 식품, 바이오 의학 등 다양한 분야에 플라즈마 기술을 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

 

▲ 대기압 플라즈마 사진 및 수산기 생성경로     © 특허TV

 

연구팀은 기술적 한계에 대한 문제 해결을 위해 플라즈마 내에서 기존에 알려진 수산기의 생성 방식 외에 산화질소의 광분해에 의한 생성원리를 규명해, 광분해를 촉진시켜 수산기의 생성량을 높이면서 동시에 제어하는 방법을 개발했다.

 

광분해 방법은 플라즈마로 생성된 산화질소가 존재하는 물과 플라즈마에 자외선을 추가로 노출해 산화질소가 수산기로 분해되는 과정이다.

 

연구팀이 개발한 광분해방법은 수산기의 생존기간이 짧다는 단점을 극복할 수 있는 방법으로, 수산기의 생성 위치를 국한하지 않고, 자외선 노출 위치에 따라 제어할 수 있는 특징이 있다.

 

▲ 플라즈마 처리수(PTW)에서 pH와 과산화수소, 아질산염 비율에 따른 수산기 반응 경로     © 특허TV

 

최원호 교수는 이번 연구를 통해 플라즈마 기술에 대한 과학적 이해를 넓히면서 효율적인 플라즈마 기술의 제어 방법을 제시함으로써 농업, 식품, 바이오 의학 등 다양한 분야에 플라즈마 기술이 적극적으로 접목될 수 있는 기반을 마련할 것이다라고 말했다.

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