KR-20260061339-A - Flexible Microplasma Sterilization Device

Abstract

유연성 마이크로 플라즈마 살균 소자는, 유연성을 갖는 절연성 기판; 상기 기판의 일면에 형성되며 복수 개의 방전 공간을 구획하는 마이크로 격벽 어레이; 상기 각각의 방전 공간 내에 배치되는 적어도 하나 이상의 방전 전극; 및 상기 방전 공간 내에서 기체 방전을 유도하여 플라즈마를 발생시키는 제어부를 포함하고, 상기 마이크로 격벽은 유연 소재로 형성되거나 유연 패턴으로 배열되며, 격벽 하단부가 피검체 표면과 접촉하여 각 방전 공간을 국소 밀봉하고 인접 방전 공간 사이의 라디칼 확산을 차단하며, 해당 방전 공간에 대응하는 피검체 표면 국소 영역에만 라디칼을 집중 조사하도록 구성된다.

Inventors

• 안범주

Assignees

• 안범주

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20260324

Claims (1)

1. 유연성을 갖는 절연성 기판; 상기 기판의 일면에 형성되며, 복수 개의 방전 공간을 구획하는 마이크로 격벽(Micro-barrier rib) 어레이; 상기 각각의 방전 공간 내에 배치되는 적어도 하나 이상의 방전 전극; 및 상기 방전 공간 내에서 기체 방전을 유도하여 플라즈마를 발생시키는 제어부;를 포함하고, 상기 마이크로 격벽은 상기 기판의 굴곡에 대응하여 변형 가능하도록 유연 소재로 형성되거나, 소정의 유연 패턴으로 배열되며, 상기 마이크로 격벽의 하단부는, 상기 기판이 피검체에 밀착된 상태에서 상기 피검체의 표면과 접촉하여 상기 각각의 방전 공간을 개별적으로 국소 밀봉하고, 인접한 방전 공간 사이의 플라즈마 라디칼 확산을 차단하도록 구성되며, 상기 각각의 방전 공간으로부터 발생한 플라즈마 라디칼을, 상기 국소 밀봉에 의해 형성된 밀폐 영역 내에서 상기 피검체의 표면 중 해당 방전 공간에 대응하는 국소 영역에만 집중 조사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 유연성 마이크로 플라즈마 살균 소자.

Description

유연성 마이크로 플라즈마 살균 소자{Flexible Microplasma Sterilization Device} 본 발명은 플라즈마를 이용한 살균·소독 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유연성을 갖는 절연성 기판 위에 마이크로 격벽(Micro-barrier rib) 어레이를 형성하여 복수 개의 방전 공간을 구획하고, 각 방전 공간에서 독립적으로 플라즈마를 발생시켜 피검체의 굴곡 표면에 밀착된 상태에서 플라즈마 라디칼을 국소 조사함으로써 패치형·드레싱형·의복형·식품 포장형 등 다양한 형태로 구현 가능한 유연성 마이크로 플라즈마 살균 소자에 관한 것이다. 플라즈마(plasma)는 기체를 고전압 방전시켜 생성되는 제4의 물질 상태로서, 이온, 전자, 라디칼 및 다양한 활성 산소·질소종(reactive oxygen and nitrogen species, RONS)을 포함한다. 이들 활성종은 세균, 바이러스, 진균, 포자 등 광범위한 미생물의 세포막을 물리화학적으로 파괴하거나 핵산을 손상시켜 강력한 살균 효과를 발휘하므로, 의료기기 소독, 상처 치료, 식품 위생, 실내 공기 정화 등 광범위한 분야에 적용 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그러나 종래의 플라즈마 살균 장치는 대부분 경질(rigid) 기판 또는 고정형 반응기 구조를 기반으로 제작되어, 신체의 손등·손목·무릎·상처 부위 등과 같이 불규칙한 굴곡면에 밀착 적용하는 것이 구조적으로 불가능하다는 근본적인 한계를 지닌다. 경질 구조의 플라즈마 장치를 굴곡면에 강제로 밀착시킬 경우, 전극과 피검체 표면 사이의 방전 갭이 불균일해지고 이로 인해 방전이 일부 영역에만 집중되는 국부 방전(local arc) 현상이 발생하여 피검체 표면에 열손상을 줄 수 있다. 유연성 기판을 활용한 유연 플라즈마 패드 및 어플리케이터 기술이 일부 개발된 바 있으나, 이러한 종래 기술들은 공통적으로 다음과 같은 한계를 지닌다. 첫째, 방전이 전체 기판 면에 균일하게 분포되도록 설계되어 있어, 특정 부위에만 선택적으로 라디칼을 조사하는 국소 처치 개념이 존재하지 않는다. 둘째, 방전 공간이 개방형 구조이므로 발생된 라디칼이 처치 부위 이외의 영역으로 확산되어, 라디칼 전달 효율이 낮고 주변 정상 조직에 불필요한 플라즈마 노출이 발생할 수 있다. 셋째, 격벽 등의 물리적 구획 구조 없이 단순 전극 어레이만으로 플라즈마를 생성하므로, 기판이 굴곡될 때 전극 간 방전 갭이 불균일하게 변화하여 방전 특성의 균일성이 저하된다. 한편, 마이크로 방전 공간을 구획하는 마이크로캐비티 플라즈마 어레이 기술도 연구된 바 있으나, 이 기술은 캐비티 구조가 경질 폴리머 몰딩으로 제작되어 굴곡 적용이 불가능하다. 기판 자체가 유연 재질로 제작되더라도 캐비티 벽 자체는 굴곡에 추종하여 변형되지 않으므로, 굴곡면 밀착 시 캐비티 하단부와 피검체 표면 사이에 불가피한 공극이 발생하고 이로 인해 라디칼이 외부로 누출되는 문제가 발생한다. 따라서, 기판의 유연성과 마이크로 방전 공간의 구획 기능을 동시에 만족하면서, 굴곡면에 밀착 시 격벽 자체가 피검체 표면에 추종 변형되어 각 방전 공간을 국소 밀봉하고 발생된 라디칼을 피검체 표면의 해당 부위에만 집중 조사할 수 있는 새로운 기술의 개발이 절실히 요구된다. 선행기술문헌 특허문헌 [특허문헌 0001] KR101657895B1 (2016) - 플라즈마 패드 [특허문헌 0002] US9,572,241 B2 (2017) - 비열 플라즈마 방출기 어레이 [특허문헌 0003] JP5539650B2 (2014) - 폴리머 마이크로캐비티 플라즈마 장치 [특허문헌 0004] US10,265,116 B2 (2019) - 유연 유전체 장벽 피부 처치 장치 [특허문헌 0005] US11,202,843 B2 (2021) - 마이크로플라즈마 어레이 표면 처치 장치 비특허문헌 [비특허문헌 0001] "The outlook of flexible DBD-plasma devices: Applications in food science and wound care solutions", ScienceDirect, 2023 [비특허문헌0002] "Antibacterial and safety tests of a flexible cold atmospheric plasma device for the stimulation of wound healing", Applied Microbiology and Biotechnology, 2021 [도 1] 본 발명의 일 실시예에 따른 유연성 마이크로 플라즈마 살균 소자의 전체 구성을 나타내는 분해 사시도이다. [도 2] (a) 살균 소자의 기본 단면 구조를 나타내는 단면도이고, (b) 피검체의 굴곡면에 밀착된 상태에서의 국소 밀봉 구조를 나타내는 단면도이다. [도 3] (a) 사행 패턴, (b) 키리가미 절개 패턴, (c) 지그재그 패턴, (d) 허니콤 패턴을 포함하는 마이크로 격벽의 다양한 유연 패턴 종류를 나타내는 평면도이다. [도 4] (a) 제어부의 내부 구성을 나타내는 블록도이고, (b) 방전 공간의 독립·그룹 구동에 의한 공간 프로그래밍 예시를 나타내는 개념도이다. [도 5] (a) 상처 드레싱 일체형, (b) 의복 일체형, (c) 식품 포장재 일체형의 다양한 응용 실시예를 나타내는 개념도이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면을 실제 축척 대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시 될 수 있다. 또한, 서로 다른 실시예에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여될 수 있다. 2개의 비교 대상이 ‘동일’하다는 언급은 ‘실질적으로 동일’한 것을 의미한다. 따라서 실질적 동일은 당업계에서 낮은 수준으로 간주되는 편차, 예를 들어 5% 이내의 편차를 가지는 경우를 포함할 수 있다. 또한, 소정 영역에서 어떠한 파라미터가 균일하다는 것은 평균적 관점에서 균일하다는 것을 의미할 수 있다. 비록 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. 명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 복수일 수도 있다. 구성요소의 "상부(또는 하부)" 또는 구성요소의 "상(또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면(또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에(또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다. 또한 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, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결(electrically coupled)되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서 "A 및/또는 B"라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미한다. 즉, "및/또는"은 열거된 복수의 항목들의 모든 조합 또는 임의의 조합을 포함한다. "C 내지 D"라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 개시의 실시 예를 기술하기 위한 것이며, 본 개시의 제한을 의도하지 않는다. 이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하며, 본 발명의 요지를 불명확하게 할 수 있는 공지 기술에 대한 상세 설명은 생략한다. 이하에서 사용되는 "피검체(900)"라는 용어는 본 발명의 살균 소자(10)가 밀착 적용되는 대상으로서, 인체 피부·점막·상처 부위뿐만 아니라 식품 표면, 의료기기 표면, 포장재 내부 표면 등 살균 처치가 필요한 모든 대상을 포함하는 의미로 사용된다. 1. 절연성 기판(100)의 구성 및 특성 절연성 기판(100)은 본 발명의 살균 소자(10) 전체를 지지하는 기재로서, 굴곡 변형이 가능한 유연성(flexibility)을 갖는 절연 재질로 형성된다. 절연성 기판(100)은 두께10 μm 이상 500 μm 이하의 필름 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 이두께 범위에서 곡률 반경 5 mm 이하의 굴곡면에도 주름이나 파단 없이 밀착될 수 있다. 절연성 기판(100)의 재질은 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 열가소성 폴리우레탄(TPU) 또는 이들의 조합으로