Title : Plasma-Functionalized Solution: A Potent Antimicrobial Agent for Biomedical Applications from Antibacterial Therapeutics to Biomaterial Surface Engineering

<ACS Applied Materials & Interfaces>

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b14276

<플라즈마 방전수  규명 및 플라즈마 살균 포장재 개발>

최원호 교수 연구팀이 서울대 조철훈 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 대기압 저온 플라즈마 및 이로 처리된 수용액의 바이오필름 제거능을 정량적으로 평가하여 플라즈마 효과를 성공적으로 규명하였다.

이번 연구는 박상후 박사, 박주영 박사과정 학생이 공동 제1저자로 국제적인 재료분야 학술지인 ‘미국화학회 어드밴스드 머티리얼즈 & 인터페이시스(ACS Advanced Materials & Interfaces) 2017년 12월 7일자 온라인 판에 게재됐다.

대기압 플라즈마는 대기 중에 여러 형태로 플라즈마 및 2차 생성물을 방출할 수 있는 장점을 갖고 있다. 이에 따라 에너지 및 환경분야부터 생의학 분야까지 다양한 연구 및 산업분야에 응용이 시도되고 있으며, 플라즈마의 반응성 및 활용성을 높이기 위한 연구들이 전세계적으로 경쟁적으로 활발히 진행 중이다.

“번개가 잦으면 풍년이다.” 라는 한국 속담의 과학적 의미와 같이, 소형 번개, 즉 대기압 플라즈마는 주변 공기를 이온화시켜 효과적으로 질소고정을 일으킬 수 있으며, 이와 함께 다양한 활성산소종과 활성질소종이 높은 밀도로 생성된다. 

최근에는 의료기술, 식품, 농업 등 다양한 분야에 살균, 활성화, 기능성화 등의 목적으로 대기압 플라즈마의 적용이 시도되고 있으나, 구체적으로 대기압 플라즈마로부터 발생되는 활성종의 종류, 밀도, 역할 등은 현재까지도 명확하게 밝혀진 바가 없어 기술 적용에 큰 어려움이 있었다.

연구팀은 문제 해결을 위해 대장균, 살모넬라, 리스테리아 등의 유해 미생물이 군락을 이루는 바이오필름을 이용, 상압 플라즈마 및 이로 처리된 수용액의 바이오필름 제거능을 정량적으로 평가하였다.

연구팀은 특히 수산기가 다른 활성종에 비해 농도가 약 100-10,000배 이상 적음에도 불구하고 산화력이 높아 바이오필름 제거에 매우 큰 역할을 하는 것을 본 연구를 통해 밝혔으며, 뿐만 아니라 오존, 과산화수소, 아질산 이온, 활성산소 등에 대해서도 바이오필름 제거능을 정량적으로 평가하여 대기압 플라즈마의 살균제로서의 역할에 대한 핵심요소를 파악하였다.

최원호 교수는 “본 연구결과는 플라즈마 제어 기술 및 플라즈마-미생물 간의 물리화학적 상호작용 이해에 유용한 기반이 되고, 이를 통한 의학, 농업, 및 식품 분야에 대한 플라즈마 기술의 활용을 가속시키는 계기가 될 것으로 기대된다”고 말했다.

또한 최원호 교수는 2013년 플라즈마 발생이 가능한 포장재를 특허로 등록하였고, 연구실 스타트업 기업인 플라즈맵(Plasmapp)에 기술을 이전한 사례가 있으며, 본 연구를 통한 기초연구 성과를 바탕으로 플라즈마 살균 기술의 사업화에 기여하고 있다.

이번 연구는 국가핵융합연구소의 미래선도 플라즈마-농식품 융합기술 개발 사업의 지원을 받아 수행되었다.