오늘날 전기적인 충격 없이 병원성을 지닌 생물체만 선택적으로 살균하는 방법으로, 상온 대기압 플라즈마에 대한 연구가 전 세계적으로 진행되고 있다. 본 논문에서는 이러한 상온 대기압 플라즈마 기술을 이용한 장치를 제작해 실험에 사용하였으며, 상온 대기압 플라즈마의 살균효과를 연구하기 위해 그동안 많은 실험이 진행된 원핵미생물(박테리아, 바이러스 등)이 아닌, 보다 구조가 복잡한 진핵미생물(곰팡이, 효모 등)을 처리 대상으로 선정해 실험을 진행하였다. 이에 처리 대상으로 선정된 종은 효모(Saccharomyces cerevisiae)와 빵 곰팡이(Neurospora crassa)이며, 둘을 선택한 이유는 우리 주변에서 흔히 볼 수 있어 비교적 시료를 구하기 쉽고 생물학적 기초자료가 풍부하여 플라즈마의 효과를 분석할 수 있는 다양한 방법들이 존재하기 때문이다.
상온 대기압 플라즈마는 크게 두 가지 형태로 구분 짓는데, 장치에서 발생한 플라즈마가 처리대상에 직접 닿는 직접(Direct)방식과 닿지 않는 간접(Indirect)방식이 있다. 본 논문에서는 직접(Direct) 방식의 플라즈마 제트(Jet)와 간접(Indirect)방식의 유전체 면방전(Dielectric Barrier Discharge)플라즈마 장치를 이용하여 각각 효모와 빵 곰팡이에 선택적으로 처리하였다.
플라즈마 발생 장치는 오실로스코프로 I-V curve를 측정하여 출력파워를 계산하였으며, OES(Optical Emission Spectroscopy)측정방법을 이용한 플라즈마 발생부의 광학적 측정과 가스 포집기(Gas collector) 를 이용하여 플라즈마 발생 부 근처의 오존(O3)의 양을 측정하였다. 또한, 발생부의 온도측정도 진행하였다.
플라즈마 처리 후 효모는 광학현미경과 SEM(Scanning Electron Microscope), TEM(Transmission Elec tron Microscope) 으로 그 모양의 변화를 관찰하고 게놈 DNA 전기영동 및 Western Blot 기법을 이용한 단백질 분석과 효모의 처리 환경에 따른 3가지 용액(증류수(Deionized water), 생리식염수(Saline), 효모배양액(YPD (Yeast extract Peptone Dextrose) media)) 의 pH 변화와 콜로니 형성(Colony formation)을 관찰하였다. 효모는 직접(Direct)방식의 플라즈마 제트를 사용하여 플라즈마의 효과에 대한 원인을 찾는데 주안점을 둔 반면, 빵 곰팡이의 경우에는 간접(Indirect)방식의 유전체 면방전(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마 장치를 이용하여 플라즈마가 직접 대상에 닿지 않고도 살균이 가능한가에 초점을 맞춰 실험을 진행하였다. 각각 광학현미경을 통해 모양의 변화를 관찰했으며 플라즈마 발생부의 활성산소(ROS-Reactive Oxygen Species)와 용액의 pH 변화, 포자 발아(Spore germination) 등을 관찰하였다.
실험 결과를 보면, 효모의 경우 광학현미경을 통해 세포의 모양이 찌그러지는 현상을 관찰하고 SEM(Scanning Electron Microscope)과 TEM(Transmission Electron Microscope)으로 더 자세히 분석한 결과 세포벽의 손상보다 내부 물질의 변화로 모양이 바뀜을 볼 수 있었다. 세 용액(증류수(Deionized water), 생리식염수(Saline), 효모배양액(YPD media))중 증류수(DI water)에서 가장 많이 모양이 변형됨을 보았으며, 콜로니 형성(Colony formation)과 pH 측정 결과에서도 증류수(DI water)에서 가장 큰 감소를 보이며 현미경 관찰결과와 같은 경향성을 나타내었다. 이는 게놈 DNA 전기영동 결과에서도 마찬가지로 증류수(DI water)에서 플라즈마 처리한 효모의 게놈 DNA 양이 가장 많이 감소함을 볼 수 있었다. 효모배양액(YPD media), 생리식염수(Saline), 증류수(DI water)순으로 pH 감소율이 증가하며, 콜로니 형성(Colony formation) 또한 같은 경향성을 보였다.
빵 곰팡이의 경우는, 플라즈마가 직접적으로 대상에 도달하지 않아도 살균력이 있는지 확인하고자 효모와 마찬가지로 플라즈마를 처리한 뒤에 이를 배양시켜 포자 발아(Spore germination)를 관찰하였으며 이를 통해 빵 곰팡이의 발아율을 측정한 결과, 발아율이 감소하기는 하나 상대적으로 직접(Direct)방식의 플라즈마 제트보다 감소율이 낮음을 알 수 있었다. 효모와 같은 농도의 개체수를 가지고 실험을 진행하였으며, 증류수(DI water)에서 직접(Direct) 방식의 플라즈마 제트가 180초 만에 완전히 효모를 살균하는 반면에, 간접(Indirect) 방식의 유전체 면방전(Dielectric Barrier Discharge)플라즈마 장치는 10분이나 처리해야 비로소 완
전히 빵 곰팡이가 살균됨을 볼 수 있었다. 다만, 두 대상 모두 생장에 필요한 영양분이 풍부한 용액에서는 플라즈마의 살균 효과가 전혀 나타나지 않는 모습을 관찰 할 수 있었다. 효모는 효모배양액(YPD media)에서, 빵 곰팡이는 보겔 배양액(Vogel''s minimal)에서 개체수의 감소와 기타 영향을 받지 않는 것을 관찰 하였다.

Today, the study on room temperature air pressure plasma is being conducted all over the world as a method to selectively sterilize only organisms with pathogenicity without electrical impact. This study manufactures a device using this room temperature air pressure plasma technology to be used in experiment. For the study on sterilization effect of room temperature air pressure plasma, eukaryotes (fungi, yeast) were selected for handling. The selected species was
yeast(Saccharomyces cerevisiae) and bread mold(Neurospora crassa). The reason these two are selected is because they are commonly seen around us and biological basic data is rich.
Room temperature air pressure plasma is mainly categorized into two types. There is the direct method in which plasma generated from the device directly contact the subject and indirect method that does not contact. This study uses direct plasma jet device and indirect dielectric barrier discharge plasma device to treat yeast and bread mold, respectively.
I-V curve from the plasma device, was measured by an oscilloscope to calculate output power. Optical measurement of the plasma generation part was conducted using OES(Optical Emission Spectroscopy) and ozone(O3) amount around the generation part was measured using gas collector. In addition, temperature of the generation part was measured.
Change of shape was observed on the yeast after plasma treatment by an optical microscope, SEM(Scanning Electron Microscope), and TEM(Transmission Electron Microscope)
Protein analysis using DNA electrophoresis and Western Blot method
was conducted. pH change and colony formation was also observed on the 3 solutions deionized water, saline, YPD(Yeast extract Peptone Dextrose) media after plasma treatment. It was also tested focused whether sterilization is possible in bread mold even if plasma does not have direct contact using the indirect type dielectric barrier discharge plasma device. Changes in cell morphology were observed and ROS(Reactive Oxygen Species) and pH change of solutions, spore germination and etc.
The crushed cell shapes in the yeast may be due to changes in inner materials rather than damage of the cell walls as using SEM(Scanning Electron Microscope) and TEM(Transmis- sion Electron Microscope). The treatment in DI water shown in the analysis has resulted in the most severe change in shape and the highest decrease in colony formation. pH changes after plasma treatment show tendency similar to microscope observations. In DNA electrophoresis, the genome DNA amount of yeast in DI water after plasma treatment was decreased the most. pH decrease rate increased in order of YPD media, saline, DI water and colony formation also showed the same tendency.
In case of bread mold, spore germination was decreased after plasma treatment, but decrease rate is lower than that from direct type plasma jet. The experiment was conducted with the same concentration as yeast. As direct type plasma jet had completely sterilized the yeast in DI water in 180 sec, indirect type dielectric barrier discharge plasma device took 10 minutes to completely sterilize the bread mold. But, it could be observed that there was no sterilization effect by plasma in solutions with rich nutritions for growth of both subjects. It was observed that yeast did not have decrease of population or other effects in YPD media and the same for bread mold in bread mold Vogel''s minimal.