일본산업뉴스요약

저온 플라스마, 농업∙의료에 활용
딸기의 빠른 생육, 상처 지혈에 효과 / 메커니즘 해명은 지금부터

▶플라스마
고체나 액체, 기체를 잇는 제4의 물질 상태라고 불린다. 기체에 높은 전압을 걸어, 분자가 전자나 이온 등에 뿔뿔이 흩어져 있는 상태를 말한다. 플라스마는 화학반응을 일으키기 쉽고 빛을 발하는 성질을 갖고 있다. 플라스마의 온도는 얼마나 기체가 뿔뿔이 흩어져 있는가에 따라 결정된다. 저온 플라스마는 기체의 일부가 약간 흩어져 있는 상태로, 대부분은 기체 상태로 있기 때문에 온도가 낮다.

저온 플라스마를 사용하여 농작물의 생육을 빠르게 하거나 상처를 지혈하는 기술 개발이 이어지고 있다. 지금까지 플라스마는 반도체 제조 등 주로 공업분야에서 사용되어 왔지만 최근에는 생물에 사용하여 목표한 효과를 얻으려는 연구가 진행 중이다. 그러나 플라스마가 생물에 작용하는 구조는 불명확한 점이 많다. 실용화를 위해 연구 영역의 장벽을 초월한 대응이 시작되었다.

도호쿠대학의 가네코(金子) 교수는 “농업 입장에서는 좋은 점뿐이다”라고 말한다. 가네코 교수의 손바닥 위에는 저온 플라스마로 키운 새빨간 “플라스마 딸기”가 올려져 있다.

농약을 사용하지 않아도 잘 자라는 것이 이 딸기의 특징이다. 공기와 수증기에서 플라스마를 생성하여 잎이나 줄기에 정기적으로 조사(照射)한다. 일반 딸기보다 수확량이 많고 생육 속도도 빨라 기대를 받고 있다. 맛은 달다.

나고야대학의 연구에서는 저온 플라스마를 조사한 딸기는 일반 방법으로 키운 딸기보다도 항산화 성분 ‘안토시아닌’이 약 25% 많고 수확량도 약 20% 증가하였다.

농작물 외에 상처의 지혈이나 암세포의 사멸과 같은 의료분야에서도 실온에서 섭씨 100도 정도까지의 플라스마를 사용하는 연구가 추진되고 있다. 효과가 확인된 것이 많다.

도쿄공업대학의 오키노(沖野) 교수 연구팀의 실험에서는 돼지의 내장 상처에 저온 플라스마를 약 30초 조사했더니 지혈이 되면서 회복이 빨랐다. 저온 플라스마의 작용으로 혈액이 빨리 굳어지는 것으로 보인다.

플라스마의 온도는 미세한 조정이 가능하다. 조사하는 물체의 표면 온도에 맞추면 열에 따른 영향을 억제하여 화학반응을 일으킨다. 플라스마 상태로 하기 위해 사용하는 기체의 종류별로 분자나 이온 등이 다르다. 이 때문에 빛나는 색이나 화학반응의 용이한 정도도 달라진다.

플라스마는 이미 공업 분야에서는 필수 기술이다. 형광등이나 네온사인 등의 빛은 봉입된 가스가 전압으로 플라스마가 돼서 빛나는 구조를 응용하고 있다. 고온 플라스마는 금속의 절단이나 용접에도 사용된다.

반도체 가공에서도 플라스마는 중요한 역할을 담당한다. 용이한 화학반응을 이용하여 미세한 구멍을 뚫거나 표면에 막을 만들거나 할 수 있다. 트랜지스터의 제조 과정의 약 70%에서 플라스마의 기술이 사용된다고 한다.

규슈대학의 시라타니(白谷) 교수는 “반도체의 고성능화는 플라스마에 의한 미세가공 기술 없이는 성립할 수 없다”라고 말한다.

이에 대해 플라스마가 농작물 등에 작용하는 메커니즘은 명확하게 알려져 있지 않다. 식물은 플라스마에 의한 스트레스에 대항하여 빠르게 자라고 성분을 늘린다고 한다. 조사한 물체에서 화학반응이 쉽게 일어나는 것은 분명하지만 해명해야 할 부분은 많다.

공기 중에서 사용하는 경우는 온도나 습도 등 아주 작은 조건의 차이로도 플라스마의 상태가 변하게 된다. ‘플라스마 농업’의 연구는 아시아나 유럽에서도 진행되고 있지만 플라스마를 둘러싼 수수께끼가 해명되어 안정적으로 만들 수 있는 방법이 개발되지 않는 한 농업이나 의료 분야에 대한 응용은 어렵다.

이러한 난제를 해결하기 위한 움직임도 나오고 있다. 자연과학연구기구는 올 6월에 나고야대학과 규슈대학과 함께 플라스마 연구를 추진하는 조직을 신설하였다. 최첨단 플라스마 응용이나 생명과학 등의 연구자들이 집결하여 플라스마의 기초적인 메커니즘을 조사하여 실용화를 추진한다.

지금까지는 공학계열 연구자들이 플라스마 연구의 담당자였지만 생물학이나 의학 등의 벽을 허물어 연구를 추진한다. 분자나 세포 차원에서도 플라스마나 조사(照射)한 물체를 상세하게 관찰해 나간다.

자연과학연구기구의 신분야창성센터의 이모토(井本) 센터장은 “재미있는 결과는 나왔다”라며 벌써 반응을 느끼고 있다. “조금씩 플라스마의 작용을 명확하게 해 나가면 연구자는 더욱 모이게 된다”.

저온 플라스마가 농업이나 의료에 혁신적인 진보를 가져오기 위해서는 타분야와의 연대가 중요한 열쇠가 될 것이다.


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