Separation Permeation Characteristics of N2-O2 Gas in Air at Cell Membrane Model of Skin which Irradiated by High Energy Electron

The separation permeation characteristics of $N_2-O_2$ gas in air at cell membrane model of skin which irradiated by high energy electron(linac 6 MeV) were investigated. The cell membrane model of skin used in this experiment was a sulfonated polydimethyl siloxane(PDMS) non-porous membrane. The pressure range of $N_2$ and $O_2$ gas were appeared from $1kg_f/cm^2$ to $6kg_f/cm^2$. In this experiment(temperature $36.5^{\circ}C$), the permeation change of $N_2$ and $O_2$ gas in non-porous membrane by non-irradiation were found to be $1.19{\times}10^{-4}-2.43{\times}10^{-4}$, $1.72{\times}10^{-4}-2.6{\times}10^{-4}cm^3(STP)/cm^2{\cdot}sec{\cdot}cmHg$, respectively. That of $N_2$ and $O_2$ gas in non-porous membrane by irradiation were found to be $0.19{\times}10^{-4}-0.56{\times}10^{-4}$, $0.41{\times}10^{-4}-0.76{\times}10^{-4}cm^3(STP)/cm^2{\cdot}sec{\cdot}cmHg$, respectively. The irradiated membrane was significantly decreased about 4-10 times than membrane which was not irradiated. And ideal separation factor of $N_2$ and $O_2$ gas by non-irradiation was found to be from 1.32 to 0.42 and that of $N_2$ and $O_2$ gas by irradiation was found to be from 0.237 to 0.125. The irradiated membrane was significantly decreased about 4-5 times than membrane which was not irradiated. When the operation change(cut) and pressure ratio(Pr) by non-irradiation were about 0, One was increased to the oxygen enrichment and the other was decreased to the oxygen enrichment. The irradiated membrane was significantly decreased about 4-19 times than membrane which was not irradiated. As the pressure of $N_2$ and $O_2$ gas was increased, the selectivity was decreased. As separation permeation characteristics of $N_2-O_2$ gas in cell membrane model of skin were abnormal, cell damages were appeared at cell.

고에너지 전자선을 조사한 피부의 세포막모델에서 공기 중의 O2-N2 혼합기체의 분리투과 특성

본 논문에서는 고에너지 전자선(6MeV)을 조사한 피부의 세포막 모델에서 공기의 주요 구성성분인 $N_2-O_2$ 혼합기체가 압력차에 따른 투과도차의 변화를 나타내고 결국 $N_2-O_2$ 분리투과성의 변화로 나타내어 기체분자가 분리 전달되는 특성을 연구하였다. 이 실험에 사용한 재료로 피부의 세포막 모델은 polydimethyl siloxane (PDMS)분말을 polysulfone과 결합시킨 비다공성 복합막, 압축공기와 순도 99.9%인 산소, 질소기체통, 산소분석기(LC-700H, Japan), soap-bubble flow meter, wet-test meter, pressure regulator, back-pressure regulator, permeation cell, Linac 전자선 조사기 등을 사용하였다. 실험방법으로는 $N_2-O_2$ 기체투과 장치를 이용하여 피부세포막모델의 온도는 $36.5^{\circ}C$로 고정한 후에 기체의 온도도 $15^{\circ}C$로 고정하고 조작압력법위를 $1{\sim}6kg_f/cm^2$로 하며 각각 $1kg_f/cm^2$ 단위로 측정하였다. 방사선을 조사한 피부의 고분자막(세포막모델)에서 공기를 구성한 $N_2-O_2$ 혼합기체의 분자가 압력차에 따른 투과도차가 발생하여 피부세포에 비정상적으로 전달되는 과정을 실험을 한 결과 아래와 같은 결론을 추론하게 되었다. 피부의 고분자 막(세포막모델)에서 $N_2-O_2$ 혼합기체의 투과분리특성의 변화에 대하여 알아본 결과 방사선을 조사하지 않은 때 질소와 산소의 투과도 변화는 각각 $1.19{\times}10-4{\sim}2.43{\times}10^{-4}$과 $1.72{\times}10^{-4}{\sim}2.6{\times}10^{-4}[cm^3(STP)/cm^2{\cdot}sec{\cdot}cmHg]$이며 방사선조사로 질소와 산소의 투과도 변화는 각각 $0.19{\times}10^{-4}{\sim}0.56{\times}10^{-4}$ 과 $0.41{\times}10-4{\sim}0.76{\times}10^{-4}[cm^3(STP)/cm^2{\cdot}sec{\cdot}cmHg]$이며 4~10배 정도 낮아짐을 알 수가 있었고 방사선을 조사하지 않은 때 질소에 대한 산소의 이상분리인자 ${\alpha}^*$의 값은 1.32~0.42로 나타내었으며 방사선조사로 질소에 대한 산소의 이상분리인자 ${\alpha}^*$의 값은 0.237~0.125이며 4~5배 정도 낮아짐을 나타내었다. 또한, 압력차가 $1{\sim}6kg_f/cm^2$로 증가함에 따라서 작업변수인 cut가 0에 접근할수록 투과도상의 산소부화도는 증가하지만 반면에 압력비 Pr이 0에 가까워질수록 투과도상의 산소부화도는 방사선조사로 4~19배 정도 감소하였다. 방사선의 조사 유 무에 관계없이 압력차가 $1{\sim}6kg_f/cm^2$ 로 증가함에 따라서 질소, 산소 및 공기의 투과도는 증가하였지만 질소에 대한 산소의 선택성은 감소하였다.