[편집자주]의료 분야에서 일회용 커넥터의 필요성에 대해 마우저 일렉트로닉스(Mouser Electronics)의 데이비드 파이크(David Pike)가 이야기한다.

 

최근 몇 년 동안 플라스틱에 대한 많은 논의가 있었다. 대중의 인식에서는 플라스틱이 값싸거나 일회용 제품과 연관되어 있으며, 오염의 원인이라는 인식이 커지고 있다.

최근의 보고에 따르면 매년 막대한 양의 플라스틱 폐기물이 바다로 유입되고 있다. 물속에 떠다니는 이 플라스틱들은 먹이사슬에 들어가고 야생 생물을 위협한다.

따라서 플라스틱의 환경적 영향에 대한 우려는 플라스틱 소재의 소비를 줄여야 할 필요성을 부각시켰다.

그 결과 산업에서의 플라스틱 사용은 면밀히 검토되는 주제가 되었고, 제조업체들은 새로운 대안을 계속해서 찾고 있다.

그러나 플라스틱은 여전히 의료를 비롯한 많은 분야에서 중요하다. 환경적 우려에도 불구하고 의료 현장에서는 일회용 플라스틱 커넥터가 여전히 필수적이다.

이 글에서는 안전성과 성능 요구를 충족하기 위해 왜 일회용이 종종 필요하게 되는지를 설명한다.

■ 플라스틱 이해하기

플라스틱은 각기 다른 특성을 지닌 매우 다양한 재료를 통칭한다.

플라스틱은 주로 화석 연료 기반 화학물질에서 유래한 고분자를 사용해 제조되며, 성형이나 압출과 같은 기법으로 다양한 형태로 만들어진다.

복잡한 형태를 손쉽게 만들 수 있다는 점 때문에 플라스틱은 대규모 산업용으로 매우 매력적이다.

플라스틱 재료는 각각의 특성이 달라 다양한 용도에 적합하며, 모든 플라스틱이 동일하지는 않다.

전자 시장에서는 플라스틱 부품이 광범위하게 사용된다. 커넥터 설계자에게는 플라스틱의 절연 특성이 이상적인 선택이 된다.

모든 커넥터에는 전기 회로를 분리하기 위해 절연체(인서트라고도 함)가 사용된다. 이러한 절연은 회로 간의 불필요한 접촉을 방지하고 사용자를 보호하기 위해 필수적이다. 절연 특성 외에도 플라스틱은 다른 장점들도 제공한다.

■ 적절한 플라스틱 선택하기

많은 커넥터는 옥외 환경에서 작동해야 한다. 바람과 비를 견뎌야 하며, 많은 경우 금속 쉘을 사용해 외부 요소로부터 보호한다.

산화의 영향을 줄이기 위해서는 재료 선택이 중요하다. 스테인리스강과 해양 등급 청동 같은 재료는 부식에 잘 견디지만 무게와 비용이 증가한다. 이러한 상황에서는 고성능 플라스틱이 가볍고 비용 효율적인 현명한 대안이 될 수 있다.

하지만 플라스틱 재료의 선택은 매우 중요하다. 자외선(UV) 방사선을 포함한 직사광선에 노출되면 일부 플라스틱은 손상을 입는다. UV 방사선은 고분자 내의 분자 결합을 분해해 산소가 반응하도록 만들고, 표면이 백악질처럼 변하거나 변색되게 한다. 장기간 노출되면 부품이 약해져 가혹한 조건에서 결국 파손될 수도 있다. 실제로 이것이 플라스틱 폐기물이 환경에 유입되는 경로 중 하나다.

장기적인 신뢰성을 제공하는 부품을 만들기 위해서는 설계자가 다양한 종류의 플라스틱이 지닌 특성을 이해해야 한다.

이러한 이해는 설계의 요구와 균형을 이루어야 한다. 폴리아미드 같은 고성능 플라스틱 재료는 자외선에 대한 뛰어난 저항성 덕분에 옥외 사용에 이상적이다.

반면에 폴리에테르에테르케톤(PEEK)과 같은 다른 재료는 노출된 환경에는 적합하지 않다.

PEEK는 강하고, 고온에 견디며, 생체 적합성이 있지만, 자외선에 노출되면 성능이 크게 떨어진다. 플라스틱 재료를 설계에 적용할 때는 다양한 절충이 따르기 때문에, 장기적인 신뢰성의 핵심은 적절한 재료를 선택하는 데 있다는 것이 분명하다.

■ 의료 분야에서의 일회용 플라스틱

장기적인 신뢰성이 중시되는 세상에서도, 커넥터에 일회용 플라스틱을 유지해야 하는 산업이 하나 있다.

의료 분야에서 커넥터는 환자와 장비를 연결하는 고리다.

의료 전문가들은 그 성능에 생명이 달려 있기 때문에 그 신뢰성에 의존한다. 이는 환자를 보호해야 하는 필요성과 균형을 이루어야 한다.

의료 분야에서는 많은 기구들이 사용 전에 반드시 세척과 멸균 과정을 거쳐야 하며, 이를 통해 환자의 안전을 확보하고 감염 확산을 방지한다.

대부분의 수술 기구는 멸균을 위해 고압의 포화 증기를 사용하는 오토클레이브에서 세척된다. 

이러한 극한 환경에 적합한 플라스틱을 선택하는 것이 필수적이다. 잘못된 재료로 만든 부품은 고온과 고압에서 녹거나 변형될 수 있으며, 적합한 플라스틱이라 하더라도 반복적인 노출로 인해 점차 열화 될 수 있다.

또한 전자 장치는 민감한 부위까지 침투할 수 있는 증기에 노출되기에 적합하지 않은 경우가 많다.

대신 화학적 방법이나 방사선 방법을 사용해 외과용 기구에 필요한 멸균을 제공하기도 한다.

그러나 두 가지 방법 모두 상당한 위험을 수반한다. 수술에 사용할 장비를 세척하기 위해 사용하는 화학약품은 자극적이고 위험할 수도 있다. 멸균에 사용되는 전리 방사선도 마찬가지로 위험하다.

이러한 가혹한 조건은 의료 기기의 요구사항으로 인해 더 복잡해진다. 많은 의료 기구는 환자가 도전성 부품에 닿지 않도록 해야 한다. 단락이 발생할 경우, 금속 부품에 전기가 흐를 때 환자를 보호해야 한다.

이러한 이유로 많은 의료용 커넥터는 금속 대신 플라스틱 외장을 사용해 환자에게 필요한 절연을 보장한다.

의료용 커넥터 설계는 환자를 안전하게 지켜야 하는 요구와 장치나 부품을 멸균할 수 있도록 해야 하는 요구 사이의 타협으로 볼 수 있다.

문제는 PEEK나 폴리에테이미드(PEI, 울템®으로도 알려짐)와 같은 재료가 저렴하지 않다는 점이다. 이들은 필요한 성능을 제공하지만, 그에 상응하는 높은 가격이 붙는다.

하나의 해결책은 사용 후 커넥터를 폐기하는 것이다. 이는 일회용 플라스틱을 피해야 한다는 대중의 인식과는 다를 수 있지만, 교차 오염을 방지하는 것이 중요한 고려 사항이다.

반복적인 멸균에 견딜 필요가 없어진다면, 더 낮은 성능의 플라스틱을 사용할 수 있다. 의료 분야에는 반복 사용을 위해 특별히 설계된 성능이 뛰어난 커넥터도 많이 있지만, 이 경우에는 일회용 커넥터가 분명한 장점을 제공한다.

■ 결론

플라스틱은 여전히 여러 산업에서 중심적인 역할을 한다. 플라스틱은 강도, 유연성, 경제성을 제공해 여전히 널리 사용되고 있으며, 환경적 영향에 대한 우려가 커지고 있음에도 불구하고 적절한 방식으로 올바르게 사용된다면 매우 가치가 있다.

안전과 위생이 절대적으로 요구되는 의료 분야에서는 일회용 플라스틱이 가장 실용적인 해결책이 될 수 있다. 앞으로의 설계는 실용성과 지속 가능성을 조화시켜 플라스틱이 여전히 유효한 선택지로 남을 수 있도록 해야 한다.

※ 기고자 소개
데이비드 파이크(David Pike)는 커넥터 산업 전반에서 그의 열정과 일반적인 ‘덕후’ 기질로 잘 알려져 있다. 그의 온라인 이름은 커넥터 긱이다.