Ⅰ. 서론 5G 이동통신은 2019년 말에 우리나라에서 세계 최초로 상용화가 완료된 이래로 지금까지도 전 세 계적으로 많은 관심과 주목을 받고 있다[1]. 6G에 대한 논의가 서서히 등장하고 있으나 3GPP를 비롯 한 국제표준기구에서는 아직도 이러한 5G의 향상 과 발전을 위한 논의를 진행 중에 있다[2]. 이러한 신규 통신 서비스의 등장은 이용 주파수 및 노출 신 호의 변화를 필연적으로 동반하기 마련이며, 따라 서 이에 따른 새로운 전자파 환경에서 이를 고려한 건강 영향의 평가는 그 필요성이 매우 크다고 할 수 있다. 전자파 노출에 따른 생체 영향은 크게 세포실험, 동물실험, 자원자실험의 세 분류의 노출실험을 통 하여 그 원인을 분석하게 된다. 이 중 세포실험은 생 명 윤리에 따른 제약이 적고 그 비용이나 노력이 다 른 실험에 비하여 부담이 적다는 장점이 있어 생체 영향 연구의 기저 근간이 되고 있다. 따라서 세포 수 준에서의 보다 신뢰성이 높은 연구 결과 도출을 위해서는 효율적인 노출실험을 가능토록 하여 주는 세포노출장치의 중요성이 매우 크다고 할 수 있다. 이에 본고에서는 전자파 세포노출장치에 대하여 소개하고 설계에 있어 필수적으로 고려해야 할 사 항 및 절차에 대해 살펴보고자 한다. 각 노출장치 분 류에 따른 주요한 특징을 중심으로 하여 이에 대한 장단점 등을 같이 기술하였다. Ⅱ. 전자파 세포실험 개요 전자파 세포실험은 주로 배양액을 포함한 용기 에 세포를 배양하여 건강 영향을 관측하고자 하는 신호 대역의 전자파를 노출시킴으로써 생체 영향을 분석하는 실험을 말한다. 사람을 기반으로 한 역학 등에 보다 직접 연관성이 높은 것은 동물노출실험 에 해당한다고 할 수 있으나, 이는 윤리적인 이슈와 실험 설계와 기간에 걸리는 현실적인 문제 등이 있 어 주로 노출실험을 기획하는 첫 번째 단계에서 세 포노출실험을 수행하게 된다. 세포용기는 Petri Dish 나 Culture Plate 등을 사용하는데 1개의 Dish는 직경 35mm부터 큰 것은 100mm에 해당되는 용기도 노 출에 사용된다. 그림 1은 세포노출에 사용되는 배양 액이 담긴 Petri Dish 용기의 모습을 보여 주는 것이 다[3]. 한 번의 노출실험에는 짧게는 몇 시간에서 길게 는 며칠을 넘기는 장기간의 실험 기간이 소요되므 로, 효율적인 실험을 위해서는 한 번에 많은 개수의 용기를 노출시킴으로써 다수의 실험군을 확보하는 것을 필요로 한다. 이때 실험군에 해당하는 용기들 에는 노출에 따른 효율적인 생체 영향 기전의 관측 을 위하여 다수의 용기에 걸쳐 동일한 강도의 전자 파를 가할 수 있는지 여부가 중요한 요소가 된다. 또 한 비교 분석을 위하여 동일 조건에서 배양하였으나 (즉, 용기와 주변 환경 및 기간은 동일하나) 전자파 노출 만은 수행하지 않은 대조군 역시 마련되어야 한다. 세포노출장치의 구현에 있어 고려되어야 할 주된 사항들은 주로 다음과 같이 요약될 수 있다[4]. ● 노출량의 균일성: 내부에 위치되는 실험군의 세포용기에 걸쳐서 동일한 노출량이 제공될 것 ● 온도 상승: 노출에 동반되는 세포층의 온도 상 승으로 인하여 발생되는 열적 효과가 발생되지 않아야 할 것 ● 노출량 효율: 세포노출장치의 급전에 필요한 입력전력 대비 제공되는 세포층에의 노출량 크 기가 가급적 클 것(시스템 설계 비용에 영향) ● 부피 효율: 전체 노출장치 크기 대비 용기들을 넣을 수 있는 공간 비율이 가급적 클 것 ● 노출 및 환경 유지와 제어: 노출실험 시간 동안 안정된 노출량 크기(급전 전력 크기)와 세포배양 및 기전 관측을 위한 안정된 환경이 유지될 것 이를 바탕으로 하여 세포노출장치를 새로이 구현 할 시에는 주로 그림 2와 같은 순서의 각 단계를 따 라 작업이 이루어지게 된다[5]. 순서도에서 살펴볼 수 있듯이 각 단계에서 결정된 사항은 다음 단계의 진행 결과에 따라 피드백에 의해 변경될 수 있으며, 앞서 정리한 주된 고려 사항들을 기반으로 해서 추 가적으로 예산이나 설치 환경 등의 제약 사항을 염두에 두고 전체적인 구성이 결정된다. 제작된 장치 는 최종적으로 실험적인 검증 절차를 거치게 되며, 반드시 목표로 한 노출량 등의 요구 변수에 있어 실 험에 의한 테스트를 거친 후 실제 노출실험에 사용 하여야 한다. Ⅲ. 세포노출장치 주요 동향 세포노출장치에는 다양한 구조가 사용되어 왔다. 각각의 종류에 따라 개별적인 장단점이 존재하고, 사용 가능한 주파수 역시 이에 상응하여 달라지게 된다. 이 장에서는 이러한 세포노출장치의 주요 동 향에 대하여 소개하고 각 장치별 특성에 대하여 소 개한다. 각 노출장치에 대한 자세한 동작은 전자기 적인 분석을 요하므로 생략하고 본고에서는 세포노 출에서의 특징에 대해서 살펴보고자 한다. 1. TEM cell TEM cell은 세포노출에 있어 가장 널리 사용되어 온 장치로서 자유공간과 유사한 형태의 전자파를 내부에 생성 가능하다는 것이 큰 특징이다[6-8]. 세 포용기에 걸쳐서 동일한 크기의 노출량이 제공되어 야 한다는 노출장치의 필수 조건에 의하여 사용 가 능 주파수는 고차 모드가 발생하게 되는 차단주파 수 이전까지의 단일 모드가 전파되는 대역으로 제 한된다. 목표로 하는 노출 주파수 대역이 높을수록 그 파장과의 관계로 인하여 TEM cell의 크기가 작아 지게 된다. 그림 3은 장기간 세포노출을 위하여 항 온항습장치(Incubator) 내부에 설치된 TEM cell 장치 의 모습을 보여 주고 있다[9]. 그림 3에서도 살펴볼 수 있듯이 TEM cell은 내부에 수납 가능한 세포용기 의 총 개수가 너무 적고 차지하는 전체 공간이 매우 큰 편에 속하여 부피 효율이 매우 낮다는 단점이 존 재한다. 이는 곧 이용 가능한 생물학적인 실험의 종 류나 관측 기전이 매우 제한된다는 결점으로 이어 진다