▲ 기능성 소재 코팅된 섬유 특성 평가와 항박테리아 및 항바이러스 효과

연구진이 의류, 마스크 등 섬유 표면을 미생물 오염으로부터 지키기 위해 활용되는 구리를 보다 균일하게 섬유에 밀착시키고 항균 및 항바이러스 효과를 높일 수 있는 코팅방법을 개발해 보호 및 의료장비 개발의 중요한 요소를 제공했다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 성균관대 화학공학과 김태일 교수 연구팀(1저자 권기윤 박사)이 기계적 특성이 우수하고 항균·항바이러스 효과가 뛰어난 기능성 소재가 코팅된 섬유 필터를 개발했다고 25일 밝혔다.

이번 연구는 미국 노스캐롤라이나주립대 Michael Dickey교수 연구팀 및 호주 RMIT대학 Vi Khanh Truong 박사 연구팀 연구진과 함께 공동 연구로 진행했다.

기존 다공성 필터를 이용한 선택적 여과나 정전기적 흡착 방식은 병원체를 제거하는 것이 아닌 걸러내기 위한 것으로 필터 표면의 오염문제가 남는다.

구리 같은 항균·항바이러스 소재로 필터 표면을 코팅하는 방식이 대안으로 꼽히며 코팅의 밀착력과 항균·항바이러스 효과를 높이기 위한 연구가 이뤄져 왔다.

이에 연구팀은 액체 금속인 갈륨을 도입해 구리의 항균·항바이러스 효과는 높이고 보다 균일하고 안정적인 코팅에 성공했다.

섬유와 친화력이 뛰어난 액체 갈륨을 섬유에 분사한 후, 이들 갈륨과 구리 이온과의 자발적 화학반응을 유도해 그 위에 갈륨-구리 합금 소재를 형성한 것이다.

또한 COVID-19과 99% 동일한 구조체의 휴먼 코로나 바이러스를 대상으로 만들어진 코팅 필터의 항바이러스 효과를 확인했다.

그 결과 갈륨-구리 합금이 코팅된 섬유에 배양한 바이러스는 5분내 99.99%가 사멸됐다. 판지 소재에서 24시간, 플라스틱과 스테인리스강 표면에서 2~3일, 구리 재질 표면에서 4시간 후 사멸된 것에 비하면 크게 단축된 것이다.

더불어 코팅 안정성도 높아졌다. 재채기나 기침 등을 통한 공기의 흐름이 생겼을 때 코팅된 입자가 떨어지는지 살펴본 결과 기존 구리만 코팅된 경우 25%의 입자가 떨어진 반면 갈륨-구립 합금 코팅된 경우 떨어지는 입자가 없는 것으로 나타났다. 또한 비교적 경제적이고 단순한 용액공정으로 코팅이 이뤄진다는 것이 장점이다.

본 기술은 병원체 전파를 방지하는 보호 장비 및 의료기기의 개발을 위한 중요한 요소기술이 될 것으로 기대되며 향후 바이오 산업의 표면 코팅에 응용하는 것을 목표로 하고 있다..

김태일 교수는 “미생물이 구리 이온을 대사시키면 세포막에 구멍이 나 세포사멸을 돕는 활성산소가 유입된다. 또한 미생물 증식에 필요한 철 이온과 유사한 갈륨 이온을 흡수하는 것 역시 복합적으로 작용해 항바이러스 효과가 강화된다”고 설명했다.

한편, 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 휴먼플러스융합연구개발사업, 나노소재원천기술개발사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 9월 23일 온라인 게재(11월호 표지선정) 됐다.