나노기술 및 정책 정보

• 목록

한국생산기술연구원과 세종대학교 연구팀이 햇빛이나 실내조명 등 가시광을 이용해 공기중의 부유 미생물을 죽일 수 있는 항균필터 개발 가능성을 제시함.

8일 한국연구재단은 생기원 바이오메디칼생산기술센터 최동윤 선임연구원과 정재희 세종대 기계공학과 교수 연구팀이 개발한 가시광 항균필터 기술을 소개함.

공기 중에는 바이러스, 세균, 곰팡이와 같은 미생물들이 미세먼지와 함께 떠다니고 있음. 기존의 항균필터들은 미생물이 항균처리된 섬유표면에 직접 접촉하기를 기다리는 수동적인 형태여서 부유 미생물은 살균할 수 없음. 또한 시간이 흐를수록 퇴적된 미세먼지로 인해 항균 지속력이 떨어지는 문제가 있으며 심지어 미생물들이 오염물질 상에서 영양분을 공급받고 번식해 2차 오염문제를 일으킬 우려가 있음. 이에 연구팀은 필터 표면 상의 주변 미생물에까지 영향을 미칠 수 있는 필터를 고안함.

대표적 광촉매인 이산화티타늄(TiO2)은 자외선 에너지를 흡수하면 주위 산소, 물과 반응해 미생물을 죽일 수 있는 활성산소를 만들어 냄. 활성산소를 이용하면 필터 섬유에 접촉하지 않은 미생물도 살균할 수 있음. 하지만 자외선은 실생활 공간에서 활용하기 어렵고, 태양광에서 이용할 수 있는 에너지가 극히 적어 실용적이지 않음. 이에 가시광을 이용한 광촉매 활성화 연구가 다양하게 제안됐지만 복잡한 합성 공정과 높은 제조비용이 걸림돌이었음.

연구팀은 이산화티타늄 광촉매 나노입자 표면에 가시광반응 유기염료를 물리적으로 흡착해 가시광선을 쬐면 활성산소를 만드는 이산화티타늄-유기염료 복합 나노입자를 만들었음. 유기염료의 친수성으로 인해 생기는 문제는 이산화티타늄 나노입자 표면을 높은 소수성을 갖도록 개질하는 방법으로 해결함.

이런 방법으로 우수한 항균 능력과 수분 안정성을 동시에 확보하고, 공정을 개선해 보다 저렴하고 간단한 기능성 항균 필터 제조기술을 개발함.

실제 연구팀이 제작한 필터는 표피 포도상구균에 대해 실내조명 (2.9 mW/cm2)에서 4시간 후 99.9%, 태양광(18~21 mW/cm2)에서는 1시간 후 99.98%의 항균성을 나타냄. 고초균(Bacillus subtilis), 대장균(Escherichia coli), 장내구균(Enterobacter aerogenes)등 다양한 그람 음성균과 양성균에 대해서도 99% 이상의 항균 성능을 보임.

이번 연구는 일상생활 속 햇빛과 실내조명을 활용한 고효율 광화학적 항균 방법을 제시한 것에 의미가 있음. 가시광을 이용한 활성산소 생성으로 공기 중 미세먼지, 유해가스와 바이러스의 동시 제거를 기대할 수 있어 더욱 효과적인 마스크, 공기청정기 필터 소재로 응용될 수 있음.

연구팀은 "다만 실용화를 위해서는 나노입자 부착의 안정성 향상을 위한 바인더 나노소재 개발과, 활성 산소 농도에 따른 인체 유해성 평가를 통한 활성산소 생성 최적화 연구가 필요하다"고 밝힘.

연구팀은 향후 유기염료의 광분해로 인한 제한적인 수명을 극복하고 더 낮은 광량에서도 우수한 항균성을 달성하기 위해 광재생과 광반응 성능 개선을 위한 연구를 계속할 계획임.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구사업과 기본연구사업, 세종대학교와 한국생산기술연구원의 기관고유사업 등의 지원으로 수행됨. 관련 논문은 나노기술 분야 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 2월 24일 표지논문으로 게재됨.

◇논문명 : Water-Repellent TiO2 Organic Dye-Based Air Filters for Efficient Visible-Light-Activated Photochemical Inactivation against Bioaerosols

◇저자 : 최동윤 박사(한국생산기술연구원), 정재희 교수(세종대, 이상 공동 교신저자), 허기준 박사(한국생산기술연구원), 정상빈 박사과정(한국과학기술연구원, 이상 공동 제1저자), 신주훈 박사(UCL), 황기병 박사(UCL), 고현식 석사과정 (세종대), 김연상 박사(한국생산기술연구원, 이상 공동저자