갈륨-구리 합금 소재 코팅된 섬유필터 개발
갈륨-구리 합금 소재 코팅된 섬유필터 개발
  • 이웃집과학자
  • 승인 2021.10.25 12:00
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침구, 의류, 마스크 등에 쓰이는 섬유 표면을 미생물 오염으로부터 지키기 위해 구리 같은 기능성 소재가 활용되는 가운데 구리를 보다 균일하게 섬유에 밀착시킬 수 있는 코팅방법이 소개됐습니다.  

 

김태일 교수 연구팀(1저자 : 성균관대 화학공학과 권기윤 박사)이 미국(노스캐롤라이나주립대 Michael Dickey교수 연구팀) 및 호주(RMIT대학 Vi Khanh Truong 박사 연구팀) 연구진과 함께 기계적 특성이 우수하며 항균/항바이러스 효과가 뛰어난 기능성 소재가 코팅된 섬유 필터를 개발했다고 밝혔는데요. 

 

기존 다공성 필터를 이용한 선택적 여과나 정전기적 흡착 방식은 병원체를 제거하는 것이 아닌 걸러내기 위한 것으로 필터 표면의 오염문제가 남습니다. 구리 같은 항균/항바이러스 소재로 필터 표면을 코팅하는 방식이 대안으로 꼽히며 코팅의 밀착력과 항균/항바이러스 효과를 높이기 위한 연구가 이뤄져 왔습니다. 이에 연구팀은 액체 금속인 갈륨을 도입, 구리의 항균/항바이러스 효과는 높이는 한편 보다 균일하고 안정적인 코팅에 성공했습니다. 섬유와 친화력이 뛰어난 액체 갈륨을 섬유에 분사한 후, 이들 갈륨과 구리 이온과의 자발적 화학반응을 유도해 그 위에 갈륨-구리 합금 소재를 형성한 것입니다. 

필터에 코팅 가능한 갈륨-구리 합금의 생성 메커니즘. (왼편, 上)과 갈륨-구리합금 필터 표면 SEM 이미지 (오른편, 上) 및 항균 및 항바이러스 효과를 갖는 필터로의 활용 가능성에 대한 일러스트 이미지 (下). 그림 제공 및 그림설명 출처 : 성균관대학교 김태일 교수
필터에 코팅 가능한 갈륨-구리 합금의 생성 메커니즘. (왼편, 上)과 갈륨-구리합금 필터 표면 SEM 이미지 (오른편, 上) 및 항균 및 항바이러스 효과를 갖는 필터로의 활용 가능성에 대한 일러스트 이미지 (下). 그림 제공 및 그림설명 출처 : 성균관대학교 김태일 교수

나아가 COVID-19과 99% 동일한 구조체의 휴먼 코로나 바이러스를 대상으로 만들어진 코팅 필터의 항바이러스 효과를 확인했는데요. 그 결과 갈륨-구리 합금이 코팅된 섬유에 배양한 바이러스는 5분내 99.99%가 사멸되었습니다. 판지 소재에서 24시간, 플라스틱과 스테인리스강 표면에서 2~3일, 구리 재질 표면에서 4시간 후 사멸된 것에 비하면 크게 단축된 것입니다.

 

한편 코팅 안정성도 높아졌습니다. 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 나타났다는 설명입니다. 또한 비교적 경제적이고 단순한 용액공정으로 코팅이 이뤄진다는 것이 장점입니다. 

 

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 강화되는 것으로 보고 있다”고 설명했습니다. 

 

이번 연구의 성과는 소재 분야 국제학술지‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 9월 23일 온라인 게재(11월호 표지선정) 되었습니다.

논문명 : A Liquid Metal Mediated Metallic Coating for Antimicrobial and Antiviral Fabrics


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