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연구

물방울로 코로나19 바이러스 잡는다​
조회수 : 3087 등록일 : 2020-10-14 작성자 : 홍보실

(왼쪽부터) 기계공학과 이승섭 교수, 기계공학과 정지훈 박사

< (왼쪽부터) 기계공학과 이승섭 교수, 기계공학과 정지훈 박사 >

우리 대학 기계공학과 이승섭 교수와 정지훈 박사팀이 코로나19 바이러스 살균 기능이 있는 초미세 물방울의 대량 생성이 가능한 '정전분무' 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

이승섭 교수팀의 '정전분무(electrostatic atomization)' 기술로 만들어진 마이크로/나노 크기의 초미세 물방울 안에는 *'OH 래디컬'이 함유돼 있다. OH 래디컬은 불안정한 화학구조로 반응성이 매우 높고 강력한 산화력 때문에 세균과 바이러스 살균 기능을 보유하고 있지만 인체에는 전혀 해를 끼치지 않는 천연물질이다.

OH 래디컬(hydroxyl radical): 거의 모든 오염물질의 살균·소독에 관여하며 화학적으로 분해하고 제거할 수 있는 가장 강력한 효과를 발휘하면서도 인체에는 무해한 물질. 현존하는 물질 중에서 OH 래디컬의 산화력(살균·소독·분해하는 능력)은 불소(F) 다음으로 강력하고 오존과 염소보다 강력하지만 불소·염소·오존처럼 독성이 있거나 인체에 유해하지는 않다.

OH 래디컬은 높은 반응성으로 공기 중에서는 수명이 매우 짧아 효과적인 살균 기능에 어려움이 있으나, OH 래디컬을 물방울에 가두면 수명을 크게 늘릴 수가 있어 살균에 유용하게 이용할 수 있다. OH 래디컬을 함유하는 초미세 물방울은 일본 파나소닉 의 나노이(nanoeTM) 기술이 세계적으로 가장 앞서있다. 다만, 나노이 기술은 공기 중의 수분을 차가운 금속 팁 위에 응결시켜 정전분무 하는 방식이어서 생성되는 초미세 물방울의 양이 매우 적고 인가전압이 높아 인체에 해로운 오존이 발생되는 단점이 있다.

일본 파나소닉은 자사의 나노이 기술로 만들어진 초미세 물방울이 코로나19 바이러스에 살균 효과가 있다는 실험 결과를 올 7월 말 발표한 바 있다.

이승섭 교수 연구팀은 세계 최초로 멤스(MEMS) 기술로 제작된 폴리머 재질의 초미세 노즐을 이용해 정전분무 하는 방식으로, 인가전압이 낮아 정전분무가 오존 발생 없이 안정적으로 구현된다. 또한 초미세 노즐 어레이를 이용해 외부 환경과는 무관하게 초미세 물방울을 대량으로 생성하는 데도 성공했다.

머리카락보다 가는 초미세 노즐은 피뢰침과 같이 높게 솟아있는 구조로 초미세 노즐의 주위는 마이크로 돌기로 소수성 처리가 돼 있다. 이승섭 교수팀은 지난 수년간 폴리머 초미세 노즐 개발과 물 정전분무 기술을 이용해 가습·탈취·미세먼지제거·항균 등과 같은 공기정화에 관한 연구를 수행해왔다.

(왼쪽) 폴리머 초미세 노즐 어레이 사진, (오른쪽) (확대 사진) 외경 85μm, 내경 40μm, 높이 150μm의 폴리머 초미세 노즐과 주변의 마이크로 돌기

< (왼쪽) 폴리머 초미세 노즐 어레이 사진, (오른쪽) (확대 사진) 외경 85μm, 내경 40μm, 높이 150μm의 폴리머 초미세 노즐과 주변의 마이크로 돌기 >

(왼쪽) 초미세 물방울이 대량으로 정전분무되는 모습, (오른쪽) (확대사진) 초미세 노즐에서 마이크론 단위의 물방울이 jet 모드로 나오는 모습. jet 모드 물방울은 다시 초미세 물방울로 분산된다

< (왼쪽) 초미세 물방울이 대량으로 정전분무되는 모습, (오른쪽) (확대사진) 초미세 노즐에서 마이크론 단위의 물방울이 jet 모드로 나오는 모습. jet 모드 물방울은 다시 초미세 물방울로 분산된다 >

다른 모양의 초미세 노즐 어레이에서 초미세 물방울이 대량으로 정전분무되는 모습

< 다른 모양의 초미세 노즐 어레이에서 초미세 물방울이 대량으로 정전분무되는 모습 >

이승섭 교수팀은 현재 초미세 물방울의 양산이 가능한 '폴리머 초미세 노즐 정전분무' 기술을 기반으로 코로나19 바이러스 살균용 공기정화기를 개발 중이다. 순수한 물을 이용한 살균 방법으로 인체에 해가 없고 친환경이라는 장점 때문에 향후 코로나19 방역에도 큰 도움을 줄 것으로 기대하고 있다.

한편 이승섭 교수팀의 폴리머 초미세 노즐을 이용한 물 정전분무 연구는 올 4월 국제학술지 '폴리머(Polymer)'에 소개된 바 있다. (논문명; Polymer micro-atomizer for water electrospray in the cone jet mode). 아울러 이 교수팀은 올 8월부터 KAIST 코로나 뉴딜사업의 지원을 받아 후속 연구를 진행 중이다.

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