구리입자에 실내 조명 5분만 쪼여도 항균필터 성능 완벽 복원

구리나노입자에 LED 등 실내 광원에서 나오는 가시광선을 쪼이는 것만으로도 항균필터 기능을 완벽하게 복원하는 신기술이 개발됐다. 이 항균필터 기능 회복에는 5분 밖에 안걸린다.

고려대학교는 보건환경융합과학부 원승현 교수 연구팀이 실내조명 수준의 빛만으로도 기능을 스스로 재생해 장기간 항균력을 유지할 수 있는 차세대 공기정화 필터를 개발했다고 12일 밝혔다.

원승현 교수는 "실내 어느 광원이든 5분 정도만 쪼여도 항균 기능이 정상 회복된다"며 "코로나 바이러스 등 총 4개 병원균을 대상으로 실험했지만, 다른 균에도 완전한 성능을 발휘할 것으로 예상된다"고 말했다.

고려대 연구진이 새로운 항균필터를 개발했다. 왼쪽부터 원승현 교수(교신저자),신유진 연구원(제1저자), 홍유진 연구원(공저자)

연구팀은 이산화티타늄 나노튜브 메쉬(TiO₂ Nanotube Mesh, mTNT)를 개발한 뒤 구리 나노입자를 이 위에 균일하게 도포하는 방법으로 항균 필터를 제작했다. 나노튜브 구조는 넓은 표면을 제공해 미생물과의 접촉 효율을 높일 수 있다. 또 균일하게 결합된 구리 입자는 뛰어난 항균·항바이러스 효과를 나타낸다.

일반적인 구리 기반 물질은 시간이 지날수록 항균 효과가 감소하지만, 연구팀은 구리 입자를 이산화티타늄 표면에 화학적으로 결합시켜 계면 전하 이동이 실내 빛에서도 활성화되도록 설계했다.

연구팀은 구리와 이산화티타늄 사이에서 전자가 이동해 구리의 항균 활성 상태를 스스로 회복시키는 원리를 이용했다. 이를 이용해 빛이 닿을 때마다 항균 기능이 재생되는 자가회복형 시스템을 구축했다.

실험 결과, 이 필터는 대장균, 황색포도상구균, 인플루엔자 A 바이러스 및 인간 코로나바이러스를 모두 제거했다.

연구팀은 이번에 개발한 필터를 공기청정기에 적용한 결과, 실내 공기 중 미생물을 빠르게 제거했거하는 것을 확인했다. 또 10회 이상 재생 후에도 항균 효과를 유지했다.

원 교수는 "6개월 이상 안정적인 성능을 보였고, 실제 시험에서도 기존 HEPA 필터와 달리 완전한 살균 효과를 입증했다"고 설명했다.

경제성 관련해서는 조심스럽게 의견을 나타냈다. 재료를 어떻게 쓰느냐에 따라 다르고, 일반 가정보다는 특정 영역 활용이 용이하기 때문이다.

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고려대 연구진이 개발한 공기 항균필터 도식도. 이산화티타늄 나노튜브 위에 구리 클러스터를 결합시키는 방법으로 세균·바이러스를 빠르게 제거한다.(그림=고려대학교)

원 교수는 "이산화티타늄 나노튜브 메쉬를 삼성에서도 개발하려 한 것으로 안다. 사실 구리나노입자를 이 메쉬에 올리는 것은 그다지 어렵지 않은데, 일반 가정 공기청정기에는 미생물이 거의 없다고 보면 쓰임새는 병원·연구실·공공시설 등에서 공기 중 감염병 확산을 줄이는 데 유용할 것"이라고 말했다.

연구성과는 환경과학기술 분야 국제 학술지Environmental Science & Technology, IF=11.3) 온라인 표지논문(8월20일)으로 게재됐다. 예산은 한국산업기술기획평가원 알키미스트프로젝트 사업으로 받았다.