“물방울로 코로나19 바이러스 잡는다”

▲이승섭 교수. (사진제공=한국과학기술원)

한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 이승섭 교수와 정지훈 박사팀이 코로나19 바이러스 살균 기능이 있는 초미세 물방울의 대량 생성이 가능한 ‘정전분무’ 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

정전분무 기술로 만들어진 마이크로ㆍ나노 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 래디컬은 높은 반응성으로 공기 중에서는 수명이 매우 짧아 효과적인 살균 기능에 어려움이 있다. 하지만 OH 래디컬을 물방울에 가두면 수명을 크게 늘릴 수가 있어 살균에 유용하게 이용할 수 있다. 일본 파나소닉은 자사의 나노이(nanoeTM) 기술로 만들어진 초미세 물방울이 코로나19 바이러스에 살균 효과가 있다는 실험 결과를 올 7월 말 발표한 바 있다.

▲폴리머 초미세 노즐 어레이(왼쪽) 및 확대 사진. 외경 85μm, 내경 40μm, 높이 150μm의 폴리머 초미세 노즐과 주변의 마이크로 돌기가 보인다. (사진제공=한국과학기술원)

OH 래디컬을 함유하는 초미세 물방울은 파나소닉의 나노이 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 발생하는 단점이 있다.

이승섭 교수팀은 이러한 단점을 해결했다. 세계 최초로 멤스(MEMS) 기술로 제작된 폴리머 재질의 초미세 노즐을 이용해 정전분무를 만들어낸다. 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. 교수팀은 지난 수년간 폴리머 초미세 노즐 개발과 물 정전분무 기술을 이용해 가습ㆍ탈취ㆍ미세먼지제거ㆍ항균 등과 같은 공기정화에 관한 연구를 수행해왔다.

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.

이승섭 교수는 “파나소닉의 실험 결과를 토대로 코로나19 바이러스 살균에 대한 기대를 하고 있으며 파나소닉보다 더욱 뛰어난 기술로 보면 된다”며 “정전분무를 이번 연구처럼 효과적으로 만든 경우는 없다. 상용화됐을 때 산업ㆍ가정용으로 저렴하게 만드는 방법으로, 내년 초에는 기술 이전을 할 수 있을 것으로 예상한다”고 말했다.

한편 이 교수팀의 폴리머 초미세 노즐을 이용한 물 정전분무 연구는 올 4월 국제학술지 ‘폴리머(Polymer)’에 소개된 바 있다.

▲초미세 물방울이 대량으로 정전분무되는 모습(왼쪽) 및 확대 사진. 초미세 노즐에서 마이크론 단위의 물방울이 jet 모드로 나오는 모습. jet 모드 물방울은 다시 초미세 물방울로 분산한다. (사진제공=한국과학기술원)