필터에 코팅 가능한 갈륨-구리 합금의 생성 메커니즘. (위 왼편)과 갈륨-구리합금 필터 표면 SEM 이미지 (위 오른편) 및 항균 및 항바이러스 효과를 갖는 필터로의 활용 가능성에 대한 일러스트 이미지(아래). (그림제공:성균관대 김태일 교수) © 뉴스1

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 나왔다.

25일 한국연구재단에 따르면 성균관대 화학공학과 김태일 교수 연구팀이 △미국 노스캐롤라이나주립대 Michael Dickey교수 연구팀 △호주 RMIT대학 Vi Khanh Truong 박사 연구팀과 공동으로 기계적 특성이 우수하며 항균·항바이러스 효과가 뛰어난 기능성 소재가 코팅된 섬유 필터를 개발했다.

기존 다공성 필터를 이용한 선택적 여과나 정전기적 흡착 방식은 병원체를 제거하는 것이 아닌 걸러내기 위한 것으로 필터 표면의 오염문제가 남는다.

이에 연구팀은 액체 금속인 갈륨을 도입, 구리의 항균·항바이러스 효과는 높이는 한편 보다 균일하고 안정적인 코팅에 성공했다.

섬유와 친화력이 뛰어난 액체 갈륨을 섬유에 분사한 후, 이들 갈륨과 구리 이온과의 자발적 화학반응을 유도해 그 위에 갈륨-구리 합금 소재를 형성한 것이다.

나아가 COVID-19과 99% 동일한 구조체의 휴먼 코로나 바이러스를 대상으로 만들어진 코팅 필터의 항바이러스 효과를 확인했다.

그 결과, 갈륨-구리 합금이 코팅된 섬유에 배양한 바이러스는 5분 내 99.99%가 사멸됐다.

판지 소재에서 24시간, 플라스틱과 스테인리스강 표면에서 2~3일, 구리 재질 표면에서 4시간 후 사멸된 것에 비해 크게 단축된 것이다.

기능성 소재 코팅된 섬유 특성 평가와 항박테리아 및 항바이러스 효과(그림제공:성균관대 김태일 교수)© 뉴스1

코팅 안정성도 높아졌다.

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 나타났다.

특히, 비교적 경제적이고 단순한 용액공정으로 코팅이 이뤄진다는 것이 장점으로 꼽히고 있다.

김태일 교수는 “미생물이 구리 이온을 대사시키면 세포막에 구멍이 나 세포사멸을 돕는 활성산소가 유입된다”며 “또 미생물 증식에 필요한 철 이온과 유사한 갈륨 이온을 흡수하는 것 역시 복합적으로 작용해 항바이러스 효과가 강화되는 것”이라고 설명했다.

한편, 이번 연구성과는 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 9월23일자 온라인판에 게재됐다.