국내 연구진은 실내 조명에서 나오는 햇빛과 가시 광선으로 필터에 갇힌 공기 중의 미생물을 죽일 수있는 항균 필터를 제안했습니다. 한국 산업 기술 연구원 최동윤 선임 연구원과 세종 대학교 기계 공학과 정재희 교수는 가시 광선을 이용하여 부유 미생물을 살균하는 필터를 개발했다. 이 연구는 ‘Nano Letters’에 게재되었습니다.
실내 조명은 공기 중의 미생물을 죽입니다
미세 먼지와 함께 바이러스, 세균, 곰팡이 등의 미생물이 공중에 떠 있습니다. 기존에는은, 산화 구리, 산화 아연과 같은 무기 항균 물질이나 키토산과 같은 천연 유기 항균 물질을 사용한 항균 필터가 도입되었습니다. 그 효과가 줄어들 것이라는 두려움이있었습니다.
따라서 연구팀은 필터 표면의 주변 미생물에 영향을 미칠 수있는 필터를 고안하고자했습니다. 이에 가시 광선에 노출되면 활성 산소를 생성하는 이산화 티타늄-유기 염료 복합 나노 입자를 제조하고 표면을 개선하여 높은 내습 성과 광화학 살균 성능을 갖도록하였습니다.
대표적인 광촉매 인 이산화 티타늄은 자외선을 흡수 할 때 주변의 산소와 물과 반응하여 미생물을 살균 할 수있는 활성 산소를 생성합니다. 그러나 자외선은 실제 공간에서 사용하는 것으로 제한됩니다. 이에 가시 광선을 이용한 광촉매 활성화에 대한 연구가 있었지만 그 과정이 복잡해 아쉽다.
연구팀은 소수성 표면 개질 된 이산화 티타늄 나노 입자 위에 가시광 반응성 유기 염료를 염색하여 제조 공정을 단순화하고, 단일 에어로졸 공법을 통해 복잡한 섬유 구조의 필터에 3 차원 나노 구조를 형성했다. 이를 통해 우수한 미세 먼지 제거 성능과 수분 안정성을 동시에 확보하면서 활성 산소 발생 효율을 높였습니다.
실제 연구팀이 생산 한 필터는 포도상 구균 표피 용 실내 조명 (2.9mW / cm)입니다.2) 태양 광 (18 ~ 21mW / cm2)에서 4 시간 후 99.9 %, 1 시간 후 99.98 %의 항균력을 나타냈다. 참고로이 단계에서는 다양한 그람 음성균과 양성균에 대해 99 % 이상의 우수한 항균력을 가지고 있음을 확인하였으나 항 바이러스 특성화는 수행되지 않았다. 그러나 실용화를 위해서는 활성 산소 농도에 따른 인체 안전성 평가와 관련하여 활성 산소 발생을 최적화하고 나노 입자 접착 안정성을 향상시키는 연구가 필요하다.
본 연구는 일상 생활에서 햇빛과 실내 조명을 이용한 고효율 광화학 항균 방법을 소개합니다. 가시 광선을 이용하여 활성 산소를 발생시켜 공기 중의 미세 먼지, 유해 가스, 바이러스를 동시에 제거 할 수있어보다 효과적인 마스크 및 공기 청정기 필터 소재로 적용될 것으로 기대된다.
연구팀은 유기 염료의 광분해로 인한 제한된 수명을 극복하고 낮은 조도에서도 우수한 항균성을 달성하기 위해 광 재생 및 광 반응 성능을 향상시키기위한 연구를 계속할 계획입니다.
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