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최근 COVID19이 심각한 수준으로 확산되면서 다중이용시설의 사용에 대한 공포가 커지고 있습니다. COVID19 바이러스는 체외로 배출된 후 공기 중에서는 3시간 이내에 사멸하지만 천과 나무 표면에서는 1일, 유리에서 2일, 스테인리스와 플라스틱에서는 4일까지 생존이 가능하다고 하는데요. 감염자가 사용한 다중이용시설의 손잡이, 키패드, 버튼 등을 통해 2차 감염이 일어날 가능성이 높아진다는 거죠.
포스트 코로나 시대, 접촉에 대한 공포가 커지는 만큼 바이러스의 확산을 막기 위한 표면소재도 개발되고 있는데요. 어떤 것이 있을까요? 첫 번째로 소개드릴 소재는 구리입니다. 사실 구리의 항균성, 항바이러스성은 이미 널리 알려진 사실이었는데요, 구리 이온이 바이러스에 물리적으로 접촉하면 바이러스 표면에 흠집을 낼 수 있는 반응성 이온을 방출하게 되고, 이 이온들이 바이러스 내부로 침투해 유전물질에 교란을 유발해 사멸시키는 원리입니다. 다만 가격이 비싸고 청소 및 관리가 어려운 문제가 있어 기존에는 널리 사용되지 않았는데요, 미국 질병통제센터(CDC), 국립보건원(NIH), 프린스턴대, UCLA가 공동 연구를 통해 구리 표면에서 COVID19 바이러스가 1시간 이내에 절반 이하로 감소하고, 최대 4시간 이내에 사멸한다는 점을 밝혀내는 등 COVID19 바이러스에 효과적으로 대응할 수 있다고 확인되면서 적용이 확대되고 있습니다.
대표적인 형태는 바로 필름인데요, 최근 엘리베이터 버튼, 문 손잡이 등에 붙어있는 걸 종종 보셨을 겁니다. 다중이용시설의 버튼 등을 단시간 내에 모두 교체하기는 어려우므로 기존 표면에 손쉽게 부착할 수 있는 반투명한 필름 소재가 각광받고 있는 거죠. 특히 국내 기업들의 활약이 두드러집니다. 40년간 구리를 생산해 온 유성금속의 계열사, 유성 트랜스 글로벌은 2009년 신종플루의 대유행 이후 항바이러스 소재에 관심을 갖고 2011년 항균 구리 필름 ‘닥터 씨유’를 개발했는데요. 개발 시점에는 크게 주목받지 못했지만 이번 COVID19으로 인해 매출이 폭발적으로 성장하고 있고요, 국내 스타트업인 클린 씨유는 기존 연구에서 확인된 구리의 항바이러스 효과는 함량 70% 이상의 합금에 대한 것이니만큼, 투명한 필름 형태로 가공했을 때 성능이 유지되는지 의문을 가지고 고려대학교 의과대학 바이러스병 연구소와 임상시험을 진행했는데요, 그 결과 세계 최초로 항균 구리 필름의 항바이러스 효과를 입증하고, 사용 안전성에 대해서도 미국 FDA 승인을 획득하면서 주목받고 있습니다.
한편 이스라엘 밴 구리 온대학 Angel Porgador교수 연구팀은 필름보다 더 사용성이 좋은 구리 응용소재 개발에 도전했습니다. 바로 코팅제인데요, 구리를 비롯한 다양한 금속을 나노입자로 가공하여 액상으로 만든 것입니다. 액체인 만큼 평평한 표면에만 적용이 가능한 필름과 달리 다양한 형태의 표면에 도포하거나 분사하여 활용할 수 있는데요, 금속 이온의 방출이 단계적으로 이루어져 수주에서 길게는 수개월에 이르기까지 항바이러스 효과를 유지할 수 있습니다. 또한 나노 입자인 만큼 표면적 대비 부피 비율이 높아 상대적으로 적은 양의 금속으로 효율적인 적용이 가능하다는 장점도 있죠. 아직은 실험실 수준의 결과지만 투자가 집중되고 있는 만큼 곧 실생활에서도 만나보실 수 있을 것 같습니다.
앞서 소개드린 구리 소재가 직접 바이러스를 공격해 사멸시키는 형태였다고 하면, 미생물이나 바이러스의 흡착을 방지하는 동물의 생체 구조에 착안해 물리적으로 항바이러스 성능을 구현한 소재도 있습니다. 상어는 여타 해양생물과 비교했을 때 매끈하고 흠이 없는 표면을 유집합니다. 이는 상어 가죽에 독특하게 정렬된 수백만 개의 마이크로 패턴이 박테리아의 부착을 방지하기 때문인데요. 세계적으로 유명한 소재 공학자이자 플로리다 대학 종신 교수인 Anthony Brennan는 이점에 주목해, 상어 가죽의 마이크로 패턴을 모사하여 세균 및 바이러스의 흡착을 막는 Sharklet 소재를 개발했습니다. Sharklet은 소재 자체의 종류에 상관없이 표면의 형태를 가공하는 것이기 때문에 기존의 사출 성형, 주형, 압출 등 생산 공정에 적용될 수 있다는 점에서 더욱 주목받고 있는데요, 연구팀은 나노미터 수준까지 가공이 가능한 3D 프린터를 통해 보다 다양한 애플리케이션에 적용할 수 있도록 개선하는 것을 다음 목표로 삼고 있습니다.
한편 호주 RMIT대학의 분자 생화학자인 Elena Ivanova는 매미 날개의 형태에 주목했습니다. 매미의 날개는 박테리아 세포가 표면에 정착하고 자라는 것을 방지하는 미세 스파이크가 표면에 박혀 있는 형태인데요. 이로 인해 자연계에서의 다양한 박테리아의 공격으로부터 자신을 보호할 수 있죠, 연구팀은 다양한 소재를 나노 단위에서 정밀 가공하여 매미 날개의 구조를 모사해 바이러스가 흡착할 수 없는 표면을 구현하고자 시도하고 있는데요. 바이러스의 종류에 따라 적합한 표면의 패턴, 밀도, 소재 등이 달라져야 하고요, COVID19을 타깃으로는 그래핀과 티타늄 합금에 주목해 개발을 진행하고 있습니다. 이와 같은 생체 모방 소재들은 물리적으로 바이러스의 흡착을 방지하는 것이기 때문에 반영구적으로 활용할 수 있다는 장점이 있고요, 화학약품 기반의 방역 시에 야기될 수 있는 내성을 가진 병원균, '슈퍼버그'의 출현을 방지할 수 있다는 점에서 더욱 주목받고 있습니다.
COVID19이 불러온 글로벌 팬데믹은 우리 삶의 많은 부분을 바꿔 놓고 있습니다. 불특정 다수에게 노출된 표면에 대한 공포 역시 단시간 내에 사라지지는 않을 것으로 생각되는데요, 바이러스의 전파로부터 삶을 지키기 위해 우리 주변의 ‘표면’이 어떻게 바뀌어 갈지 관심을 갖고 지켜보시면 좋을 것 같습니다. 감사합니다.