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연구성과

실용화와 연계될 수 있는 대형 원천기술의 개발
연구성과 주요연구성과

주요연구성과

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마스크의 표면에 오염된 코로나 바이러스를 1분 만에 사멸시켜 마스크 공급 부족 국가와 마스크 잦은 교체가 필요한 의료현장에서 즉시 사용할 수 있는 기술
작성일 20/08/07 (11:11)조회수 176

  • 마스크의 표면에 오염된 코로나 바이러스를 1분 만에 사멸시켜 마스크 공급 부족 국가와 마스크 잦은 교체가 필요한 의료현장에서 즉시 사용할 수 있는 기술

  • 박성수(성균관대학교)

성과개요

연구기관/연구책임자 성균관대학교 / 박성수
과제명 임상시료 병원체 농축, 핵산 정제 및 미세유체 전처리 자동화 시스템 개발
성과개요 코로나바이러스로 오염된 마스크에 기상 오존을 플라즈마 발생기로 처리하여 바이러스 감염능력을 1분 만에 소멸시킬 수 있는 의료 현장 적용 가능 기술을 개발

본 연구성과는 그 파급 효과가 전 세계적일 수 있기에 많은 시간이 소요되는 논문 정식 투고 전에 연구결과를 빠르게 공유할 수 있는 생물학저널 논문 저장소인 BioRvix에 업로드하였음. 현재 논문은 정식 투고를 위해 교정 중에 있음.

성과내용

주요내용

  • - 코로나바이러스 감염력 억제
    오존 가스 처리 후 마스크 표면 묻은 코로나바이러스(HCoV-229E)를 수거한 후 숙주인 동물세포에 배양하여 감염력 억제여부를 확인한 결과, 바이러스의 감염력이 100% 억제됨을 확인함.

    HCoV-229E 마스크 표면 오존가스 처리 조건 HCoV-229E 감염력 (log TCID50)
    오존가스 처리하지 않은 경우 3.0±0.2 (mean±s.d.) (n=4)
    오존가스 처리 (120 ppm, 1 min) 0 (n=3)
    오존가스 처리 (120 ppm, 5 min) 0 (n=3)

    [표] 오존가스 처리 여부 및 오존 처리 시간에 따른 HCoV229 감염력 억제효과

  • - 마스크 주사전자현미경 관찰
    주사전자 현미경(Scanning electron microscopy)을 이용하여 오존가스 처리 전 후로 마스크의 정전기 필터층인 멜트블로운층에 대한 이미지를 얻은 결과, 오존가스 처리 후에도 전혀 손상이 없음을 확인함.

    ▲ 주사전자 현미경(SEM)을 이용한 오존가스 처리 전 후 마스크 정전기필터층 표면 이미지

  • - 정전기 필터링 결과
    마스크 성능은 정전필터에 좌우되는 만큼, 살균 처리를 통해 정전필터의 성능이 처리되기 전 수준을 유지하게끔 해야 살균 기술로서 의미가 있음. 따라서, 정전필터 성능 변화 여부를 확인하기 위해, 코로나바이러스 살균 실험과 동일한 조건에서 5분간 오존 처리를 진행한 KF94 마스크와 오존 처리를 진행하지 않은 KF94 마스크에 대해 분진포집효율(파라핀오일) 시험을 진행함. 시험은 식품의약품안전처 인증의 마스크 시험․검사기관인 FITI시험연구원에 의뢰하여 진행함. 결과, 오존 처리에 따른 정전필터 성능 저하가 없음을 확인함.

    오존가스 살균처리 유무 분진포집효율 %
    오존가스 처리하지 않은 경우 99.2±0.8 (n=3)
    오존가스 처리 (120 ppm, 5 min) 98.5±1.0 (n=3)

혁신성

기존 지식/기술 대비 성과의 차별성 :
  • - 기존 살균기술들은 마스크와 같이 다공성 내부로 침투가 어려운 UV를 이용하거나 알코올과 같은 액체를 사용하여 마스크 손상의 문제가 생기는 반면 본 기술은 살균력이 뛰어난 오존가스를 발생하여 마스크의 다공성 내부까지 살균이 가능한 장점을 지니고 있음.

우수성

세계최고 수준의 성과와 비교 :
  • - 세계적인 저널지인 PNAS 에 게제된 논문 : Paper-based sanitizers에서 Surface DBD Plasma를 사용하여 13 ppm 수준의 ozone을 발생시켰음. 발생시킨 오존을 S. cerevisiae 와 E. coli 에 60 초 오존에 노출시킨 결과 99% 까지 살균한 결과를 보였음. 본 연구에서 사용한 Plasma도 surface DBD Plasma 이며, 저온 대기압인 플라즈마이기 때문에 물리적, 화학적으로 민감한 의료기구의 살균이 가능함. 또한 120 ppm 수준의 높은 오존량을 발생하여 짧은 처리시간에 효율적으로 살균이 가능하다는 장점이 있음.

주요 기능/사양

주요기능/사양 내용세계 최고 수준현재 개발 수준
저온 대기압 플라즈마,
고농도 오존 발생
- 감염 억제력 : 60 초 이내에 마스크 내 모든 바이러스의 감염이 억제됨
- 오존 농도 : 120 ppm
- 플라즈마 처리 후 정전 필터 성능 저하 없음
- 마스크를 재사용 할 수 있는 플랫폼

기대효과 및 향후계획

학술적/기술적 기대효과 오염된 마스크를 1분 만 처리 후 다시 쓸 수 있어 마스크 부족 시 오염이 의심되는 마스크를 본 방법을 통해 순간 살균 후 재착용 가능하기에 매우 실용적이라고 평가됨.
경제적 기대효과 플라즈마 발생기는 현재 제작이 간편하고 수십만원 이하의 저가이며, 그 크기 또한 작기에 병원을 비롯한 의료현장에서 쉽게 구입하여 사용할 수 있음. 또한 본 연구성과는 플라즈마 발생기를 생산하는 국내 기업들이 쉽게 마스크 살균에 적용할 수 있는 현장기술로서, 본 연구결과를 활용하여 마스크에 대한 최적화만 거쳐 해외 수출의 판로를 개척할 수 있을 것으로 기대됨.
기타 기대효과 본 연구결과는 마스크 부족을 겪고 있는 전 세계 많은 나라에서 쉽게 사용할 수 있음.
향후 계획 COVID-19과 같은 전세계 재앙과 같은 사태가 발생 시 현장에 적용할 수 있는 기술들을 빠르게 개발할 수 있는 공학자들, 방역전문가들, 기업연구소 전문가들이 모여 대처방안을 마련할 수 있는 협의체나 포럼을 국가적으로 지원해 주길 희망함.

성과근거자료

주요연구실적

  • SCI 국외 학술지 게재 :
    Lee, J., Bong, C., Bae, P. K., Abafog, A. T., Baek, S. H., Shin, Y. B. & Park, S. (2020). Fast and easy disinfection of coronavirus-contaminated face masks using ozone gas produced by a dielectric barrier discharge plasma generator. medRxiv.
  • 국내언론보도 등 :
    1. SKKU News (2020.5.6.)
    (Kor – https://www.skku.edu/skku/campus/skk_comm/news.do?mode=view&articleNo=81298)
    2. SKKU News (2020.5.6.)
    (Eng - https://www.skku.edu/eng/About/media/news.do?mode=view&articleNo=81299)
    3. 연합뉴스 (2020.5.6.)
    https://www.yna.co.kr/view/AKR20200506092900004?input=1195m
    4. 한국대학신문 (2020.5.6.)
    http://news.unn.net/news/articleView.html?idxno=228929
    5. 의사신문 (2020.5.6.)
    http://www.doctorstimes.com/news/articleView.html?idxno=210829
    6. 메트로신문 (2020.5.6.)
    https://www.metroseoul.co.kr/article/20200506500171
    7. 이투데이 (2020.5.6.)
    http://www.etoday.co.kr/news/view/1891356
    8. 브릿지경제 (2020.5.6.)
    http://www.viva100.com/main/view.php?key=20200506010001055 http://www.viva100.com/main/view.php?key=20200506010001154
    9. 베리타스 알파 (2020.5.6.)
    http://www.veritas-a.com/news/articleView.html?idxno=322284
    10. 대학저널 (2020.5.6.)
    http://www.dhnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=121962
    11. 경기신문 (2020.5.6.)
    http://www.kgnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=583988

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