- 1g/m2 적은 양의 코팅으로 바이러스 사멸 효과와 함께 다양한 색 구현 가능

- 의료소재, 가전, 건자재 등 다양한 산업 분야에서 활용 기대

코로나19 이후로 엘리베이터 버튼이나 대중교통 손잡이 등에 항바이러스 필름이 붙어있는 모습이 이제는 익숙하다. 그런데, 일반적인 항바이러스 필름은 항바이러스 기능성 금속 입자를 고분자와 함께 섞어 제작하므로 제작 과정에서 금속 입자의 극히 일부분만 표면에 드러난다. 이 때문에 이 필름들이 바이러스로부터 우리를 지켜줄 것이라는 믿음과는 달리 실제 필름 표면의 접촉에 의한 항바이러스 효과는 크지 않았다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 물질구조제어연구센터 조소혜 박사와 연구동물자원센터 이승은 박사 공동연구팀이 항바이러스 표면의 활성을 극대화할 뿐 아니라 다양한 색까지 구현할 수 있는 나노코팅 기술을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 졸겔법을 이용해 실리카 코팅층을 다양한 표면에 형성한 후 은(Ag)을 포함한 수용액을 이용해 은 나노입자(Ag nanoparticle)를 실리카층 표면에 코팅하는 방법으로 효과적인 항바이러스 및 항균 효과를 보이는 표면을 개발했다. 은 나노입자는 바이러스 표면의 단백질과 결합해 바이러스의 구조와 기능을 파괴함으로써 감염 능력을 제한하고 세포에 침투하는 것을 어렵게 만드는 역할을 한다.

기존의 항바이러스 필름은 항바이러스 기능성 금속 입자가 박막 내부에 침투되어 있어 바이러스와의 접촉이 어려웠는데, KIST 연구팀이 개발한 기술은 은 나노입자가 박막의 표면에 위치해 적은 양으로도 높은 활성을 보였다. 코로나바이러스의 유사체로 개발된 렌티 바이러스를 이용해 바이러스의 사멸 속도를 실험한 결과 상용 필름 대비 2배 이상의 빠른 바이러스 사멸 효과를 보였다. 그뿐만 아니라, E. coli 박테리아에 대한 항균 실험에서는 24시간 내 박테리아를 완전히 박멸하는 결과를 얻기도 했다. 개발된 항바이러스 코팅 기술은 그 코팅층의 두께를 달리해 빛의 간섭을 제어함으로써 다양한 색을 제공할 수 있다는 부가적인 장점도 있다.

KIST 조소혜 박사는 “이번 금속 나노입자 코팅 기술은 1g/m2 미만의 적은 코팅으로도 상용제품보다 높은 항바이러스 및 항균 효과를 보여 산업화 가능성이 매우 높다”라며, “의료소재, 가전, 건자재 등 다양한 산업 분야에서 항바이러스‧항균 효과를 구현해 미생물 관리 및 감염예방에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 기대했다.

[그림 1] 시중에서 사용되는 항바이러스 필름 구조와 개발한 항바이러스 컬러나노코팅 구조의 비교

[그림 2] 졸겔법을 이용한 실리카 코팅층 형성 및 은(Ag) 전구체 용액으로부터 in-situ환원법으로 은 나노입자를 실리카층 표면에 도입 과정

[그림 3] 은 나노입자가 표면에 잘 드러난 실리카층 SEM/TEM 분석 결과

[그림 4] 상용 은나노 필름 대비 기 개발 표면의 항바이러스 효과 비교

[그림 5] 상용 은나노 필름 대비 기 개발 표면의 항박테리아 효과 비교

[그림 6, 6-1, 6-2] 항바이러스 코팅의 두께에 따른 광학현상으로 다양한 색 발현 결과

○ 논문명: In Situ Metal Deposition on Perhydropolysilazane-Derived Silica for Structural Color Surfaces with Antiviral Activity

○ 학술지: ACS Applied Materials and Interfaces

○ 게재일: 2023.11.09.(온라인)

○ DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.3c12622

○ 논문저자

     - 버락 다르야 박사과정 학생연구원(제1저자/KIST 물질구조제어연구센터)

     - 조소혜 책임연구원(공동저자/KIST 지속가능환경연구단)

     - 이승은 선임연구원(교신저자/KIST 연구동물자원센터)