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[오피니언] 코로나-19 방어용 마스크를 안전하게 재사용하기 위한 살균방법에 관한 고찰
박일영(비회원)
  (2020-03-10 22:12)
 

코로나-19 방어용 마스크를 안전하게 재사용하기 위한 살균방법에 관한 고찰

1. 마스크의 구조와 미세입자 차단의 원리

현재 일반인에게 권장되는 마스크는 0.6 마이크로미터 (1 마이크로미터는 1/1000 밀리미터) 크기의 입자를 약 80% 차단하는 효과를 보이는 KF80 등급 마스크이다. 작은 입자를 거르기 위해서는 그보다 더 작은 크기의 구멍을 가지고 있는 거름망을 사용하면 된다. 그러나 구멍이 작으면 통과할 수 있는 공기량도 작아서 0.6 마이크로미터보다 작은 구멍을 가진 거름망으로 마스크를 만들면 숨을 제대로 쉴 수가 없다. 그래서 비교적 공기가 원활하게 통과하는 크기의 틈새를 가진 재료를 사용해야 하는데, 마스크의 필터로 사용되는 부직포는 가늘게 뽑은 플라스틱 재료의 섬유들을 얼기설기하게 겹쳐서 엉겨 붙인 것으로서 이불솜과 비슷한 구조를 가진다. 부직포의 엉긴 섬유 구조가 공기의 흐름을 방해하고 난류(turbulent flow)를 일으켜서 섞여 들어온 입자들이 섬유에 이리저리 부딪히게 됨으로서 미세입자의 제거를 돕는다.

하지만 이렇게 만든 부직포의 평균 구멍크기(틈새)는 약 6~10 마이크로미터 정도인데 (아래 참고문헌 1), 이 틈새로 공기가 지나간다면 틈새보다 작은 입자는 걸러지지 않고 그냥 통과할 것이다. 이 틈새보다 작은 입자들을 거르기 위해서 1995년 이후 마스크에도 정전기에 의한 집진 원리를 이용하기 시작했다 (참고 2). 고압의 직류전극 사이에 부직포를 통과시키면 방전된 이온에 의해 섬유에 전하가 부착되는데, 부직포 섬유의 재료인 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 등은 플라스틱이며 절연체라서 부착된 전하가 쉽게 이동하거나 도망가지 못한다. 인조섬유로 된 옷을 벗을 때 타닥거리고 튀는 정전기도 섬유가 절연체라서 마찰전하가 도망가지 못하고 섬유에 부착되어 있었기 때문인데, 이 정전기에 의한 스파크는 전하량이 작을 뿐이지 전압은 수천 볼트에 이른다. 섬유에 부착된 전하에 의해 유도된 약 수백~천 볼트의 전기장(참고 3)은 호흡하는 공기에 섞여 들어온 입자, 특히 극성 입자들을 끌어당겨 부직포의 섬유에 흡착시킨다. 스티로폼을 칼로 자르다 보면 작은 스티로폼 조각들이 옷에 후드득 달라붙어 털어도 쉽게 떨어지지 않는 것과 같은 원리로 보면 된다. 일회용 마스크는 보통 여러 층으로 되어 있는데, 그 중 이렇게 정전하가 입혀진 부직포 층을 정전필터(electret filter)라고 한다.

2. 어떤 마스크를 언제 사용할 것인가?

기침을 하면 다양한 크기 침방울이 나온다. 기침과 재채기가 다르고, 사람마다 호기를 밀어내는 힘과 양이 다르기 때문에 연구진에 따라 이견은 있지만, 한 연구보고에 의하면 사람이 기침을 할 때 분무되어 나오는 물방울들의 평균크기는 0.62~15.9 마이크로미터 (최빈값은 8.35) 범위의 분포를 보인다고 보고하고 있다 (참고 4).

비말감염(droplet infection)과 공기감염(airborne infection)은 감염원(기도 삼출액의 분무 물방울)의 크기를 기준으로 나누는데, 직경 5 마이크로미터 보다 큰 분무방울(이하 비말로 지칭)로 감염되는 경우 비말감염으로 분류하고, 5 마이크로미터 보다 작은 분무방울(이하 에어로졸로 지칭)로도 감염되는 경우를 공기감염으로 분류한다 (참고 5). 비말은 무거워서 멀리가지 못하고 환자 주위(실내공기 중에서 주변 약 2 m 이내)에 가라앉게 되어 주로 근거리 밀접접촉 감염을 일으키지만, 에어로졸은 공기 중에 부유하여 멀리 떠 갈 수 있어 근거리는 물론, 원거리 비접촉 감염을 일으킬 수 있어 더 문제가 되기 때문이다. 코로나 바이러스에 의한 질환은 일반적으로 비말감염으로 분류된다. 하지만 오염된 공간에 오랜 시간 노출되거나 해야 하는 등의 상황에서는 에어로졸에 의한 공기감염의 가능성도 완전히 배제하지는 못한다.

마스크가 바이러스 크기의 입자를 거를 수 있어야 감염을 막을 수 있을 것이라는 느낌에서 오는 걱정이겠지만, 마스크에 대한 일반적인 오해 중의 하나는, KF80 또는 KF94의 방역 마스크는 바이러스를 효과적으로 차단할 수 있다고 생각하면서, 수술용 마스크나 면 마스크는 바이러스에는 아무 소용이 없을 것이라는 인식일 것이다. 실제 코로나 바이러스 입자의 크기는 약 0.12~0.15 마이크로미터이다. 따라서 0.6 마이크로미터 크기의 입자를 약 80% 거르는 KF80은 물론, 94%를 거르는 KF94 마스크라도, 코로나 바이러스 입자는 걸러낼 수 없다. 그런데도 이런 마스크가 감염을 차단하는 효과를 가지는 이유는, 마스크로 걸러내는 것은 바이러스 입자 자체가 아니라 바이러스 입자가 포함된 비말이나 에어로졸이기 때문이다.

바이러스가 인체에 침투해서 감염을 일으키기 위해서는 어느 정도 숫자 이상의 바이러스 입자가 필요하다는 것이 감염의 정설이다. 사람에게는 왠만한 침입자를 스스로 막아낼 수 있는 선천성 면역(innate immunity)이 있기 때문이기도 하고, 스스로 움직일 수 없는 바이러스 역시 인체의 여러 세포 중 자신이 결합할 수 있는 특정세포와 접촉되어야만 침입이 가능하기 때문이다. 어느 감염자의 기도 삼출액(가래나 침)에 일정 농도의 바이러스 입자가 들어있다고 가정하자. 이 기도 삼출액이 분무되어 큰 물방울과 작은 물방울로 분산될 때, 바이러스 입자가 각 물방울에 포함될 확률, 또는 포함될 수 있는 바이러스의 수는 물방울의 크기에 따라 완전히 다르다. 물방울의 직경이 10배 커질 때 부피는 1000배로 증가하므로, 어느 감염자로부터 방출된 직경 0.6 마이크로미터의 에어로졸하나에 1개의 확률로 바이러스 입자가 들어있을 경우, 동일한 감염자로부터 방출된 직경 6 마이크로미터의 비말하나에는 1000개의 바이러스 입자가 들어있게 될 것이다. 오염된 환경에 오랜 시간 노출되어 에어로졸이, 예를 들어, 1000개가 내 몸에 들어온다면, 비말 하나가 내 몸에 들어오는 것과 비슷한 위험도로 생각해 볼 수 있다.

따라서 에어로졸보다 비말을 막는 것이 훨씬 더 중요하다. 오염된 공간에 오랜 동안 노출되거나 해야 하는 등의 상황에서는 에어로졸도 차단할 필요가 있기 때문에 KF80, KF94, N95 등의 방역용 마스크가 필요하다. 그런데 수술용 마스크(surgical mask)도 세균이나 바이러스가 포함된 3 마이크로미터 크기의 에어로졸을 99.9% 막을 수 있도록 설계되어 있다는 점은 잘 알려져 있지 않은 듯하다 (참고 6). 당연한 일이지만, 그래야 수술실에서 의료진의 호흡에 혹시 섞여 나올지 모르는 세균이 환자의 열려 있는 수술 부위에 침입하거나, 환자가 보유하고 있을지 모르는 감염원이 의료진을 위험에 빠뜨리지 않을 것 아닌가? 방역용 마스크로 가능하면 작은 크기의 에어로졸까지 막는 것이 더 좋을 수 있다는 점을 부정하지 않는다. 하지만 수술용 마스크로도 비말뿐만 아니라 에어로졸도 어느 정도 차단할 수 있으므로, 오염이 분명한 상황에 노출되는 일이 아닌 경우에는, 수술용 마스크로도 비말감염을 차단하는 효과를 충분히 기대할 수 있음을 강조하고 싶다. 안경을 쓰는 사람들이 마스크를 착용하면 안경에 김이 자주 서리는 사실에서 알 수 있듯, 사실 방역용 마스크도 집진필터를 통과하지 않고 직접 코로 들고나는 누설이 있을 뿐더러 (가장 고급의 KF99 방역마스크도 5% 이하의 누설률이 허용된다), 0.6 마이크로미터 보다 작은 에어로졸은 제대로 차단하지 못한다. 이론적으로는 0.5 마이크로미터의 구형 에어로졸 하나에 0.15 마이크로미터의 코로나 바이러스 입자는 최대 15개까지 포함되어 있을 수 있다.

3. 마스크 부족 사태와 일회용 마스크의 재사용 가능성을 타진한 연구 결과들

호흡기 전염병인 코로나의 전염을 막는데 마스크는 중요하다. 그러나 마스크는 상시 사용품이 아니기 때문에, 모든 국민이 동시에 사용할 수 있을 수량을 생산할 수 있는 설비는 어느 국가에도 갖추어져 있지 않다. 국내 생산량이 모자라면 수입으로 보충하는 게 일반적이지만, 지금은 세계 각국의 사정도 모두 마찬가지이다. 오천만의 인구에 하루 천 삼백만개의 마스크 공급량으로는, 아무리 보급이 원활해도 국민 개개인에게는 며칠에 한 개 밖에 배당되지 않는 건 어쩔 수 없는 일이다. 또한 세계의 감염자가 빠르게 증가하고 있는 것을 감안할 때, 이 사정은 당분간 달라지지 않을 듯하다.

WHO가 일회용 마스크를 재사용하지 않도록 권고하는 건 사실이다. 그러나 미국이나 유럽 쪽의 문화는 사람의 얼굴을 가리는 마스크에 친숙하지 않으며, 의료진이나 환자의 특별한 경우가 아니면 마스크를 착용하지 않는다. 따라서 WHO의 권고는 일반인이 아닌, 병원의 의료진과 환자 또는 이들을 접촉해야 하는, 감염의 위험이 높은 사람들의 마스크 사용에 해당하는 권고임을 감안할 필요가 있다. 마스크를 구하기가 어려워지다 보니 여러 가지 재사용에 관한 아이디어가 인터넷에 등장했다. 일회용 마스크의 재사용을 고려할 때 해결되어야 하는 점은, 1) 사용한 마스크에 혹시 부착되어 있을지 모르는 바이러스를 효과적으로 살균하는 것과 2) 재사용 처리한 마스크의 미세입자 차단능력이 그대로 유지되고 있는지에 대한 판단일 것이다. (‘바이러스의 감염력을 없애는 것을 편의상 이 글에서는 살균으로 표현한다.)

2009년 신종플루가 전 세계적으로 유행하면서 미국에도 일회용 마스크의 부족 사태가 발생하면서, 미국 산업안전보건원(NIOSH, National Institute for Occupational Safety and Health), 국방부(Department of Defense) 등의 지원으로 미국의 연구자들이 일회용 마스크의 재사용을 위한 살균처리 방법을 찾고자 수행한 연구들이 있다. 그중 몇 가지 연구들과 그 결과를 되짚어 보면서, 우리나라 가정에서 어렵지 않게 적용할 수 있을 마스크 재사용을 위한 소독법을 고민해 보고자 한다.

2009Viscusi 등은 N95 보건용 마스크를 자외선 살균, 에틸렌옥사이드 살균, 과산화수소 기체 살균, 전자렌지(microwave) 살균, 염소계 산화제 살균의 5가지 방법으로 처리할 때의 미세입자 차단능력의 저하 여부를 연구하여 보고하였고 (참고 7), 2010Bergman 등은 위의 결과를 참고하여 반복 처리의 효과를 보고자 자외선, 에틸렌옥사이드, 과산화수소 액체, 과산화수소 플라즈마, 과산화수소 증기, 전자렌지와 물을 이용, 염소계 산화제, 수증기 저온 살균(pasteurization)의 방법을 3회 반복한 후에도 미세입자 차단 능력이 계속 유지되는지를 분석하였다 (참고 2). 한편 2011Fisher등은 미국의 가정에서 유아 젖병의 살균방법으로 이용되는 ‘microwave steam bag'에 넣어 전자렌지로 처리할 때의 바이러스의 살균 효과와 미세입자 차단능력의 변화 여부를 관찰하였고 (참고 8), Lore등은 자외선, 전자렌지와 물, 수증기 저온 살균의 3가지 방법으로 살균할 때 각각의 방법에서 마스크에 부착시킨 인플루엔자 바이러스가 정말로 살균되면서 미세먼지 차단능력은 유지되는지를 실험하였다 (참고 9),

이 글의 목적은 우리나라 일반 가정에서 어렵지 않고 안전하게 시행할 수 있는 적당한 살균 방법을 찾아보는 것인데, 필자의 판단으로는, 위의 연구자들이 시도한 여러 방법들을 우리나라 가정에 그대로 적용하기에는 어려울 것으로 보인다. 우리나라 일반 가정들은 마스크에 적용할 만한 자외선 살균기를 가지고 있지 않으므로 자외선 살균 방법은 논외로 할 수 밖에 없으며, 또한 에틸렌옥사이드, 과산화수소, 염소계 산화제 등의 화학 약품에 의한 살균 역시, 일반 가정에서 할 수 있을 만큼 안전한 방법이 아니며 살균성 유해물의 잔유물이 남아 있을 수 있어서 논외로 한다. 남은 두 방법인 전자렌지 가열과 수증기 저온 살균에 대해서 과학적 타당성과 논문에서의 실제 실험 결과를 비교 검토해 본다.

4. 코로나-19 원인 바이러스의 열 저항성, 마스크 정전필터의 안정성과 그에 따른 재사용 목적 살균 방법의 적정성

지금 문제가 되고 있는 코로나-19의 원인 바이러스는 SARS-CoV-2로 명명되어 있다. 현재 이 바이러스의 특성이 완전히 파악되지는 않았지만, 유전자의 서열, 단백질의 상동성(homology) 등으로 비교할 때, 이 바이러스는 2003년 유행한 SARS의 원인 바이러스와 매우 유사하다고 보고되어 있다 (참고 10). 코로나 바이러스는 바이러스의 돌기(spike)가 숙주세포의 노출된 특정 단백질에 결합되어야 감염을 일으킬 수 있는데, 이 돌기는 단백질이어서 열이나 에탄올 등에 의해 변성되면 숙주세포에 결합하지 못하게 되어 감염력을 잃는다. SARS의 원인 바이러스는 열에 약하여 섭씨 60도에 30분간 노출되면 살균된다고 보고되어 있다 (참고 11). 코로나-19 바이러스의 열에 대한 저항성은 아직 보고되지 않았지만, 단백질의 상동성으로 추론할 때 SARS 바이러스와 거의 비슷할 것이라고 유추할 수 있다.

한편 마스크의 미세입자 차단의 핵심 영역인 정전필터의 재질은 대부분 폴리프로필렌(polypropylene, PP)이다. 폴리프로필렌은 열가소성 플라스틱이지만 비교적 열에 강하여 (녹는점 섭씨 130~171) 물 속에 넣어 끓이거나 전자렌지의 전자파 가열에도 변형되지 않고 안정하여 햇반의 용기로 사용되는 물질이기도 하다. 폴리프로필렌은 전자렌지의 전자파에 반응하지 않고 전자파를 그대로 통과시키기 (전자파에 투명) 때문에 가열되지 않으며, 또한 소수성이어서 물에 젖지 않는다. 표면이 깨끗한 폴리프로필렌 필름 위에 물을 떨어뜨리면 물이 젖어들지 못하고 방울방울 구르는 모습을 볼 수 있다. 마스크를 착용하면 내쉬는 호기 중의 습기에 계속 접촉되기 때문에, 마스크의 미세입자 차단능력이 고농도의 습기에 손실되지 않아야 하므로 마스크의 재료로 습기에 젖어들지 않는 소수성 물질을 사용하는 것이다. KF 방역마스크의 규격 기준도 섭씨 38도의 온도와 85%의 상대습도에서 24시간 방치한 후에도 미세입자 차단능력의 변화가 없음을 확인하도록 되어 있다 (참고 12).

정전필터의 섬유에 실린 전하는 몇 년간 유효하다. 도체와 접촉하면 접촉점의 전하는 잃지만 접촉되지 않은 위치의 전하는 잃어버리지 않는다. 플라스틱 섬유가 부도체라서 전하가 자유롭게 이동할 수 없기 때문이다. 소금(NaCl)은 전해질로서 소금 용액은 도체인데, 미국과 우리나라의 보건용 마스크의 미세입자 차단율의 시험방법으로 소금물 에어로졸을 사용하는 것도 공기 중에 부유하는 이온성 도체 입자와의 접촉으로 전하를 잃어 미세입자 차단효율이 저하될 수 있는 경우를 고려하는 것이라 볼 수 있다. N95 마스크의 경우, 소금 5 mg에 해당하는 소금물 에어로졸을 통과시키는 실험 1~2 회로는 미세입자 차단효율의 감소가 보이지 않았지만, 1회씩 수 주에 걸쳐 반복적으로 통과시키면 일부의 마스크에서 차단능력이 95% 이하로 조금 낮아졌다는 연구결과가 보고되어 있다 (참고 13).

1) 전자렌지를 이용한 살균 - 코 모양을 잡아주는 철사의 문제

전자렌지(microwave)는 물 분자의 열진동 에너지에 공명하는 2.45 GHz의 전자파를 조사하여 음식을 매우 효과적으로 가열한다. 물 분자의 가열에 촛점이 맞추어져 있으므로, 비극성 분자로 이루어진 물질들은 전자렌지의 전자파에 거의 반응하지 않는다. 사기그릇에 담긴 찬 밥을 전자렌지에 넣고 돌리면 밥은 뜨거워지지만 사기그릇은 아직 뜨겁지 않은 이유이다. 물론 오랜 시간 돌리면 밥의 열이 그릇에 전도되어 그릇도 뜨거워진다.

물이 완전히 건조된 상태에서도 감염력을 가지는 병원체가 아닌 한, 살아있는 바이러스 입자는 습윤되어 있으며, 특히 환자의 기도에서 방출된 바이러스 비말이나 에어로졸에는 물 분자가 다량 포함되어 있기 때문에 전자렌지의 전자파는 바이러스의 살균에 대단히 효과적이다. 코로나 바이러스는 아니지만 4 종류의 바이러스를 전자렌지의 전자파에 20초간 노출한 결과 바이러스들의 감염력이 모두 사라졌다는 실험 결과가 보고되어 있다 (참고 14). 위의 Lore 등은 N95 마스크에 인플루엔자 바이러스를 부착시키고 소량(50 mL)의 물을 넣은 플라스틱 용기 위에 얹은 다음 전자렌지에 넣어 2분간 작동시켰을 때, 마스크의 바이러스가 효과적으로 제거 (successfully decontaminated) 되었다고 보고하고 있다 (참고 9). 미국의 ‘microwave steam bag'은 전자렌지에 사용가능한, 압력이 높아지면 수증기가 새나올 수 있는 작은 구멍이 뚫린 플라스틱 봉지이다. 이 봉지에 소독하려는 젖병 등과 소량의 물을 넣고 지퍼를 닫은 다음 전지렌지에 넣어 3분간 가열하여 소독시키는 방법으로 사용한다. Fisher 등은 시판되고 있는 ‘microwave steam bag'에 바이러스를 부착시킨 마스크를 넣어 130초간 작동시키면, 부착된 바이러스의 99.9%를 살균시키면서 미세입자 차단능력은 계속 유지하고 있음을 보고하고 있다. 참고로 필자의 간단한 테스트에서는 약 50 mL의 물을 플라스틱 용기에 넣어 전자렌지로 2분간 가열할 때, 1분 후에는 물이 끓어오르기 시작하였다. 한 가지 더 눈여겨 볼 점은 이 연구자들은 봉지에 마스크를 넣을 때, 봉지 아래의 같이 넣은 물에 마스크의 일부가 그냥 잠기도록 하여 (partially submerged) 실험하였다는 점이다. 전자렌지의 전자파를 조사한 직후에는 마스크의 모델에 따라 약 10 그램의 정도의 수분이 흡수된 마스크들도 있었고, 거의 흡수되지 않은 마스크들도 있었으나, 건조 후에는 이들 모두 규정에 적합한 미세입자 차단 능력을 보여주었다 (참고 8).

* 절대로 잊지 않아야 하는 전자렌지의 주의사항

전자렌지를 이용한 살균 방법은 짧은 시간 내에 가능하고, 우수한 살균 능력에 더하여 미세입자 차단 능력을 유지하는 데에도 매우 우수하나, 절대로 잊지 않아야 할 주의점이 하나 있다. 그것은 인체의 코 모양을 맞추어 주기 위해 마스크에 넣은 가느다란 철사 조각인데, 금속의 자유전자는 전자파에 반응하기 때문에 전자렌지에 넣어 가열하면 철사에서 고압의 전기 불꽃이 튀어 화재가 발생할 수 있다. 전자렌지에 마스크를 직접 넣어 작동시킨 Viscusi의 실험에서도 2개의 시료에서 불꽃이 튀어 철사 부분이 탔다 (참고 7). 따라서 전자렌지를 이용하기 위해서는 전자렌지에 넣기 전, 작은 틈을 잘라 열어 마스크의 철사를 빼내어야 하며, 마스크를 다시 사용하기 위해서는 살균 후 철사를 제자리에 다시 넣어주어야 한다. 코의 모양에 맞추어 안면에 제대로 밀착시키지 못하는 마스크는 하나 마나이기 때문이다.

Lore 등과 Fisher 등은, 소량의 물을 마스크와 함께 넣어 전자파를 조사했기 때문에, 마스크의 철사에는 전기불꽃이 발생할 만큼 에너지가 전달되지 않아, 철사를 빼지 않은 마스크도 괜찮았다고 기술하고 있다 (참고 8, 9). 그러나 전자렌지의 모델에 따라 출력도 다르고, 가열하는 시간에 따라 전달되는 에너지의 양이 달라지므로, 철사를 빼내지 않고 전자렌지를 이용하는 것은 소량의 물을 함께 사용하든 그렇지 않든, 필자로서는 권장하지 않는다. 전자렌지에 전기불꽃이 튀면 매우 위험하다.

인터넷에 떠도는 일설로는 전자렌지로 가열하면 정전필터의 구조가 파괴되어 못쓰게 된다고 한다. 그러나 필자의 간단한 테스트에서 철사를 빼고 전자렌지로 3분간 가열한 후의 KF80 마스크와 수술용 마스크들은, 마스크를 올려둔 유리 용기는 맨손으로 만지기 어려울 정도로 뜨거워졌음에도 불구하고, 마스크 자체는 미적지근할 뿐 온도가 올라가지 않았다. 가열 후의 마스크 안면부의 각 층을 현미경으로 400배까지 확대하여 관찰하였을 때도, 가열하지 않은 시료에 비하여 어떠한 구조의 변화도 찾을 수 없었다. 전자렌지로 가열한 Lore 등과 Fisher 등의 실험에서도 미세입자 차단 능력에는 변화가 없었다.

그런데 마스크에서 철사를 빼내야만 하는 문제 때문에, 사용한 마스크를 손으로 만지는 동안에 혹 부착되어 있을 수도 있는 바이러스 비말을 직접 접촉할 위험이 있어서, 전자렌지로 살균하는 방법은 권하고 싶지 않다. 필자의 간단한 테스트에서는, 마스크의 부직포들이 매끄럽지 않아 빼낸 철사를 살균 후에 다시 끼워 넣는 것도 쉬운 일이 아니었다.

2) 수증기 저온 살균

SARS의 원인 바이러스가 섭씨 60도에서 30분간 가열하면 감염력을 거의 잃는다면 (참고 11), 유전적 특성이 거의 같은 코로나-19의 원인 바이러스도 그럴 것이라고 보는 것이 과학적으로 합리적인 추론일 것이다. Bergman 등은 섭씨 60, 80%의 습도 공간에 마스크를 30분간 처리 후 건조하는 과정을 3회 반복한 후에, 마스크의 미세입자 차단효율이 처리하지 않은 마스크에 비해 거의 변하지 않았음을 보고하고 있고 (참고 2), Lore 등은 섭씨 65도의 물탱크 위의 포화 수증기 공간에 마스크를 20분간 처리한 결과, 마스크에 부착시킨 인플루엔자 바이러스가 효과적으로 살균되었으며, 미세입자 차단능력도 거의 변하지 않았음을 밝히고 있다 (참고 9).

5. 우리나라의 일반 가정에서 쉽게 적용할 수 있는 살균 방법

위의 실험자들이 섭씨 60도와 65도를 선택한 것은, 우유의 저온살균(pasteurization)으로도 살균이 가능하고, 마스크의 재질들이 플라스틱이다 보니 온도가 높아지면 견디기 어려울 것이라는 생각과, 연구자들의 실험실에는 일정온도를 유지할 수 있는 항온장치들이 있어서 실험설계를 그렇게 했을 것이라고 생각된다. 그런데 우리나라의 일반 가정에 항온장치가 있는 것이 아니므로, 필자는 우리나라의 일반 가정에서 누구나 쉽게 이용할 수 있는 이른바 찜통을 이용한 수증기 살균을 생각해 보았다. 일반적으로 온도가 10도 올라갈 때 화학반응이 2~3배 빨라지는 것은 분자의 열에너지의 상승에 의한 것인데, 단백질의 변성 역시 분자내 열진동 에너지의 상승에 의해 촉진되므로, 60도에서 30분이면 변성되는 코로나 바이러스의 돌기 단백질은 섭씨 100도의 찜통의 수증기로는 20분이면 충분히 변성되어, 감염력을 잃을 것이라 판단된다.

인터넷의 떠도는 일설에는 마스크가 물에 젖으면 정전필터의 전하를 잃어 미세입자 차단 능력이 사라진다고 한다. 하지만 폴리프로필렌 정전필터는 소수성이라서 순수한 물에 젖어들지 않으며, 표면장력 때문에 소수성 섬유의 미세한 틈으로는 물이 스며들지 못한다. 소수성 코팅을 한 기능성 의류가 땀에서 증발하는 수증기는 통과시키면서 빗방울은 차단하는 것과 같은 원리이다. 비누로 마스크를 빨면 비누의 도움으로 정전필터에도 비눗물이 젖어 들어갈 수 있다.

Bergman 등과 Lore 등이 시행한 수증기 저온 살균의 결과 뿐 아니라, Lore2분간 가열하는 전자렌지 실험에도 50 mL의 물을 사용하였고, 전자렌지 가열 1분이면 이 정도 양의 물은 끓어오르기 때문에 이 실험에는 섭씨 100도의 포화수증기에 마스크가 최소 1분간 노출되었다고 볼 수 있다 (참고 9). Fisher 등의 ‘microwave steam bag'60 mL의 물을 넣고 마스크를 부분적으로 물에 담가 전자렌지로 가열한 실험에서는, 마스크의 일부가 아예 물에 담겨져 있었기 때문에, 인터넷의 일설이 맞다면 마스크의 미세입자 차단능력이 상당량 줄어들어야 한다. 그런데 130초간 물에 부분적으로 담겨져 있었고, 최소한 30초간은 100도의 끓는 물과 수증기에 마스크가 노출된 결과에서도 미세입자 차단 능력은 전혀 줄지 않았다 (참고 8). 문제는 찜통이나 깊은 냄비를 이용해서 20분간 수증기로 경우, 섭씨 100도의 수증기에 마스크의 재질이 괜찮을지 확인하는 일이다.

KF80 마스크는 외피, 1차필터(큰 입자 차단), 정전필터(미세 입자 차단), 내피의 4장으로 구성되어 있고, 수술용 마스크는 외피와 필터, 내피의 3장으로 구성되어 있다. 위에 언급된 것처럼 햇반용기를 물에 끓일 수 있듯이, 마스크 안면부의 필터는 폴리프로필렌 재질이라서 섭씨 100도의 온도에는 아무런 변형이 일어나지 않는다. 필자가 간단히 테스트한 KF80 마스크와 두 종류의 수술용 마스크들은 100도의 수증기에 20분간 노출하였을 때 아무런 외적 변형을 발견할 수 없었다. 건조 후 각 층을 현미경으로 400배까지 관찰하였지만 처리하지 않은 것에 비하여 미세 구조의 변화 역시 발견할 수 없었다. 이 결과와 위의 연구자들의 결과를 참고할 때 섭씨 100도의 찜통의 수증기로 약 20분간 살균하고 자연 건조시키는 경우에도 마스크의 미세입자 차단 효율은 그다지 손상되지 않으리라 생각된다.

다만 제조회사에 따라서 100도의 온도에 변형되는 재료를 부분적으로 사용한 마스크도 있을 수 있을 것이다. 개별가정에서는 보유하고 있는 마스크를 한 장만 먼저 찜통이나 깊은 냄비로 테스트 해보기를 권한다. 찜통이나 깊은 냄비의 수증기로 살균하는 방법을 이용하면 혹시 마스크에 묻어 있을 바이러스에의 노출도 최소한으로 억제할 수 있다. 사용한 마스크를 잘 보관해 두었다가 물이 끓고 있는 찜통 안의 망 위에 그냥 던져 넣었다가 뚜껑을 덮고 20분 후에 불을 끄고 꺼내어 털고 자연건조 시키면 된다. 물에 부분적으로 담겨진 경우에도 미세입자 차단능력에 문제가 없던 Fisher의 실험결과로는, 뚜껑에서 약간의 응축수가 마스크 위에 떨어지는 것까지 걱정할 필요는 없을 것 같다. 소독이 된 후에는 마스크를 만져도 문제가 없다. 용기도 같이 소독되는 것이므로 용기 걱정도 할 필요가 없다. 온도는 낮았지만 Bergman 등이 수증기 살균을 3회까지 반복한 후에도 마스크의 미세입자 차단효율이 거의 변하지 않은 걸로 보아, 필요하다면 찜통 살균 후 사용2~3회 반복해도 큰 문제는 없을 것 같다.

인터넷에 떠도는 마스크 재사용에 관한 다른 아이디어로는 마스크에 소독용 에탄올을 분무한 후 말리거나, 다리미에서 나오는 뜨거운 스팀을 분사하거나 햇빛에 장시간 말리거나, 하는 등의 아이디어들이 있다. 70%의 소독용 에탄올은 소수성 플라스틱에의 친화력이 좋아서 마스크에 잘 젖어 들어가므로 소독효과는 있을 것으로 생각된다. 그러나 소독용 에탄올의 30%에 해당하는 이 알코올의 도움으로 정전필터에 젖어 들어가기 때문에 정전필터의 전하를 잃어버릴 가능성이 크고, 귀걸이 끈이 재질에 따라서 에탄올에 부분적으로 팽윤하면서 헐렁해지거나 하는 점과, 시판되는 손 소독제에는 에탄올과 물 이외에 글리세린이나 다른 점착성 물질이 섞여 있어서 이들은 증발하지 않고 남아있어 자칫 다른 세균들의 영양원이 될 수도 있어서 권장하지 않는다. 다리미의 뜨거운 스팀은 100도의 수증기이므로 살균시킬 수 있다. 그러나 몇 초간의 스팀 노출에 바이러스가 모두 살균될 수 있을지는 의문이고, 바이러스가 채 살아있는 채로 스팀의 압력에 잘못 비산할 수 있는 위험도 있어 권하고 싶지 않다. 강한 햇빛의 직사 자외선은 살균 능력이 있다. 하지만 지금 우리나라는 햇빛이 그리 강하지 않는 시기이고, 베란다의 유리창은 자외선을 상당량 차단하므로 가정에서 쉽게 접할 수 있는 햇빛에 의해서는 안심할 정도로 살균되기는 어렵지 않을까 한다.

6. 종합

지금의 코로나-19는 메르스와는 상당히 다른 양상을 보인다. 2015년 여름에 문제가 되었던 메르스는 대부분 병원에서 감염되었다. 즉 메르스는 병원에 가 보아야할 정도로 환자의 자각증상이 심해진 때가 되어야 감염력이 있었다는 뜻이다. 그러나 코로나-19는 같이 만나 식사를 하는 등, 증상이 아예 없거나 본인이 증상을 자각하지 못하는 사이에도 감염력이 있는 것으로 나타나고 있다. 그렇기 때문에 코로나-19, 누구나, 자신도 알지 못하면서 질병을 전파하는 조용한 전파자가 될 수 있어 더욱 어렵다. 발열 체크만으로는 조용한 전파자를 알아낼 수 없고, 그렇다고 출입하는 모든 사람들에 대하여 바이러스 검사를 할 수도 없는 일이라서, 자칫, 앞으로 전 세계에서 폭발적으로 대유행할 가능성도 매우 높다.

최근의 한 연구는 기침이나 재채기를 할 때 뿐 아니라, 단순히 말할 때에도 말소리의 크기에 따라 상당한 수의 (초당 1~50) 분무 입자들이 나온다고 보고하고 있다 (참고 15). 어느 종교집단의 특이한 집단감염은 조밀하게 모여 앉는 특성 뿐 아니라, 기침이나 재채기가 나오지 않는 경우에도 설교와 설교자에의 응답, 기도, 찬송 등의 말소리를 크게 내는 행위에 의해 발산된 비말과 에어로졸이 전파의 주 매개체가 아니었을까 의심된다.

질병과의 전투에서 최전방에 서있는 의료인들과 행정 인력들에게 방역 마스크는 우선적으로 지급되어야 한다. 의료인이나 병원이 감염되어 폐쇄되면 국민들은 아파도, 급해도, 갈 데가 없어진다. 그러나 뒷동산에 올라갈 때 에베레스트에 필요한 등반장비를 착용할 필요는 없는 것처럼, 예방 목적의 일반적인 상황에서는 방역 마스크가 아니라도 충분히 나를 보호할 수 있다. 마스크의 효과가 단독으로 날아다니는 코로나 바이러스 입자 하나하나를 차단하는 데에서 오는 게 아니기 때문이다. 방역 마스크 뿐 아니라 수술용 마스크나 치과용 마스크도, 내 호흡기를 통해 들어오거나 나가는 바이러스를 다량 포함한 비말은 모두 다거를 수 있으며, ‘에어로졸도 상당량차단할 수 있다. 살균을 확실히 한다면 새 마스크가 아니라도 문제가 없다. 설령 정전필터의 전하가 상당량 사라진다 해도, 침방울에는 점착성 물질이 섞여 있어서 얼기설기한 부직포의 섬유에 부딪히는 것만으로도 비말은 흡착, 차단될 수 있다. 더불어 연구자들의 실험 결과들은 이런저런 살균처리 후에도 마스크의 미세입자의 차단능력이 손상되지 않고 살아있음을 보여주고 있다. 면 마스크도 적어도 비말은 거른다.

현재 우리나라의 신규 확진자의 수가 줄고 있는 현상은 반가운 일이다. 그러나 무증상, 또는 증상이 약한 경우가 대부분인 코로나-19의 특성으로 볼 때, 자칫 방심하면 또다시 폭발적으로 감염이 늘어날 수도 있을 것으로 보인다. 증상이 약해서 건강한 사람들은 감염된다 해도 본인에게는 사실 큰 문제는 없어 보인다. 그러나 내가 감염되어 집에 계신 연로한 어른들이나 약한 가족들에게 질병을 옮기게 되어 가족들에게 문제가 된다면 마음 아픈 일이 아닐 수 없다. 그래서 사람들과 접촉하는 환경에서는 더욱 마스크 착용을 생활화하여, 혹시 내 코 앞에 떠 있을지 모르는, 또는 내 입에서 나가고 있을지 모르는, 싱싱한(?) 바이러스 비말을 차단하는 것이 내 가족과 대한민국을 살리는 길이다.

이 글의 목적이 새 마스크가 여유롭게 있는데도 마스크를 재사용하자는 것은 아니다. 마스크를 재사용하여야 하는 경우에는, 우리 가정에서 쉽게 해오던 과 똑같은 방식으로 찜통에 마스크를 20분간 소독한다면, 혹시 붙어 있을지 모를 코로나 바이러스를 살균할 수 있고, 또한 사용한 마스크의 습기에 따라붙은 이런저런 잡균들을 없앨 수 있음에 더하여, 여러 연구자들의 연구결과들을 종합해 볼 때 마스크의 미세입자 차단 능력도 크게 손상되지 않을 수 있음을, 필요한 분들께 제안하고자 하는 것이 이 글의 목적이다. 내가 감염되지 않고, 나도 모르는 사이에 남을 감염시키지 않아야 우리는 코로나-19를 하루라도 빨리 물리칠 수 있다.

일견 간단해 보여도, 마스크를 이해하기 위해서는 재질에 따른 물리화학적 특성, 전자기와 물질과의 상호작용, 호흡에 따른 유체 역학, 에멀션과 에어로졸의 특성, 질환의 전파와 병원체의 특성, 살균 및 제균 등을 이해하는 것이 필요하다. 필자는 약품을 포함 물질의 분자구조에 따른 성질과 상호작용을 공부하는 사람일 뿐, 마스크를 연구해 오거나 마스크에 대한 것을 다 알고 있는 사람이 아니다. 필자의 연구실에는 마스크의 성능을 측정할 수 있는 장비도 갖추어져 있지 않다. 필자보다 더 많이 알고, 각 분야에 따라 더 깊이 아는 분들이 계실 줄 안다. 이 글에 혹시 섞여 있을지 모를 과학적, 논리적 오류를 발견한 분들의 아래 E-mail을 통한 날카로운 지적을 겸허히 기다리며, 이 글이 필요한 곳이 있다면 어디라도 누구라도 자유롭게 옮겨 가시기를 부탁드린다.

힘내라 대구 경북! 힘내자 대한민국!

충북대학교 약학대학  물리약학실 교수 박일영
전화: 043-261-2812 E-mail: parkiy@cbnu.ac.kr

 

( 참고문헌 )

1. W.S. Shim et al. Quality variables of meltblown submicron filter materials, Indian J. Fibre. Text. Res. 38, 132 (2013)

2. M.S. Bergman et al. Evaluation of multiple (3-cycle) decontamination processing for filtering facepiece respirators, J. Eng. Fiber. Fabr. 5(4), 33 (2010)

3. M-C. Plopeanu et al. Distribution of Electric Potential at the Surface of Corona-Charged Non-woven Fabrics, 2011 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting (2011)

4. S. Yang et al. The size and concentration of droplets generated by coughing in human subjects. J. Aerosol Med. 20(4), 484 (2007)

5. World Health Organization, Chapter VII in "Prevention of hospital acquired infections. A practical guide (2nd Ed.)" (2002)

6. Nelson Lab. Bacterial & viral filtration efficiency, (https://www.nelsonlabs.com/testing/bacterial-viral-filtration-efficiency-bfe-vfe/)

7. D.J. Viscusi et al. Evaluation of five decontamination methods for filtering facepiece respirators. Ann. Occup. Hyg. 53(8) 815 (2009)

8. E.M. Fisher et al. Evaluation of microwave steam bags for the decontamination of filtering facepiece respirators. PLoS ONE 6(4), e18585 (2011)

9. M.B. Lore et al. Effectiveness of three decontamination treatments against influenza virus applied to filtering facepiece respirators. Ann. Occup. Hyg. 56(1) 92 (2012)

10. J. Xu et al. Systematic comparison of two animal-to-human transmitted human coronaviruses: SARS-CoV-2 and SARS-CoV. Viruses 12, 244 (2020)

11. H. F. Rabenau et al. Stability and inactivation of SARS coronavirus. Med. Microbiol. Immunol. 194, 1 (2005)

12. 식품의약품안전처. 보건용 마스크의 기준 규격에 대한 가이드라인 (2019)

13. E.S. Moyer et al. Electrostatic N-95 respirator filter media efficiency degradation resulting from intermittent sodium chloride aerosol exposure. Appl. Occup. Environ. Hyg. 15(8), 600 (2000)

14. G. Elhafi et al. Microwave or autoclave treatments destroy the infectivity of infectious bronchitis virus and avian pneumovirus but allow detection by reverse transcriptase-polymerase chain reaction. Avian Pathol. 33(3), 303 (2004)

15. S. Asadi et al. Aerosol emission and superemission during human speech increase with voice loudness. Scientific Reports 9: 2348 (2019)



태그  #코로나-19   #마스크 재사용   #바이러스 불활성화
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  댓글 21  
네이버회원 작성글 파란**(비회원)  (2020-03-11 10:35)
1
좋은 정보 감사합니다. ^^
가정에서 적용할 수 있는 방법 중의 하나로 찜통에 삶아서 말리는 방안을 생각해 볼 수 있을 것 같은데,
삶고 말리는 게 번거로와서 실제로는 별로 효용이 없을 것 같습니다.

쿠팡, 지마켓 같은 온라인 마켓에서 마스크 살균기라는 이름으로
집에서도 간편하게 사용할 수 있는 자외선 소독 장치를 팔고 있습니다.
대체로 4만원 이내이므로 그런 제품을 사용하는 것도 가능할 것 같습니다.
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구글회원 작성글 ᆪᆪ*(비회원)  (2020-03-11 14:37)
2
마스크 살균기 정말 좋은 생각이네요!!!
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회원작성글 Phyphar(과기인)  (2020-03-12 15:36)
3
예, uv 살균도 괜찮습니다. 다만 제가 인용한 논문에서 사용한 자외선 등은 15 W lamp 두 개를 동시에 15분간 조사하거나, 40 W lamp 하나를 30분~45분간 조사했을 때 (그것도 선반을 올려 마스크를 램프에 바짝 올려붙여서요), 바이러스들이 멸균되었다고 되어 있습니다.

우리나라에서 쉽게 구할 수 있는 자외선 살균기는 6 W가 대부분입니다. 그래서 시간을 충분히 주시는 게 좋을 것 같습니다.
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네이버회원 작성글 li******(비회원)  (2020-03-11 11:38)
4
진짜 좋은 정보네요.
거의 글에서 보면 다른사람? 바이러스로부터 전염을 막는것에 대해 설명해주셨는데
감염자의 경우에도 다른사람에게 옮기지 않기 위해서는 똑같이 해도 되는건가요?
모두들 본인이 걸렸다고는 생각하지 않을텐데 모르는새에 옮기는 사람들이 많을 것 같은데
감염되지 않는법에 대한 정보만 많고 감염의심자가 어떻게 해야하는지는 정보가 부족한 것 같아 궁금합니다.
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카카오회원 작성글 박일*(비회원)  (2020-03-11 23:19)
5
마스크는 내게 들어오는 것도 막지만, 내게서 나가는 것도 막습니다. 마스크는 개인적인 관점에서는 감염의 방어수단이고, 사회적인 관점에서는 질환 전파의 억제수단입니다. 증상이 거의 없는 상태에서도 감염력을 보이는 코로나-19이기 때문에, 우리사회가 이를 이겨내기 위해서는 전 국민의 마스크착용이 너무나 중요하다고 생각합니다.
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네이버회원 작성글 늘학*(비회원)  (2020-03-11 12:30)
6
걱정도 팔잔데...
코로나 감염되면 당장 죽는다고 오두방정 떠는 인간들 정신상태가 문제
코로나, 세계인구감소정책의 일환 => http://seokgung.org/diary12.htm#03072020
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구글회원 작성글 ᆪᆪ*(비회원)  (2020-03-11 14:31)
7
대박.. 대단하시네요.. 저는 무심하다가.. 코로나 계속 확진자.. 많아지고.. 언니네가.. 애가 많아서.. 연구의 한시간은 마스크 찾는 연구를 하고 있답니다 ㅠㅠㅠㅠㅠ 근데.. 글이 어려워서.. ㅠ ㅎㅎㅎ 여튼 조금 슬픈 현실이네요..
날씨가 따듯해지고. .비가와서 조금 습해지면.. 균들이.. 좀 다 날아가면 좋겠다는 소망을 가져봅니다... 저는 지역마다.. 건강회복하는 속도가.. 다른게 신기하드라고요.. 특별히 싱가폴은.. 사망자도 없고.. 거의 완치중인듯 해서요..
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카카오회원 작성글 Hi**********(비회원)  (2020-03-13 17:23)
8
요즘같이 마스크가 부족한 상황에서 한 개 갖고 여러번 쓰는 중에 정말 도움이 되는 글입니다.여러개의 실험 중 이 방법은 각 가정에서 부지런만 떨면 가능한 방법이니까요. 단체톡방에 이 논문을 공유하겠습니다~감사합니다!
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회원작성글 김신일(과기인)  (2020-03-13 19:29)
9
교수님의 소중한 글 잘 보았습니다. 저도 그동안 고민하고 느낀게 많았는데 이렇게 같이 고민하신 분이 있어 너무 반갑습니다. 사실 타 커뮤니티에서 이렇게 심도깊게 고민한 글은 보지 못하였는데 많이 배웠습니다.
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회원작성글 Phyphar(과기인)  (2020-03-13 22:26)
10
감사합니다. 같은 고민을 해오신 것이었군요. 호흡기 감염의 '조용한 전파'를 막을 유일한 무기는 '누구나 마스크 착용'인데, 마스크 생산량은 모자랄 수 밖에 없으니... 모두 힘을 합쳐 이겨낼 방법을 찾아가야 되겠지요. 동지를 만난 듯 반갑습니다.
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구글회원 작성글 C ****(비회원)  (2020-03-13 22:51)
11
정말 좋은 글 감사드립니다. 브릭 게시판이 예전의 기능을 잃어버리고 그저그런 신변잡기성 인터넷 게시판이 되었다고 생각해 안들어온 지 오래 되었는데, 마침 저도 마스크 재사용에 대한 실험이 필요할 것 같아서, 선행연구 및 자료 조사 중 우연히 박교수님 글을 뉴스기사에서 찾아서 간만에 브릭에 들어 왔네요. 친절히 기존 실험 자료 레퍼런스까지 적어 주셔서 정말 감사드립니다. 기존 실험 결과로 충분히 확인이 되는 것 같아 제가 기획하던 실험은 접어야 하겠지만, 그래도 오랜만에 브릭게시판이 제 모습을 찾은 것 같아 기쁩니다.
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네이버회원 작성글 루시(비회원)  (2020-03-19 12:43)
12
정말 많이 궁금했던 내용이 개인적 의견이 아닌 전문적 근거로 정리되어 있어서 속 시원하니 좋았어요.
그런데, 제가 현재 궁금해하던 내용이 없어서 직접 문의 드리게 되었어요

(1) 마스크를 1일 쓰고 72시간 방치 후 재사용 하는 것은 어떨까요?
의협에서 권고하는 1회용 마스크 사용시간은 6시간이고 현재 저와 대개의 사람들은 하나로 3일~5일 정도 사용합니다. 어떤 동료는 2주 쓴다고 하시더라고요.
다행히 저는 출퇴근, 점심시간, 볼일 볼 때 외에 종일 쓰는 직업은 아니라 의협이 권고하는 시간을 지나치게 넘기진 않습니다.
지금까지는 3일을 쭉 쓰고 교체하는 형태로 썼는데요.
며칠 전에 코로나 바이러스가 섭씨 21~23도 + 습도 40% 조건에서 플라스틱 위에 72시간까지 생존한다는 말을 듣고 PP마스크도 플라스틱류이니까 그렇겠다 싶어서요
그러면, 하루 쓰고 벗어 놓은 뒤 72시간 방치하고 쓰는 건 어떨까? 세균오염이 있어서 더 나쁠까요?

(2) 건조기나 스타일러 사용은 어떨지요?
이건 교수님 글의 저온살균 방법을 보고 궁금해져서요.
60도로 건조한다는 건조기나, 40~60도 범위에서 스팀스타일링하는 스타일러에 돌리는 건 어떨까요?
마스크를 덜 만지고 살균할 수 있을 것 같은데 되려 통에 바이러스를 뿌려놓는 거 아닌가 걱정이 드네요.

바쁘신 교수님 귀찮게하는 일일텐데 제일 신뢰있게 답해주실 것 같아 용기를 냈습니다.
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회원작성글 Phyphar(과기인)  (2020-03-19 15:08)
13
예, SARS-Cov-2 (코로나-19의 원인 바이러스)는 말씀하신 것과 같이 키보드 기판(플라스틱) 위에서 3일 정도 생존이 가능하다고 보고되어 있습니다. 그런데 사실 이것도 그 플라스틱이 놓인 환경 (온도, 습도, 햇빛(자외선) 여부)에 따라 달라질 수 있습니다. 성질이 비슷하다고 알려진 SARS-CoV-1 (2002년 유행한 사스의 원인바이러스)는 환경이 좋은 경우 일주일 이상 생존했다는 보고도 있는 것으로 기억하고 있습니다. 이 보고들을 기준으로 생각하면,

(1) 72시간 방치 - 베란다 같은 햇빛이 드는 환경에 방치하면 사흘 정도면 대부분 사멸할 수 있을 것이라고도 생각됩니다. 다만 보관장소의 온도나 습도가 바이러스에 더 적절한 환경이면 일부 남아있을 수 있음을 배제하지 못합니다. 또한 (정말 바이러스가 오염되어 있는 경우) 보관 장소가 같이 오염될 수 있는 위험도 있음을 같이 감안하셔야 할 것 같습니다.

(2) 건조기나 스타일러 - 실험실에서 일반적으로 완벽하게 멸균을 하고자 할 때, 고온증기멸균(121도 2기압 수중기) 방법을 사용합니다. 수증기를 사용하는 이유는 수증기가 멸균대상에 흡착해서 액체로 변할 때(응축), 응축열(기화열)을 추가로 내놓기 때문입니다. 섭씨 100도의 물 1그램이 99도로 낮아지면서 내놓는 에너지는 약 1 칼로리이지만 100도의 수증기 1 그램이 99도의 물이 될 때는 응축열 539 칼로리를 추가하여 내놓게 됩니다. 대상에 전달되는 열량이 몇백배 다릅니다. 따라서 그냥 60도 공기의 살균력은 기대만큼 충분하지 않을 가능성이 매우 높습니다. 스팀 스타일러도 내부 습도와 온도가 바이러스 제거에 충분할 수 있을지 자신하기 어렵네요. 또한 살균은 주위환경(용기나 주변 및 오염체 접촉방법 등)에 오염이 전파되지 않는 방법이 좋습니다. 건조기가 내부의 따뜻한 바람을 바깥으로 내뿜는 기구이기 때문에 (스타일러는 써보지않아 잘 모릅니다만), 내부 오염 뿐 아니라, 60도 공기에 잠시 접촉한 바이러스가 혹 바깥으로 휘날릴 수 있음도 같이 고려하셔야 할 것 같습니다. 감사합니다.
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회원작성글 Phyphar(과기인)  (2020-03-20 18:47)
14
"마스크 재사용을 위한 찜통 수증기 처리"와 관련한, 처리 후 분진포집 효율시험의 결과 보고

기다리던 분진포집(미세입자 차단능력)효율시험의 결과가 나왔습니다. (A) KF94 마스크(신품)와 (B) KF80 마스크(2017년 6월 2일 생산, 2년 8개월 경과품) 2 종류에 대하여 1) 미처리 마스크 그대로 2) “수증기 (찜통) 20분 처리 후 건조” 1회 3) “수증기 20분 처리 후 건조”를 3회 반복한 후의 마스크의 미세입자 차단성능입니다. 분진포집효율시험은 식약처의 보건용 마스크의 기준 규격에 따른 방법인 ‘평균 0.6 마이크로미터의 염화나트륨 에어로졸 포집시험’으로 식약처로부터 시험기관으로 지정받은 기관에서 실시하였습니다. 마스크를 충분량 구할 수 없어 각 군당 2개씩의 마스크를 시험하였습니다.

1% NaCl 에어로졸 (평균 직경 0.6 마이크로미터) 포집효율 결과

(A) KF94 마스크 (포집효율 규격 94% 이상)
A-1) 처리하지 않은 마스크 - 제1마스크: 99.9%, 제2마스크: 99.9%
A-2) 수증기처리 후 건조 1회 후 - 제1마스크: 99.9%, 제2마스크: 99.9%
A-3) 수증기처리 후 건조 3회 반복 후 - 제1마스크: 99.9%, 제2마스크: 99.9%

(B) KF80 마스크 (포집효율 규격 80% 이상)
B-1) 처리하지 않은 마스크 - 제1마스크: 97.7%, 제2마스크: 97.8%
B-2) 수증기처리 후 건조 1회 후 - 제1마스크: 94.6%, 제2마스크: 77.3%
B-3) 수증기처리 후 건조 3회 반복 후 - 제1마스크: 90.6%, 제2마스크: 90.1%

KF94 마스크는 포집효율이 전혀 줄지 않았는데 비하여, KF80 마스크는 처리 과정에서 효율이 약간씩이지만 줄어드는 것 같습니다. 다만 B-2 제2마스크는 특별히 낮아져서 80% 미만으로 나온 것이 좀 의아스럽습니다. 3회 반복 처리한 경우에 90%로 낮아진다면 1회 처리에는 B-2 제1마스크의 값인 94% 정도가 나오는 게 정상적일 테니까요. 아마 생산단계 또는 2년 8개월의 보관기간 중, 또는 제가 전처리하는 과정에서 약간의 문제가 있었거나 하지 않나 싶습니다. 이런 경우에는 마스크의 숫자를 많이 늘려 재실험을 함으로서 "outlier(이상치)"인지 아닌지 확인해야 합니다만, 지금은 이 실험을 위한 마스크를 더 구할 수가 없군요. 이상 “100도 수증기 20분 살균 처리‘ 후의 마스크의 포집효율 변화 여부 시험 결과를 보고 드립니다.
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페이스북회원 작성글 이동*(비회원)  (2020-03-21 16:46)
15
굉장히 좋은 연구에 감사드립니다.
일선 현장 국내 뿐 아니라 특히 마스크가 부족한 해외에서는 아주 관심이 많을 것 같습니다.

현재 연구를 보니 신품을 사용한 것 같은데 사용한 제품의 경우에는 모양 변형이 일부일어나기 때문에 동일한 효과를 가지는지 궁금합니다.
소독하는 것이 어차피 재사용을 전제로 하는 것이라서요.

두번째로 자외선열소독기는 의료현장에 광범위하게 보유하고 있습니다. 실제 의료현장에서 많이 부족한 상황이라서 가능하다면 자외선 vs 자외선열소독에 대한 연구검증이 가능한지요?
저희들은 열에 약하다는 기존 학설 NIOSH (열에 의해 녹은 것도 있다, 안 녹은 것도 있지만..)연구 논문을 보고 열은 피하는 편이었습니다.

만일 마스크가 어느 정도 내열성/내수성이 있다면 우리나라보다도 서구에서 지금 마스크가 너무 부족하여 꼭 필요한 방법인것 같습니다. 의료현장에서는 조금 다급한 문제이기도 합니다.
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회원작성글 Phyphar(과기인)  (2020-03-21 23:16)
16
이동* 님에게,

안녕하세요?
질문해주신 순서에 따라, 짧은 지식이지만 아는대로 말씀드리겠습니다.

1) 신품, 사용품의 차이
하루이틀 사용하고 나면 마스크에 미세한 변형이라도 있겠지요. 하지만 많은 분들이 생각하시듯 '정전필터식 마스크는 하루쯤 사용하면 수명이 다한다."는 점은 오해입니다. 정전필터의 전하 수명은 훨씬 깁니다. 이유는 윗글에 부분적으로 설명했으니 생략합니다. YTN의 3월 16일 방송에 2~3일 동안 사용한 마스크의 분진포집효율을 실제로 측정해 본 결과 98%로 전혀 줄지 않았다고 보도하고 있습니다 (https://www.ytn.co.kr/_ln/0103_202003160500103750, 그런데 저는 죄송하게도 이 방송의 내용 전체에 모두 다 동의하지는 않습니다.). 정전필터의 효율에 문제가 없다면 나머지 부속품들에 미세한 변형이 있다해도 소독(바이러스의 불활성화)만 확실하면 크게 문제되지 않을 것입니다.

2) 자외선 소독 - 자외선 소독은 일견 쉬운 것 같지만, 확실히 살균하려 하면 매우 어려운 소독 방법입니다. 첫째, 소독은 대상물의 어느 방향으로도, 아무리 미세한 틈이라도, 자유롭게 침투해 들어갈 수 있는 방법이어야 하는데, 아시다시피 자외선은 빛이라서 방향성이 있습니다. 학교식당의 자외선 소독기 안에 쌓인 스테인레스 컵을 자주 봅니다. 자외선은 위쪽의 램프에서 내려오는데 스테인레스는 자외선을 통과시키지 않습니다. 첫번째 컵의 가려져 있지 않은 부분은 소독이 되겠지요. 두번째 컵부터는, 더구나 컵의 안쪽은 자외선을 전혀 만날수 없습니다. 둘째, 다 아시지만 빛은 거리의 제곱에 반비례하여 강도가 약해집니다. 따라서 같은 chamber 내라도 자외선 램프에서의 거리에 따라 살균력이 급격히 감소합니다. 램프로부터 10 cm 떨어진 물체에 비해 20 cm 떨어진 물체는 (램프와의 사이에 아무것도 가리는 것이 없을 때) 4배의 시간이 조사되어야 10 cm 위치의 물체와 동등한 에너지를 받겠지요.

윗글에 인용한 자외선 소독은 (참고문헌 9번) 15 watt 의 자외선 램프 2개(254 nm, UV-C)를 사용한 기기에서 물체를 올려받쳐 마스크가 램프에 바짝 붙도록 하여 15분간 자외선을 조사했을 때, 인플루엔자 바이러스(H5N1)가 감염력을 잃었다고 보고하고 있습니다. 이 과정에 마스크에 도달한 자외선 에너지의 총량은 약 1.8 J/cm2 입니다. 우리나라 일반 가정에서 사용하는 자외선 소독기의 램프는 대부분 6 watt 짜리 입니다. 마스크를 소독기의 램프에 바짝 붙여 조사한다 해도 몇 시간 이상 작동시켜야만 할 것으로 보이고, 만일 chamber의 바닥에 놓았다면 훨씬 더 긴 시간이 필요할 겁니다. 혹시 바이러스가 필터에 붙어있는 (자외선을 차단하는) 이온성, 금속성 티끌의 뒤쪽에 있었다면 그냥 생존해 있을 가능성도 있구요. 그래서 실험실에서는 또는 멸균조작이 필요한 공정에서는 기화열(수증기)나 에틸렌옥사이드 같은 화학살균제 등의 방향성없는 침투성 살균방법을 선호합니다. 아무것도 하지 않는것보다는 낫겠지만, 가정용 자외선 소독기로는 바이러스의 불활성화를 확실히 보장하기 어려워 저는 논외로 하였던 것입니다. 만일 가지고 계신 자외선 소독기의 램프 에너지가 충분히 크다면, 사용할 수도 있겠지요. 하지만 챔버 내부 각 위치에서의 에너지를 측정해보고 비교 계산을 해봐야 할 것 같습니다.

3) 마스크의 열저항성 - 마스크의 열저항성은 마스크를 만든 재료가 무엇이지에 따라 달라집니다만, 우리나라에서 허가된 보건용마스크의 정전필터의 재질이 폴리프로필렌이고, 마스크에는 VOC의 위험 떄문에 접착제를 사용하지 못하게 하기 때문에, 내피, 외피 등의 재료로 동일한 재료를 사용하여 열로 녹여붙이는 방식으로 생산하고 있습니다. 폴리프로필렌은 121도까지 열저항성이 있어서 고온증기멸균(autoclave)에 들어가는 용기로 사용하고 있는 polymer입니다. 귀걸이 끈 등 일부 부품은 100도에 잘 견디지 못하는 재료를 사용한 제품도 있을 수는 있습니다만, 제가 해 본 건 다 괜찮더군요. 130도 이상으로 올라가면 폴리프로필렌도 변형될 수 있습니다. 그러나 1기압에서의 물의 끓는점은 100도이기 때문에 물이 끓고 있을 때의 수증기의 온도는 압력이 추가로 가해지지 않는 한 100도 근처에서 벗어나지 않습니다. 그리고 사실 일반 가정에서 가장 쉽게 얻을 수 있는 "항온"이 100도이구요. '자외선열소독'은 정확히 무엇을 말씀하시는 건지 잘 모르겠네요.

황사 같은 미세먼지를 차단하는 것과 바이러스 감염을 차단하는 것은 성격이 많이 다릅니다. 미세먼지는 미세한 것이 더 위험할 수 있지만, 바이러스는 큰 비말이 작은 에어로졸보다 몇백배 더 위험할 수 있기 때문입니다. 저는 마스크가 조용한 전파자의 다중 감염을 차단하는 거의 유일한 무기가 아닐까 생각하고 있습니다. 전 세계적으로 마스크 공급이 모자라는 점 잘 알고 있습니다. 조금 다른 포인트에서의 실험을 설계 중인데 결과가 나오면 해외학술지에도 보내려 생각하고 있습니다.
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회원작성글 Phyphar(과기인)  (2020-03-21 23:27)
17
'자외선열소독'이 자외선과 건열 (chamber 내의 공기를 일정온도로 덥히는 방식) 을 동시에 사용하는 것이라면, 두가지를 나누어서 보시고 각각의 효과를 더해서 생각하시면 될 것 같습니다. 그런데 수증기 살균에 비해 건열 살균은 효율이 많이 떨어집니다. 응축열(기화열) 때문인데, 위의 건조기에 대한 질문의 답변에 간단하지만 이유를 설명드렸습니다. 혹시 기기내부의 온도를 65도 정도로 조정하여 유지할 수 있다면, 기기에 물을 넣은 용기를 넣어 65도의 수증기가 포화되도록 한 다음(찬물 보다는 뜨거운 물을 넣으시는 게 평형에 도달하는 시간을 단축할 수 있을 것 같습니다), 마스크를 30~40분간 넣어두시면 살균될 수 있으리라 봅니다. SARS-CoV-1이 60도에서 30분에 감염력을 잃었다는 보고가 있으니까요 (윗글 참고문헌 11). 다만 가지고 계신 기기가 포화수증기에 견딜 수 있도록 설계되어 있는 경우에 한합니다.
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네이버회원 작성글 소프****(비회원)  (2020-03-22 04:59)
18
교수님의 의견에 전적으로 동의합니다. 마스크가 비말을 잘 차단해 주는지 초음파가습기를 틀고 그 위에 마스크를 놓고 측정기로 얼마나 많은 비말이 통과되는지 실험을 했습니다. 초음파 가습기에서 나오는 물입자가 1~10정도로 입에서 나오는 비말과 유사하고, 미세먼지 측정기가 2.5와 10 크기의 입자의 개수를 측정할 수 있어서 실험해 보았습니다. 초음파 가습이 나오는 상황에서 미세먼지 측정기의 수치는 500까지 올라갔고 KF94 마스크 투과시에는 수치는 0으로 떨어졌습니다. 3중 부직포 마스크는 50이고, 면마스크는 초기에는 50이었다가 후에는 100이상으로 올라갔습니다.(물에 축축해진 상태의 면마스크는 비말을 투과시키고 있습니다) 그외 나노티슈/청소포/건티슈 같은 것은 300정도 나오고요. 오히려 물에 세척한 KF94는 세척후에도 수치가 0으로 나오는데, KF94는 빨든 훈증기에 찌든, 알콜 소독이든 상관 없이 재사용 가능한 것으로 보입니다. 실험결과 영상을 짧게 요약했습니다. 초음파가습 상황에서마스크비교영상https://www.youtube.com/watch?v=FGSx90C__F8&t=5s , 물에세척한KF94성능비교영상 https://www.youtube.com/watch?v=-b28WZMgVHc&t=313s 문의는 softbrain75@naver.com 입니다
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회원작성글 Phyphar(과기인)  (2020-03-22 13:10)
19
아주 좋은 아이디어로 재미있는 실험을 하셨군요. 좋은 결과이지만 다만 결과를 너무 확신하시지는 마십시오. 실험실에서도 어려운 일 중의 하나가 비말이나 에어로졸의 크기와 분포를 확인하는 일입니다. 크기를 확인하는 방법 중 제일 간단한 것이 광산란(light scattering)인데, 작고 간단하게 만들 수 있는 검출기이지만 정밀하지 않으면 오차가 좀 심한 장치입니다. 가정용 공기청정기 등에 쓰이는 입자검출기가 이런 형태입니다.

분진포집효율 시험을 할 때에는 사람이 호흡을 할 때 숨을 들이마시는 것처럼 마스크의 뒷쪽에 음압을 걸어 빨아들입니다. 여기에 걸어주는 음압과 빨아내는 공기량에 따라서도 결과가 많이 달라집니다.

대기 중의 미세입자를 측정할 때에는 크기별 필터를 사용하여 모은 다음 건조시키고 (안개와 구별해야 하므로), 얻어진 시료가 베타선(전자)을 얼마나 차단하는지를 봅니다.

어쨋든 내게 주어진 환경에서 무언가 확인하거나 찾아내려 하는 훌륭한 시도라고 생각합니다. 그런 아이디어를 계속 발전시켜 가시기를 응원합니다.
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네이버회원 작성글 태권********(비회원)  (2020-03-24 17:02)
20
멋지네요 !
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네이버회원 작성글 가로*******(비회원)  (2020-05-01 16:02)
21
안녕하세요 kf94마스크를 찜기에 100도로 20분간 수증기 처리된걸 실험하셨다는 기사를 보고 혹시 마스크 보급이 좀 수월해진 요즘 많은 수량으로 후속 테스트를 하시진 않았는지 그래서 유의미한 결과가 있었는지 궁금하구 또 한가지는 실험실에서 사용하는 오토클래이브로 마스크를 낱개 또는 여러장을 한꺼번에 넣고 멸균을 하게되면 미세먼지 차단효과와 비말 차단효과가 어떤지 궁금합니다 여건이 되신다면 상기 테스트를 해 주실 수 있는지 감히 부탁말씀 올려봅니다 비용측면이나 환경적 측면에서 만일 이런 테스트 결과가 좋은쪽으로 나와서 마스크를 재활용을 할 수 있다면 너무 좋을거 같다는 생각이 간절한데 개인으로서는 방법을 찾을 수 없어 이렇게 글을 올려 부탁말씀드려봅니다 감사합니다
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