[DEBUG-WINDOW 처리영역 보기]
즐겨찾기  |  뉴스레터  |  오늘의 정보 회원가입   로그인
BRIC홈 동향
다안암연구실
배너광고안내
이전
다음
스폰서배너광고 안내  배너1 배너2 배너3 배너4
BioLab 정래동 교수
전체보기 Bio통신원 Bio통계 BRIC View BRIC이만난사람들 웹진(BioWave)
목록
조회 714  인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
바이오통신원   
감염 예방 가능한 피부 일체형 항균 나노 패치 개발
의학약학 한국생명공학연구원 (2022-06-23)

한-일 국제 공동연구진이 감염을 예방하면서도 피부 고유의 상태와 감각을 유지할 수 있는 항균 나노메쉬 패치를 개발하였다.

한국생명공학연구원(이하 생명연)은 감염병연구센터 권오석 박사팀이 일본 동경대학교(이하 동경대) 전자공학과 타카오 소메야(Takao Someya) 교수팀, 한국전자통신연구원 김재준 박사와 국제 공동 연구를 통해 세계 최초로 피부일체형 항균 나노메쉬 패치를 개발하였다고 밝혔다.

코로나19, 원숭이 두창을 비롯한 신‧변종 감염병이 일상을 위협하면서 각종 오염원으로부터 손쉽게 자신을 보호할 수 있는 항균 기술에 관한 관심이 높아지고 있으며, 지금까지는 알코올류를 이용한 소독과 위생장갑 등을 활용한 병원균 차단이 주를 이루어왔다.

알코올 소독은 일시적으로 병원균을 제거할 순 있지만 이후 감염원에 다시 노출되는 경우 재오염을 막을 수 없으며, 수분 증발로 인해 피부를 건조하게 만든다는 단점이 있다. 

위생 장갑 등 보호 제품을 착용하는 경우, 피부는 오염원으로부터 보호받을 수 있지만, 표면 오염으로 인해 오히려 교차감염원이 될 수 있으며, 안쪽에 땀이 차고 피부감각을 떨어뜨린다는 단점이 있다.

이와 더불어 최근 항균 효과가 입증된 구리(copper)를 이용한 항균 제품이 각종 손잡이나 버튼을 표면을 보호하는데 널리 쓰이고 있지만, 피부를 보호할 수 있도록 이용하기 위해선 장갑과 같은 형태로 착용해야만 하는 한계가 있다.

웨어러블 기술의 발달과 함께 피부일체형 소재와 기술이 다양하게 개발되고 있으나 항균성에 초점을 맞춘 것은 제한적이며, 특히 장시간 피부를 보호하고 피부의 상태와 특성을 유지할 수 있는 기술은 극히 희박하다.

이번에 국제 공동 연구팀이 개발한 항균 나노메쉬 패치는 피부에 밀착되어 높은 항균성을 가지면서도 피부의 상태와 감각 유지가 가능하였다.

신축성 고분자(Polyurethane) 메쉬 나노섬유에 항균성 물질인 구리를 코팅하고, 접착성 고분자(Polyvinylalcohol) 나노메쉬를 이용해 피부에 일체화가 가능하다. 또한 피부에 일체화된 상태에서도 구리 나노 메쉬의 다공성 구조로 인해 피부 고유의 습도와 열적 감각을 유지할 수 있다.

높은 항균성을 가져 구리 나노메쉬에 노출된 대장균 박테리아는 1분 뒤 99.999%가 소멸하였으며, 인플루엔자 A 바이러스는 10분 뒤 같은 수준의 소멸 효과를 나타내었을 뿐만 아니라 반복된 사용에도 유사한 효과를 나타내며 높은 안정성을 보였다.

개발된 항균 나노메쉬 패치는 기존의 항균 기술 시장을 대체하고 나아가, 향후 마스크나 의류 등 다양한 분야에 활용 가능할 것으로 기대되고 있다. 더불어, 기존의 항균 필름처럼 피부가 아닌 제품 표면의 항균화에도 활용이 가능할 것으로 전망되고 있다.

공동 연구책임자인 권오석 박사는 “이번 연구성과는 항균성이 잘 알려진 구리 나노구조에 피부 일체화를 가능하게 하는 나노메쉬 기술을 더한 융합형 연구성과”라며, 

“현재 위생장갑이 가진 표면 오염이나 땀이 차는 현상 같은 단점 없이 피부를 감염성 병균들로부터 장기간 보호할 수 있어 향후 항균 보호 시장에 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다. 

이번 연구는 다양한 분야의 세계적인 종합저널인 Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS, IF 12.291) 2022년 6월 9일자 게재되었으며, 
    (논문명 : Antimicrobial second skin using copper nanomesh) / 교신저자 : 생명연 권오석 박사 ˑ 동경대 Takao Someya 교수 / 제1저자 : 동경대(現 한국전자통신연구원) 김재준 박사 ˑ 생명연 하시영 박사)

산업부 알키미스트프로젝트, 과기정통부․농식품부․농진청 스마트팜다부처패키지혁신기술개발사업, 국가과학기술연구회 바이오융합사업의 지원으로 수행되었다

 

연   구   결   과   개   요

□ 연구배경

 ○ 최근 이유가 되고있는 여러 전염성 병균으로부터 우리 몸을 보호하기 위해 피부, 특히 손에 사용할 수 있는 피부 항균화 방법 및 소자에 대한 필요성이 그 어느 때보다 커지고 있다.

 ○ 알코올 소독의 경우 재오염 문제와 피부 습도가 낮아진다는 단점이 있다. 또한 흔히 사용되는 라텍스나 비닐 재질의 위생장갑의 경우는 표면이 오염 시 오히려 교차감염원이 되며 땀이 차고 피부감각이 떨어지는 단점이 있다. 한편, 국내에서는 구리 항균 보호필름이 널리 쓰이고 있지만 이를 피부에 적용한 사례는 지금까지 보고된 바가 없다. 또한 웨어러블 기술에서 다양한 피부 일체형 소자들이 보고되고 있지만, 항균성에 초점을 맞춘 소자는 제한적이며 장기간 피부보호나 피부의 상태 및 특성 유지에 관해서는 연구가 부족하다.

□ 연구내용

 ○ 이에 생명연 권오석 박사 연구팀과 동경대 타카오 소메야(Takao Someya) 교수 연구팀은 피부에 밀착 코팅되어 피부의 상태와 기능을 유지하면서도 항균성을 장시간 부여해주는 구리 나노메쉬 패치를 개발하였다. 전기 방사된 유연성 고분자(Polyurethane) 나노섬유 메쉬에 항균성 물질인 구리를 코팅 후 접착성 고분자(Polyvinylalcohol) 나노메쉬를 이용해 피부에 일체화시킬 수 있었다.

 ○ 구리 나노메쉬 패치에 노출된 대장균 박테리아와 인플루엔자 A 바이러스의 경우 각각 1, 10분에 99.999%가 박멸되었으며 반복사용에 대해서도 높은 안정성을 보였다. 

 ○ 구리 나노메쉬 패치의 다공성 나노구조로 인해 다양한 피부 미세구조 위에 일체화될 수 있었으며, 피부 고유의 습도와 열적 감각을 유지시켜 줄 수 있었다.

□ 연구성과의 의미

 ○ 피부 일체화 항균 소자의 활용성 : 피부의 장기 항균성, 교차감염 차단 및 기능 유지 

  - 본 연구는 피부 미세구조를 유지한 채 부착되는 항균 나노메쉬 패치를 이용, 습도와 열적 감각 등 피부의 성질과 기능성을 유지하면서도 박테리아와 바이러스를 멸균 및 차단하는 것을 목적으로 한다. 개발된 항균 패치는 기존의 알코올이나 위생장갑을 통해 이루어지는 감염 차단과 방역에 사용될 수 있으며 의료진은 물론 각종 서비스업 종사자들에게 바로 적용 가능하리라 기대된다. 또한 피부가 아닌 엘리베이터 버튼 등의 일상 접촉 대상이나 마스크나 의류 등 다양한 제품의 표면 항균화에도 응용 가능하리라 기대된다.


연 구 결 과  문 답

이번 성과 뭐가 다른가

현재까지 피부의 기능성을 유지하면서 장기간 항균성을 부여하는 방법은 없었습니다. 본 연구진은 항균성을 가진 구리 나노구조와 높은 피부 일체성을 갖는 나노메쉬 패치의 장점을 융합, 기존에 없던 새로운 패러다임의 장기간 사용자 친화적 피부 항균 보호 플렛폼을 개발할 수 있습니다. 

어디에 쓸 수 있나

개발된 항균 패치는 기존의 알코올이나 위생장갑을 통해 이루어지는 항균 효과와 방역에 사용될 수 있으며 의료진은 물론 각종 서비스업 종사자들에게 사용 가능합니다. 또한 피부가 아닌 제품의 표면 항균성, 마스크나 의류 등 다양한 항균 제품에도 응용 가능하리라 기대됩니다.

실용화까지 필요한 시간은

본 항균 패치에는 이미 상용화된 제품들에서 널리 사용되는 소재와 제조기술을 활용하였으므로 안정성과 경제성이 검증되어 있으며, 빠른 시일 내에 제품화가 가능하리라 사료됩니다.

실용화를 위한 과제는

현재 관련 기술의 특허화를 위한 검토가 이루어지고 있으며, 기술적으로는 지금의 챔버 안에서의 진공증착공정을 통해 만들어지는 구리 항균막 형성을 보다 경제적으로 우수한 용액공정으로 대체하려는 연구가 선행되어야 한다고 생각합니다.

연구를 시작한 계기는

본 연구는 우리 일상생활에서 엘리베이터 버튼 등에 흔하게 볼 수 있는 구리 항균 필름에서 처음 착안하였습니다. 당시 일본 동경대에 있던 김재준 박사의 “이 구리 항균 필름을 웨어러블화 시키면 피부에 쓸 수 있지 않겠냐”는 제안에 본 연구진의 항균성 및 독성 평가기술과 피부 위 실험 노하우를 결합, 글로벌 융합 연구를 기획할 수 있었습니다. 
이를 위해 항균성 구리 나노메쉬 패치를 일본 동경대에서 만들고 한국 생명연에서 항균성 및 피부 위 테스트를 수행하는 형태로 실험이 시행되었으며 양측의 활발한 협의를 통해 그 성능과 편의성을 최적화할 수 있었습니다.

에피소드가 있다면

연구 과정에서 본 연구성과보다 더욱 높은 항균성을 갖는 계층적 구리 나노구조의 제조 및 코팅법을 개발, 적용하려 하였지만 새로운 구조가 갖는 독성에 대한 리스크를 고려해 제외했습니다. 향후 이 부분을 완성해 더욱 높은 성능의 항균 피부보호 패치가 제작 가능하리라 기대됩니다.

꼭 이루고 싶은 목표는

지금 이 시각에도 많은 의료 및 서비스업 종사자분들은 위생장갑을 낀 채 무더위와 싸우고 있고 많은 사람은 서로 맞닿은 피부의 온기를 잊은 채 살아가고 있습니다. 이 기술이 이런 사회적 문제해결에 이바지하기를 소망합니다.

신진연구자를 위한 한마디

성공적인 융복합 연구를 위해서는 서로 다른 분야 간의 다양한 교류를 통하여 새로운 응용 분야를 개발하는 게 필요하다고 생각합니다. 이를 위해 특히 항상 열린 마음을 갖고 연구자들 간 긴밀한 네트워킹과 협력을 위해서도 힘쓰는 게 중요하다고 생각합니다.
 

감염 예방 가능한 피부 일체형 항균 나노 패치 개발

그림1. 피부와 일체화된 구리 나노메쉬 패치와 다양한 표면 위의 대장균 비교
       A. 피부 위 일체화된 구리 나노메쉬 패치
       B. 지문 위 부분코팅된 구리 나노메쉬 패치
       C. 고분자 필름 위의 대장균
       D. 구리 필름 위의 손상된 대장균
       E. 고분자 나노메쉬 패치 위의 대장균
       F. 구리 나노메쉬 패치 위의 사멸된 대장균

 

감염 예방 가능한 피부 일체형 항균 나노 패치 개발

그림2. 박테리아 및 바이러스에 소재별 대한 항균 효과 비교
       A. 구리 나노메쉬 패치의 시간별 대장균 항균 효과
       B. 나노메쉬 패치의 구성 성분별 대장균 항균 효과 비교
       C. 구리 나노메쉬 패치의 구조별 대장균 항균 효과 비교
       D. 구리와 고분자 나노메쉬 패치의 시간별 인플루엔자 A 바이러스 항균 효과 
       E. 구리와 고분자 나노메쉬 패치의 시간별 인플루엔자 A 바이러스 항균 효과 그래프

 

감염 예방 가능한 피부 일체형 항균 나노 패치 개발

그림3. 인공 및 실제 피부에 대한 표면 일체화도 비교
       A. 소재별 인공피부 위 착용 시 각 표면 현미경 사진 비교 
       B. 소재별 인공피부 위 착용 시 각 표면 단면 구조 비교
       C. 소재별 인공피부 위 착용 시 각 표면 단면 구조 분포 비교
       D. 소재별 피부 위 착용 시 광학 및 기계적 방식에 따른 지문 인식도 비교

 

감염 예방 가능한 피부 일체형 항균 나노 패치 개발

그림4. A. 구리 나노메쉬 패치의 초소수성(물에 젖지 않는 성질)
       B. 소재별 착용 시 피부의 습도 비교
       C. 소재별 착용 시 시간에 따른 온도 변화양상 비교
       D. 소재별 착용 시 열전도율 비교

감염 예방 가능한 피부 일체형 항균 나노 패치 개발

그림5. A. 구리 나노메쉬 패치와 위생장갑 간 다양한 일상 사물에 대한 사용 예시와 대장균에 대한 교차 감염 발생 여부 비교
       B. 구리 나노메쉬 패치와 위생장갑 간 다양한 일상 사물에 대한 열전도 특성 비교

  추천 0
  
인쇄하기 주소복사 트위터 공유 페이스북 공유 
  
본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다. [기사 오류 신고하기]
 
  댓글 0 댓글작성: 회원 + SNS 연동  
첫 댓글을 달아주세요.
 
위로가기
동향 홈  |  동향FAQ
 |  BRIC소개  |  이용안내  |  이용약관  |  개인정보처리방침  |  이메일무단수집거부
Copyright © BRIC. All rights reserved.  |  문의
트위터 트위터    페이스북 페이스북   유튜브 유튜브    RSS서비스 RSS
진스크립트 광고