신소재로 코팅된 투명 아크릴 샘플. (RMIT)
부엌 벤치부터 버스나 기차의 난간, 업무용 책상, 전화기 화면까지 매일 얼마나 많은 표면을 만지는지 생각해 보세요.
다양한 불쾌한 바이러스와 기타 세균이 이러한 표면을 통해 쉽게 퍼질 수 있습니다.
일반적인 감염 경로는 오염된 표면을 만진 후 눈, 코, 입을 만지는 것입니다.
물론, 화학제품으로 표면을 청소하는 것도 가능합니다. 그러나 이러한 물질은 마모되거나 환경에 해를 끼치거나 반복적인 노출로 인해 세균이 더 이상 약물에 반응하지 않는 항균제 내성에 기여할 수 있습니다.
Advanced Science에 게재된 새로운 연구에서 , 동료들과 저는 곤충 날개의 나노 질감 표면을 모방하고 바이러스, 특히 인간 파라인플루엔자 바이러스 3형(hPIV-3)을 물리적으로 파열시킬 수 있는 10억분의 1미터 크기의 작은 나노 크기 기능을 갖춘 얇은 플라스틱 표면을 만들었습니다.
나노 질감 표면에 의해 파열되는 바이러스 세포의 현미경 이미지. (RMIT) 이 새로운 소재는 전화나 병원 장비와 같은 표면이 질병을 퍼뜨릴 가능성을 훨씬 낮추는 저렴하고 확장 가능한 방법을 제공합니다.
표면을 통한 바이러스 확산을 방지하기 위한 현재 방법에는 일반적으로 먼지를 제거하기 위한 청소와 숨겨진 오염 물질을 제거하기 위한 소독이 포함됩니다.
소독제는 세균을 죽이기 위해 일정 시간 동안 젖은 상태로 있어야 합니다. 일부 실제 환경에서는 이것이 어려울 수 있습니다.
다른 사람이 표면을 만지면 표면이 빠르게 다시 오염될 수도 있습니다. 그리고 소독에는 강한 화학물질을 사용하는 경우가 많아 장비와 환경을 손상시킬 수 있습니다.
과학자들은 이전에 항바이러스 표면 변형을 개발했습니다. 이러한 전략에는 마스크, 장갑, 고글, 안전모, 인공호흡기와 같은 개인 보호 장비에 그래핀이나 탄닌산 및 기타 천연 물질과 같은 물질을 통합하는 것이 포함되는 경우가 많습니다.
이러한 코팅은 효율적입니다. 그러나 그들은 인간의 건강에 위험을 초래할 수 있습니다. 또한 화학적 침출로 인해 환경에 유해할 수 있으며 시간이 지남에 따라 활성 성분의 효능이 약해지면서 효과도 감소합니다.
바이러스가 폭발하는 표면을 향한 우리의 여정은 10여년 전에 시작되었습니다.
우리는 처음에 세균이 쉽게 미끄러져 나갈 수 있을 정도로 표면을 매끄럽게 만드는 것을 목표로 삼았습니다. 놀랍게도 우리는 그 반대를 발견했습니다. 박테리아는 나노크기로 매끄러운 표면에 매우 쉽게 부착됩니다.
자연은 박테리아가 없는 표면의 예를 제공합니다. 매미와 잠자리의 방수 날개를 가져가세요. 이 날개는 자가 청소 기능이 있지만 박테리아를 쫓아내는 역할은 덜하고 천연 살균제로서의 역할은 더 많이 합니다.
즉, 박테리아를 죽입니다.
매미 날개는 박테리아를 죽일 수 있습니다. (베카 H/펙셀스) 천연 살균제는 세균의 성장을 억제하기보다는 세균을 죽일 수 있는 자연 유래 "작용제"입니다.
동료들과 제가 금 코팅된 날개를 사용하여 수행한 실험에서는 박테리아를 죽이는 효과가 표면 화학이 아니라 지형에 의해 좌우된다는 사실이 확인되었습니다.
표면의 물리적 나노구조는 본질적으로 박테리아 세포막을 늘리고 파열시킵니다.
우리의 이전 연구에서는 나노 스파이크로 덮인 실리콘이 접촉 시 바이러스를 효과적으로 파괴한다는 것을 보여주었습니다. 그러나 그 엄격한 특성으로 인해 복잡한 개체에는 사용이 제한됩니다.
이번 새로운 연구에서 우리는 가볍고 비용 효율적이며 유연한 바이러스 확산 소재를 만들어 이 문제를 해결했습니다.
이 소재는 수천 개의 초미세 기둥으로 덮여 있는 얇은 아크릴 필름입니다. 나노 질감의 소재는 촉감이 부드럽습니다. 그러나 이러한 나노기둥은 바이러스의 외부 껍질이 파열될 때까지 붙잡고 늘어납니다. 이것은 기계적인 힘으로 바이러스를 죽입니다.
기관지염과 폐렴을 유발하는 hPIV 3에 대한 실험실 테스트에서는 이 물질과 접촉한 지 1시간 이내에 바이러스 입자의 최대 94%가 찢어지거나 치명적인 손상을 입은 것으로 나타났습니다.
우리는 나노기둥 사이의 거리가 높이보다 훨씬 더 중요하다는 사실을 발견했습니다. 약 60나노미터 간격으로 빽빽하게 채워진 기둥이 가장 잘 작동합니다.
이 재료를 만드는 데 사용한 금형은 식품 포장부터 대중 교통 시스템, 병원 장비 및 사무실 책상에 이르기까지 광범위한 산업 기회를 제공하기 위해 쉽게 확장할 수 있습니다.
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나노구조 표면은 내구성을 위해 제작되었습니다. 그러나 다른 재료와 마찬가지로 동일한 물리적, 화학적, 환경적 스트레스 요인에 취약하며 시간이 지남에 따라 성능이 저하됩니다.
세균이 없는 표면을 찾으려면 아직 밝혀져야 할 것이 많이 남아 있습니다. 그러나 이러한 나노 질감의 표면은 바이러스 퇴치에 엄청난 잠재력을 갖고 있으며 기존의 화학 기반 방법에 대한 대안을 제공합니다.
Elena Ivanova, RMIT 대학교 물리학 석좌교수
이 기사는 크리에이티브 커먼즈 라이선스에 따라 The Conversation에서 다시 출판되었습니다. 원본 기사를 읽어보세요.
