부산대 자연계열 화학 박강현, 물리학 박성균, 생명과학 윤부현 교수 공동연구

부산대학교(총장 차정인)는 자연과학대학 융합연구팀이 미세먼지와 초미세먼지 흡착에 시너지 역할을 하는 ‘금속-유기 골격체(Metal Organic frameworks, MOFs)’와 항균성을 지닌 산화구리(Cu2O) 나노입자를 전기방사법을 이용해 고기능 나노유기섬유로 손쉽게 합성하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.

이번 연구는 부산대 자연계열의 각기 다른 학과 소속인 화학과 박강현 교수와 물리학과 박성균 교수, 생명과학과 윤부현 교수가 공동 참여해 각 분야의 전공을 살려 연구에 매진한 끝에 도출해낸 융합연구의 성과로서 의미가 크다.

최근 미세먼지, 코로나19 등 미립자물질(PM, Particulate Matter)과 박테리아, 바이러스와 같은 오염 환경이 전 세계적으로 심각하게 받아들여지고 있다. 이러한 유기체는 호흡기를 통해 폐를 관통하거나 혈관을 따라 온 몸에 퍼져 인체에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.

MOF가 장착된 연구팀의 나노유기섬유 필터는 실내 환경에서 미립자물질과 박테리아를 효율적으로 제거하는 데 고성능으로 사용될 것으로 기대된다. 일상의 필수품이 된 마스크에 적용한다면, 입자 흡착력과 함께 항균성까지 높인 필터를 쉽고 빠르게 저렴한 가격으로 생산 가능하다.

부산대 연구팀에게 이번 연구는 여과용 금속-유기 골격체(MOF)와 나노입자를 사용해 미립자물질 및 미생물로부터 인체를 보호하는 것이 주요 과제였다.

‘금속-유기 골격체(MOF)’는 넓은 표면적과 기공을 갖는 특성이 있으며, 이러한 특성을 응용한 표면 기능화를 통해 정전기적 인력(引力)을 증가시킬 수 있는 물질이다. 마스크 필터를 설계하는 과정에서 이러한 MOF에 항균성을 지닌 산화구리를 첨가한다면 기존 마스크 필터보다 우수한 입자 및 미세먼지 흡착력과 함께 항균 필터의 성질까지 갖춘 다기능 필터를 제작할 수 있다.

한편, 유기섬유를 만드는 방법 중 하나인 ‘전기방사법’은 기존의 분무 방식보다 더 빠르고 간단하게 유기섬유를 만들 수 있을 뿐 아니라, 실의 두께를 나노 수준으로 조절함으로써 통기성 및 원가 절감을 통해 경제성을 높이게 된다.

특히 이 기술은 2.5-10 μm(마이크로미터, 100만분의 1미터)의 미세먼지(PM10)뿐만 아니라 2.5 μm보다 작은 초미세먼지(PM2.5)와 그 이하의 작은 물질들을 여과함으로써 불순물을 최소화한 깨끗한 공기를 마실 수 있게 한다.

연구팀은 유기섬유 재료 중 하나인 PVDF 고분자에 금속-유기 골격체와 모양 조절을 통한 정육면체 구조의 산화구리 나노입자를 첨가해, 동시간 측정 대비 기존 필터보다 우수한 성능을 가진 나노유기섬유 필터를 합성했다.

이 필터는 가혹한 조건에서 4회 실험을 했을 때도 처음과 유사한 기능이 확인돼 경제적 효과에 대한 기대도 높았다.

또한, 항균성을 가지고 있는 산화구리 나노입자를 첨가한 유기섬유를 통해 일상에서 감염될 가능성이 높은 대표적 박테리아인 황색 포도상구균(그람 양성균)과 대장균(그람 음성균)을 대상으로 성능 시험을 실시해 해당 필터의 박테리아 감염 수준 감소 효과를 확인했다.

이번 연구는 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 환경 분야의 권위 있는 학술지인 「환경 과학: 나노(Environmental Science: Nano)」 5월호 표지 논문으로 선정돼, ‘금속-유기 골격체 및 산화구리 나노입자를 함유한 다기능 나노파이버의 제조 및 특성: 미립자 포획 및 항균 활성(Preparation and characterization of multifunctional nanofibers containing metal–organic frameworks and Cu2O nanoparticles: particulate matter capture and antibacterial activity)’이라는 제목으로 소개됐다.

한편, 연구팀의 박강현 교수는 나노소재 기술을 통해 미세먼지·코로나19 등 사회문제 해결에 앞장서고자 지난해 11월, 부산대학교기술지주회사 제32호 자회사 ㈜소울닷을 창업했다.

그 동안 박강현 교수 연구팀의 독자적인 나노소재 기술의 상용화 및 사업화 촉진을 위해 부산대학교기술지주는 과학기술정보통신부 주관 대학기술경영촉진사업, 교육부 주관 대학창의적자산실용화지원사업을 통해 시제품 제작, 특허 고도화 지원 등에 힘썼다.

이에 ㈜소울닷은 우수한 성능을 가진 나노유기섬유 필터를 활용한 항균 파우치 및 마스크를 개발해 첫 제품화에 성공했다. 또한 부산대 공식브랜드몰인 ‘부산대몰’의 상생제휴 상품으로 입점에 성공하는 등 판로개척을 본격화하고 있다.

이상윤 기자 nurumi@busan.com

이상윤 기자 nurumi@busan.com