[논문]항균성 천연물질의 도포방법에 따른 에어필터 여재의 항균 특성 비교

박선영; 정재희; 황기병; 배귀남; 김용표; 노주원

doi:10.5572/kosae.2013.29.2.125

항균성 천연물질의 도포방법에 따른 에어필터 여재의 항균 특성 비교
Comparison of Antibacterial Ability of Air Filter Media Treated with a Natural Antibacterial Agent by Three Treatment Methods 원문보기

한국대기환경학회지 = Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, v.29 no.2, 2013년, pp.125 - 134

박선영 (한국과학기술연구원 환경복지연구단) , 정재희 (한국과학기술연구원 환경복지연구단) , 황기병 (한국과학기술연구원 환경복지연구단) , 배귀남 (한국과학기술연구원 환경복지연구단) , 김용표 (이화여자대학교 환경공학과) , 노주원 (한국과학기술연구원 강릉분원 기능성천연물센터)

Abstract ▼ AI-Helper

Various antimicrobial technologies have been developed to inactivate bioaerosols in indoor environments. In this study, air filter media were treated with a natural antibacterial agent of Sophora flavescens in order to inactivate the bacteria collected on the air filter. Three treatment methods were applied to manufacture the test antibacterial air filter media: electrospray, nebulization and dip-coating methods. In case of electrospray and nebulization processes, the size distribution of aerosolized natural antibacterial agent was measured using a scanning mobility particle sizer. Staphylococcus epidermidis bacteria were aerosolized to test inactivation of the filter media treated with a natural antibacterial agent. The pressure drop and the antibacterial efficiency of the filter media increased with increasing the mass loading of natural antibacterial agent in each treatment method. The antibacterial efficiency per loaded antibacterial agent mass by the electrospray method was the highest and the filter treated by the dip-coating method was the lowest among three treatment methods.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

집진필터에 항균력을 부여하기 위하여 항균성 천연물질을 필터여재에 도포하는 방법으로 다양한 액상공정과 기상공정이 사용되고 있는데, 본 연구에서는 항균성 천연물질로 알려진 고삼 추출물을 사용하여 액상공정으로 담지법, 기상공정으로 가압분무법과 정전분무법을 항균 필터여재의 제조에 적용하여 이들 제조방법에 따른 필터여재의 항균력 및 차압 특성의 차이를 비교하였다.

제안 방법

본 연구팀에서 처음으로 시도하는 정전분무법에 의한 항균필터 제조방법의 특징을 객관적으로 파악하기 위하여 본 연구에서는 대표적인 항균성 천연물질로 알려진 고삼(Sophora flavescens)을 이용하여 3가지 제조방법(기상공정인 정전분무법과 가압분무법 및 액상공정인 담지법)으로 항균성 필터여재를 제조하였다. 박테리아 시험균주(Staphylococcus epidermidis)를 공기부유화시킨 후 필터여재로 집진시켜 이들 제조방법에 따른 박테리아에 대한 항균력의 차이를 필터여재에 도포된 천연물질의 질량을 기준으로 비교하였다. 또한, 각 방법에 대해 천연물질의 도포량에 따른 필터여재의 차압 및 박테리아에 대한 항균력의 변화를 조사하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 항균 처리를 하지 않은 필터여재는 비교적 높은 집진효율을 가지며(Park, 2011), 폴리우레탄 섬유로 만들어진 것이다. 이 필터여재에 사용된 섬유의 직경은 10~20 μm, 여재의 두께는 0.
담지법은 항균필터를 대량으로 간편하게 만들 수 있는 장점으로 인하여 가장 흔하게 사용되는 방법이다. 본 연구에서는 0.004, 0.008 및 0.016 wt% 용액을 사용하였다. 각 농도의 용액을 피펫으로 50 μL를 덜어내어 필터여재에 천천히 적셨다.
한약재로 널리 사용되는 고삼은 암, 위장의 출혈, 피부병 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 항균성 천연물질로 고삼의 뿌리 부분을 에탄올로 추출한 후 동결 건조시킨 갈색 분말을 사용하였다. 필터여재에 도포하기 위해 고삼 분말을 에탄올(순도 ›99.
필터여재의 항균력을 평가하기 위하여 시험균주로 구형의 그람 양성균을 대표하는 S. epidermidis 박테리아를 사용하였다. 균액의 농도는 29 mL의 증류수에 1 mL 스탁(stock) 1개를 풀어 사용하거나 28 mL의 증류수에 1 mL 스탁 2개를 풀어 사용하였다.

이론/모형

고삼 추출물의 화학적 특성을 알아보기 위해 유리 섬유 필터에 천연물질을 가압분무 방식으로 30분 동안 집진하여 액체 크로마토그래피(Liquid Chromatography, Agilent Technologies, Santa Clara, CA)로 성분을 분석하였다. 그림 1을 보면, 본 연구에서 사용한 고삼 추출물의 주요 성분은 sophoraflavanone G, kurarinone, kuraridin이다.

성능/효과

즉, 동일한 항균력을 얻기 위해서는 정전분무법, 가압분무법, 담지법 순으로 더 많은 천연물질을 필터여재에 도포하여야 한다. 결론적으로 이 연구를 통해 정전분무법을 사용하여 나노 크기의 천연물질을 기상공정으로 필터여재에 도포하여 항균력이 우수한 필터여재를 제조할 수 있음을 알았다. 그러나 구조저항에 의해 필터여재의 차압이 증가하는 문제가 수반되므로, 향후 차압 증가를 억제하면서 항균력을 높일 수 있는 최적화 연구가 수행될 필요가 있다.
전자현미경 이미지와 입경분포 측정자료에 의하면, 액상공정인 담지법에 의해 제조된 필터여재의 표면 전체가 상당한 두께의 천연물질로 도포되어 있었고, 기상공정인 가압분무법에 의해 약 100 nm 크기에서 피크농도를 나타내는 단일모드 분포의 천연물질 입자가 필터여재의 표면에 볼록하게 분산되어 도포되어 있었다. 기상공정인 정전분무법에 의해 제조된 천연물질 입자는 200 nm 근처의 서브마이크론 입자뿐만 아니라 30 nm 근처의 나노입자가 다량으로 필터여재 표면에 분산되어 도포되어 있었다.
제조공정마다 다량의 천연물질이 필터여재에 도포되면 차압이 크게 증가하며, 특히 정전분무법의 경우 도포시간이 120분으로 길어지면 차압이 거의 2배 가량 증가하였다. 이것은 나노 및 서브마이크론 크기의 천연물질 입자들이 다량으로 필터여재 표면에 분산되어 표면의 거칠기가 매우 커져 차압이 큰 폭으로 증가한 것으로 판단된다.
필터여재 표면에서 천연물질의 도포 형상의 차이로 인해 정전분무법으로 제조한 필터여재의 차압 특성은 나빠졌지만, 필터여재의 항균력은 오히려 높아졌다. 즉, 동일한 항균력을 얻기 위해서는 정전분무법, 가압분무법, 담지법 순으로 더 많은 천연물질을 필터여재에 도포하여야 한다.

후속연구

결론적으로 이 연구를 통해 정전분무법을 사용하여 나노 크기의 천연물질을 기상공정으로 필터여재에 도포하여 항균력이 우수한 필터여재를 제조할 수 있음을 알았다. 그러나 구조저항에 의해 필터여재의 차압이 증가하는 문제가 수반되므로, 향후 차압 증가를 억제하면서 항균력을 높일 수 있는 최적화 연구가 수행될 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	의료기관, 보육시설, 노인의료시설 및 산후조리원에서 총부유세균에 대한 유지기준을 설정하여 관리하고 있는 이유는?	, 2009), 급성호흡기증후군(SARS, severe acute respiratory syndrome), 신종인플루엔자, 조류독감, 구제역 등을 비롯한 다양한 공기감염의 문제로부터 실내 공기질에 대한 관심이 더욱 더 높아지고 있다(Kwon and Kim, 2010). 우리나라에서는 2004년부터 ‘다중이용시설 등의 실내공기질관리법’이 시행되고 있으며, 현재 이 법에서 관리하고 있는 총 10개의 오염물질은 총부유세균, 이산화탄소, 일산화탄소, 폼 알데하이드, 미세먼지 (PM10), 오존, 석면, 총휘발성유기화합물, 라돈, 이산화질소이다. 이 가운데 총부유세균에 대한 기준은 미생물의 종과 관계없이 공기 중에서 포집되어 배양이 가능한 총세균의 수농도를 의미하고, 실내공간이 비위생적이거나 환기가 불충분할 때 이러한 총부유세균의 농도가 높아지게 된다. 이러한 부유 미생물은 천식이나 알레르기를 유발하여 인체와 환경에 나쁜 영향을 미칠 수 있는 것으로 알려져 있다(Jung et al., 2009).
	한국인은 햐루 중 얼마나 실내공간에서 생활하고 있는가?	최근 조사에 의하면 한국인은 하루 중 약 87%의 시간을 실내공간에서 생활하고 있다고 보고되고 있으며(Yang et al., 2009), 급성호흡기증후군(SARS, severe acute respiratory syndrome), 신종인플루엔자, 조류독감, 구제역 등을 비롯한 다양한 공기감염의 문제로부터 실내 공기질에 대한 관심이 더욱 더 높아지고 있다(Kwon and Kim, 2010).
	다중이용시설 등의 실내공기질관리법이 시행된 연도는 언제인가?	, 2009), 급성호흡기증후군(SARS, severe acute respiratory syndrome), 신종인플루엔자, 조류독감, 구제역 등을 비롯한 다양한 공기감염의 문제로부터 실내 공기질에 대한 관심이 더욱 더 높아지고 있다(Kwon and Kim, 2010). 우리나라에서는 2004년부터 ‘다중이용시설 등의 실내공기질관리법’이 시행되고 있으며, 현재 이 법에서 관리하고 있는 총 10개의 오염물질은 총부유세균, 이산화탄소, 일산화탄소, 폼 알데하이드, 미세먼지 (PM10), 오존, 석면, 총휘발성유기화합물, 라돈, 이산화질소이다. 이 가운데 총부유세균에 대한 기준은 미생물의 종과 관계없이 공기 중에서 포집되어 배양이 가능한 총세균의 수농도를 의미하고, 실내공간이 비위생적이거나 환기가 불충분할 때 이러한 총부유세균의 농도가 높아지게 된다.

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