KR102606143B1 - 항바이러스 필터여재, 이를 포함하는 에어필터 유닛 및 공조장치 - Google Patents

항바이러스 필터여재, 이를 포함하는 에어필터 유닛 및 공조장치 Download PDF

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Abstract

항바이러스 필터여재가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 항바이러스 필터여재는 섬유들로 형성되며, 상기 섬유들의 외부면 일부 또는 전부에 항바이러스 모티프가 접착단백질에 결합된 항바이러스 융합단백질을 포함하는 항바이러스 코팅층을 구비하는 제1부재를 포함하여 구현된다. 이에 의하면, 항바이러스 특성을 가지면서도 여과효율 및 통기량(또는 유량)이 우수하고, 압력손실이 적다. 또한, 항바이러스 특성을 발현하는 코팅층이 표면에 부착된 후 오랜 기간 부착 상태를 유지할 수 있는 부착 지속성을 보유하면서도 제조, 저장 및 사용 시 외부 조건에 따라서 항바이러스 활성을 상실하지 않고 오랜 기간 유지할 수 있는 활성 지속성을 가질 수 있다.

Description

항바이러스 필터여재, 이를 포함하는 에어필터 유닛 및 공조장치{Anti-viral filter media, air filter unit and air conditioning apparatus comprising the same}
본 발명은 필터여재에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 항바이러스 필터여재에 대한 것이다.
미생물 및 바이러스 병원체의 증가로 인해서 공중 보건이 위협받고 있다. 2003년초에 유행하기 시작한 사스, 2012년부터 감염자가 발생하고, 2015년에는 한국에서도 186명의 환자를 발생시킨 메르스 및 2019년 말에 발병하여 현재까지 세계적으로 대유행 하고 있는 코로나-19는 모두 바이러스에 의해 발병된 것으로서 이러한 바이러스의 창궐은 개인적인 사적 모임에서부터 공동생활이 요구되는 학교, 직장 등에 이르기 까지 개인 및 공동체의 생활에 막대한 영향을 미치고 있다.
세균과 바이러스와 같은 병원성 미생물은 이를 보유한 감염자로부터 배출된 비말 등의 오염물질이 물체의 표면이나 공기 중을 오염시키고, 오염된 물체의 표면에 접촉한 신체나 의복을 통해서 인체 내로 미생물이 전파되거나 오염된 공기 중에서 호흡을 통해서 미생물이 인체 내로 전파될 수 있다.
특히 여러 사람이 밀폐된 공간 내에서 공유하는 공기를 통한 바이러스와 같은 미생물의 전파 가능성은 매우 높은데, 밀폐된 공간 내의 공기를 일반적인 필터를 통해 정화하더라도 공기 내 존재하던 병원성 미생물은 여과되거나 사멸되지 않음에 따라서 다시 공기 중으로 토출될 수밖에 없어서 공기를 통한 병원미생물의 전파는 현재까지 상용화된 공기정화장치나 필터를 통해서는 방제하기 어려운 문제가 있다. 이로 인해 특히 버스, 자가용 등의 차량이나 지하철, 기차 등의 운송수단이나, 각종 공공 건물 등에 구비되는 중앙식 공조장치나, 각종 실내에 배치되는 공기청정기 등의 공조장치로 인한 집단 감염 우려가 매우 큰 실정이다.
또한, 감염자로부터 배출된 침 등의 타액으로 오염된 물 역시 현재까지 상용화된 수처리장치를 통해서 방제하기 어렵고, 이로 인해서 정화된 물에 존재하는 바이러스를 통한 전파의 우려는 매우 크다.
이에 따라서 최근에는 바이러스 등의 항병원성 미생물을 사멸시킬 수 있는 항병원성 미생물 제제를 필터에 구비시키는 시도들이 있으나, 매우 높은 압력으로 필터를 통과하는 공기나 물에 의해 항병원성 미생물 제제가 필터에서 쉽게 탈리 됨에 따라서 병원성 미생물의 사멸효과 지속성이 매우 짧은 문제가 있다.
이에 따라서 공기 또는 물에 존재하는 바이러스를 사멸시킬 수 있는 항바이러스 특성을 가지면서도 그 효과가 오랜 기간 지속될 수 있는 필터여재에 대한 개발이 시급한 실정이다.
공개특허공보 제10-2004-0049760호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 항바이러스 특성을 가지면서도 여과효율 및 통기량(또는 유량)이 우수하고, 압력손실이 낮은 항바이러스 필터여재를 제공하는데 목적 있다.
또한, 본 발명은 항바이러스 특성을 발현하는 코팅층이 표면에 부착된 후 오랜 기간 부착 상태를 유지할 수 있는 부착 지속성을 보유하면서도 제조, 저장 및 사용 시 외부 조건에 따라서 항바이러스 활성을 상실하지 않고 오랜 기간 유지할 수 있는 활성 지속성을 가지는 항바이러스 필터여재, 이를 포함하는 항바이러스 필터유닛, 공조장치 또는 수처리 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 섬유들로 형성되며, 상기 섬유들의 외부면 일부 또는 전부에 항바이러스 모티프가 접착단백질에 결합된 항바이러스 융합단백질을 포함하는 항바이러스 코팅층을 구비하는 제1부재를 포함하는 항바이러스 필터여재를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 항바이러스 모티프는 숙주세포 수용체와 결합하는 단백질을 타겟하여 상기 단백질을 불능화, 또는 파괴시키거나 바이러스 막을 파괴시키는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 접착단백질은 홍합 유래 접착단백질일 수 있다.
또한, 상기 항바이러스 모티프는 서열번호 1 내지 서열번호 8의 아미노산 서열로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 펩타이드 또는 상기 군에서 선택된 1종 이상의 아미노산 서열이 연결된 펩타이드이며, 상기 접착단백질은 서열번호 9 내지 서열번호 22의 아미노산 서열로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단백질, 또는 상기 군에서 선택된 1종 이상의 아미노산 서열이 연결된 단백질일 수 있다.
또한, 상기 항바이러스 코팅층은 항바이러스 융합단백질로 형성된 알갱이들이 집합되어 섬유 상에 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 항바이러스 코팅층은 항바이러스 융합단백질, 및 카보디이미드계 커플링제와 하이드록시 석신이미드계 반응제를 포함하는 응집 유도성분을 구비하는 항바이러스 코팅조성물을 통해서 형성될 수 있다.
또한, 상기 접착단백질은 도파 잔기를 함유하며, 상기 도파 잔기를 매개하여 항바이러스 융합단백질이 섬유 상에 고정될 수 있다. 이때, 상기 도파 잔기는 접착단백질의 타이로신 잔기 일부 또는 전부가 효소를 통해 도파 잔기로 개질된 것일 수 있다.
또한, 상기 제1부재를 형성하는 섬유의 평균직경은 0.05 ~ 1㎛이고, 평량은 2.5g/㎡ 이하, 평균공경은 2.5㎛ 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1부재의 일측 또는 양측에 배치되는 다공성의 제2부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1부재의 일측에 배치되며 지지기능을 수행하는 다공성의 제2부재 및 상기 일측에 대향하는 제1부재의 타측에 배치되며 정전처리된 다공성의 제3부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1부재와 제3부재 사이에 배치되며, 항균기능을 갖도록 은 선을 구비하거나 또는 제1부재와 제3부재를 부착시키기 위한 열융착성 섬유를 구비하는 다공성의 제4부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 일 방향으로 산과 골이 교호적으로 형성되도록 절곡된 본 발명에 따른 항바이러스 필터여재 및 상기 항바이러스 필터여재를 둘러싸는 필터프레임을 포함하는 에어필터 유닛을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 필터여재의 적어도 일면을 둘러싸도록 배치되는 필터프레임을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 항바이러스 필터여재를 포함하는 공조장치를 제공한다.
본 발명에 의한 항바이러스 필터여재는 항바이러스 특성을 가지면서도 여과효율 및 통기량(또는 유량)이 우수하고, 압력손실이 적다. 또한, 항바이러스 특성을 발현하는 코팅층이 표면에 부착된 후 오랜 기간 부착 상태를 유지할 수 있는 부착 지속성을 보유하면서도 제조, 저장 및 사용 시 외부 조건에 따라서 항바이러스 활성을 상실하지 않고 오랜 기간 유지할 수 있는 활성 지속성을 가질 수 있다.
도 1은 코로나 바이러스의 단면 모식도,
도 2는 항바이러스 모티프가 코로나 바이러스에 대해 작용할 수 있는 타겟과 관련한 모식도,
도 3 내지 도 6은 본 발명의 여러 실시예에 의한 항바이러스 필터여재의 단면도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 항바이러스 필터여재가 구비된 마스크의 사시도,
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 항바이러스 필터여재가 구비된 에어필터 유닛에 대한 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 에어필터 유닛이 구비된 환기형 공기청정기의 단면도,
도 13 및 도 14는 본 발명의 여러 실시예에 의한 수처리 용도의 항바이러스 필터여재의 단면도,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 항바이러스 필터여재가 구비된 평판형 필터유닛의 사시도, 그리고
도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 항바이러스 필터여재가 구비된 휴대용 정수 파우치의 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 항바이러스 필터여재(100)는, 섬유(10a)들로 형성되며, 상기 섬유(10a)들의 외부면 일부 또는 전부에 항바이러스 모티프가 접착단백질에 결합된 항바이러스 융합단백질을 포함하는 항바이러스 코팅층(10b)을 구비하는 제1부재(10)를 포함하고, 지지기능을 갖는 다공성의 제2부재(20)를 일면에 더 포함할 수 있다.
먼저, 항바이러스 특성을 갖는 제1부재(10)에 대해서 설명한다. 상기 제1부재(10)는 항바이러스 성분을 구비한 섬유들로 형성된 것으로서, 다공성의 구조를 갖는다. 일예로 상기 제1부재(10)는 항바이러스 코팅층(10b)이 섬유(10a)들의 외부면 일부 또는 전부에 형성된 섬유(10a)들로 형성된 섬유웹일 수 있으며, 보다 구체적으로 섬유(10a)들로 형성된 3차원 네트워크 구조를 가질 수 있다.
상기 섬유(10a)는 섬유 상의 형상으로 구현될 수 있는 공지의 섬유형성성분일 수 있으며, 바람직하게는 전기방사가 가능한 성분일 수 있다. 상기 섬유형성성분은 불소계 화합물, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드 및 폴리이더설폰(PES)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 성분을 포함할 수 있다. 상기 불소계 화합물은 일예로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 섬유형성성분은 제조 단가가 낮고 전기방사를 통하여 나노섬유의 대량생산이 용이하며, 다른 재질에 대비해 전기방사로 균일한 섬도를 구현하기에 용이하고, 기계적 강도 및 내화학성이 우수한 측면에서 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 포함할 수 있다. 또한, PVDF를 포함하는 경우 상기 PVDF 상기 PVDF의 중량평균분자량은 10,000 ~ 1,000,000일 수 있고, 바람직하게는 300,000 ~ 600,000일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 섬유형성성분은 후술하는 항바이러스 성분을 포함하는 항바이러스 코팅조성물에 대한 젖음성이 우수하고, 섬유형성성분 표면과 항바이러스 성분과의 부착력이 보다 우수한 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 포함할 수 있다. 특히 침 등의 타액인 미세한 액체방울 내 함유된 바이러스가 필터여재를 통과할 때 액체방울과 섬유 표면과의 상호작용을 고려할 때 섬유형성성분의 일부 또는 전부로 폴리아크릴로니트릴을 포함하는 경우 바이러스를 보다 우수한 효율로 사멸시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 섬유(10a)는 평균직경이 0.05 ~ 1㎛, 다른 일예로 0.05 ~0.5㎛, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 0.4㎛일 수 있다. 상기 섬유(10a)의 섬유평균직경이 과도하게 작을 경우 통기도가 저하되고, 압력손실이 증가할 수 있으며, 섬유평균직경이 과도하게 클 경우 여과효율이 저하될 수 있다.
또한, 제1부재(10)의 평량은 0.4 ~ 2.5g/㎡ 이하, 다른 일예로 0.5 ~ 2g/㎡일 수 있다. 만일 평량이 0.4 g/㎡ 미만일 경우 여과효율이 저하되거나 장시간 사용 후 여과효율이 저하되거나, 균일한 여과효율을 발현하지 못할 수 있고, 평량이 2.5g/㎡을 초과하면 통기도가 저하되며, 압력손실이 증가할 수 있다. 또한, 평균공경이 0.3 ~ 2.5㎛일 수 있고, 바람직하게는 평균공경이 0.5 ~ 2㎛일 수 있다. 만일 상기 제1부재(10) 의 평균공경이 0.3㎛ 미만이면 통기도가 저하되고 압력손실이 증가할 수 있으며, 평균공경이 2.5㎛를 초과하면 여과효율이 저하되거나, 장시간 사용 후 여과효율이 저하될 수 있다.
또한, 상기 제1부재(10)는 통기도가 4 ~ 35 cfm일 수 있고, 바람직하게는 통기도가 4.5 ~ 30 cfm일 수 있다. 만일 상기 제1부재(10)의 통기도가 4 cfm 미만이면 압력손실이 증가할 수 있고, 통기도가 35 cfm을 초과하면 여과효율이 저하되거나 장시간 사용 후 여과효율이 저하되거나, 균일한 여과효율을 발현하지 못할 수 있다.
한편, 상기 제1부재(10)는 발수/발유제를 포함하는 방사용액을 방사시켜서 형성된 것일 수 있다. 이 경우 옥외 환경에 적용되는 여과장치에 설치될 경우 더욱 유리할 수 있고, 발수/발유성과 더불어 통기도 및 여과효율까지 우수한 측면에서 더욱 유리할 수 있다.
다음으로 상술한 섬유(10a) 외부면 일부 또는 전부를 피복하는 항바이러스 코팅층(10b)에 대해 설명한다.
상기 항바이러스 코팅층(10b)은 항바이러스 모티프가 접착단백질에 결합된 항바이러스 융합단백질을 포함하는 항바이러스 성분을 구비하는 항바이러스 코팅조성물을 통해 형성된다.
상기 항바이러스 성분은 항바이러스 융합단백질을 포함하며, 상기 항바이러스 융합단백질은 접착단백질에 항바이러스 모티프가 결합되어 형성된다.
상기 항바이러스 모티프는 바이러스의 증식을 억제하거나 바이러스 자체를 소멸시키거나 숙주가 바이러스에 의해 감염되는 기작에 관여하여 감염을 차단시키는데 기능하는 모티프일 수 있다.
일예로 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 항바이러스 모티프는 바이러스의 보호막인 외막을 직접 또는 간접적으로 파괴하는 기능을 가질 수 있다. 또는, 바이러스가 숙주세포를 감염시킬 때 숙주세포의 수용체에 결합되는 단백질(ex. 코로나 바이러스의 스파이크 단백질)을 직접 또는 간접적으로 파괴하거나, 상기 단백질을 직접 또는 간접적으로 불능화시키는 기능을 가질 수 있다. 여기서 직접 또는 간접적의 의미는 항바이러스 모티프가 해당 기능을 직접 수행하거나, 종국적으로 해당 기능이 수행되는데 있어서 시작 또는 중간 과정에 관여함을 의미한다.
상기 항바이러스 모티프는 상술한 바이러스의 소멸, 불능화 등의 항바이러스 효과가 있는 것을 알려진 공지된 모티프의 경우 제한 없이 사용할 수 있다. 일예로 상기 항바이러스 모티프는 서열번호 1 내지 서열번호 8의 아미노산 서열로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 펩타이드, 상기 군에서 선택된 1종 이상의 아미노산 서열이 연결된 펩타이드, 또는 상기 군에서 선택된 1종 이상의 아미노산 서열을 기본서열로 포함하는 펩타이드일 수 있다. 일예로 서열번호 1 및 2에 따른 모티프는 사스코로나 바이러스에 유용할 수 있고, 서열번호 3 내지 8에 따른 모티프는 인플루엔자 A 바이러스에 유용할 수 있으며, 이에 더해 서열번호 7에 따른 모티프는 HSV에도 유용할 수 있다.
또한, 상기 항바이러스 모티프는 일예로 아미노산 개수가 3 ~ 100개, 보다 바람직하게는 3 ~ 20개인 펩타이드 일 수 있다.
또한, 상기 항바이러스 모티프가 타겟하는 바이러스는 공지된 바이러스의 경우 제한이 없으며, 이에 대한 비제한적인 예로써 JV, HSV, HIV, IPNV, VHSV, SHRV, HCMV, IAV, 일본뇌염 바이러스, 에볼라 바이러스, 리노바이러스, 아데노 바이러스, 홍역바이러스, B형 간염 바이러스, 인플루엔자 A 등 일 수 있다.
상술한 항바이러스 모티프는 그 자체로 코팅조성물에 포함되어 섬유(10a) 표면에 처리될 수도 있으나, 항바이러스 모티프만을 섬유(10a) 표면에 장시간 고정시키기 용이하지 않다. 이에 본 발명은 항바이러스 모티프를 접합단백질과 결합된 융합단백질 형태로 구현한다. 상기 접착단백질은 항바이러스 모티프와 섬유(10a) 표면 간의 부착력을 제공하는 접착성분으로써 기능할 수 있다. 한편, 접착성분으로 단백질을 사용할 경우 폴리머 기반의 접착성분에 대비해 독성이 없음에 따라서 코팅조성물을 인체에 직접 영향을 미칠 수 있는 필터여재인 에어필터, 마스크, 정수기용 필터 용도 등으로 사용이 가능한 이점이 있다.
또한, 상기 항바이러스 모티프와 접착단백질 간의 결합은 공유결합일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 접착단백질의 카르복시 말단, 아미노 말단 또는 카르복시 말단과 아미노 말단 양단에 펩티드 결합에 의해 결합될 수 있다. 한편, 항바이러스 모티프와 접착단백질은 공지된 방법을 통해 결합시킬 수 있고, 일예로 대장균을 이용한 재조합 단백질 생산법을 통해 제조할 수 있다. 한편, 접착단백질과 항바이러스 모티프 간에 직접 공유결합으로 결합될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니며 제3의 물질을 스페이서로 추가해 접착단백질과 항바이러스 모티프 간에 간접적으로 공유결합 등을 통해서 결합될 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 상기 접착단백질은 공지된 접착기능을 갖는 단백질의 경우 제한 없이 사용할 수 있으나, 일예로 홍합 유래의 접착단백질일 수 있으며, 홍합 유래의 접착단백질로 통칭되는 공지의 접착단백질의 경우 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는 상기 접착단백질은 서열번호 9 내지 서열번호 22의 아미노산 서열로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단백질 또는 상기 군에서 선택된 1종 이상의 아미노산 서열이 연결된 단백질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 항바이러스 성분은 상술한 항바이러스 융합단백질 이외에 항바이러스 기능을 갖는 이종의 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 이종의 물질은 공지된 유기물 또는 무기물일 수 있다. 일예로 이종 물질은 바이러스가 접촉하는 표면에 프로톤 공여성 또는 프로톤 수용성을 갖는 치환기가 배치된 무기물일 수 있으며, 구체예로서는, 인산지르코늄, 인산하프늄, 인산티타늄 등의 티타늄족 원소의 인산 화합물, 인산알루미늄, 히드록시아파타이트(인산염 광물) 등의 무기 인산 화합물; 규산마그네슘, 실리카겔, 알루미노규산염, 세피올라이트(함수 규산마그네슘), 몬모릴로나이트(규산염 광물), 제올라이트(알루미노규산염) 등의 무기 규산 화합물; 알루미나, 티타니아, 함수 산화티타늄 등일 수 있다. 또는 상기 이종물질은 은 등의 금속 또는 이의 이온을 포함하는 염일 수 있다.
또한, 상기 항바이러스 코팅조성물은 상술한 항바이러스 융합단백질을 용해시키는 용매나 안정화시키는 완충용액을 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 물 및/또는 유기용매일 수 있으며, pH8내지 8.5의 20 ~ 100mM Tris 혹은 탄산수소나트륨 완충 용액을 사용할 수 있다.
또한, 상술한 항바이러스 융합단백질은 항바이러스 코팅 조성물에 0.001 ~ 1㎎/㎖, 다른 일예로 0.001 ~ 0.2㎎/㎖의 농도로 함유될 수 있으며, 만일 고농도로 함유될 경우 항바이러스 특성은 향상될 수 있으나, 부재의 다공성 구조를 폐색시킬 수 있는 우려가 있다.
한편, 항바이러스 융합단백질에서 접착단백질, 특히 홍합 유래의 접착단백질은 그 자체로 접착특성이 있는 것으로 알려져 있으나, 본 발명자들이 연구한 결과 이들 접착단백질을 그대로 사용 시 접착(또는 점착) 특성이 없거나 미미한 수준을 보여서 항바이러스 모티프를 섬유(10a) 표면 상에 고정시키기 용이하지 않을 수 있다. 이에 항바이러스 코팅조성물 내 항바이러스 융합단백질, 특히 항바이러스 융합단백질 중 접착단백질은 보다 향상된 섬유(10a) 표면과의 부착특성을 발현하기 위하여 도파 잔기를 함유할 수 있다. 또는 항바이러스 코팅조성물은 카보디이미드계 커플링제 및 하이드록시 석신이미드계 반응제를 포함하는 응집 유도성분을 더 함유할 수 있다.
먼저, 항바이러스 융합단백질 내 접착단백질이 도파 잔기를 함유한 항바이러스 코팅조성물에 대해 설명한다.
상술한 것과 같이 접착단백질, 특히 홍합 유래의 접착단백질의 경우 그 자체로는 충분한 접착 및 점착 특성을 발휘하기 어렵다. 다만 도파 잔기를 함유토록 할 경우 도파 잔기를 통해 대상의 표면에 쉽고, 강하게 항바이러스 모티프를 고정시킬 수 있는 이점이 있다. 상기 도파 잔기는 개질을 통해서 항바이러스 융합단백질에 구비시킬 수 있는데, 상기 개질은 접착단백질 내 함유된 타이로신 잔기 일부 또는 전부를 도파 잔기로 개질시키는 것으로써 이러한 개질은 공지된 방법을 적절히 이용해 수행될 수 있다. 일예로 상기 개질은 효소를 이용해 수행될 수 있으며, 상기 효소는 일예로 타이로시나아제일 수 있다.
구체적으로 개질은 (1) 항바이러스 융합단백질을 아스코브산을 함유하는 완충용액에 용해시킨 용액을 제조하는 단계, (2) 상기 용액을 산소포화상태로 준비한 뒤 타이로시나아제를 혼합하여 접착단백질 내 타이로신 잔기를 도파 잔기로 개질시키는 단계, 및 (3) 아세트산으로 탈염 시키는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
이때, 상기 (1) 단계에서 상기 완충용액은 산화방지제로서 아스코브산을 25 ~ 100mM의 농도로 함유하며, 항바이러스 융합단백질은 상기 용액 내 0.1 ~ 10㎎/㎖ 농도가 되도록 구비될 수 있고, 상기 완충용액은 20 ~ 100mM 소듐아세테이트 및 20 ~ 100 mM 소듐보레이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (2) 단계는 제조된 용액을 10 ~ 1시간동안 산소를 주입해주면서 용액 내 산소를 포화시킨 뒤, 타이로시나아제를 최종 10 ~ 50㎍/㎖ 농도가 되게 첨가하고 산소 조건에서 30분 ~ 2시간 동안 혼합 교반한 뒤 아세트산의 농도가 최종 2 ~ 10%가 되도록 첨가하여 반응을 종료할 수 있다.
또한, 상기 (3) 단계는 반응이 종료된 반응액을 1 ~ 10%의 아세트산 용액으로 탈염 농축하는 것으로 수행될 수 있다.
또한, (3) 단계까지 수행한 후 동결건조 시켜 도파 잔기를 함유하도록 개질된 항바이러스 융합단백질을 분말 상으로 준비할 수 있다.
상술한 방법을 통해 제조된 도파 잔기를 함유하는 항바이러스 융합단백질은 다른 접착성분 없이도 목적하는 섬유(10a) 표면 상에 용이하게 고정될 수 있으며, 다른 접착성분을 사용하지 않음에 따라서 다른 성분과 항바이러스 모티프간 의도하지 않은 화학적 반응, 물리적 블로킹에 따른 활성의 저하나 불능이 방지될 수 있는 이점이 있다.
다만, 상술한 도파 잔기 개질을 통한 항바이러스 융합단백질의 부착력 개선은 추가적인 비용, 시간 및 노력이 소요됨에 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅조성물은 카보디이미드계 커플링제 및 하이드록시 석신이미드계 반응제를 포함하는 응집 유도성분을 더 포함할 수 있다. 상기 응집 유도성분은 항바이러스 융합 단백질을 처리 대상이 되는 표면에 도입시키는 물질로서, 항바이러스 융합 단백질을 단독으로 통상의 방법을 이용해 대상의 표면에 처리한 경우에 대비해 항바이러스 융합단백질의 코팅층과 대상의 표면 간의 부착력을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 응집 유도성분은 항바이러스 융합 단백질을 알갱이 형상으로 응집시키는데, 이러한 알갱이들이 섬유(10a) 표면에 흡착되어 집합체를 형성하는 방식으로 항바이러스 코팅층을 구현할 수 있다. 응집 유도성분을 함유하는 항바이러스 코팅조성물은 보다 향상된 접착강도로 항바이러스 모티프를 대상의 표면 상에 고정시킬 수 있으며, 더불어 상온에서 장시간 항바이러스 모티프의 분해, 변성 등에 의한 불능화를 방지 또는 최소화 시켜서 항바이러스 성능을 장시간 지속시킬 수 있고, 저장안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 응집 유도성분으로 인한 항바이러스 융합 단백질이 응집된 알갱이 형태는 융합 단백질 간 어떤 특정의 화학결합, 예를 들어 종래 알려진 카보디이미드계 커플링제에 의한 카르복시기와 아민기 간 아미노 결합에 의한 것으로 보기 어려운데, 이는 접착단백질, 일예로 홍합 유래 접착단백질 내 포함된 다수의 히드록시기 역시 카보디이미드계 커플링제와 반응될 수 있기 때문이다. 따라서 다수의 반응사이트를 가지고 있는 본 발명에 따른 항바이러스 융합단백질이 형성한 알갱이 형태는 어떤 특정 반응 및 이에 따른 화학결합에 의한 것으로 보기는 어렵고, 응집 유도성분과 접착단백질을 함유하는 항바이러스 융합단백질 간 조합에 따라서 발생하는 특유의 결과로 볼 수 있다.
상기 카보디이미드계 커플링제는 항바이러스 융합 단백질들이 서로 결합되도록 하는 커플링제의 경우 제한 없이 사용될 수 있으며, 일예로 1-[3-(디메틸아미노)프로필]-3-에틸카보이미드 하이드로클로라이드(EDC) 또는 N,N'-디시클로헥실카보이미드(DCC)일 수 있다.
또한, 상기 하이드록시 석신이미드계 반응제는 카보디이미드와 커플링된 상태의 항바이러스 융합단백질이 수화되는 것을 방지하여 항바이러스 융합 단백질들이 서로 응집되는 효율을 증가시키기 위해 구비되는 것으로서, 일예로 N-하이드록시석신이미드(NHS) 및 N-하이드록시설포석신이미드(Sulfo-NHS) 중 1종, 또는 이들이 혼합된 것일 수 있다.
상기 응집 유도성분은 상기 카보디이미드계 커플링제와 하이드록시 석시 이미드계 반응제를 1 :0.5 ~ 20 중량비, 보다 바람직하게는 1: 0.5 ~ 10 중량비, 보다 더 바람직하게는 1: 0.5 ~ 3 중량비로 포함할 수 있다. 만일 이들이 적절한 비율로 포함되지 못할 경우 본 발명이 목적하는 효과를 달성하기 어렵고, 구현된 항바이러스 코팅층의 내구성, 저장 기간이 연장될 시 항바이러스 모티프의 활성이 저하될 우려가 있다.
또한, 상기 응집 유도성분은 반응성 향상을 위하여 활성성분으로서 아세트산나트륨, 인산완충용액 혹은 MES 완충용액을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 활성성분은 카보디이미드계 커플링제 및 하이드록시 석시 이미드계 반응제 중량 총합 100 중량부에 대해서 20 ~ 50 중량부로 포함될 수 있으며, 이를 통해서 본 발명의 목적을 달성하기에 보다 유리할 수 있다.
한편, 상기 코팅조성물에 상술한 응집 유도성분은 용매에 용해된 액상으로 부가될 수 있는데, 이때 용매로 물 또는 유기용매를 용매로 사용할 수 있고, 바람직하게는 물을 사용할 수 있고, 코팅조성물 내 용매의 휘발속도를 증가시키는 측면에서 에탄올을 용매로 더 포함할 수 있다. 코팅조성물의 처리 후 용매의 기화가 늦을 경우 항바이러스 코팅조성물이 섬유(10a)에서 흘러 원하는 함량, 두께로 항바이러스 코팅층을 형성하기 어려울 수 있고, 다공성 구조 내 기공을 폐색시킬 우려가 있다.
한편, 항바이러스 코팅조성물이 응집 유도성분을 더 포함하는 경우 응집 유도성분으로 인해서 섬유(10a) 표면 상에 처리되기 전 항바이러스 코팅조성물 상태에서 항바이러스 융합단백질과 응집 유도성분 간의 반응이 계속 발생할 수 있으며, 만일 상기 반응이 목적한 수준을 초과해 과도하게 진행된 후 대상 표면 상에 처리될 경우 항바이러스 코팅층의 형성이 어렵거나, 형성되더라도 부착강도가 약하거나, 울퉁불퉁한 코팅면을 가지도록 형성되거나 코팅되지 않는 부분이 존재할 수 있는 등 코팅이 용이하지 않고, 제조된 항바이러스 코팅층의 품질이 좋지 않을 수 있다. 또한, 항바이러스 코팅층에서 항바이러스 모티프가 밖으로 노출되기 어려울 수 있어서 항바이러스 특성이 저하될 우려가 있다. 더불어 다공성 구조 내 기공을 폐색시킬 우려가 있다.
이에 따라서 상기 항바이러스 코팅조성물에는 항바이러스 융합단백질과 응집 유도성분 간의 반응을 지연시킬 수 있는 지연성분을 더 포함하거나, 반응을 지연시킬 수 있는 조건, 일 예로 0 ~ 15℃, 다른 일 예로 0 ~ 10℃인 저온 조건에서 코팅조성물이 저장되는 것이 바람직하다.
또는 다른 일 예로 항바이러스 코팅조성물은 항바이러스 융합단백질을 구비한 항바이러스 성분을 포함하는 제1용액과 응집 유도성분을 포함하는 제2용액으로 준비된 후 섬유(10a) 표면에 처리되는 시기에 맞춰서 제1용액과 제2용액을 혼합한 뒤 바로 대상의 표면에 처리하거나, 또는 혼합 후 소정의 반응시간을 부여한 뒤 섬유(10a) 표면에 처리할 수 있다.
상술한 응집 유도성분이 함유된 코팅조성물의 제조공정에 대해서 구체적으로 살펴보면, 카보디이미드계 커플링제 및 반응제를 포함하는 응집 유도성분을 용매에 용해시킨 제2용액과 항바이러스 융합단백질이 용해된 제1용액을 각각 준비한 뒤 이들을 소정의 함량으로 혼합할 수 있다.
제1용액은 준비된 항바이러스 융합단백질을 용매, 예를 들어 물에 용해시켜 준비할 수 있다.
또한, 상기 제2용액은 카보디이미드계 커플링제, 하이드록시 석신이미드계 반응제 및 용매, 예를 들어 물 및/또는 에탄올을 혼합하여 제조하거나, 카보디이미드계 커플링제와 용매의 혼합용액과 하이드록시 석신이미드계 반응제와 용매의 혼합용액을 각각 준비한 뒤 이들 혼합용액을 혼합하여 제조할 수 있다.
이때, 상술한 활성성분은 제2용액에 포함될 수 있으며, 일 예로 상기 제2용액은 카보디이미드계 커플링제, 하이드록시 석신이미드계 반응제 및 상기 활성성분을 혼합한 뒤 1 ~ 60분 동안 반응시킨 활성화된 용액일 수 있다. 또는 상기 제2용액은 카보디이미드계 커플링제와 활성성분의 제1혼합용액과 하이드록시 석신이미드계 반응제와 활성성분의 제2혼합용액을 각각 준비한 뒤 이를 혼합하여 제조할 수도 있다. 이때 2종의 혼합용액을 혼합 한 뒤 바로 제1용액과 혼합할 수 있지만, 다른 일 예로 2종의 혼합용액을 혼합한 뒤 30 ~ 60분간 반응을 유도하여 제2용액을 준비할 수 있다.
다음으로 준비된 제1용액과 제2용액을 혼합하는 단계를 수행할 수 있다. 이때, 제1용액과 제2용액의 혼합비율은 표면에 항바이러스 코팅조성물을 처리하는 구체적인 방법, 형성시키려는 코팅층의 두께, 항바이러스 활성의 정도 등을 고려하여 적절히 변경될 수 있다. 일 예로 상기 제1용액과 제2용액은 항바이러스 융합단백질 100 중량부에 대해서 카보디이미드계 커플링제와 하이드록시 석신이미드계 반응제 중량 총합이 50 ~ 200 중량부, 다른 일예로 80 ~ 120 중량부 포함되도록 함량을 조절하여 혼합될 수 있다. 만일 카보디이미드계 커플링제와 하이드록시 석신이미드계 반응제 중량 총합이 50 중량부 미만일 경우 알갱이 형상으로 구현되기 어려워서 섬유(10a) 표면에 코팅성이 저하될 수 있다. 또한, 200 중량부를 초과할 경우 코팅층이 박리될 수 있다.
한편, 상술한 준비된 제1용액과 제2용액을 혼합하는 단계를 수행한 두 제1용액 내 항바이러스 융합단백질과 제2용액 내 응집 유도성분 간 반응을 유도하는 에이징 단계를 더 수행할 수 있다.
여기서 소정의 반응을 유도한다는 것은 항바이러스 코팅조성물 상에서 항바이러스 융합단백질이 응집을 개시하거나 또는 이미 응집되어 소정의 크기를 갖는 알갱이를 구현한 상태에서 대상의 표면에 처리됨을 의미하는데, 이에 제한되는 것은 아니며 혼합 즉시 섬유(10a) 표면에 처리하여 응집반응을 유도할 수 있음을 밝혀둔다. 상기 에이징 단계는 융합단백질과 응집 유도성분의 함량, 항바이러스 코팅조성물을 대상에 처리하는 방법 등에 따라서 조절될 수 있으며, 일 예로 0 초과 300분 간, 다른 일 예로 30 ~ 60분 간 수행될 수 있다. 에이징 시간은 에이징 시 온도조건에 의해서도 달라질 수 있으며, 저온으로 에이징 시 에이징 시간은 늘어날 수 있다. 일예로 상온, 일예로 20 ~ 25℃에서 항바이러스 코팅조성물을 함침법을 이용해 섬유(10a) 표면에 코팅 시 상기 에이징 시간은 일 예로 10분 이상, 다른 일 예로, 20분, 30분, 40분 이상 수행될 수 있다. 다른 일 예로 항바이러스 코팅조성물이 전기분사될 경우 상기 에이징 시간은 상온, 일예로 20 ~ 25℃에서 10분 이내, 다른 일예로 8분, 6분, 4분, 2분 이내로 수행될 수 있다.
상술한 항바이러스 코팅조성물에는 설명된 성분 이외에 통상적인 코팅조성물에 함유되는 분산제, 레벨링제, 점도조절제, 소포제 등의 성분을 더 함유할 수 있으며, 이들의 구체적 종류 및 함량은 목적에 따라서 공지된 종류를 적절한 함량으로 조절하여 사용할 수 있으므로 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
또한, 상술한 항바이러스 코팅조성물 내 항바이러스 융합단백질은 항바이러스 코팅조성물을 섬유(10a)의 표면 상에 처리하는 단계 및 상기 항바이러스 코팅조성물을 건조시키는 단계를 통해 제1부재 내 섬유(10a) 표면 상에 고정될 수 있다.
상기 항바이러스 코팅조성물은 섬유(10a) 표면에 공지된 코팅방법을 통해 처리될 수 있으며, 일예로 함침, 스핀코팅, 콤마코터, 분사, 전기분사 등일 수 있다. 또한 구체적인 코팅방법에 따라서 항바이러스 코팅조성물은 적절한 점도를 갖도록 구현될 수 있다.
항바이러스 코팅조성물, 특히 응집 유도성분을 더 포함하는 항바이러스 코팅조성물이 대상의 표면 상에 전기분사를 통해 처리되는 경우에 대해서 구체적으로 살펴보면, 상기 전기분사는 공지된 전기분사장치를 이용할 수 있다. 이때 전기분사의 조건은 팁과 콜렉터 간의 거리가 10 ~ 50㎝, 팁에 인가되는 전압이 30 ~ 70kV, 분사 시 온도가 20 ~ 40℃, 습도가 상대습도 30 ~ 50%, 분사액의 분사속도가 10 ~ 100㎖/분일 수 있으며, 이를 통해 균일하고, 본 발명이 목적하는 효과가 발현되는 항바이러스 코팅층이 구현되기에 적합할 수 있다.
또한, 항바이러스 코팅조성물은 제1부재(10)의 표면부에 존재하는 섬유(10a) 표면에만 국한하여 처리되거나, 또는 제1부재(10)를 이루는 섬유의 위치에 상관없이 섬유(10a) 표면에 항바이러스 코팅조성물이 접촉할 수 있도록 처리될 수 있다. 또한, 항바이러스 코팅층에서 각 성분의 농도, 에이징 시간 등을 적절히 조절하여 항바이러스 코팅층이 형성된 후에도 처리 전 보유한 기공이 폐색되지 않도록 항바이러스 코팅층을 형성시킬 수 있다
또한, 항바이러스 코팅조성물이 대상의 표면에 처리된 후 항바이러스 코팅층이 형성되도록 소정의 시간동안 반응을 유도할 수 있다. 이때 반응시간은 코팅조성물 내 항바이러스 융합단백질의 농도, 응집 유도성분의 농도, 목적하는 코팅층의 두께, 항바이러스 코팅조성물이 제1부재(10) 내부까지 침투한 후 반응되는데 소요되는 시간, 온도 등에 따라서 달라질 수 있다.
상기 반응은 항바이러스 코팅조성물이 처리된 뒤 건조단계를 거치기 전 완료될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 항바이러스 코팅조성물이 처리된 뒤 반응이 일어나지 않거나 또는 일부만 종료된 상태에서 후술하는 건조단계, 특히 열을 가하여 수행되는 건조단계를 통해 완료될 수 있음을 밝혀둔다.
이후 항바이러스 코팅조성물은 1 ~ 24시간 동안 상온에서 자연건조 또는 30 ~ 100℃의 온도로 열풍 및/또는 IR 램프를 통해서 건조시켜 대상의 표면 상에 항바이러스 융합단백질이 알갱이를 형성하여 대상의 표면에 결합된 항바이러스 코팅층을 구현할 수 있다.
다음으로 상술한 제1부재(10)는 일면에 지지기능을 수행하는 다공성의 제2부재(20)를 더 포함할 수 있다.
상기 제2부재(20)는 통상적으로 지지체 역할을 수행하는 다공성 부재인 경우 특별한 제한은 없으나, 그 형상에 있어서는 바람직하게는 직물, 편물 또는 부직포일 수 있다. 일예로 부직포인 경우 케미컬본딩 부직포, 써멀본딩 부직포, 에어레이 부직포 등의 건식부직포나 습식부직포, 스판레스 부직포, 니들펀칭 부직포 또는 멜트블로운와 같은 공지된 부직포를 사용할 수 있으며, 일예로 상기 제2부재(20)는 서멀본딩 부직포일 수 있다. 또는 상기 제2부재(20)는 도 9 및 도 10에 도시된 것과 같이 필터여재가 절곡되는 경우 절곡에 따른 제1부재(10) 등의 손상을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 이와 같은 경우 상기 제2부재(20)는 일 예로 폴리에스테르계 재질의 스펀본드 부직포일 수 있다.
또한, 상기 제2부재(20)의 공경, 기공율, 평량 등은 목적하는 강도, 여과효율 등을 고려해 달라질 수 있어서 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다. 다만, 본 발명의 목적을 보다 용이하게 달성하기 위하여 직경이 30 ~ 50㎛인 섬유를 포함하며, 평량이 30 ~ 150g/㎡이고, 평균공경이 30 ~ 100㎛인 부직포를 사용할 수 있다.
또한, 상기 제2부재(20)는 그 재질에 있어서도 제한은 없다. 이에 대한 비제한적인 예로써, 바람직하게는 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 나일론 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 합성섬유를 포함할 수 있다. 다만, 상기 제2부재(20)는 제1부재(10)와 별도의 접착제 없이도 부착이 가능하도록 열융착성 섬유를 포함할 수 있다. 상기 열융착성 섬유는 저융점 폴리에스테르 또는 저융점 폴리올레핀계일 수 있는데, 바람직하게는 저융점 폴리올리핀계 성분을 포함할 수 있고, 더욱 구체적으로는 폴리에틸렌을 구비하는 초부 및 상기 초부 보다 융점이 높은 폴리프로필렌을 구비하는 심부로 형성된 심초형 복합섬유일 수 있다. 제1부재(10)는 직경이 1㎛ 이하로 작은 섬유(10a)들을 포함할 수 있는데, 제2부재(20)가 폴리올레핀계 섬유들로 형성될 경우 제1부재(10)와 열 융착을 통해 접합될 시 폴리에스테르계 섬유들로 형성된 제2부재를 사용하는 경우에 대비해 보다 우수한 접합특성을 발휘하며, 브리틀한 특성이 강한 폴리에스테르계 섬유들로 형성된 제2부재에 대비해 유연성이 우수해 공기가 통과하면서 가해지는 외력에 더욱 잘 대응할 수 있고, 이에 따라서 접합계면에서의 분리를 방지하기 유리할 수 있다.
또한, 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면 항바이러스 필터여재(101)는 제3부재(30)를 더 포함할 수 있다. 상기 제3부재(30)는 도 4에 도시된 것과 같이 제1부재(10)와 직접 맞닿도록 배치되거나, 또는 도 5에 도시된 것과 같이 제1부재(10)의 사이에 제4부재(41)를 개재해 배치될 수 있다.
구체적으로 상기 제3부재(30)는 도 4에 도시된 것과 같이 제1부재(10)의 일측에 배치되어 제1부재(10)를 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 상기 제3부재(30)는 여과될 외기가 1차로 통과하는 부재일 수 있으며, 이에 따라서 공기 중의 미세입자에 대한 여과성능을 향상시키는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해 상기 제3부재(30)는 정전기력을 이용해서 공기 중에 포함된 미세먼지, 분진 등을 여과시키는 기능을 수행하는 다공성 부재일 수 있다. 상기 제3부재(30)는 일예로 공지된 부직포일 수 있으며, 바람직하게는 정전처리된 다공성 부재일 수 있고, 구체적으로 정전처리된 멜트블로운 부직포일 수 있다. 상기 정전처리는 다공성 부재 전체에 처리될 수 있으나, 일부에만 처리될 수 있음을 밝혀 두며, 통상적인 정전처리 필터의 제조 시 사용되는 공지된 방법을 적절히 채용할 수 있음에 따라서 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 목적에 따라서 적절히 제3부재(30)에 함유된 섬유의 직경, 평량을 조절할 수 있는데, 보다 향상된 여과성능, 내구성 등을 담보하기 위하여 상기 제3부재(30)는 평균직경이 0.5 ~ 12㎛, 바람직하게는 평균직경이 1 ~ 10㎛인 섬유를 포함하며, 평량이 15 ~ 50g/㎡일 수 있고, 다른 일예로 평량은 20 ~38 g/㎡일 수 있다. 또한, 평균 공경은 20㎛이하일 수 있고, 다른 일예로 5 ~ 15㎛, 보다 바람직하게는 7 ~ 12㎛일 수 있다. 만일 상기 제3부재(30)의 평량이 15g/㎡ 미만이면 편차가 커짐에 따라 여과효율이 저하되거나, 균일한 여과효율을 발현하지 못할 수 있으며, 평량이 40 g/㎡을 초과하면 통기도가 저하되고, 압력손실이 증가할 수 있다. 또한, 만일 상기 제3부재(30)의 평균공경이 5㎛ 미만이면 통기도가 저하되고, 압력손실이 증가할수 있으며, 평균 공경이 15㎛를 초과하면 여과효율이 저하될 수 있다. 또한, 제3부재(30)를 형성하는 섬유의 평균직경이 과도하게 작을 경우 통기도가 저하되고, 압력손실이 증가할 수 있으며, 섬유 평균 직경이 과도하게 클 경우 여과효율이 저하될 수 있다.
또한, 제3부재(30)는 통기도가 25 ~ 40 cfm일 수 있고, 바람직하게는 통기도가 30 ~ 36 cfm일 수 있다. 만일 통기도가 25cfm 미만이면 압력손실이 증가할 수 있고, 통기도가 40 cfm을 초과하면 여과효율이 저하되거나, 균일한 여과효율을 발현하지 못할 수 있다.
또한, 상기 제3부재(30)를 형성하는 섬유는 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리올레핀계 및 폴리아미드계로 이루어진 군에서 선택되는 합성고분자 성분; 또는 셀룰로오스계를 포함하는 천연 고분자성분을 포함할 수 있고, 일예로 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
한편, 제3부재(30)와 제1부재(10)가 조합된 항바이러스 필터여재(101,102,103)의 경우 제1부재(10)와 함께 여과성능의 내구성 측면에서 상승작용을 발현한다. 구체적으로 상술한 제1부재(10)는 1㎛ 이하의 섬유가 축적되어 3차원 네트워크 구조를 형성한 것일 수 있다. 이때, 상기 제1부재(10)는 PM2.5 이하의 미세먼지까지 물리적으로 여과시킬 수 있는 공경을 갖도록 설계될 수 있고, 통과되는 공기의 유량 저하가 방지되도록 유로가 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1부재(10)는 정전처리된 제3부재(30)에 발생할 수 있는 제전에 따른 포집효율 감소의 문제를 보완하며 장시간 초도 설계된 여과효율을 유지시키도록 기능할 수 있다.
구체적으로 정전처리된 제3부재(30)는 정전기력을 이용해 분진을 섬유 표면에 흡착하는데, 시간이 경과할수록 정전기력이 감소하여 사용시간 5개월이 경과하면 여과효율이 초도 설계된 효율의 50% 이하로 저하될 수 있고, 이로 인해 교체주기가 매우 짧은 문제가 있다. 그러나 정전처리된 제3부재(30)와 함께 제1부재(10)를 사용 시 제3부재(30)만 사용되었을 때 포집효율이 계속 낮아지는 것과 달리 포집효율 저하가 적으며, 5개월 이상 수개월 지속하더라도 포집효율이 초도 설계된 수치의 95% 이상을 유지할 수 있는 이점이 있다.
다음으로 제1부재(10)와 제3부재(30) 사이에 구비될 수 있는 제4부재(41,42)에 대해서 설명한다.
상기 제4부재(41,42)는 필터여재의 지지기능을 수행하면서도 항균기능을 갖도록 은 선을 구비하거나 또는 제1부재(10)와 제3부재(30)를 부착시키기 위한 열융착성 섬유를 구비한 다공성의 부재일 수 있다.
먼저 제4부재(41,42)가 항균기능을 발현하는 경우에 대해서 설명한다.
상기 제4부재(41,42)는 항균기능 발현하기 위해서 공지의 성분을 함유하는 다공성 부재의 경우 제한 없이 사용될 수 있는데, 바람직하게는 상기 제4부재(41,42)는 항균 특성을 발현하는 은을 함유하는 섬유를 포함할 수 있다.
상기 은을 함유하는 섬유는 은 단독으로 이루어진 은 선이거나, 은 이외에 구리 등의 다른 금속이 함유된 금속선, 또는 은 선 및/또는 은을 함유한 금속선이 비금속의 통상적인 섬유와 합사되어 형성한 합연사일 수 있다. 상기 구리 등의 다른 금속이 함유된 금속선에 대해서 설명하면, 은 이외의 다른 금속이 은과 비고용 상태, 즉 은과 비합금 상태로 혼합되어 선형으로 형성된 것일 수 있다. 은 이외의 다른 금속이 은과 비고용 상태로 혼합된 경우에, 은과 다른 금속은 한 가닥 선형의 영역 내 은과 다른 금속이 소정의 영역을 규칙적 또는 불규칙적으로 각각 차지하도록 배치된 것일 수 있으며, 일 예로 구리 선의 외부에 은이 둘러싸서 층을 형성한 이중 구조일 수 있다. 이때, 구리 선은 은 선에 우수한 유연성을 부여할 수 있으며, 둘러싼 은의 평균두께는 3 ~ 3200㎚일 수 있고, 바람직하게는 평균 두께가 5 ~ 3000㎚일 수 있다. 만일 상기 둘러싼 은의 평균 두께가 3㎚ 미만이면 중심 금속인 구리가 외부로 노출되도록 제조되기 쉬어서 항균기능이 저하될 수 있고, 은 선에서 은이 탈리되어 항균기능이 더욱 저하되거나, 탈리된 은이 이를 사용하는 사람의 호흡기로 흡입되거나 피부에 잔류되는 우려가 있다. 또한, 둘러싼 은의 평균 두께가 3200㎚를 초과하면 은 선의 유연성이 저하될 수 있다. 이러한 이중 구조의 은 선은 구리재료를 소정의 직경으로 인발하는 단계, 클래딩 공법(cladding process)에 의해 인발된 구리재료와 은 플레이트를 일체화시켜 상기 구리재료의 외부를 은 플레이트가 둘러싸는 이중 구조의 와이어를 얻는 단계 및 상기 이중 구조의 와이어를 신선 가공을 통해서 은 선을 얻는 단계를 포함하여 형성될 수 있다. 또는 상기 은 선은 인발된 구리재료 상에 액체형 Ag 파우더 용액이 담긴 용액을 처리해 상기 구리재료의 표면에 균일한 두께의 Ag를 코팅한 뒤, 신선가공을 통해서 은 선을 수득할 수도 있다. 또는 인발된 구리재료 상에 은을 도금하고, 이를 신선가공 처리하여 은 선을 수득할 수도 있다.
다음으로 은 선이 비금속인 통상적인 섬유와 합사되어 형성한 실의 형태에 대해서 설명하면, 은 선과 통상적인 섬유는 2 종의 섬유를 합사하는 공지된 섬유분야의 제조방법, 공지된 2종 섬유의 배치구조를 적절히 채용하여 구현된 합연사일 수 있다. 이때, 사용된 은 선은 은으로만 이루어진 선이거나, 은과 다른 금속이 함유된 금속 선일 수 있다. 일예로, 상기 합연사는 심사, 상기 심사를 둘러싸는 은 선을 포함하는 제1커버링사, 및 상기 심사를 둘러싼 제1커버링사 외부를 둘러싸는 제2커버링사를 포함하는 3중 구조 단면을 갖는 실일 수 있다.
상기 심사 및 제2커버링사는 합연사의 유연성과 신축성을 향상시키는데 사용할 수 있는 섬유라면 제한 없이 사용할 수 있고, 바람직하게는 천연섬유 및 합성섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 폴리에스테르계 섬유를 사용할 수 있다. 또한, 상기 심사 및 제2커버링사는 모노사 또는 다수 개의 필라멘트사로 형성될 수 있고, 바람직하게는 다수 개의 필라멘트사로 형성된 섬유일 수 있다. 또한, 상기 심사 및 제2커버링사는 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 섬도의 섬유라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 각각 독립적으로 섬도가 20 ~ 100De'(데니어)일 수 있고, 보다 바람직하게는 섬도가 30 ~ 75De'일 수 있다. 만일 상기 심사 및 제2커버링사의 섬도가 각각 독립적으로 20De' 미만이면 은 선의 단사에 따른 항균성능 및 내구성이 저하될 수 있고, 섬도가 100De'를 초과하면 신축성이 저하되어 제1부재 등과 접합력이 저하되고, 이로 인해 계면분리가 발생할 우려가 있다.
또한, 상기 제2커버링사는 꼬임수 350 ~ 1100 TPM으로 연사될 수 있고, 바람직하게는 450 ~ 1000 TPM으로 연사되어 합연사에 포함될 수 있다. 만일 상기 제2커버링사의 꼬임수가 350 TPM 미만이면 내구성과 은 선의 단사에 따른 항균성능이 저하될 수 있다. 또한, 꼬임수가 1100 TPM을 초과하면 신축성 및 유연성이 저하될 수 있으며, 표면에 노출되는 은 선의 면적이 저하됨에 따라 상대적으로 항균성능이 저하될 수 있다.
한편, 제4부재(41,42)는 전술한 은으로 이루어진 은 선, 은을 포함하는 금속선 및/또는 합연사를 포함하여 다공성의 구조를 갖도록 구현된 부재로써, 이에 대한 구체적 예로서 직물, 편물, 부직포 또는 메쉬 시트일 수 있다. 이때, 상기 직물, 편물, 부직포 또는 메쉬시트는 은 선을 함유하지 않는 천염섬유 및/또는 합성섬유를 더 포함할 수도 있다.
다음으로 제4부재(41,42)가 제1부재(10)와 제3부재(30)를 부착시키는 특성을 가지는 경우에 대해서 설명한다. 이 경우 제4부재(41,42)는 열융착성 섬유를 포함하는 다공성 부재일 수 있으며, 다공성 부재의 형상은 직물, 편물 또는 부직포일 수 있다. 상기 열융착성 섬유는 통상적으로 저융점 섬유로 통칭되는 섬유일 수 있으며, 섬유의 일부 또는 전부가 저융점 성분, 일 예로 60 ~ 200℃의 융점을 가지는 성분을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 저융점 성분을 포함하는 복합섬유일 수 있다. 상기 복합섬유는 지지성분 및 저융점 성분을 포함하여 상기 저융점 성분의 적어도 일부가 외부면에 노출되도록 배치된 것일 수 있다. 일예로, 지지성분이 코어부를 형성하고, 저융점 성분이 상기 코어부를 둘러싸는 시스부를 형성한 시스-코어형 복합섬유나, 지지성분의 일측에 저융점 성분이 배치되는 사이드-바이-사이드 복합섬유일 수 있다. 상기 저융점 성분 및 지지 성분은 상술한 것과 같이 지지체의 유연성 및 신율 측면에서 바람직하게는 폴리 올레핀계일 수 있고, 일예로 지지성분은 폴리프로필렌, 저융점 성분은 폴리에틸렌일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 일 예로 제4부재(41,42)는 평량이 25 ~ 75g/㎡일 수 있고, 바람직하게는 30 ~ 70g/㎡일 수 있으며, 상기 제4부재(41,42)를 형성하는 섬유는 평균직경이 10 ~ 30㎛, 바람직하게는 평균직경이 15 ~ 25㎛일 수 있고, 평균공경은 30 ~ 200㎛일 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 것과 같이, 항바이러스 필터여재(103)는 제5부재(50)를 더 포함할 수 있고, 상기 제5부재(50)는 제3부재(30)의 일 측에 배치되어 외기나 원수가 통과하는 최외측을 형성할 수 있다. 특히 외기가 통과하는 에어필터 용도에서 제5부재(50)는 필터여재(103)를 지지하고, 발수/발유성을 향상시키는 기능을 가질 수 있다. 이때, 상기 제5부재(43)는 바람직하게는 부직포일 수 있고, 보다 바람직하게는 케미컬본딩 부직포, 써멀본딩 부직포, 에어레이 부직포 등의 건식부직포나 습식부직포, 스판레스 부직포, 니들펀칭 부직포, 스펀본드 부직포 또는 멜트블로운 부직포일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 스펀본드 부직포일 수 있다.
또한, 상기 제5부재(50)는 발수/발유성을 부여하기 위하여 발수/발유제를 상술한 고분자와 함께 방사용액에 포함시켜서 방사하거나 소정의 발수/발유 처리를 통해 구현한 발수/발유성 스펀본드 부직포일 수 있다.
또한, 상기 제5부재(50)를 형성하는 섬유의 직경이 과도하게 낮으면 통기도가 저하되고, 압력손실이 증가할 수 있으며, 과도하게 높으면 발수/발유성이 저하되거나 여과효율이 저하될 수 있다. 또한, 평량이 과도하게 낮으면 편차가 커짐에 따라 여과효율이 저하되거나, 균일한 여과효율을 발현하지 못할 수 있으며, 발수/발유성이 저하될 수 있고, 평량이 과도하게 높으면 통기도가 저하되며, 압력손실이 증가할 수 있다.
한편, 상술한 제2부재(20) 내지 제5부재(50)의 경우 제1부재(10)와 같이 항바이러스 코팅층이 더 구비될 수 있으며, 이를 통해 필터여재 상에 접촉된 바이러스에 대한 사멸효과를 더욱 극대화할 수 있음을 밝혀둔다.
상술한 항바이러스 필터여재(100,101,102,103)는 공기 여과 용도에서 여과효
율이 99.5% 이상일 수 있고, 바람직하게는 여과효율이 99.6% 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 여과효율이 99.7% 이상일 수 있고, 더욱 바람직하게는 여과효율이 99.8% 이상일 수 있다. 또한, 상술한 필터여재(100,101,102,103)는 압력손실이 20 ~ 120 mmH2O일 수 있고, 바람직하게는 압력손실이 25 ~ 110 mmH2O일 수 있다. 만일 상기 필터여재의 여과효율이 99.5% 미만이면, 목적하는 수준의 여과효율을 나타낼 수 없음에 따라 후술하는 마스크, 에어필터, 또는 환기형 공기청정기에 적용할 수 없다. 또한, 만일 상기 필터여재의 압력손실이 20 mmH2O 미만이면 여과효율이 좋지 않을 수 있고, 압력손실이 120 mmH2O를 초과하면 통기도가 저하될 수 있다.
상술한 항바이러스 필터여재(100,101,102,103)가 공기 여과 용도일 경우 구체적으로 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같이 마스크(1000,1001)에 채용될 수 있으며, 외부 노출면을 형성하는 제1원단(200), 상기 제1원단(200)의 적어도 일부에 고정되어 수용부를 형성하고 착용자의 안면부에 밀착되는 제2원단(300) 및 상기 제1원단(200)의 양 측단에 구비되는 이어밴드(400)를 구비하는 마스크(1000,1001)에서 상기 수용부에 구비될 수 있다.
상기 제1원단(200)은 외부의 물이나 습기 또는, 사용자의 타액에 의한 세균발생과 증식을 방지하기 위하여 소수성, 속건성 및 발수성 등을 발현할 수 있다. 또한, 상기 제1원단(200)은 당업계에서 통상적으로 사용할 수 있는 마스크 외피의 재질이라면 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 천연섬유 및 합성섬유 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는 폴리에스테르를 사용하는 것이 소수성, 속건성 및 발수성을 발현하는 측면에서 더욱 유리하다. 또한, 상기 제1원단은 직물 또는 편물일 수 있다
또한, 상기 제2원단(300)은 상술한 바와 같이, 상기 제1원단(200)의 적어도 일부에 고정되어 상술한 필터여재를 수용하기 위한 수용부를 형성하고 착용자의 안면부에 밀착된다. 이때, 바람직하게는 상기 제2원단(300)은 제1원단(200)에 상단 및 하단이 고정되어 수용부를 형성할 수 있다. 한편, 상기 제2원단(300)은 상술한 제1원단(200)과 동일 또는 상이한 재질 및 특성을 가질 수 있으며, 바람직하게는 동일한 재질 및 특성을 가질 수 있음에 따라, 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
또한, 도 8에 도시된 것과 같이 마스크(1001)는 코패드(500) 및 제1원단(201)의 하단부에 구비되는 턱받침(600)을 더 포함할 수 있다. 상기 코패드(500)는 사용자의 호흡 시 제1원단(201)과 제2원단(301) 외에 다른 영역에서의 외기 유입과 내기의 배출을 방지하는 역할을 수행하는 것으로, 공지된 코패드와 동일한 재질 및 형상을 가질 수 있음에 따라, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 턱받침(600)은 공지된 턱받침과 동일한 재질 및 형상을 가질 수 있음에 따라, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
또한, 공기 여과 용도에 있어서 도 9 내지 도 11에 도시된 것과 같이 본 발명에 따른 항바이러스 필터여재(710,810)는 절곡되어 에어필터 유닛(700,800)을 구현하며, 이를 통해서 여과면적을 극대화하여 여과효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 에어필터 유닛(700,800)은 절곡된 필터여재(710,810)의 적어도 일측면을 둘러싸도록 배치되는 필터프레임(720,820)을 더 포함할 수 있다.
상기 필터프레임(720,820)은 상술한 바와 같이 절곡된 필터여재(710,810)의 적어도 일측면을 둘러싸도록 배치되고, 바람직하게는 절곡된 필터여재(710,820)의 전측면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 다만, 상기 필터프레임은 공지된 필터프레임을 사용할 수 있음에 따라, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
한편, 상기 필터여재(710,810)는 산 높이 5 ~ 55㎜이 되도록, 바람직하게는 산 높이 10 ~ 50㎜이 되도록 절곡되어 구비될 수 있다. 만일 상기 산 높이가 5㎜ 미만이면 복합필터에 구비되는 필터여재의 면적이 작음에 따라 여과효율이 저하되고, 압력손실이 증가될 수 있으며, 산 높이가 55㎜를 초과하면 산과 산이 붙어서 오히려 여과 면적이 줄어들 수 있고, 압력이 높을 경우 산이 꺾이거나 변형될 수 있다. 한편, 이때 상기 산 높이는 골에서부터 산까지의 높이를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 에어필터 유닛(700,800)은 길이 300㎜당 상기 산을 70 ~ 95개, 바람직하게는 73 ~ 91개, 보다 바람직하게는 77 ~ 86개 포함할 수 있고, 길이 300㎜당 상기 필터여재가 1.3 ~ 8.5m, 바람직하게는 1.5 ~ 8.2m, 보다 바람직하게는 2 ~ 7.5m 포함될 수 있다. 에어필터 유닛(700,800)에 포함되는 산 개수 및 필터여재의 길이 범위를 만족함에 따라, 비표면적이 높음에 따라 제거효율이 우수
하고, 압력손실이 낮으며, 제거효율 저하를 방지할 수 있는 효과를 모두 동시에 달성할 수 있다.
또한, 복수의 산과 골을 포함하는 주름진 구조를 예를 들어 설명하였으나, 상기 에어필터 유닛은 평판형, 주름진 구조 및 원통형 등으로 형상에 제한 없이 구현될 수도 있다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에어필터 유닛(800)은 각종 공지된 공조장치에 구비되는 에어필터를 대체해 사용될 수 있다. 상기 공조장치는 버스, 자가용 등의 차량이나 지하철, 기차 등의 운송수단이나, 각종 공공 건물 등에 구비되는 공조장치 또는, 각종 실내에 배치되는 공기청정기일 수 있으며, 공조장치에 항바이러스 기능이 구비된 필터여재, 또는 에어필터 유닛을 구비함에 따라서 외부에서 유입되거나 또는 실내에서 순환되는 공기 중에 포함된 각종 세균이나 바이러스 등의 병원미생물을 여과시키거나 사멸시킬 수 있다.
상기 공조장치의 일 예인 환기형 공기청정기(2000)에 대해 설명하면, 상기 환기형 공기청정기(2000)는 벽걸이형, 스탠드형 및 천정형 중 어느 하나일 수 있다.
일예로써, 도 12에 도시된 천정형 타입 환기형 공기청정기(2000)에 대하여 설명한다. 상기 천정형 타입 환기형 공기청정기는 하우징, 제1송풍기, 제2송풍기, 열교환기(900) 및 에어필터 유닛(800)을 포함하여 구현될 수 있다. 상기 하우징은 전체적인 외형을 형성할 수 있으며, 상기 제1송풍기, 제2송풍기, 열교환기 및 필터부재가 배치될 수 있도록 내부공간을 갖도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 하우징은 실내공기 및 실외공기가 상기 내부공간으로 유입된 후 배출될 수 있도록 상기 내부공간과 연통되는 복수 개의 포트를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 복수 개의 포트는 실내공기를 상기 내부공간으로 유입하기 위한 실내공기 흡입구와, 상기 내부공간으로 유입된 실내공기를 외부로 배출하기 위한 실내 공기 배출구와, 실외공기를 상기 내부공간으로 유입하기 위한 실외공기 흡입구 및 상기 내부공간으로 유입된 실외공기를 실내로 배출하기 위한 실외공기 배출구를 포함할 수 있다.
한편, 상기 천정형 타입 환기형 공기청정기(2000)는 상기 실내공기 흡입구 및 실외공기 흡입구를 통해 상기 내부공간으로 각각 유입된 실내공기 및 실외공기가 서로 섞이지 않으면서 열교환된 후 상기 내부공간으로부터 외부로 배출될 수 있다.
이를 위해, 상기 내부공간에는 제1송풍기를 통해 흡입된 실외공기와 제2송풍기를 통해 흡입된 실내공기가 모두 통과할 수 있도록 열교환기(900)가 배치될 수 있다. 이때, 상술한 에어필터 유닛(800)은 내부공간으로 유입된 실외공기가 여과된 후 열교환기(900) 측으로 유입될 수 있도록, 열교환기 측에 배치될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1송풍기의 작동을 통해 실외로부터 실내로 공급되는 실외공기는 상기 에어필터 유닛(800)을 통과하는 과정에서 황사나 미세먼지와 같은 이물질부터 바이러스 등의 병원성 미생물이 제거됨으로써 실내에 존재하는 실내공기의 질을 높일 수 있다.
상기 환기형 공기청정기에 대한 자세한 설명에 대해서는 본 출원인의 환기형 공기청정기에 대한 출원 발명인, 대한민국 출원번호 제10-2020-0070790호, 제10-2020-0068449호 및 제10-2020-0070792호가 참조로 삽입될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 상술한 항바이러스 필터여재(100)는 수처리 용도로 사용될 수 있다. 일 예로 수처리 용도로 사용 시 도 13 및 도 14에 도시된 것과 같이 항바이러스 필터여재(104,105)는 지지기능을 수행하는 제2부재(21)의 양 면에 제1부재(11)가 배치되거나, 제2부재(21)의 양 면에 지지기능을 하는 다른 제6부재(23)가 배치되거, 이들 적층체의 양면에 제1부재(11)가 배치된 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 구조를 채택함으로써 우수한 여과효율 및 유량을 달성하는 동시에 높은 압력에서 수행되는 역세에 적합할 수 있다. 한편, 제6부재(23)는 제2부재(21) 보다 두꼐, 평량이 작을 수 있다.
상술한 수처리용 항바이러스 필터여재(104,105)는 도 15에 도시된 것과 같이 평판형 필터유닛(3000)에 채용될 수 있다. 상기 평판형 필터유닛(3000)은 유입된 피여과액이 필터여재(104)로 향하거나 또는 필터여재(104)에서 여과된 여과액이 외부로 유출될 수 있도록 하는 유로가 형성되고, 상기 필터여재(104)의 테두리를 지지하는 지지프레임(3100)을 포함하며, 상기 지지프레임(3100)의 어느 일영역에는 필터여재(104)의 외부와 내부 간 압력차를 구배시킬 수 있는 흡입구(3110)가 구비될 수 있다. 이때, 평판형 필터유닛(3000)은 흡입구(3110)를 통해 높은 압력의 흡입력을 가할 경우 필터여재(104)의 외부에 배치되는 피여과액이 필터여재(104)의 내부를 향하게 되고, 구체적으로 양 측에 배치된 제1부재(11)를 거쳐 중앙부인 제2부재(21) 측으로 여과된 여과액은 제2부재(21)를 통해 형성된 유로를 따라 흐른 뒤 외부프레임(3100)에 구비된 유로로 유입된 후 상기 흡입구(3110)을 통해 외부로 유출될 수 있다.
한편, 이와 같은 수처리용도의 필터여재, 평판형 필터유닛 및 필터장치와 관련하여 본 출원인에 의한 출원번호 제10-2017-0067945호, 제10-2017-0068484호, 제10-2017-0170430호가 본 발명의 참조로 삽입될 수 있다.
또한, 도 16을 참조하여 설명하면, 항바이러스 필터여재(106)는 자중 여과방식의 휴대용 정수 파우치에 채용될 수 있다. 상기 휴대용 정수 파우치는 파우치형 몸체(110) 및 상기 몸체(110) 내부에 항바이러스 필터여재(106)를 포함한다. 상기 파우치형 몸체(110)는 일측이 전부 개방되어 피처리수가 유입되는 유입부(130) 및 피처리수가 여과된 음용수가 배출되는 배출부(140)를 포함한다. 또한, 상기 필터여재(106)는 상기 유입부(130)로부터 유입된 피처리수가 담지되도록 일측을 제외한 나머지 측면이 모두 접합된 파우치 형상을 하고 있으며, 개방된 필터여재(106)의 일측이 상기 몸체의 유입부(130)와 통수되도록 몸체(110)의 내부에 필터여재(120)가 배치될 수 있다. 이와 같은 휴대용 정수 파우치에 구비되는 항바이러스 필터여재(106)는 세 테두리가 접합된 파우치 형상을 구현하고, 파우치형 몸체(110)에 테두리 일부분(A1,A2)이 부착되기 용이하도록 제1부재(11) 양 측에 제2부재(21)가 배치된 구조를 가질 수 있고, 이 때, 제2부재(21)는 열 융착을 통해서 접합이 가능한 열융착성 섬유를 구비한 부직포일 수 있다. 한편, 이와 같은 휴대용 정수 파우치와 관련하여 본 출원인에 의한 출원번호 제10-2016-0003770호가 본 발명의 참조로 삽입될 수 있다.
또한, 수처리용도의 필터여재에 있어서 제1부재 이외에 함께 층을 이루는 제2부재(21) 및/또는 제6부재(23)에도 항바이러스 코팅층이 더 구비될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 하기 표 1은 상술한 항바이러스 모티프와 접착단백질에 대한 아미노산 서열을 나타낸다.
서열번호 아미노산 서열
1 Lys Lys Lys Lys Tyr Arg Asn Ile Arg Arg Pro Gly
2 Thr Leu Lys Pro Ile Phe Lys Leu Pro Leu Gly Ile Asn Ile Thr Asn Phe Arg
3 Phe His Arg Lys Lys Gly Arg Gly Lys His Lys
4 Ser Leu Ile Gly Arg Leu
5 Trp Leu Val Phe Phe Val Ile Phe Tyr Phe Phe Arg Arg Arg Lys Lys
6 Arg Arg Lys Lys Trp Leu Val Phe Phe Val Ile Phe Tyr Phe Phe Arg
7 Arg Arg Lys Lys Ala Ala Val Ala Leu Leu Pro Ala Val Leu Leu Ala Leu Leu Ala Pro
8 Lys Leu Leu Leu Lys Leu Leu Lys Lys Leu Leu Lys Leu Leu Lys Lys Lys
9 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys
10 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys
11 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys
12 Glu Val His Ala Cys Lys Pro Asn Pro Cys Lys Asn Asn Gly Arg Cys Tyr Pro Asp Gly Lys Thr Gly Tyr Lys Cys Lys Cys Val Gly Gly Tyr Ser Gly Pro Thr Cys Ala Cys
13 Ala Asp Tyr Tyr Gly Pro Lys Tyr Gly Pro Pro Arg Arg Tyr Gly Gly Gly Asn Tyr Asn Arg Tyr Gly Gly Ser Arg Arg Tyr Gly Gly Tyr Lys Gly Trp Asn Asn Gly Trp Lys Arg Gly Arg Trp Gly Arg Lys Tyr Tyr Glu Phe Glu Phe
14 Ala Asp Tyr Tyr Gly Pro Lys Tyr Gly Pro Pro Arg Arg Tyr Gly Gly Gly Asn Tyr Asn Arg Tyr Gly Arg Arg Tyr Gly Gly Tyr Lys Gly Trp Asn Asn Gly Trp Lys Arg Gly Arg Trp Gly Arg Lys Tyr Tyr
15 Gly His Val His Arg His Arg Val Leu His Lys His Val His Asn His Arg Val Leu His Lys His Leu His Lys His Gln Val Leu His Gly His Val His Arg His Gln Val Leu His Lys His Val His Asn His Arg Val Leu His Lys His Leu His Lys His Gln Val Leu His
16 Ser Ser Glu Glu Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Ala Tyr His Tyr His Ser Gly Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr Lys Gly Lys Tyr Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys Asn Ser Gly Lys Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly Tyr Lys Lys Tyr Tyr Gly Gly Ser Ser
17 Ser Ser Glu Glu Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Thr Tyr His Tyr His Ser Gly Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr Lys Gly Lys Tyr Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys Asn Ser Gly Lys Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly Tyr Lys Lys Tyr Tyr Gly Gly Gly Ser Ser
18 Tyr Asp Asp Tyr Ser Asp Gly Tyr Tyr Pro Gly Ser Ala Tyr Asn Tyr Pro Ser Gly Ser His Trp His Gly His Gly Tyr Lys Gly Lys Tyr Tyr Gly Lys Gly Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Phe Lys Arg Thr Gly Lys Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly Tyr Lys Lys His Tyr Gly Gly Ser Ser Ser
19 Ser Ser Glu Glu Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Thr Tyr His Tyr His Ser Gly Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr Lys Gly Lys Tyr Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys Asn Ser Gly Lys Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly Tyr Lys Lys Tyr Tyr Gly Gly Gly Ser Ser
20 Gly Gly Gly Asn Tyr Arg Gly Tyr Cys Ser Asn Lys Gly Cys Arg Ser Gly Tyr Ile Phe Tyr Asp Asn Arg Gly Phe Cys Lys Tyr Gly Ser Ser Ser Tyr Lys Tyr Asp Cys Gly Asn Tyr Ala Gly Cys Cys Leu Pro Arg Asn Pro Tyr Gly Arg Val Lys Tyr Tyr Cys Thr Lys Lys Tyr Ser Cys Pro Asp Asp Phe Tyr Tyr Tyr Asn Asn Lys Gly Tyr Tyr Tyr Tyr Asn Asp Lys Asp Tyr Phe Asn Cys Gly Ser Tyr Asn Gly Cys Cys Leu Arg Ser Gly Tyr
21 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ser Ser Glu Glu Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Ala Tyr His Tyr His Ser Gly Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr Lys Gly Lys Tyr Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys Asn Ser Gly Lys Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly Tyr Lys Tyr Tyr Gly Gly Ser Ser Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys
22 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ser Ser Glu Glu Tyr Lys Gly Gly Tyr Tyr Pro Gly Asn Thr Tyr His Tyr His Ser Gly Gly Ser Tyr His Gly Ser Gly Tyr His Gly Gly Tyr Lys Gly Lys Tyr Tyr Gly Lys Ala Lys Lys Tyr Tyr Tyr Lys Tyr Lys Asn Ser Gly Lys Tyr Lys Tyr Leu Lys Lys Ala Arg Lys Tyr His Arg Lys Gly Tyr Lys Lys Tyr Tyr Gly Gly Gly Ser Ser Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예1>
두께 약 20㎛이며, 융점이 약 120℃인 폴리에틸렌을 초부로 하고, 폴리프로필렌을 심부로 하는 심초형 복합섬유로 형성된 부직포(㈜남양부직포, CCP30)인 제2부재 일면에 PVDF인 섬유형성성분을 포함하는 방사용액을 전기방사 시킨 뒤 140℃의 온도로 열 및 1kgf/㎠ 압력을 가해 캘린더링 공정을 수행하여 PVDF 나노섬유웹인 제1부재와 제2부재간 융착시킨 필터여재인 피코팅 대상을 준비했다.
하기의 준비예를 통해 제조된 항바이러스 융합단백질과 물을 함유한 제1액과 카보디이미드계 커플링제 및 하이드록시 석신이미드계 반응제가 에탄올에 용해된 제2액을 혼합시키지 않고 별도의 도관을 통해서 전기분사 장치에 투입한 뒤 전기분사장치 내 방사팩 직전에서 Y자 도관을 통해서 제1액과 제2액이 혼합되면서 방사팩으로 들어가도록 설계했고, 이때 혼합된 제1액과 제2액 내 항바이러스 융합단백질의 농도가 0.1㎎/㎖, 카보디이미드계 커플링제 및 하이드록시 석신이미드계 반응제의 중량 총합과 항바이러스 융합단백질이 1:1 중량비가 되도록 제1액과 제2액을 Y자 도관을 통과시켰다. 이후 분당 20㎖/분의 토출량으로 팁과 콜렉터 간 거리 40㎝, 온도 30℃, 상대습도 45RH%, 팁에 인가된 전압은 50kV로 피코팅 대상인 필터여재 표면 상에 전기분사를 수행했다.
이후 IR 램프를 통과시켜서 초기 건조시킨 뒤 70℃로 열풍 건조시켜 항바이러스 융합단백질이 알갱이를 형성하여 표면에 고정된 항바이러스 코팅층이 구비된 항바이러스 필터여재를 구현했다.
* 준비예 - 항바이러스 코팅조성물 제조
항바이러스 융합단백질은 서열번호 21인 홍합 유래 접착단백질의 카르복시기 말단과 서열번호 8인 항바이러스 모티프를 아미노 말단이 결합시킨 것을 준비했다. 이때 상기 항바이러스 융합단백질은 대장균을 이용한 재조합 단백질 생산법으로 제조하였다.
구체적으로 제1액은 항바이러스 융합단백질을 물에 용해시켜 준비했다. 또한, 제2액은 1-[3-(디메틸아미노)프로필]-3-에틸카보이미드 하이드로클로라이드(EDC)인 카보디이미드계 커플링제와 N-하이드록시설포석신이미드(Sulfo-NHS)인 반응제, 활성성분인 소듐 아세테이트 및 용매로써 물을 포함하며, 구체적으로 EDC와 Sulfo-NHS는 1: 1 중량비가 되도록 포함시켰고, 소듐 아세테이트는 EDC와 Sulfo-NHS 중량 총합 기준 1: 0.3 중량비가 되도록 포함시킨 뒤 교반시켜 제조하였다. 이후 제조된 제1액과 제2액은 각각 20℃, 5℃에서 보관했다.
<실시예 2>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 항바이러스 융합단백질 내 접착단백질의 타이로신 잔기를 도파 잔기로 개질시킨 하기의 항바이러스 코팅조성물을 전기분사장치에 투입시켜서 항바이러스 융합단백질이 고정된 필터여재를 제조했다.
이때 도파 잔기로 개질은 구체적으로 항바이러스 융합단백질을 50mM의 ascorbic acid가 포함된 완충용액에 1mg/ml의 농도가 되도록 용해시켰고, 이때 완충용액은 40mM sodium acetate 및 20mM sodium borate 완충용액을 사용했다. 이후 제조된 용액에 20분 동안 산소를 주입해주면서 용액내 산소를 포화시킨 뒤, 버섯유래 타이로시나아제를 최종 35ug/ml 농도가 되게 첨가해주었다. 이후 산소 조건하에서 1시간동안 혼합 교반 후, 아세트산의 농도가 최종 5%가 되도록 첨가하여, 도파 잔기로의 개질 반응 후 종료했다. 이후 종료된 반응액을 5% 아세트산 용액으로 탈염 농축 후, 동결건조과정을 거쳐 파우더 형태의 도파 잔기를 함유하는 항바이러스 융합단백질을 수득했다. 이후 수득된 항바이러스 융합단백질을 pH 8.2인 40mM Tris 완충 용액을 사용하여 0.1 mg/ml의 농도가 되도록 용해시켜서 항바이러스 코팅조성물을 준비했다.
<실시예 3>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 항바이러스 융합단백질을 물에 용해시킨 용액을 항바이러스 코팅조성물로 사용해 항바이러스 융합단백질이 구비된 필터여재를 제조했다.
<비교예 1>
실시예1과 동일하게 실시하여 제조하되, 항바이러스 융합단백질을 항바이러스 모티프 단독으로 변경하여 항바이러스 모티프가 구비된 필터여재를 제조했다.
<실험예1>
실시예 1 내지 3 및 비교예1에서 제조된 항바이러스 코팅층이 구비된 표면을 갖는 필터여재에 대해서 하기의 물성을 살펴보았고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1. 항바이러스 성능
항바이러스 코팅층이 형성된 필터여재를 가로 4㎝, 세로 4㎝가 되도록 준비했다. 이후 PED 바이러스(coronaviridae, Enveloped RNA virus) 200㎕를 각 시편 상에 처리한 뒤 23℃ 온도에서 14시간 정치 후 시편에 1X DMEM(0.3% Tryptose Phosphate Broth, 0.02%Yeast Extract, 1% antibiotic-antimycotic, 5ug/ml trypsin)인 접종용 배지 800㎕를 첨가하여 시편 상에 위치했던 바이러스를 회수했다.
회수된 바이러스를 함유한 접종용 배지를 10진 희석한 후 희석 배수당 100㎕씩 5웰에 접종한 후 CO2 인큐베이터에서 1시간 흡착 후 inoculum을 제거하고 바이러스 배양용 배지를 이후 VERO세포가 2×104 개/well로 함유된 96-웰플레이트에 well당 200㎕씩 분주하고 5일간 인큐베이터에서 배양했다. 이후 세포의 CPE를 확인하고 TCID값을 계산했고, 그 결과값을 하기 표 2에 나타내었다.
바이러스 역가는 TCID log변환값이 5.0000 이었고, 양성대조군은 바이러스 원액만을 200㎕ 23℃ 온도에서 14시간 정치 후 접종용 배지를 동일하게 처리하여 평가한 결과이며, TCID log변환값이 5.0000 이었다.
2. 접착성능
항바이러스 표면을 갖는 필터여재 중 항바이러스 성능이 있는 실시예1 내지 실시예3에 대해서 23℃ 물에 함침시킨 뒤 1분 경과 뒤 꺼내는 것을 1세트로 해서 20세트 수행 후 위의 항바이러스 성능을 평가했다.
3. 저장안정성
아래의 방법으로 의료기기 유효기간 설정 및 안정성 평가에 따른 가이드라인에 따라 가속노화 시험을 시킨 뒤 상술한 항바이러스 성능을 평가해 항바이러스 표면을 갖는 필터여재의 저장안정성을 평가했다.
구체적으로 항바이러스 필터여재의 실시간노화를 단축된 시간 내에서 재현하기 위해서 상승된 온도(60℃)에서 다공성 기재를 3개월 보관하여 각각의 항바이러스 필터여재의 노화기간이 3년이 되도록 준비했다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1
고정대상 항바이러스융합단백질 항바이러스융합단백질 항바이러스융합단백질 항바이러스 모티프
부가적 고정방법 EDC + Sulfo-NHS 항바이러스융합단백질 도파 개질 없음 없음
항바이러스 성능(TCID log변환값) 3.5 3.8 4.6 5.0
접착성능(TCID log변환값) 3.5 3.9 5.0 미측정
저장안정성(TCID log변환값) 3.7 4.7 5.0 미측정
표 2를 통해 확인할 수 있듯이,
실시예1 및 실시예2에 따라서 형성된 항바이러스 코팅층을 갖는 표면이 항바이러스 성능이 90% 이상 유효하게 존재한다는 것을 알 수 있다.
또한, 접착성능 평가결과 실시예 1 및 실시예 2의 항바이러스 성능에 변동이 적었고, 특히 실시예1에 따른 항바이러스 성능에 변동이 없는 것을 통해서 실시예 1을 통한 항바이러스 융합단백질의 고정방법이 표면 상에 우수한 접착특성을 발현시킴을 알 수 있다.
또한, 저장 안정성 평가결과 실시예 1의 경우 항바이러스 성능의 감소가 다른 실시예에 대비해 크게 적었고, 이를 통해서 저장안정성 및 항바이러스 효과의 지속성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10,11: 제1부재 20,21: 제2부재
23: 제6부재 30: 제3부재
41,42: 제4부재 50: 제5부재
100,101,102,103,104,105,106: 항바이러스 필터여재
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22 Ala Lys Pro Ser Tyr Pro Pro Thr Tyr Lys Ala Lys Pro Ser Tyr Pro 1 5 10 15 Pro Thr Tyr Lys 20

Claims (14)

  1. 섬유들로 형성되며, 상기 섬유들의 외부면 일부 또는 전부에 항바이러스 모티프가 접착단백질에 결합된 항바이러스 융합단백질을 포함하는 항바이러스 코팅층을 구비하는 제1부재;를 포함하며,
    상기 항바이러스 코팅층은 항바이러스 융합단백질, 및 카보디이미드계 커플링제와 하이드록시 석신이미드계 반응제를 포함하는 응집 유도성분을 구비하는 항바이러스 코팅조성물을 통해서 형성되는 항바이러스 필터여재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 항바이러스 모티프는 숙주세포 수용체와 결합하는 단백질을 타겟하여 상기 단백질을 불능화, 또는 파괴시키거나 바이러스 막을 파괴시키는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 항바이러스 필터여재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접착단백질은 홍합 유래 접착단백질인 것을 특징으로 하는 항바이러스 필터여재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 항바이러스 모티프는 서열번호 1 내지 서열번호 8의 아미노산 서열로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 펩타이드 또는 상기 군에서 선택된 1종 이상의 아미노산 서열이 연결된 펩타이드이며,
    상기 접착단백질은 서열번호 9 내지 서열번호 22의 아미노산 서열로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단백질, 또는 상기 군에서 선택된 1종 이상의 아미노산 서열이 연결된 단백질인 항바이러스 필터여재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 항바이러스 코팅층은 항바이러스 융합단백질로 형성된 알갱이들이 집합되어 섬유 상에 형성된 것을 특징으로 하는 항바이러스 필터여재.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접착단백질은 도파 잔기를 함유하며, 상기 도파 잔기를 매개하여 항바이러스 융합단백질이 섬유 상에 고정된 항바이러스 필터여재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도파 잔기는 접착단백질의 타이로신 잔기 일부 또는 전부가 효소를 통해 도파 잔기로 개질된 것인 항바이러스 필터여재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1부재를 형성하는 섬유의 평균직경은 0.05 ~ 1㎛이고, 평량은 2.5g/㎡ 이하, 평균공경은 2.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 항바이러스 필터여재.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1부재의 일측 또는 양측에 배치되는 다공성의 제2부재를 더 포함하는 항바이러스 필터여재.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1부재의 일측에 배치되며 지지기능을 수행하는 다공성의 제2부재 및
    상기 일측에 대향하는 제1부재의 타측에 배치되며 정전처리된 다공성의 제3부재를 더 포함하는 항바이러스 필터여재.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1부재와 제3부재 사이에 배치되며, 항균기능을 갖도록 은 선을 구비하거나 또는 제1부재와 제3부재를 부착시키기 위한 열융착성 섬유를 구비하는 다공성의 제4부재를 더 포함하는 항바이러스 필터여재.
  13. 일 방향으로 산과 골이 교호적으로 형성되도록 절곡된 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 항바이러스 필터여재; 및
    상기 항바이러스 필터여재를 둘러싸는 필터프레임;을 포함하는 에어필터 유닛.
  14. 제1항 내지 제5항 및 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 항바이러스 필터여재를 포함하는 공조장치.
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