떠다니는 에어로졸 통제할 수 있는 기술 개발  

최근 연구 결과들은 코로나19 바이러스가 호흡, 기침, 재채기 등을 통해 공기 중에 감염될 수 있음을 말해주고 있다.

공기 중에 떠다니는 미세한 물방울 에어로졸에 붙어 다른 사람에게 전파될 수 있는데 최근 과학자들이 전자기파를 활용해 에어로졸을 통제할 수 기술을 개발하는데 성공했다.

27일 과학논문사이트 ‘유레칼러트(EurekAlert)’는 미국 공군연구소(Air Force Research Laboratory)의 연구원들이 바이러스가 밀착된 에어로졸에 전자기파를 가해 바이러스를 비활성화하고 전파를 억제할 수 있는 기술을 개발했다고 보도했다.

과학자들이 전자기파를 가해 공기 중에 떠다니는 코로나19 바이러스가 부착된 에어로졸을 통제할 수 있는 기술을 개발했다. 사진은 미세한 물방울 에어로졸. ⓒNASA

주파수 조절 통해 에어로졸 통제 가능

이전에 과학자들은 독감 바이러스 전파를 막기 위해 전자기파를 사용하는 방법을 연구한 바 있다.

그러나 마이크로파와 같은 비이온화 방사선을 사용한 것은 이번이 처음이다.

비이온화방사선이란 원자 또는 분자로부터 전자를 제거하기에 충분한 에너지를 가지고 있지 않은 저에너지 방사선, 가시광선, 적외선, 자외선, 마이크로파, 라디오파, 휴대폰의 무선 주파수 등을 말한다.

그중 마이크로파, 휴대폰의 무선주파수 등은 인체에 해롭지 않은 것으로 인식되고 있는 일반적인 전자기파로 상용화가 이루어질 경우 바이러스 공기오염을 막는데 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 예상된다.

논문 공동저자인 공군연구소의 존 루긴스란트(John Luginsland) 박사는 “그동안 전자기파를 통해 오염된 에어로졸을 비활성화할 수 있는 것이 가능하다고 보고 연구를 진행해 왔다.”며, “이 연구가 공기 중 전파를 막기 위한 중요한 연구”라고 말했다.

논문은 과학장비 관련 국제저널인 ‘RSI(Review of Scientific InstrumentsI)’에 26일 자에 게재됐다. 제목은 ‘Apparatus for controlled microwave exposure of aerosolized pathogens’이다.

연구팀은 논문을 통해 선택된 4개 주파수(2.8GHz, 4.0GHz, 5.6GHz, 7.5GHz)에서 에어로졸을 통제할 수 있는 3개의 장치를 설계한 후 시뮬레이션을 통해 제작했으며, 현재 실용화를 위한 테스트를 진행하고 있다고 밝혔다.

각각의 장치는 무선주파수(RF)가 지역 환경에 누출되지 않은 상황에서 높은 전력에 의해 작동되도록 설계됐으며, 또한 안전성을 위해 콤팩트하게 설계됐다. RF란 ‘Radio Frequency’의 약자로 무선 주파수를 방사하여 정보를 교환하는 통신 방법을 말한다.

현재는 오염된 에어로졸 입자를 비활성화하기 위해 필요한 임계점을 찾고 있는 중이라고 밝혔다. 무선주파수의 전기장 노출 범위는 마이크로파 등이 장치를 통과하는 동안 에어로졸 흐름과 만날 것으로 예상되는 주파수를 통해 계산되고 있다고 설명했다.

“자외선 소독보다 더 안전하고 효과적”

연구팀이 연구를 시작하게 된 것은 에어로졸에 의한 감염이 밝혀지면서부터다.

공간을 통한 감염에 대해 두려움이 가중되면서 마이크로파와 같은 비이온화 방사선으로 오염된 에어로졸을 통제하는 방안을 연구하기 시작했다고 밝혔다.

연구팀은 실험을 위해 판매용 전자레인지에 새로운 기능을 추가했다. 에어로졸이 흘러갈 수 있는 튜브를 비롯 새로운 기능들을 첨가해 공간에서 오염된 에어로졸을 어떻게 통제할 수 있는지 실험을 진행할 수 있었다.

연구팀은 이 실험을 통해 S-대역(2GHz-4GHz), C-대역(2GHz-4GHz), 그리고 4GHz-8GHz 대역에서 에어로졸에 영향을 미칠 수 있는 세 가지 장치를 개발했다고 밝혔다.

각 시스템의 핵심 부분은 안전성을 고려해 병원균을 다층 격리할 수 있도록 제작했다고 밝혔다. 또한 실험실 등의 환경에서 마이크로파의 방사 방출을 방지할 수 있도록 콤팩트하게 설계돼 있다고 설명했다.

연구팀은 초기 실험에서 코로나19 바이러스 대신 사람에게 무해한 소 코로나바이러스( bovine coronavirus, BCoV)를 사용했다.

논문 공동저자인 브래드 호프(Brad Hoff) 박사는 “이 실험에서 에어로졸에 부착된 소 코로나바이러스가 2.8GHz ~ 7.5GHz 범위의 주파수 범위 안에서 다양한 마이크로파에 노출되고 있으며, 영향을 받고 있다는 사실을 확인할 수 있었다.”고 말했다.

초기 실험을 성공적으로 마친 연구진은 세 가지 유형의 장치를 개발할 수 있었으며, 현재 오염된 에어로졸 이동을 막을 수 있는 최적의 임계점을 찾고 있는 중이다.

호프 박사는 “마이크로파에 대한 노출이 감염을 줄이는 데 충분히 효과적인 것으로 입증되면 코로나19 바이러스는 물론 다른 병원체에 대해서도 감염을 막기 위한 실험적 노력을 진행할 수 있다.”고 말했다.

박사는 또 “그동안 자외선이나 화학적 소독 방식을 사용해왔지만 마이크로파를 사용하면 매우 어수선한 지역에서 방역이 가능하고, 또한 다양한 거주 지역에 걸쳐 안전한 방역이 가능해질 수 있다.”고 전망했다.

스마트폰으로 뇌 신경회로 제어…생체 이식 장치 개발

KAIST "배터리도 무선 충전…중독 질환 치료에 적용"

한국과학기술원(KAIST)은 정재웅 교수팀이 스마트폰으로 뇌 신경회로를 제어할 수 있는 생체 이식 장치를 개발했다고 26일 밝혔다.

연세대 의대 김정훈 교수팀이 공동으로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 지난 22일 자에 실렸다.

최근 뇌 기능 연구와 뇌 질환 치료 분야에서 생체 이식 기기로 특정 신경세포에 빛 자극을 줘 선택적으로 제어하는 광유전학적 방법론이 주목을 받고 있다.

동물의 뇌에 광섬유를 이식한 뒤 레이저 등 외부 기기에 연결해 빛을 전달하는 방법이 쓰이는데, 이 같은 유선 방식은 동물의 자유로운 움직임을 제한하기 때문에 장기적인 뇌 연구에 적용하기에는 한계가 있다.

최근 배터리 없이 외부에서 무선으로 전력을 공급받아 작동하는 무선 기기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 주기적으로 배터리를 교체해야 하는 데다 방향과 거리에 제약이 있었다.

연구팀은 소형 배터리가 집적된 무선 수신 회로와 블루투스 칩이 결합한 무선 통신 회로를 결합, 자유롭게 움직이는 상태에서도 배터리를 무선으로 충전할 수 있는 기기를 개발했다.

생체 조직에 적합한 부드러운 소재로 이뤄져 있으며 무게는 1.4g에 불과하다.

스마트폰 앱을 통해 뇌에 이식된 기기를 정교하게 제어할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 이 기기를 쥐의 두피에 이식, 중독성 약물인 코카인에 반복적으로 노출된 쥐의 특정 뇌 부위에 무선으로 빛을 전달해 코카인에 의한 행동 민감화 반응을 억제하는 데 성공했다.

또 쥐가 자유롭게 움직이는 상태에서 배터리를 자동으로 충전할 수 있음을 확인했다.

정재웅 교수는 “중독과 같은 정신질환이나 파킨슨병 등 퇴행성 뇌 질환 치료에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.