코로나바이러스 무력화 시키는 필터 개발돼

기술 / 문광주 기자 / 2021-06-07 19:50:20
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* 유청(Whey乳漿)단백질과 철 나노입자로 만들어진 필터 막(멤브레인)
* 감염 가능성을 6배 이상 감소시키고 철 나노입자의 영향으로 바이러스 비활성화 돼
* 필터 멤브레인 간단하고 제조비 저렴, 무독성의 생체 적합성 재료로 환경 친화적
* 특히 가난한 나라에서 병원성 바이러스 감염을 예방하는 데 도움

바이러스에 대한 새로운 필터
유청(Whey
乳漿)단백질과 철 나노입자로 만들어진 필터 막은 SARS-CoV-2와 유사 바이러스 걸러낸다.


바이러스 트랩 :
바이러스에 대해 저렴하고 환경친화적인 필터 멤브레인이 개발됐다.
유청 단백질과 철 나노 입자의 초미세 네트워크는 코로나바이러스 SARS-CoV-2 및 인플루엔자와 같은 외피 바이러스는 물론 로타 및 엔테로바이러스와 같은 외피가 없는 병원균을 포착한다. 새로운 필터는 주로 식수 및 폐수를 청소하기 위한 것이지만 에어컨 시스템이나 공기 필터에도 사용할 수 있다. 

▲ 바이러스 필터의 제조 경로 및 구조. © Palika et al / Nature Nanotechnology 2021

코로나바이러스 SARS-CoV-2, 인플루엔자 바이러스 또는 엔테로바이러스 및 로타바이러스와 같은 설사 병원균과 같이 질병을 일으키는 바이러스는 일반적으로 액체 방울이나 직접 접촉을 통해 전파된다. 폐수 및 오염된 물에서 오랫동안 전염성을 유지할 수 있다. 지금까지 이러한 바이러스는 역삼투 또는 나노 은이 포함된 필터와 같은 복잡하거나 환경에 유해한 기술을 사용하여 물에서 제거할 수 있었다.

유청 단백질과 철염 네트워크

또 다른 방법이 있다. 취리히에 있는 스위스 연방 공과 대학(ETH)의 Archana Palika가 이끄는 팀이 생체 적합성 물질을 기반으로 하고 물이나 공기에서 외피 및 비 외피 바이러스를 효과적으로 필터링할 수 있는 바이러스 필터를 개발했다. 여과막의 기초는 변성 유청 단백질로 구성되어 있으며 산의 영향을 받아 약 90도까지 가열되면 응집되어 미세한 아밀로이드 원 섬유를 형성한다.

다음 단계에서는 수화된 염화철(FeCl3) 형태로 철염을 첨가하고 수산화나트륨 용액을 첨가하여 pH 값을 다시 증가시킨다. 이것은 염화 제2철을 수산화철 나노 입자로 변형시켜 아밀로이드 섬유에 부착한다. 하이라이트 : 금속 나노 입자는 양전하를 띠기 때문에 필터가 주로 음전하를 띤 바이러스를 끌어들이는 능력을 부여한다.

검출 한계 미만으로 바이러스 농도 줄어들어

연구진은 코로나바이러스 SARS-CoV-2, 인플루엔자 바이러스 H1N1 및 다양한 박테리오파지를 포함해 외피 및 비외피 병원균의 좋은 모델로 간주되는 다양한 외피 및 비외피 바이러스와 바이러스 필터가 얼마나 잘 작동하는지 테스트했다. 모든 경우에 물의 초기 오염은 밀리 리터당 약 백만 개의 감염 단위였다.

테스트 결과 :
여과막을 통과한 후 모든 샘플의 바이러스 농도가 검출 한계 아래로 떨어졌다.
“이 막은 감염 가능성을 6배 이상 감소시켰다”고 연구원들은 말했다. 추가 인큐베이션 테스트에 따르면 이 바이러스 제거는 막의 수동 필터 효과 때문일 뿐만 아니라 철 나노 입자의 영향으로 바이러스가 비활성화되었다. 더 증식할 수 없었다.
▲ a, 여과 설정을 보여주는 개략도. b, BLG AF-Fe 막의 제조 공정을 보여주는 개략도. c, 두 배율에서 동결 골절 및 동결 에칭된 수화 BLG AF-Fe 하이브리드의 Cryo-SEM 현미경 사진. (출처: 관련논문 An antiviral trap made of protein nanofibrils and iron oxyhydroxide nanoparticles)

다양한 응용 가능성

아밀로이드 피브릴과 수산화철 나노 입자의 조합은 필터 막이 물속에서 순환하는 다양한 바이러스에 대해 매우 효과적이고 효율적인 트랩을 만든다고 연구팀이 설명했다.
멤브레인은 주로 하수 처리장이나 식수 처리에 사용하도록 설계되었다. 그러나 공기 필터 시스템이나 마스크에도 사용할 수 있다.

“우리는 신종 코로나바이러스가 주로 물방울과 에어로졸을 통해 전염된다는 것을 알고 있다. 그러나 그것은 물로 둘러싸여 있어야 한다”고 ETH Zurich의 선임 저자 라파엘라 메첸가(Raffaele Mezzenga)는 말했다. "물에서 이를 매우 효율적으로 제거 할 수 있다는 사실은 우리 멤브레인의 광범위한 적용을 강조한다.“

퇴비화 및 에너지 절약

또 다른 긍정적인 측면은 필터 멤브레인이 간단하고 제조 비용이 저렴하며 무독성의 생체 적합성 재료로 만들어졌다는 것이다. 연구자들이 연구에서 보여 주듯이 환경 균형이 뛰어나다. 필터는 최소한의 에너지 입력으로 생산할 수 있으며 사용하는 데 전기가 필요하지 않으며 사용 후 간단히 퇴비화 할 수 있다.

필터 멤브레인은 특히 가난한 나라에서 병원성 바이러스 감염을 예방하는 데 도움이 될 수 있다. 특히 개발 도상국과 신흥국에서 매년 약 50만 명의 사람들(종종 어린 아이들)이 엔테로바이러스 감염으로 사망하기 때문이다.
이 멤브레인들은 매우 견고하고 내산성이 있으며 매우 오랫동안 물에 머물러 있다.
현재의 코로나 유행병에서도 바이러스 필터는 SARS-CoV-2 감염 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.
(Nature Nanotechnology, 2021; doi : 10.1038 / s41565-021-00920-5)
출처 : Swiss Federal Institute of Technology Zurich (ETH Zurich)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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