KR100440349B1

KR100440349B1 - 액체로부터의 나노-크기의 병원체 제거 방법

Info

Publication number: KR100440349B1
Application number: KR10-2001-7014774A
Authority: KR
Inventors: 트렘블레이마리오엘람; 피쉬터스티브게리; 콜리아스디미트리스이오아니스
Original assignee: 더 프록터 앤드 갬블 캄파니
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2004-07-15
Also published as: CA2374219A1; ZA200109047B; PL351716A1; CN1168669C; KR20020001888A; RU2237022C2; EP1178946A1; IL146308A0; HK1045677A1; NO20015640L; MXPA01011912A; BR0010814A; US20080093303A1; NO20015640D0; CZ20014131A3; CN1351574A; HUP0201413A2; MA25528A1; SK16742001A3; WO2000071467A1

Abstract

액체로부터 바이러스를 포함한 나노-크기의 병원체를 제거하는 방법으로서, 액체를 활성탄 입자를 함유하는 필터와 접촉시키는 것을 포함하는, 상기 필터가 약 99.99% 이상의 병원체 제거 지수를 갖는 방법이 개시되어 있다. 또한, 하기를 포함하는 제조 물품이 개시되어 있다: (a) 활성탄 입자를 함유하는 필터로서, VRI가 99.99% 이상인 필터; 및 (b) 사용자에게 필터가 액체로부터 나노-크기의 병원체를 제거하는데 사용될 수 있다는 것을 전달하는 자료.

Description

액체로부터의 나노-크기의 병원체 제거 방법 {METHOD FOR REMOVAL OF NANO-SIZED PATHOGENS FROM LIQUIDS}

[관련된 출원에 대한 상호 참조]

본 출원은 1999년 5월 20일에 출원된 미국 U.S. 임시 출원 No. 60/135,083 의 이익을 청구한다.

물은 많은 다양한 종류의, 바이러스와 같은 나노-크기의 병원체를 함유할 수 있다. 다양한 환경에서, 이러한 바이러스들은 물이 사용될 수 있기에 앞서 반드시 제거되어야 한다. 그러나, 현대적 정수 수단에도 불구하고, 일반 인구는 위험에 처해 있으며, 특히 영아 및 면역체계에 손상이 있는 사람들이 큰 위험에 처해 있다. 수 처리 시스템에 있어서의 고장 및 기타의 문제는 잠재적 병원체의 제거를 불완전하게 한다. 일부 국가들에서 증가하는 인구 밀도, 더욱 부족한 수 자원, 수 처리 시설의 미비로, 오염된 물에의 노출과 관련하여 치명적인 결과가 있다. 식수원이 인간 및 동물의 폐기물에 근접해 있는 것은 흔한 일로, 미생물학적 오염이 주된 보건 관심사이다. 물에 함유된 미생물학적 오염의 결과로서, 어림잡아 매년 6백만명이 사망하고, 그 반은 5 살 미만의 어린이들이다.

미국에서, National Sanitation Foundation (NSF)은, Environmental Protection Agency (EPA)의 연구에 기반하여, 식수를 위해 만족시켜야 할 기준을 도입하였다. 이러한 기준의 목적은, 공공 또는 개별 수 공급에서 특정 보건 관련 오염물의 감소를 위해 고안된 식수 처리 시스템의 실행을 고려하여, 최소 요구조건을 확립하고자 하는 것이다. 1991 년에 제정된 Standard 55는 수 공급원으로부터의 유출수가 검사 시에 바이러스 99.99%의 제거를 나타내기를 요구한다. MS-2 박테리오파지는 그 크기 및 형상 (즉, 25 nm 및 구형)으로 인해,바이러스와 같은 나노-크기의 병원체에 비해, 미생물이 액체에서 제거되기 특히 어렵기 때문에, 나노-크기의 병원체의 대표적인 미생물로서 전형적으로 사용된다. 따라서, 필터의 MS-2 박테리오파지를 제거하는 능력은 바이러스와 같은 나노-크기의 병원체를 제거하는 능력을 예증한다.

그러므로, 광범위하게 다양한 바이러스와 같은 나노-크기의 병원체를 제거할 수 있는 필터에 대한 요구가 있다. 이러한 필터는 다양한 바이러스를 제거하기 위해 복잡한 다-구성요소 및/또는 다단계 시스템보다는 단일하고, 작고, 가벼우며, 자급식인 시스템으로 구성될 것이다. 그러한 필터는 복잡한 시스템보다 신뢰성이 있을 뿐 아니라, 또한 훨씬 더 휴대가 용이하고 경제적이다. 따라서, 우물물 또는 시의 수원(municipal source)으로부터의 물이 사용되는 가정의 세팅에서 수도꼭지에 간단한 장치로서 이용될 수 있다. 또 다른 적용에서, 그러한 장치는 공동의 수원을 공유하지만, 오염에 대한 수 처리는 거의 하지 않는 세계의 덜 발달된 지역에서 수도꼭지 또는 식수를 저장하는 컨테이너에 이용될 수 있다. 작고, 저렴하고, 사용이 용이한 수 필터는 큰 인도주의적 가치를 가질 것이다. 특정 적용에서, 필터는 펌프를 작동시키기 위해 필요한 전기를 사용할 수 없는 곳에서 필터를 상위 수 컨테이너와 하위 수 컨테이너 사이, 또는 보유 컨테이너와 식수 용기 사이에 단순히 연결할 수 있도록 물의 흐름에 대해 낮은 저항성을 나타내어야 한다. 특정 구현예에서, 또한 필터는, 예를 들면, 액체가 여과 기구를 통과하도록 압력원이 이용될 수 있는 경우 (예를 들면, 기계적 펌프, 수도꼭지 펌프된 물 등), 큰 압력을 지탱하기에 충분한 구조적 무결성(integrity)을 가져야 한다.

수세기간 충분히 인지된 필요성과 많은 개발 노력에도 불구하고, 다양한 형태의 활성탄은 신뢰성 있는 물로부터의 나노-크기의 병원체 제거를 나타내거나, 그 자체로 나노-크기의 병원체 제거에 대한 상업적 사용로 널리 이용된 적이 없다. 수년에 걸쳐, 활성탄을 병원체 제거에 적용하기 위한 많은 시도가 주목할 만한 성과 없이 이루어져 왔다. 미국에서, 특허 문헌은, 정수를 위한, 개선된 활성탄 입자 및 수 처리 구조가 적어도 1800 년대부터 추구되었음을 반영한다. 예를 들면, U.S. Pat. No. 29,560 (Belton, 1860년 8월 14일에 허여됨) 은 습지에서 채집한 이탄(peat)을 물에서 백악(chalk)과 배합하여 페이스트(paste)를 만든 후, 주형하고, 구워 흡착성 탄소를 만들 수 있다는 것을 교시한다. U.S. Pat. No. 286,370 (Baker, 1883년 10월 9일 허여됨) 은 미세하게 분말화된 검게 태운 뼈와 마그네시아의 이장(slurry)으로부터 만들어진 인공 골탄 블럭이 수 필터에 우수한 효과로 사용될 수 있다는 것을 교시한다. 미 EPA는 "활성탄은 [심지어] 은과 함께 사용되어도 물에서 모든 바이러스를 제거하지 않는다" (59 Federal Register 223, 1994. 11. 21 참고) 고 기술하면서, 나노-크기의 병원체 제거에 대한 활성탄의 단독 사용에 대항하여 교시하였다.

참고 선행 기술에서 이전에 수 필터에 활성탄을 이용함에, 활성탄이 유기 및 무기 화학 물질의 제거에 사용되고 있다는 것이 명백하다. 따라서, 특정 참고 선행 기술이 바이러스를 포함한 병원체 제거와 관련된, 수원의 처리에서의 활성탄 사용을 개시하는 정도로, 그러한 접근법은 추가의 처리 단계의 사용을 요하거나, 구성요소의 비교적 복잡한 조립을 요한다.

상기의 관점에서, 이제 놀랍게도 활성탄 입자만을 함유하는 필터가 신뢰성 있게 나노-크기의 병원체를 물에서 제거할 수 있다는 것이 발견되었다. 이에 따라, 본 발명의 목적은 나노-크기의 병원체를 수원으로부터 제거하는 방법을 제공하는 것이다. 그러한 필터를 사용하는 상기와 같은 병원체의 제거는 선행 기술에 의해 이전에 예시되지 않은 수준이다. 이러한 필터는 바람직하게는, 그를 통한 물의 흐름에 낮은 저항성을 나타내고, 포화되기 전까지, 상당 부피의 물로부터 병원체를 제거한다. 특정 구현예에서, 또한 필터는 바람직하게는 비교적 휴대가 용이하다.

[발명의 개요]

본 발명은 액체로부터 나노-크기의 병원체를 제거하는 방법에 관한 것이며, 이 방법은 액체를 활성탄 입자를 함유하는 필터와 접촉시키는 것을 포함하고, 상기 필터는 약 99.99% 이상의 병원체 제거 지수(Pathogen Removal Index) ("PRI", 하기의 검사 방법 단락에 따라 구함)를 갖는다.

본 발명은 추가로 하기를 포함하는 제조 물품에 관한 것이다:

(a) 활성탄 입자를 함유하는 필터로서, PRI가 약 99.99% 이상인 필터;

(b) 사용자에게 필터가 액체로부터 나노-크기의 병원체를 제거하는데 사용될 수 있다는 것을 전달하는 자료.

본 발명은 여과에 의해 액체로부터, 바이러스를 포함한 나노-크기의 병원체를 제거할 수 있는 필터의 용도에 관한 것이다.

도 1은 활성탄 입자 사이의 바이러스의 흐름 경로의 그림이다.

도 2는 다양한 크기의 활성탄 입자를 사용함으로써 촉진된 패킹(packing)을 예시하는 그림이다.

I.정의

본문에서, "활성탄 입자(Activated Carbon Particles)" (ACP)는 과립상, 구형, 펠릿상, 무정형 또는 활성탄으로 코팅된 기타 입자와 같은 임의 형태의 활성탄을 의미한다.

본문에서, "필터"는 액체로부터 나노-크기의 병원체를 제거하는데 있어 그 기능을 가능하게 하기 위해 ACP를 함유하는 임의의 제조 물품이다. 이러한 필터는 간단히 ACP 및 ACP를 보유하는 첨부 수단일 수 있다. 그러한 첨부물이 실행 중에 ACP의 손실을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 사용 중에 목적한 입자간 네트워크를 유지할 수 있어야 한다는 것은 명백하다.

본문에서, 용어, "여과하다" 및 "여과"는 일차적으로 흡착을 통한 제거를 나타낸다.

본문에서, 용어, 액체 및 물은 상호교환 가능하게 사용된다.

본문에서, 용어, "나노-크기의 병원체"는 크기가 약 20 nm 내지 약 500 nm 범위인 병원체를 나타낸다.

II.활성탄 입자

활성탄 입자는 그 크기, 다공률 및 비표면적으로 특징지어질 수 있다. 크기는 입자의 최장 치수를 나타내는 것이다. 다공률은 입자의 평균 중공 크기로 특징지어진다. 비표면적은 입자의 단위 질량 당, 중공의 면적을 포함한, 입자 표면적의 측정값이다. 본 발명에서, ACP는 바람직하게: 약 100 내지 약 4000 m²/g, 보다 바람직하게는 약 500 내지 약 3000 m²/g, 보다 더욱 바람직하게는 약 1000 내지 약 2500 m²/g 범위의 비표면적; 약 0.1 내지 약 5000 ㎛, 보다 바람직하게는 약 1 내지 약 1000 ㎛, 보다 더욱 바람직하게는 약 4 내지 약 275 ㎛ 범위의 크기; 및 약 2.5 Å 내지 약 300 nm, 보다 바람직하게는 약 5 Å 내지 약 200 nm, 보다 더욱 바람직하게는 약 10 Å 내지 약 100 nm 의 중공 크기를 갖는다.

III.필터

A.구조

벌크 밀도는 당 업계에서 탄소-함유 구조를 기술하는데 흔히 사용된다. 본 발명의 필터는 약 0.1 내지 약 1.2 g/㎤, 바람직하게는 약 0.4 내지 약 1.0 g/㎤, 보다 더욱 바람직하게는 약 0.6 내지 0.8 g/㎤의 벌크 밀도를 갖는다. 활성탄 입자의 벌크 밀도를 계산하고 치수를 알면, 입자 사이의 평균 틈새 간격을 구할 수있다. 본 출원인은 입자 사이의 틈새 간격 (또한, 입자간 간격 또는 거리라고 칭함)이 나노-크기의 병원체 제거를 조절하는 결정적인 파라미터라는 것을 발견하였다.

이론에 의해 제한되고자 함이 아니며, 나노-크기의 병원체, 특히 바이러스를 제거하는 본 필터의 놀라운 능력은, 활성탄 입자의 패킹에 기인한 입자간 간격으로 인한 것으로 믿어진다. 나노-크기의 병원체, 특히 바이러스의 활성탄 입자에의 부착은 정전기적, 반데르 발스, 및 소수성 힘에 의해 제어되는 것으로 믿어진다. 이러한 힘은 다른 부호를 갖는다, 즉, 일부는 인력이고 일부는 척력이다. 예를 들면, 정전기적 힘은, (변형된 표면뿐 아니라 일부 변형되지 않은 점토 구조 및 석면을 제와한) 대부분의 표면이 음전하를 가지므로 전형적으로 척력이다. 한편, 반데르 발스 및 소수성 힘은 전형적으로 인력이다. 이러한 힘 모두의 순 효과는 전형적으로, 2차 최소값이라 불리는, 나노-크기의 병원체가 표면에 부착되도록 하는, 최소의 상호작용 에너지이다. 상호작용 거리의 관점에서, 정전기적 힘은 약 50 nm의 특징적 거리를 갖는 반면, 반데르 발스 힘은 약 100 nm의 특징적 거리를 갖는다. 상기의 힘에 추가하여, 일부 나노-크기의 병원체는, 그 구조적 특성으로 인해, 중합성 외부 껍질(shell) 및 일부의 경우엔 다양한 길이의 부속 기관을 갖는다. 또한, 일부 나노-크기의 병원체는 그 대사 주기 중에 다양한 중합성 물질을 분비하는데, 이는 그를 따르는 나노-크기의 병원체에 대한 부착의 강화 및 부착 자리의 증가를 초래하는 것으로 믿어진다.

도 1을 참고하여, 필터 내에서 병원체의 흐름의 역학의 관점에서, 2 개의 인접한 입자 사이의 거리, c 는 병원체가 입자에 부착하도록 하는데 결정적이다. 일반적으로, 병원체들은 입자의 표면에 근접하여 흘러서 전체의 인력이 표면에 그들이 부착되도록 할 수 있다 (도 1의 병원체 A 참고). 한편, 병원체는 입자 표면에서 멀리 떨어져 흐름으로써, 전체의 인력이 그들을 입자 표면 쪽으로 "잡아당기는" 것이 불가능할 수 있다 (도 1의 병원체 B 참고).

입자간 거리(또한 간격으로 칭함)의, 병원체의 입자 표면에의 부착에 대한 효과의 관점에서, 병원체의 입자에의 부착 및 물로부터의 제거를 위해 필수적인 입자간 거리의 최적 범위가 있다는 것이 믿어진다. 이러한 입자간 거리 c (도 1 참고)가 비교적 크면, 병원체의 대부분은, 상기에 언급한 힘이 표면에의 부착을 야기하도록 입자 표면에 충분히 가깝게 오지 않는다. 결과로서, 병원체의 대부분은 유입수로부터 제거되지 않고, 따라서 도 1의 병원체 B와 같이 행동한다. 한편, 이러한 입자간 거리가 비교적 작은 경우, 병원체의 대부분은 입자의 표면에 근접하고, 상기에 언급한 힘을 경험한다. 그러나, 이러한 작은 틈에서의 전단 상태가 높고, 전단력이 높아서 병원체와 활성탄 표면 사이의 인력을 극복할 수 있을 것으로 예상된다. 이러한 조건에서도, 입자에 실제로 부착되는 도 1의 병원체 A와 같이 행동하는 일부 병원체가 있을 수 있다. 그러나, 높은 전단력으로 인해, 이러한 병원체들이 다소 시간적으로 지난 시점에서 밀려날 수 있다는 것이 예상된다. 결과로서, 병원체의 대부분은 유입수로부터 제거되지 않는다. 그러므로, 전단력, 인력 및 척력 사이의 균형에 이르는 입자간 간격의 최적 범위가 있다. 이러한 균형은 병원체가 활성탄 입자 필터 내에서의 흐름 중에 제거되는 것을 확실히 한다. 상기 기술된 메카니즘은, 활성탄 표면이 화학적 또는 물리적으로, 다양한 화합물의 흡착에 의해 변형된 경우, 적용 가능하다는 것이 믿어짐을 주목하도록 한다.

액체로부터 나노-크기의 병원체를 제거할 수 있는 활성탄 입자 필터를 제조하는 방법은 속이 빈 튜브의 형태로 압출된 활성탄 입자를 포함한다. 그러한 압출 방법의 예가 U.S. Pat. No 5,331,037 (Koslow, 1994. 7. 19) 및 U.S. Pat. No. 5,189,092 (Koslow, 1993. 2. 23) 에 기술되어 있다. EP 792 676 A1 (Koslow, 3/9/97 에 공보됨) 에는 그러한 방법으로 만들어진 필터의 성질이 기술되어 있다. 이러한 참고 문헌 각각의 개시 내용이 참고로 포함되어 있다. 중요하게, EP 792 676 A1 은 개시되어 있는 압출된 활성탄 필터가 물로부터 나노-크기의 병원체를 제거할 수 있다는 것을 교시하거나 제안하지 않는다. 실상, 이 참고문헌은 필터가 단지, 크기가 500 nm 이상인 미립자를 99.9% 까지 제거하는 것만이 가능하다고 개시하고 있다.

추가적으로, 또한 임의적으로, 활성탄 입자는 일정 범위의 크기에서 선택되어, 함께 위치할 때, 제 1 의, 보다 큰 크기의 입자들 사이의 입자간 간격이 제 2 의, 보다 작은 크기의 입자들에 가깝게 일치하고, 다음으로 작은 크기의 입자들이 다양하게 선택된 보다 큰 입자들 사이의 남아있는 틈새 공간에 가깝게 일치하도록 할 수 있다. 입자 크기 및 형태의 선택에 의해, 틈새 공간은 실질적으로 조절될 수 있고, 한 가지 입자 크기만을 사용하는 경우 가능한 것보다 작은 스케일에서 균일하게 될 수 있다. 추가로, 활성탄 입자는 입자간 간격을 조절하기 위해, 임의로 다양한 크기의, 기타 입자와 배합될 수 있다. 이러한 입자는 탄소질 또는 비탄소질일 수 있다.

도 2에 예시된 구현예에서, 활성탄 필터는 대다수의 보다 작은 입자들과 압착된, 정렬된 보다 큰 입자를 함유하여, 보다 작은 입자가 보다 큰 입자 사이의 틈새 공간을 채워, 다음으로 작고 평행한 틈새 공간이 입자의 축을 따라, 그리고 전체 구조를 통해 입자 축 방향으로 연속하여 형성되도록 할 수 있다. 이 구현예에서 생성된 틈새 공간의 크기가 균일한 크기의 입자로 달성되는 것보다 훨씬 작다는 것을 알 수 있다. 따라서, 입자간 간격은 선택된 입자의 크기 및 크기 분포에 의해 조절될 수 있다.

B.병원체 제거 성질

본 발명의 방법은 수원으로부터 약 99.99% 이상의 나노-크기의 병원체 제거에 관한 것이다. 즉, 본 방법은 약 99.99% 이상의 병원체 제거 지수("PRI")를 나타내는 필터의 사용에 관한 것이다. 바람직하게는, 본 필터는 약 99.999% 이상, 보다 바람직하게는 약 99.9999% 이상의 PRI를 갖는다. 바람직하게는, 본 필터는 약 99.99% 내지 약 99.9999%의 PRI를 갖는다.

본 발명의 방법은 또한 수원으로부터 약 99.99% 이상의 바이러스 제거에 관한 것이다. 즉, 본 방법은 약 99.99% 이상의 바이러스 제거 지수("VRI")를 나타내는 필터의 사용를 포함한다. 바람직하게는, 본 필터는 약 99.999% 이상, 보다 바람직하게는 약 99.9999% 이상의 VRI를 갖는다. 바람직하게는, 본 필터는 약 99.99% 내지 약 99.9999%의 VRI를 갖는다.

본 발명의 제조 물품은 하기를 포함한다:

(a) 활성탄 입자를 함유하는 필터로서, PRI 또는 VRI가 약 99.99% 이상인 필터 (바람직하게는 PRI 또는 VRI가 약 99.999%, 보다 바람직하게는 약 99.9999% 이상일 것이다);

(b) 사용자에게 필터가 수원으로부터 나노-크기의 병원체, 특히 바이러스를 제거하는데 사용될 수 있다는 것을 전달하는 자료.

본문 중에 기술된 필터 및 방법이 미국 EPA에 의해 규정된 기준을 충분히 만족하는 수 처리를 가능하게 한다는 것이 명백하다. 또한, 본 출원인은 본문에 기술된 필터의 사용이, 원 수류로부터 나노-크기의 병원체를 계속하여 제거하는 능력의 감퇴 없이 장기간에 걸쳐 사용될 수 있다는 것을 발견하였다. 그러므로, 그러한 필터의 사용은, 일반 인구가 다양한 나노-크기의 병원체, 특히 바이러스에 덜 노출되게 될 것이라는 사실에 기초하여, 많은 국가들에서 보건 위험 상황을 개선할 것이다. 아마도 보다 중요하게는, 수원의 오염이 보다 발전된 국가들에서 관찰되는 것보다 훨씬 심각한 지역에서, 본 발명에 의해 제공되는 이점은 확대된다. 예를 들면, 나노-크기의 병원체를 그러한 장기간 (즉, 다양한 나노-크기의 병원체들로 포화되어 불능상태에 도달하기 전까지)의 사용 동안 그렇게 높은 수준으로 제거하는 능력은, 부적절한 보건 위험 없이 물을 음료로서 적합하게 한다는 점에서, 심하게 오염된 물의 정수를 가능하게 한다.

C.기타의 필터 구성요소

설명된 대로, 필터는 또한 활성탄 입자를 보유하기 위한 하우징(housing)을 포함한다. 크기 1 ㎛ 를 초과하는, 부유하는 고체를 미립자 여과하도록, 예비-필터를 사용할 수 있다. 필터 시스템에서 바이오필름 형성을 방지하기 위해, 은과 같은 살생제를 사용할 수 있다.

한 구현예에서, 필터는 일반적으로 원통형의 필터 배열을 보유하는 하우징을 포함한다. 하우징은 액체 주입구 및 액체 배출구를 가지고, 주입구와 배출구 사이의 액체 흐름 통로를 한정한다. ACP 배열은, 액체로부터 미립자 오염물, 화학적 오염물 및 미생물학적 오염물을 제거하기 위해, 액체 흐름 통로에서 하우징 내에 배치되고, 원통형으로 성형된 다공성 구조로 이루어진다. 필터는 또한, 필터 배열의 말단에 설치된 불침투성 말단부 원을 포함하고, 말단부 원들 중 하나는 중앙 열극을 갖는다. 이 말단부 원은 필터를 통한 액체 흐름을 지휘한다.

D.제조 물품

본 발명은 또 다른 양태에서, ACP-함유 필터, 및 소비자에게 글 및/또는 그림으로 필터의 사용이, 나노-크기의 병원체, 특히 바이러스의 제거를 포함하는 수 여과 이점을 제공할 것임을 전달하는 자료를 포함하는 제조 물품을 포함하고, 이 자료에는 다른 필터 제품에 대한 우월성 주장이 포함될 수 있다. 매우 바람직한 변형에서, 제조 물품은 소비자에게 필터의 사용이 바이러스를 포함한, 나노-크기의 병원체 수준의 감소를 제공한다는 것을 전달하는 자료를 포함한다. 이에 따라, 글 및/또는 그림으로 소비자에게 필터의 사용이 본문 중 논의된 대로 수 오염물의 향상된 감소와 같은 이점을 제공한다는 것을 전달하는 자료와 관련된 포장의 사용이 중요하다. 자료에는, 소비자에게 알리기 위해, 예를 들면, 포장 상의 문장 및 아이콘뿐 아니라 통상의 매체 모두에서의 광고, 또는 필터 자체가 포함될 수 있다.

IV.병원체 및 바이러스 제거 지수를 측정하는 시험 방법

하기는 나노-크기의 병원체를 함유하는 물을 포함하는 도전적 상황에 노출되는 경우, 바이러스를 포함한 병원체를 제거하는 필터의 능력(즉, 그 병원체 제거 지수 및 바이러스 제거 지수)을 평가하는 방법의 설명이다.

A.여과 프로토콜

나노-크기의 미생물을 함유하는 탈염소화된 물 형태의 시험 유체를 6 시간의 기간 동안 분 당 100 ml의 속도로 필터를 통해 흐르게 한다. 시험 유체는 MS-2 박테리오파지 (American Type Culture Collection (ATCC); Rockvile, MD; ATCC# 15597B)를 함유한다. 검사 유체 유입물의 목적 농도는, 농축된 원액으로부터의 희석액에 기초하여, 5 × 10⁸개의 MS-2 박테리오파지/L 이다.

B.병원체 및 바이러스 제거 지수를 구하는 검정 조건

유입수 및 유출수 농도, 따라서 PRI 및 VRI를 계산하기 위해 사용되는 검정은 하기와 같이 수행된다. 박테리오파지 MS-2를 순차적으로 Tris Buffered Saline (TBS; Trisma Inc., St. Louis, MO) 중에 희석시킨다. 순차적 희석은 0.3 ml의 유입수 또는 유출수를 취하고, 2.7 ml의 TBS를 첨가함으로써 수행된다. 10^-4배 희석액이 제조될 때까지 희석을 계속한다. 그 후, 3 ml의 희석액을, E. coli 호스트(host) (ATCC# 15597)의 대수기(log-phase) 배양액 0.1 ml을 함유하는, 1%의 Bacto 아가(agar)를 포함하는 3 ml의 용융된(46℃) 상부 아가 (트립신 소이 브로쓰 (tryptic soy broth)) (Difco, Becton/Dickinson, Inc, Spark, MD)에 첨가한다.현탁액을 와류교반(vortexing)하고, 고형 트립신 소이 아가 플레이트에 붓는다. 트립신 소이 아가 (Difco)는 교반/고온 플레이트에 놓인 2 L 엘른마이어 플라스크 내에서 40 g의 분말을 1 L의 정제수에 첨가함으로써 제조한다. 2 인치 × 1/2 인치 교반 막대를 엘른마이어 플라스크에 넣고, 교반/고온 플레이트를 중간 세팅으로 작동시킨다. 트립신 소이 아가 용액이 교반/고온 플레이트 상에서 완전하게 혼합되고, 1 분 동안 끓는 정도로 가열된다. 그 후, 용액을 15 분 동안 121℃에서 오토클레이브한다. 그 후, 15 ml의 트립신 소이 아가를 92 mm × 16 mm 멸균 페트리 접시에 부은 다음, 냉각시켜 고형 트립신 소이 아가 플레이트를 제조한다. 첨가된 상부 아가 용액과 함께 고형 트립신 소이 아가 플레이트를 37℃에서 18-24 시간 동안 배양한 후, 호스트 E. coli 세포의 론(lawn) 위에 형성된 플라크를 세어 낱낱이 계산한다.

바이러스 제거 지수는 하기 방정식을 사용한 백분율로서 계산된다.

VRI = [1-(바이러스 유출수 농도/바이러스 유입수 농도)] × 100

PRI는 바이러스 농도를 특정 병원체 농도로 치환함으로써 계산된다.

V.실시예

필터 코어 (KX Industries #20-185-125-083, KX Industries, L.P., Orange, CT) 를 필터 하우징 (USWP#1A) 내로 삽입하였다. 필터 하우징을, Pharmed 튜빙(tubing) (1/16 인치 벽 두께의 1/4 인치 ID)을 사용하여 EXPERT Peristaltic 펌프 (모델 CP-120; Scilog, Inc., Madison, Wisconsin)에 연결하였다.

유입수로 사용될 100 리터의 물을 탈염소화하고, 멸균하고, 교반 플레이트 위에 위치한 30 갤론 카보이(carboy)에 저장하였다. 유입수를 2 인치 × 1/2 인치 교반 막대와 섞어 최고 속도로 설정된 교반 플레이트로 교반하면서, MS-2 박테리오파지 (ATCC# 15597B)를 유입수내로 파종하였다. 유입수에서의 목적 농도는 농축 원액으로부터의 희석액에 기초하여, 리터 당 5 × 10⁸개의 MS-2 박테리오파지이다. MS-2의 검정을 위해, 50 ml의 유입수 샘플을 50 ml 눈금 원뿔형 원심분리기용 시험관 내로 수집하였다. 파종된 유입수가 전술한 유속 (즉, 1.1 L/분)에서 1 시간 동안 시험 단위를 통과하고 나면, MS-2 박테리오파지의 검정을 위해, 50 ml의 유출수를 50 ml 눈금 원뿔형 원심분리기용 시험관 내로 수집하였다. MS-2 박테리오파지의 검정을 수행하는데, 1 ml의 유입수 및 유출수가 필요하다. 다음 샘플링 시점까지, 파종된 유입수를 전술한 유속 (즉, 1.1 L/분)에서 시험시험를 통해 펌핑하였다. 원래의 30 갤론 카보이 내에 10 L의 유입수만이 남았을 때, 유입수를 카보이로부터 끌어내기 위해 사용되는 Pharmed 튜빙을 인접한 카보이로 옮겼다.

그 후, 단락 IV-B 에 따라 MS-2 박테리오파지를 검정하기 위해, 유출수를 각 샘플링 시점 (즉, 1, 6 및 10 시간)에서 앞서 기술한 부피로 수집하였다. 결과로서, 99.9999%의 VRI를 10시간 후, 1.1 L/분에서 수득하였다. 마지막 샘플링 시점 (즉, 10시간)에 도달하면, 시험 단위를 시험 스탠드로부터 떼어내고, Pharmed 튜빙에서 분리하였다. 이어서, 분석이 종결된 후, 시험 단위를 오토클레이브하였다.

Claims

액체를 활성탄 입자를 함유하는 필터와 접촉시키는 것을 포함하는, 액체로부터 나노-크기의 병원체를 제거하는 방법으로서, 상기 필터의 병원체 제거 지수(Pathogen Removal Index (PRI))가 99.99% 인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 필터의 PRI가 99.999% 인 것을 특징으로 하는 방법.
액체를 활성탄 입자를 함유하는 필터와 접촉시키는 단계를 포함하는, 액체로부터 바이러스를 제거하는 방법으로서, 상기 필터의 바이러스 제거 지수(Virus Removal Index (VRI))가 99.99% 인 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서, 필터의 VRI가 99.999% 인 것을 특징으로 하는 방법.
제 4 항에 있어서, 필터의 VRI가 99.9999% 인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 필터가, 벌크 밀도가 0.6 내지 0.8 g/㎤ 이 되게 하는 입자간 간격을 갖는 활성탄 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 다양한 크기, 다양한 형상, 또는 다양한 크기 및 형상의 활성탄 입자 혼합물을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
하기를 포함하는 액체 여과용 장치:

(a) 활성탄 입자를 함유하는 필터로서, PRI가 99.99% 인 필터;

(b) 사용자에게 필터가 액체로부터 나노-크기의 병원체를 제거하는데 사용될 수 있다는 것을 전달하는 자료.
제 8 항에 있어서, 필터의 PRI가 99.999% 인 것을 특징으로 하는 장치.
하기를 포함하는 액체 여과용 장치:

(a) 활성탄 입자를 함유하는 필터로서, VRI가 99.99% 인 필터;

(b) 사용자에게 필터가 액체로부터 나노-크기의 병원체를 제거하는데 사용될 수 있다는 것을 전달하는 자료.
제 10 항에 있어서, 필터의 VRI가 99.999% 인 것을 특징으로 하는 장치.
제 11 항에 있어서, 필터의 VRI가 99.9999% 인 것을 특징으로 하는 장치.
제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 다양한 크기, 다양한 형상, 또는 다양한 크기 및 형상의 활성탄 혼합물이 이용되고, 활성탄 입자가, 벌크 밀도가 0.6 내지 0.8 g/㎤ 이 되게 하는 입자간 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서, 필터의 PRI가 99.9999% 인 것을 특징으로 하는 방법.
제 6 항에 있어서, 다양한 크기, 다양한 형상, 또는 다양한 크기 및 형상의 활성탄 입자 혼합물을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 9 항에 있어서, 필터의 PRI가 99.9999% 인 것을 특징으로 하는 장치.