KR102538011B1 - 생체 정전기 에너지 하베스팅을 이용한 병원체 차단 시스템 및 방호구 - Google Patents

생체 정전기 에너지 하베스팅을 이용한 병원체 차단 시스템 및 방호구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생체 정전기 에너지 하베스팅을 이용한 병원체 차단 시스템 및 방호구를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템은 생체의 표피에 부착되어 전하가 유도되는 전극, 적어도 하나 이상의 전도성 필터 및 기계식 필터를 포함하는 필터 유닛 및 전하가 유도된 상기 전극과 상기 필터 유닛을 연결하여, 상기 전도성 필터를 대전시키는 정류 회로를 포함할 수 있다.

Description

생체 정전기 에너지 하베스팅을 이용한 병원체 차단 시스템 및 방호구{SYSTEM AND PROTECTOR FOR BLOCKING PATHOGEN USING ENERGY HARVESTING BIO STATIC ELECTRICITY}
본 발명은 정전기 에너지 하베스팅을 이용한 병원체 차단 시스템과 방호구에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 생체에서 발생하는 정전기를 이용해 외부 병원체가 침입하는 것을 방지하는 병원체 차단 시스템과, 이를 이용하는 방호구에 관한 것이다.
최근 세계적으로 대유행하고 있는 COVID-19 바이러스와 같은 RNA 바이러스는 RNBA 변이가 용이하고 종간 감염이 이루어지는 점에서 더욱 치명적인 변종이 나타날 것으로 예상된다. 이러한 병원체를 다루기 위해서는 맞춤형 백신이 필요하지만 백신 연구에는 많은 비용이 발생할 뿐만 아니라 장시간이 소요되는 연구 기간 동안 새로운 변종이 나타날 수 있다. 마찬가지로 박테리아의 경우 항생제에 내성을 갖는 슈퍼 박테리아로 변이될 수 있어 백신, 치료제, 항생제 등 기존의 병원체 대응 전략에는 한계가 명백하다.
그리고 감염성 질환의 전염을 방지하기 위해 실시되고 있는 사회적 거리두기는 인적, 물적 교류를 차단하기 때문에 다양한 경제, 사회 문제를 발생시키고 있다. 또한 마스크의 경우에도 병원체가 생체로 유입되는 것을 완전히 차단할 수는 없으며, 병원체가 마스크에 잔류하여 수일 동안 생존하는 경우가 보고되고 있어, 마스크의 재사용에 따른 감염 위험이 있다. 특히 마스크는 병원체를 차단하는 효율을 높이기 위해서는 매우 촘촘한 필터를 사용해야 하지만, 이 경우 압력 손실이 커지고 호흡을 방해하여 실용성이 떨어진다. 또한 코로나 방전(corona discharge)으로 필터를 대전시켜 병원체를 포집하는 정전 필터는 습기에 취약하여 수명이 매우 짧은 단점이 있다. 그리고 공기 조화 시스템을 이용해 병원체를 포집하는 방식도 장비를 작게 만드는데 한계가 있기 때문에 개인이 착용 또는 지참하기는 어려우며, 코로나 방전(corona discharge)을 이용해 병원체를 대전시켜야 하기 때문에 대기를 이온화하는 과정에서 오존 등 유해 물질이 발생할 수 있다. 즉, 종래의 병원체 차단 기술에는 명백한 한계가 존재한다.
전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 생체에서 발생하는 정전기를 이용해 전류를 발생시키는 생체 정전기 에너지 하베스팅 기술을 이용해 병원체의 침입 및 잔류를 원천적으로 차단하는 대응 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템은 생체의 표피에 부착되어 전하가 유도되는 전극, 적어도 하나 이상의 전도성 필터 및 기계식 필터를 포함하는 필터 유닛 및 전하가 유도된 상기 전극과 상기 필터 유닛을 연결하여, 상기 전도성 필터를 대전시키는 정류 회로를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템에 있어서, 상기 전극은 상기 표피에 발생한 정전기에 의해 전위차가 전달되어 전하가 유도될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템에 있어서, 상기 전극과 상기 전도성 필터는 전도성 금속, 전도성 폴리머, 전도성 하이드로겔 또는 전도성 세라믹 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전도성 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템에 있어서, 상기 필터 유닛은 제1 기계식 필터, 상기 제1 기계식 필터의 일측에 배치되며, 상기 정류 회로와 연결되어 대전되는 제1 전도성 필터 및 상기 제1 전도성 필터와 대향하도록 상기 제1 기계식 필터의 타측에 배치되며, 상기 정류 회로와 연결되어 대전되는 제2 전도성 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템에 있어서, 상기 제1 전도성 필터는 상기 필터 유닛의 외측에 배치되며, 상기 정류 회로에 의해 병원체와 동일한 전하로 대전되어 상기 병원체를 전기적 척력으로 밀어낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템에 있어서, 상기 제2 전도성 필터는 상기 필터 유닛의 내측에 배치되며, 상기 정류 회로에 의해 병원체와 반대 전하로 대전되어 상기 병원체를 전기적 인력으로 끌어당길 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템에 있어서, 상기 필터 유닛은 상기 제1 전도성 필터 및 상기 제2 전도성 필터 중 적어도 어느 하나를 커버하도록 배치되는 추가 기계식 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템에 있어서, 상기 전도성 필터는 일면에 자기 조립 단층(self-assembled monolayer)이 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템에 있어서, 상기 자기 조립 단층은 불소 작용기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템에 있어서, 상기 전도성 필터는 일면에 항바이러스 물질이 더 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템에 있어서, 상기 정류 회로는 상기 표피에 발생한 정전기에 의해 상기 전극에 전위차가 발생하여 전하가 유도되면, 이에 따라 발생한 교류 전류를 직류 전류로 정류하여 상기 전도성 필터를 대전 상태로 유지한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 병원체 차단 시스템은 전극과, 필터 유닛과, 정류 회로를 포함하며, 생체에서 발생한 정전기를 에너지 하베스팅하여 병원체의 침입을 차단하는 병원체 차단 시스템으로서, 정전기에 의해 생체의 표피에 부착된 상기 전극에 전하가 유도되면, 상기 정류 회로가 상기 전하를 일방향으로 흘려보내, 상기 필터 유닛의 일부가 상기 병원체와 동일한 전하를 갖도록 대전시키고, 상기 필터 유닛의 나머지가 상기 병원체와 다른 전하를 갖도록 대전시켜, 상기 필터 유닛의 외부에 위치한 상기 병원체를 전기적 척력으로 밀어내고, 상기 필터 유닛의 내부에 위치한 상기 병원체를 전기적 인력으로 끌어당길 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 병원체 차단 시스템을 이용한 방호구는 상기 병원체 차단 시스템을 이용하는 방호구로서, 상기 필터 유닛이 착용자의 호흡기 및 피부 중 적어도 어느 하나를 커버하도록 배치되어, 외부 병원체의 유입을 차단하는, 병원체 차단 시스템을 이용한다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 병원체 차단 시스템 및 이를 이용한 방호구는 생체에서 발생하는 정전기를 이용해 전류를 발생시키는 생체 정전기 에너지 하베스팅 기술을 이용하여, 병원체의 침입을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 병원체 차단 시스템 및 이를 이용한 방호구는 전기적 척력으로 병원체 차단 시스템의 외부에 있는 병원체를 밀어내 병원체의 침입을 차단하고, 전기적 인력으로 병원체 차단 시스템의 내부에 있는 병원체를 끌어당겨 병원체의 잔류를 방지함으로써 종래의 병원체 대응 기술의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 병원체 차단 시스템 및 이를 이용한 방호구는 환자 등이 보유하고 있는 병원체가 외부로 전파되는 것을 차단하여, 감염성 질환의 전염을 억제할 수 있다.
도 1은 전기적 인력과 척력을 이용한 병원체 차단을 개념적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템을 나타낸다.
도 3은 도 2의 전극이 표피 상에 부착된 상태를 나타낸다.
도 4는 도 2의 필터 유닛이 전기적 인력과 척력으로 병원체의 침입을 차단하는 상태를 나타낸다.
도 5는 도 2의 필터 유닛에 부착된 병원체가 접촉 대전으로 전하를 띠면서 반발하는 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 유닛의 다양한 형태를 나타낸다.
도 7은 필터 유닛 상에 배치된 자기 조립 단층을 나타낸다.
도 8은 필터 유닛 상에 배치된 항바이러스막을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템을 이용하는 방호구를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 전기적 인력과 척력을 이용한 병원체(P) 차단을 개념적으로 나타낸다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 병원체(P) 또는 병원체(P)를 포함하는 입자(비말, 먼지, 에어로졸 등)(이하, '병원체(P)'라고 함)는 고유의 전하를 가질 수 있다. 즉, 병원체(P)는 그 종류에 따라 (+) 전하 또는 (-) 전하를 가질 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 병원체(P)가 (+) 전하를 갖는 것을 중심으로 설명한다.
본 발명은 병원체(P)가 고유의 전하를 갖는 점을 이용하여 병원체(P)를 전기적 척력을 이용해 밀어내 병원체의 침입을 차단할 수 있다. 즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 인체로부터 소정의 거리만큼 이격된 위치에 필터를 위치시킬 수 있다. 그리고 필터는 대전된 상태이며, 병원체(P)와 동일하게 (+) 전하를 가질 수 있다. 따라서 필터의 외부에 위치한 병원체(P)는 필터로부터 전기적 척력을 받아 외측으로 밀려나게 된다.
한편, 병원체(P)는 사람으로부터 상대적으로 먼 거리(d1)에 위치하거나 상대적으로 가까운 거리(d2)에 위치할 수 있다. 이 경우, 필터와 인체 사이에 위치한 병원체(P)를 밀어낼 경우, 오히려 사람을 향해 병원체(P)를 밀어주는 상황이 발생할 수 있다.
본 발명에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 서로 다른 전하를 갖는 필터를 이용함으로써, 필터와 인체 사이에 위치한 병원체(P)를 전기적 인력으로 끌어당겨, 병원체(P)의 유입을 차단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템(10)을 나타내고, 도 3은 도 2의 전극(100)이 표피(S) 상에 부착된 상태를 나타내고, 도 4는 도 2의 필터 유닛(200)이 전기적 인력과 척력으로 병원체(P)의 침입을 차단하는 상태를 나타내고, 도 5는 도 2의 필터 유닛(200)에 부착된 병원체(P)가 접촉 대전으로 전하를 띠면서 반발하는 상태를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템(10)은 전술한 바와 같이, 전기적인 힘을 이용해 병원체(P)의 유입을 차단할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템(10)은 생체 정전기로부터 에너지 하베스팅을 실시하여 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템(10)은 전극(100)과, 필터 유닛(200)과, 정류 회로(300)를 포함할 수 있다.
생체는 주변의 사물 등과 접촉하면서 전하가 이동함에 따라 전하의 불균형이 일어나 정전기가 발생할 수 있다. 또한, 생체는 유전체(뼈, 표피 등)와 전도성 물질(세포외기질, 체액 등)로 이루어져 있기 때문에 전하를 저장할 수 있는 축전기의 특성을 가질 수 있다. 이에 따라, 생체 자체가 정전기를 축적하거나 발생한 전위차를 분극을 통해 전달할 수 있다.
이를 이용하기 위해, 본 발명의 일 실시예에서 전극(100)은 생체의 표피(S) 상에 부착될 수 있다. 표피(S) 상에 배치된 전극(100)은 생체(표피)에서 발생한 정전기로 인해 전위차가 전달되어 전하가 유도되고, 후술하는 정류 회로(300)를 통해 필터 유닛(200)으로 전하를 전달하여 필터 유닛(200)을 대전시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 표피(S) 상에 배치된 전극(100)은 정류 회로(300)와 연결된다. 여기서, 생체의 움직임 및/또는 마찰 등으로 인해 정전기가 발생하면, 생체의 표피(S) 상에 전하의 불균형이 발생하여 분극이 일어날 수 있다. 이에 따라 전도성 물질인 전극(100)에도 전하가 유도될 수 있다. 도 3에는 전극(100)이 (-) 전하를 갖는 것으로 나타냈으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 전극(100)에 유도된 전하는 정류 회로(300)를 통해 필터 유닛(200)으로 공급될 수 있다.
전극(100)이 배치되는 표피(S)의 위치는 특별히 한정하지 않는다. 일 실시예로, 전극(100)은 움직임이 많은 팔, 다리, 손, 발 등에 배치될 수 있다.
전극(100)의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 금, 은, 구리 등 전도성 금속 또는 전도성 폴리머, 전도성 하이드로겔, 전도성 세라믹(금속 산화물 포함) 등이 사용될 수 있다. 또한, 전극(100)은 전기 방사(electrospinning), 압출 방식, 직조, 솔-겔(sol-gel) 방식 등 다양한 제조 방식을 통해 제조될 수 있다.
일 실시예로, 전극(100)은 표피(S)와 간접적으로 접촉할 수 있다. 보다 구체적으로, 전극(100)이 표피(S)와 직접 접촉하는 대신, 표피(S) 상에 별도의 유전체가 배치되고, 전극(100)은 유전체 상에 배치될 수 있다.
필터 유닛(200)은 전극(100)에서 유도된 전하를 공급 받아 대전되어, 외부의 병원체(P)가 침입하는 것을 전기적인 힘(척력)으로 차단할 수 있다. 예를 들어, 필터 유닛(200)은 병원체(P)와 동일한 전하인 (+) 전하를 갖도록 대전되어, 병원체(P)가 외부에서 침입하는 것을 차단할 수 있다. 또는, 필터 유닛(200)은 병원체(P)와 다른 전하인 (-) 전하를 갖도록 대전되어, 필터 유닛(200)과 생체 사이에 위치하는 병원체(P)를 끌어당겨 포집할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 유닛(200)은 적어도 하나 이상의 전도성 필터 및 기계식 필터를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 필터 유닛(200)은 제1 전도성 필터(210)와, 제1 기계식 필터(220)와, 제2 전도성 필터(230)를 포함할 수 있다.
제1 전도성 필터(210)는 제1 기계식 필터(220)의 일측에 배치되며, 정류 회로(300)와 연결되어 대전될 수 있다. 일 실시예로, 제1 전도성 필터(210)는 병원체(P)와 동일하게 (+) 전하를 갖도록 대전되며, 생체로부터 상대적으로 먼 거리에 배치되어 전기적 척력을 통해 외부의 병원체(P)가 침입하는 것을 차단할 수 있다.
제2 전도성 필터(230)는 제1 전도성 필터(210)와 대향하도록 제1 기계식 필터(220)의 타측에 배치되며, 정류 회로(300)와 연결되어 대전될 수 있다. 일 실시예로, 제2 전도성 필터(230)는 병원체(P)와 반대로 (-) 전하를 갖도록 대전되며, 제1 전도성 필터(210)에 비해 생체로부터 상대적으로 가까운 거리에 배치되어 전기적 인력을 통해 필터 유닛(200)과 생체 사이에 위치하는 내부의 병원체(P)를 포집할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 유닛(200)은 병원체(P)와 동일한 전하를 갖는 부분과 병원체(P)와 반대의 전하를 갖는 부분을 모두 포함함으로써, 전기적 인력과 척력을 이용해 병원체(P)가 생체 내부로 침입하는 것을 차단할 수 있다.
전극(100)과 마찬가지로, 제1 전도성 필터(210)와 제2 전도성 필터(230)의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 금, 은, 구리 등 전도성 금속 또는 전도성 폴리머, 전도성 하이드로겔, 전도성 세라믹(금속 산화물 포함) 등이 사용될 수 있다. 또한, 제1 전도성 필터(210)와 제2 전도성 필터(230)도 병원체(P)의 유입을 차단하기 위한 공극을 가지면 충분하며, 전기 방사, 압출 방식, 직조, 솔-겔 방식 등 다양한 제조 방식을 통해 제조될 수 있다.
일 실시예로, 제1 전도성 필터(210)와 제2 전도성 필터(230)는 부도체인 필터 부재에 전도성 물질을 코팅하여 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전도성 필터(210)와 제2 전도성 필터(230)는 기계식 필터의 일면에, 전술한 전도성 금속 및/또는 전도성 폴리머, 전도성 하이드로겔, 전도성 세라믹 등을 코팅하여 제조될 수 있다. 또는, 제1 전도성 필터(210)와 제2 전도성 필터(230)는 전술한 전도성 금속 및/또는 전도성 폴리머, 전도성 하이드로겔, 전도성 세라믹과 같은 전도성 물질로 이루어진 섬유 형태로 제작될 수도 있다.
제1 기계식 필터(220)는 제1 전도성 필터(210)와 제2 전도성 필터(230)의 사이에 위치할 수 있다. 일 실시예로, 제1 기계식 필터(220)는 부도체로서 제1 전도성 필터(210)와 제2 전도성 필터(230)가 단락되는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에서 “기계식 필터”는 전도성 필터와 구분되는 의미로서, 전기적 방식이 아닌, 촘촘한 망을 이용해 기계식으로 병원체(P)의 유입을 차단하는 필터를 의미할 수 있다.
생체에서 유도된 정전기는 교류 전류의 특성을 갖기 때문에, 필터 유닛(200)이 소정의 전하를 갖도록 대전시키기 위해서는 이를 직류 전류로 정류할 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 정류 회로(300)는 전하가 유도된 전극(100)과 필터 유닛(200)을 연결하여 필터 유닛(200)을 대전시킬 수 있다.
일 실시예로, 정류 회로(300)는 4개의 다이오드를 연결한 브리지 정류기(bridge rectifier)일 수 있다. 정류 회로(300)는 제1 전도성 필터(210)가 (+) 전하로 대전되고, 제2 전도성 필터(230)가 (-) 전하로 대전되도록 전극(100)으로부터 유도된 전하의 흐름을 제어할 수 있다.
이에 따라, 도 4에 나타낸 바와 같이, 병원체 차단 시스템(10)의 외측에 위치하는 병원체(P)의 경우, (+) 전하를 갖도록 대전된 제1 전도성 필터(210)와 전기적으로 반발하기 때문에 필터 유닛(200)의 내부로 유입될 수 없다.
반면, 병원체 차단 시스템(10)의 내측에 위치하는 병원체(P)의 경우, (-) 전하를 갖도록 대전된 제2 전도성 필터(230)로부터 전기적 인력을 받아, 필터 유닛(200) 상에 포집된다. 이에 따라, 환자 또는 보균자 등의 체내에 있는 병원체(P)가 외부로 전파되는 것을 방지할 수 있다.
정류 회로(300)는 특별히 한정하지 않는다. 일 실시예로, 정류 회로(300)는 브리지 정류 회로로서, 반도체 정류기, 인덕터 등 정류 역할을 할 수 있는 회로 요소를 포함할 수 있다.
한편, 도 5에 나타낸 바와 같이, 병원체(P)가 빠른 속도로 움직이는 경우, 예를 들어 병원체(P)가 비말에 포함되어 재채기 등을 통해 배출되는 경우, 병원체(P)는 제1 전도성 필터(210)와의 전기적 반발을 이겨내고 필터 유닛(200) 상에 안착할 수 있다. 또는, 병원체(P)가 전기적으로 중성을 띠거나, 제1 전도성 필터(210)와 반대의 전하를 갖는 경우에도, 병원체(P)가 필터 유닛(200) 상에 안착될 수 있다.
이러한 경우에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템(10)은 생채에서 발생한 정전기 에너지를 하베스팅하여 필터 유닛(200)으로 지속적으로 전류를 공급하여 필터 유닛(200)을 대전시키게 된다. 이 때문에 병원체(P)가 제1 전도성 필터(210) 상에 안착되면, 제1 전도성 필터(210)와 접촉 대전을 일으켜 (+) 전하로 대전된다(즉, 접촉 대전에 의해 제1 전도성 필터(210)와 병원체(P)가 반대의 전하를 갖도록 대전되는 것이 아니라, 서로 동일한 전하를 갖도록 대전됨). 따라서 제1 전도성 필터(210) 상에 일시적으로 안착된 병원체(P)는 제1 전도성 필터(210)와 동일한 전하를 갖도록 대전되면서 전기적 척력에 의해 외부로 튕겨져 나가게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 유닛(200)의 다양한 형태를 나타낸다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 유닛(200)은 전도성 필터와 기계식 필터의 다양한 조합이 가능하다. 예를 들어, 필터 유닛(200)은 제1 전도성 필터 및 제2 전도성 필터 중 적어도 어느 하나를 커버하도록 배치되는 추가 기계식 필터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 유닛(200)은 제1 기계식 필터(220)의 일면과 타면에 각각 제1 전도성 필터(210)와 제2 전도성 필터(230)가 배치될 수 있다(도 6(a)). 즉, 필터 유닛(200)은 하나의 전도성 필터만을 포함할 수 있으며, 한 쌍의 기계식 필터가 전도성 필터를 사이에 두고 대향하도록 배치될 수 있다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 유닛(200)은 제1 전도성 필터(210)의 일면과 타면에 각각 제1 기계식 필터(220)와 제2 기계식 필터(240)가 배치될 수 있다(도 6(b)). 즉, 필터 유닛(200)은 제1 기계식 필터(220) 외에 추가 기계식 필터로서 제2 기계식 필터(240)를 더 포함할 수 있다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 유닛(200)은 도 6(a)에 나타낸 형태에서, 제2 전도성 필터(230)의 타면에 추가 기계식 필터로서 제2 기계식 필터(240)를 더 포함할 수 있다(도 6(c)).
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 유닛(200)은 도 6(a)에 나타낸 형태에서, 제1 전도성 필터(210)의 일면에 추가 기계식 필터로서 제2 기계식 필터(240)를 더 포함할 수 있다(도 6(d)).
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 유닛(200)은 도 6(d)에 나타낸 형태에서, 제2 전도성 필터(230)의 타면에 추가 기계식 필터로서 제3 기계식 필터(250)를 더 포함할 수 있다(도 6(e)).
이 외에도 본 발명의 일 실시예에 따른 필터 유닛(200)은 기계식 필터와 전도성 필터의 다양한 조합이 가능하며, 병원체 차단 시스템(10)의 사용 목적 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.
도 7은 필터 유닛(200) 상에 배치된 자기 조립 단층(400; self-assembled monolayer)을 나타낸다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템(10)은 필터 유닛(200) 상에 배치된 자기 조립 단층(400)을 더 포함할 수 있다. 자기 조립 단층(400)은 물질의 표면에 자발적으로 형성되는 유기 단분자막으로서, 다양한 작용기를 가질 수 있다.
일 실시예로, 자기 조립 단층(400)은 제1 전도성 필터(210)의 일면에 코팅될 수 있으며, 불소 작용기를 가질 수 있다. 이와 같이 불소 작용기를 갖는 자기 조립 단층(400)은 소수성을 갖기 때문에, 비말이나 에어로졸 등에 포함되어 부유하는 병원체(P)의 침입을 보다 확실하게 차단할 수 있다. 즉, 자기 조립 단층(400)에 의해 병원체(P)가 필터 유닛(200) 상에 흡착되지 않고 반발하게 되고, 반발된 병원체(P)는 제1 전도성 필터(210)와의 전기적 척력으로 인해 필터 유닛(200)으로부터 밀어내진다.
자기 조립 단층(400)은 특별히 한정하지 않으며, 소수성을 가져 병원체(P)와 반발할 수 있으면 충분하다.
일 실시예로, 자기 조립 단층(400)은 필터 유닛(200)의 외측, 즉, 생체로부터 상대적으로 먼 거리에 있는 면에만 배치될 수 있다.
도 8은 필터 유닛(200) 상에 배치된 항바이러스막(500)을 나타낸다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템(10)은 필터 유닛(200) 상에 배치된 항바이러스막(500)을 더 포함할 수 있다.
항바이러스막(500)은 필터 유닛(200) 상에 흡착된 병원체(P)를 사멸시키기 위한 부재로서, 일 실시예로 구리 또는 은 입자 등을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며 병원체(P)를 사멸할 수 있는 다른 물질이 항바이러스막(500)에 포함될 수 있다.
일 실시예로, 항바이러스막(5000은 필터 유닛(200)의 외측 및/또는 내측에 배치될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템(10)을 이용하는 방호구(20)를 나타낸다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 전술한 병원체 차단 시스템(10)은 병원체(P)가 생체 내부로 유입되는 것을 차단하기 위한 방호구(20)에 이용될 수 있다. 방호구(20)는 병원체 차단 시스템(10)의 필터 유닛(200)이 착용자의 호흡기 및 피부 중 적어도 어느 하나를 커버하도록 배치되어, 병원체의 유입을 차단할 수 있다. 일 실시예로, 방호구(20)는 마스크(21) 또는 방호복(22)일 수 있다. 마스크(21) 또는 방호복(22)은 통상적으로 사용되는 것을 이용할 수 있다.
보다 구체적으로, 병원체 차단 시스템(10)은 마스크(21)에 이용될 수 있다. 병원체 차단 시스템(10)의 전극(100)은 생체의 특정 위치(예를 들어, 팔이나 다리 등) 상에 배치될 수 있다. 그리고 필터 유닛(200)은 마스크(21)의 호흡 필터가 있는 위치에 배치될 수 있다. 이에 따라, 마스크(21) 착용자가 움직이면서 정전기가 발생하면, 전극(100)에 전하가 유도되고, 유도된 전하는 정류 회로(300)를 거쳐 필터 유닛(200)을 대전시킨다. 그리고 마스크(21)의 외부에 위치하는 병원체(P)는 전기적 척력에 의해 필터 유닛(200)과 반발하고, 마스크(21)와 착용자 사이에 위치하는 병원체(P)는 전기적 인력에 의해 필터 유닛(200) 상에 포집될 수 있다.
마찬가지로 병원체 차단 시스템(10)은 방호복(22)에 이용될 수 있다. 여기서 필터 유닛(200)은 방호복(22)의 외피 및/또는 내피에 배치될 수 있다. 동일하게, 착용자의 움직임에 따라 발생한 정전기에 의해 필터 유닛(200)이 대전되면, 전기적인 척력과 인력에 의해 병원체(P)가 생체 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템(10) 및 이를 이용하는 방호구(20)는 생체에서 발생하는 정전기 에너지를 하베스팅하고, 이를 이용해 필터 유닛(200)을 대전시켜 병원체(P)의 침입을 차단할 수 있다. 이에 따라, 사용자가 걷기, 앉기, 뛰기 등 다양한 동작을 취할 때마다 생체와 외부 물질 사이에 접촉 및 분리가 일어나면서 전류가 발생하기 때문에 상시 구동이 가능하며, 방전이 일어나지 않기 때문에 종래 기술에 비해 오존 등의 인체 유해 물질이 발생하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템(10) 및 이를 이용하는 방호구(20)는 전기적 인력과 척력을 모두 이용함으로써, 외부의 병원체(P)와 내부의 병원체(P) 모두에 대해 생체 내부로 침입하는 것을 보다 확실하게 차단할 수 있다.
또한, 발명의 일 실시예에 따른 병원체 차단 시스템(10) 및 이를 이용한 방호구(20)는 환자 등이 보유하고 있는 병원체(P)가 외부로 전파되는 것을 차단하여, 감염성 질환의 전염을 억제할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 본 명세서에서 명시적으로 설명하지는 않았으나, 실시예와 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 병원체 차단 시스템
100: 전극
200: 필터 유닛
300: 정류 회로

Claims (13)

  1. 생체의 표피에 부착되어 전하가 유도되는 전극;
    적어도 하나 이상의 전도성 필터 및 기계식 필터를 포함하는 필터 유닛; 및
    전하가 유도된 상기 전극과 상기 필터 유닛을 연결하여, 상기 전도성 필터를 대전시키는 정류 회로;를 포함하고,
    상기 필터 유닛은
    제1 기계식 필터;
    상기 제1 기계식 필터의 일측에 배치되며, 상기 정류 회로와 연결되어 대전되는 제1 전도성 필터; 및
    상기 제1 전도성 필터와 대향하도록 상기 제1 기계식 필터의 타측에 배치되며, 상기 정류 회로와 연결되어 대전되는 제2 전도성 필터;를 포함하는,
    병원체 차단 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전극은
    상기 표피에 발생한 정전기에 의해 전위차가 전달되어 전하가 유도되는, 병원체 차단 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 전극과 상기 전도성 필터는
    전도성 금속, 전도성 폴리머, 전도성 하이드로겔 또는 전도성 세라믹 중 적어도 어느 하나를 포함하는 전도성 물질로 이루어지는, 병원체 차단 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전도성 필터는
    상기 필터 유닛의 외측에 배치되며, 상기 정류 회로에 의해 병원체와 동일한 전하로 대전되어 상기 병원체를 전기적 척력으로 밀어내는, 병원체 차단 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전도성 필터는
    상기 필터 유닛의 내측에 배치되며, 상기 정류 회로에 의해 병원체와 반대 전하로 대전되어 상기 병원체를 전기적 인력으로 끌어당기는, 병원체 차단 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 필터 유닛은
    상기 제1 전도성 필터 및 상기 제2 전도성 필터 중 적어도 어느 하나를 커버하도록 배치되는 추가 기계식 필터를 더 포함하는, 병원체 차단 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 전도성 필터는
    일면에 자기 조립 단층(self-assembled monolayer)이 코팅된, 병원체 차단 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 자기 조립 단층은
    불소 작용기를 포함하는, 병원체 차단 시스템.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 전도성 필터는
    일면에 항바이러스 물질이 더 코팅된, 병원체 차단 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 정류 회로는
    생체의 표피에 발생한 정전기에 의해 상기 전극에 전위차가 발생하여 전하가 유도되면, 이에 따라 발생한 교류 전류를 직류 전류로 정류하여 상기 전도성 필터를 대전 상태로 유지하는, 병원체 차단 시스템.
  12. 전극과, 필터 유닛과, 정류 회로를 포함하며, 생체에서 발생한 정전기를 에너지 하베스팅하여 병원체의 침입을 차단하는 병원체 차단 시스템으로서,
    정전기에 의해 생체의 표피에 부착된 상기 전극에 전하가 유도되면, 상기 정류 회로가 상기 전하를 일방향으로 흘려보내, 상기 필터 유닛의 일부가 상기 병원체와 동일한 전하를 갖도록 대전시키고, 상기 필터 유닛의 나머지가 상기 병원체와 다른 전하를 갖도록 대전시켜, 상기 필터 유닛의 외부에 위치한 상기 병원체를 전기적 척력으로 밀어내고, 상기 필터 유닛의 내부에 위치한 상기 병원체를 전기적 인력으로 끌어당기는, 병원체 차단 시스템.
  13. 제1항, 제2항, 제3항, 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 병원체 차단 시스템을 이용하는 방호구로서,
    상기 필터 유닛이 착용자의 호흡기 및 피부 중 적어도 어느 하나를 커버하도록 배치되어, 외부 병원체의 유입을 차단하는, 병원체 차단 시스템을 이용하는 방호구.
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