KR102538214B1 - 바이러스 포집용 마스크 - Google Patents

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KR102538214B1
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 바이러스 포집용 마스크에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크(10)는 내면이 사용자의 안면 일부를 덮는 마스크 본체(100), 및 다공성 시트부(210)를 포함하고, 마스크 본체(100)에 배치되며, 사용자의 호기 내 바이러스를 포집하는 포집 패드(200)를 포함한다.

Description

바이러스 포집용 마스크{Mask for collecting viruses}
본 발명은 바이러스 포집용 마스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마스크를 착용한 사용자의 날숨에 포함된 바이러스를 효율적으로 포집하기 위한 바이러스 포집용 마스크에 관한 것이다.
대기 중에서 이동하는 미생물 중 바이러스는 사람과 동물에게 다양한 형태로 피해를 주는 질병의 원인이 될 수 있으며, 경우에 따라서는 경제적으로도 많은 피해를 줄 수 있다. 이러한, 대기 중 바이러스(에어로졸 바이러스)의 예를 들면 사람의 경우 독감의 원인이 되는 독감 바이러스, 홍역을 일으키는 홍역 바이러스가 있고, 가축의 경우는 구제역을 일으키는 구제역 바이러스 등이 있다. 이러한 에어로졸 바이러스는 크기가 매우 작기 때문에(50∼200nm) 포집하기가 쉽지 않다.
현재 현장에서 많이 사용되고 있는 바이러스 포집 방법은 면봉(swab)을 이용하여 인후두세포 등에 흡착된 바이러스를 포집하는 방식을 주로 사용하고 있다. 하지만, 해당 방식은 의료전문인력만이 바이러스를 포집할 수 있으며, 피검자가 움직일 경우에 채집 도구(면봉 등)이 부러져 인체에 해를 가할 우려가 있고, 채집 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 이에 따라, 최근에는 비 전문인력이 바이러스를 채집할 수 있는 장치 및 방법에 대한 연구가 진행 중인 추세이다.
(특허 문헌 1) 특허등록번호 제10-1424019호(2014.07.22.)
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마스크를 착용한 사용자의 호기에 포함된 바이러스를 신속 및 안전하게 포집할 수 있는 바이러스 포집용 마스크를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명은 의료전문인력이 아닌 비 의료전문가인 피검자 자신이 용이하게 바이러스를 무자각 무구속 상태에서 자가 포집할 수 있는 포집용 마스크를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크는 내면이 사용자의 안면 일부를 덮는 마스크 본체; 및 다공성 시트부를 포함하고, 상기 마스크 본체에 배치되며, 상기 사용자의 호기 내 바이러스를 포집하는 포집 패드;를 포함하고, 상기 포집 패드는, 수용성 물질인 녹말 또는 폴리비닐알코올을 포함하여 구성되고, 상기 다공성 시트부 상에 형성되고, 정전기적 인력에 의해 상기 호기 내 바이러스가 상기 포집 패드에 흡착되도록 양전하를 띠는 정전 흡착부;를 더 포함하되, 상기 정전 흡착부는 양전하 층을 포함하고, 상기 양전하 층은 리포좀, PLL(poly-l-lysine), 덴드리머 및 4차 암모늄(quaternary ammonium)으로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온 폴리머로 구성되고, 상기 마스크 본체의 외면에 배치되고, 상기 사용자의 호기에 함유된 수분에 의해 색상이 변색되는 흡습성 물질을 포함한 변색 부재;를 더 포함하고, 상기 흡습성 물질은 미리 계산된 사용자의 호기량에 포함된 수분량 이상을 흡습할 때 변색될 수 있다.
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또한, 본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크에 있어서, 상기 포집 패드와 상기 사용자의 안면 일부 사이에 배치되고, 상기 사용자에 의해 배출되는 이물질을 필터링하되, 상기 호기 내 바이러스를 통과시키는 다공성 이물 필터부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크에 있어서, 상기 사용자의 안면 일부와 멀어지는 원위방향을 따라, 상기 포집 패드와 마주보도록 배치되고, 대기 중 바이러스가 상기 포집 패드로 침투되지 못하도록 상기 대기 중 바이러스를 필터링하는 외부 바이러스 필터부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크에 있어서, 상기 외부 바이러스 필터부는, 정전기적 인력에 의해 상기 대기 중 바이러스가 부착되는 정전 필터;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크에 있어서, 상기 외부 바이러스 필터부는, 상기 원위방향을 따라, 상기 정전 필터와 마주보도록 배치되는 다공성 내부 필터;를 포함할 수 있다.
삭제
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크에 있어서, 상기 마스크 본체는, 서로 마주보는 내피, 및 외피를 포함하고, 상기 포집 패드는, 상기 내피와 상기 외피 사이에 삽입 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크에 있어서, 상기 마스크 본체에 상기 포집 패드를 탈부착시키는 탈부착부;를 더 포함할 수 있다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 마스크를 착용한 피검자가 불편함 없이 호기에 포함된 바이러스를 신속 및 안전하게 포집할 수 있다. 마스크에 포집 패드를 부착하는 과정을 거치면 비 의료전문가인 피검자가 무자각 무구속 상태에서 용이하게 샘플을 포집할 수 있다. 포집된 샘플에 대해서는 현장 방비에서 즉각적으로 검사 시행이 가능하다. 또한, 바이러스 포집이 가능한 포집 패드가 마스크에 탈부착 가능하여 포집 패드를 마스크에서 제거한 후에도 마스크를 사용할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크를 도시한 개략도이다.
도 2 내지 도 6은 도 1에 도시된 마스크 본체의 내면에 포집 패드가 배치되는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크의 단면도이다.
도 7 내지 도 8은 도 1에 도시된 마스크 본체의 외면에 포집 패드가 배치되는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크의 단면도이다.
도 9 내지 도 10은 도 1에 도시된 마스크 본체의 내부에 포집 패드가 배치되는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크의 단면도이다.
도 11은 도 1에 도시된 바이러스 포집용 마스크를 이용하여 바이러스를 검출하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 12는 수용성 멤브레인이 PCR에 영향을 미치는지 확인하는 실험예에 따른 결과 그래프이다.
도 13은 바이러스 포집용 마스크를 이용해 포집된 가사유전자 검출 실험예에 따른 결과 그래프이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크(10)는 내면이 사용자의 안면 일부를 덮는 마스크 본체(100), 및 다공성 시트부(210)를 포함하고, 마스크 본체(100)에 배치되며, 사용자의 호기 내 바이러스를 포집하는 포집 패드(200)를 포함한다.
본 발명은 마스크를 착용한 사용자의 호기에 포함된 호기 내 바이러스를 포집할 수 있도록 고안된 바이러스 포집용 마스크에 관한 것으로서, 마스크 본체(100), 및 포집 패드(200)를 포함한다.
마스크 본체(100)는 사용자의 안면 중 일부분을 덮을 수 있도록 형성된다. 일례로, 마스크 본체(100)는 사용자의 코와 입을 덮을 수 있다. 마스크 본체(100)는 공기가 통과할 수 있는 직물 또는 펄프 재질 등의 시트로 이루어지고, 그 시트 구조는 단일 시트, 또는 다중 시트일 수 있다.
마스크 본체(100)에는 고정 부재(300)가 설치될 수 있다. 고정 부재(300)는 마스크 본체(100)를 사용자의 안면에 고정 시키기 위해 제공된다. 일례로, 고정 부재(300)는 마스크 본체(100)의 양측에 각각 설치되고, 사용자의 귀에 걸 수 있도록 폐루프 형태의 끈으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
포집 패드(200)는 마스크를 착용한 사용자의 호기에 포함된 호기 내 바이러스를 포집하는 부재로서, 마스크 본체(100)에 배치된다.
포집 패드(200)는 마스크 본체(100)의 내면, 외면, 또는 내부에 각각 배치될 수 있다. 여기서, 마스크 본체(100)의 내면은 마스크 본체(100)의 표면 중 사용자의 안면을 향하는 부분을, 그 외면은 내면의 반대쪽 부분을, 그 내부는 내면과 외면 사이를 각각 의미한다.
이하에서는 포집 패드(200)가 마스크 본체(100)의 내면에 배치되는 제1 실시 예를 들어 본 발명을 설명한다.
도 2 내지 도 6은 도 1에 도시된 마스크 본체의 내면에 포집 패드가 배치되는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크의 단면도이다.
도 2 내지 도 6을 참고로, 포집 패드(200)는 다공성 시트부(210)를 포함한다. 다공성 시트부(210)는 다수의 기공을 갖는 다공성 소재로 이루어질 수 있다. 일례로, 다공성 시트부(210)는 부직포와 같은 구조로 형성되어 공기 유동의 저항을 최소화할 수 있다.
포집 패드(200)는 사용자의 호기와 접촉되도록, 그 호기가 유동하는 방향을 가로질러 배치될 수 있다. 포집 패드(200)는 마스크 본체(100)의 내면에 위치하지만, 호기 및 공기가 다공성 시트부(210)의 기공을 통과하므로, 마스크 착용자의 호흡 저항이 최소화된다.
한편, 다공성 시트는 호기 내 바이러스를 크기로 포집할 수 있다. 일례로, 다공성 시트의 기공 크기가 180 ~ 220 ㎚일 때에 호기 내 바이러스가 포집될 수 있다. 다만, 그 기공 크기가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다공성 시트부(210)는 하나 이상의 섬유 재질의 불규칙 다층구조로 구성될 수 있다. 이 경우, 다공성은 매우 높지만 호기 내 바이러스가 쉽게 통과하지 못하며 그 표면에 부착될 수 있다.
한편, 포집 패드(200)는 수용성(water-soluble) 물질을 포함할 수 있다. 수용성 물질을 포함하는 포집 패드(200)는 PCR(Polymerase Chain Reaction)시약이 투입될 때, 용균(lysis)을 거쳐 PCR 증폭 과정을 거칠 수 있다. 이에 따라, 수용성 물질은 PCR(Polymerase Chain Reaction)을 방해하지 않는 물질이라면 제한이 없다. 예를 들면, 녹말, 수용성 고분자(일례로 polyvinyl alcohol, PVA) 등을 사용할 수 있다. 이와 달리, 포집 패드(200)는 비 수용성 물질을 포함할 수도 있다.
한편, 도 3과 같이, 포집 패드(200)는 정전 흡착부(230)를 더 포함할 수 있다. 정전 흡착부(230)는 정전기적 인력에 의해 호기 내 바이러스가 포집 패드(200)에 흡착되도록 양전하를 띨 수 있다. 바이러스의 표면 제타 전위(zeta potential)는 -20 ~ -40 mV일 수 있다. 이에 따라, 바이러스는 음전하를 띠기에 양전하를 띠는 정전 흡착부(230)를 향해 이동할 수 있다. 실시 예에서, 정전 흡착부(230)는 양전하 층을 포함할 수 있다.
양전하 층은 다공성 시트부(210) 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 양전하 층은 다공성 시트부(210) 상에 위치될 수 있다. 양전하 층은 양전하를 띠는 물질을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 양전하 층은 양이온 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 양이온 물질은 리포좀, PEI(polyethylenimine), PLL(poly-l-lysine), 덴드리머, 4차 암모늄(quaternary ammonium) 등과 같은 양이온 폴리머일 수 있다. 양이온 폴리머는 물에 잘 용해되고, 매우 높은 양전하를 가지고 있다. 이에 따라, 음전하를 띠는 바이러스는 양전하를 띠는 양전하 층을 향해 이동할 수 있다.
다른 실시 예에서, 양전하 층은 양전하를 띠는 자성 비드 물질을 포함할 수 있다.
여기서, 정전 흡착부(230)는 포집 패드(200)의 호흡 저항에 영향을 주지 않도록, 다공성 시트부(210)의 기공을 폐쇄하지 않는다. 이때, 정전기적 인력에 의해 호기 내 바이러스가 부착되므로, 포집 패드(200)의 기공의 크기는 10 ㎛까지 확장될 수 있다.
이러한 정전 흡착부(230)의 채용으로, 바이러스 포집용 마스크의 호기 내 바이러스 포집 효율이 향상된다.
또한, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크는 변색 부재(600)를 더 포함할 수 있다. 변색 부재(600)는 사용자의 호기에 포함된 수분에 의해 색상이 변한다. 예를 들면, 변색 부재(600)는 일정량의 수분을 흡수하면 밝은 색에서 어두운 색으로 변색될 수 있다. 변색 부재(600)는 습기에 의해 변색되는 흡습성 물질을 포함할 수 있다. 일예로, 흡습성 물질은 코발트화합물, 철화합물 또는 알칼리금속이나 알칼리토금속과 결합된 화합물 등을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
흡습성 물질은 기 설정된 수분량을 흡수할 때, 변색될 수 있다. 예를 들면, 마스크를 한 사용자가 약 75리터(L)의 호기를 배출하는 경우, 포집 패드(200)는 검사 가능한 바이러스 양을 포집할 수 있다. 또한, 검사자는 약 75리터의 호기 양에 포함된 수분량을 계산할 수 있다. 이에 따라, 변색 부재(600)에 포함된 흡습성 물질은 계산된 수분량보다 많은 수분량을 흡습하는 경우, 변색될 수 있도록 조절될 수 있다.
변색 부재(600)의 변색은 충분한 호기가 포집 패드(200)를 통과하였는지를 판단하는 인디케이터로 사용되므로, 외부에서 제3자가 그 변색을 확인할 수 있도록, 호기가 포집 패드(200)를 통과하여 도달하는 마스크 본체(100)의 외면에 배치될 수 있다.
변색 부재(600)는 상기 흡습성 물질을 포함하는 물질 층을 별도로 제조하여 마스크 본체(100)에 부착하거나, 또는 흡습성 물질을 마스크 본체(100)의 표면에 도포하여 형성할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 4와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크는 다공성 이물 필터부(400)를 더 포함할 수 있다. 다공성 이물 필터부(400)는 다공성 부재로서, 포집 패드(200)와 사용자의 안면 일부 사이에 배치된다. 즉, 호기의 유동방향을 따라, 다공성 이물 필터부(400)와 포집 패드(200)가 순차적으로 배치될 수 있다. 다공성 이물 필터부(400)는 사용자의 호기에 포함된 이물질(도 4에서 사각형 및 삼각형으로 표현)을 필터링하되, 호기 내 바이러스를 통과시킬 수 있는 기공의 크기를 가진다. 따라서, 구강 및/또는 비강 등을 통해 배출되는 이물질이 다공성 이물 필터부(400)에서 걸러져 포집 패드(200)로 유입되지 않는다.
또한, 도 5를 참고로, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크는 포집 패드(200)를 마스크 본체(100)에 착탈 가능하게 탈부착시키는 탈부착부(700)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 포집 패드(200)는 마스크 본체(100)에 탈착 가능하게 부착된다.
도 5의 (a)와 같이, 탈부착부(700)는 마스크 본체(100)와 포집 패드(200) 사이에 배치될 수 있다. 일 실시 예로서, 탈부착부(700)는 벨크로(velcro) 구조로 이루어질 수 있다. 다른 실시 예로는 갈고리, 걸림고리, 단추, 끈, 핀 등과 같은 형태로 구현될 수 있다. 또 다른 실시 예로 접착 시트로 이루어질 수도 있다.
이와 달리, 도 5의 (b)와 같이, 탈부착부(700)는 전술한 다공성 이물 필터부(400)의 특유한 구조로서 구현될 수도 있다. 여기서, 다공성 이물 필터부(400)와 마스크 본체(100)의 내면과 결합되되, 그 사이에 포집 패드(200)가 삽입 배치될 수 있는 이격 공간이 마련되고, 가장자리 중 일부에 개구부가 형성됨으로써, 그 개구부를 통해 포집 패드(200)가 삽입될 수 있다. 포집 패드(200)가 삽입된 상태에서, 그 개구부는 지속적으로 개방되거나, 봉재 또는 접착되어 폐쇄될 수 있고, 나아가 벨크로(velcro), 갈고리, 걸림고리, 단추, 끈, 핀, 접착 시트 등과 같은 공지의 모든 결착 수단을 채용하여 개폐 가능하게 처리될 수 있다.
한편, 도 6을 참고로, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크는 외부 바이러스 필터부(500)를 더 포함할 수 있다. 외부 바이러스 필터부(500)는 대기 중 바이러스를 차단한다. 외부 바이러스 필터부(500)는 사용자의 안면 일부와 멀어지는 원위방향, 즉 호기의 유동방향을 따라, 포집 패드(200)와 마주보도록 배치된다. 결국, 포집 패드(200)와 마스크 본체(100) 사이에 배치된다. 따라서, 대기 중 바이러스가 마스크 본체(100)를 통과하더라도, 외부 바이러스 필터부(500)로 인해, 포집 패드(200)로 침투되지 못한다.
외부 바이러스 필터부(500)는, 정전기적 인력에 의해 대기 중 바이러스가 부착되는 정전 필터(510), 및 대기 중 바이러스를 크기로 필터링하는 다공성 내부 필터(530) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 정전 필터(510)와 다공성 내부 필터(530)가 함께 배치되는 경우에는, 다공성 내부 필터(530)가 상기 원위방향(호기의 유동방향)을 따라, 정전 필터(510)와 마주보도록 배치될 수 있다.
외부 바이러스 필터부(500)는 대기 중 바이러스가 착용자의 구강이나 비강 내로 유입되는 것을 차단함과 동시에, 포집 패드(200)로의 유입도 차단하므로, 대기 중 바이러스와 구별하여 마스크 착용자의 호기 내 바이러스를 효과적으로 포집할 수 있다.
이러한 외부 바이러스 필터부(500)는 공기 저항을 최소화하는 다공성 재질로 이루어지고, 포집 패드(200)와 일체로 통합될 수 있다. 이 경우, 외부로부터의 바이러스 유입이 염려되는 개방된 환경에서 본 발명에 따른 바이러스 포집용 마스크를 착용함으로써, 호흡 저항을 최소화하면서 마스크 착용자로부터 유래되는 바이러스 유무만을 검사할 수 있다.
이하에서는 포집 패드(200)가 마스크 본체(100)의 외면에 배치되는 제2 실시 예를 들어 본 발명을 설명하되, 제1 실시 예에서 전술한 사항은 설명을 생략하거나 간단하게만 기술하고, 차이점 위주로 설명한다.
도 7 내지 도 8은 도 1에 도시된 마스크 본체의 외면에 포집 패드가 배치되는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크의 단면도이다.
도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크는, 마스크 본체(100)의 외면에 포집 패드(200)가 배치될 수 있다. 여기서, 포집 패드(200)는 호흡 저항을 최소화하는 다공성 시트부(210)를 포함하여, 기공의 크기로서 호기 내 바이러스를 포집할 수 있다. 이때, 호기 내 바이러스는 마스크 본체(100)를 통과하여 포집 패드(200)에 부착된다. 또한, 포집 패드(200)는 정전 흡착부(230)를 더 포함할 수 있고, 이로써 정전기적 인력에 의해 호기 내 바이러스가 그 표면에 부착될 수 있다.
한편, 마스크 본체(100)와 포집 패드(200) 사이에 다공성 이물 필터부(400, 도 4 참조)가 배치될 수 있다. 다만, 마스크 본체(100)가 사용자에 의해 배출되는 이물질을 필터링할 수 있으므로, 다공성 이물 필터부(400, 도 4 참조)가 생략되어도 무방하다.
포집 패드(200)는 탈부착부(700)를 매개로 마스크 본체(100)에 착탈 가능하게 부착될 수 있다. 여기서, 탈부착부(700)는 탈부착부(700)는 벨크로(velcro) 구조로 이루어질 수 있다(도 5의 (a) 참조), 다른 실시 예로는 갈고리, 걸림고리, 단추, 끈, 핀 등과 같은 형태로 구현될 수 있다. 또 다른 실시 예로 접착 시트로 이루어질 수도 있다.
또한, 도 8을 참고로, 호기의 유동방향을 따라, 외부 바이러스 필터부(500)가 포집 패드(200)와 마주보도록 배치되어, 대기 중 바이러스가 포집 패드(200)로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 외부 바이러스 필터부(500)는 정전 필터(510), 및/또는 다공성 내부 필터(530)를 포함할 수 있고, 일례로 호기의 유동방향을 따라, 마스크 본체(100), 포집 패드(200), 정전 필터(510), 다공성 내부 필터(530)가 순차적으로 배치될 수 있다.
한편, 변색 부재(600)가, 제3자가 육안으로 확인할 수 있도록 외곽에 배치될 수 있다. 변색 부재(600)는 호기에 함유된 수분에 의해 변색되는 인디케이터로서, 포집 패드(200), 또는 포집 패드(200) 상에 배치되는 외부 바이러스 필터부(500)(이하, '포집 패드/외부 바이러스 필터부'라 함) 상에 배치될 수 있다. 또한, 호기의 유동방향을 따라, 포집 패드(200), 또는 포집 패드/외부 바이러스 필터부를 커버하는 커버 부재(도시되지 않음) 상에 배치될 수 있다.
이하에서는 포집 패드(200)가 마스크 본체(100)의 내부에 배치되는 제3 실시 예를 들어 본 발명을 설명하되, 제1 내지 제2 실시 예에서 전술한 사항은 설명을 생략하거나 간단하게만 기술하고, 차이점 위주로 설명한다.
도 9 내지 도 10은 도 1에 도시된 마스크 본체의 내부에 포집 패드가 배치되는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크의 단면도이다.
도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크는, 마스크 본체(100)의 내부에 포집 패드(200)가 배치될 수 있다. 여기서, 마스크 본체(100)는 내피(110)와 외피(120)가 서로 마주보게 배치되는 다층 시트 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 마스크 본체(100)의 내피(110)가 마스크 본체(100)의 내면을 구성하고, 마스크 본체(100)의 외피(120)가 마스크 본체(100)의 외면을 구성하게 된다.
포집 패드(200)는 마스크 본체(100)의 내피(110)와 외피(120) 사이에 삽입 배치될 수 있다. 포집 패드(200)는 호흡 저항을 최소화하고, 기공의 크기로서 호기 내 바이러스를 포집하는 다공성 시트부(210)를 포함할 수 있다. 이때, 호기 내 바이러스는 마스크 본체(100)의 내피(110)를 통과하여 포집 패드(200)에 부착된다. 또한, 포집 패드(200)는 정전기적 인력에 의해 호기 내 바이러스를 표면에 부착시키는 정전 흡착부(230)를 더 포함할 수 있다.
마스크 본체(100)의 내피(110)와 외피(120)는 서로 이격되어 그 사이에 내부 공간을 구비할 수 있다. 따라서, 포집 패드(200)가 그 내부 공간에 삽탈 가능하게 삽입될 수 있다. 여기서, 마스크 본체(100)의 내피(110)와 외피(120)의 가장자리는 봉합 또는 열압착으로 서로 결합되지만, 그 중 일부 구간에 내피(110)와 외피(120)가 결합되지 않은 개구부가 형성되어, 그 개구부를 통해 포집 패드(200)가 상기 내부 공간 내로 삽입될 수 있다. 여기서, 개구부가 형성된 마스크 본체(100)의 가장자리는, 포집 패드(200)가 삽입된 상태에서 지속적으로 개방되거나, 봉재 또는 접착되어 폐쇄될 수 있고, 나아가 벨크로(velcro), 갈고리, 걸림고리, 단추, 끈, 핀 등과 같은 모든 공지의 결착 수단을 채용하여 개폐 가능하게 처리될 수 있다.
한편, 마스크 본체(100)의 내피(110)와 포집 패드(200) 사이에 다공성 이물 필터부(400, 도 4 참조)가 배치될 수 있다. 다만, 마스크 본체(100)의 내피(110)가 사용자에 의해 배출되는 이물질을 필터링할 수 있으므로, 다공성 이물 필터부(400, 도 4 참조)가 생략되어도 무방하다.
또한, 도 10을 참고로, 마스크 본체(100)의 외피(120)와 포집 패드(200) 사이에, 외부 바이러스 필터부(500)가 배치되어, 마스크 본체(100)의 외피(120)를 통과한 대기 중 바이러스가 포집 패드(200)로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 외부 바이러스 필터부(500)는 정전 필터(510), 및/또는 다공성 내부 필터(530)를 포함할 수 있고, 일례로 마스크 본체(100)의 내피(110), 포집 패드(200), 정전 필터(510), 다공성 내부 필터(530), 및 마스크 본체(100)의 외피(120)가 순차적으로 배치될 수 있다.
한편, 호기에 함유된 수분에 의해 변색되는 변색 부재(600)가, 제3자가 육안으로 확인할 수 있도록, 마스크 본체(100)의 외피(120)에 배치될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크를 이용하여 호기 내 바이러스를 검사하는 과정을 설명한다.
도 11은 도 1에 도시된 바이러스 포집용 마스크를 이용하여 바이러스를 검출하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 바이러스 포집용 마스크를 이용한 호기 내 바이러스 검사 과정은 포집 패드 부착 단계(S10), 마스크 착용 단계(S20), 바이러스 바인딩 단계(S30), 포집 패드 분리 단계(S40), 및 타겟 물질 추출 단계(S50)를 포함할 수 있다.
포집 패드 부착 단계(S10)는 포집 패드를 마스크 본체에 부착하는 과정일 수 있다. 포집 패드는 마스크 본체에 착탈 가능하게 부착이 가능하므로, 사용자, 즉 피검자가 용이하게 포집 패드를 마스크 본체에 부착시킬 수 있다.
마스크 착용 단계(S20)는 포집 패드가 부착된 마스크 본체가 피검자의 코와 입을 덮는 단계와 고정 부재를 피검자의 귀에 고정하여 마스크 본체를 피검자의 코와 입을 덮은 상태를 유지하는 고정 단계를 포함할 수 있다.
바이러스 바인딩 단계(S30)는 피검자가 마스크를 착용한 상태에서 기 설정된 시간 동안 호흡을 하는 과정을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 기 설정된 시간은 약 10분일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
피검자가 마스크를 착용한 상태에서 기 설정된 시간 동안 호흡할 경우, 포집 패드는 충분한 호기 양에 노출될 수 있다. 이에 따라, 포집 패드는 타켓 물질을 추출할 수 있는 충분한 바이러스 양을 바인딩할 수 있다. 호기 양이 많을수록 포집 패드에 바인딩되는 바이러스 양은 증가될 수 있다.
포집 패드 분리 단계(S40)는 피검자가 마스크를 벗는 단계와 마스크 본체로부터 포집 패드를 분리시키는 단계를 포함할 수 있다.
타켓 물질 추출 단계(S50)는 포집 패드에 바인딩된 바이러스로부터 타겟 물질을 추출하는 과정을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 타겟 물질은 DNA 및 RNA를 포함하는 핵산일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하, 설명의 편의를 위해 타겟 물질은 핵산인 것으로 가정하고 설명하기로 한다.
실시 예에서, 포집 패드는 수용성 물질을 포함할 수 있다. 타켓 물질 추출 단계는 포집 패드에 PCR 시약을 투입하여 용해하는 단계, 용해된 포집 패드에 포함된 바이러스를 용균(Lysis)하고, PCR 증폭을 통해 바이러스에 포함된 핵산을 추출하는 단계를 포함할 수 있다. 실시 예에서, PCR 시약은 이온교환이 가능하도록 음이온 물질을 포함할 수 있다.
검사자는 추출된 핵산을 이용하여 특정 바이러스 유무(예를 들면, 바이러스 음성 또는 양성 여부)를 판단할 수 있다.
이하에서는 구체적 실험예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
1. 수용성 멤브레인의 PCR 영향 평가
본 발명의 포집 패드로 사용되는 수용성 멤브레인이 PCR에 영향을 미치는지 확인하기 위해, 수용성 멤브레인을 타겟 물질에 혼합하여 PCR 실험을 진행하고, 그 결과를 도 12에 나타냈다. 도 12는 수용성 멤브레인이 PCR에 영향을 미치는지 확인하는 실험예에 따른 결과 그래프이다. 여기서, w membrane은 수용성 멤브레인이 혼합된 경우를, w/o membrane은 수용성 멤브레인이 혼합되지 않은 경우를 나타낸다.
수용성 멤브레인은 대만의 SHENG HUNG INDUSTRIAL CO.,LTD에서 판매하는 E-Tex Water Soluble Nonwoven(Component: Polyvinyl alcohol)를 구입하여, 0.8% 함량으로 타겟 물질과 혼합하였다.
그 결과, 수용성 멤브레인의 유무에 상관없이 동일한 PCR 증폭값을 보였다. 결국, 수용성 멤브레인이 PCR 증폭에 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다.
2. 바이러스 포집용 마스크의 성능 평가
수용성 멤브레인에 포집된 핵산에서 QlAamp를 이용하여 cfDNA를 추출 후 가사유전자(house keeping gene) GAPDH 검출 실험을 진행하고, 그 결과를 도 13에 나타냈다. 도 13은 바이러스 포집용 마스크를 이용해 포집된 가사유전자 검출 실험예에 따른 결과 그래프이다. 실험은 시중에서 판매되는 KF-94 마스크에, 상기 수용성 멤브레인을 부착하고, 3시간 착용 후에 수용성 멤브레인을 분리한 다음 PCR 용액에 넣고 증폭하였다.
그 결과, Bare 멤브레인에서는 증폭이 일어나지 않았지만, 3시간 호흡한 멤브레인의 경우에는 PCR 증폭이 일어났다. 이로부터 마스크에 대한 호흡을 통해 타겟 물질의 포집이 가능함을 알 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 바이러스 포집용 마스크 100: 마스크 본체
110: 내피 120: 외피
200: 포집 패드 210: 다공성 시트부
230: 정전 흡착부 300: 고정 부재
400: 다공성 이물 필터부 500: 외부 바이러스 필터부
510: 정전 필터 530: 다공성 내부 필터
600: 변색 부재 700: 탈부착부

Claims (10)

  1. 내면이 사용자의 안면 일부를 덮는 마스크 본체; 및
    다공성 시트부를 포함하고, 상기 마스크 본체에 배치되며, 상기 사용자의 호기 내 바이러스를 포집하는 포집 패드;를 포함하고,
    상기 포집 패드는,
    수용성 물질인 녹말 또는 폴리비닐알코올을 포함하여 구성되고,
    상기 다공성 시트부 상에 형성되고, 정전기적 인력에 의해 상기 호기 내 바이러스가 상기 포집 패드에 흡착되도록 양전하를 띠는 정전 흡착부;를 더 포함하되, 상기 정전 흡착부는 양전하 층을 포함하고, 상기 양전하 층은 리포좀, PLL(poly-l-lysine), 덴드리머 및 4차 암모늄(quaternary ammonium)으로 이루어진 군으로부터 선택된 양이온 폴리머로 구성되고,
    상기 마스크 본체의 외면에 배치되고, 상기 사용자의 호기에 함유된 수분에 의해 색상이 변색되는 흡습성 물질을 포함한 변색 부재;를 더 포함하고, 상기 흡습성 물질은 미리 계산된 사용자의 호기량에 포함된 수분량 이상을 흡습할 때 변색되는 바이러스 포집용 마스크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 포집 패드와 상기 사용자의 안면 일부 사이에 배치되고, 상기 사용자에 의해 배출되는 이물질을 필터링하되, 상기 호기 내 바이러스를 통과시키는 다공성 이물 필터부;를 더 포함하는 바이러스 포집용 마스크.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 사용자의 안면 일부와 멀어지는 원위방향을 따라, 상기 포집 패드와 마주보도록 배치되고, 대기 중 바이러스가 상기 포집 패드로 침투되지 못하도록 상기 대기 중 바이러스를 필터링하는 외부 바이러스 필터부;를 더 포함하는 바이러스 포집용 마스크.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 외부 바이러스 필터부는,
    정전기적 인력에 의해 상기 대기 중 바이러스가 부착되는 정전 필터;를 포함하는 바이러스 포집용 마스크.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 외부 바이러스 필터부는,
    상기 원위방향을 따라, 상기 정전 필터와 마주보도록 배치되는 다공성 내부 필터;를 포함하는 바이러스 포집용 마스크.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스크 본체는, 서로 마주보는 내피, 및 외피를 포함하고,
    상기 포집 패드는, 상기 내피와 상기 외피 사이에 삽입 배치되는 바이러스 포집용 마스크.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스크 본체에 상기 포집 패드를 탈부착시키는 탈부착부;를 더 포함하는 바이러스 포집용 마스크.
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