KR20190030221A

KR20190030221A - 에어로졸의 병원체를 불활성화시키는 물질, 장치 및 방법, 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20190030221A
Application number: KR1020197004307A
Authority: KR
Inventors: 최효직
Original assignee: 최효직
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2019-03-21
Also published as: CN109562197A; CA3033013A1; CN109562197B; US20230390444A1; WO2018033793A1; US20200179547A1; KR102251918B1; CA3033013C; US11771784B2

Abstract

병원체-불활성화 섬유성 물질은 염 결정 또는 염 결정층으로 코팅된다. 상기 지지 섬유물질층 상의 상기 염 결정 또는 코팅은 병원성 에어로졸에 노출시 용해하고 상기 병원성 에어로졸로부터 물 증발 동안 재결정화한다. 염의 재결정화는 병원체를 불활성화시킨다. 병원체-불활성화 섬유물질은 위생직물, 에어필터 장치, 예를 들어 호흡기, 마스크, 노(furnace) 필터 장치, 에어컨디셔너 장치, 차량 캐빈 필터 장치 등에 사용될 수 있으며, 감염 예방을 위하여 보편적인 개인 보호를 제공할 수 있다.

Description

에어로졸의 병원체를 불활성화시키는 물질, 장치 및 방법, 및 이의 제조방법

본 명세서에 개시된 실시예는 일반적으로 공기전염성 병원체를 여과 및 불활성화하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본원에 개시된 실시예는 병원체 불활성화 물질, 병원체를 불활성화시키는 필터, 필터용 병원체 불활성화 물질을 제조하는 방법, 및 공기전염성 병원체(예: 병원성 에어로졸)를 불활성화시키는 방법을 포함한다.

에어필터: 일반적으로 호흡기 질환의 전염을 제어하기 위해 호흡기 또는 마스크와 같은 에어필터를 사용하여 시도할 수 있다. 공지된 에어필터는 일반적으로 공기전염성 미립자(예: 바이러스, 박테리아, 곰팡이 등)의 크기에 기초하여 공기전염성 미립자를 포집하여 공기전달성 질병의 확산의 예방 또는 감소를 시도한다. 예를 들어, N95 호흡기는 중증급성호흡기증후군(SARS) 바이러스와 관련된 감염 위험을 줄이기 위해 사용되었다. 그러나 에어필터는 일부 공기전염성 병원체에 대해 만족스럽고 충분한 보호를 제공할 수 없다. 에어필터의 효능에 영향을 미치는 많은 인자들이 있다. 에어필터는 일부 작은 크기의 공기전염성 병원체를 적절히 여과하지 못하여, 이러한 공기전염성 병원체에 대해 비효율적 보호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 국립직업안전보건연구소(NIOSH) 인증 N95 호흡기는 에어로졸을 포함한 40-50 nm의 감염성 입자에 대해 기대되는 수준의 보호를 제공할 수 없다. 에어필터, 예를 들어 호흡기 또는 마스크의 효능은, 또한 에어필터를 통한 병원체의 누출이 얼마나 잘 최소화되는지에 달려 있다는 것을 이해해야 한다. 비록 에어필터가 공기전염성 병원체의 작은 부분에 대해 작은 누출을 가지고 있다고 해도, 이는 여전히 개인이 감염되는 것을 방지하는데 실패할 수 있으며, 결국 공기전염성 감염성 질병의 전파를 야기할 수 있다. 따라서 N95 인공호흡기와 같은 에어필터를 사용하려면 숙련된 요원이 시간 소모적인 적합 테스트를 수행해야 한다. 이로 인하여 예를 들어 전염병이 발생하는 동안 에어필터를 대중에게 사용하는 것을 방해하다. 또한 오염/전염(즉, 교차 오염, 교차 전염, 접촉 오염 및 접촉 전염 중 하나 이상)은 에어필터, 예를 들어 사용 후 호흡기 또는 얼굴/수술 마스크 내 보유된 바이러스, 박테리아, 곰팡이류 등과 같은 잔류 병원체로 인해 안전 문제가 될 수 있다. 또한, 사용된 에어필터는 일반적으로 재살균으로 인한 손상 때문에 재사용될 수 없다. 예를 들어, N95 호흡기는 일회용으로만 사용하도록 권장된다. 결과적으로 한 번의 전염병 발생으로 호흡기나 마스크와 같은 에어필터의 예상 비용은 미국에서만 최대 100 억 달러에 달할 수 있다.

위생장치: 손 접촉에 의한 오염은 감염성 박테리아의 감염 및 전염의 주된 경로를 나타내며, 사적 및 공적 장소에서 어머니, 신생아, 어린이 및 노인의 안전을 위협한다. 그람 음성균과 그람 양성균은 다양한 표면에서 며칠에서 수개월 동안 생존할 수 있다. WHO의 권고 대부분은 병원체 통제를 위하여 적절한 손위생 기술(즉, 비누와 깨끗한 물 또는 알콜계 손 소독제로 손씻기)을 시행하는 손 소독에 기반을 두고 있다. 그러나, 자원이 부족한 국가에서는 제한된 공급과 권고된 손 위생 관리에 대한 처방 준수의 부족으로 인해 그 결과 1 차/2 차 감염의 발병률이 증가했다. 따라서, 단순하지만 효율적인 살균 장치의 개발은 전염병의 확산을 막기 위해 주요 비약제적 개입기술로 간주되어왔다.

이를 위해, 전통적인 액체 기반의 방부제를 사용하지 않고도 손의 오염을 제거할 수 있는 높은 처방준수도(compliance)를 갖는 재사용 가능한 항균 천을 개발하는 것이 목적이다.

불행하게도, 모든 통상적인 항균 방법은, 할로겐(예: N-할라민), 금속(예: 질산은, 은-구리), 4차 암모늄 화합물, 및 항체-항원 반응을 이용하며, 이는 느린 불활성화(불활성화는 시간 단위가 아닌 분 단위로 신속해야 함) 또는 결합-특이성과 같은 각 방법의 단점으로 인해 상업적으로 적용이 제한된다. 이러한 인자들로 인하여, 대규모로 사용하기에는 비실용적이며 고비용이 된다. 상기 관찰을 토대로 우리는 병원체-불활성화 필터를 개발할 때 신속/효과적인 불활성화, 균주-비특이성, 재사용 가능성 및 저렴한 비용으로 간단한 생산이 되는 임계적 파라미터들을 확인하였다.

본 명세서에 개시된 실시예는 일반적으로 공지된 에어필터 및 위생처리 직물장치와 관련된 상기 문제점 및 단점을 해결하기 위한 것이다. 본원에 개시된 실시예는 일반적으로 병원체의 여과, 병원체의 불활성화, 또는 병원체의 여과 및 불활성화 둘 다에 관한 것이다. 구체적으로, 여기 개시된 실시 양태는, 필터물질, 에어필터, 상기 필터물질의 제조방법, 상기 에어필터의 제조방법 및 공기전염성 병원체의 여과방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 명세서에 개시된 실시예는 병원체-불활성화 에어필터, 병원체-불활성화 에어필터를 제조하는 방법 및 병원성 에어로졸을 불활성화시키는 방법에 관한 것이다. 본원에 개시된 일부 다른 실시예는 위생직물장치 및 상기 위생직물장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.

넓은 측면에서, 본원의 실시예는 지지부재(예를 들어, 섬유물질, 섬유층, 직물, 다공막, 메쉬 등) 상에 코팅된 염 결정층(salt crystal layer)을 포함하는 병원체-불활성화 에어필터 및/또는 위생직물장치를 제공한다. 본원에 개시된 실시예는 지지부재 상에 배치된 염 재결정을 이용하여, 에어로졸로부터 물을 증발시켜 그 안에 함유된 병원체를 불활성화시킨다. 염 재결정 공정에 의한 물의 증발은 병원체에 물리적 손상, 화학적 손상 또는 물리적 및 화학적 손상 모두를 일으킨다.

본원에 개시된 실시예들 중 일부는 사용하기 쉽고, 재가공없이 재사용 가능하며, 재활용 가능하고, 광범위한 병원성 에어로졸(즉, 에어로졸 내의 병원체)를 불활성화시킬 수 있는 에어필터에 관한 것이다. 따라서, 본원에 개시된 실시 형태는 병원체의 오염/전염의 위험을 감소시키는 데 효과적이다. 병원체-불활성화 에어필터 물질는 단독으로 또는 다른 에어필터 물질과 조합하여 사용될 수 있다. 일 양태에서, 병원체-불활성화 에어필터 물질는 에어필터 장치(예를 들어, 필터 마스크, 노(furnace) 필터, 에어컨디셔너 필터, 차량 캐빈 필터 등) 또는 공기정화장치에 통합될 수 있다.

또 다른 폭 넓은 측면에서, 본원에 개시된 실시예는 병원체-불활성화 물질을 제조하는 방법을 제공한다. 일 양태에서, 병원체-불활성화 물질은 염-코팅 용액 중 물질로 수득된 염 결정층을 포함한다. 일 양태에서, 염-코팅 용액은 유기염 또는 무기염을 함유한다. 일 양태에서, 상기 염-코팅 용액은 계면활성제를 추가로 함유한다. 일 양태에서, 염-코팅 용액은 첨가제를 추가로 함유한다. 일 양태에서, 상기 염-코팅 용액은 부형제를 추가로 함유한다. 일 양태에서, 상기 염-코팅 용액은 어떠한 계면활성제도 함유하지 않는다.

다른 넓은 양상에서, 본원에 개시된 실시예는 병원성 에어로졸을 불활성화 시키는 방법을 제공한다. 예를 들어, 상기 방법은 병원체-불성화 물질의 염 결정층에 병원성 에어로졸을 흡수시키는 단계, 상기 염 결정을 상기 병원성 에어로졸과 접촉시켜 용해시키는 단계, 및 이후 그 안에 용해된 염을 재결정화시키는 단계를 포함한다. 병원체의 불활성화 또는 파괴는 염의 재결정, 및 증가된 정전기 상호작용 및 삼투압에 기여할 수 있다.

본 개시의 일부를 형성하고, 본 명세서에 설명된 장치 및 방법이 실시될 수 있는 실시예를 설명하는 첨부 도면을 참조로 한다. 동일한 참조 번호는 도면 전반에 걸쳐 동일한 부분을 나타낸다.
도 1A-1D는 일 실시예에 따른 병원성 에어로졸을 불활성화하기 위한 섬유물질의 개략도이다.
도 2A-2D는 또 다른 실시예에 따른 병원성 에어로졸을 불활성화하기 위한 섬유물질의 개략도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 병원성 에어로졸을 불활성화하기 위한 층상 물질의 개략도를 도시한다.
도 4A 및 도 4B는 일 실시예에 따른 병원성 에어로졸을 불활성화하기 위한 마스크의 개략도이다.
도 5는 일 실시예에 따라 병원성 에어로졸을 불활성화시키기 위해 사용자가 착용하도록 구성된 에어필터 장치의 개략도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따라 병원성 에어로졸을 불활성화하기 위해 공기공급장치에 설치되도록 구성된 에어필터 장치의 개략도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 병원성 에어로졸을 불활성화하기 위한 섬유물질의 전자현미경 사진 이미지를 나타낸다.
도 8A는 Filter_bare의 주사 전자 현미경(SEM) 및 에너지 분산 X 선(EDX) 맵핑 이미지를 나타내며, 이에 대해서는 이하 보다 상세히 설명한다.
도 8B는 Filter_wet _+600㎕의 SEM 및 EDX에 맵핑 이미지를 나타내며, 이하 보다 상세히 논의된다.
도 9A는 Filter_bare 상의 에어로졸의 광학 현미경 이미지를 나타내며, 이하
보다 상세히 논의된다.
도 9B는 Filter_wet+600㎛상의 에어로졸의 광학 현미경 이미지를 나타내며, 이하 상세히 논의된다.
도 10은 일 실시예에 따라, 물질에 코팅된 단위 면적당 NaCl 결정의 함량(mg/cm²)과 물질을 코팅하기 위한 NaCl-코팅 용액의 부피(μl) 사이의 관계 그래프이다.
도 11은 일 실시예에 따라, 상이한 압력에서 병원체-불활성화 필터의 여과 효율 데이터를 나타낸다.
도 12는 일 실시예에 따른, 감염 후 시간에 대한 병원체-불활성화 필터 상의 바이러스의 침투 투여량으로 감염된 후의 마우스의 체중 변화 데이터를 나타낸다.
도 13은 일 실시예에 따라, 감염 후 시간에 대한 병원체-불활화 필터 상의 바이러스의 침투 투여량으로 감염된 후의 마우스의 생존율을 나타낸다.
도 14는 일 실시예에 따라, 병원체-불활성화 필터 상의 바이러스의 침투 투여량으로 감염시킨 후 4 일째에 마우스의 폐 바이러스 역가 데이터를 나타낸다.
도 15는 일 실시예에 따라, 병원체-불활성화 필터 상의 바이러스의 침투 투여량으로 감염된 후 마우스의 폐 염증성 사이토카인 인터페론-γ (IFN-γ) 준위를 나타낸다.
도 16은 일 실시예에 따라, 배양 시간에 걸쳐 병원체-불활성화 필터상의 바이러스 에어로졸 중의 바이러스의 상대적인 HA 활성을 나타낸다.
도 17은 일 실시예에 따라 5 분, 15 분 및 60 분 동안 병원체-불활성화 필터 상에 배양된 바이러스 에어로졸의 바이러스 역가 데이터를 나타낸다.
도 18은 일 실시예에 따라 60분 배양 후 병원체-불활성화 필터로부터 회수된 바이러스에 대한 천연 형광 및 나일레드 형광(Nile red fluorescence)의 상대 강도의 데이터 차트를 도시한다.
도 19는 일 실시예에 따라, 감염후 시간에 대한 병원체-불활성화 필터 상에 60 분 동안 배양된 바이러스로 감염된 마우스의 체중 변화 데이터를 나타낸다.
도 20은 60분 동안 염-결정 코팅된 필터 상에서 배양된 전후의 CA/09 바이러스로 감염된 마우스의 폐 바이러스 역가 데이터를 나타낸다.
도 21은 일 실시예에 따라 감염후 시간에 대해 병원체-불활성화 필터 상의 바이러스의 침투 투여량 감염된 마우스의 체중 변화 데이터를 나타낸다.
도 22는 일 실시예에 따라 병원체-불활성화 필터 상에 배양된 에어로졸화된 CA/09 H1N1, PR/34H1N1 및 VN/04H5N1 바이러스의 바이러스 역가 데이터를 나타낸다.
도 23은 일 실시예에 따라, 감염후 시간에 대해 37 ℃ 및 70 % RH에서 1 일 동안 노출하기 전후의 병원체-불활성화 필터 상의 CA/09 바이러스의 침투 투여량으로 감염된 마우스의 체중 변화 데이터를 나타낸다.
도 24는 일 실시예에 따라, 감염후 시간에 대해 37℃ 및 70% RH에서 1일 동안 노출하기 전후의 병원체-불활성화 필터 상의 CA/09 바이러스의 침투 투여량으로 감염된 마우스의 생존율 데이터를 나타낸다.
도 25는 병원체-불활성화 필터물질 및 다층 구조를 제조하는 방법의 실시예의 흐름도를 나타낸다.
도 26은 병원체-불활성화 필터물질를 제조하는 방법의 일 실시예의 흐름도를 나타낸다.
도 27은 일 실시예에 따른, 병원체-불활성화 필터물질를 제조하기 위한 장치의 개략도를 도시한다.
도 28은 도 27에 도시된 필터홀더랙 장치의 평면도이다.
도 29는 일 실시예에 따른 손 소독장치의 개략도를 나타낸다.

호흡기 감염은 미국에서 급성 질환의 주요 원인 중 하나이다. 호흡기 감염은 병원성 에어로졸의 흡입을 통해 전염될 수 있다. 또한, 호흡기 감염은 감염된 사람에 의한 병원성 에어로졸의 호흡을 통해 대중에게 전염될 수 있다. 병원성 에어로졸은 또한 전염성 에어로졸로 알려져 있다. 병원성 에어로졸은 에어로졸화된 병원체 입자이다. 일부 구체예에서, 병원성 에어로졸은 전염가능한 병원체를 함유하는 공기전염성 물방울일 수 있다. 병원성 에어로졸은 예를 들어 호흡, 기침, 재채기, 말하기 등에서 유래될 수 있다. 전염성 병원체는, 이에 한정되지는 않지만, 홍역, 인플루엔자바이러스, 아데노바이러스, 아프리카돼지발열바이러스(African swine fever virus), 수두종바이러스(Varicella-Zoster virus), 천연두바이러스, 탄저병, 호흡기세포융합바이러스(respiratory syncytial virus), 대장균, 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae), 야토병균(Francisella tularensis), 페스트원인균(Yersinia pestis bacilli), 결핵균(Mycobacterium tuberculosis) 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전염성 병원체는 호흡기 병원체이다.

온도, 습도, 방사선 및 오존과 같은 환경 인자들은 바이러스의 안정성과 밀접한 관련이 있는 것으로 밝혀졌다. 일반적으로 에어로졸화된 인플루엔자바이러스는 공기 중에서 1 시간에서 36 시간까지 생존할 수 있다고 알려져 있다. 예를 들어, 에어로졸에서 조류 인플루엔자바이러스에 대한 불활성화 속도(α=-(InN _t-InN ₀)/t)은 10⁰-10² 일^-1로 보고되는 반면에; 저염류의 차가운 물 중 조류 인플루엔자바이러스의 불활성화 속도는 10^-1 - 10^-2일^-1 범위로 보고된다. 그러나 불활성화 속도에 영향을 줄 수 있는 많은 환경 요인으로 인해 보고된 데이터를 일반화하기 어렵기 때문에 이러한 불활성화 속도 범위에는 많은 예외가 있을 수 있다. 예를 들어, 점액성을 갖는 은행권 위에서는, 인플루엔자 A/모스크바/10/99(H3N2)는 최대 17일까지 생존 할 수 있다. 그러나 점액 중 긴 수명에도 불구하고, 에어로졸을 통한 전염은 인플루엔자바이러스의 가장 중요한 경로라고 추정할 수 있다. 에어로졸은 50%(ID₅₀)의 감염성 선량(0.6-3.0 조직 배양 감염 선량 50%(TCID₅₀))으로 우수한 표적 사이트 침투를 달성할 수 있다. 추가적으로, 0.67 TCID₅₀에 해당하는 비리온은 하나의 공기 방울에 놓여질 수 있다. 그러므로 에어로졸은 예를 들어 인플루엔자와 같은 공기 전염에 중요한 역할을 한다는 것이 분명하다.

호흡기 병원체로 야기된 일반적인 호흡기 감염과 관련된 임상 증상으로는, 이에 한정되지는 않지만, 기관지염(호흡기세포융합바이러스), 기관지폐렴(인플루엔자바이러스, 호흡기세포융합바이러스, 아데노바이러스), 코감기(라이노바이러스, 코로나바이러스) 및 크루프(파라인플루엔자바이러스), 인플루엔자(인플루엔자바이러스), 천연두(천연두 바이러스) 등이 있다. 호흡기 병원체는 매우 유사한 임상 증상을 일으킬 수 있으며, 그 결과 일부 호흡기 병원체는 증상만으로는 서로 구분할 수 없다. 호흡기 감염은 급속 전염병/전국적 전염병(epidemics/pandemics)으로 이어질 수 있다. 인플루엔자는 이병율(morbidity)과 사망률이 높은 주요 호흡기 질환 중 하나이다. 인플루엔자 전국적 전염병은 일반적으로 새로운 인플루엔자바이러스, 예를 들어 A 형 인플루엔자바이러스가 항원대변이(antigenic shift)로 인해 나타나면 발생한다. 20세기에 3건의 주요 치명적인 인플루엔자가 발병했었다: 1918년 H1N1 아형, 1957년 H2N2 아형, 1968년 H3N2 아형. 이러한 발병은 모두 전염성이 강했으며 5 천만명 이상이 사망했다. 최근에 동남 아시아에서 H5N1 조류 인플루엔자가 발생하여 1억 5천만 마리 이상의 새가 죽었다. H5N1 조류 인플루엔자는 인간에게도 영향을 미칠 수 있으며, 경우에 따라 인간에게 치명적일 수 있다. 2003년에서 2011 년 사이에 519 건의 인간 감염 중 306건의 사망이 보고되었으며 이는 사망률이 59 %에 이르는 수치이다. 조류 인플루엔자(H5N1) 조류 독감은 지금까지 동물원성이었다. 즉, 인간의 감염은 감염된 가금류와의 직접 접촉만 관련이 있으며, 사람에게서 사람으로 퍼지지 않는다. 그러나 인간에 적응된 조류 인플루엔자바이러스가 출현할 수 있으며 이로 인해 전염병이 세계적으로 유행하여 큰 경제적 타격을 초래할 수 있다. H1N1 아형과 H5N1 조류 인플루엔자 균주 사이의 유사성에 기초로 하면, H5N1 인플루엔자 전국적 전염병은 미국에서 170 만명의 사망자와 전세계에서 180-300 만명의 사망자를 발생시킬 것으로 예상된다. 1957년과 1968년에서와 같은 온건 전국적 전염병의 경우, 의료비만으로도 1천 8백 1십억 달러에 달하는 것으로 추산된다.

또한, 호흡기 병원체는 생물학적 무기로 사용될 수 있다. 예를 들어, 공기 전염성 천연두바이러스에 의해 유발된 매우 감염적이고 치명적인 질병인 천연두는 대규모 개체군에 영향을 줄 수 있는 생물학적 무기로 사용될 수 있다. 천연두는 감염된 사람이 숨을 내쉬거나 기침하는 에어로졸을 통해 또는 직접 피부 접촉을 통해 전염될 수 있다. 높은 사망률(약 30 %)과 전염성 때문에 천연두는 공중 보건에 극히 위험한 것으로 간주된다.

백신은 일부 호흡기 감염에서 이병율과 사망률을 크게 감소시킬 수 있지만 주요 단점은 항원대변이 및 항원소변이 때문에 이들의 효능을 유지하기 위하여 새로운 백신을 계속해서 개발해야한다는 것이다. 또한 새로운 균주가 확인된 후에만 백신을 만들 수 있다. 따라서 백신은 빨라야 초기 대유행 발생 후 6 개월까지는 이용할 수 없다. 효과적인 바이러스성 백신이 개발되었다 할지라도, 예를 들어 불충분한 생산능력 및/또는 시간-소모적인 제조공정으로 인해 백신의 공급 제한과 같은 많은 잠재적 문제가 여전히 존재한다. 따라서 효과적인 백신이 없는 경우, 코와 입에 착용된 호흡기 및 마스크와 같은 에어필터는 호흡기 감염을 제어하고 예방할 수 있는 대체 수단이 될 수 있다. 예를 들어, N95 인공호흡기는 중증급성호흡기증후군(SARS) 바이러스의 감염 위험을 효과적으로 줄이는 것으로 보고되었다. 백신 접종 대신 호흡기 감염을 효과적으로 제어하는 방법은 일반적으로 호흡기나 마스크와 같은 에어필터 장치를 사용하는 것이다.

그러나, 공지된 에어필터 장치는 심각한 단점을 갖는다. 일부 공지된 에어필터 장치는 매우 작은 크기의 감염성 에어로졸에 대해서는 충분한 보호를 제공할 수 없다. 즉, 미립자 또는 에어로졸 크기가 매우 작은 경우, 필터장치는 미립자 또는 에어로졸이 필터물질를 통과하는 것을 방지하는데 효과적이지 않다. 예를 들어, NIOSH 인증 N95 호흡기는 40 ~ 50nm의 전염성 에어로졸에 대해 착용자를 보호할 수 없다. 공지된 에어필터 장치의 효능은, 에어로졸의 임계치를 설정하는 에어필터 물질의 메쉬 크기에 좌우된다. 즉, 크기가 임계값을 초과할 때만 감염성 에어로졸을 호흡 공기에서 제거한다. 다른 한편, 감염성 에어로졸은 이들의 크기가 이 임계값 이하일 때 착용자의 폐(대중에게 호흡 됨)로 흡입될 수 있다.

공지된 에어필터 장치의 효능은, 또한 에어필터의 밀봉에 의존한다. 불충분한 밀봉은 기존 에어필터 장치를 통한 누설을 초래할 수 있다. 기존 에어필터 장치의 누출로 인해 호흡기 감염을 완전히 예방할 수는 없다. 따라서, 호흡기 또는 마스크와 같은 기존 에어필터 장치는 착용자를 위하여 시간 소모적인 적합 테스트를 수행하기 위한 숙련된 인원을 필요로 할 수 있다. 그러나, 시간 소모적인 적합 테스트는 예를 들어, N95 호흡기와 같은 공지된 에어필터 장치를 유행병 발병시 비실용적인 수단으로 만든다. 또한 호흡기는 호흡 곤란을 유발하고 흉부 통증을 유발할 수 있으므로, 어린이, 노인 및 만성 폐 질환이 있는 환자가 장기간 호흡기를 착용하는 것은 실용적이지 않다. 또한, 공지된 에어필터 장치의 경우, 사용된 에어필터상의 병원체로 인한 2 차 감염에 대한 안전성 문제가 있다. 또한, 공지된 에어필터 장치의 필터물질를 손상시키지 않고 사용된 공지된 에어필터 장치를 재살균하는 것은 불가능하다. 따라서, 공지된 에어필터 물질 및 장치는 일반적으로 일회용으로만 권장되며, 일반적으로 생물학적 유해 물질로서 폐기될 것이 요구된다. 결과적으로 한 번의 전국적 전염병 발생으로 추정되는 비용은 미국에서만 최대 100 억 달러에 달할 수 있다.

이러한 요인들로 인해, N95 호흡기와 같은 에어필터 장치를 대규모로 사용하는 것은 급속 전염병이나 전국 전염병시 비실용적이며 고비용이다. 중증급성호흡기 증후군(SARS), H1N1 돼지독감 및 중동호흡기증후군(MERS)에 대한 몇 가지 과거의 경험은, 외과 마스크가 감염성 에어로졸에 대하여 실제 보호를 제공한다는 증거가 전혀 없지만 외과 마스크가 대중에 가장 널리 채택되었음을 나타낸다. 따라서 개인과 보건 종사자는 발병시 효과적인 개인 보호조치의 미비로 인하여, 특히 효과적인 백신이 제공되지 않은 초기 단계에서 불리하다.

본원에 개시된 것은, 공지된 외과용 마스크, 호흡기 및 기타 상술된 공지 에어필터 장치의 단점을 극복하기 위한 물질 및 장치이다. 예를 들어, 에어필터 장치에 사용될 수 있는 필터물질는 병원성 에어로졸을 불활성화하도록 구성된다. 일 실시예에서, 필터물질는 연속 또는 불연속 염-코팅층을 갖는 염 결정으로 섬유 또는 직물의 표면을 변경함으로써 제조된다. 일 실시예에서, 염 결정은 나노-, 마이크로-, 매크로-크기의 염 입자를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 염 결정을 갖는 섬유 또는 표면은 두 개의 연속적인 공정을 통해 병원성 에어로졸을 불활성화시키는 기능화된 물질을 제공한다:

i) 염이 병원성 에어로졸에 노출시 용해하는 단계,

ii) 에어로졸이 증발함에 따라 염이 재결정하는 단계.

물이 증발된 후에 염의 재결정화는 항원의 변성 및/또는 지질 엔벨로프의 파괴를 통해 병원체가 불활성화되도록 한다. 또한 용해된 염 이온과 병원체 사이의 정전기적인 상호작용, 및 삼투압 스트레스 증가는 결정 성장 이전에도 병원성 감염도를 감소시킬 수 있다. 결과적으로 증발하는 동안 점점 더 높아지는 염 농도와 염 재결정은 기능화된 표면에 흡착된 병원체에 물리적, 화학적 또는 물리적 및 화학적 손상을 일으킬 수 있다. 이로 인해 병원체가 손상되면서 불활성화한다.

또 다른 실시예에서, 개시된 물질 및 장치는 개인 감염 제어 수단을 위한 손위생 장치, 오염제거 의류, 항균성 걸레, 가운, 앞치마, 부츠 및 장갑을 포함하여 위생 직물제품을 개발하는 데 사용될 수 있다. 이는 다양한 표면(즉, 피부, 직물, 금속, 종이, 플라스틱, 목재, 세라믹 등)에 안착되고 침전된 병원성 에어로졸에 의한 감염 및 전염을 제거할 수 있다.

염 결정은 섬유 또는 하나 이상의 필터물질 표면에 코팅, 성장, 접착, 혼합, 블렌드 및 배치될 수 있다. 따라서, 이들 물질을 포함하는 에어필터 장치는 병원성 에어로졸을 불활성화시키는데 매우 효과적일 수 있다. 염 결정은 섬유 또는 천연섬유, 천연직물, 합성섬유, 합성직물, 깃털, 호흡기 마스크 등의 층 위에 배치될 수 있다.

본원에 개시된 실시예는 병원성 에어로졸 퇴치에서 일반적으로 알려진 마스크의 문제점을 해결하고, 또한 광범위한 병원체를 불활성화시켜 공기감염성 병원체전달을 효과적으로 예방하기 위한 보편적인 수단을 제공한다. 본원에 개시된 실시 양태는 공기전염성 병원체에 대해 보다 효과적이며, 사용하기가 보다 용이하고, 재 가공없이 재사용할 수 있고, 오염/전염의 잠재적인 위험을 감소시킬 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예의 장점은 하기의 설명 및 도면을 참조하면 보다 쉽게 명백해질 것이다. 본 명세서의 일부를 형성하고, 본 명세서에 설명된 필터 및 방법이 실현될 수 있는 실시예를 설명하는 방법으로 도시된 첨부 도면을 참조한다.

도 1A는 병원성 에어로졸을 불활성화하는 병원체-불활성화 섬유물질(100)의 일 실시예의 개략도이다. 여기서, 병원체-불활성화 섬유물질(100)은 병원체-불활성화 에어필터, 활성 여과층, 염-결정 코팅 필터, 염-결정 코팅 직물 또는 염-결정 코팅 에어필터라 한다. 병원체-불활성화 섬유물질(100)은, 지지물질을 포함하며 이 경우 섬유물질(102)(합성 또는 천연)이며, 여기서 염 결정(104)이 그 표면, 즉 이의 외부표면(106)에 배치된다. 염 결정(104)은 섬유물질(102)의 외부표면(106)의 실질적 부분을 덮는다. 상기 염 결정(104) 또는 이들 중 일부는 상기 섬유물질(102) 내로 함침될 수 있다는 것이 또한 가능하다. 상기 염 결정(104)는 무기염 결정, 유기염 결정, 및 이들의 혼합물을 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 따라서, 염 결정(104)은 2 종 이상의 상이한 유형의 무기염의 혼합물, 2 종 이상의 상이한 유형의 유기염의 혼합물, 또는 유기염 및 무기염의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하기 염은 염 결정(104)을 형성할 수 있다: 염화나트륨, 염화칼륨, 염화칼륨, 황산칼륨, 황산암모늄, 글루탐산모노나트륨, 타르타르산나트륨, 타르타르산칼륨, 인산마그네슘, 글루탐산마그네슘 및 이들의 조합. 따라서, 염 결정(104)은 나트륨, 칼륨, 클로라이드, 마그네슘, 설페이트, 암모늄, 포스페이트, 글루타메이트, 타르트레이트 및 이들의 이온 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 염 결정(104)은 무기염 결정(임의의 유기염을 포함하지 않음)만을 함유한다. 일 실시예에서, 염 결정(104)은 유기염 결정(임의의 무기 염을 포함하지 않음)만을 함유한다. 일 실시예에서, 염 결정(104)은 무기염 결정 및 유기염 결정 모두를 포함한다. 염은 환경 조건에서 대기로부터 습기를 상대 습도(RH) 이상으로 수집한다. 일 실시예에서, 염 코팅의 수분 안정성은 염 유형 및 이의 조성에 따라 변화될 수 있어 환경 조건-특이적 염-코팅 필터를 개발할 수 있다. 예를 들어, 염화나트륨, 황산암모늄, 염화칼륨 및 황산칼륨의 임계적 상대습도(RH)는 각각 75%, 80%, 84% 및 96%이다. 일 실시예에서, 높은 임계 RH를 갖는 염은 습한 환경에서 바람직하다. 일 실시예에서, 염 결정은 나노, 마이크로 및 매크로 스케일이다.

도 1B는 외부표면(106) 상에 흡착된 병원성 에어로졸(108)을 갖는 도 1A의 병원체-불활성화 섬유물질(100)의 개략도를 나타낸다. 염 결정(104)은, 물(112)로 둘러 쌓여진 병원체(110)(예를 들어, 바이러스, 박테리아, 곰팡이류)로 만들어진, 병원체 에어로졸(108)에 노출된다.

도 1C를 참조하면, 병원성 에어로졸(108)과 접촉하고 있는 염 결정(104)은 용해되기 시작하여, 결국 병원성 에어로졸(108) 중의 병원체(110)에 대해 정전기 상호작용 및 삼투압을 증가시킨다. 병원성 에어로졸(108)의 크기(112)가 물(112)의 증발로 인해 시간이 지남에 따라 감소하며, 병원성 에어로졸(108)의 염 농도는 증가한다. 결과적으로, 병원체(110)는 증가하는 삼투압 및 염 이온과의 정전기적 상호작용에 노출되어 병원체의 감염성의 손실이 증가하게 된다.

도 ID를 참조하면, 병원체(110)은 불활성화되고, 병원체(114)를 불활성화시키게 된다. 또한, 병원성 에어로졸(108)에 용해된 염은, 염 농도가 용해 한계에 도달할 때 재결정화하여, 외부표면(106)에서 재결정화된 염 결정(116)이 된다. 정전 기적 상호작용 및 삼투압 스트레스에 추가하여, 병원체(110)는 또한 재결정화된 염 결정(116)의 형성으로 인한 기계적 힘에 의해 물리적으로 손상될 수 있다. 더욱이, 만약 존재한다면 염 결정(104) 내의 임의의 계면활성제는 병원체(110)에 불안정화 효과를 발휘할 수 있다.

정전기 상호작용, 고삼투압 스트레스 및 염 재결정화는 막의 비가역적 변형으로 병원체(110)의 막에 대한 섭동 및 항원 단백질의 변성 둘 다를 유도할 수 있다. 예를 들어, 병원체(110)가 바이러스인 경우, 정전기 상호작용, 고삼투압 스트레스 및 염 재결정화 과정은 지질 엔빌로프의 표면 항원의 엔빌로프 및 구조에 손상을 주어, 그 결과 감염성을 상실시킬 수 있다. 또한, 염은 단백질, RNA 및/또는 DNA에 정전기 전위 변화를 일으킬 수 있다. 따라서, 병원성 에어로졸(108) 중 병원체(110)의 불활성화는 견고한 염 결정 과정에 의해 야기되며, 이는 고삼투압 및 정전기적 상호작용과 염 결정 성장의 불안정화 효과를 결합한 것이다.

도 2A는 병원성 에어로졸을 불활성화하는 병원체-불활성화 섬유물질(200)의 또 다른 실시예의 개략도이다. 병원체-불활성화 섬유물질(200)은 지지물질이고, 이 경우에는 섬유물질(202)(합성 또는 천연)이며, 염-결정 코팅층(204)이 그 위에 배치되고, 즉, 섬유물질(202)의 외부표면은 완전히 또는 실질적으로 완전하게 염-결정 코팅층(204)로 덮일 수 있다. 또한, 염결정코팅층(204)의 염 결정, 또는 그중 일부가 섬유물질(202) 내에 함침될 수 있다. 상기 염결정코팅층(204)은 무기염 결정, 유기염 결정 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하기의 염은 염결정코팅층(204)을 형성할 수 있다: 염화나트륨, 염화칼륨, 염화칼륨, 황산칼륨, 황산암모늄, 글루탐산모노나트륨, 타르타르산나트륨, 타르타르산칼륨, 인산마그네슘, 글루탐산마그네슘 및 이들의 조합. 따라서, 염결정코팅층(204)은 나트륨, 칼륨, 클로라이드, 마그네슘, 설페이트, 암모늄, 포스페이트, 글루타메이트, 타르트레이트 및 이들의 이온 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 염결정코팅층(204)은 무기염 결정(임의의 유기 염을 포함하지 않음)만을 함유한다. 일 실시예에서, 염결정코팅층(204)은 유기염 결정(임의의 무기 염을 포함하지 않음)만을 함유한다. 일 실시예에서, 염결정코팅층(204)은 무기염 결정 및 유기염 결정 모두를 포함한다.

도 2B는 도 2A의 병원체-불활성화 섬유물질(200)의 개략도를 도시한다. 염결정코팅층(204)의 외부표면(206)은 병원성 에어로졸(208)을 흡착한다. 병원성 에어로졸(208)은 물(212)에 의해 둘러싸인 병원체(210)(예를 들어, 바이러스, 박테리아, 곰팡이류 등)으로 만들어진다. 병원성 에어로졸(208)은, 염결정코팅층(204)이 이러한 직접 접촉을 방지하기 때문에 섬유물질(202)과 직접적으로 접촉하지 않는다.

도 2C를 참조하면, 병원성 에어로졸(208)과 접촉하는 염결정코팅층(204)으로부터의 염은 용해되기 시작하고, 이어서 병원성 에어로졸(208) 중의 병원체(210)에 대한 정전기 상호작용 및 삼투압 스트레스를 증가시킨다. 병원성 에어로졸(208)의 크기는 물(212)의 증발로 인해 시간이 지남에 따라 감소하기 때문에, 병원성 에어로졸(208)의 염 농도는 증가한다. 결과적으로, 병원체(210)는 증가된 정전기적 상호작용 및 삼투압에 노출되어 병원체의 감염성 손실을 추가적으로 유발한다.

도 2D를 참조하면, 병원체(210)은 불활성화되고 병원체(214)를 불활성화시킨다. 또한, 병원성 에어로졸(208)에 용해된 염은 재결정(216)화하여 염결정코팅층(204)을 재형성하고, 외부표면(206)은 염 농도가 용해도 한계에 도달할 때 재형성된다. 정전기적 상호작용 및 삼투압 스트레스에 추가하여, 병원체(210)는 염결정코팅층(204)의 재형성으로 인한 기계적 힘에 의해 물리적으로 손상될 수 있다. 또한, 존재한다면 염결정코팅층(204) 내 임의의 계면활성제는 병원체(210)에 불안정화 효과를 발휘한다.

정전기 상호작용, 고삼투압 스트레스, 및 염 재결정화는 막의 비가역적 변형으로 인한 병원체(110) 막에 대한 섭동 및 항원 단백질의 변성 둘 다를 유도할 수 있다. 예를 들어, 병원체 (210)가 바이러스인 경우, 정전기 상호작용, 고삼투압 스트레스 및 염 재결정화 공정은 지질 엔빌로프상의 표면 항원의 엔빌로프 및 구조에 손상을 주어 감염성을 상실시킬 수 있다. 또한, 염은 단백질, RNA 및/또는 DNA에 정전기적 전위 변화를 일으킬 수 있다. 그러므로, 병원성 에어로졸(208) 중의 병원체(210)의 불활성화는 견고한 염 결정화 공정에 의해 야기되며, 이는 에어로졸 건조 동안 염 결정 성장의 불안정화 효과과 정전기적 상호작용 및 고삼투압 스트레스가 결합한 것이다.

염결정코팅층(204) 및 섬유물질(202)은 분리가능한 부재 또는 결합된 단일 부재일 수 있다. 일 실시예에서, 염결정코팅층(204)은 섬유물질(202) 상에 형성된 분리가능한 구성 성분이다. 병원체-불활성화 섬유물질(200)은 하나 이상의 염 결정층을 가질 수 있다. 병원체-불활성화 섬유물질(200)은 하나 이상의 섬유물질(202)을 가질 수 있다.

상기 기술된 병원성 에어로졸(108, 208)의 불활성화는 특정 병원체에만 특이적인 것이 아니며, 바이러스, 박테리아, 곰팡이류, 단백질, 생체분자 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 형태의 에어로졸화된 병원체를 불활성화시키는데 사용될 수 있다. 염 용해 및 결정화의 사이클이 병원체-불활성화 섬유물질(100, 200)을 손상시키지 않고 반복될 수 있기 때문에, 이 물질(100, 200)는 재사용가능한 개인 보호용 에어필터 장치를 가능하게 한다.

병원체-불활성화 섬유물질(100, 200)은 마스크, 호흡기, 에어필터, 공기청정기 등과 같은 넓은 범위의 기존 기술에 적용되어 공기전염성 에어로졸화된 병원체에 대해 개인적 및 대중적 보호를 위한 저가이면서 보편적 수단을 얻을 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예는 전국적 전염병 또는 급성 전염성 호흡기 감염 및 생화학테러의 전염 및 감염을 방지하기 위한 보다 신뢰성있는 수단을 제공함으로써 전지구적 건강에 기여할 수 있다. 또한, 하나 이상의 병원체-불활성화 섬유물질(100, 200)을 포함하는 병원체-불활성화 필터장치는 단독으로 또는 공기전염성 병원체를 불활성화 및 선택적으로 여과하기 위한 또 다른 에어필터 장치와 조합하여 사용될 수 있다.

병원체-불활화 섬유물질(100, 200)은 염-코팅 용액 또는 염 용액으로부터 형성될 수 있다. 염-코팅 용액은 또한 염-코팅 제형이라 한다. 염-코팅 용액의 조성물은 예를 들어, 염, 계면활성제, 부형제 및 첨가제를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 상기 염-코팅 용액은 하나 이상의 염을 함유할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 염-코팅 용액은 하나 이상의 염 및 하나 이상의 계면활성제를 함유할 수 있다. 일 실시예에서, 염-코팅 용액은 계면활성제를 함유하지 않는다. 일 실시예에서, 염-코팅 용액은 하나 이상의 부형제를 추가로 함유한다. 일 실시예에서, 상기 염-코팅 용액은 염 결정의 예를 들어 기계적, 화학적 안정성, 부착성, 염색성 및/또는 염 결정의 다른 물리적 또는 화학적 성질을 향상시키기 위한 하나 이상의 첨가제를 추가로 함유할 수 있다. 일 실시예에서, 염-코팅 용액은 예를 들어, 염 결정의 형태 및/또는 크기를 제어하기 위한 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 염-코팅 용액은 원하는 성능을 위한 몇 가지 상이한 종류의 첨가제 및 계면활성제를 함유할 수 있다.

염 용액 또는 염 코팅 용액 중의 염은 유기염, 무기염 또는 이들의 조합을 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 바람직하게는, 무기염은 예를 들어 호흡기 또는 마스크에 사용될 때 인체 건강에 악영향을 미치지 않는 것들을 포함한다. 보다 바람직하게는, 무기염 결정은 염화나트륨, 염화칼륨, 염화칼륨, 황산칼륨 및 황산암모늄을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 무기염 결정은 NaCl을 포함한다.

염-코팅 용액의 조성물 중 염 또는 다수의 염들의 혼합물의 함량은 물에서의 최대 용해도 한계까지 변할 수 있다. 일부 염의 최대 용해도 한계는 글루탐산모노나트륨의 경우 약 740g/l, (나트륨/칼륨)타르트레이트의 경우 약 660g/l, 염화나트륨의 경우 약 360g/l, 염화칼륨의 경우 약 355g/l, 황산칼륨의 경우 약 120g/l, 황산암모늄의 경우 약 754g/l이다.

염 용액 또는 염 코팅 용액은 첨가제를 포함할 수 있다. 첨가제는 예를 들어, 중합체, 금속, 점토 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 첨가제의 유형 또는 종류는, 병원체-불활성화 섬유물질(100, 200)에 원하는 물리적 또는 화학적 특성을 제공할 수 있다면 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 상이한 종류 또는 유형의 첨가제의 혼합물이 병원체-불활성화 섬유물질(100, 200)의 성능을 향상시키기 위해 상기 염-코팅 용액에 사용될 수 있다.

염 용액 또는 염 코팅 용액은 계면활성제와 같은 부형제를 포함할 수 있다. 염-코팅 용액 중의 부형제는 물에 염 및 계면활성제를 모두를 함유할 수 있다. 부형제의 유형 및 함량은 원하는 특성에 따라 변화할 수 있다. 계면활성제는 소수성 지지부재(예를 들어, 102, 202) 상의 염-코팅 용액의 습윤성을 향상시킬 수 있다. 일 실시예에서, 염-코팅 용액의 조성물은 지지부재가 소수성일 때 안정한 염 코팅을 위하여 하나 이상의 계면활성제를 필요로 한다. 그러나, 계면활성제는 지지부재가 친수성인 경우 염 코팅 용액에서 선택적인 성분일 수 있다. 일 구체예에서, 원하는 특성을 달성하기 위해 상이한 계면활성제들의 혼합물이 염-코팅 용액에 사용될 수 있다.

다양한 계면활성제가 염 코팅 용액에 사용될 수 있다. 실시예는 이온성(예, 양이온성, 음이온성, 양성이온성)계면활성제, 비이온성 계면활성제 및 생물학적으로 유도된 계면활성제를 포함한다. 계면활성제의 특정예는 화학적/물리적으로, 개질된/비개질된 폴리소르베이트, 예를 들어 TWEEN TM-20 및 양친매성 생체분자(펩타이드, 단백질)를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.

제한없이, 계면활성제의 함량은 0 내지 5v/v%로 변화할 수 있다. 지지부재가 소수성일 때, 연속 염 코팅 및 두꺼운 염 코팅을 각각 형성하기 위하여 보다 높은 농도의 계면활성제 및 염이 바람직하다. 그러나, 지지부재가 수수성일 때, 불연속 염-결정 코팅을 제조하기 위하여 염 및/또는 계면활성제의 함량을 감소시키는 것이 바람직하다. 지지부재가 친수성인 경우, 염-코팅 용액에 계면활성제를 가질 필요는 없지만, 코팅을 강화하거나 병원체 불활성화 과정을 촉진시키기 위해 소량의 계면활성제를 염-코팅 용액에 여전히 첨가할 수 있다.

지지부재는 소수성, 친수성 또는 양친매성일 수 있다. 일 실시예에서, 지지부재는 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄 및 폴리아미드와 같은 하나 이상의 소수성 물질로 제조된다. 일 실시예에서, 소수성 물질은 폴리프로필렌(PP)이다. 일 실시예에서, 지지부재는 하나 이상의 친수성 물질로 제조된다. 일 실시예에서, 지지부재는 친수성 식물 섬유로 제조 될 수 있다. 일 실시예에서, 지지부재는 천연 또는 합성 섬유로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 지지부재는 하나 이상의 깃털로 제조될 수 있다. 지지부재는 공기 통과를 허용하는 다공성 물질일 수 있다. 일 실시예에서, 지지부재는 미립자 물질을 여과할 수 있는 특정 기공 또는 메쉬 크기, 섬유 직경, 층 두께를 갖는 다공성 물질이다. 미립자 물질은 미세한 고체, 액체 방울, 오일 방울 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 이들은 공기 중에 현탁된다. 일 실시예에서, 미립자 물질은 예를 들어 바이러스, 박테리아, 공팡이류와 같은 공기전염성 생물학적 제제를 함유하는 에어로졸이다. 한 구체예에서, 병원체 불활성화 직물의 제조를 위해, 섬유 직경, 각 직포 또는 부직포 층의 두께, 기공 크기, 염 결정의 밀도/크기, 염 코팅의 두께 및 염 코팅된 직물 층의 수는 통기성 및 여과 효율과 같은 특정 성능 요건을 충족시키도록 제어될 수 있다.

종래의 외과용 마스크 및 N95 호흡기는 내부, 중간 및 외부 층으로 구성된 3 층 구조를 갖는다. 스펀본드 내부층은 얼굴과의 접촉을 유지하고 마스크를 지지하는데 도움을 주며, 멜트블로운 중간층은 주된 여과 유닛으로 작용하고 스펀본드 외부층은 외부의 구조적 보호를 제공하다. 기존의 적합한 섬유물질로는 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄 및 폴리아미드가 있다. 그러나, PP 섬유로 제조된 부직포는 저렴한 비용으로 널리 사용된다. 한 구체예에서, 큰 기공 직경을 갖는 상업적으로 입수 가능한 스펀본드 직물층은 멜트블로운 중간층을 사용하지 않고 염-코팅된 병원체 불활성화층을 제조하는데 사용될 수 있다. 여러 층의 스펀본드 직물을 겹쳐서 단일 몸체로서 염으로 코팅할 수 있다. 대안적으로, 개별적으로 제조된 염-코팅층을 적층하여 다층 구조로 만들 수 있다. 염-코팅된 스펀본드층은 활성 여과층으로 사용할 수 있다. 스펀본드층의 수가 증가함에 따라 염 결정 크기/염-코팅 두께 및 여과 효율은 증가하지만 통기성은 감소할 것이다.

일 실시예에서, 지지부재는 예를들어 안개, 연무, 스모그, 미스트, 가스, 증기, 스프레이 및 공기전염성 에어로졸과 같은 것들을 여과하는 통상적인 에어필터를 포함하는 에어필터일 수 있으므로, 공기 스트림으로부터의 오염물은 여과를 통해 오염물들을 제거할 수 있다.

지지부재의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 지지부재는 섬유(예컨대, 102, 202) 또는 코팅일 수 있다. 일 실시예에서, 지지부재는 막일 수 있다.

지지부재는 적층 구조일 수 있다. 일 실시예에서, 지지부재는 단지 하나의 층을 갖는다. 일 실시예에서, 지지부재는 다수의 층을 포함한다.

도 3은 예컨대 층(304), 층(306), 층(308), 층(310) 및 층(312)으로 만들어진 다수의 층(302)을 포함하는 다중층 구조(300)를 도시한다. 상기 다중층(302)는 임의 특정 제한없이 5개 층 미만의 층을 포함할 수 있다는 것으로 이해된다. 즉, 층의 수는 1보다 큰 임의의 양의 정수, 예를 들어 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 등일 수 있다. 일 실시예에서, 다중층(302)은 두 개의 층들만 포함하다. 일 실시예에서, 다중층(302)은 단지 3 개의 층들을 포함한다. 일 실시예에서, 다중층(302)은 단지 4 개의 층들을 포함한다.

예를 들어, 층(308)은 병원체-불활성화 섬유물질(예컨대, 도 2A-2D에 도시된 200 또는 도 1A-1D에 도시된 100)일 수 있다. 병원체-불활성화 섬유물질은 염 결정 또는 염-결정 코팅층을 함유한다. 하나 이상의 층(304, 306, 308, 310, 312)은 병원체-불활성화 섬유물질를 포함할 수 있다고 이해된다. 다층 구조(300)는 다수의 병원체-불활성화 섬유물질을 포함할 수 있으며, 병원체-불활성화 섬유물질는 동일한 유형 또는 상이한 유형인 것으로 이해된다. 구조(300)의 각각의 층은 단일 또는 다중 유형의 염으로 구성될 수 있다고 이해된다. 구조(300)의 다중층은 동일한 유형 또는 상이한 유형의 염을 가질 수 있다고 이해된다. 예를 들어, 3 개의 병원체 불활성화층 및 1 개의 보호층과 같은 4개의 적층 구조로 이루어진 구조가 존재할 수 있다. 각각의 병원체 불활성화층은 다른 유형의 염들(예를 들어, 염 유형 A, 염 유형 B 및 염 유형 C)를 가질 수 있으며, 여기서 염 유형 A, B 및 C 각각은 하나 이상의 무기염, 유기염, 또는 유기염 및 무기염의 조합을 포함한다.

층들(306 및 310)은 각각 독립적으로 보호층 또는 공기미립자여과층일 수 있다. 보호층은 유체 및 고체 입자를 차단하고 기계적 찢김 및 마모로부터 병원체-불활성화 섬유물질를 보호할 수 있는 층이다. 공기미립자여과층은 공기 미립자를 여과할 수 있는 층이다. 일 실시예에서, 층(306)은 보호층이다. 실시예에서, 층 (306)은 공기미립자여과층이다. 실시예에서, 층(310)은 보호층이다. 실시예에서, 층(310)은 공기미립자여과층이다. 일 실시예에서, 층(308)은 병원체-불활성화 섬유물질이고 층(306 및 310)은 보호층이다. 일 실시예에서, 층(308)은 병원체-불활성화 섬유물질이고 층(306 및 310)은 공기미립자여과층이다.

외부층(304, 312)은 각각 독립적으로 보호층이 될 수 있다. 외부층(304 및 312) 각각은 공기미립자여과층 또는 병원체-불활성화 섬유물질일 수도 있지만, 이들은 보호층인 것이 바람직하다.

보호층의 물질는 친수성 또는 소수성, 바람직하게는 소수성일 수 있다. 보호층을 위한 물질는 합성 섬유를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 보호층의 물질는 폴리프로필렌(PP) 마이크로섬유이다. 일 실시예에서, 보호층의 물질는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)이다. 일 실시예에서, 외부층(304 및 312)은 모두 소수성이어서, 병원체-불활성화층에 대한 보호를 제공한다. 병원체-불활성화층이 2 개의 소수성층 사이에 샌드위치된 그러한 배치는 또한 기능화된 내부층 상에 병원성 에어로졸의 흡착 속도를 증가시킬 수 있다.

일 실시예에서, 다층 구조(300)는 큰 오염물 또는 유체를 방지하고 보다 작은 메쉬 크기를 갖는 염-기능화되거나 또는 코팅된 공기여과층을 보호하도록 구성된 외부층을 갖는다.

임의의 제한없이, 필터장치(300)는 이에 한정되지는 않지만, 예를 들어 마스크, 호흡기, 에어필터 등을 포함하는 임의의 에어필터 장치일 수 있다. 염-코팅 장치(300)는 이에 한정되지는 않지만, 예를 들어 손위생 장치, 오염제거 의류, 항균 천, 후드, 가운, 앞치마, 부츠 및 장갑 등을 포함하는 임의의 위생섬유 제품일 수 있다.

일 실시예에서, 필터장치(300)는 마스크이다. 일 실시예에서, 필터장치(300)는 외과용 마스크이다. 일 실시예에서, 필터장치(300)는 호흡기다. 일 실시예에서, 필터장치(300)는 손위생 장치이다. 일 실시예에서, 필터장치(300)는 오염제거 의류이다. 일 실시예에서, 필터장치(300)는 개인보호장비다. 일 실시예에서, 필터 장치는 생물실험 에어필터다. 일 실시예에서, 상기 필터장치(300)는 차량 캐빈 에어필터를 포함하는 차량 캐빈필터일 수 있다. 일 실시예에서, 필터장치(300)는 하우스 강제 에어필터일 수 있다.

도 4A 및 도 4B는 일 실시예에 따른, 병원체-불활성화층 또는 병원체-불활성화층을 함유하는 다중-층 구조를 갖는 마스크(400)를 도시한다. 마스크(400)는 착용자의 코와 입을 커버하도록 구성된 안면마스크(402)와 착용시 안면마스크(402)의 위치를 지지하도록 착용자의 귀 주위를 감싸도록 구성된 귀걸이(404a, 404b)를 포함한다. 일 실시예에서, 일부 마스크 또는 호흡기는 안면 밀봉 누설을 최소화하기 위해 부가적인 직물을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 부가적인 직물은 코 커버, 마입 커버, 및/또는 마스크/호흡기의 내부층과 안면 사이의 틈을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 병원체 불활성화를 위한 염-코팅 섬유의 개념은 마스크/호흡기의 주요 구조에 국한되지 않고 안면밀봉누출 방지용으로 사용되는 직물로 만들어진 추가 부품에 대한 것이다.

도 4A는 흡입을 통해 안면마스크(402) 상에 흡착되는 병원성 에어로졸(406)을 도시한다. 도 4B는 호기(exhalation)를 통해 안면마스크(402) 상에 흡착되는 병원성 에어로졸(406)을 도시한다. 병원체 에어로졸(406)이 안면마스크(402)에서 염 결정의 재결정노 인해 건조될 때, 병원성 에어로졸(406) 내의 병원체는 불활성화되고 불활성화된 병원체(408)가 된다.

병원성 에어로졸(406)은 공기전염성 방울일 수 있다. 증발 이후의 공기역학적 크기(da)에 따라, 공기전염성 방울의 전달은 다음 3가지 모드로 분류될 수 있다: da <10 ㎛ 인 호흡 가능한 작은 방울 핵의 공기전염성 전달, 10 <da <100 ㎛의 흡입가능한 큰 방울의 방울 전달 및 > 100 μm의 큰 방울의 접촉 전달. 호흡할 수 있는 작은 방울 핵과 흡입가능한 큰 방울은 각각 폐포 영역과 상부 호흡기관을 감염시키는 것으로 알려져 있다. 그러나, 큰 방울의 크기가 증발로 인해 시간이 지남에 따라 감소될 수 있기 때문에, 큰 방울에 대해 공기전염성 또는 방울 전달이 가능하다. 따라서 "공기전염성 방울"은 물리적인 크기에 관계없이 "에어로졸"의 범위에도 포함된다. 일 실시예에서, 병원성 에어로졸(406)은 1nm 내지 200㎛의 da를 가질 수 있다. 표면에 안착되고 침전된 큰 방울이 사적 및 공적 장소에서 접촉 전달의 원천이 될 수 있다. 본원에 개시된 실시예는 호흡성 전염을 담당하는 호흡기전염성 바이러스와 같은 미세한 에어로졸(da <5㎛)을 불활성화시키기 위하여 사용하지만, 주로 접촉 전달에 책임이 있는 큰 전염성 방울(예를 들어, 외과용 마스크상의 박테리아 및 모든 표면의 병원체)을 불활성화시키기 위하여 사용될 수 있다.

병원성 에어로졸(406)은 수용액(예: 에어로졸), 공기 또는 신체의 일부로부터 병원체를 함유할 수 있다. 일 실시예에서, 병원성 에어로졸(406)은 몇몇 상이한 병원체를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 병원성 에어로졸(406)은 2차 성분을 더 함유 할 수 있다. 2차 성분은 효소, 단백질 및 펩타이드와 같은 생체분자를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 구체적인 예로는 점액, 리소자임 및 락토페린을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 어떠한 제한도 없이, 2차 성분은 다른 유형의 유기입자, 무기입자 또는 그들의 이온, 중금속 입자 또는 이들의 이온, 및 먼지일 수 있다. 2차 성분은 병원성 에어로졸(406)의 크기와 같거나 그보다 작은 폭을 가질 수 있다.

임의의 제한없이, 병원성 에어로졸(406) 내의 병원체는 예를 들어 바이러스, 박테리아, 곰팡이류, 단백질 및 뉴클레오티드 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이 바이러스에는 수두, 홍역, 천연두, 호흡기세포융합바이러스, 인플루엔자바이러스, 아데노바이러스, 코감기바이러스(rhino viruses), 코로나바이러스(중동호흡기증후군, 심한 급성호흡기증후군), 에볼라바이러스, 파라인플루엔자바이러스, 두창 바이러스, 홍역, 아프리카돼지콜레라바이러스(African swine fever virus) 및 수두-대상포진바이러스를 포함한다.

박테리아는, 이에 한정되지는 않지만, 예컨대 헤모필러스 인풀루엔자(Haemophilus influenza), 페렴구균(Streptococcus pneumonia), 모락셀라 카타랄리스(Moraxella catarrhalis) 등과 같은 급성중이염(Acute otitis media); 독소형 디프테리아(Corynebacterium diphtheria)와 같은 디프테리아; 레지오넬라 뉴모필라(Legionella pneumophila)와 같은 레지오넬라(Legionella) 병; 보르데텔라 백일해(Bordetella pertussis)와 같은 백일해; 콕시엘라 부르네티(Coxiella burnetii)와 같은 Q열; 연쇄상구균 인두염(Streptococcal pharyngitis); 연쇄상구균 (Streptococcus pyogenes)와 같은 성홍열; 미코박테리움 투베르쿨로시스(Mycobacterium tuberculosis)와 같은 결핵; 클라미도필라 뉴모니아(Chlamydophila pneumonia), 앵무병 클라미디아(C. psittaci), 클라미디아 트라코마티스(Chlamydia trachomatis)와 같은 클라미디아 성 폐렴; 예를 들어 헤모필루스 인플루엔자와 같은 헤모필루스 폐렴(Haemophilus pneumonia); 폐렴간균(Klebsiella pneumonia); 마이코플라즈마 폐렴(Mycoplasma pneumonia); 폐렴구균과 같은 폐렴구균성 폐렴(Pneumococcal pneumonia); 예를 들어 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)과 같은 슈도모나스 폐렴(Pseudomonas pneumonia); 예컨대 바실러스 탄저균(Bacillus anthracis)과 같은 탄저균(Anthrax); 메티실린내성 포도상구균(Meticillin-resistant Staphylococcus aureus); 클로스트리듐 디피실리균(Clostridium difficile) 등을 포함한다.

곰팡이류는, 이에 한정되지는 않지만, 크립토콕쿠스증(Cryptococcosis)[(크립토콕쿠스 네오포르만스(Cryptococcus neoformans) 및 크립토콕쿠스 개티(Cryptococcus gattii)], 곰팡이 폐렴[히스토플라스마 캡슐라툼(Histoplasma capsulatum)), 콕시디오이데스 이미티스(Coccidioides immitis), 브라스토마이세스 더마티디스(Blastomyces dermatitidis), 파라콕시디오이디즈 브라질리엔시스(Paracoccidioides brasiliensis), 스포로트릭스 센키(Sporothrix schenckii), 크립토콕쿠스 네오포르만스, 칸디다균(Candida species), 아스페르길루스균(Aspergillus species), 털곰팡이균(Mucor species)] 등을 포함할 수 있다.

에어로졸에서의 공기전염 전달성 병원체의 다른 예로는 대장균, 야토병균(Francisella tularensis), 페스트원인균(Yersinia pestis bacilli), 핵산(예: DNA, RNA), 아미노산 기반 생체분자(펩타이드, 효소, 단백질), 중합체 등이 있다.

공기전염 전달성 병원체는 천연 돌연변이체, 아미노산 또는 아미노산 관능기의 모방체, 유전적으로 조작된 아미노산 기반 생체분자/유기체의 유도체 및 변이체를 포함할 수 있다고 이해된다.

도 5는 병원체-불활성화 섬유물질 또는 병원체-불활성화 섬유물질를 포함하는 다층 구조체를 갖는 호흡기(500)의 일 실시예를 도시한다. 호흡기(500)는 착용자의 코 및 입을 커버하도록 구성된 안면부(502), 2개 필터 카트리지(504a, 504b), 착용시 안면부(502)의 위치를 지지하도록 착용자의 머리를 감싸도록 구성된 헤드 스트랩(506)을 갖는다. 도시된 호흡기(500)는 안면부(502)가 눈, 입, 코를 포함하는 전체 얼굴을 덮는 완전-안면 호흡기이다. 그러나, 다른 실시예에서, 호흡기(500)는 안면부(502)가 착용자의 코와 입을 포함하여 얼굴의 하부 절반만을 덮을 수 있는 반-안면 호흡기이다. 반-안면 호흡기는 공기 오염 물질이 눈에 유독하지 않은 환경에서 착용된다. 2 개의 필터 카트리지(504a, 504b) 각각은 전술한 도 1 내지 도 3(예컨대, 100, 200, 300)에 도시된 병원체-불활성화 섬유물질 또는 병원체-불활성화 섬유물질를 포함하는 다중-층 구조체를 갖는다.

도 6은 다른 실시예에 따라 병원성 에어로졸을 불활성화하기 위해 공기 공급 장치에 설치되도록 구성된 에어필터 장치(600)의 개략도를 나타낸다. 에어필터 장치(600)는 예를 들어, 실내에 공기를 공급하기 위한 노(furnace)(강제 공기 시스템) 내에 끼워지도록 구성될 수 있다. 에어필터 장치(600)는, 예를 들어, 차량 캐빈 필터 구성소자 내로 끼워지도록 구성될 수 있다. 에어필터 장치(600)는 하나 이상의 필터물질층(604)을 유지하기 위한 프레임(602)을 포함하며, 하나 이상의 층(604)은 병원체-불활성화 섬유물질 또는 병원체-불활성화 섬유물질를 포함하는 다층 구조를 포함하며, 도 1 내지 3에 도시되어 있다(예를 들어 100, 200, 300).

도 7은 일 실시예에 따라 병원성 에어로졸을 불활성화하기 위한 섬유물질 (700)의 전자 현미경 사진 이미지를 나타낸다. 섬유물질(700)은 폴리프로필렌(PP) 마이크로섬유(704) 상에 코팅된 염화나트륨(NaCl) 결정(702)을 함유한다. NaCl 결정(702)은 TWEEN^TM 20(계면활성제)를 함유하는 염-코팅 용액으로부터 얻어 소수성 PP 마이크로섬유(704)의 표면 상에 염수 용액의 습윤성을 증가시킨다. 추가적인 예시는 도 8-9에 도시되고 이하에서 더 설명된다.

도 8A는 소수성 섬유의 표면 상에 임의의 염 결정이 없는 소수성 섬유물질(802)의 SEM 및 EDX 맵핑 이미지(800)를 도시한다. 비교하면, 도 8B는 도 8B에 도시된 섬유물질(806)이 균질한 NaCl 결정층으로 코팅된 것을 제외하고는, 도 8A에 도시된 것과 동일한 소수성 섬유물질의 맵핑 이미지(804)의 SEM 및 EDX를 나타낸다. 에어로졸의 접촉각을 측정함으로써 섬유물질(802) 및 NaCl 코팅된 섬유물질(806)의 표면 친수성을 조사하였고, 그 결과를 각각도 9A 및 9B에 나타내었다. 도 9A는 섬유물질(802)상의 에어로졸(902)의 광학현미경 이미지(900)를 나타낸다. 에어로졸(902)은 섬유물질(802)상에서 133.0 ± 4.7 °의 접촉각(θ_C)을 갖는다. 대조적으로, 도 9B는 NaCl 코팅된 섬유물질(806) 상의 에어로졸(미도시)의 광학현미경 이미지(904)를 나타낸다. 도 9B에서 알 수 있는 바와 같이 NaCl 물질(806) 상에 관찰가능한 에어로졸은 존재하지 않는다. 이것은 에어로졸이 NaCl 코팅된 섬유물질(806)의 표면에 흡착되었다는 것을 나타내므로, 상기 에어로졸은 NaCl 코팅된 섬유물질(806)상에서 ~0 °의 접촉각(θ_C)을 갖는다. 이들 결과는 NaCl-결정 코팅(이 경우에는 계면활성제가 적용됨)이 소수성 섬유물질(802)의 표면의 성질을 고도의 소수성(θ_C = 133.0 ± 4.7 °)에서 완전한 친수성 (θ_C ~0 °)으로 변경할 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, NaCl 결정 코팅의 친수성 특성은 코팅되지 않은 섬유물질(802)에 비해 NaCl 코팅된 섬유물질(806)에 대한 에어로졸의 부착을 상당히 개선시킬 수 있다.

NaCl 코팅된 병원체-불활성화 필터의 다양한 실시예는 코팅되지 않은 섬유물질(즉, 베어필터(bare filter) 또는 본 명세서의 Filter_bare)과 비교하기 위해 제조되었다. 이 시험에서 Filter_bare는 폴리프로필렌 마이크로섬유로 제조되었다.

병원체-불활성화 필터는 Filter_bare에서 사용된 것과 동일한 베어필터에 염-코팅 용액을 코팅하거나 함침시켜 얻어졌다. 따라서, 상기 병원체-불활성화 필터는 본 명세서에서 염-결정 코팅 필터로도 불린다. 상기 염-코팅 용액은 하기 방법에 따라 제조되었다. 400rpm에서 교반하면서 90℃의 온도에서 탈이온수(DI)에 NaCl을 용해시킨 후, 상기 NaCl 용액을 0.22 μm 기공 크기의 필터를 사용하여 여과하였다. 여과된 NaCl 용액에 TWEEN^TM20 (1 v/v%, Fisher Scientific)을 실온에서 400 rpm으로 5 분 동안 교반하면서 첨가하여 염-코팅 용액을 얻었다.

병원체-불활성화 필터, 즉 염-결정 코팅된 필터는 하기 방법에 따라 수득하였다. 상기 한 바와 같은 방법에 따라 얻은 베어필터를 상온에서 하룻밤 동안 배양하여 약 600μl의 염-코팅 용액에 예비-습윤시켰다. 그런 다음, 베어필터를 배양 접시에 있는 염-코팅 용액의 0, 100, 300, 600, 900, 1200μl에 각각 침전시킨 다음 37 ℃의 오븐에서 1 일 동안 건조시켰다. 수득된 병원체-불활성화 또는 염-코팅된 필터를 각각 Filter_wet 및 Filter_wet+100㎕, Filter_wet+300㎕, Filter_wet+600㎕, Filter_wet+900㎕, 및 Filter_wet+1200㎕라 한다.

도 10은 일 실시예에 따라 물질에 코팅된 면적 단위 당 NaCl 결정의 양(mg/cm²)과 물질을 코팅하기 위한 NaCl 코팅 용액의 부피(μl) 사이의 관계의 그래프(1000)를 나타낸다. 지지부재 상에 코팅된 단위 면적에 대한 NaCl 결정의 양(mg/cm², W_salt)(1002)과 지지부재(Vsait)를 코팅하기 위한 NaCl 코팅 용액의 부피(μl)(V_salt)(1004) 사이의 관계는 선(1006)에 의해 대표되는 선형 관계이다. 상기 선(1006)은 다음 방정식으로 회귀될 수 있다: W_salt = 3.011 + 0.013 x V_salt(n = 7). 따라서, 지지부재의 두께가 일정하다는 것을 고려하여, 지지부재를 코팅하는데 사용되는 NaCl 코팅액의 부피를 변화시켜 지지부재상의 단위 면적당 NaCl의 양을 용이하게 조절할 수 있다. 염-결정 코팅된 지지부재는 분무 공정에 추가로 노출되어 염 결정의 또 다른 층을 형성할 수 있다.

병원체-불활성화 물질의 실시예의 여과 효율을 바이러스 에어로졸에 대해 조사하였고 그 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11은 상이한 압력(1104)에서 병원체-불활성화 필터의 여과 효율(1102)을 보여주는 관계(1100)를 설명한다. 다양한 필터의 여과 효율을, 다른 환경 압력에서 H1N1 유행성 인플루엔자바이러스(A/California/04/2009, 약어 CA / 04)를 함유한 2.5~4㎛의 에어로졸에 대해 시험되었다. 도 11에 도시된 바와 같이, Filter_bare(코팅되지 않은 섬유물질)(1106)는 거의 0 %의 여과 효율을 가지며, 이는 Filter_bare(1106)이 3kPa 내지 17kPa의 압력 하에서 바이러스의 침투에 대한 현저한 수준의 내성을 나타내지 않는다는 것을 나타낸다. 매우 대조적으로, Filter_wet(1108), Filter_wet+300㎕(1110), Filter_wet+600㎕ (1112), Filter_wet+900㎕(1114), Filter_wet+1200㎕(1116)을 포함하는 NaCl 결정으로 코팅된 필터는 3kPa 내지 17kPa의 압력 하에서 실질적으로 향상된 여과 효율을 보였다. 특히, Filter_wet+600㎕(1112)는 3kPa에서 17kPa의 압력에서 약 43 ~ 70 %의 여과 효율을 보였다. 상기 Filter_wet+900㎕(1114)는 3kPa내지 17kPa의 압력 하에서 약 60 ~ 70 %의 여과 효율을 보였다. 상기 Filter_wet+1200㎕(1116)는 3kPa내지 17kPa까지의 압력에서 일관되게 약 85%의 여과 효율을 보였다(일 방향 분해분석(ANOVA), P = 0.85). NaCl 결정으로 코팅된 필터의 강화된 여과 효율은 NaCl 결정 코팅으로 인한 향상된 표면 친수성으로 설명될 수 있으며, 이로 인해 에어로졸이 베어필터에 비하여 NaCl 결정 코팅된 필터에 더 밀착된다.

필터의 보호 효능에 대한 여과 효율의 효과를 조사하기 위해, 호흡 압력(~ 10 kPa) 하에서 H1N1 바이러스의 침투 투여량으로 코로(IN) 감염시킨 마우스를 사용하여 생체 내 실험을 수행하였으며, 이 결과는 도 12~15에 나타낸다.

도 12는 감염 후 시간(1204)에 대한 병원체-불활성화 필터 상에 바이러스의 침투 투여량으로 감염된 후의 마우스의 체중 변화(1202)를 도시하는 커브 차트(1200)를 설명한다. 커브 차트(1200)는 커브 CA/09 스탁, 에어로졸, Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+1200㎕을 포함한다. 상기 커브 Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕, Filter_wet+1200㎕ 각각은 Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+1200㎕으로부터 회수된 에어로졸화된 CA/09 바이러스로 감염된 마우스의 체중 변화를 나타낸다. 커브 CA/09 스탁 및 에어로졸은 치사량의 CA/09 바이러스 및 CA/09 바이러스 각각으로 직접 감염된 마우스의 체중 변화를 나타낸다. 도시된 바와 같이, Filter_wet,Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+1200㎕은 감염 후 10 일째 체중을 회복하였다. 대조적으로, Filter_bare는 CA/09 스탁 및 에어로졸에 의해 나타난 것에 비교할만하게 빠른 체중 감량을 나타냈다. 이는 도 11에 도시된 Filter_bare에 대한 관찰된 0% 여과 효율과 일치한다.

도 13을 참조하면, 커브차트(1300)는 감염 후 시간(1304)에 대한 병원체-불활성화 필터 상의 바이러스의 침투 투여량으로 감염된 후의 마우스의 생존율(1302)을 나타낸다. 커브차트(1400)는 커브 CA/09 스탁, 에어로졸, Filter_bare, Filter_wet, Filter_we+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕을 포함한다. 도시된 바와 같이, Filter_wet, Filter_we+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕는 100% 생존율을 나타내며, 이는 Filter_wet, Filter_we+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕로부터 회수한 바이러스에 감염된 마우스가 100% 생존율을 갖는다는 것을 나타낸다. 대조적으로, 커브 CA/09 스탁, 에어로졸 및 Filter_bare는 감염 약 11일 후 0% 생존율을 나타내며, 이는 CA/09 바이러스, 에어로졸화된 CA/09 바이러스, 및 Filter_bare로부터 회수된 바이러스로 감염된 마우스가 감염 후 약 11일 내에 모두 죽었다는 것을 나타낸다.

도 14는 병원체-불활성화 필터 상의 바이러스의 침투 투여량으로 감염시킨 후 4 일째에 마우스의 폐 바이러스 역가(1402)를 나타내는 컬럼차트(1400)를 나타낸다. 상기 컬럼챠트(1500)는 컬럼 CA/09 스탁(1404), 에어로졸(1406), Filter_bare(1408), Filter_wet(1410), Filter_wet+600㎕(1412), 및 Filter_wet+1200㎕(1414)를 포함한다. 보여진 바와 같이, 상기 컬럼 Filter_wet(1410), Filter_wet+600㎕(1412), 및 Filter_wet+1200㎕(1414)는 컬럼 CA/09 스탁(1404), 에어로졸(1406), 및 Filter_bare(1408)보다 현저히 낮은 폐 바이러스 역가를 나타낸다(t-test, P<0.005). 이 결과는 Filter_bare, Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+1200㎕으로부터 회수된 에어로졸화된 CA/09 바이러스로 감염된 마우스의 폐 바이러스 역가가 CA/09 바이러스, 에어로졸화된 CA/09 바이러스, 및 Filter_bare로부터 회수된 에어로졸화된 CA/09 바이러스로 감염된 마우스의 것보다 매우 낮은 폐 바이러스 역가를 갖는다는 것을 나타낸다. 컬럼 CA/09스탁(1404), 에어로졸(1406), 및 Filter_bare(1408)로 대표되는 마우스는 감염 후 4일째 심각한 폐 감염을 나타내었다는 것이 또한 관찰된다.

도 15는 병원체-불활성화 필터 상의 바이러스의 감염 침투 투여량 후 마우스에서 폐 염증성 사이토카인 인터페론-γ (IFN-γ)준위(1502)를 나타내는 컬럼차트(1500)를 도시한다. 컬럼챠트(1500)은 천연 마우스(1504), CA/09 스탁(1506), 에어로졸(1508), Filter_bare(1510), Filter_wet(1512), Filter_wet+600㎕(1514), 및 Filter_wet+1200㎕(1516)을 포함한다. 컬럼 천연 집단(1504)는 바이러스로 감염되지 않았던 천연 마우스에서의 IFN-γ준위를 나타내며, 이는 무처리 대조군(blank control)으로 역할을 한다. 컬럼 CA/09 스탁(1506), 에어로졸(1508), 및 Filter_bare(1510)은 각각 CA/09 바이러스, 에어로졸화된 CA/09 바이러스, 및 Filter_bare로부터 회수된 에어로졸화된 CA/09 바이러스로 감염된 마우스의 IFN-γ 준위를 나타낸다. 컬럼 Filter_wet(1512), Filter_wet+600㎕(1514), 및 Filter_wet+1200㎕(1516)은 각각 Filter_wet(1512), Filter_wet+600㎕(1514), 및 Filter_wet+1200㎕(1516)으로부터 회수된 에어로졸화된 CA/09 바이러스로 감염된 마우스의 IFN-γ 준위를 나타낸다. 보여진 바와 같이, 컬럼 Filter_wet(1512), Filter_wet+600㎕(1514), 및 Filter_wet+1200㎕(1516)은 컬럼 천연(1504)의 것과 비교할만한 IFN-γ 준위를 나타내며, 이는 염-결정 코팅 필터에서 회수된 바이러스에 감염된 마우스가 바이러스에 감염되지 않은 천연 마우스와 거의 동일한 IFN-γ 준위를 갖는다는 것을 나타낸다. 보여진 바와 같이, 컬럼 CA/09 스탁(1506), 에어로졸(1508), Filter_bare(1510)은 Filter_wet(1512), Filter_wet+600㎕(1514), Filter_wet+1200㎕(1516), 및 천연 집단(1504)보다 매우 높은 준위의 IFN-γ를 나타낸다. 이들 결과는 염-결정 코팅된 필터는 치명적인 바이러스 에어로졸에 대해 충분한 보호를 효과적으로 제공할 수 있다는 것을 나타낸다.

게다가, 필터 상에 흡착된 에어로졸 중의 바이러스에 대한 염-결정 코팅의 영향을 시험관내(in vitro) 바이러스 안정성 시험에 의해 조사하였다. 시험관내 바이러스 안정성은 치사량과 동일한 농도에서 바이러스 역가 및 적혈구 응집 활성 (hemagglutinin activity, HA)를 측정하여 특성화하였다. 항원성 단백질의 구조 안정성은 0.1 mg/ml 바이러스 현탁액을 사용하여 고유 형광을 측정함으로써 특성화하였다. 필터에서 회수된 바이러스를 동일한 농도로 사용하였고, 베어필터의 경우 바이러스성 에어로졸의 100% 침투로 인해 압력 부존재 상태에서 바이러스성 에어로졸 노출이 수행되었다.

도 16을 참조하면, 커브차트(1600)는 배양시간(1604)에 걸쳐 병원체-불활성화 필터상의 바이러스성 에어로졸에서의 바이러스의 상대적 HA 활성도(1602)를 도시한다. 커브차트(1600)는 커브 Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+1200㎕을 포함하며, 이는 각각 Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+1200㎕ 상의 바이러스의 상대적인 HA 활성을 나타낸다. 보여진 것처럼, 컬럼 Filter_wet, Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+1200㎕는 NaCl-결정 코팅 필터 위에 흡착 후 5분 동안 거의 0%의 HA 활성을 나타낸다. 이들 결과는 상기 염-결정 코팅 필터 상의 바이러스가 그 위에 흡착된 후 5분 동안 그의 HA활성을 완전하게 잃는다는 것을 나타낸다. 이것은 커브 Filter_bare에 보여진 바와 같이, Filter_bare 상의 바이러스에 대한 단지 8% HA 활성 손실과는 완전히 대조적이다. 이들 데이터는 바이러스가 NaCl-결정 필터에서 매우 불안정해진다는 것을 나타낸다. 상기 결과에 기초하여, 염-결정 코팅 필터에서의 HA 활성 및 바이러스 감염성의 급격한 손실은 NaCl-결정 코팅에서 기인된다고 추론할 수 있다. 즉, NaCl 코팅 필터는 그 위에 흡수된 바이러스를 상당히 불활성화시킬 수 있다.

바이러스 안정성에 대한 NaCl-결정 코팅 필터의 효과는 필터에서 바이러스의 배양 시간에 대하여 바이러스 역가를 측정함으로써 더욱 입증된다. 바이러스성 에어로졸은 5분, 15분 및 60분 동안 필터에서 흡수되거나 배양된다. 그 후, 바이러스성 에어러졸 중의 바이러스 역가를 측정하였다. 그 결과를 도 17에 나타내었다. 컬럼차트(1700)은 Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+1200㎕에서 어느 정도의 시간(1704)(5분, 15분 및 60분) 동안 흡수되거나 배양된 바이러스성 에어로졸의 바이러스 역가(1702)를 나타낸다.

보여진 바와 같이 배양 시간 5분에서, Filter_wet, Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+1200㎕는 Filter_bare에 비해 무시할만한 준위의 바이러스 역가(t-test, P <0.001)를 나타낸다.

배양 시간 15분에서, Filter_wet, Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+1200㎕은 Filter_bare 에 비해 무시할만한 준위의 바이러스 역가를 나타낸다(t-test, P<0.001).

배양 시간 60분에서, Filter_wet, Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+1200㎕은 컬럼챠트(1700)에서 기호 "*"로 표시되는 검출불가능한 바이러스 역가를 나타낸다. 이러한 결과는 NaCl-결정 코팅 필터의 에어로졸화된 바이러스가 60분의 배양 시간에 모두 불활성화된다는 것을 나타낸다. 대조적으로, Filter_bare의 에어로졸 바이러스는 60분의 배양 시간에서 100 pfu/㎍ 이상의 바이러스 역가를 나타낸다.

이들 데이터는 바이러스가 5 분간의 배양에서도 NaCl-결정 코팅 필터에서 심하게 손상되었음을 나타낸다. 현미경 분석에 따르면, 에어로졸의 건조 시간은 약 3 분이었고, 이에 따라서 5 분에 바이러스의 물리적 손상은 건조-유도된 염 결정화에 의한 것으로 추론할 수 있다.

도 18은 병원체-불활성화 필터로부터 회수된 바이러스에 대한 천연 형광(1804) 및 나일레드(Nile Red) 형광(1806)의 상대강도(1802)를 나타내는 컬럼차트(1800)를 도시한다. 컬럼차트(1800)는 천연 형광 시험 집단(1804)에 대해 대조군, Filter_bare 및 Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕; 및 나일레드(Nile red) 형광 시험 집단(1806)에 대해 대조군, Filter_bare 및 Filter_wet+600㎕을 포함한다. 보여진 바와 같이, 천연 형광 시험 집단(1804)에 대해, Filter_wet+600㎕는 컬럼 Filter_bare 및 대조군보다 매우 낮은 준위의 천연 형광을 나타낸다. 나일레드 형광 시험 집단(1806)에 대해, Filter_wet+600㎕는 Filter_bare및 대조군에 비해 매우 낮은 준위의 나일레드 형광을 나타낸다. 이들 결과는 Filter_wet+600㎕로부터 회수된 바이러스가 Filter_bare로부터 회수된 바이러스 및 천연 바이러스보다 매우 낮은 준위의 천연 형광 및 나일레드 형광을 나타낸다는 것을 가리킨다. 이들 결과는 또한, Filter_wet+600㎕가 바이러스 항원 단백질에 심각한 형태 변화를 일으키고 바이러스 엔벨로프를 불안정하게 만들 수 있다는 것을 암시한다.

병원성 에어로졸 건조 동안 삼투압이 바이러스 안정성에 미치는 영향에 대해서도 조사하였다. Filter_wet+600㎕의 에어로졸에서 수집된 바이러스는 Filter_bare의 에어러졸의 바이러스에 비하여 가시적인 형태학적인 변화를 나타낸다. 이는 높은 염/계면활성제 농도와 동시에 삼투압에서 기인될 수 있으며 이는 바이러스를 불안정하게 한다. 염-결정 코팅 섬유의 현저한 바이러스 불안정화 효과는 삼투압, 정전기적 상호작용 및 증발-유발 염 재결정화의 결합된 효과에 기인할 수 있다. 염-결정 코팅 필터의 상기 바이러스 불안정화 효과를 확인하기 위해 생체 내 연구는 Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕을 포함하는 필터 상에서 60분 동안 배양된 바이러스로 마우스를 감염시키는 것으로 수행되고, 이들 결과는 도 19 및 도 20에 보여진다.

도 19는 감염 후 시간(1904)에 대한 병원체-불활성화 필터 상에서 60분 동안 배양된 바이러스에 감염된 마우스의 체중 변화(1902)를 도시하는 커브차트(1900)를 도시한다. 커브차트(1900)는 커브 CA/09 스탁, Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕를 포함한다. 커브 CA/09 스탁은 에어로졸된 CA/09 바이러스에 직접 감염된 마우스의 체중 변화를 나타낸다. 커브 Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕는 각각 Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕로부터 회수된 바이러스로 감염된 마우스의 체중 변화를 나타낸다. 보여진 바와 같이, 커브 Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕는 감염 후 체중 증가를 나타내며 심지어 감염 후 9일째 심지어 체중의 약 5~10%를 얻는다. 대조적으로, 커브 CA/09 스탁은 감염 후 체중이 급격히 감소하는 것을 나타내고, 마우스는 심지어 감염 후 6 일째에 죽었다.

도 20은 60분 동안 염-결정 코팅 필터상에서 배양되기 전후의 CA/09 바이러스에 감염된 마우스의 폐 바이러스 역가(2002)를 나타내는 컬럼 차트(2000)를 도시한다. 컬럼차트(2000)에는 CA/09 스탁, Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕를 위한 컬럼을 포함한다. CA/09에 대한 컬럼은 염-결정 코팅 필터 상에 배양되기 전에 에어로졸화된 CA/09 바이러스에 감염된 마우스의 폐 바이러스 역가를 나타내며, 이는 대조군으로 역할을 한다. 컬럼 Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕은 각각 Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕로부터 회수된 CA/09 바이러스로 감염된 마우스의 폐 바이러스 역가를 나타낸다. 보여진 바와 같이, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕에 대한 컬럼은 검출가능한 폐 바이러스 역가를 나타내지 않는다. 대조적으로, Filter_bare에 대한 컬럼은 약 4.0x10⁵PFU/ml의 폐 바이러스 역가를 나타낸다. 더 대조적으로, CA/09 스탁에 대한 컬럼은 8.0 x 10⁵ PFU / ml 이상의 폐 바이러스 역가를 나타낸다. 이러한 자료는 염-결정 코팅 필터가 염 재결정화 과정을 통해 그 위에 흡착된 바이러스를 파괴할 수 있기 때문에 염-결정 코팅 필터가 개인 보호에서 베어필터 보다 매우 중요한 장점을 가지고 있다는 것을 입증한다.

여러 아형의 바이러스성 에어로졸에 대한 염-결정 코팅 필터의 광범위한 스펙트럼 보호성은, 시험관내 여과 중에 필터에 수집된 바이러스의 감염성 및 침투된 바이러스의 생체 내 치명적인 감염성 모두를 조사하여 평가했다. 그 결과를 도 21 및 22에 나타내었다.

도 21은 상대 감염 시간(2104)에 대한 병원체-불활성화 필터상의 바이러스 침투 투여량으로 감염된 마우스의 체중 변화(2102)를 나타내는 커브차트(2100)를 도시한다. 커브차트(2100)는 VN/04 스탁, PR/34 스탁, Filter_wet+600㎕; VN04(2210), 및 Filter_wet+600㎕;PR/34에 대한 데이터 커브를 포함한다. VN/04 스탁 및 PR/34스탁에 대한 데이터 커브 각각은 치사량의 에어로졸화된 VN/04 및 PR/34 바이러스로 감염된 마우스의 체중 변화를 나타낸다. Filter_wet+600㎕;VN/04에 대한 데이터 커브는 Filter_wet+600㎕을 통한 VN/04 바이러스 침투 투여량으로 감염된 마우스의 체중 변화를 나타낸다. Filter_wet+600㎕;PR/34에 대한 데이터 커브는 Filter_wet+600㎕를 통한 침투 투여량의 PR/34 바이러스로 감염된 마우스의 체중 변화를 나타낸다. 보여진 것처럼, Filter_wet+600㎕:VN/04 및 Filter_wet+600㎕:PR/34에 대한 데이터 커브는 체중 감소가 없다는 것을 나타낸다. 대조적으로 VN/04 스탁 및 PR/34/스탁(2208)에 대한 데이터 커브는 감염 후 빠른 체중 감소를 나타낸다.

도 22는 Filter_bare, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕ 상에 배양된 에어로졸화된 CA/09 H1N1(2204), PR/34 H1N1(2206) 및 VN/04 H5N1(2208)에 대한 바이러스 역가(2202)를 나타내는 챠트(2200)을 도시한다. 보여진 것처럼, Filter_bare 상의 에어로졸화된 CA/09 H1N1(2204)는 80pfu/㎍의 바이러스 역가를 나타내나, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕ 상의 에어로졸화된 CA/09 H1Ni(2204)는 거의 0의 바이러스 역가를 나타낸다. 유사하게 Filter_bare 상의 에어로졸화된 PR/34H1N1(2206)은 45pfu/㎍의 바이러스 역가를 나타내나, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕ 상의 에어로졸화된 PR/34 H1N1(2206)은 거의 0의 역가를 갖는다. 마찬가지로, Filter_bare 상의 에어로졸화된 VN/04 H5N1(2208)은 25pfu/㎍의 바이러스 역가를 나타내지만, Filter_wet, Filter_wet+600㎕ 및 Filter_wet+1200㎕ 상의 에어로졸화된 VN/04 H5N1(2208)은 거의 0의 역가를 나타낸다. 이들 데이터는 염-결정 코팅 필터가 바이러스 아형에 관계없이 바이러스를 불활성화시킬 수 있다는 것을 입증하는 것이며, 염-결정 코팅 필터가 비특이적인 방식으로 바이러스를 불활성화할 수 있다는 것을 나타낸다.

염-결정 코팅의 안정성은 열악한 환경 조건하에서 시험하였으며, 그 결과는 도 23 및 도 24에 나타내었다. 도 23은 감염 후 시간(2304)에 대한 마우스의 체중 변화(2302)를 나타내는 커브차트(2300)를 도시한다. CA/09에 대한 커브 차트는 CA/09 스탁; Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+600㎕에 대한 데이터 커브를 포함한다. CA/09 스탁의 데이터 커브는 에어로졸화된 CA/09 바이러스로 감염된 마우스의 체중 변화를 나타나며, 이는 대조군으로서 역할을 한다. Filter_wet+600㎕에 대한 데이터 커브는 주변 조건에서 저장된 Filter_wet+600㎕ 상에 배양된 에어로졸화된 CA/09 바이러스의 침투 투여량으로 감염된 마우스의 체중 변화를 나타낸다. Filter_wet+600㎕에 대한 데이터 커브는 37 ℃ 및 70% 상대습도(RH)에서 1일 동안 저장한 Filter_{wet + 600㎕} 상에서 배양된 에어로졸화된 CA/09 바이러스의 침투 투여량으로 감염된 마우스의 체중 변화를 나타낸다. 보여진 것처럼 Filter_wet+600㎕에 대한 데이터 커브는 Filter_wet+600㎕에 대한 데이터 커브에 대해 비교할만한 체중 변화를 나타내며, 이는 Filter_wet+600㎕가 적어도 37 ℃ 및 상대습도(RH) 70 %에서 1일 동안 안정하다는 것을 나타낸다. 배양 15 일 후에도 재결정에 의한 결정립 배향(grain orientation)의 변화에도 불구하고, Filter_wet+600㎕ 상에 염 결정이 남아있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 고온 및 고습에 의해 염-결정 코팅의 안정성이 손상되지 않으므로, 이러한 환경 조건에서의 장기 보관 및 사용의 안정성에 대한 우려를 없앨 수 있다.

도 24는 감염 후 시간(2404)에 대해 1 일 동안 37 ℃ 및 70 % RH에 노출시키기 전후의 병원체-불활성화 필터 상에 CA/09 바이러스의 침투 투여량으로 감염된 마우스의 생존율(2402)를 나타내는 커브챠트(2400)을 도시한다. 커브차트(2400)는 CA/09 스탁, Filter_wet+600㎕, 및 Filter_wet+600㎕에 대한 데이터 커브를 포함한다. CA/09 스탁에 대한 데이터 커브는 치사량의 에어로졸화된 CA/09바이러스에 직접적으로 감염된 마우스의 생존율을 나타내며, 이는 대조군으로 사용한다. Filter_wet+600㎕에 대한 데이터 커브는 주위 조건에서 저장된 Filter_wet+600㎕ 상의 CA/09 바이러스를 침투 투여량으로 감염시킨 마우스의 생존율을 나타낸다. Filter_wet+600㎕에 대한 데이터 커브는 37℃ 및 70% 상대습도(RH)에서 하루 동안 배양된 Filter_wet+600㎕ 상의 CA/09 바이러스를 침투 투여량으로 감염시킨 마우스의 생존율을 나타낸다. 보여진 바와 같이 Filter_wet+600㎕의 데이터 커브는 감염 후 8일째에 Filter_wet+600㎕에 대한 데이터 커브와 동일한 100% 생존율을 나타낸다. 대조적으로, CA/09 스탁에 대한 데이터 커브는 감염 8일째에 20% 미만의 생존율을 나타낸다. 이들 결과는 혹독한 환경 조건하에서도 염 결정 코팅은 보호를 확보할 수 있어, 장기 안정성, 다목적 공기전염 병원체 부정 시스템(airborne pathogen negation system) 개발을 가능하게할 수 있다는 것을 나타낸다.

도 25는 병원체-불활성화 필터물질를 제조하기 위한 방법(2500)의 실시예의 흐름도를 도시한다. 상기 방법(2500)은 지지부재[예를 들어, 메시, 섬유, 직물 (직포 또는 부직포), 코팅, 다공성 막, 필터물질, 에어필터의 기존 층 등]를 염 결정 또는 하나 이상의 염 결정 코팅층으로 코팅하거나 함침시키기 위한 것이다. 일 실시예에서, 상기 방법(2500)은 섬유물질의 전체 외부표면을 하나 이상의 염 결정으로 코팅하는데 사용된다.

단계 2502에서, 지지부재를 염-코팅 용액으로 코팅하여 코팅된 지지부재를 얻는다. 지지부재는 소수성 또는 친수성일 수 있다. 실시예에서, 지지부재는 부직포 스펀본드 또는 멜트블로운 폴리프로필렌(PP) 직물이다. 일 실시예에서, 지지부재는 다공성 막이다.

염-코팅 용액은 유기염 또는 무기염(및/또는 이들의 이온)을 포함한다. 일 실시예에서, 염-코팅 용액은 또한 첨가제를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 염-코팅 용액은 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다. 지지부재의 코팅면이 친수성인 경우, 본 방법의 일 실시예는 계면활성제를 함유하지 않는 염 코팅 용액을 사용한다. 다른 구체예에서, 상기 방법은 매우 적은 양의 계면활성제를 함유하는 염-코팅 용액을 사용한다. 지지부재의 코팅면이 소수성인 경우, 상기 방법의 일 실시예는 계면활성제를 함유하는 염 코팅 용액을 사용한다. 염-코팅 용액 중의 염 농도는 본원에 기재된 것들일 수 있지만, 반드시 여기에 기재된 것에만 한정되는 것은 아니다. 염의 농도는 연속적인 염-결정 코팅 또는 불연속 나노/마이크로 염 결정을 지지부재의 외부표면 상에 배치하고 얻어진 염-결정 코팅의 두께 또는 결정 크기를 조절하도록 조정될 수 있다.

단계 2504에서, 염 코팅 지지부재를 건조시켜 염 결정으로 코팅되거나 함침된 건조된 필터를 얻는다. 건조는 실온 또는 지지부재의 용융 온도 미만인 상승된 온도에서 일어날 수 있다. 건조 공정이 끝나면 병원체-불활성화 필터물질이 생성된다.

선택적 단계 2506에서, 병원체-불활성화 필터물질는 다층 구조 또는 에어필터 장치(예를 들어, 마스크, 호흡기, 차량 캐빈 공기 정화기, 건물용 강제 에어필터 등)에 설치된다.

도 26은 병원체-불활성화 염-코팅된 필터물질에 대한 제조공정(2600)의 특정 구체예를 도시한다. 공정 2600는 도 26의 A, B, C, D, E, F, G 및 H로 표시된 여러 부분들 또는 단계들로 기술된다. 이들 몇몇 부분들 모두가 제조공정(2600)을 완료하기 위해 절대적으로 요구되는 것은 아니며, 이들 부분들이 반복될 수 있다. 일반적으로, 공정(2600)는 단계 A에서 시작하고; 이후 선택적으로 단계 B가 수행될 수 있고; 단계 C 또는 D 중 하나가 다음(단계 C가 취해지면 단계 D는 단계 C 이후에 취해질 수 있음)이고; 단계 E, F 또는 G 중 임의의 하나가 다음에 취해질 수 있고; 단계 H로 진행하여 최종적으로 염 코팅된 병원체-불활성화 필터물질를 얻는다. 단계 A, B, C, D, E, F, G 및 H의 각각은 아래에서 상세히 설명된다.

단계 A: 베어필터물질 또는 지지부재(즉, 염 코팅되지 않음)로 시작한다.

단계 B: 플라즈마 처리공정(글로 방전 처리)은 선택사항으로 베어필터물질에서 수행될 수 있다. 이 공정은 표면 친수성을 증가시킨다. 저압 플라즈마는 필터 표면을 개조하는데 사용할 수 있다. 플라즈마는 공기, N₂, Ar, O₂ 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 일부 실시예에서, 플라즈마 처리는 계면활성제의 사용을 제거하거나 감소시킬 수 있게 한다.

단계 C: 필터물질 또는 지지부재로부터 기포를 제거한다. 일 실시예에서, 이는 염-코팅 용액에 밤새 담그어 기포를 지지부재로부터 제거시키는 예비-습윤 단계로 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 공기 포켓(버블)은 평탄한 표면 또는 블레이드를 갖는 장치를 사용하여 지지부재의 표면을 부드럽게 평활하게 하여 기계적으로 제거될 수 있다.

단계 D: 임의 선택 단계로서, 염 제형을 분무하거나 염 제형의 방울을 적용하여 염 제형을 지지부재 표면(또는 필터물질 표면)에 직접 코팅할 수 있다. 코팅액의 액적 크기는 100 nm 내지 1 mm일 수 있다.

단계 E, F, G: 예비-습윤 또는 스프레이-코팅 필터는 밀폐된 바닥용기(E), 메쉬-바닥용기(예를 들어, F) 또는 상단과 하단이 열린 홀더(G) 내에서 주위 조건 또는 승온(필터물질의 용융 온도 이하)에서 건조되어, 필터에 염-결정 코팅을 형성할 수 있다. 상이한 용기, 건조 방법 및 조건을 사용하여 염 결정화 거동을 조절하고 필터 상에 균일한 염을 코팅하는데 사용될 수 있다. 폐쇄된 바닥 용기에서 건조하는 경우, 예비-습윤 필터는 상이한 부피를 갖는 염 코팅 제형의 존재하에서 건조될 수 있다. 이 방법의 장점은 필요에 따라 필터를 건조하는 동안 추가 염분 용액을 용기에 넣을 수 있기 때문에 지지부재에 코팅된 염의 함량이 증가시킨다는 것이다.

건조 단계 동안, 필터 용기는 지지부재 상에 균일한 염 결정 형성을 유도하기 위해 흔들리거나 회전하는 플랫폼 상에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 용기는 또한 움직이지 않고 고정될 수 있고, 그에 의해 예비-습윤 또는 분무-코팅된 지지부재는 용기의 편평한 바닥상에서 건조될 것이다.

단계 G에서, 필터는 홀더(아래에 기술되고 도 27 및 28에 도시됨)에 놓여질 수 있고 필터홀더랙에 넣고 건조 중에 회전시킬 수 있다.

일 실시예에서, 예비-습윤 또는 분무 코팅된 지지부재는 건조된 필터를 얻기 위해 지지부재의 용융 온도보다 낮은 주위 조건 또는 상승된 온도에서 건조될 수 있다.

단계 H: 염-코팅 필터물질이 얻어진다. 그러나, 상기 제품은 단계 D(분무 공정)에 추가로 노출되어 기성의 염-코팅 필터 상에 염 결정의 또 다른층(동일한 염 또는 상이한 염을 갖는)을 형성할 수 있다.

도 27은 일 실시예에 따른, 건조단계(도 26의 G)를 수행하기 위한 장치(2700)의 개략도를 도시한다. 또한, 도 28은 도 27에 도시된 필터홀더랙(2702)의 평면도를 도시한다. 장치(2700)는 홀더랙(2702)에 연결하기 위한 연결부(2704)를 갖는 모터가 구비된 회전기이다. 홀더랙(2702)은 개방 상단 및 개방 바닥을 갖고, 내측면(2706)은 염-코팅 필터물질(2708)을 고정시키도록 구성되어 있다. 작동 중에, 장치(2700)는 축(2710) 둘레로 홀더랙(2702)을 회전시켜 필터(또는 지지부재) 상에 균일한 염 결정 형성을 유도한다. 개방 상단과 개방 바닥은 완전히 폐쇄된 바닥의 용기에 비해 건조 속도를 향상시킬 수 있다. 홀더의 상단과 바닥이 모두 열려 있기 때문에, 예비-습윤 또는 스프레이-코팅된 지지부재는 공기에 직접 노출되어 건조 공정을 가속화할 수 있다. 일 실시예에서, 필터홀더랙(2702)은 필터로부터의 물 증발을 최대화하도록 구성된다.

상이한 용기, 홀더, 건조 방법 및 조건을 사용하여 예비-습윤 또는 분무 코팅된 지지부재에서의 염의 결정화 거동(즉, 결정 크기, 배향, 형태 등)을 제어하여, 지지부재 상에 균일한 염-결정 코팅을 형성한다.

일 실시예에서, 염 결정으로 코팅된 건조된 필터는 병원체-불활성화 필터로서 직접 사용된다. 일부 구체예에서, 염 결정으로 코팅된 건조된 필터는 하나 이상의 다공성 코팅 또는 막 상에 배치되어 병원체-불활성화 필터를 얻는다. 일 실시예에서, 병원체-불활성화 필터는 적어도 2 개의 소수성 코팅 또는 막을 사이로 두어 염 결정으로 코팅된 건조된 필터를 샌드위치시켜 얻어진다.

도 29는 손위생 장치(2900)의 개략도를 도시하며, 손에 부착된 병원체의 불활성화를 나타낸다. 손위생 장치(2900)(예를 들어, 천)는 확대된 이미지(2902)에 도시된 바와 같이 섬유 표면 상에 염 코팅을 갖는다. 염 코팅은 수분이 많은 상태에서 손 표면에 흡착된 병원체에 노출시 용해되고 건조 중에 재결정화하여, 병원체를 파괴한다. 동시에, 염 코팅의 용해는 삼투압과 정전기 상호 작용을 증가시켜, 병원체의 불안정성을 유발한다. 따라서, 확대된 이미지(2904, 2906)에 도시된 바와 같이, 사용자의 손 상의 병원체(예를 들어, 박테리아, 바이러스 등)은 손위생 장치(2900)에 의해 불활성화된다. 일부 실시예에서, 장치(2900)의 섬유성 표면 상의 염 코팅은 손위생 장치(2900) 상의 염 코팅과 정전기적 상호작용을 통하여 병원체와 접촉시 지질 엔벨로프를 파괴 및/또는 항원의 변성을 유도하여, 건조한 손 표면에 흡착된 병원체를 불활성화시킬 수 있다.

또 다른 실시예에서, 염-코팅 직물은 개인 감염 통제 수단을 위한 손위생 장치, 오염제거 의류, 항균 걸레, 후드, 가운, 앞치마, 부츠 및 장갑을 포함하는 위생 섬유 제품으로 사용될 수 있다.

고습 환경에서 병원성 에어로졸 및 병원체는 주로 염-재결정화에 의해 불활성화된다는 것이 고려된다. 그러나 건조한 환경에서 건조한 표면이나 병원체에 흡착된 병원체는 정전기 상호 작용을 통해 염 표면과 직접 상호 작용함으로써 불활성화될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며 제한하려는 것은 아니다. 소자, 구성, 성분 또는 단계를 기술하기 위해 "a", "an", "the" 및 그 복수형을 사용하는 것은 추가적인 소자, 구성, 성분 또는 단계를 배척하려는 것이 아니다. 본 명세서 및 양태들에서 사용되는 경우, "포함하다", "포함하는" 및/또는 "포함되는"라는 용어는 언급된 소자, 구성, 성분 또는 단계의 존재를 특정하지만, 하나 또는 그 이상의 소자, 성분, 구성 또는 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다음은 본원에 개시된 실시 양태의 다양한 측면을 열거한다. 임의의 양태가 임의의 다른 양태와 결합될 수 있음을 이해할 것이다.

양태 1. 병원성 에어로졸을 불활성화시키기 위한 다음을 포함하는 물질:

지지 섬유층; 및

상기 지지 섬유층 상에 배치된 염 결정.

양태 2. 양태 1에 있어서, 상기 염 결정이 무기염을 포함하는 물질.

양태 3. 양태 1에 있어서, 상기 염 결정이 나트륨, 칼륨, 클로라이드, 마그네슘, 설페이트, 암모늄, 포스페이트, 글루타메이트, 타르트레이트 및 이들의 이온 중 하나 이상을 포함하는 물질.

양태 4. 양태 1 내지 3에서, 상기 염 결정이 유기염을 포함하는 물질.

양태 5. 양태 4에 있어서, 상기 유기염이 포스페이트, 글루타메이트, 타르트레이트 및 이들의 이온 중 하나 이상을 포함하는 물질.

양태 6. 양태 1 내지 5에 있어서, 상기 염 결정이 지지 섬유층을 완전히 덮는 코팅층인 물질.

양태 7. 양태 1 내지 6에 있어서, 상기 지지 섬유층이 소수성 물질을 포함하는 물질.

양태 8. 양태 1 내지 7에 있어서, 상기 지지 섬유층이 친수성 물질을 포함하는 물질.

양태 9. 양태 1 내지 8 중 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 에어필터 장치.

양태 10. 양태 9에 있어서, 상기 에어필터 장치는 착용자의 코와 입을 덮는 마스크로서 착용하도록 구성된 에어필터 장치.

양태 11. 양태 9에 있어서, 상기 에어필터 장치가 차량 캐빈 에어필터 장치, 노 에어필터 장치 또는 에어컨디셔너 필터장치인 에어필터 장치.

양태 12. 양태 9에 있어서, 상기 에어필터 장치가 호흡 장치로 구성된 에어필터 장치.

양태 13. 양태 1 내지 8의 물질을 제조하는 방법으로서 다음을 포함하는 방법:

상기 지지 섬유층을 염-코팅 용액으로 코팅하여 염 코팅된 섬유층을 얻는 단계; 및

염 코팅된 섬유층을 건조시키는 단계,

상기 염-코팅 용액은 하나 이상의 염, 계면활성제, 첨가제 및 부형제를 포함한다.

양태 14. 양태 13에 있어서, 상기 염-코팅 용액은 계면활성제를 포함하지 않는 방법.

양태 15. 양태 13 및 14에 있어서, 상기 염-코팅 용액이 첨가제를 포함하지 않는 방법.

양태 16. 양태 13 내지 15에 있어서, 상기 염-코팅 용액이 부형제를 함유하지 않는 방법.

양태 17. 양태 13 내지 16에 있어서, 상기 코팅 단계는 지지 섬유층을 염-코팅 용액으로 분무코팅하는 단계를 포함하는 방법.

양태 18. 다음을 포함하는 에어로졸 병원체를 불활성화시키는 방법:

양태 1 내지 8의 에어필터 물질 상에 병원성 에어로졸을 흡착시키는 단계;

병원성 에어로졸과 함께 에어필터 물질 상에 염을 용해시켜 병원성 에어로졸로부터 물의 증발을 유도하는 단계; 및

병원성 에어로졸에 용해된 염을 재결정화시키고 병원체를 불활성화시키는 단계.

양태 19. 다음을 포함하는 병원성 에어로졸을 불활성화시키기 위한 위생직물장치:

지지 섬유층; 및

상기 지지 섬유층 상에 배치된 염 결정.

양태 20. 양태 19에 있어서, 상기 염 결정이 무기염을 포함하는 위생직물장치.

양태 21. 양태 20에 있어서, 상기 무기염은 나트륨, 칼륨, 염화물, 마그네슘, 황산염, 암모늄 및 이들의 이온 중 하나 이상을 포함하는 위생직물장치.

양태 22. 양태 19 내지 21에 있어서, 상기 염 결정이 유기염을 포함하는 위생직물장치.

양태 22. 양태 22에 있어서, 상기 유기염은 인산염, 글루탐산염, 타르타르산염 및 이들의 이온 중 하나 이상을 포함하는 위생직물장치.

양태 24. 양태 19 내지 23에 있어서, 상기 염 결정이 지지 섬유층을 완전히 덮는 코팅층인 위생직물장치.

양태 25. 양태 19 내지 24에 있어서, 상기 지지 섬유층이 소수성 물질을 포함하는 위생직물장치.

양태 26. 양태 19 내지 25에 있어서, 상기 지지 섬유층이 친수성 물질을 포함하는 위생직물장치.

양태 26. 다음을 포함하는 양태 19 내지 26에 따른 위생직물장치를 제조하는 방법:

상기 염 코팅된 섬유층을 건조시키는 단계,

양태 27. 양태 26에 있어서, 상기 염-코팅 용액은 계면활성제를 포함하지 않는 방법.

양태 28. 양태 26 및 27에 있어서, 상기 염-코팅 용액이 첨가제를 포함하지 않는 방법.

양태 29. 양태26 내지 28에 있어서, 상기 염-코팅 용액이 부형제를 함유하지 않는 방법.

양태 30. 다음을 포함하는 에어로졸 병원체를 불활성화시키는 방법:

양태 19 내지 26의 위생직물장치 상에 병원성 에어로졸을 흡착시키는 단계;

병원성 에어로졸을 갖는 위생직물장치 상에 염을 용해시켜 병원성 에어로졸로부터 물의 증발을 유도하는 단계; 및

Claims

다음을 포함하는 병원성 에어로졸을 불활성화시키는 물질:
지지 섬유층; 및
상기 지지 섬유층 상에 배치된 염 결정.
제1항에 있어서,
상기 염 결정이 나트륨, 칼륨, 클로라이드, 마그네슘, 설페이트, 암모늄, 포스페이트, 글루타메이트, 타르트레이트 및 이들의 이온 중 하나 이상을 포함하는 물질.
제1항에있어서,
상기 염 결정이 지지 섬유층을 부분적으로 또는 완전히 덮는 코팅층인 물질.
제1항에 있어서,
상기 지지 섬유층이 소수성 물질를 포함하는 물질.
제1항에 있어서,
상기 지지 섬유층이 친수성 물질를 포함하는 물질.
제1항에 있어서,
상기 염 결정이 제1항의 에어필터 물질 상에 병원체를 포함하는 병원성 에어로졸을 흡수하도록 구성된 물질.
제6항에있어서,
상기 염 결정이 병원성 에어로졸과의 접촉시에 용해되어 병원성 에어로졸로부터의 물의 증발을 유발하도록 구성되는 물질.
제7항에있어서,
상기 염 결정은 병원성 에어로졸에 의해 용해된 염을 재결정화시키고 병원성 에어로졸으로부터 병원체를 불활성화시키도록 더 구성되는 물질.
제1항의 물질을 포함하는 에어필터 장치.
제9항에있어서,
상기 에어필터 장치는 착용자의 코와 입을 덮기 위한 마스크로서 착용되도록 구성된 에어필터 장치.
제9항에있어서,
상기 에어필터 장치가 호흡기인 에어필터 장치.
제9항에있어서,
상기 에어필터 장치가 차량 캐빈 에어필터 장치, 노(furnace)에어필터 장치 또는 에어컨디셔너 필터장치인 에어필터 장치.
제1항의 물질을 포함하는 위생장치.
제13항에있어서,
상기 위생장치가 위생직물장치로서 사용되도록 구성된 위생장치.
제1항의 물질를 포함하는 오염제거 의류.
다음을 포함하는 제1항의 물질의 제조방법:
상기 지지 섬유층을 염-코팅 용액으로 코팅하여 염 코팅된 섬유층을 얻는 단계; 및
상기 염 코팅된 섬유층을 건조시키는 단계,
상기 염-코팅 용액은 하나 이상의 염, 계면활성제, 첨가제 및 부형제를 포함한다.
제16항에있어서,
상기 코팅 단계는 상기 지지 섬유층을 상기 염-코팅 용액으로 분무코팅하는 단계를 포함하는 방법.