KR20230076803A - Electrospun nanofibrous polymeric membranes for use in personal protective equipment - Google Patents
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Abstract
본원에서는 고 여과 효율(filtering efficiency) 및 우수한 기공률을 제공하는 전기방사 중합체 나노섬유 멤브레인이 개시된다. 상기 멤브레인은 하나 이상의 항균제 또는 항바이러스제로 처리될 수 있다. 상기 처리는 바람직하게는 하나 이상의 항균제 또는 항바이러스제의 코팅일 수 있다. 대안으로, 하나 이상의 항균제 또는 항바이러스제는 상기 나노섬유 멤브레인에 함침될 수 있다. 상기 멤브레인은 추가로 또는 대안으로 하나 이상의 금속-유기 프레임워크(metal-organic frameworks; MOFs)에 함침될 수 있다. 상기 멤브레인은 높은 여과 효율 및 통기성 특성(breathability characteristics)을 제공하기에 충분한 기공률(porosity)을 갖는다. 상기 멤브레인은 감염성 병원체 및/또는 다른 작은 미립자에 높은 내성인 안면 마스크(facemasks) 및 인공 호흡기(respirators)를 제조하는 데 사용하기 적합하다. Disclosed herein are electrospun polymer nanofibrous membranes that provide high filtering efficiency and good porosity. The membrane may be treated with one or more antimicrobial or antiviral agents. The treatment may preferably be a coating of one or more antibacterial or antiviral agents. Alternatively, one or more antibacterial or antiviral agents may be impregnated into the nanofibrous membrane. The membrane may additionally or alternatively be impregnated with one or more metal-organic frameworks (MOFs). The membrane has sufficient porosity to provide high filtration efficiency and breathability characteristics. The membrane is suitable for use in making facemasks and respirators highly resistant to infectious pathogens and/or other small particulates.
Description
관련 출원의 상호 참조CROSS REFERENCES OF RELATED APPLICATIONS
본원은 2020.03.31.자로 출원된 미국 가특허출원 제63/002,435호 및 2020.11.20.자로 출원된 미국 가특허출원 제63/116,799호의 이익 및 그에 대한 우선권을 주장하며, 상기 특허출원의 개시는 그 전체가 본원에서 참조로 포함된다. This application claims the benefit of and priority to U.S. Provisional Patent Application No. 63/002,435 filed on March 31, 2020 and U.S. Provisional Patent Application No. 63/116,799 filed on November 20, 2020, the disclosure of which is the entirety of which is incorporated herein by reference.
기술분야 technology field
본 개시는 개인 보호 장비에 사용하기 위한 재료에 관한 것이다. This disclosure relates to materials for use in personal protective equipment.
지역사회의 후천성 호흡기 바이러스(Community acquired respiratory virus, CARV) 감염에는 코로나바이러스, 라이노바이러스(rhinoviruses), 인플루엔자 바이러스, 메타뉴모바이러스(metapneumovirus) 등의 다양한 바이러스에 의한 감염이 포함된다. 예를 들어 문헌 「Versluys, A.B., 등, "and Mortality Associated With Respiratory Virus Infections in Allogeneic Hematopoietic Cell Transplant: Too Little Defense or Harmful Immunity?" Front, Microbiol 2018, 9, 2795-2795, doi;10.3389/ftnicb.2018.02795」을 참조한다. 수많은 CARV 감염은 상당한 이환율(morbidity) 및 사망률(mortality)을 초래한다. 예를 들어 1918년 스페인 독감 팬데믹은 전 세계적으로 2천만 내지 5천만 명의 사람들을 사망하게 하였다. 문헌 「Roos, D. "the Second Wave of the 1918 Spanish Flu Was So Deadly, "History.com, 2020 (https://www.histoiy.com/news/spanish-flu-second-wave-resurgence에서 이용 가능)」을 참조한다. 게다가, 인플루엔자 팬데믹은 주기적으로 출현하는 것으로 알려져 있다. 중증 급성 호흡기 증후군 코로나바이러스 2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2)에 의해 야기된 현재의 코로나바이러스 질환 2019(COVID-19) 팬데믹은 금세기 가장 중요한 글로벌 보건 문제가 되었으며 스페인 독감 팬데믹 이후 최악의 팬데믹이다.Community acquired respiratory virus (CARV) infection includes infections caused by various viruses, including coronaviruses, rhinoviruses, influenza viruses, and metapneumoviruses. See, for example, Versluys, A.B., et al., "and Mortality Associated With Respiratory Virus Infections in Allogeneic Hematopoietic Cell Transplant: Too Little Defense or Harmful Immunity?" Front, Microbiol 2018, 9, 2795-2795, doi; 10.3389/ftnicb.2018.02795”. Numerous CARV infections result in significant morbidity and mortality. For example, the Spanish flu pandemic of 1918 killed between 20 and 50 million people worldwide. "Roos, D. "the Second Wave of the 1918 Spanish Flu Was So Deadly," History.com, 2020 (available at https://www.histoiy.com/news/spanish-flu-second-wave-resurgence )”. Moreover, influenza pandemics are known to emerge periodically. The current coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has become the most significant global health problem of this century and the Spanish flu fan. It's the worst pandemic since the demic.
감염성 호흡기 병원체는 일반적으로 기침이나 재채기를 통해서, 또는 일부 경우에는 단순한 호흡에 의해서 감염자의 호흡기에서 배출되는 입자들의 비말, 에어로졸 또는 공기 전파에 의해 전파된다. 이러한 형태의 전파를 방지하기 위해, 감염성 입자를 기계적으로 차단하거나 다양한 메커니즘을 사용하여 감염성 입자를 무력화하는 안면 마스크 및 인공 호흡기(respirators)가 개발되었다. 따라서, 안면 마스크 및 인공 호흡기의 여과 효율을 향상시키기 위한 많은 연구 및 개발 노력이 이루어지고 있다.Infectious respiratory pathogens are generally transmitted by droplets, aerosols, or airborne transmission of particles expelled from the respiratory tract of an infected person through coughing or sneezing, or in some cases simply by breathing. To prevent this form of transmission, face masks and respirators have been developed that either mechanically block infectious particles or neutralize them using a variety of mechanisms. Therefore, many research and development efforts are being made to improve the filtration efficiency of face masks and respirators.
COVID-19 팬데믹은 다양한 용도에 사용할 수 있는 기능성 보호 직물의 필요성을 부각시키고 있다. 기능성 보호 직물은 의료 전문가, 현장 작업자 및 군인의 보호복에 사용하기 위해 특히 중요하다. 예를 들어 문헌 「Zhu, Q., 등, "Functionalized CNCs/PVA-co-PE Composite Nanofibrous Membrane with Flower-Like Microstructures for Photo-Induced Multi-Functional Protective Clothing," Cellulose, 2018, 25, 4819-30, doi: 10.1007/sl0570-018-188l-5」; 「Liu, Y. 등, "UV-Crosslinked Solution Blown PVDF Nanofiber Mats for Protective Applications," Fibers Polym. 2020, 21, 489-97, doi: 10.1007/sl222l-020-9666-5.」을 참조한다. The COVID-19 pandemic has highlighted the need for functional protective fabrics that can be used for a variety of applications. Functional protective fabrics are particularly important for use in protective clothing by medical professionals, field workers and military personnel. For example, Zhu, Q., et al., "Functionalized CNCs/PVA-co-PE Composite Nanofibrous Membrane with Flower-Like Microstructures for Photo-Induced Multi-Functional Protective Clothing," Cellulose, 2018, 25, 4819-30; doi: 10.1007/sl0570-018-188l-5”; 「Liu, Y. et al., “UV-Crosslinked Solution Blown PVDF Nanofiber Mats for Protective Applications,” Fibers Polym. 2020, 21, 489-97, doi: 10.1007/sl222l-020-9666-5.”
공기 중 고형 입자들에 대한 피부 노출을 제한하기 위해, 보건 및 안전 규제 기관은 우수한 사례 지침(practice guidelines)을 발표하였으며, 다양한 위험에 노출되는 것을 최소화하기 위해 개인 보호 장비(personal protective equipment; PPE) 착용이 권장되었다. 화학 및 생물학적 방호복(Chemical and biological protective clothing; CBPC)이 널리 사용되고 있으며 PPE 옵션 중에서 가장 경제적인 것으로 간주된다. 공기 중 나노재료의 경우, 타입 5 CBPC는 ISO 13982-1 및 ISO 13982-2 표준에 따라 공기 중의 고형 미립자들(particulates)에 대한 전신 보호를 제공하기 때문에 그러한 위험에 대한 최종 방어선으로 간주된다. 문헌 「International Organization for Standardization (ISO) 13982-1:2004」; 「International Organization for Standardization (ISO) 13982-2:2004」을 참조한다.To limit dermal exposure to airborne solid particles, health and safety regulatory agencies have issued good practice guidelines and personal protective equipment (PPE) to minimize exposure to various hazards. wearing is recommended. Chemical and biological protective clothing (CBPC) is widely used and is considered the most economical of the PPE options. For airborne nanomaterials, type 5 CBPC is considered the last line of defense against such hazards as it provides systemic protection against airborne solid particulates according to ISO 13982-1 and ISO 13982-2 standards. Reference "International Organization for Standardization (ISO) 13982-1:2004"; Refer to 「International Organization for Standardization (ISO) 13982-2:2004」.
타입 5 CBPC의 기재로서 통상적으로 사용되는 부직(nonwoven) 및 직조(woven) 재료는 불량한 통기성 및 여과성과 같은 몇몇 단점을 갖는다. 예를 들어 상기 Liu, Y 등의 문헌; 문헌 「Wingert, L., 등, "Filtering erformances of 20 Protective Fabrics Against Solid Aerosols," J. Occup. Environ . Hyg. 2019, 16, 592-606」을 참조한다. Nonwoven and woven materials commonly used as substrates for Type 5 CBPC have several disadvantages, such as poor breathability and filterability. For example, Liu, Y et al., above; See Wingert, L., et al., "Filtering performances of 20 Protective Fabrics Against Solid Aerosols," J. Occup. Environ. Hyg. 2019, 16, 592-606”.
현재 시판되고 있는 안면 마스크 및 인공 호흡기는 감염성 입자를 차단하기 위한 적절한 여과 효율을 갖지 않거나 빈번하고 편리한 사용을 허용하기에 충분한 공기 투과성을 갖고 있지 못하다. 문헌 「Lee, S., 등, "Polybenzimidazole Nanofiber Membrane Filter for Highly Breathable PM2.5 Dust Proof Mask" ACS Appl Mater. interfaces, 2019, 11, 2750-57, doi:10.1021/acsami.8bl9741」을 참조한다. 더욱이, 최근 COVID-19 팬데믹으로 안면 마스크 또는 인공 호흡기와 접촉하는 병원체를 박멸할 안면 마스크 및 인공 호흡기용 항바이러스 멤브레인 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 이것은 마스크를 다른 표면과 실수로 접촉하거나 착용자가 마스크의 외부 표면을 손으로 만짐으로써 감염성 입자가 다른 표면으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 코팅에 사용하기에 적합하거나 개인 보호 장비에 도입될 수 있는 수많은 항바이러스제가 알려져 있다. 예를 들어 문헌 「Tran, D.Ν., 등, "Nanoparticles as Potential Antiviral Agents against African Swine Fever Virus," Mater. Res. Express, 2020, 6(12), doi: 10.1Q88/2O53-1591/ab6ad8」; 「Moreno, M.A., 등, "Active Properties of Edible Marine Polysaccharide-Based Coatings Containing Larrea nitida Polyphenols Enriched Extract," Food Hydrocoil. 2020, 102, 105595, doi: 10.1016/j .foodhyd.2019.105595」; 「Husen, A. "Natural Product-Based Fabrication of Zinc-Oxide Nanoparticles and Their Applications," In Nanomaterials and Plant Potential , 2019, 193-219, Springer」; 「Cheng, C., 등, "Functional Graphene Nanomalerials Based Architectures: Biointeractions, Fabrications, and Emerging Biological Applications," Chent. Rev. 2017, 117, 1826-1914」; 「Zhang, D.-h., 등, "In Silica Screening of Chinese Herbal Medicines with the Potential to Directly Inhibit 2019 Novel Coronavirus," J. Integr Med. 2020, 18, 152-8, doi: 10.1016/j.joim.2020.02.005」; 미국특허 제9,963,611호 및 제8,678,002호를 참조한다.Currently marketed face masks and respirators do not have adequate filtration efficiency to block infectious particles or sufficient air permeability to allow frequent and convenient use. Literature "Lee, S., et al., "Polybenzimidazole Nanofiber Membrane Filter for Highly Breathable PM2.5 Dust Proof Mask" ACS Appl Mater. interfaces, 2019, 11, 2750-57, doi: 10.1021/acsami.8bl9741”. Moreover, the recent COVID-19 pandemic has increased interest in developing antiviral membranes for face masks and respirators that will eradicate pathogens that come into contact with face masks or respirators. This can prevent the transfer of infectious particles to other surfaces by accidental contact of the mask with other surfaces or by the wearer's hand touching the outer surface of the mask. Numerous antiviral agents are known that are suitable for use in coatings or that can be incorporated into personal protective equipment. See, for example, Tran, D.Ν., et al., "Nanoparticles as Potential Antiviral Agents against African Swine Fever Virus," Mater. Res. Express, 2020, 6(12), doi: 10.1Q88/2O53-1591/ab6ad8”; "Moreno, M.A., et al., "Active Properties of Edible Marine Polysaccharide-Based Coatings Containing Larrea nitida Polyphenols Enriched Extract," Food Hydrocoil. 2020, 102, 105595, doi: 10.1016/j.foodhyd.2019.105595”; "Husen, A. "Natural Product-Based Fabrication of Zinc-Oxide Nanoparticles and Their Applications," In Nanomaterials and Plant Potential, 2019, 193-219, Springer"; "Cheng, C., et al., "Functional Graphene Nanomalerials Based Architectures: Biointeractions, Fabrications, and Emerging Biological Applications," Chent. Rev. 2017, 117, 1826-1914”; 「Zhang, D.-h., et al., “In Silica Screening of Chinese Herbal Medicines with the Potential to Directly Inhibit 2019 Novel Coronavirus,” J. Integr Med. 2020, 18, 152-8, doi: 10.1016/j.joim.2020.02.005”; See U.S. Patent Nos. 9,963,611 and 8,678,002.
전기방사, 상 반전(phase inversion), 계면 중합, 스트레칭(stretching), 트랙 에칭(track-etching)를 비롯한, 나노섬유 멤브레인을 제조하기 위한 다양한 기술들이 알려져 있다. 전기방사는 기공 크기(pore size)의 효율성과 균일성을 제공하는 매우 유용한 기술이다. 예를 들어 「Ray, S.S., 등, "A Comprehensive Review: Electrospinning Technique for Fabrication and Surface Modification of Membranes for Water Treatment Application," RSC Adv. 2016, 6(88), 85495-85514, doi: 10.1O39/C6RA14952A」를 참조한다. 전기방사는 마이크로미터 또는 나노미터 규모의 연속적인 섬유를 생성하기 위해 전기장을 사용하는 공정이다. 전기방사는 섬유 직경, 배향(orientation), 기공 크기 및 기공률(porosity)과 같은 특성들을 포함하는 스카폴드(scaffold)의 미세 구조의 직접 조절을 가능하게 한다.Various techniques are known for fabricating nanofibrous membranes, including electrospinning, phase inversion, interfacial polymerization, stretching, and track-etching. Electrospinning is a very useful technique that provides efficiency and uniformity of pore size. For example, "Ray, SS, etc., "A Comprehensive Review: Electrospinning Technique for Fabrication and Surface Modification of Membranes for Water Treatment Application," RSC Adv. 2016, 6(88), 85495-85514, doi: 10.1O39/C6RA14952A”. Electrospinning is a process that uses an electric field to create continuous fibers on the micrometer or nanometer scale. Electrospinning allows direct control of the microstructure of the scaffold, including properties such as fiber diameter, orientation, pore size and porosity.
전기방사 나노섬유는 광범위한 응용 분야를 가지고 있다. 여기에는 항균 식품 포장, 생물의학 응용, 환경 응용 등이 포함된다. 예를 들어 문헌 「Lin, L., 등, "Cold Plasma Treated 'thyme Essential Oil/Silk Fibroin Nanofibers against Salmonella Typhimurium in Poultry Meat," Food Packag. Shelf Life, 2019, 21, 100337」; 「Zhu, Y., 등, "A Novel Polyethylene Oxi de/Dendrobium officinale Nanofiber: Preparation, Characterization and Application in Pork Packaging," Food Packag. Shelf Life , 2019, 21, 100329」; 「Surendhiran, D., 등, "Encapsulation of Phlorotannin in Alginate/PEO Blended Nanofibers to Preserve Chicken Meat from Salmonella Contaminations," Food Packag. Shelf Life, 2019, 21, 100346」; 「Khan, M.Q., 등, "The Development of Nanofiber Tubes Based on Nanocomposites of Polyvinylpyrrolidone Incorporated Gold Nanoparticles as Scaffolds for Neuroscience Application in Axons," Text Res. J. 2019, 89, 2713-20, doi: 10.1177/0040517518801185」; 「Ullah, S., 등, "Antibacterial Properties of In Situ and Surface Functionalized Impregnation of Silver Sulfadiazine in Polyacrylonitrile Nanofiber Mats," Ini. J. Nanomedicine, 2019, 14, 2693-2703, doi: 10.2147/DN.S 197665」; 「Khan, M.Q., 등, "Fabrication of Antibacterial Electrospan Cellulose Acetate/S ilver-Sul fadiazine Nanofibers Composites for Wound Dressings Applications," Polym. Test. 2019, 74, 39-44. Doi: 10.1016/j.polymertesting.2018.12.015」; 상기 Ray, S.S. 등의 문헌을 참조한다.Electrospun nanofibers have a wide range of applications. These include antibacterial food packaging, biomedical applications, and environmental applications. See, eg, Lin, L., et al., "Cold Plasma Treated 'thyme Essential Oil/Silk Fibroin Nanofibers against Salmonella Typhimurium in Poultry Meat," Food Packag. Shelf Life, 2019, 21, 100337; 「Zhu, Y., et al., “A Novel Polyethylene Oxi de/Dendrobium officinale Nanofiber: Preparation, Characterization and Application in Pork Packaging,” Food Packag. Shelf Life, 2019, 21, 100329; “Surendhiran, D., et al., “Encapsulation of Phlorotannin in Alginate/PEO Blended Nanofibers to Preserve Chicken Meat from Salmonella Contaminations,” Food Packag. Shelf Life, 2019, 21, 100346; "Khan, M.Q., et al., "The Development of Nanofiber Tubes Based on Nanocomposites of Polyvinylpyrrolidone Incorporated Gold Nanoparticles as Scaffolds for Neuroscience Application in Axons," Text Res. J. 2019, 89, 2713-20, doi: 10.1177/0040517518801185; 「Ullah, S., et al., “Antibacterial Properties of In Situ and Surface Functionalized Impregnation of Silver Sulfadiazine in Polyacrylonitrile Nanofiber Mats,” Ini. J. Nanomedicine, 2019, 14, 2693-2703, doi: 10.2147/DN.S 197665; "Khan, M.Q., et al., "Fabrication of Antibacterial Electrospan Cellulose Acetate/Silver-Sul fadiazine Nanofibers Composites for Wound Dressings Applications," Polym. Test. 2019, 74, 39-44. Doi: 10.1016/j.polymertesting.2018.12.015”; Said Ray, S.S. See et al.
전기방사 나노섬유 직물은 CBPC의 유망한 후보로 여겨져 왔다. 예를 들어 문헌 「Lee, S 등, "Transport Properties of Layered Fabric Systems Based on Electrospun Nanofibers," Fibers Polym. 2007, 8, 501-06」;「Bagherzadeh, R., 등, "Transport Properties of Multi-Layer Fabric Based on Electrospun Nanofiber Mate as a Breathable Barrier Textile Material," Text. Res . J. 2012, 82, 70-76」을 참조한다.Electrospun nanofibrous fabrics have been considered promising candidates for CBPC. See, for example, Lee, S et al., "Transport Properties of Layered Fabric Systems Based on Electrospun Nanofibers," Fibers Polym. 2007, 8, 501-06”; “Bagherzadeh, R., et al., “Transport Properties of Multi-Layer Fabric Based on Electrospun Nanofiber Mate as a Breathable Barrier Textile Material,” Text. Res. J. 2012, 82, 70-76”.
전기방사 중합체 나노섬유는 매우 큰 외부 표면적, 우수한 수증기 운반 특성 및 양호한 기계적 강도를 나타낼 수 있다. 예를 들어 문헌 「Huang, Z., 등, "A Review on Polymer Nanofibers by Electrospinning and Their Applications in Nanocomposites," Compos. Sci. Technol. 2003, 63, 2223-53」을 참조한다.Electrospun polymer nanofibers can exhibit very large external surface area, good water vapor transport properties and good mechanical strength. See, for example, Huang, Z., et al., "A Review on Polymer Nanofibers by Electrospinning and Their Applications in Nanocomposites," Compos. Sci. Technol. 2003, 63, 2223-53”.
전기방사 중합체 나노섬유로부터의 직물의 제작은 초박형(ultrathin), 경량(lightweight) 및 높은 인장강도(tensile strength) 직물을 생성한다. 예를 들어 상기 Lee, S. 등의 문헌; 문헌 「Dhineshbabu, N. R., 등, "Electrospun MgO/Nylon 6 Hybrid Nanofibers for Protective Clothing," Nano-Micro Lett 2014, 6, 46-54」; 「Han, Y., 등, "Reactivity and Reusability of Immobilized Zinc Oxide Nanoparticles in Fibers on Methyl Parathion Decontamination," Text Res. J. 2013, 86, 339-49」을 참조한다.Fabrication of fabrics from electrospun polymer nanofibers results in ultrathin, lightweight and high tensile strength fabrics. See, for example, Lee, S. et al., above; Dhineshbabu, N. R., et al., “Electrospun MgO/
Chen 등은 폴리아크릴아미드옥심(polyacryiamidoxime; PAAO)과 PAN의 전기방사를 통해 친핵성 옥심 모이어티를 도입하여 생성된 기능성화된 나노섬유 매트를 개시한다. 이들 기능성화된 나노섬유는 화학적 신경작용제(chemical nerve agents)를 가수분해하는 상당한 능력을 나타내었다. 문헌 「Chen, L., 등, "Multifunctional Electrospun Fabrics via Layer-by-Layer Electrostatic Assembly for Chemical and Biological Protection," Chem. Mater. 2010, 22, 1429-36.」을 참조한다.Chen et al. disclose functionalized nanofibrous mats produced by introducing nucleophilic oxime moieties through electrospinning of polyacryiamidoxime (PAAO) and PAN. These functionalized nanofibers showed significant ability to hydrolyze chemical nerve agents. See Chen, L., et al., "Multifunctional Electrospun Fabrics via Layer-by-Layer Electrostatic Assembly for Chemical and Biological Protection," Chem. Mater. 2010, 22, 1429-36.”
Choi 등은 N-클로로 하이드란토인(N-chloro hydantoin, NCH-PU)에 의해 기능성화된 가공된 폴리우레탄 나노섬유를 개시한다. 이들 나노섬유는 성공적으로 V-형 신경 가스(nerve gas)(데메톤-S-메틸)의 모조 물질(simulant)을 제거하였다. 문헌 「Choi, J., 등, "N-Chloro Hydantoin Functionalized Polyurethane Fibers Toward Protective Cloth Against Chemical Warfare Agents," Polymer , 2018, 138, 146-55」을 참조한다.Choi et al. disclose engineered polyurethane nanofibers functionalized with N-chloro hydantoin (NCH-PU). These nanofibers successfully removed a simulant of V-shaped nerve gas (demeton-S-methyl). See Choi, J., et al., "N-Chloro Hydantoin Functionalized Polyurethane Fibers Toward Protective Cloth Against Chemical Warfare Agents," Polymer, 2018, 138, 146-55.
유해 화학 물질 및 생물학적 제제에 대한 차폐를 위한 보호복 및 안면 마스크에 사용하기 위해 제안된 다양한 금속 나노입자 일체형 나노섬유가 개시되었다. 예를 들어 문헌 「Ramaseshan, R., 등, "Zinc Titanate Nanofibers for the Detoxification of Chemical Warfare Simulants," J. Am. Ceram. Soc. 2007, 90, 1836-42」을 참조한다.A variety of metal nanoparticle-integrated nanofibers proposed for use in protective clothing and face masks for shielding against hazardous chemicals and biologicals have been disclosed. See, for example, Ramaseshan, R., et al., “Zinc Titanate Nanofibers for the Detoxification of Chemical Warfare Simulants,” J. Am. Ceram. Soc. 2007, 90, 1836-42”.
Lee 등은 화학 작용제(chemical warfare agent; CWA)의 모조 물질로부터 사용자를 보호하기 위해 기능성 PAN 나노섬유 웹을 개시한다. 문헌 「Lee, J., 등, "Preparation of Non- Woven Nanofiber Webs for Detoxification of Nerve Gases" Polymer , 2019, 179, 121664」을 참조한다. Lee et al. disclose functional PAN nanofiber webs to protect users from simulants of chemical warfare agents (CWA). See "Lee, J., et al., "Preparation of Non-Woven Nanofiber Webs for Detoxification of Nerve Gases" Polymer, 2019, 179, 121664".
Zhao 등은 폴리아미드-6 나노섬유에 도입된 금속-유기 프레임워크(metal-organic frameworks; MOF)를 개시한다. MOF-나노섬유 복합체는 CWA를 해독하기 위한 특별한 반응을 나타냈다. 문헌 「Zhao, J. 등, "Ultra-Fast Degradation of Chemical Warfare Agents Using MOF-Nanofiber Kebabs," Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 13224-28」을 참조한다.Zhao et al. disclose metal-organic frameworks (MOFs) incorporated into polyamide-6 nanofibers. The MOF-nanofiber composite showed a specific response to detoxify CWA. See Zhao, J. et al., "Ultra-Fast Degradation of Chemical Warfare Agents Using MOF-Nanofiber Kebabs," Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 13224-28”.
HIV 감염을 예방하기 위해 항바이러스제가 전기방사 섬유에 도입되었다. 문헌 「T. N., 등, "Griffithsin-Modified Electrospun Fibers as a Delivery Scaffold To Prevent HIV Infection," Antimicrob. Agents Chemother. 2016, 60, 6518」을 참조한다.Antiviral agents have been incorporated into electrospun fibers to prevent HIV infection. Literature "T. N., et al., "Griffithsin-Modified Electrospun Fibers as a Delivery Scaffold To Prevent HIV Infection," Antimicrob. Agents Chemother. 2016, 60, 6518”.
안면 마스크 및 인공 호흡기에 사용하기 위한 높은 여과 효율 및 통기성을 갖는 항바이러스 및 기타 항병원성 특성을 갖는 고성능 멤브레인을 개발하기 위해 새로운 재료에 대한 필요성이 남아 있다.A need remains for new materials to develop high performance membranes with antiviral and other antipathogenic properties with high filtration efficiency and breathability for use in face masks and respirators.
높은 여과 효율과 우수한 기공률을 제공하는 전기방사 중합체 나노섬유 멤브레인이 본원에 개시된다.Disclosed herein are electrospun polymer nanofibrous membranes that provide high filtration efficiency and good porosity.
상기 멤브레인은 하나 이상의 항균제 또는 항바이러스제로 처리될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 멤브레인은 그래핀, 나노입자, 나노복합체, 다가 금속 이온 및 천연물로부터 추출된 약용 또는 기타 추출물로 구성된 군으로부터 선택되는 항바이러스제로 처리될 수 있다. 상기 처리법은 상기 멤브레인의 표면에 하나 이상의 항바이러스제를 코팅하는 것이 바람직하다. 대안으로는, 하나 이상의 항바이러스제가 나노섬유 멤브레인으로 함침(impregnation)될 수 있다.The membrane may be treated with one or more antimicrobial or antiviral agents. In some embodiments, the membrane can be treated with an antiviral agent selected from the group consisting of graphene, nanoparticles, nanocomposites, multivalent metal ions, and medicinal or other extracts from natural products. In the treatment method, it is preferable to coat the surface of the membrane with at least one antiviral agent. Alternatively, one or more antiviral agents may be impregnated into the nanofibrous membrane.
상기 멤브레인은 하나 이상의 금속-유기 프레임워크(metal-organic frameworks; MOF)로 추가로 또는 대안적으로 함침될 수 있다. 상기 하나 이상의 MOF는 예를 들어 하나 이상의 지르콘 MOF일 수 있다. MOF는 화학 작용제(CWA) 및 기타 독성 화학 제제의 여과 기능을 제공할 수 있으며, 일부 구현예에서는 작은 미립자 및 병원체의 추가 또는 대체 여과 기능을 제공할 수 있다.The membrane may additionally or alternatively be impregnated with one or more metal-organic frameworks (MOFs). The one or more MOFs may be, for example, one or more zircon MOFs. MOFs can provide filtration of chemical agents (CWAs) and other toxic chemical agents and, in some embodiments, additional or alternative filtration of small particulates and pathogens.
상기 개시된 멤브레인은 바람직하게는 높은 여과 효율을 가질 수 있다. 상기 개시된 멤브레인의 기공률은 바람직하게는 안면 마스크 또는 인공 호흡기에 사용하기에 적합한 통기성 특성(breathability characteristics)을 제공하기에 충분할 수 있다. 상기 개시된 멤브레인은 감염성 병원체 및/또는 다른 작은 미립자에 대한 내성이 높은 안면 마스크 및 인공 호흡기를 제조하는 데 적합하다.The membranes disclosed above may preferably have high filtration efficiencies. The porosity of the membranes disclosed above may be sufficient to provide breathability characteristics suitable for use in face masks or respirators, if desired. The disclosed membranes are suitable for making face masks and respirators with high resistance to infectious pathogens and/or other small particulates.
도 1은 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예 중의 대표적인 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예 중의 대표 샘플에 대한 섬유 직경 측정치 및 분포를 나타낸 것이다.
도 3은 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예 중의 대표 샘플에 대한 수은 세공계 분석(mercury porosimeter analysis)에 의해 측정된 기공 크기 분포를 나타낸 것이다.
도 4는 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예 중의 대표 샘플에 대한 평균 기공률 및 평균 기공률 분포를 나타낸 것이다.
도 5는 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예 중의 대표 샘플에 대한 기계적 인장강도 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예 중의 대표 샘플에 대한 여과 효율 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예 중의 대표 샘플에 대한 라텍스(latex) 여과 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예 중의 대표 샘플에 대한 바이러스 여과 효율 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예 중의 대표 샘플에 대한 박테리아 여과 효율 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예 중의 대표 샘플에 대한 가연성 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 11은 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예 중의 대표 샘플에 대한 항바이러스 특성 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 12는 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예 중의 대표 샘플에 대한 항균 특성 시험 결과를 나타낸 것이다.
도 13은 여과 효율이 상기 멤브레인을 통한 에어로졸의 유속(flow rate)에 의해 어떻게 영향을 미치는지를 나타낸 것이다.
도 14는 멤브레인을 가로지르는 압력 강하가 멤브레인을 통한 에어로졸의 유속에 어떻게 영향을 미치는지를 나타낸 것이다.1 shows a representative scanning electron microscope (SEM) image of an embodiment of the disclosed nanofibrous polymer membrane.
Figure 2 shows fiber diameter measurements and distributions for a representative sample of an embodiment of the disclosed nanofibrous polymeric membrane.
FIG. 3 shows the pore size distribution determined by mercury porosimeter analysis for a representative sample of an embodiment of the disclosed nanofibrous polymeric membrane.
4 shows average porosity and average porosity distribution for a representative sample of an embodiment of the disclosed nanofibrous polymer membrane.
5 shows mechanical tensile strength test results for a representative sample of an embodiment of the disclosed nanofibrous polymeric membrane.
6 shows filtration efficiency test results for a representative sample of an embodiment of the disclosed nanofibrous polymer membrane.
7 shows latex filtration test results for a representative sample of an embodiment of the disclosed nanofibrous polymeric membrane.
8 shows virus filtration efficiency test results for a representative sample from an embodiment of the disclosed nanofibrous polymer membrane.
Figure 9 presents bacterial filtration efficiency test results for a representative sample of an embodiment of the disclosed nanofibrous polymer membrane.
10 shows flammability test results for a representative sample of an embodiment of the disclosed nanofibrous polymeric membrane.
11 shows antiviral property test results for a representative sample of an embodiment of the disclosed nanofibrous polymeric membrane.
12 presents antibacterial property test results for a representative sample of an embodiment of the disclosed nanofibrous polymeric membrane.
Figure 13 shows how the filtration efficiency is affected by the flow rate of aerosol through the membrane.
Figure 14 shows how the pressure drop across the membrane affects the flow rate of an aerosol through the membrane.
본원에서는 높은 여과 효율 및 우수한 기공률을 제공하는 전기방사 중합체 나노섬유 멤브레인이 개시된다.Disclosed herein are electrospun polymer nanofibrous membranes that provide high filtration efficiency and good porosity.
상기 멤브레인은 하나 이상의 항균제 또는 항바이러스제로 처리될 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 멤브레인은 그래핀, 나노입자, 나노복합체, 다가 금속 이온 및 천연물로부터 추출된 약용 또는 기타 추출물로 구성된 군으로부터 선택되는 항바이러스제로 처리될 수 있다. 상기 처리는 바람직하게는 상기 멤브레인의 표면 상의 하나 이상의 항바이러스제의 코팅일 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 항바이러스제가 나노섬유 멤브레인에 함침될 수 있다.The membrane may be treated with one or more antimicrobial or antiviral agents. In some embodiments, the membrane can be treated with an antiviral agent selected from the group consisting of graphene, nanoparticles, nanocomposites, multivalent metal ions, and medicinal or other extracts from natural products. The treatment may preferably be a coating of one or more antiviral agents on the surface of the membrane. Alternatively, one or more antiviral agents may be impregnated into the nanofibrous membrane.
상기 멤브레인은 하나 이상의 금속-유기 프레임워크(MOF)로 추가로 또는 대안적으로 함침될 수 있다. 상기 하나 이상의 MOF는 예를 들어 하나 이상의 지르콘 MOF일 수 있다. 상기 MOF는 화학 작용제(CWA) 및 기타 독성 화학제의 여과 기능을 제공할 수 있으며, 일부 구현예에서 작은 입자 및 병원체의 추가 또는 대체 여과 기능을 제공할 수 있다.The membrane may additionally or alternatively be impregnated with one or more metal-organic frameworks (MOFs). The one or more MOFs may be, for example, one or more zircon MOFs. The MOF may provide filtration of chemical agents (CWAs) and other toxic chemicals, and in some embodiments may provide additional or alternative filtration of small particles and pathogens.
상기 개시된 멤브레인은 바람직하게는 높은 여과 효율을 가질 수 있다. 상기 개시된 멤브레인의 기공률은 바람직하게는 안면 마스크 또는 인공 호흡기로 사용하기에 적합한 통기성 특성을 제공하기에 충분할 수 있다. 상기 개시된 멤브레인은 감염성 병원체 및/또는 다른 작은 미립자들에 대한 내성이 높은 안면 마스크 및 인공 호흡기를 제조하는 데 적합하다.The membranes disclosed above may preferably have high filtration efficiencies. The porosity of the membranes disclosed above may be sufficient to provide breathable properties suitable for use as a face mask or respirator, preferably. The disclosed membranes are suitable for making face masks and respirators with high resistance to infectious pathogens and/or other small particulates.
상기 개시된 멤브레인은 바람직하게는 95% 이상, 보다 바람직하게는 98% 이상, 더욱 바람직하게는 99% 이상, 가장 바람직하게는 99.5% 이상의 여과 효율을 가질 수 있다.The disclosed membrane may have a filtration efficiency of preferably 95% or higher, more preferably 98% or higher, even more preferably 99% or higher, and most preferably 99.5% or higher.
상기 개시된 멤브레인은 바람직하게는 그의 표면에서 전염성 병원체를 차단 및 박멸할 수 있다.The disclosed membrane is preferably capable of blocking and eradicating infectious pathogens from its surface.
일부 바람직한 구현예에서, 상기 개시된 멤브레인은 불연성(non-flammable)이다.In some preferred embodiments, the disclosed membranes are non-flammable.
상기 개시된 멤브레인은 불연성 고성능 직물의 제조에 적합할 수 있다.The disclosed membranes may be suitable for the manufacture of non-combustible high performance fabrics.
일부 바람직한 구현예에서, 상기 개시된 멤브레인은 초박형이고 경량이다.In some preferred embodiments, the disclosed membranes are ultra-thin and lightweight.
일부 바람직한 구현예에서, 상기 개시된 멤브레인은 물 또는 선택된 유기 용매 예를 들어 에탄올 또는 아세톤에 노출되어도 열화되지 않는다. 따라서, 상기 멤브레인을 이용하여 제조된 제품은 세척하여 재사용할 수 있다.In some preferred embodiments, the disclosed membranes do not deteriorate upon exposure to water or selected organic solvents such as ethanol or acetone. Therefore, products manufactured using the membrane can be washed and reused.
일부 구현예에서, 상기 나노섬유 중합체 멤브레인은 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)로 제조될 수 있다. 일부 대체 구현예에서, 상기 나노섬유 중합체 멤브레인은 하나 이상의 Tecophilic™ 열가소성 폴리우레탄(Tecophilic™ thermoplastic polyurethanes; TPU)로 제조될 수 있다. 일부 다른 대체 구현예에서, 상기 나노섬유 중합체 멤브레인은 폴리비닐리덴 플루오라이드와 하나 이상의 Tecophilic™ 열가소성 폴리우레탄의 혼합(blend)으로 제조될 수 있다.In some embodiments, the nanofibrous polymeric membrane may be made of polyvinylidene fluoride (PVDF). In some alternative embodiments, the nanofibrous polymer membrane can be made of one or more Tecophilic™ thermoplastic polyurethanes (TPU). In some other alternative embodiments, the nanofibrous polymeric membrane can be made from a blend of polyvinylidene fluoride and one or more Tecophilic™ thermoplastic polyurethanes.
상기 나노섬유 중합체 멤브레인은 전기방사 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 중합체는 전기방사 전에 용매에 용해된다. 일부 구현예에서, 상기 용매는 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMA), 헥사플루오로이소프로판올(HFIP), 아세톤, 물 또는 이들의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.The nanofibrous polymeric membrane may be fabricated using electrospinning techniques. The polymer is dissolved in a solvent prior to electrospinning. In some embodiments, the solvent is preferably selected from the group consisting of dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMA), hexafluoroisopropanol (HFIP), acetone, water, or combinations thereof.
일부 구현예에서, 계면활성제는 중합체 용액에 첨가될 수 있다. 상기 중합체 용액에 계면활성제를 첨가하면 보다 작은 섬유 직경을 촉진시켜서 보다 작은 기공 크기를 갖고 따라서 보다 높은 여과 효율을 갖는 멤브레인을 생성할 수 있다. 일부 바람직한 구현예에서, 상기 계면활성제는 세트리모늄 브로마이드(cetrimum bromide; CTAB), 라우라미도프로필 베타인(lauramidopropyl betaine; LAPB) 및 알파 올레핀 설포네이트(alpha olefin sulfonate; AOS)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제일 수 있다.In some embodiments, a surfactant may be added to the polymer solution. The addition of surfactants to the polymer solution can promote smaller fiber diameters resulting in membranes with smaller pore sizes and thus higher filtration efficiencies. In some preferred embodiments, the surfactant is selected from the group consisting of cetrimum bromide (CTAB), lauramidopropyl betaine (LAPB) and alpha olefin sulfonate (AOS) It can be one or more surfactants.
일부 구현예에서, 상기 중합체 용액에 염 또는 염 용액을 첨가할 수 있다. 상기 중합체 용액에 염 또는 염 용액을 첨가하는 것은 보다 얇고 균일한 섬유의 형성을 촉진할 수 있으며, 또한 비드 형성을 감소시킬 수 있다. 상기 중합체 용액 중의 염의 존재는 전하 밀도 및 전도도를 증가시킴으로써 방사 분출구(spinning jet)의 연신(elongation)을 촉진하고, 이는 보다 얇은 섬유의 생성을 유도한다. 일부 바람직한 구현예에서, 상기 염 또는 염 용액은 알칼리 금속 할라이드 및 인산염-완충 식염수(phosphate-buffered saline; PBS)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 염 또는 염 용액일 수 있다. 보다 바람직한 일부 구현예에서, 상기 염 또는 염 용액은 염화나트륨(NaCl), 염화리튬(LiCl) 및 염화칼륨(KCl)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 염일 수 있다.In some embodiments, a salt or salt solution may be added to the polymer solution. Adding a salt or salt solution to the polymer solution can promote the formation of thinner and more uniform fibers and can also reduce bead formation. The presence of salt in the polymer solution promotes elongation of the spinning jet by increasing the charge density and conductivity, which leads to the production of thinner fibers. In some preferred embodiments, the salt or salt solution may be one or more salts or salt solutions selected from the group consisting of alkali metal halides and phosphate-buffered saline (PBS). In some more preferred embodiments, the salt or salt solution may be one or more salts selected from the group consisting of sodium chloride (NaCl), lithium chloride (LiCl) and potassium chloride (KCl).
상기 나노섬유 중합체 멤브레인은 단일층 멤브레인이거나, 또는 집적된 다층 멤브레인(integrated multi-layer membrane)일 수도 있다. 일부 구현예에서, 상기 멤브레인은 구별 가능한 미세구조 특성(microstructure characteristics)을 갖는 다수의 집적된 층(multiple integrated layers)으로 구성될 수 있다. 다수의 집적된 층으로 구성된 멤브레인은 향상된 여과 효율 및 높은 통기성을 제공할 수 있다. 집적된 다층 멤브레인의 향상된 여과 효율은 작은 병원체 입자들에 대한 우수한 장벽 보호로부터 결과할 수 있다.The nanofibrous polymer membrane may be a single layer membrane or may be an integrated multi-layer membrane. In some embodiments, the membrane may be composed of multiple integrated layers with distinguishable microstructure characteristics. A membrane composed of multiple integrated layers can provide improved filtration efficiency and high breathability. The improved filtration efficiency of integrated multilayer membranes can result from superior barrier protection against small pathogen particles.
일부 구현예에서, 집적된 다층 멤브레인은 서로 다른 기공 크기를 갖는 2개의 층으로 구성된다. 일부 대체 구현예에서, 집적된 다층 멤브레인은 상이한 기공 크기를 갖는 층에 의해 분리된 동일한 기공 크기의 2개의 층을 갖는 3개의 층으로 구성된다. 상기 기공 크기는 보다 작은 기공 크기를 갖는 층(들)의 경우 1 내지 20 ㎛이고, 보다 큰 기공 크기를 갖는 층(들)의 경우 20 내지 200 ㎛인 것이 바람직하다.In some embodiments, integrated multilayer membranes are composed of two layers with different pore sizes. In some alternative embodiments, the integrated multilayer membrane is composed of three layers with two layers of the same pore size separated by a layer with different pore sizes. The pore size is preferably between 1 and 20 μm for the layer(s) with a smaller pore size and between 20 and 200 μm for the layer(s) with a larger pore size.
기공 크기가 상이한 층에 의해 분리된 동일한 기공 크기의 2개의 층을 갖는 3개의 층을 갖는 구현예에서, 동일한 크기의 층은 보다 큰 기공 크기를 가질 수 있고, 이들 두 층 사이에서 상기 층은 보다 작은 기공 크기를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 멤브레인의 여과 효율을 크게 저하시키지 않으면서, 기체가 다층 멤브레인을 통과할 때 발생하는 압력 강하를 감소시키며, 이는 증가된 통기성(breathabiiity)에 대응한다.In an embodiment having three layers having two layers of the same pore size separated by a layer of different pore size, a layer of the same size may have a larger pore size, and between these two layers the layer may have a larger pore size. It is desirable to have a small pore size. This configuration reduces the pressure drop that occurs when a gas passes through the multilayer membrane, without significantly reducing the filtration efficiency of the membrane, which corresponds to increased breathability.
일부 또 다른 대체 구현예에서, 상기 집적된 다층 멤브레빙은 3개의 서로 다른 기공 크기를 갖는 3개의 층으로 구성된다.In some other alternative embodiments, the integrated multi-layer membrane is composed of three layers with three different pore sizes.
상기 중합체 용액의 점도 및 전기방사 공정 조건을 조절하여 집적된 다층 멤브레인에서 층의 기공 크기를 조절할 수 있다. 전기방사 공정 조건은 전기방사 설정에 사용되는 방사 분출구(spinning jet)를 보다 안정화시키기 위해 조정될 수 있다. 저점도를 갖는 용액은 전형적으로 보다 작은 기공 크기 층을 생성하며, 고점도를 갖는 용액은 전형적으로 보다 큰 기공 크기 층을 생성한다.The pore size of the layers in the integrated multilayer membrane can be controlled by controlling the viscosity of the polymer solution and the conditions of the electrospinning process. Electrospinning process conditions can be adjusted to more stabilize the spinning jet used in the electrospinning setup. Solutions with lower viscosities typically produce smaller pore size layers, and solutions with higher viscosities typically produce larger pore size layers.
일부 구현예에서, 상기 멤브레인의 층들 사이의 기계적 집적도(mechanical integrity) 및 결합력은 후속 층을 전기방사하기 전에 단섬유들(short fibers)을 전기방사함으로써 향상될 수 있다. 일부 다른 구현예에서, 후속 층을 전기방사하기 전에 스크린 거리(screen distance)를 감소시켜서 습식 섬유를 전기방사하여 "점착성 표면(tacky surface)"을 생성함으로써 멤브레인의 층들 사이의 기계적 집적도 및 결합력을 향상시킬 수 있다.In some embodiments, the mechanical integrity and bonding strength between the layers of the membrane can be improved by electrospinning short fibers prior to electrospinning a subsequent layer. In some other embodiments, the wet fibers are electrospun by reducing the screen distance before electrospinning subsequent layers to create a "tacky surface" to improve mechanical integrity and bonding between the layers of the membrane. can make it
일부 구현예에서, 상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인은 직물 재료 상에 적층될 수 있다. 대안으로, 상기 나노섬유는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP) 및 PET 공중합체와 같은 부직포 상에 직접 전기방사될 수 있다. PET 공중합체의 사용은 나노섬유와 직물 사이의 접착력을 향상시켜서 박리를 감소시킨다.In some embodiments, the nanofibrous polymeric membranes disclosed above may be laminated onto textile materials. Alternatively, the nanofibers can be directly electrospun onto non-woven fabrics such as polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP) and PET copolymers. The use of the PET copolymer improves the adhesion between the nanofibers and the fabric, thereby reducing delamination.
상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인은 그래핀, 나노입자, 나노복합체, 다가 금속 이온 및 천연물로부터 추출된 약용 또는 기타 추출물로 구성된 군으로부터 선택되는 항바이러스제 등의 항-병원성 물질로 처리될 수 있다. 상기 나노입자는 바람직하게는 금속 나노입자 예를 들어 은 나노입자 또는 아연 나노입자일 수 있다. 상기 나노복합체는 바람직하게는 은-도핑된 이산화티탄 나노재료일 수 있다. 상기 다가 금속 이온은 바람직하게는 Cu2 + 또는 Zn2 + 양이온과 같은 금속 이온일 수 있다. 천연물로부터의 추출물은 바람직하게는 감초 추출물(licorice extracts)일 수 있다.The disclosed nanofibrous polymeric membrane may be treated with an anti-pathogenic agent, such as an antiviral agent selected from the group consisting of graphene, nanoparticles, nanocomposites, multivalent metal ions, and medicinal or other extracts derived from natural products. Preferably, the nanoparticles may be metal nanoparticles, such as silver nanoparticles or zinc nanoparticles. The nanocomposite may preferably be a silver-doped titanium dioxide nanomaterial. The multivalent metal ion may preferably be a metal ion such as Cu 2+ or Zn 2+ cation. Extracts from natural products may preferably be licorice extracts.
상기 항-병원성 제제(들)는 상기 멤브레인의 표면에 물리적으로 코팅될 수 있다. 상기 코팅은 화학적 또는 전기화학적 방법 예를 들어 원자층 증착, 기상 증착 방법 예를 들어 물리적 기상 증착(PVD) 또는 화학적 기상 증착(CVD), 스프레이 코팅 방법 예를 들어 플라즈마 스프레이 또는 스프레이 플레이팅(spray painting), 또는 물리적 코팅 방법 예를 들어 딥-코팅(dip-coating) 또는 빙사-코팅(spin-coating)을 사용하여 도포될 수 있다.The anti-pathogenic agent(s) may be physically coated on the surface of the membrane. The coating may be performed by chemical or electrochemical methods such as atomic layer deposition, vapor deposition methods such as physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD), spray coating methods such as plasma spray or spray painting. ), or using physical coating methods such as dip-coating or spin-coating.
상기 항-병원성 제제(들)는 대안으로는 전기방사 전에 중합체 용액에 상기 항-병원성 제(들)를 혼합함으로써 상기 멤브레인으로 도입되고, 이에 의해서 상기 항-병원성 제제(들)로 함침된 멤브레인을 생성할 수 있다.The anti-pathogenic agent(s) is alternatively introduced into the membrane by mixing the anti-pathogenic agent(s) in a polymer solution prior to electrospinning, thereby leaving the membrane impregnated with the anti-pathogenic agent(s). can create
일부 구현예에서, 상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인은 하나 이상의 금속-유기 프레임워크(MOF), 예를 들어 지르콘 MOF로 함침될 수 있다. 상기 MOF는 전기방사 전에 상기 MOF를 중합체 용액에 혼합하여 중합체 용액에 도입시키고, 이에 의해서 상기 MOF로 함침된 멤브레인을 생성할 수 있다.In some embodiments, the nanofibrous polymeric membranes disclosed above may be impregnated with one or more metal-organic frameworks (MOFs), such as zircon MOFs. The MOF can be introduced into the polymer solution by mixing the MOF into the polymer solution prior to electrospinning, thereby producing a membrane impregnated with the MOF.
일부 구현예에서, 항-병원성 제제(들)의 코팅 또는 함침 이외에 멤브레인으로의 MOF-함침이 있을 수 있다. 다른 구현예에서, 멤브레인으로의 MOF-함침은 항-병원성 제제(들)의 코팅 또는 함침의 대안일 수 있다. MOF로 함침된 멤브레인은 화학 작용제(CWA) 및 기타 독성 화학제를 여과할 수 있다. 일부 구현예에서, MOF로 함침된 멤브레인은 또한 항바이러스, 항균 또는 다른 항-병원성 특성을 나타낼 수 있다.In some embodiments, there may be MOF-impregnation into the membrane in addition to coating or impregnation with the anti-pathogenic agent(s). In another embodiment, MOF-impregnation into the membrane can be an alternative to coating or impregnating with anti-pathogenic agent(s). Membranes impregnated with MOF can filter chemical agents (CWA) and other toxic chemicals. In some embodiments, membranes impregnated with MOFs may also exhibit antiviral, antibacterial or other anti-pathogenic properties.
따라서, 본원에 기재된 MOF가 본원에 기재된 항-병원성 제제, 예를 들어 항바이러스제 또는 항균제와 반드시 구별되는 것으로 의도되지는 않는다. 오히려, 상기 항-병원성 제제는 MOF일 수도 있고, 대안으로는 본원에 기재된 다른 항-병원성 제제제 중의 하나일 수도 있다. 또한, 본원에 기재된 MOF가 반드시 항바이러스, 항균 또는 다른 항-병원성 특성을 나타내도록 의도된 것은 아니다. 상기 개시된 멤브레인에서 함침된 MOF는 화학 작용제(CWA) 및 다른 독성 화학제의 여과 기능을 제공할 수 있지만, 일부 구현예에서는 항바이러스, 항균 또는 다른 항-병원성 특성을 나타내지 않거나 작은 입자의 여과 기능을 제공할 수 있다.Accordingly, the MOFs described herein are not necessarily intended to be distinguished from anti-pathogenic agents, eg, antiviral or antibacterial agents, described herein. Rather, the anti-pathogenic agent may be a MOF, or alternatively may be one of the other anti-pathogenic agents described herein. Further, the MOFs described herein are not necessarily intended to exhibit antiviral, antibacterial or other anti-pathogenic properties. Although the MOFs impregnated in the disclosed membranes can provide filtration of chemical agents (CWAs) and other toxic chemicals, in some embodiments, they do not exhibit antiviral, antibacterial or other anti-pathogenic properties or filtration of small particles. can provide
상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인으로 코팅된 직물 재료의 통기성(breathability)을 높이기 위해, 직물 재료의 동일면 또는 반대면에 두께가 상이한 다수의 나노섬유 층들이 전기방사될 수 있다. 직물 재료 롤(textile material roll)의 형태인 상기 직물 재료는 전기방사에 의해 하나 이상의 나노섬유 층으로 코팅될 수 있으며, 일부 구현예에서는 하나 이상의 제 1 나노섬유 층은 제 1 권취 속도(winding speed)로 상기 직물 재료의 제 1 면(first side) 상에 전기방사되고, 상기 직물 재료 롤은 플립핑(flipping)되고, 하나 이상의 제 2 나노섬유 층은 제 2 권취 속도로 상기 직물 재료의 제 2 면 상에 전기방사되되, 상기 제 1 권취 속도는 상기 제 2 권취 속도와 상이하다. 다른 구현예에서, 하나 이상의 제 1 나노섬유 층은 제 1 권취 속도로 상기 직물 재료의 제 1 면 상에 전기방사되고, 이어서 하나 이상의 제 2 나노섬유 층은 제 2 권취 속도로 상기 직물 재료의 제 1 면 상에 전기방사되되, 상기 제 1 권취 속도는 상기 제 2 권취 속도와 상이하다. 또 다른 구현예에서, 하나 이상의 제 1 나노섬유 층은 제 1 권취 속도로 상기 직물 재료의 제 1 면 상에 전기방사되고, 이어서 하나 이상의 제 2 나노섬유 층은 제 2 권취 속도로 상기 직물 재료의 제 1 면 상에 전기방사되며, 이어서 상기 직물 재료 롤이 플립핑되고, 하나 이상의 제 3 나노섬유 층은 제 3 권취 속도로 상기 직물 재료의 제 2 면 상에 전기방사되되, 상기 제 1 권취속도는 상기 제 2 권취 속도와 상이하다. 또 다른 구현예에서, 상기 직물 재료의 일면 또는 양면에 상이한 두께의 나노섬유층을 추가로 포함하도록 전기방사 단계를 더 추가할 수 있다.To increase the breathability of textile materials coated with the nanofibrous polymer membranes described above, multiple nanofibrous layers of different thicknesses may be electrospun on the same or opposite side of the textile material. The textile material in the form of a roll of textile material may be coated by electrospinning with one or more layers of nanofibers, and in some embodiments the one or more first layers of nanofibers may be coated at a first winding speed. is electrospun onto a first side of the textile material, the roll of textile material is flipped, and at least one second nanofiber layer is rolled onto the second side of the textile material at a second winding speed. electrospun on the top, wherein the first winding speed is different from the second winding speed. In another embodiment, one or more first nanofiber layers are electrospun onto the first side of the textile material at a first windup speed, and then one or more second nanofiber layers are electrospun onto the first side of the textile material at a second windup speed. Electrospun on one side, wherein the first winding speed is different from the second winding speed. In another embodiment, one or more first nanofibrous layers are electrospun onto a first side of the textile material at a first windup speed and then one or more second nanofiber layers are electrospun on the textile material at a second windup speed. electrospun on a first side, then the roll of textile material is flipped, and at least one third nanofiber layer is electrospun on a second side of the textile material at a third winding speed, wherein the first winding speed is different from the second winding speed. In another embodiment, an additional electrospinning step may be added to further include nanofibrous layers of different thicknesses on one or both sides of the fabric material.
본원에서는 또한 상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인으로 제조된 안면 마스크 또는 인공 호흡기가 개시된다. 상기 안면 마스크 또는 인공 호흡기는 착용자가 편안하게 사용할 수 있도록 높은 여과 용량 및 적절한 통기성 특성을 갖는 것이 바람직하다. 상기 개시된 안면 마스크 또는 인공 호흡기는 바람직하게는 95% 이상, 보다 바람직하게는 98% 이상, 더욱 바람직하게는 99% 이상, 가장 바람직하게는 99.9% 이상의 여과 효율을 갖는다.Also disclosed herein is a face mask or respirator made of the nanofibrous polymeric membranes described above. The face mask or respirator preferably has a high filtration capacity and suitable breathability properties so that the wearer can use it comfortably. The face mask or respirator disclosed above preferably has a filtration efficiency of 95% or greater, more preferably 98% or greater, even more preferably 99% or greater, and most preferably 99.9% or greater.
본원에서는 또한 상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인으로부터 안면 마스크 또는 호흡기를 제조하는 방법이 개시된다. 상기 방법은 바람직하게는 특정 적용 요건에 따라 항-병원성, 물리적, 화학적 및 기계적 물성을 미세 조정하는 것이 허용될 수 있다.Also disclosed herein is a method of making a face mask or respirator from the nanofibrous polymeric membranes described above. The method may preferably allow fine-tuning of anti-pathogenic, physical, chemical and mechanical properties according to specific application requirements.
샘플 준비sample preparation
하기 샘플 준비 재료 및 방법은 예시적인 것이다. 본 발명의 범위 내에서 다른 적절한 재료 및 방법이 사용될 수 있다.The following sample preparation materials and methods are illustrative. Other suitable materials and methods may be used within the scope of the present invention.
재료(materials). Multiple Tecophitic™ 열가소성 폴리우레탄(PEU)은 루브리졸(Lubrizol.)사에서 구입하였다. Knyar 2801 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)는 아르케마(Arkema)사에서 구입하였다. 헥사플루오로이소프로판올(HFIP)는 옥크우드 프로덕츠 인코포레이티드(Oakwood Products Inc.)사에서 구입하였다. 디메틸아세트아미드(DMA), 아세톤, 세트리모늄 브로마이드(CTAB), 및 염화리튬(LiCl)은 피셔 사이언티픽(Fisher Scientific)사에서 구입하였다. 은 나노입자(15 mm)는 스카이스프링 나노매터리얼즈(Skyspring Nanomaterials)사에서 구입하였다. ZnO 및 CuO(Zn-Cu)는 시그마-알드리히(Sigma-Aldrich)사에서 구입하였다. Ag-도핑된 TiO2(Ag-TiO2) 나노입자는 제이엠 매터리얼 테크놀로지 인코포레이티드(JM Material Technology Inc.)사에서 구입하였다. 감초 추출물(licorice extracts)은 엑스에스엘 유에스에이 인코포레이티드(XSL USA Inc.)사에 의해서 공급되었다. materials. Multiple Tecophitic™ thermoplastic polyurethane (PEU) was purchased from Lubrizol. Knyar 2801 polyvinylidene fluoride (PVDF) was purchased from Arkema. Hexafluoroisopropanol (HFIP) was purchased from Oakwood Products Inc. Dimethylacetamide (DMA), acetone, cetrimonium bromide (CTAB), and lithium chloride (LiCl) were purchased from Fisher Scientific. Silver nanoparticles (15 mm) were purchased from Skyspring Nanomaterials. ZnO and CuO (Zn-Cu) were purchased from Sigma-Aldrich. Ag-doped TiO 2 (Ag-TiO 2 ) nanoparticles were purchased from JM Material Technology Inc. Licorice extracts were supplied by XSL USA Inc.
용액 준비. PEU 중합체를 HFIP에 첨가하여 7 및 15 w/v 용액을 제조하였다. CTAB 0.85% 및 LiCl 0.04%을 함유하는 3:1 DMAc/아세톤에 16.5 중량%의 PVDF를 용해시켰다. 모든 용액을 완전히 용해될 때까지 교반 플레이트에서 완전히 혼합하였다. solution preparation. PEU polymer was added to HFIP to make 7 and 15 w/v solutions. 16.5% by weight of PVDF was dissolved in 3:1 DMAc/acetone containing 0.85% CTAB and 0.04% LiCl. All solutions were thoroughly mixed on a stir plate until completely dissolved.
항바이러스 처리. 2가지 항바이러스 처리 방법을 사용하였다: (1) 멤브레인을 항바이러스 입자를 함유하는 수성 분산액에 침지시키거나, (2) 항바이러스제를 중합체 용액에 첨가하여 항바이러스 나노섬유 멤브레인을 직접 제조하였다. 사용된 항바이러스제는 2% 스트르산 및 은, Ag-TtO2 및 Zn-Cu 나노입자, 및 감초 추출물이었다. antiviral treatment. Two antiviral treatment methods were used: (1) the membrane was immersed in an aqueous dispersion containing the antiviral particles, or (2) the antiviral nanofibrous membrane was directly prepared by adding the antiviral agent to the polymer solution. Antiviral agents used were 2% stric acid and silver, Ag-TtO 2 and Zn-Cu nanoparticles, and licorice extract.
멤브레인 제작. 멤브레인 제작 공정은 롤 투 롤(roll to roll) 방식이며, 여기서 직물 재료는 섬유 재료를 한 면에서 다른 면으로 권취되고 나노섬유 층은 권취 공정 동안 직물 위에 적층되었다. 나노섬유 층의 두께는 권취 속도를 조절함으로써 조절되었다. membrane fabrication. The membrane fabrication process is roll to roll, in which a textile material is wound from one side to the other and a layer of nanofibers is laminated onto the fabric during the winding process. The thickness of the nanofiber layer was controlled by controlling the winding speed.
대표 샘플의 특성화Characterization of representative samples
안면 마스크 및 인공 호흡기에서 상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 사용 가능성을 조사하기 위하여, 상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예의 대표 샘플의 형태학(morphology), 섬유 직경, 여과 효율, 기공률, 습윤성(wettability), 기계적 강도 및 항바이러스 활성이 특성화되었다.To investigate the potential use of the disclosed nanofibrous polymer membranes in face masks and respirators, the morphology, fiber diameter, filtration efficiency, porosity, wettability, Mechanical strength and antiviral activity were characterized.
나노섬유 중합체 멤브레인은 주사 전자 현미경(SEM) 이미징을 사용하여 특성화되었다. 도 1은 상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예의 대표적인 SEM 이미지를 도시한다. 큰 이미지는 2000× 배율로 확대하여 나타낸 것이고, 각각의 삽도(inset)는 5000× 배율로 확대하여 나타낸 것이다.The nanofibrous polymeric membrane was characterized using scanning electron microscopy (SEM) imaging. 1 shows a representative SEM image of an embodiment of the nanofibrous polymer membrane described above. Large images are shown magnified at 2000× magnification, and each inset is shown magnified at 5000 × magnification.
도 1에 나타낸 바와 같이, 각각의 나노섬유 멤브레인의 내부 및 외부면은 샘플들 사이에 일정한 형태학을 나타낸다. 또한, 나노섬유 멤브레인은 양호한 배향성(orientation)을 나타내며, 브리딩(breading), 스플리팅(splitting) 및 기타 바람직하지 않은 형태학적 특성이 존재하지 않았다.As shown in Figure 1, the inner and outer surfaces of each nanofibrous membrane exhibit a consistent morphology between samples. In addition, the nanofibrous membrane exhibited good orientation and was free from breading, splitting and other undesirable morphological properties.
도 2는 상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예의 대표 샘플에 대한 섬유 직경 측정치 및 분포를 나타낸 것이다. 대표 샘플의 평균 섬유 직경은 0.224 ㎛이었고, 0.210 ㎛의 중앙값 섬유 직경 및 0.196의 표준편차를 갖는다. 평균 배향은 79°였고, 면적 범위(area coverage)는 16%였다.Figure 2 shows fiber diameter measurements and distributions for a representative sample of an embodiment of the nanofibrous polymer membrane described above. The average fiber diameter of the representative sample was 0.224 μm, with a median fiber diameter of 0.210 μm and a standard deviation of 0.196. The average orientation was 79° and the area coverage was 16%.
도 3은 상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예의 대표 샘플에 대한 수은 세공계 분석에 의해 측정된 기공 크기 분포를 도시한다. 평균 기공 직경은 0.0025 ㎛로 확인되었다.Figure 3 shows the pore size distribution determined by mercury porosimetry analysis for a representative sample of an embodiment of the nanofibrous polymer membrane described above. The average pore diameter was found to be 0.0025 μm.
도 4는 상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예의 대표 샘플에 대한 평균 기공률 및 평균 기공률 분포를 도시한다. 중량 측정으로 측정한 평균 기공률은 78.5%의 중심점 주위에 분포되어 있는 것으로 나타났다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 모든 샘플은 75% 내지 83% 범위의 일정한 기공률을 나타냈다. 고 기공률의 멤브레인은 멤브레인으로부터 제조된 안면 마스크 또는 필터의 통기성을 증가시키는 중요한 요건이다.4 depicts average porosity and average porosity distribution for a representative sample of an embodiment of the nanofibrous polymer membrane described above. The average porosity measured gravimetrically was found to be distributed around a center point of 78.5%. As shown in Figure 4, all samples showed constant porosity ranging from 75% to 83%. A high porosity membrane is an important requirement to increase the breathability of a face mask or filter made from the membrane.
도 5는 상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예의 대표 샘플에 대한 기계적 인장강도 시험 결과를 나타낸다.5 shows mechanical tensile strength test results for a representative sample of an embodiment of the nanofibrous polymer membrane described above.
상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예의 대표 샘플 또한 여과효율에 대해 시험하였다. 관찰된 효율은 30 L/min에 대해 99.61%이었고, 1.265 mbar의 압력 손실을 나타냈고, 95 L/min에 대해 99.85%이었고, 4.3 mbar의 압력손실을 나타내었다.A representative sample of an embodiment of the nanofibrous polymer membrane described above was also tested for filtration efficiency. The observed efficiency was 99.61% for 30 L/min, indicating a pressure loss of 1.265 mbar, and 99.85% for 95 L/min, indicating a pressure loss of 4.3 mbar.
하기 표 1은 멤브레인의 구현예의 대표 샘플에 대한 시험 결과의 요약을 나타낸다:Table 1 below shows a summary of the test results for a representative sample of an embodiment of the membrane:
[표 1][Table 1]
상기 멤브레인의 구현예의 대표 샘플은 물 또는 에탄올로 세척한 후에도 열화되지 않았다. 반면, 용융-취입된 멤브레인(melt-blown membrane)의 샘플은 에탄올로 세척한 후 여과 효율의 현저한 감소를 나타냈다.Representative samples of this embodiment of the membrane did not degrade after washing with water or ethanol. On the other hand, samples of melt-blown membranes showed a significant decrease in filtration efficiency after washing with ethanol.
상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예의 대표 샘플과 일반적인 용융-취입된 멤브레인 사이의 비교는 하기 표 2에 나타내었다:A comparison between a representative sample of an embodiment of the nanofibrous polymer membrane described above and a typical melt-blown membrane is shown in Table 2 below:
[표 2][Table 2]
다양한 멤브레인 샘플에 대한 여과 효율 및 관찰된 압력 강하는 하기 표 3에 표시된다:The filtration efficiencies and observed pressure drops for the various membrane samples are shown in Table 3 below:
[표 3] [Table 3]
도 6 내지 도 12는 상기 개시된 나노섬유 중합체 멤브레인의 구현예의 대표 샘플에 대한 여과 효율, 가연성 및 항바이러스성 및 항균성 시험결과를 나타낸 것이다.6-12 show filtration efficiency, flammability, and antiviral and antimicrobial test results for representative samples of embodiments of the nanofibrous polymer membranes described above.
도 13은 상기 멤브레인을 통한 에어로졸의 유속에 의해 여과 효율이 어떻게 영향을 받는지 나타낸다.Figure 13 shows how the filtration efficiency is affected by the flow rate of aerosol through the membrane.
도 14는 멤브레인의 통기성 척도인 멤브레인을 가로지르는 횡단 압력 강하가 멤브레인을 통한 에어로졸의 유속에 어떤 영향을 미치는지 나타낸다.Figure 14 shows how the flow rate of aerosol through the membrane affects the transverse pressure drop across the membrane, which is a measure of the air permeability of the membrane.
상기 개시된 구현예들의 기술은 당업자가 본원에 개시된 발명을 실시하거나 사용하기 위해 제공된다. 본 발명의 다양한 측면은 하나 이상의 예시된 구현예, 실행예 및 실시예의 맥락에서 개시되지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 구현예를 넘어서 본 발명의 다른 대안적인 구현예 및/또는 용도 및 명백한 변형 및 그들의 등가물로 확장되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 개시의 범위는 본원에서 개시된 구현예들의 특정한 특징 및 측면의 다양한 조합 또는 하위-조합을 포함함으로써, 개시된 대상의 다양한 특징, 실행 방식 및 측면이 서로 결합 또는 대체될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 본원에서 정의된 일반적인 원칙들은 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 구현예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본원에 표시된 구현예들에 한정되지 않고, 본원에 개시된 원리 및 신규 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위에 속하는 것으로 되어야 한다.Description of the embodiments disclosed above is provided to those skilled in the art to make or use the invention disclosed herein. While various aspects of the present invention are disclosed in the context of one or more illustrated embodiments, practices and examples, those skilled in the art will appreciate that the invention goes beyond the specifically disclosed embodiment to other alternative embodiments and/or uses and obvious variations of the present invention. and their equivalents. It is also to be understood that the scope of the present disclosure includes various combinations or sub-combinations of the specific features and aspects of the embodiments disclosed herein, such that the various features, practices and aspects of the disclosed subject matter may be combined with or substituted for one another. . The general principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, the present invention is not to be limited to the embodiments shown herein, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
모든 참고 문헌은 본원에서 참조로 명시적으로 포함된다.All references are expressly incorporated herein by reference.
Claims (36)
폴리비닐리덴 플루오라이드, 하나 이상의 Tecophilic™ 열가소성 폴리우레탄(TPU), 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드와 하나 이상의 Tecophilic™ 열가소성 폴리우레탄의 혼합(blend)을 포함하되,
상기 멤브레인은 하나 이상의 항-병원성 제제(anti-pathogenic agents)로 처리되는 것인, 멤브레인.As an electrospun polymer nanofibrous membrane with high filtration efficiency,
polyvinylidene fluoride, one or more Tecophilic™ thermoplastic polyurethanes (TPUs), or a blend of polyvinylidene fluoride and one or more Tecophilic™ thermoplastic polyurethanes;
wherein the membrane is treated with one or more anti-pathogenic agents.
상기 하나 이상의 항-병원성 제제는 항바이러스제(antiviral agent)를 포함하는, 멤브레인.According to claim 1,
wherein the one or more anti-pathogenic agents include an antiviral agent.
상기 항바이러스제는 그래핀, 나노입자, 나노복합체, 다가 금속 이온 및 천연물(natural products)로부터의 추출물(extracts)로 구성된 군으로부터 선택되는, 멤브레인.According to claim 2,
wherein the antiviral agent is selected from the group consisting of graphene, nanoparticles, nanocomposites, multivalent metal ions and extracts from natural products.
상기 항바이러스제는 상기 멤브레인의 표면 상에 코팅되는 것인, 멤브레인.According to claim 2,
The membrane, wherein the antiviral agent is coated on the surface of the membrane.
상기 항바이러스제는 은 나노입자(silver nanopaiticles) 및 아연 나노입자(zinc nanoparticles)로 구성된 군으로부터 선택되는, 멤브레인.According to claim 3,
The membrane of claim 1 , wherein the antiviral agent is selected from the group consisting of silver nanoparticles and zinc nanoparticles.
상기 항바이러스제는 은-도핑된 이산화티탄 나노재료(silver-doped titanium dioxide nanomaterial)를 포함하는, 멤브레인.According to claim 3,
The membrane of claim 1, wherein the antiviral agent comprises a silver-doped titanium dioxide nanomaterial.
상기 항바이러스제는 다가(multivalent) Cu2 + 또는 Zn2 + 양이온을 포함하는, 멤브레인.According to claim 3,
The antiviral agent comprises a multivalent Cu 2+ or Zn 2+ cation.
상기 항바이러스제는 감초 추출물(licorice extract)을 포함하는, 멤브레인.According to claim 3,
The membrane, wherein the antiviral agent comprises licorice extract.
상기 멤브레인에 하나 이상의 금속-유기 프레임워크(metal-organic frameworks; MOF)가 함침되어 있는, 멤브레인.According to claim 1,
wherein the membrane is impregnated with one or more metal-organic frameworks (MOFs).
상기 하나 이상의 금속-유기 프레임워크는 지르콘(zirconium) 금속-유기 프레임워크를 포함하는, 멤브레인.According to claim 5,
wherein the one or more metal-organic frameworks comprise zirconium metal-organic frameworks.
상기 멤브레인은 계면활성제를 포함하는 중합체 용액으로부터 전기방사(eleclrospun)되는, 멤브레인.According to claim 1,
wherein the membrane is electrospun from a polymer solution comprising a surfactant.
상기 계면활성제는 세트리모늄 브로마이드(cetrimum bromide; CTAB), 라우라미도프로필 베타인(lauramidopropyl betaine; LAPB) 및 알파 올레핀 설포네이트(alpha olefin sulfonate; AOS)로 구성된 군으로부터 선택되는, 멤브레인.According to claim 11,
Wherein the surfactant is selected from the group consisting of cetrimum bromide (CTAB), lauramidopropyl betaine (LAPB) and alpha olefin sulfonate (AOS).
상기 멤브레인은 염을 포함하는 중합체 용액으로부터 전기방사되는, 멤브레인.According to claim 1,
wherein the membrane is electrospun from a polymer solution comprising a salt.
상기 염은 알칼리 금속 할라이드로 구성된 군으로부터 선택되는, 멤브레인.According to claim 13,
wherein the salt is selected from the group consisting of alkali metal halides.
상기 멤브레인은 구별 가능한 미세구조 특성(microstructure characteristics)을 갖는 다수의 집적된 층(multiple integrated layers)을 포함하는, 멤브레인.According to claim 2,
wherein the membrane comprises multiple integrated layers having distinguishable microstructure characteristics.
상기 멤브레인은 상이한 기공 크기(pore size)를 갖는 제 2 층에 의해 분리된 동일한 기공 크기를 갖는 제 1 층 및 제 3 층을 포함하는 3개의 층으로 구성되는, 멤브레인.According to claim 15,
wherein the membrane is composed of three layers comprising a first layer and a third layer having the same pore size separated by a second layer having a different pore size.
상기 제 1 층 및 제 3 층은 보다 큰 기공 크기를 가지며 상기 제 2 층은 보다 작은 기공 크기를 갖는, 멤브레인.17. The method of claim 16,
wherein the first and third layers have a larger pore size and the second layer has a smaller pore size.
상기 멤브레인은 3개의 상이한 기공 크기를 갖는 3개의 층으로 구성되는, 멤브레인.According to claim 15,
wherein the membrane is composed of three layers with three different pore sizes.
상기 멤브레인의 후속 층을 전기방사하기 전에 단섬유들(short fibers)을 전기방사하거나, 또는 상기 멤브레인의 후속 층을 전기방사하기 전에 스크린 거리(screen distance)를 감소시켜서 습식 섬유를 전기방사하여 "점착성 표면(tacky surface)"을 생성함으로써, 상기 멤브레인의 층들 사이의 기계적 집적도(mechanical integrity) 및 결합력이 향상된, 멤브레인.18. The method of claim 17,
Electrospinning short fibers prior to electrospinning subsequent layers of the membrane, or by electrospinning wet fibers with a reduced screen distance prior to electrospinning subsequent layers of the membrane, to obtain "tackiness" Membrane wherein the mechanical integrity and bonding between the layers of the membrane is improved by creating a "tacky surface".
상기 멤브레인은, 직물 재료를 포함하는 직물 재료 롤(textile material roll)을 제 1 면(first side)으로부터 제 2 면(second side)으로 권취(winding)한 다음, 하기 단계들:
(a) 상기 직물 재료의 제 1 면 상에 하나 이상의 제 1 나노섬유 층을 제 1 권취 속도(winding speed)로 전기방사하는 단계;
(b) 상기 직물 재료 롤을 플립핑(flipping)하는 단계; 및
(c) 상기 직물 재료의 제 2 면 상에 하나 이상의 제 2 나노섬유 층을 제 2 권취 속도로 전기방사하는 단계;
를 기재된 순서대로 수행함으로써 형성되되,
상기 제 1 권취 속도는 상기 제 2 권취 속도와 상이한 것인, 멤브레인.According to claim 15,
The membrane is formed by winding a textile material roll comprising a textile material from a first side to a second side, followed by the following steps:
(a) electrospinning at least one first layer of nanofibers on a first side of the textile material at a first winding speed;
(b) flipping the roll of fabric material; and
(c) electrospinning at least one second nanofibrous layer on a second side of the textile material at a second winding speed;
Is formed by performing in the order described,
wherein the first winding speed is different from the second winding speed.
상기 멤브레인은, 직물 재료를 포함하는 직물 재료 롤을 제 1 면으로부터 제 2 면으로 권취한 다음, 하기 단계들:
(a) 상기 직물 재료의 제 1 면 상에 하나 이상의 제 1 나노섬유 층을 제 1 권취 속도로 전기방사하는 단계; 및
(b) 상기 직물 재료의 제 1 면 상에 하나 이상의 제 2 나노섬유 층을 제 2 권취 속도로 전기방사하는 단계;
를 기재된 순서대로 수행함으로써 형성되되,
상기 제 1 권취 속도는 상기 제 2 권취 속도와 상이한 것인, 멤브레인.According to claim 15,
The membrane is formed by winding a textile material roll comprising textile material from the first side to the second side, and then performing the following steps:
(a) electrospinning at least one first layer of nanofibers on a first side of the textile material at a first winding speed; and
(b) electrospinning at least one second layer of nanofibers on the first side of the textile material at a second windup speed;
Is formed by performing in the order described,
wherein the first winding speed is different from the second winding speed.
상기 멤브레인은, 직물 재료를 포함하는 직물 재료 롤을 제 1 면으로부터 제 2 면으로 권취한 다음, 하기 단계들:
(a) 상기 직물 재료의 제 1 면 상에 하나 이상의 제 1 나노섬유 층을 제 1 권취 속도(winding speed)로 전기방사하는 단계;
(b) 상기 직물 재료의 제 1 면 상에 하나 이상의 제 2 나노섬유 층을 제 2 권취 속도로 전기방사하는 단계;
(c) 상기 직물 재료 롤을 플립핑하는 단계; 및
(d) 상기 직물 재료의 제 2 면 상에 하나 이상의 제 3 나노섬유 층을 제 3 권취 속도로 전기방사하는 단계;
를 기재된 순서대로 수행함으로써 형성되되,
상기 제 1 권취 속도는 상기 제 2 권취 속도와 상이한 것인, 멤브레인.According to claim 15,
The membrane is formed by winding a textile material roll comprising textile material from the first side to the second side, and then performing the following steps:
(a) electrospinning at least one first layer of nanofibers on a first side of the textile material at a first winding speed;
(b) electrospinning at least one second layer of nanofibers on the first side of the textile material at a second windup speed;
(c) flipping the roll of fabric material; and
(d) electrospinning at least one third nanofibrous layer on the second side of the textile material at a third winding speed;
Is formed by performing in the order described,
wherein the first winding speed is different from the second winding speed.
폴리비닐리덴 플루오라이드, 하나 이상의 Tecophilic™ 열가소성 폴리우레탄(TPU), 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드와 하나 이상의 Tecophilic™ 열가소성 폴리우레탄의 혼합을 포함하되,
상기 멤브레인에 하나 이상의 항-병원성 제제가 함침되어 있는, 멤브레인.As an electrospun polymer nanofibrous membrane with high filtration efficiency,
polyvinylidene fluoride, one or more Tecophilic™ thermoplastic polyurethanes (TPUs), or a blend of polyvinylidene fluoride and one or more Tecophilic™ thermoplastic polyurethanes;
wherein the membrane is impregnated with one or more anti-pathogenic agents.
상기 멤브레인에 하나 이상의 금속-유기 프레임워크가 함침되어 있는, 멤브레인.24. The method of claim 23,
wherein the membrane is impregnated with one or more metal-organic frameworks.
상기 하나 이상의 금속-유기 프레임워크는 지르콘 금속-유기 프레임워크를 포함하는, 멤브레인.25. The method of claim 24,
wherein the one or more metal-organic frameworks comprise zircon metal-organic frameworks.
상기 멤브레인은 계면활성제를 포함하는 중합체 용액으로부터 전기방사되는, 멤브레인.24. The method of claim 23,
wherein the membrane is electrospun from a polymer solution comprising a surfactant.
상기 계면활성제는 세트리모늄 브로마이드(CTAB), 라우라미도프로필 베타인(LAPB) 및 알파 올레핀 설포네이트(AOS)로 구성된 군으로부터 선택되는, 멤브레인.27. The method of claim 26,
wherein the surfactant is selected from the group consisting of cetrimonium bromide (CTAB), lauramidopropyl betaine (LAPB) and alpha olefin sulfonate (AOS).
상기 멤브레인은 염을 포함하는 중합체 용액으로부터 전기방사되는, 멤브레인.24. The method of claim 23,
wherein the membrane is electrospun from a polymer solution comprising a salt.
상기 염은 알칼리 금속 할라이드로 구성된 군으로부터 선택되는, 멤브레인.29. The method of claim 28,
wherein the salt is selected from the group consisting of alkali metal halides.
상기 멤브레인은 구별 가능한 미세구조 특성을 갖는 다수의 집적된 층을 포함하는, 멤브레인.24. The method of claim 23,
wherein the membrane comprises a plurality of integrated layers having distinguishable microstructural properties.
상기 멤브레인은 상이한 기공 크기를 갖는 제 2 층에 의해 분리된 동일한 기공 크기를 갖는 제 1 층 및 제 3 층을 포함하는 3개의 층으로 구성되는, 멤브레인.31. The method of claim 30,
wherein the membrane is composed of three layers comprising a first layer and a third layer having the same pore size separated by a second layer having a different pore size.
상기 제 1 층 및 제 3 층은 보다 큰 기공 크기를 가지며 상기 제 2 층은 보다 작은 기공 크기를 갖는, 멤브레인.32. The method of claim 31,
wherein the first and third layers have a larger pore size and the second layer has a smaller pore size.
상기 멤브레인은 3개의 상이한 기공 크기를 갖는 3개의 층으로 구성되는, 멤브레인.31. The method of claim 30,
wherein the membrane is composed of three layers with three different pore sizes.
상기 멤브레인의 후속 층을 전기방사하기 전에 단섬유들을 전기방사하거나, 또는 상기 멤브레인의 후속 층을 전기방사하기 전에 스크린 거리를 감소시켜서 습식 섬유를 전기방사하여 "점착성 표면"을 생성함으로써 상기 멤브레인의 층들 사이의 기계적 집적도 및 결합력이 향상된, 멤브레인.33. The method of claim 32,
layers of the membrane by electrospinning short fibers prior to electrospinning subsequent layers of the membrane, or by electrospinning wet fibers with decreasing screen distance to create a "sticky surface" prior to electrospinning subsequent layers of the membrane. Membrane with improved mechanical integration and bonding strength between
폴리비닐리덴 플루오라이드, 하나 이상의 Tecophilic™ 열가소성 폴리우레탄(TPU), 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드와 하나 이상의 Tecophilic™ 열가소성 폴리우레탄의 혼합을 포함하되,
상기 멤브레인에 하나 이상의 금속-유기 프레임워크가 함침되어 있는, 멤브레인.As an electrospun polymer nanofibrous membrane with high filtration efficiency,
polyvinylidene fluoride, one or more Tecophilic™ thermoplastic polyurethanes (TPUs), or a blend of polyvinylidene fluoride and one or more Tecophilic™ thermoplastic polyurethanes;
wherein the membrane is impregnated with one or more metal-organic frameworks.
상기 하나 이상의 금속-유기 프레임워크는 지르콘 금속-유기 프레임워크를 포함하는, 멤브레인.
23. The method of claim 22,
wherein the one or more metal-organic frameworks comprise zircon metal-organic frameworks.
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Legal Events
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A201 | Request for examination |