세상의 잡다한 지식

* 충북대학교 약학대학 물리약학실 박일영 교수님의 글에서 가져옴.

* 원글은 브릭(bric)사이트에 있음.

* 요약하여 재정리함.

원제: 코로나-19 방어용 마스크를 안전하게 재사용하기 위한 살균방법에 관한 고찰

1. 마스크의 구조와 미세입자 차단의 원리.

1) KF80 마스크

- 일반인에게 권장되는 마스크 pore size: 0.6 마이크로미터의 입자를 80%차단효과를 보이는 마스크 (KF80에 해당)

- 0.6마이크로미터보다 작은것을 쓸 경우의 문제점: 숨을 재대로 쉴수 없음. 따라서 공기가 원활하게 통과할 수 있는 재료를 이용하여 마스크를 제작하게 됨.

- 정전기 필터 부직포: 구조가 이불솜과 같이 엉긴 섬유구조가 공기 흐름을 방해하고 난류를 일으켜서 미세입자의 제거를 막아줌.

2) 문제점과 해결

- 위의 부직포 크기는 6~10 마이크로 미터 정도이므로, 이것보다 작은 입자는 필터링이 불가함(Ref.1).

- 정전기에 의한 집진 원리의 도입: 6마이크로보다 더 작은 입자를 걸러낼 수 있게 됨 (Ref.2)

- 원리요약: 부직포 섬유의 재료는 폴리프로필렌(PP)과 같은 플라스틱이며 절연체이므로 부착된 전하가 도망가지 못함. 인조섬유 옷을 입거나 벗을 때 정전기 생기는 것과 같음. 이 정전기에 의한 스파크는 전하량이 작을 뿐 접압은 수천볼트에 이른다 (Ref.3).

- 해결: 위와같은 원리로 호흡하는 공기에 섞여 들어온 인자를 섬유에 흡착시켜 제거하는데, 스티로폼 조각이 니트와 같은곳에 붙어 안떨어지는 원리와 같다고 보면 됨. 일회용 마스크는 여러층으로 되어 있으며, 이렇게 정전하가 입혀진 부직포 층을 정전필터(electret filter)라고 한다.

2. 어떤 마스크를 언제 사용할 것인가?

1) 비말(침 등) 방어:

기침할 때 분무되어 나오는 물방울 평균 크기는 0.62~15.9 마이크로미터 (최빈값 8.35)범위.

(단, 기침괴 재채기에 따라 다르며, 밀어내는 힘도 사람별 차이가 있으므로 이견이 존재함. 위의 근거는 Ref.4에서 참조)

2) 비말(droplet infection) 감염과 공기(airborne infection) 감염의 차이

- 코로나 바이러스는 어디에 속하는가?

* 비말감염: 직경 5 마이크로미터보다 큰 분무방울. 무거워서 멀리가지 못함. 환자주위(실내기준 약 2m이내)에 가라앉아서 근거리 밀접접촉 감염을 일으킴. 코로나 바이러스의 경우는 비말감염으로 분류됨 (Ref. 5).

* 공기감염: 직경 5 마이크로미터보다 작은 분무방울. 오염된 공간에서 오랜시간 노출될 경우는 에어로졸에 의한 가능성도 완전 배제하기 어려우나, 일반적인 경로라고 볼 수 없음.

3) 마스크가 바이러스를 차단하는 원리.

- 마스크로 걸러내는 것은 바이러스 입자자체가 아니라, 바이러스 입자가 포함된 '비말'이나 '에어로졸'이다.

- 사람들의 오해: KF80 또는 KF94 방역 마스크는 바이러스를 효과적으로 차단하고 수술용 또는 면 마스크는 소용 없다는 인식.

- 진실: 코로나 바이러스 입자 크기는 0.12~0.15 마이크로 미터 이므로 바이러스 입자 자체는 절대 걸러낼 수 없다. 따라서 비말과 에어로졸을 방어하기 위해 마스크를 사용하므로, 마스크의 종류는 어떤것이든 관계 없다.

3. 감염의 필요조건과 비말을 막아야 하는 이유

1) 일정 숫자 이상의 바이러스 입자가 있어야 인체에 침투하여 감염을 일으킴.

2) 선천성 면역(innate immunity)으로 인하여, 바이러스 양이 적으면 자체적으로 제거 가능함.

3) 그렇다면 바이러스의 양이 많이 필요한데, 외부의 물질을 통해 바이러스가 전달되어야 하므로 비말 또는 에어로졸에 포함되어 감염이 되어야 함.

4) 에어로졸보다는 비말의 크기가 더 크므로, 비말에 포함되어 있는 바이러스 양이 많다고 할 수 있다. 가령 에어로졸에 1개의 바이러스가 들어있다고 가정하면 비말에는 1000개의 바이러스가 포함되어 있는 것과 같기 때문이다.
(참고로 물방울의 직경이 10배 커지면 부피는 1000배 커진다)

5) 따라서, 에어로졸 보다는 '비말'을 막아야 하고 더 중요하다.

4. 방역용 마스크 vs. 수술용 마스크

1) 흔한 오해로, 방역용 마스크가 수술용 마스크를 쓰는 것 보다 더 잘 막을 수 있다고 생각한다.

2) 그러나, 수술용 마스크도 세균이나 바이러스가 포함된 3마이크로미터 크기의 에어로졸을 99.9% 막을 수 있도록 설계되어 있음 (Ref.6).

3) 따라서, 수술용 마스크로도 충분히 에어로졸과 비말을 막을 수 있다.
(다만, 방역용 마스크로 가능한 작은크기의 에어로졸 까지 방어하는 것이 효과적이긴 하다)

4) 참고로, 안경쓴 사람들이 마스크를 착용하면 마스크에 김이 자주 서리는 사실에서 알 수 있듯이, 방역용 마스크도 일정양의 누설이 있을 수 있고, 0.6 마이크로미터보다 작은 에어로졸은 차단이 불가하다.

5. 마스크 부족 사태와 마스크의 재사용 가능성을 타진한 연구결과들

1) WHO에서는 일회용 마스크를 재사용하지 않도록 권고한 것은 사실.

- 미국이나 유럽에서는 일반인이 아닌, 의료진이나 환자만 착용하기 때문.

2) 마스크 재사용시 고려되어야 할 점.

- 사용한 마스크에 부착되어 있을지 모르는 바이러스를 효과적으로 살균 할 것.

- 재사용 마스크의 미세입자 차단능력은 유지되어야 할 것.

3) 2009년 신종 플루가 유행하면서 미국의 연구자들이 일회용 마스크의 재사용을 위한 살균 처리법을 연구하였고, 그 기반으로 재사용을 위한 소독법을 고찰한다.
(미국 산업안전보건원, NIOSH, National Institute for Occupational Safety and Health, 에서 연구함)

4) 살균 실험

* 최초 5가지 살균법 제시되었음 (Ref.7)

- 자외선 살균

- 에틸렌옥사이드 살균

- 과산화수소 기체 살균

- 전자렌지(microwave)살균

- 염소계살균

* 2010년 Bergman등은 이 결과를 참고하여 반복 처리의 효과를 보고자 3회 반복한 후에도 미세입자 차단능력이 유지되는지를 분석하였음(Ref.2).

* 2011년 Fisher등은 미국의 가정에서 유아 젖병의 살균법으로 이용되는 microwave steam bag에 넣어 전자렌지로 처리할 때의 바이러스 살균효과와 미세입자 차단능력의 변화 여부 관찰함 (Ref 8)

* Lore등은 자외선, 전제렌지와 물, 수증기 저온살균 방법으로 인플루엔자 바이러스가 살균되면서 차단능력유지되는지 관찰함.

6. 코로나-19원인 바이러스의 열 저항성, 마스크 정전필터의 안정성과 그에 따른 재사용 목적 살균 방법의 적정성.

1) 코로나 바이러스는 SARS바이러스와 거의 비슷할 것이라 추측됨(Ref,10).

(SARS의 바이러스 돌기(spike)가 특정 단백질에 결합하여 감염되는데 섭씨 60도에서 30분 노출되면 살균되는 특성이 있음(Ref.11))

2) 정전필터의 특징: 폴리프로필렌으로써 열에 강함(녹는점이 130~171도). 전자파에 반응하지 않고 그대로 통과하므로 가열되지 않고, 소수성이어서 물에 젖지 않음. 

3) KF방역 규격도 섭씨 38도의 온도와 85%의 상대습도에서 24시간 방치한 후에도 미세입자 차단능력의 변화가 없음을 확인하도록 되어 있음 (Ref 12.)

4) 정전필터의 섬유에 실린 전하는 몇 년간 유효하다 (Ref. 13)

7. 각 살균 별 방법과 주의사항

1) 전자렌지를 이용한 살균 - 코모양을 잡아주는 철사의 문제

- 전자렌지의 전자파에 20초간 노출했을 때 4종류의 바이러스의 감염력이 모두 사라졌다는 실험결과가 보고되어 있다. (Ref 14.)
- 바이러스는 비말이나 에어로졸에 있으며, 물분자가 다량 포함되어 있으므로 전자파는 바이러스 살균에 매우 효과ㅓㄱ임.

- 주의사항: 철사조각의 문제. 전자파에 의하여 고압의 전기불꽃이 튈 수 있어 화재의 위험성이 있다. 따라서 전자렌지에 넣기 전, 코를 잡아주는 철사를 반드시 빼야 한다 (살균이 끝나면 다시 넣어주어야 하므로 조심히 빼자.

- 단, 위의 Lore등과 Fisher등은 소량의 물을 마스크와 함께 넣어 전자파를 조사했으므로 철사를 빼지 않은 마스크도 괜찮다고는 하나, 전자렌지의 모델도 다르고 시간도 다르므로 위험하다.

- 참고: 정전필터의 구조가 파괴된다는 말은 거짓이다.

2) 수증기 저온 살균도 충분히 가능하다.

Reference (Ref)