마스크, 최첨단 과학을 장착하다

“온종일 써야 하는데 너무 불편하지 않나요?”

코로나19 팬데믹 확산 이후 매일 사용하는 생활필수품이 된 마스크. 비교적 간단해 보이는 마스크에는 아직까지 풀어야 할 과제가 많다. 답답함과 대화 곤란, 쓸림과 염증 등 피부 문제, 냄새. 특히 버려지는 일회용 마스크로 인한 환경문제도 우려할 수준에 도달했다.

이 같은 문제점을 해결하기 위해 최근 첨단과학기술과 접목, 착용에 따른 불편함을 줄이고 기능성으로 무장한 마스크가 속속 등장하고 있다.

자연스러운 호흡이 가능하도록 피부에 닿는 부분을 인체공학적으로 설계해 편안함을 주고, 한 달 동안 재사용할 수 있는 나노필터, 자연에서 스스로 분해되는 소재를 사용해 환경 문제를 해결하는 마스크까지. 마스크가 더는 우리가 알던 마스크가 아니다. 과학을 입고, 끝없는 진화를 거듭하고 있다.

▶20번 재사용 가능한 나노마스크 상용화 언제=지난해 3월 마스크 대란이 벌어졌을 당시 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 김일두 교수 연구팀은 한 달 동안 재사용이 가능한 마스크를 공개 해 큰 주목을 받았다.

김 교수 연구팀은 지름 100~ 500nm(나노미터) 크기의 나노섬유를 활용해 세탁 후에도 우수한 필터효율이 유지되는 나노섬유 멤브레인을 개발했다. 나노마스크는 에탄올 살균 세척 실험 결과 20회 반복 세척 후에도 초기 여과효율 94%, 20회 손빨래 후에도 구조 변화가 전혀 일어나지 않는다. 또 겉면 마스크 안쪽에 필터 삽입 교체가 가능해서 20회 세척 사용 후 필터를 교체해 재사용할 수 있다. 김 교수가 창업한 김일두연구소는 한 달 평균 약 10만장 수준의 필터를 제조할 수 있는 롤투롤 방식의 양산 설비도 구축했다.

김 교수는 “나노섬유 마스크 필터는 에탄올 소독세척이나 가벼운 손세탁을 통해 재사용이 가능, 마스크 품귀 문제와 환경문제를 동시에 잡을 수 있다는 것이 장점”이라고 설명했다.

하지만 약 1년9개월이 지난 지금, 나노마스크는 아직까지 상용화의 문턱을 넘지 못한 상태다. 국내에서 의약외품에 사용되지 않은 물질이거나 새롭게 개발된 제품은 식약처의 안전성·유효성 심사를 반드시 받아야 한다. 김 교수 연구팀이 개발한 나노섬유 필터 마스크 역시 기존에 없던 신소재로 만든 제품이어서 안전성·유효성 심사를 받아야 하기 때문이다.

연구진은 지난해 6월 식약처에 허가를 신청했다. 김 교수는 “나노필터의 지속성 테스트, 기계적 내구성, 피부 및 흡입 독성평가는 모두 끝냈지만 처리기한이 지나서 자진철회를 한 상태”라면서 “신소재 관련 평가항목은 보완에만 1년 정도가 필요하고 평가시험기관에서도 보수적인 검증을 진행하기 때문에 시간이 오래 걸린다”고 말했다. 마스크 성능에 문제가 없다는 결과를 받은 만큼 이달 초 재신청한다는 계획이다.

김 교수는 식약처 허가와 별도로 개발한 나노마스크를 수작업으로 제작해 지난 8월부터 방한마스크로 판매하고 있다. 숨쉬기 편하고 재사용이 가능하다는 점에서 소비자들의 호평을 받고 있다. 김 교수는 “앞으로 아프리카와 같은 개도국에서 재사용할 수 있는 마스크를 개발해 후손들에게 환경 환경을 물려주는 게 궁극적 목표”라고 전했다.

▶김서림 막고 100% 생분해되는 필터까지=한국과학기술연구원(KIST) 문명운 박사 연구팀은 김서림 방지 표면처리 기술을 활용해 항비말 마스크 개발에도 성공했다.

기존 상용제품과의 가장 큰 차이는 초발수성과 흡습성이다. 마스크 앞면에는 비말 물방울을 튕겨내는 초발수성 소재를 활용했고 안쪽에는 흡습성을 갖춘 소재를 채용해 피부트러블, 알러지, 답답함을 막을 수 있도록 고안했다.

마스크를 오래 쓰면 김이 계속 올라가면서 생기는 안구건조증도 막을 수 있다. 이 마스크는 입에서 나오는 침방울을 흡수하는 소재를 이용해서 마스크 안쪽을 편안하게 하고 동시에 입김을 잘 잡아서 안경으로 올라가는 입김이 현저히 적다.

문명운 박사는 “마스크 외부 표면에서 수분이 침착하는 것을 방지, 바이러스 함유 비말 입자가 흡입되는 것을 감소시켜 감염 가능성을 낮출 수 있다”면서 “바이러스 부착이 적어 기존 마스크에 비해 더 장시간 마스크를 사용할 수 있다. 검역이나 의료현장 의료진의 안전성을 확보하는데 큰 도움이 될 것으로 기대된다”고 말했다.

한국화학연구원 황성연 박사 연구팀은 한 달 안에 퇴비화 조건에서 100% 자연분해되면서 여러 번 재사용이 가능한 생분해 마스크 필터를 개발했다.

마스크는 분해와 재활용이 불가능해 심각한 환경오염을 일으키고 있다. 마스크 중 가장 문제가 되는 부분은 필터다. 마스크의 겉감, 안감, 귀걸이는 면 소재로 만들 수 있지만, 필터는 현재 플라스틱 빨대 소재와 같은 폴리프로필렌으로 만들어져 흙에서 썩지 않는다.

연구팀은 기존 필터 방식의 단점을 보완, 습기에 강해 여러 번 재사용할 수 있으면서도 숨쉬기 편한 신개념 생분해성 마스크 필터를 만들었다.

황성연 박사는 “국내에서 보유한 기술을 응용했기 때문에 아이디어 특허에 가깝다”며 “향후 국내 많은 기업이 제품화에 사용할 수 있기를 바란다”고 말했다. 구본혁 기자