새로 개발된 나노실리콘 스파이크는 일반 바이러스를 뚫고 파괴하는 데 96% 효과적입니다.

연구원들은 특히 영유아에게 호흡기 질환을 일으키는 일반적인 바이러스를 최대 96%의 효율성으로 효과적으로 관통하고 파괴할 수 있는 나노 크기의 스파이크로 덮인 실리콘 표면을 개발했습니다. 이 기술은 바이러스 확산으로부터 연구원, 의료 종사자 및 환자를 보호하는 데 사용될 수 있습니다.

인간 파라인플루엔자 바이러스(HPIV)의 네 가지 변종 중에서 HPIV-3은 가장 독성이 강하며 영유아에게 기관지염, 기관염 또는 폐렴을 일으킬 수 있습니다. HPIV-3 감염의 계절적 발병은 매년 발생하며, 바이러스는 공기를 통해 확산되거나 오염된 표면과의 직간접적인 접촉을 통해 확산됩니다.

현재 HPIV-3 감염을 예방하거나 치료할 수 있는 백신이나 항바이러스제가 없기 때문에 일반 위생과 표면 위생을 유지하는 것이 최우선 사항입니다. 이제 스페인 로비라 에 베르겔리 대학(URV)과 호주 왕립 멜버른 공과대학(RMIT 대학)의 연구원들은 놀라운 바이러스 살상 특성을 지닌 스파이크 실리콘 표면을 개발하기 위해 협력했습니다.

잠자리 날개에서 영감을 받은 RMIT 대학의 연구원들은 표면에 있는 항생제 슈퍼버그를 죽이기 위해 티타늄으로 만든 나노 크기의 스파이크를 "기계적으로 살균"하는 효능을 입증했습니다. 마찬가지로 폴링은 항균 날개를 가진 곤충에 대해 잘 알고 있었습니다. “잠자리나 매미와 같은 곤충은 박테리아와 곰팡이를 뚫을 수 있는 나노구조의 날개를 가지고 있습니다.”라고 그는 말했습니다.

하지만 바이러스는 다릅니다. 그들은 박테리아보다 작기 때문에 그들을 죽이는 데 사용되는 나노네일도 더 작아야 합니다. 중금속 및 그 유도체의 항바이러스 특성이 집중적으로 연구되어 왔지만, 금속 이온의 방출과 막과 단백질을 손상시키는 활성 산소종의 생성으로 인해 바이러스가 비활성화되는 것으로 생각됩니다. 따라서 이번 연구에서 연구진은 붕소가 도핑된 실리콘 웨이퍼를 사용하기로 결정했습니다.

이번 연구의 교신 저자 중 한 명인 Vladimir Paulin은 "이 경우 실리콘은 기술적으로 다른 금속보다 덜 복잡하기 때문에 실리콘을 사용했습니다"라고 말했습니다.

날카로운 표면을 만들기 위해 그들은 화학적 반응성 플라즈마를 사용하여 웨이퍼에 증착된 물질을 제거하는 프로세스인 플라즈마 반응성 이온 에칭을 사용하여 연구원들이 나노 크기 스파이크의 높이와 간격을 미세 조정할 수 있도록 했습니다. 그 결과 표면은 2나노미터 두께의 스파이크로 덮여 있으며 그 중 30,000개는 사람의 머리카락 하나에 들어갈 수 있으며 높이는 290나노미터에 불과합니다. HPIV-3 바이러스 입자의 직경은 100나노미터에서 420나노미터입니다.

1시간, 3시간, 6시간 동안 HPIV-3와 함께 배양된 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 검사한 결과, 바이러스 입자는 추가 스파이크 없이 실리콘 표면에서 6시간 동안 배양한 후에도 일반적인 모양을 유지한 것으로 나타났습니다. 그러나 스파이크된 표면에서는 HPIV-3 입자의 모양이 영향을 받았습니다. 1시간과 3시간 동안 배양한 후 스파이크의 날카로운 끝이 입자를 관통하여 변형되었습니다. 6시간 후에는 펠릿이 수축됩니다. 각 시점에서 나노네일 실리콘 표면의 감염성 바이러스 입자는 1시간 후 74%, 3시간 후 85%, 6시간 후 96%로 크게 감소했습니다.

연구진은 박테리아에 대한 테스트를 통해 나노스파이크가 박테리아에게도 치명적이라는 사실을 발견했습니다. 그들은 병원 감염과 관련된 두 가지 일반적인 박테리아인 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)과 황색포도상구균("포도상구균")의 세포를 파괴할 수 있었지만 HPIV-3만큼 효과적이지는 않았습니다. 18시간 배양 후, 생존하지 못하는 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)과 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus)의 비율은 각각 15%와 25%로 확인되었습니다.

이번 발견은 실리콘 나노네일을 바이러스 박멸제로 사용하는 효과를 입증합니다. 연구원들은 이 기술이 잠재적으로 위험한 생물학적 물질이 저장되어 있는 실험실 및 의료 센터에서 사용되어 연구원, 의료 종사자 및 환자에게 이러한 환경을 더욱 안전하게 만들 것으로 기대합니다.

이번 연구는 ACSNano 저널에 게재됐다.