[Report](12) 항균·항바이러스 기능성 코팅 기술의 현재와 미래: 감염병 시대의 소재 기술 대응

서론

21세기에 들어서면서 인류는 신종 감염병의 위협에 지속적으로 노출되고 있다. 특히 2020년 코로나19(COVID-19) 팬데믹은 사회 전반의 위생 의식에 대전환을 일으켰으며, 사람 간 접촉뿐 아니라 공공 장소 및 제품 표면을 통한 바이러스 전파 가능성에 대한 우려를 증폭시켰다. 이러한 배경 속에서, 접촉 빈도가 높은 표면에 항균·항바이러스 성능을 부여하는 기능성 코팅 기술은 의료기기, 소비재, 전자제품, 건축재, 교통수단 등 산업 전반에서 핵심적인 역할을 차지하고 있다.

전통적으로 항균성 확보는 화학약품, 금속 삽입, 일회용 제품 사용 등을 통해 이루어졌으나, 이는 일회성 대응일 뿐 근본적인 해결책이 되기 어렵다. 이에 따라, 장기간 기능을 유지하면서도 다양한 표면에 적용 가능한 코팅 기술의 개발이 가속화되고 있다. 특히, 비활성화 및 부착 방지와 같은 작용 메커니즘을 갖는 항균 코팅 소재들은 지속적인 기술 발전을 통해, 단순한 살균을 넘어서 자기치유, 투명성, 내마모성, 내화학성 등 다양한 기능과의 융합을 이루고 있다.

본 보고서는 항균·항바이러스 기능성 코팅의 원리와 소재, 적용 기술, 기술적 과제 및 향후 발전 방향에 대해 분석하며, 2024~2025년의 기술 트렌드를 중심으로 해당 분야의 기술적 진화 양상을 심층적으로 고찰하고자 한다.

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본론

1. 항균·항바이러스 코팅 기술의 작용 원리

항균·항바이러스 코팅은 일반적으로 다음과 같은 작용 메커니즘을 기반으로 한다.

1.1 세포막 파괴

일부 금속 나노소재(은, 구리 등)는 미생물의 세포막에 접촉하여 전자 전이를 유발하고 세포막을 파괴함으로써 미생물을 사멸시킨다. 이러한 방식은 비교적 빠르고 광범위한 항균 효과를 보인다.

1.2 단백질 변형 및 DNA/RNA 변성

구리 및 산화아연 기반 소재는 세균의 단백질 구조나 바이러스의 RNA를 파괴하여 증식을 방해하고, 이는 항바이러스 성능으로 이어진다.

1.3 이온 방출

은, 아연 등은 이온 형태로 지속적으로 방출되어 주변 환경에서 항균 작용을 나타낸다. 이 방식은 장기간 항균력을 유지할 수 있는 장점이 있으나, 환경 및 인체에 대한 안전성 고려가 필요하다.

1.4 부착 억제(Anti-adhesion)

특정 고분자 및 나노패턴 표면은 박테리아나 바이러스가 표면에 정착하지 못하게 만들어 증식을 억제한다. 이는 미생물의 군집 형성과 바이오필름 형성을 원천적으로 차단하는 방식이다.

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2. 항균·항바이러스 코팅 소재별 기술 현황

2.1 금속 기반 나노소재

은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn), 산화티타늄(TiO₂) 등이 대표적인 항균 금속 소재이며, 각각 고유의 항균 메커니즘을 갖는다.
• 은(Ag) 나노입자는 넓은 스펙트럼의 박테리아 및 일부 바이러스에 효과적이며, 낮은 농도에서도 항균력이 뛰어나다. 그러나 비용이 높고, 산화 및 변색 가능성, 인체 내 축적 문제 등 안전성 검토가 요구된다.
• **구리(Cu)**는 전통적인 항균 금속으로, 특히 바이러스 억제 효과가 탁월하다. 미국 환경보호청(EPA)은 구리를 항바이러스 재료로 인정하고 있으며, 병원 문 손잡이, 대중교통의 손잡이 등에 적용되고 있다.
• **산화아연(ZnO), 산화티타늄(TiO₂)**는 자외선이나 가시광선에 반응하는 광촉매 소재로서, 반응 시 활성 산소종(ROS)을 발생시켜 미생물을 비활성화한다. 다만 자외선 의존성이 단점으로 지적되어, 가시광 응답성 도핑 기술(예: N, Ag, Pt 도핑)이 함께 개발되고 있다.

2.2 고분자 기반 항균 코팅

비금속 기반의 유기항균제는 제조 공정이 단순하고 유연한 응용이 가능하다는 장점이 있다.
• 대표적으로 폴리헥사메틸렌 비구아나이드(PHMB), 쿼터너리 암모늄염, 클로로헥시딘 등이 있으며, 섬유 코팅, 식품 포장, 필름 등에 활용된다.
• 이러한 소재는 일반적으로 세포막에 작용하여 세포 내용물을 누출시키는 방식으로 작용하며, 피부 자극이 적고 생체적합성이 높아 의료기기와의 호환성이 뛰어나다.

2.3 바이오 기반 항균소재

자연 유래 물질은 안전성과 친환경성을 갖추고 있어 최근 수요가 증가하고 있다.
• 키토산, 리소자임, 에센셜 오일(정유), 프로폴리스, 식물 유래 페놀 화합물 등이 대표적이다.
• 항균력은 금속 기반보다 낮지만, 생분해성, 저자극성, 인체 무해성 등의 장점으로 유아용품, 식품 포장, 의료용 제품에 주로 사용된다.
• 기술적 도전 과제로는 낮은 내열성, 단기 항균력 유지, 상용화 공정의 일관성 등이 있다.

2.4 하이브리드 항균 코팅

최근에는 위의 소재들을 **복합화(hybridization)**하여 각각의 단점을 보완하는 하이브리드 코팅 기술이 주목받고 있다.
• 예: 은 나노입자를 폴리우레탄 고분자에 분산시켜 투명한 항균 필름 구현
• 나노셀룰로오스 기반 매트릭스에 금속산화물을 결합한 다기능성 코팅
• 그래핀, 탄소나노튜브 등과 결합하여 기계적 물성 강화 및 전도성 부여

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3. 산업 적용 사례 및 기술 상용화 동향

3.1 의료 분야
• 항균 수술복, 마스크, 주사기, 도뇨관, 상처 보호 패치, 병원 바닥 및 벽체 코팅
• MRSA, VRE 등 다제내성균 감염을 억제하기 위한 병원 전용 코팅 개발이 활발

3.2 전자기기 및 소비재
• 스마트폰, 키보드, 노트북, 리모컨 등 고접촉 소비자 제품에 항균 필름이 적용
• 일부 기업은 항균 스마트폰 스크린 프로텍터, 항바이러스 터치패널을 상용화

3.3 교통·공공시설
• 항균 손잡이, 좌석, 승강기 버튼, 버스 및 철도 내 표면 적용 증가
• 일본 지하철, 싱가포르 MRT, 유럽 대도시에서 항균 코팅 도입 시범사업 추진

3.4 식품 및 포장재
• 식품 포장 필름 내부에 항균층을 삽입하여 부패 억제 및 유통기한 연장
• 바이오 기반 소재(PHA, PLA)와 천연 항균제를 융합한 지속가능 포장재 개발

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4. 기술적 과제와 대응 전략

4.1 항균 지속성과 내구성 확보
• 세척, 마찰, 자외선 노출 등에 의해 항균 성능이 점차 저하되는 문제 존재
• 대응 전략: 나노입자의 고정화 기술, 이온 방출 제어 기술, 다공성 구조 설계

4.2 안전성 및 인체 독성 이슈
• 은, 구리 등의 중금속 누출 가능성 및 나노입자 인체 침투에 대한 우려 존재
• 대응 전략: 생체적합성 인증 확보, 인체 접촉 부위엔 바이오 기반 소재 활용

4.3 기능성과 디자인 간의 트레이드오프
• 투명성과 항균성, 내마모성과 기능성 간의 기술적 절충 필요
• 대응 전략: 나노 크기의 항균제 분산, 투명 고분자 매트릭스 도입

4.4 규제 대응 및 인증 제도 변화
• 유럽의 REACH, 미국 EPA, 한국의 K-BPR 등 화학물질 안전성 규제 강화
• 대응 전략: 인증 획득을 위한 조기 시험, 인체 및 환경 위해성 평가 강화

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결론

항균·항바이러스 기능성 코팅 기술은 단순한 위생 차원을 넘어, 인류의 건강한 삶과 산업의 지속 가능성을 위한 핵심 소재 기술로 자리 잡고 있다. 특히 팬데믹 이후 위생 기준이 상향되며, 전통적인 일회용품 중심 대응 방식에서 장기적이고 비용 효율적인 표면처리 중심 기술로 변화하고 있다.

기술의 발전 방향은 단순 살균을 넘어서, 지속 가능성, 복합 기능성, 환경 안전성, 고기능성 융합으로 나아가고 있다. 향후 항균 코팅 기술은 자가소독(self-disinfecting), 환경 반응형 기능 조절, 고투명·고내구성 등 다기능적 특성을 바탕으로 모든 산업 영역에 적용될 것으로 기대된다.

궁극적으로는 인체 및 환경에 무해하면서도 규제 친화적이고, 소비자가 체감할 수 있는 신뢰성 높은 항균 코팅 시스템 구축이 항균 기술의 궁극적인 지향점이며, 이를 위한 융복합 소재 및 공정 기술 개발이 더욱 요구될 것이다.