자외선 살균기의 원리와 효과

코로나 바이러스의 감염 경로로 잘 알려진 것은 역시 손을 통한 감염입니다.

손에 묻은 코로나 바이러스가 눈, 코, 입의 점막을 통해서 감염되는 확률이 가장 높기 때문에 손을 자주, 그리고 깨끗이 씻는 것이 코로나 예방법 중에서 가장 효과적인 방법 중의 하나로 알려져 있습니다.

그러나 우리가 자주 만지는 물건들, 예를 들자면 휴대폰, 지갑, 자동차 열쇠와 같은 것들이 오염되어 있다면 손을 씻거나 소독제로 살균을 하는 것의 효과도 한계가 있을 밖에 없습니다.

그러면 이 같은 자주 만지는 물건들을 잘 소독하는 방법은 어떤 것들이 있을까요?

쉽게 떠오른 방법은 소독제로 이들을 닦는 것이지만 사실상이 안정적이고 일관성 있게 소독하기가 쉽지 않지 않은 것이 현실입니다.

이때 이런 니즈를 만족시키기 위해 등장한 것이 최근 핫한 제품인 UV 살균기, 즉 자외선 살균기입니다.
이 제품은 휴대폰 등에 묻은 미생물 (세균과 바이러스)을 99.9% 이상 살균할 수 있는 것으로 알려져 있습니다.

오늘은 그 원리와 효과에 대해서 살펴보고자 합니다.

목 차 (Table of Contents)

1. 자외선 살균기의 원리

자외선은 파장에 따라 여러 타입으로 분류를 합니다.

그중에서 단파장의 자외선 (200~300 나노미터) 영역을 특별히 UV-C라고 부릅니다. 이 UV-C 자외선은 에너지가 강해서 살균 효과가 있기 때문에 살균 자외선이라고 불립니다.

과학적인 연구에 따르면 이 단파장의 자외선은 미생물의 세포에 있는 핵산에 강하게 흡수되어 세포를 파괴합니다. 마치 우리 피부 세포가 여름철 태양에서 나오는 강한 자외선에 의해서 타는 것과 비슷하게 UV-C는 세포 수준에서 핵산을 파괴하고 DNA를 파괴하여 미생물을 죽입니다..

이 원리를 처음으로 발견한 사람이 덴마크 과학자인 닐스 뤼베르 핀센 (Niels Ryberg Finsen)입니다.

그는 이 자외선을 이용하여 피부 결핵균을 죽이는 장치를 개발하여 그 공로로 1903년에 노벨상을 받았습니다.

그 후에 자외선은 박테리아와 바이러스를 없애는 용도로 다양한 장치에 응용되어 왔습니다.

2. 닐스 뤼베르 핀센 (Niels Ryberg Finsen)

아래는 닐스 핀센의 노벨상 수상 추천 문의 일부입니다. 광치료법을 개발하여 심상 루프스 (피부 결핵) 치료에 큰 공로를 세운 점을 강조하고 있습니다.

핀센 박사님의 심상 루프스 치료법은 다음과 같습니다. 먼저 태양광 또는 강력한 전기불꽃 램프의 빛(이 두 종류 모두 높은 비율의 활성 광선을 포함함)을 적절한 조성을 지닌 렌즈로 모읍니다. 그리고 열선은 가능한 한 제거합니다. 이 광선을 좁은 영역의 병인성 피부에 조사하고 압력에 의해 혈액을 건조합니다. 이 광선을 1시간 동안 계속 조사하면 그 즉시 피부가 붉어지면서 약간의 염증을 일으킵니다.

다음 며칠 동안 이 염증은 지속되다가 곧 가라앉기 시작합니다. 바로 이 시점에 상처도 회복되기 시작해서 흔적이 남고, 결국 이 흔적은 정상 피부와 동일하게 됩니다.

이 방법은 다른 피부 질병의 치료에도 유용하며, 특히 심상 루프스의 치료에 효과적이었습니다. 이 질병에 대한 기존의 어떤 치료법도 광선치료법의 결과와 비교될 수 없었습니다. 이미 알고 계시는 바와 같이, 심상 루프스는 피부, 특히 코•눈썹•입술 및 볼과 같은 얼굴에 나타나는 일종의 결핵입니다.

피부는 점차 벗겨지게 되고, 시간이 지날수록 환자의 얼굴이 점점 더 혐오스러운 모습으로 변하게 됩니다. 이 질병은 특히 만성적으로 진행되는 특징이 있어 10년, 20년 또는 그 이상 활성을 유지할 수 있습니다. 더구나 현재까지 시행한 그 어떤 치료법으로도 이 질병에는 효과가 없었습니다. 따라서 환자가 이러한 형태의 치료를 참고 견딘다 하여도, 그 결과는 좌절로 끝나는 경우가 많았습니다. 이 무시무시한 질병에 대한 궁극적인 치료는 불가능해 보였습니다.

심상 루프스에 대한 핀센 박사님의 치료법은 결코 과장이 아니었습니다. 그 결과는 매우 훌륭했으며 이 방법은 전 인류에게 희망을 주었습니다.

3. 자외선 살균기의 대중화와 UV-C LED

자외선 살균기를 만들기 위해서는 자외선, 특히 UV-C 광선을 인공적으로 발생시키는 제품이 필요합니다. 이전에는 UV램프가 많이 사용되었습니다. 하지만 램프는 아무래서 크기가 크고 수명도 짧아서 대중화에 어려움이 있었습니다.

그런데, 최근에 LED 기술이 발전하면서 가시광선 LED뿐만 아니라 UV-C LED가 제조가 되면서 크기, 수명, 그리고 가격 측면에서 응용성이 매우 크게 확장되었습니다.

아래는 LG 이노텍에서 UV-C LED를 개발하고 언론에 홍보한 내용입니다. (2017년 보도 자료임, 아쉽게도 LG이노텍은 이사업에서 철수한다는 보도가 금년초에 있었음)

LG이노텍이 세계 최초로 살균 자외선 출력이 100 밀리와트(mW)에 달하는 UV(ultraviolet rays, 자외선)-C LED를 개발했다. 2020년에야 가능할 것이란 업계 전망보다 2년이나 앞서 개발에 성공했다.

UV-C LED는 자외선 중 파장이 200~280 나노미터(nm)로 짧은 자외선을 방출하도록 설계된 첨단 반도체 광원이다. ‘심자외선(Deep UV) LED’로도 불리며 세균의 DNA를 파괴하고 특수 물질에 화학반응을 일으켜 살균이나 경화(硬化) 장치 등에 사용된다. LG이노텍이 이번에 개발한 UV-C LED의 파장은 278nm다.

UV-C LED는 광출력이 높을수록 더 강력한 살균 장치를 만들 수 있지만 발열 등으로 안정적인 품질 확보가 매우 어렵다. 시장을 이끌어온 일본 업체들도 100mW UV-C LED 출시를 2020년으로 계획했을 정도다.

LG이노텍은 광추출을 극대화하는 에피 구조 및 수직 칩 기술을 적용해 기술 한계를 극복했다. 자외선 출력은 높이고 열은 효과적으로 배출시켜 안정적인 품질을 확보했다. 이번 100mW UV-C LED 1개로 소형 가전용 2mW 제품보다 50배 강력한 살균 자외선을 1만 시간 이상 방출할 수 있다.

4. 코로나 팬데믹과 휴대폰 살균기

최근의 코로나 19 확산으로 개인위생이 강조되면서 자외선 살균기에 대한 시장 수요가 급속히 커졌습니다. 이에 맞추어 소비자 가격 $50 ~$200 수준에서 휴대폰과 같이 항상 손으로 만지는 제품을 짧은 시간 내에 안정적으로 소독할 수 있는 제품들이 시장에서 큰 인기를 끌고 있습니다.

최근 미국 시장에서 인기를 끌고 있는 몇 가지 제품을 소개합니다.

1) Casetify UV Sanitizer ($120)

휴대폰이나 에어 팟 등을 기기 내부에 넣고 케이스를 닫고 버턴을 누르면 3분 정도 살균이 진행됨.

상면에 휴대폰 무선 충전기 기능도 갖고 있음