코로나바이러스감염증-2019(COVID-19)의 출현은 공기 중 전파 병원체의 확산에 대한 큰 관심을 촉발하였다. 공기매개 감염성 질환은 바이러스, 세균, 진균 감염으로 분류된다. 환경적 요인은 이들의 전파와 치명성을 높일 수 있다. 대기오염은 전 세계적으로 질병과 조기 사망의 주요 환경 원인으로 보고되어 왔다. 특히, 다양한 구성요소와 크기의 대기 중 미세입자는 유해한 오염물질이다. 대기 중 입자에 관한 두 가지 주요 건강 영향은 다음과 같다: (1) 미세입자 물질(particulate matter, PM)이 호흡기계를 침투하여 심장 및 호흡기 질환과 같은 건강에 악영향을 미친다는 점; 및 (2) 입자의 생물에어로졸(bioaerosols)이 공기 중 병원체의 확산을 위한 매개체로 작용한다는 점이다. 미세입자는 흡입을 통한 감염 취약성 증가와 공기 중 병원체와의 상호작용을 통한 질병 확산을 통해 감염성 질환의 발생에 기여한다. 여기에서는 공기 중 미세입자가 감염성 질환에 미치는 상승적(시너지) 효과에 초점을 맞춘다. 본 연구는 생물에어로졸의 개념과 특성을 생성부터 지구에서의 변환 및 순환에 이르기까지 개관한다. 미생물이 생물에어로졸로서 다른 미세입자와 공존한다는 점을 고려하여, 공기 중 PM과 관련된 호흡기 감염을 다룬 연구들을 조사한다. 또한 대기 중 전염성 병원체의 생존에 대한 PM의 영향에 영향을 줄 수 있는 네 가지 요인(기상학적, 생물학적, 물리적, 화학적 요인)을 논의한다. 본 개관은 감염성 에어로졸의 전파를 지지하는 데 있어 미세입자의 중요한 역할을 강조하며, 이 분야에서의 추가 연구 필요성을 부각한다.

코로나바이러스감염증-2019(COVID-19)의 출현은 공기 중 전파 병원체의 확산에 대한 큰 관심을 촉발하였다. 공기매개 감염성 질환은 바이러스, 세균, 진균 감염으로 분류된다. 환경적 요인은 이들의 전파와 치명성을 높일 수 있다. 대기오염은 전 세계적으로 질병과 조기 사망의 주요 환경 원인으로 보고되어 왔다. 특히, 다양한 구성요소와 크기의 대기 중 미세입자는 유해한 오염물질이다. 대기 중 입자에 관한 두 가지 주요 건강 영향은 다음과 같다: (1) 미세입자 물질(particulate matter, PM)이 호흡기계를 침투하여 심장 및 호흡기 질환과 같은 건강에 악영향을 미친다는 점; 및 (2) 입자의 생물에어로졸(bioaerosols)이 공기 중 병원체의 확산을 위한 매개체로 작용한다는 점이다. 미세입자는 흡입을 통한 감염 취약성 증가와 공기 중 병원체와의 상호작용을 통한 질병 확산을 통해 감염성 질환의 발생에 기여한다. 여기에서는 공기 중 미세입자가 감염성 질환에 미치는 상승적(시너지) 효과에 초점을 맞춘다. 본 연구는 생물에어로졸의 개념과 특성을 생성부터 지구에서의 변환 및 순환에 이르기까지 개관한다. 미생물이 생물에어로졸로서 다른 미세입자와 공존한다는 점을 고려하여, 공기 중 PM과 관련된 호흡기 감염을 다룬 연구들을 조사한다. 또한 대기 중 전염성 병원체의 생존에 대한 PM의 영향에 영향을 줄 수 있는 네 가지 요인(기상학적, 생물학적, 물리적, 화학적 요인)을 논의한다. 본 개관은 감염성 에어로졸의 전파를 지지하는 데 있어 미세입자의 중요한 역할을 강조하며, 이 분야에서의 추가 연구 필요성을 부각한다.

대기 중 생물기원 에어로졸(bioaerosols)은 질병 전파와 기후 변화를 유발하며, 다양한 생태학적 영향을 미친다. 특히 생물기원 에어로졸 내 세균의 생존성은 생태 환경의 변화와 감염성 질병의 확산에 유의한 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 많은 연구가 온도와 습도와 같은 환경 요인을 중심으로 공기 중 세균 생존을 추정해 왔으나, 입자상 물질(particulate matter, PM)의 영향은 거의 규명되지 않았다. 본 연구에서는 세균이 공기 중에서 건조될 때 생존할 수 없으며, 건조 시간(drying time)이 그들의 수명(lifespan)을 좌우하는 핵심 요인이라는 가설을 세웠다. 우리는 미세 및 나노 크기의 입자와 세균을 포함한 액적의 증발 과정에서 형성되는 잔여물(residue)에서 세균 생존성의 변화를 조사하였다. 먼저, 에어로졸 생성(aerosol generation)을 통해 입자의 존재가 세균의 생존에 미치는 영향을 확인하였다. 수학적 모델을 구축하기 위해, 다양한 입자 조성을 포함하는 더 큰 크기의 액적에서 세균 생존성 데이터를 확보하였다. 물 증발 모델을 사용하여, 세균과 입자에 의해 형성된 다공성 구조(porous structures)에서 증발 시간과 세균 수명 사이의 관계를 규정하였다. 입자 크기와 세균 농도를 변화시켜 잔여물의 구조적 특성을 조절하였다. 그 결과, 입자에 대한 세균의 상대적 크기와 농도는 액적 증발 및 세균 수명에 영향을 미치는 핵심 인자임을 확인하였다. 세균과 입자의 크기가 유사한 경우, 세균 생존률은 다른 입자 크기 조건에 비해 상대적으로 높았고 세균 농도에 무관한 것으로 보였다. 본 연구는 물리화학적 특성과 관련된 공기 중 세균 생존성 분석 및 PM이 세균성 질병 전파에 미치는 영향을 평가하기 위한 참고자료를 제공한다. • 다공성 잔여물에서의 물 증발 속도가 세균 생존성을 좌우한다. • (입자 무첨가) 세균 생존성은 세포 농도에 비례한다. • ( d b ≈ d p ) 세균 생존성은 세포 농도와 무관하게 다른 집단보다 높다. • ( d b > d p ) 세균 생존성은 세포 농도에 의존한다. • ( d b < d p ) 높은 농도와 낮은 농도 간 생존률 차이는 극단적이다.

), BaP의 존재 여부와 무관하게. CB에 대한 BaP의 흡착으로 인해 PM의 크기가 증가하였고, 그 결과 CB 단독에 비해 인체 폐 세포에 대해 충분하지 않은 독성 효과를 나타냈다. 더 작은 CB는 세포 생존율을 감소시켜 반응성 산소종을 생성하였으며, 이는 세포 구조에 손상을 유발하여 더 유해한 물질을 전달할 수 있다. 또한, 작은 CB는 A549 상피 세포에서 전염증성 사이토카인의 발현을 유도하는 데서 우세하였다. 이러한 결과는 CB의 크기가 BaP의 존재와 비교하여 폐 세포의 염증에 즉각적으로 영향을 미치는 핵심 요인임을 시사한다.

본 연구에서는 다이아몬드 패턴 노치(diamond pattern notches)를 갖는 나노버블 생성 노즐(nanobubble generating nozzles, NBGNs)을 사용하여 아원자(submicron) 버블(나노버블)을 생성하였다. NBGN은 외부 에너지 공급 없이도 높은 유량에서 와류(vortex) 내에 나노버블을 생성할 수 있어 큰 관심을 받고 있다. 그러나 나노버블의 특성 규명과 나노버블 효과에 대한 정량적 평가지표가 부족하여, 나노버블을 생성하는 메커니즘이 아직 충분히 이해되지 못한 상태이다. 이에 본 연구에서는 고배율 렌즈를 장착한 고속 카메라를 이용하여 난류 유동에서 NBGN에 의해 생성되는 나노버블의 존재를 확인하고, 나노버블을 생성하기 위한 최적의 유동 조건을 규명하였다. 또한 동적 광산란(dynamic light scattering) 시스템을 사용하여 나노버블의 크기 분포를 확인하였다. 더 나아가 NBGN의 유형과 재료에 근거하여 나노버블의 효과를 실험적으로 조사하였다. 그 결과, NBGN이 생성한 나노버블을 포함한 작업 유체는 나노버블의 영향으로 인해 점도가 낮고 항균성이 높은 것으로 나타났다. 또한 나노버블 효과는 최소한 하루 이상 지속되거나 강화되었다. 이로써, NBGN은 세균의 생존성과 액체 점도에 대해 장기적인 효과를 갖는 나노버블을 생성함을 보여주었다.