[과학 지식] 비누와 알코올, 구리, 잠자리의 세균, 바이러스 사멸 효과

비누와 알코올의 항균, 항바이러스 작용

 비누에 대한 가장 오래된 기록은 기원전 2800년 바빌로니아 시대까지 거슬러 올라갑니다. 비누에 대한 여러 기록에 따르면 비누는 나무가 타고 남은 재와 같은 염기성 물질과 지방산을 혼합하여 만들어졌습니다. 염기성 물질이 녹아 있는 물은 지방과 만나 비누화 과정을 통해 덩어리를 형성합니다. 이렇게 만들어진 비누 분자는 한쪽은 물에, 한쪽은 기름에 잘 녹는 츄파춥스 모양의 계면 활성제입니다.

 사탕 부분은 물과 결합하고 막대 부분은 기름과 결합합니다. 물과 기름은 서로 뭉치는 경향이 있으므로 서로 만난다면 경계면을 형성하게 됩니다. 계면활성제는 미셀(MICELLE)이라 불리는 공 모양을 형성하여 기름을 가두고 물 전체에 퍼지게 하여 물과 기름이 섞이게 합니다.

 코로나 계열 바이러스는 표면에 돌기 형태의 스파이크 단백질이 있습니다. 바이러스 표면의 지방층 막에 꽂혀 있는 이 스파이크 단백질 돌기는 세포에 달라붙어 질병을 일으킵니다. 비누로 손을 씻으면 츄파춥스 모양 중 막대 부분인 계면활성제가 지방층에 달라붙습니다. 그리고 사탕 부분은 물과 결합하여 공 모양의 미셀을 만듭니다. 이 과정에서 바이러스를 덮고 있는 단백질 껍질 부분이 뜯겨나간 바이러스는 핵산을 쏟아내며 죽게 됩니다.

 비누는 사실 지방질로 덮여 있는 특정 바이러스를 제외하고는 실질적으로 바이러스와 세균들을 잘 죽이지는 못합니다. 이러한 바이러스와 세균은 우리 피부에 있는 기름층 덕분에 피부에 잘 달라붙습니다. 비누는 우리 피부의 기름층을 물에 녹여서 피부에 달라붙어 있던 바이러스와 세균들이 물과 함께 씻겨 내려갈 수 있게 해 줍니다.

 어떤 비누는 실제로 세균과 바이러스를 죽일 수 있는 항균, 항바이러스 성분이 첨가되어 있습니다. 포함된 항균제는 박테리아를 효과적으로 죽이지는 못하지만, 박테리아 증식을 막습니다. 그런데 이러한 항균제가 오히려 박테리아를 강하게 할 수 있습니다. 박테리아가 항균제에 내성을 갖추기 때문입니다. 그리고 이런 항균제에 내성을 가진 박테리아가 다른 항생, 항균 물질에도 내성을 가지게 될 수 있다는 연구 결과도 있습니다. 세균과 바이러스를 씻어내기 위해서는 일반적인 비누로도 충분합니다. 다만 꼼꼼하게 30초를 씻는다는 원칙이 중요합니다.

 알코올은 우리를 취하게 만들기도 하지만 손 세정제의 주성분으로 박테리아, 바이러스를 죽이는 역할도 합니다. 에탄올이 박테리아나 바이러스에 닿으면 삼투압 현상에 의해 에탄올이 외벽을 뚫고 안쪽으로 들어갑니다. 내부로 들어간 에탄올은 탈수 증상을 일으키고 단백질을 응고시켜 박테리아와 바이러스를 죽입니다. 또한 에탄올은 계면활성제로서 비누와 같은 원리로 세균과 바이러스의 지질 외벽을 녹일 수 있습니다. 에탄올에 의해 외벽이 녹아버린 세균과 바이러스는 핵산이 파열되어 죽게 됩니다. 하지만 이를 위해서는 70% 정도의 농도를 가지는 에탄올 수용액을 사용해야 합니다. 고농도의 에탄올은 껍질까지도 빠르게 응고시키기 때문에 안쪽에 단백질까지 제대로 침투하지 못하기 때문입니다.

구리는 세균에게 어떻게 작용할까?

 구리는 2008년 미국 환경보호국에서 항균 금속으로 인정했습니다. 미국의 한 병원에서는 사람들이 많이 사용하는 손잡이 등을 구리로 교체한 뒤 병원 내 감염률이 60%가량 감소했다는 보고도 있습니다.

 구리는 미량동 효과를 통해 항균 작용을 일으킵니다. 박테리아와 같은 미생물이 구리 표면에 안착하면 구리 표면에 있는 구리 이온을 필수 영양소로 인식해 세포 안으로 흡수합니다. 흡수된 구리 이온은 세포막에 구멍을 내 세포의 영양분과 수분을 배출시킵니다. 그리고 다시 구리 이온은 이 세포막에 구멍을 통해 활성산소를 끌어당깁니다. 활성산소는 우리 몸에서 면역체계 강화와 근육 재생 등에 쓰이지만, 농도가 높아지면 방사선처럼 DNA를 손상해 암과 노화를 일으킵니다. 박테리아는 호흡과 대사 작용, DNA에 장애가 생겨 곧 죽게 됩니다.

 박테리아나 바이러스는 플라스틱 유리 등의 표면에서는 최대 몇 달까지 생존할 수 있지만 구리 표면에서는 미량동 효과에 의해 빠르게 사멸합니다. 이 효과는 은, 철, 금, 백금 등의 금속에서 발견되었지만, 살균 효과가 좋고 인체에 해가 없는 구리와 은이 실생활에 주로 쓰이게 되었습니다.

 만능처럼 보이는 구리에게도 한계점은 있습니다. 다른 항균 항바이러스 수단과 마찬가지로 미생물들은 미량동 효과를 가진 금속에 내성을 키울 수 있습니다. 그리고 구리는 쉽게 부식되어 내구성이 떨어집니다. 가장 순수한 농도의 구리가 가장 살균 능력이 좋지만 50% 이상의 구리를 포함하는 구리 합금도 충분한 효과가 있다고 합니다.

잠자리 날개의 놀라운 구조

 잠자리는 무시무시한 곤충계의 포식자입니다. 잠자리는 4개의 길고 투명한 날개로 후진 비행이 가능할 정도의 뛰어난 비행 능력을 자랑합니다. 잠자리의 날개는 놀라운 비행 능력 외에도 특별한 능력을 갖추고 있습니다. 잠자리 날개에는 손톱처럼 날카로운 나노 칼날이 100억 개 이상 달려 있습니다. 이 칼날은 매우 작아 100만 개를 나란히 쌓아야 겨우 높이 3cm를 넘습니다. 이러한 날개 구조는 표면에 박테리아를 가두어 놓습니다. 박테리아가 탈출을 시도할 때 이 날카로운 칼날들이 박테리아를 분쇄하여 사멸합니다. 항균제가 화학 작용을 이용해 박테리아를 죽인다면 잠자리의 날개는 말 그대로 박테리아를 믹서기처럼 분쇄해 죽이는 것입니다. 그래서 환경오염 걱정이 없고 박테리아가 내성을 키우지 못한다는 장점이 있습니다. 이 나노 구조를 항균 용품 개발에 응용하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있습니다.