나노 독성학 (Nanotoxicology)

안녕하세요.

똥물 정화하는 @chromium 입니다.

오늘은 나노 물질들의 독성 (생체 내에 미치는 영향)에 대해

이야기 해보려고 합니다.

SP 임대해 주신 @oldstone 님께 감사의 말을 전해드립니다.

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'There's Plenty of Room at the Bottom.'

우리집 지하에 넓은 방이 있다는 아니고,

보이지 않는 곳에 연구를 할 충분한 여지가 있다는 의미입니다.

양자전기역학의 아버지, 노벨상 수상자 (1965년)

아인슈타인에 버금가는 20세기 최고의 물리학자

최고의 수식어가 붙는 리처드 파인만 ( 1918 - 1988 )이

1959년 Caltech에서 강연을 할 때 남긴 말입니다.

이 명언 이 후로 90년대에 이르러 나노기술 (nanotechnology)이 태동하고,

나노기술은 혁신적인 발전을 거듭하였습니다.

현재 인류는 나노기술이 접목된 여러 문명의 이기를 누리며 살아가고 있습니다.

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오늘 이야기할 내용은 이런 나노기술의 장점이 아니라,

생태계에 미치는 악영향을 이야기 해보려고 합니다.

먼저 나노(Nano)의 어원 부터 살펴보겠습니다.

나노는 난쟁이 (드워프, dwarf) 의 뜻을 가지는

그리스어 나노스 νᾶνος (라틴어 nanus)에서 유래되었습니다.

나노는 숫자로 나타내면 10^-9 (0.000000001) 입니다.

1 나노미터(nm)는 머리카락 굵기의 약 8만분의 1정도 입니다.

나노기술이란 일반적으로 1 - 100 nm 정도 크기의 물질이 나타내는

특성과 새로운 현상을 이용하는 기술을 의미합니다.

(image source from 나노산업기술연구조합)

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하지만 이러한 특성과 새로운 현상이 꼭 좋은 방향으로만 일어나게 되는 건 아닙니다.

모든 일에는 의도하지 않은 결과가 따라오게 마련입니다.

기억하는 최악의 광고 중 하나인 S사의 은나노 세탁기 광고

살균 세탁 하셨나요 하우젠

고음이 정말 귀에 거슬려서 노이즈 마케팅은 제대로 됐던 기억이 있습니다.

지금 들어도 소름이 쫙 돋네요.

세탁기 광고를 하려는건 아니고...

'은나노' 에 대한 이야기를 하려고 합니다.

은나노 입자 (silver nanoparticles, Ag NPs)는

광고 내용대로 살균력이 정말 탁월합니다.

은나노 입자와 은나노 입자가 물에 녹아 은 이온 (Ag⁺)이 되면

세포의 세포막을 통과하여 세포 내부로 들어가게되어 살균 효과를 나타냅니다.

이대로라면 무엇이 문제인가? 하시겠지만


세탁기는 물을 사용합니다.

세탁이 끝나고 배출되는 '세탁 폐수'에

미처 다 사용하지 못한 은나노 입자가 포함되어 있다면?

하수처리장에 그대로 은나노 입자가 흘러 들어간다면?

우리가 의도하지 않았던 일들이 발생하게 되지요.

하수처리장은 미생물을 이용하는데 살균이 되어 버린다?

수계 (물 속 생태계)에 영향을 주게 되는 겁니다.

이러한 논란이 일자 S사 에서는 여러시험 결과로 수계에 영향을 주는것이

미미하다는 여러가지 시험성적서를 제출하기에 이릅니다.

하지만 미국 환경청 (EPA)에서는

세탁기 내부의 은 판(plate)에서 전기분해를 통해 발생되는 물질은

은나노 입자 보다는 은 이온 (Ag⁺)이 대부분 발생한다고 밝혔고,

은나노 세탁기에서 나오는 은 이온을 살충제ㄷㄷ와 같이 취급시켜 버립니다.

결국 여러 논란 끝에 S사는 미국에서 은나노 세탁기 사업을 철수하기에 이릅니다.

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이러한 일련의 사건을 계기로

나노 입자들에 대한 독성을 연구하는

나노 독성학(Nanotoxicology)이 하나의 연구 테마로 자리 잡게 됩니다.

독성을 나타내는 지표는

반수치사농도 (실험 대상의 절반의 개체가 사망에 이르는 농도)를 사용합니다.

영어로는 LD50 (Lethal dose - 50%) 또는 LC50 (Lethal concentration - 50%)입니다.

대표적인 나노물질인 카본나노튜브, 그래핀, 나노광촉매 등 을

대장균, 바이러스, 물벼룩, 지렁이, 쥐 등 에 피부에 노출 또는 경구 투여 (먹이는 것)하여

체내에 어느곳에 쌓이고 어떤 독성을 일으키는 지 알아보는 연구 분야입니다.

쥐의 경우 은나노 입자를 경구투여 하였을때

세포독성, 생식세포 독성 및 간독성 이 나타났습니다.¹⁾

그리고 최근에는 반수유영저해농도 (절반의 개체가 물에서 움직이지 못하게 하는 농도)

EC50 (Effectiveness concentration - 50%)이라는 개념을 새로 도입하여,

물벼룩이나 잉어 등이 사망에 이르진 않지만

물 속에 은나노 입자를 노출 시켰을때

물에서 자유롭게 헤엄치지 못하게하는 농도에 관한 연구²⁾도 진행되었습니다.

결국 나노기술이 발달함에 따라 미처 예상하지 못했던 영향을 최소화하기 위해서는

개발단계에서 독성이 적거나 없는 나노물질을 개발하는 것이 최선이 아닐까 생각합니다.

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마무리하며...

영화 스파이더맨의 명대사를 다시 써먹겠습니다.

큰 힘에는 큰 책임감이 따른다.

나노기술의 혜택을 받으면서 살아가는 인류는

생기는 부작용에 대해서도 책임감을 가지고 살아가야 합니다.

어디서 많이 본 것 같은 말

읽어주셔서 감사합니다.

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참고문헌

1. Kim et al., (2008), Inhalation Toxicol.

2. Jang et al., (2014), Environ. Sci. Technol.

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이 포스팅에서 사용한 이미지는 모두 구글 이미지에서 가져왔습니다.