나노물질의 유해성 연구

그림1. 나노물질 (Cu)에 노출된 식물세포의 Bio-TEM 이미지 (안윤주, 윤혜온 Environmental Toxicity & Chemistry 에 투고 중, 2007)

우리가 일상적으로 알고 있는 나노기술의 정의는 ‘물질의 특성을 나노 스케일에서 규명하고 제어하는 기술’로 간단히 말할 수 있다. 나노는 10억분의 1을 나타내는 단위로 고대 그리스어인 나노스(Nanos)에서 유래되었다. 1나노미터의 크기는 잘 알려진 바와 같이 10억분의 1미터로 머리카락 굵기의 약 8만분의 1에 해당한다.
나노기술은 21세기의 차세대 산업혁명을 주도할 핵심 기술로 IT(정보통신분야), BT(생명공학분야), ET(환경공학분야)등과 함께 등장하여 전자 통신 산업, 재료·제조업, 의료·생명공학, 국방, 항공우주 등 산업 전반 다양한 분야에서 개발과 활용이 증대되고 있다. 나노기술 개발이 전세계적으로 본격화 되고, 다양한 분야에 적용 가능한 나노물질 연구개발 및 생산 가속화가 진행됨에 따라 나노기술의 사회적 영향문제가 최근의 주요 이슈로 떠오르고 있다.
이 중에서도 특히 나노물질의 인체 및 환경에 대한 유해성 문제는 가장 핵심적인 사안으로 대두되고 있다. 나노물질에 대한 유해성 연구는 국제적으로는 2003년 미국항공우주국 존슨우주센터 연구팀이 0.1 ~ 0.5mg의 탄소나노튜브를 용액형태로 쥐의 폐에 주입하고 관찰한 결과 폐 조직을 손상시켰다고 발표한 것을 시발점으로 연구되기 시작하였으며, 최근 선진연구 기관에서는 산업에 많이 이용되는 실리카와 알루미늄 등의 금속 나노입자들의 세포 독성에 대한 연구를 비롯하여 나노물질의 유해성 연구가 진행되고 있다. 우리에게도 잘 알려진 C60-Fulleren(탄소 원소 60개가 축구공 모양으로 결합하여 생긴 탄소 다각형)과 같은 카본나노튜브의 세포내 축적에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다.

생체에 쉽게 유입될 수 있는 나노물질
나노물질의 위해성은 매우 작은 크기와, 나노물질 특유의 벌크물질과 크게 다른 입자의 물리화학적 특성으로 인해 발생한다. 석면과 유리섬유와 같은 침상구조를 갖는 물질들의 암 유발 가능성과 같은 유해성에 대해서는 이미 오래전부터 잘 알려져 왔다. 나노물질의 경우 석면과 유리섬유와는 다르게 형상적 특성뿐만 아니라 매우 작은 크기로 인한  유해성이 더 주목을 받고 있다. 높은 표면 반응력과 세포막 투과능은 나노물질들이 쉽게 생체에 유입될 수 있도록 하고, 세포수준의 스트레스 유발가능성을 높이고 더 나아가 석면처럼 생체에 축적되어 지속적인 영향을 미칠 수 있는 것으로 보고되고 있다. 나노물질은 마이크로사이즈의 물질과는 달리 인체 내에 더욱 깊숙한 곳까지 침투하여 침착이 가능하므로 심혈관계 질환에 영향을 미칠 수 있고, 특히 코 신경을 통해 침투된 나노물질은 혈액에 의해 체내에서 이동가능하여 뇌 손상에까지 영향을 미칠 수 있는 것으로 판단된다. 
생체를 대상으로 한 나노물질의 위해성 연구의 대부분은 주사로 인한 주입이나 세포배양을 통해 이루어지며 주로 금속나노물질을 대상으로 한다. 일반적으로 나노입자는 주사보다는 호흡기, 구강, 피부에 의해서도 인체에 유입되는 것으로 알려져 있다. 그러나 실질적으로 유입되는 경로와 축적되는 기관, 그리고 이에 대한 거동 연구는 아직도 시작단계에 불과한 실정이다.

나노물질 유해성 방지 노력
전자현미경인 Bio-TEM 및 광루미네센스(Photoluminescence) 등의 첨단연구 장비를 활용한 연구는 나노물질의 유해성평가를 위한 물질거동연구에 가장 핵심이 된다. 이밖에도 SEM-EDX, ELS(Electrophoretic Light Scattering Spectrophotometer), AFM(원자간력 현미경), IVIS(Image Visualization and Infrared Spectroscopy) 등과 같은 장비들은 매우 효과적으로 활용이 가능하다. 이와 같이 다양한 첨단영상장치기술의 효율적 적용과 평가를 통하여 다양한 나노물질의 형태, 입자크기, 분포, 표면전하 등 물리적 특성연구를 전제로 생물체 및 생태계에서 다양한 매체로 노출되어 있는 나노물질의 평가와 관리방안 마련이 시급한 실정이다. 그러나 현실에서는 나노물질의 위해성을 연구하는 연구자들이 새로운 소재를 개발하는 연구진에 비하여 이러한 첨단장비를 활용하는 것이 수월하지 않은 실정이다.
나노물질의 잠재적인 유해 영향을 미연에 방지하고 대비책을 마련하기 위한 국제협력활동이 적극적으로 추진되어야 하며, 무분별한 나노기술 개발 및 적용 그리고 부적절한 폐기 등  잠재적 위험성을 최소화 또는 감소하기 위한 제도적 장치 마련이 동시에 이루어져야 하는 시점에 와 있다. 나노입자 등이 인체나 환경에 미치는 위해성이 심각할 것으로 인식되고 있는 것과는 달리 실제 나노물질에 의한 인체와 생태계 노출, 독성 및 유해 영향평가 기법조차 제대로 구축되어 있지 않은 실정이다.