나노입자와 잠재적 건강 영향

한보노연 회원 송 윤 희

* 나노입자란?

나노입자라 함은 적어도 한 차원이 천만분의 1미터(100nm=100×10-9) 이하의 크기인 입자이다. 이것을 소재로 나노 기술은 분자나 원자를 조작하여 새로운 소재, 구조, 기계, 기구, 소자를 제작하여 수많은 상품을 시장에 배출하고 있다.
나노입자의 크기를 예측하기 쉽지 않으므로 다른 익숙한 것들과 비교를 하면, 사람의 머리카락 두계가 약 10~50um 이고, 적혈구는 2~5um, 그리고 세포 안에 있는 DNA는 대략 0.5~2nm 이다. 머리카락 두께의 1/1000 정도 되는 크기가 나노입자라고 보면 되겠다.

* 나노입자의 특성?

나노입자의 몇가지 특성을 살펴보면, 우선 입자 표면의 원자들의 불안정한 상태를 볼 수 있다. 입자의 크기가 작아지면 덩어리에 비해 표면적이 차지하는 비율이 증가하게 됨에 따른 표면적이 증가하면 표면에 결합하지 않는 원자들이 많은 것이 그 이유다. 이는 마치 수류탄 속에 들어있는 크기가 작은 금속 입자들이 공기에 노출되면 공기 중의 산소와 반응하여 열을 방출하므로 수류탄이 터지는 것과 같다. 따라서 금, 백금과 같은 촉매 나노입자는 표면적이 넓기 때문에 촉매 효율을 높인다. 전기소자로 사용하는 경우 공기 중 기체가 나노입자에 달라붙어 원래의 기능을 변화시키기도 한다. 무엇이든 잘 붙는 성질과 소자를 통해 흐르는 전류가 외부기체 흡착 유무에 민감하게 반응하는 성질을 이용하여 각종 기체의 감지기로 사용할 수 있다. 틴소나노튜브는 기체가 탄소나노튜브 표면에 흡착되면 탄소나노튜브의 전기전도도가 기체의 종류에 따라 변하므로 기체를 고감도로 구분할 수 있다.

* 나노기술과 상품

현재 나노기술에 대한 각국 정부와 산업체는 주도권을 쥐기 위해 매년 막대한 투자를 하고 있다. 그 한 예로, 나노물질의 생산량은 2005~2010년 2,300톤에서 2011~2020년 58,000 톤으로 기하급수적 증가를 보일 것으로 예측되고 있다. 나노 물질 상품의 예로는 다음 표와 같은 것들이 있다.

나노파티클의 건강 영향에 대해서는 아직 명확하게 알려진 것은 없다. 하지만, 그 물리화학적 특성을 보건대, 여러 생물학적 체계에 영향을 줄 수 있을 것으로 보인다. 이러한 특성들로는, 입자의 크기, 모양, 표면적 크기, 전기양.음성, 화학적 특성, 용해도, 산화물 발생 잠재력, 그리고 응집의 정도 등이다. 이러한 특성들을 기반으로 나노입자의 건강 위험에 대해 충분히 알려지기 전까지 예방적 관리가 보장되어야 한다.

<나노 기술을 이용한 상품들 예>
❖주름과 때에 강한 면 섬유
(Nano-tex)
❖테니스라켓과 공
❖유리코팅과 금속 부식방지용
❖자외선차단제
(실리카 코팅된 TiO2)
❖항 세균 분진
❖상처치료 반창고와 연고,
CVC CVP 도뇨관 카테터,
심장판막, pacemaker,
수술봉합용품 등
❖화장품
❖가정용 임신 진단용품
❖공기여과시스템
❖미래생산품 :
spintronic에 기반한 컴퓨터,
항암물질, 무공해 유발엔진,
식품에서 병원체를 감지할
센서, 식품에 양분을 함유하
여 전달하는 시스템, 약물 전
달 시스템 등

* 나노입자의 잠재적인 건강 영향은?

일단 나노입자는 그 어떤 경로보다도 호흡기를 통한 인체 침입이 가장 영향이 크다. 또한 피부나 소화기로도 침입할 수 있음은 물론이다. 몇몇 동물 실험을 통하여 공기를 통한 나노입자들은 호흡기에 침작할 수 있고, 또 혈류를 통해서 다른 장기로도 진입할 수 있는 것으로 알려져있다. 쥐를 이용한 실험 결과, 폐의 염증이나 종양을 일으키는 데에는 같은 종류의 물질이라 하더라도 나노입자일 경우 훨씬 더 큰 위험을 가지고 있음을 밝혔다. 또한, 동물실험, 세포 실험 등에서 살핀 결과, 화학적 조성, 수정체, 혹은 입자 크기를 달리 함으로서 산화성 물질 발생을 높이고 또한 세포 독성도 높이는 것을 볼 수 있었다. 몇몇 노동자에 대한 연구에서는 인공적인 나노입자에 노출되는 경우 폐기능 감소와 폐의 섬유화로 인한 폐쇄성 질환과 같은 악영향이 있음을 보고하였다. 나노입자는 입자 크기가 작아질수록 잠재적 위허성이나 뉴익성이 모두 증가한다. 예로 뇌를 보호하는 뇌-혈류-막 (Blood-brain- barrier)을 통과하여 약의 대뇌 침투의 가능성을 열어 치료제 개발이 가능하나, 이 역시 새로운 건강 문제를 야기할 잠재력도 있다. 아직까지 연구가 진행 중이며 향후 더 많은 연구가 있어야만 나노 입자들의 중추적인 물리화학적 특성들에 의한 위험 잠재력을 파악할 수 있다. 건강 유해성뿐만 아니라 안전상으로도 유의할 점이 몇 개 있는데, 첫째는 나노입자의 특성상 훨씬 더 화재나 폭발의 위험을 안고 있다는 것이다. 둘째는, 그 화학적 구조로서는 예상할 수 없는 나노입자이기에 생겨나는 촉매반응 촉발 특성이 있다. 현재까지 나노입자로 인한 건강 영향에 대해서 인체영향에 대한 정확한 연구나 사례발표는 부족한 상황이다. 2009년 European Respiratory Journal 최근호에 몇몇 노동자들의 나노입자 노출에 따른 폐질환(늑막 삼출, 폐섬유화, 그리고 육아종)에 관한 논문이 나왔지만, 이에 대해 나노입자 이외의 다른 직업적 노출-예로, 페인트 물질 그 자체, 열하강에 따른 생산물질 등-에 대한 설명을 싣고 있지 않아 실효성이 없는 논문인 것으로 판단되고 있다.