2. 나노 셀룰로오스와 독성

나노 : 입자 크기에 의한 특이한 성질을 가지게 되고, 길이 부분과 연결된다고 생각하라.

전세계에서 오늘도 800개 이상의 나노 물질이 사용된다. 전세계을 이루는 물질의 15%가 나노 물질, 다양한 산업 부분에 투자가 진행 중   대표적으로 태양광 발전의 세미 콘덕터에 많이 쓰임, 수소가 연료 전지에 안에 사용되면서 나노 기술이 사용됨. 왜냐하면, 기존 물질보다 나노 물질이 약 1000배 정도 유리하므로

 

나노 가공 시 변형이 되는 점

나노 사이즈 가공 시 투명해짐 태양광 발전 시 나노 입자로 만든 것은 태양광 패널이 전기 생성 효율 5배 수준  카본 나노 튜브는  더 가벼운 물질을 만들 수 있음. 나노 물질의 특유의 장점이 우수하지만 문제가 있다.

 

나노 입자의 독성 이슈

독성 화학 구조를 가지고 독성을 유발하는 지를 알아보는 것이지만  하지만 나노는 입자에 특성에 기인하는 것. – 혈관에 들어오고, 조직 기관에 들어와서 서큘레이션 하는 문제가 있는 지, 없는 지 확인이 안됨.   만약 악영향이 있다면 다른 미세 물질이 몸에서 염증 반응, 뇌세포 파괴 등 암을 확률을 높이고 호흡기 질한, 천식 등을 유발하는 것과 유사한 영향을 줄 것이다. 즉 초 미세 먼지가 미치는 영향보다 더 많은 문제를 일으킬 것.   폐에서 흡수해서 몸으로, 먹든 지 해서 장으로 혈관 흡수, 피부 흡수 등   하루 0.3g 5일 먹이면 이산화 티타늄 나노 입자를 쥐한테 먹이면 DNA 변화 먹은 나노 입자가 장에서 혈관으로 움직이고 혈관에서 배설과정에서 유전자의 데미지를 받음, 임신한 쥐에 피부에 0.1g을 주 사하니 그 새끼에서 발견  유전적 독성이 있다는 뜻이다. 수컷 새끼의 경우에는 정자 개수가 줄어들고 뇌세포 일부가 죽음 즉 우리가 나노 사이즈가 위험 할 수 있음, 먹고, 피부 통과 시. 문제 발생의 위협이 있다.

 

실제 사례 1. 썬크림 속 나노 물질 - 산화 아연

산화 아연은 끈적 거리지 않는 금속이긴 하지만 제한이 있음, 제형을 개선해서 선크림을 쓸 땐 좋지만, 피부를 통해서 체내에 흡수 시 위험성을 가진다.  안티 박테리아로 나노 입자 같은 것들이 미생물로부터 몸을 보호하고 냄새가 안나게 하지만 이산화 티타늄 코팅해서 자외선 차단에 사용 시 나노 사이즈 물질을 이용해야만 함.

 

 

카본 나노 튜브

평면 구조를 말아 논 것인 데, 100-200나노 미터 정도 인데 제 2의 석면으로 예상되는 물질이기도 하다. 입자 크기에 의존하는 마이크로 단위하면 문제가 되지 않을 텐데 나노 입자이므로 섬유화 구조로 인체에 피해를 줄 수 있음.

 

나노 물질과 시장성

현재 미국 규제 법이 있다. 항성질 있어서 해당되게 됨.   은 자체가 공해의 원인이 되므로 클린 워터 법령에 처리됨   나노 실버의 경우 해가 되고 유익한 미생물도 죽인다.   나노 입자인 경우가 독성이 강하다. 실버 나노 입자를 가지고 정자를 세포를 15nm 45시간 45배 정도 강한 독성을 가짐.   은 규제 된다. 클린 실버 액트에 포함 된 주제를 발표함.   나노 셀룰로오스 입자가 또다른 규제가 EPA 청에서 나노 물질에 대한 물 내의 규제를 해야하는 보고서가 있음.   또 다른 문제점으론    세탁기, 나노 입자 코팅해서 항 미생물을 하는 경우 가 있어서 껍질이 벗겨지면 환경 공해를 일으킬 수 있음.   ATEN 나노 테크놀로지에 벌금을 먹인 이력이 있다.   2번 째 법은 독성 물질 관리법 – 나노물질 관리 여기선 새로운 물질이나 기존 물질 중에 혼합물에 정보를 가지고 테스트하고 위험성 조사, 연방 전부와 기관과 협력 하는 역할. 새로운 케미칼이 들어와도 작업자들이 이것들을 소량이 노출되도 문제가 없다면 현장 미치는 영향이 적을 것. 즉 문제가 있는 지 확인하고 위험성을 확인하면 여러 규제로 관리 받아야한다. 100개 정도의 화합물이 관리받아야함. 90일정도 처리해주고, 카본의 새로운 형태, 다이아몬드 형태, 숯 형태 등

 

 

나노 셀룰로오스의 경우도 안전하게 사용 가능하다는 허가도 받아야함.

여러 규정들을 가지고 하고 있음, 사용을 못할 위험은 없음, 기존 물질을 써도 될 정도인 데, 새 물질이 시장에 나오려면 여러가지가 있는 데 FDA는 여러가지 중, 의학 관련 먹는 것, 제약부분에서 관리 일반적으로 화장품회사의 권한은 없음, 안전한 데이터 없이 사용 가능하지만, 만약 이산화 티타늄, 나노 사이즈 선크림에서 문제가 되면 데이터 연구가 가능. 시간에 의해서 사용되면 근거는 없음, 소비자 불만이 접수 되면 사용 후는 데이터를 요구를 할 수 있을 것. 나노 케미칼은 의학 부분, 이멘드라는 제품에서 어지럽지 않게 하는 것. 그런 제품,

 

나노물질의 위험

확인과 예방, 화합물, 자극 입자들이 만들어졌을 때, 나노 사이즈에 독성물질이 자극 물질이 어떻게 미치는 지, 어떤 위험 요소가 있는 지 알 수 있다. X레이를 쏠 때, 나노 물질이 있는 데 이 입자 크기가 나노 사이즈가 됬을 때 문제를 일으키는 지, 산업화에 저해요소인지.

 

독성학

이 물질이 고유한 위험 요소를 가지는 지 평가하는 항목. 위험을 하기 위해선 물질 자체가 위험 하는 것, 노출되는 것.   EX) 바닷가에 가지 않는 한 상어에 죽는 리스크는 없음. RISK = 노출 * 위험 으로 수식화 가능

 

초 미세 먼지

2.5 micro meter 정도 사이즈   25000 nm 가 몸으로 들어와서 몸에 문제를 일으킴   이런 것을 일시적으로 만들어질 수도 있고 지속적일 수도 있음   미세먼지는 어디서 만들어질까?   대부분의 미세먼지는 자동차의 배기가스에서 만들어진다고함 60%.   공장, 집에 요리에서 23% 정도   공기 청정기 사용하면 고기 구울 떄 엄청 올라감.   집에서 대비할 때 환기를 잘하거나 해서 작은 입자들이나 해결해야함.

 

나노 파티클

길이나 폭이나 1-100nm 이내 상당히 많은 곳에서 나노 파티클 사용량이 증가 중 굉장히 발달하고 있음, 카본 나노 섬유, 그래핀, 탄소 나노 섬유   나노 셀룰로오스 영역까지 잘라냄. Oecd의 정의는 1-100nm 인 물질을 나노 물질이라고, 흑연을 sp2 혼성궤도를 둘둘 말아논 게 탄소 나노 튜브 전기적 성질이 우수함 산업적으로 우수   디젤 차량 연구소의 그림에 사용되는 것, 축구공 모양으로 만들어진 것. 멍석처럼 말아논 게 탄소나노튜브, 풀러렌은 속이 빔, 덴드로 비움은 풀러렌과 유사하지만 속에서 붙어 가지쳐서 꽉찬 공, 퀀텀 닷은 바깥은 감싸지고 내부가 양자 결합 되어있음.   카본 나노 섬유, 나노 셀룰로오스 같은 게 나노 영역에서 많은 영역에서 보게 될 것임.   카본 나노 튜브는 1,0000전 만들어짐, 천연가스나, 그을음에서 나노 튜브도 볼 수있었음

 

나노 테크 놀러지 소비 량 증가 중

 

현재 나노기술은 폭발적 증가중이다.

지수 함수 속도로 증가, 나노 파티클은 다양하고 많이 쓰여서 현재 노출 횟수가 증가해서 위험이 증가함   예전에 조금 할 때는 괜찮았는 데 지속적으로 나노에 대한 이슈가 커져 가고 있음.   이 나노 톡식컬이라는 분야를 만듬, 새로 학문이 만들어짐

 

나노 분야의 독성에 대한 이야기 – 어떤 영향을 미칠 까?

어떻게 분배되고 대사에선 어떻게 없어질까?   섭식 흡수 : 나노 기술 약품, 식품 – 장과 위에서 흡수 피부 흡수 : 바르는 약품 – 피부 통과해서 혈관으로 호흡 흡수 ; 미세 먼지 형태   호흡을 통해서 나노 입자를 막는 것은 폐안에서 없어지면 되므로 점막 층에서 이물질을 배제 처리가 가능하다면 문제는 없을 것. 체내 면역 시스템에서 어떻게 반응하는 가가 중요한 부분. 염증을 유발하거나 폐의 세포를 변형 시킬 수 있으므로   어떤 게 독성이 있는 지 입자가 큰 것들은 문제가 되지 않음,   10-20um 정도 사이즈는 큰 것들은 마크로파지에서 처리 작은 것들은 폐의 내부에 침투 됨 이 확인 됨   폐에 문제가 되면 이 2가지 나노 물질이 폐에 문제를 미친다는 것을 확인 가능함. 폐에서 정리하지 않고 혈관을 통해서 몸속에 들어옴   20-29nm정도는 폐로 흡수되서 간으로 가고 50% 정도 80nm 는 1% 10nm 는 1%   혈관 안으로 들어올 수 있어서 위험성에 대한 것을 다룸.   코를 통해서 들어오고, 미세먼지와 유사한 경향을 가짐, 먼지를 받아들여도 코, 기도에서 걸러지는 데, 마지막 폐 세포에 도달하게 되는 미세한 것은 폐에서 혈관으로 전이되고, 전체의 몸속에 돌아다니면서 부정적 역할을 할 수 있음.   선크림을 만드는 사람은 이산화 티타늄이 피내로 안들어와서 안전하다고 함. 얼마나 신빙성 있는 지는 모르겠음   베릴륨은 –   퀀텀 닷은 – 의료 장비에 사용됨. MRI나 다른 장비를 쓸 때 이미지를 잘 나오게 하는 게 퀀텀 닷. 이것도 어떤 영향을 끼치냐면 피부에 제한적 침투, 사이즈 전하에 따라 다르다는 것. 아직도 나노 입자들이 피부 통과 시 문제가 되는 지, 위해하는 지는 모름, 우려의 시선을 가짐   어떤 문제가 일어나게 될 지, 데이터들이 쌓이면 위해 여부 확인 가능할 것. 장에 흡착되서 몸에 흡수되는 것은 대체로 먹어서 오는 것. 우리 몸의 점액질에 흡착되기 쉬운 데 침투 속도는 14nm 2분 415nm 는 30분 1um 는 도달 불가능   중요한 것은 나노 입자를 만들어지는 것이 소화기 시스템이 흡착되어 도달 할 수 있음. 몸에 도달하는 것이 어떤 영향을 미칠 것인가?

 

피부 테스트, 동물 모델 실험, 컴퓨터 모델로 시뮬레이션

독성이 있음 = 염증 반응, 산화 스트레스를 가하게 되고 단백질의 변형으로 메신저 rna가 바뀌고 dna 우리몸에 암이 발생하는 과정과 유사함. 단백질에서 어떻게 버티는 지 실험실 단위에서 측정 가능   폐 질병, 종양에 문제가 생기는 지.   일반적으로 나노 사이즈 것들의 독성 연구는 크지 않음   굉장히 유사한 석면이 있음,   석면은 관리 대상 물질임. 같은 전철을 밟지 않을 까 우려.   카본 블랙, 산화 아연, 무정형 실리콘에 대한 연구중, 더 오랫동안 데이터값을 뽑아 봐야함 오래되면 악성종양이 된다는 연구 결과도 있음.

 

같은 질량에 노출되도 입자 크기 작은 나노 입자들은 500nm 노출 되는 것도 30%가 넘는 것으로 봐서 이산화 티타늄의 입자 크기가 염증 유발에 큰 영향을 줌. 이산화 티타늄 입자 크기 크기에 따라서 흡수 정도가 크다. 이산화 티타늄의 비표면적을 보면 비표면적이 커질수록 염증 유발 정도가 달라짐, 비표면적이 크면 급격히 흡수 점점 느려짐,   입자 크기가 작으면 염증 유발 효과가 큼]   노출 정도가 커질수록, 컨트롤은 염증 유발의 메신저 RNA 변화 유발 정도인데, 변이가 커지고 염증 유발되고 분리 정제 되지 않은 것은 약하다는 것. CNT카본 나노 튜브염증 유발되는 것이 완화되는 것을 알 수 있음.   정제하지 않은 것보다 정제한 게 빠르게 영향을 미치고, 정제하지 않은 CNT가 섬유화를 유도하는 효과가 크다. 산화적 스트레스와 염증은 정제된게 더 큼   얻을 수 있는 결론은 CNT와 같은 것들이 들어오면 초기 질량이 스트레스를 주고 염증 유발, 30일을 지나고 이런 게 없어짐.

 

호흡기에 영향을 미치는 것은

사이즈나 비표면적에 관계 없이 하게 되고 나노 튜브와 다른 것. 연구자료를 보면 12-500nm 염증 유발, 사이즈나 비표면적은 의미 없고 반응성과 반응이 있다는 연구가 이음,   비표면적 표면 뿐만이니라 작용기나 구조 등이 호흡기에 위해 한 영향을 미침.   모든 나노 물질을 일반화하는 것은 불가능   간이나 신장이나 다른 기관에서 같은 것이 발견   많은 양을 흡수 독성, 그리고 사망에 이를 정도는 아님 비장에 타겟으로 연구 중   나노 물질과 암에 관련 된 부분은 플로렌, 주요 스킨에 대한 부분, 암을 유발 하지 않음, 주당 24주간 했고, 뮤탄제네시스 테스트를 하면 암발생과 큰 영향이 없음, 카본 나노 튜브중 다중으로 만들어진 것은 쥐에 주사하면 멀티 이상은 석면과 유사한 경향을 보이더라.   25주 동안 했더니 피부 조직이 섬유화 그러나 풀러렌은 그러지 않음   7일의 섬유가 발생되었음, 석면과 유사 경향을 가짐. 카본 나노 튜브는 석면과 유해할 확률이 있음.

 

나노 입자 물질이 해를 입히는 과정

1.      사이즈, 쉐이프 2.      표면에 코팅된 것 3.      비표면적 크기 4.      오염원 5.      단백질과 바인딩 되는 것 6.      표면 전하물질이나 작용기 등

 

좀 더 정확하게는 나노 입자별로 응집될 때 표면 특성이 바뀌어 질 때 다 실험 해야한다는 것,

실험 물질에 대한 표준화 연구 방법을 만들고 위해 연구를 해야함, 각각의 연구를 해서 소규모 연구중, 앞으로 해야하는 것.   왜 독성 효과가 일어나는 지 왜 나노 입자 별로 독성 유무가 생기는 지 왜 풀러렌 등으 노출 평가를 통해서 오랫동안 지속 노출되는 것, 단기간 노출되는 것 사이에 노출 정도의 위험 정도도 평가. 어떤 물질이 어떤 라이프 사이클이 영향을 미치는 지 확인해야함. 일반 대중들이 최소한의 영향을 주도록 해야함. 미세한 실험, 많은 작업을 해야하는 지, 실험을 어떤 보호 장구, 작업 조건 등을 제한 할 수 있음.   결론 나노 물질들은 다양한 부작용 효과 있을 것임 새로운 화학적 특성이나 물리적 성질이있음, 독성 요인 있을 수도 있음. 상당히 많은 연구를 해서 안전하게 사용하도록 해야함.

 

입자들로 어떻게 영향을 미치는 설명을 할 수 있음, 화산재에서 만들어진 거고, 바다에서 미스트를 만들어질 때등 자연적으로도 만들어짐, 페인트는 80-400nm, 디젤차 매연에서 만들어짐, 공업적으로 만들어지는 영역에서 만들어짐 자연적 산업적으로 만들어지는 걸 정리 해둠, 나노 입자는 풀러렌, 카본 나노 튜브를 만들었음, 공학적으로 만드는 물질이고 풀러렌, 엔드리버 등등 현재 나노 셀룰로오스도 중요한 영역,   작은 게 모여서 공기중 떠다니는 나노입자로.   덩어리   덩어리 모여 한 개로