[알기쉬운 과학속으로]극 빙하에서도 나노물질이 발견된다

"Nanoparticles are Everywhere, almost Everywhere!"

빙하를 연구하는 사람들에 의하여 밝혀진 바에 의하면 남극 2-3 km 지하심부 빙하에서도 과거 150,000년 전 화산활동 결과 분출된 것으로 추정되는 나노사이즈 이하의 미세분진의 침전물 띠가 존재한다고 한다.

Greenland ice core sample 중 미세분진으로 이루어진 검은 침전물 띠를 관찰한 결과 약 20여종의 0.4 µm 크기 미세광물들로 이루어진 대기분진 침전물로 밝혀졌다.

1999년 Alpine glacier 빙하에서 발견된 'Tyrolean Iceman(티롤 설인)' 이라고 불리는 약 5300년 전 Stone Age Hunter의 폐 추출물을 전자현미경으로 연구한 결과 식물의 연소결과 만들어진 물질과 현대 대기에서 흔하게 발견되는 나노물질 중 하나인 나노사이즈의 이산화티타늄(Titanium dioxide; TiO2)이 관찰되었다.

물질의 크기가 나노사이즈로 작아지면 원래물질의 특성과는 다른 물리·화학적 특성을 갖게 된다. 석탄분진, 석면, 대기 중 분진 등 지구상에 존재하는 다양한 물질에 포함된 미세입자들의 유해성은 주로 흡입과 관련하여 호흡기에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 나노사이즈 물질의 독성은 석면이나 유리섬유와는 다르게 형상적 특성뿐만 아니라 매우 작은 크기로 인해 유해성이 있는 것으로 알려져 있다.

자연상태에서 발견되는 다양한 나노사이즈 물질과 더불어 나노과학의 발달로 나노기술개발 결과 만들어지는 산업나노물질들의 활용은 의약, 에너지, 운송을 포함하는 현대사회의 거의 모든 분야 산업에서 다양하게 사용되며 우리에게 영향을 주고 있다.

앞서 언급한 바와 같이 나노물질의 유해성은 매우 작은 크기와 나노물질 특유의 벌크물질(bulk materials)과 크게 다른 입자의 물리화학적 특성으로 인해 발생한다. 높은 표면 반응력과 세포막 투과능으로 나노물질은 쉽게 생체에 유입될 수 있고, 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 질환의 영향을 미칠 수 있고, 특히 코 신경을 통해 침투된 나노물질은 혈액에 의해 체 내에서 이동 가능하여 뇌 손상에까지 영향을 미칠 수 있다.

생물전용 투과전자현미경 (Bio-TEM) 및 발광·형광 이미징시스템 (Luminescence/Fluorescence Imaging System) 등의 첨단연구 장비를 활용한 연구는 나노물질의 유해성평가를 위한 물질거동연구에 가장 핵심이 된다.

우리나라를 비롯한 미국, 유럽 등에서는 현재 다양한 첨단영상장치기술의 효율적 적용과 평가를 통하여 다양한 나노물질의 형태, 입자크기, 분포, 표면전하 등 물리적 특성연구를 전제로 한 생물체 및 생태계에서 다양한 매체로 노출경로에 있는 나노물질을 평가하고 관리하는 방안을 마련하고 있다.

나노물질의 유해성 연구는 나노 특수소재를 개발하는 것만큼이나 중요하나 현실에서는 주로 활용과 새로운 물질개발에만 초점이 맞춰지기 때문에 이에 대한 관심이 필요하다.

/윤혜온박사(한국기초과학지원연구원 서울센터 나노환경연구팀)