Transcript (131121발표)식품과나노입자의 노출의 위험성

Engineered Nanoparticles and Food :
An Assessment of Exposure and Hazard
식품공학실험실
최우석
Ⅰ. 서 론
▣ 나노기술의 응용
- 나노기술의 현재 위상은 21세기 현대기술 중 최고봉을 차지
- 모든 기술의 근간을 이루게 됨
- 나노라는 화두를 중심으로 화학, 물리, 생물, 공학 등 기존의 학문 분야
의 계승과 다학제간의 연구를 통한 기술의 진화를 이룸
▣ 나노기술 이용
- 로터산(Lotusan)페인트 ; 때가 타지 않고 물에도 젖지 않는 연잎 효과를
이용
- 나노섬유(nanotex) ; 더워러지지 않는 섬유
- 스포츠 분야 ; 탄소나노튜브로 제조한 야구배트, 골프채, 테니스라켓
- 은나노 입자 ; 세탁기, 공기청정기, 냉장고, 에어컨 등 가전제품
- 나노캡슐 기술 ; 화장품 ( 주름개선,
미백, 자외선 차단 등 )
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Ⅰ. 서 론
그림1. 나노물질에 대한 예상 연간 생산속도
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Ⅰ. 서 론
▣ 나노입자의 문제점
- 나노기술은 원자와 분자수준의 물질을 제어하여 나노 수준의 구조체인 나
노 물질을 생성하는데 이러한 나노물질과 그 부산물이 환경과 인체에 미
칠 잠재적인 악영향에 대한 가능성이 높아지고 있음
- 다양한 화학적 조성을 가진 나노물질이 생체에 미치는 영향에 대한 과학
적 연구 부족
- 어떤 신물질이 인체나 환경에 미치는 영향을 평가하는 여러가지 방법중에
위해성 평가방법의 위해도 평가방법의 위해도 동정(hazard identification)
의 불확실성
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Ⅰ. 서 론
▣ 위해성 평가방법
그림1. 위해성 평가 페러다임
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Ⅰ. 서 론
▣ 위험성 노출
1) 소비자의 다양한 제품 이용에 대한 노출
2) 작업현장 또는 환경에서의 노출
표1. 나노기술을 이용한 제품의 예
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Ⅰ. 서 론
▣ 최첨단 기술의 발달의 양면성
- 모든 새로운 기술처럼, 나노기술도 새로운 혜택뿐만 아니라 잠재적인 위
험을 제공
- 새로운 과학기술이 향후 지속 발전되어야 하는가에 대한 판단 근거의 잣
대
- 인류 또는 생태계를 위협하는 위험성이 존재하는가?
- 그것은 통제 가능한가?
⇒ Engineered Nanoparticles(ENPs)의 노출로 인한 잠재적인 위험성
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Ⅰ. 본 론
▣ 나노입자의 입자상 물질의 분류
- 보건학적으로는 생체 외부에 존재하는 입자상 물질이 인체에 들어오는 기
전과 인체에 미치는 영향은 입자의 크기에 따라 구분함
- 입자의 화학적 조성도 중요하지만 일차적으로 입자의 크기가 호흡기에서
의 제거와 침착에 영향을 주기때문
- 보통 공기중 부유 가능한 입자의 크기를 20㎛이하 이며, 크기에 따라 공기
역학적 성질이 다르기 때문에 폐에 동일한 방식으로 침착하지 않음
- Ex) 연소로 인한 그을음 ; 10~80nm, 페인트 색소 ; 80~100nm,
용접 흄 ; 10~50nm, 디젤 배출물질 ; 7~40nm
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Ⅰ. 본 론
▣ 나노입자의 분류
1) Carbon-based materials
- 주로 탄소로 이루어져 있으며, 속이 빈 구형, 타원형, 튜브형태
- 매우 다양하게 응용 ; 고성능 필름, 코팅제, 전자산업에 이용
그림2. Model of single-walled caron nano tubes
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Ⅰ. 본 론
▣ 나노입자의 분류
2) Metal-based materials
- 대표적 물질 ; Quantum dot
- 수백 또는 수천개의 원자가 밀집되어 모여 있는 반도체 크리스탈
- 크기 : 수 나노미터 ~ 수백 나노미터
- 나노골드, 나노실버, 이산화티타늄 같은 금속산화물이 포함됨
그림3. Computer image of a Gallium arsenide quantum dot of 465 atoms.
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Ⅰ. 본 론
▣ 나노입자의 분류
3) Dendrimers
- 수많은 나노크기의 가지가 달린 중합체
- 가지를 단계적으로 붙일수 있어, 크기를 정확히 제어할수 있음
- 사슬 말단에 특별한 화학적 기능을 가진 기능을 부여할수 있음
- 촉매제로 이용
그림4. Computer image of generations of a dendrimer.
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Ⅰ. 본 론
▣ 나노입자의 분류
4) Composites
- 나노입자를 다른 나노입자나 또는 크기가 더 큰 물질과 결합한 물질을 일
컫음
- Ex) 나노크기의 점토 ; 자동차 부품, 보강재에 첨가되어 내구성, 내열성,
내화성을 증가시키는데 사용
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Ⅰ. 본 론
▣ 식품산업에서의 나노기술 응용
Weiss et all., 2006/Blasco et pico, TrAC Traends Anal. Chem., 2011
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Ⅰ. 본 론
▣ 나노 입자에 대한 노출
- 나노 입자에 대한 연구와 제품이 증가될수록 이에 대한 인체의 노출은 증
가됨
- 직업적 노출 / 시민(소비자) 노출
- 시민(소비자) 노출 ; 환경, 나노제품 이용
Ex) 나노물질 생산 체임버 청소시 누출, 여과장치의 잔유물 누출 등 흡입 또
는 의약산업, 화장품산업, 화학제품업 등의 제품의 사용시 접촉
- 직업적 노출
Ex) 나노물질의 취급공정 전반에 걸쳐 일어날수 있음
일반적으로 고농도나 많은 양에 노출됨
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Ⅰ. 본 론
▣ 나노 입자에 대한 노출
1) 시민(소비자) 노출 가능성
Modified from Aikien, RJ et al, 2004
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Ⅰ. 본 론
▣ 나노 입자에 대한 노출
2) 직업적 노출 가능성
Modified from Aikien, RJ et al, 2004
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Ⅰ. 본 론
▣ 나노 입자 노출의 위험성
- 피부로 투과되었을 경우 피부나 다른 기관의 세포독성, 장기간 노출에 따
른 피부나 기관의 축적, 신진대사에 의해 증가된 독성 및 광 독성 등의 문
제 발생
- 나노 입자의 독성 메커니즘은 크게 농도와 입자의 차원(모양과크기)에 의
해 결정되며, 특히 나노입자의 작은 크기로 인해 표면적이 증가되면서 같
은 성분의 큰 입자에 비해 그 독성도 증가하는 것으로 나타남
- 나노 입자의 폐 침착에 대한 연구결과는 부족하지만 미세입자로 인해 매
우 심각한 전신 독성 반응 뿐만 아니라 초기 침착부위에서 국소적인 독성
영향을 일으키는 입자들의 능력에 따라 건강에 악영향을 미침
- 표면 특성(전하와 면적과 반응성)뿐만 아니라 다양한 물리화학적 특성(크
기,모양등)에 의해 잠재적으로 조절
되므로 나노입자의 독성은 상당히 복
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Ⅰ. 본 론
▣ 노출에 따른 흡수&배출 경로 모식도
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Ⅰ. 본 론
▣ 노출에 따른 인체 흡수경로
1) 흡입에 따른 흡수
- 입자의 크기에 따라 확산, 응집, 건식 또는 습식 침전이 중요하며 다소 큰
입자에 대해서는 중력에 의한 침강이 작용할수 있음
Airborne nanoparticles
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Ⅰ. 본 론
▣ 노출에 따른 인체 흡수경로
2) 접촉에 따른 흡수(피부)
- 피부는 입자상물질의 체내 흡수를 막는 아주 효과적인 장벽으로 작용
- 나노물질이 손상되지 않은 피부 또는 손상된 피부를 통해 어떻게 침투되
는가에 대해 지속적으로 논란이 있음
- 피부의 생리적인 특성에서 나노물질이 큰 입자상 물질보다 피부를 통해
흡수될 위험성이 더 큼
- 나노물질은 피부 맨 바깥에 위치한 각직세포를 이루는 과립층과 기저층사
이의 유극층으로 나노물질이 이동될 수 있고 이는 진피로 이동하여 혈액
순환계로 흡수될수 있음
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Ⅰ. 본 론
▣ 노출에 따른 인체 흡수경로
2) 섭취를 통한 흡수
- 의약품, 식품, 식품첨가물을 통해 가능함
- 질량 단위로는 매우 작은 양으로 알려짐
- 호흡기계를 통하여 흡입된 나노물질의 기도의 점액에 의해 위로 올라와
소화기관으로 들어갈수 있음
- 음식, 호흡기계의 정화작용으로 인한 점액의 기도로 넘어간 경우, 손-입에
의한 경우 모두 이차적 노출로 볼수있음
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Ⅰ. 본 론
▣ 나노입자의 체계 독성
- 나노입자의 건강영향을 평가할때 나노입자가 침착되는 부위에서의 국소
적 영향뿐 아니라 체계독성 반응도 중요함
1) 폴리스티렌 나노입자의 경우 폐의 염증을 유발할 뿐 아니라 혈관계에서
혈전을 일으킴
(NemmarA.et al.,2003)
2) 카본블랙의 나노입자를 랫트의 폐에 침착시켰을 때 심박수의 변화뿐 아
니라 오랫동안 심장의 재분극 현상도 일으킴
(Harder,V.et al., 2005)
3) 나노입자는 사람 피부 각질층을 통과하여 면역체계에 영향을 줄 수 있음
(Ryman-Rasmussen,J.P. et al.,2006)
4) 분자의 동력학 시뮬레이션을 통해 C60 fullerene은 이중나선구조 또는 단
일 나선의 DNA에 결합하여 DNA의 구조, 안전성, 생물학적 기능에 부정적인
영향을 줄수 있음
- 따라서 나노입자의 독성 평가시 국소적
영향뿐 아니라 면역독성, 심혈관계
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Ⅰ. 본 론
▣ 나노입자의 체계 독성
- 피부내로 주입한 나노크기 quantum dot은 림프계를 통하여 주위의 피하
조직과 림프절로 이동되는 것으로 연구됨
(Roverts.D.W.et al.,2005)
- 인체 피부 표면의 케라틴 층에 의해 다중 벽 카본 나노튜브가 세포로 직접
흡수됨이 증명됨
(Monteiro-Riviere,M.A.et al.,2005)
- 기관지의 비강에 침착된 나노크기의 입자는 blood-brain barrier를 우회
하여 뇌로 이송될 수 있다고 보고됨
(Lockman,P.R.et al.,2004)
- 나노 입자가 환경에 들어오면서 기존의 오염물질이 나노입자에 붙어 인체
내 거동이 달라질 수 있는 가능성이 제기 되었으며, 예로 산화갈륨(Ga2O3)
에 흡착된 벤조(a)파일렌에 대한 랫트의 흡입 독성 실험결과 단독으로 흡
입 될 때보다 기관지계에 더 오랫동안 머무르며 위, 간, 신장에서 더 고농
도에 노출된다고 연구됨
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Ⅲ. 결 론
▣ 나노물질의 특별한 특성을 고려하여 각각의 나노 물질의 표면특성 및 물
리화학적 특성의 포괄적인 정보와 독성 정보 획득이 우선적으로 요구됨
▣ 나노 물질의 물리 화학적 특성 및 독성을 측정할 수 있는 일반적으로 용인
될 수 있고 비용 효율이 높은 방식의 시험방법에 대한 연구가 필요
▣ 노출관련 정보(노출제어, 노출원, 노출량, 노출경로(흡입,섭취,피부 등)의
파악은 나노 물질의 위험성 관리 및 평가의 중요한 자료가 됨
▣ 환경매체에 배출된 나노 물질의 검출 및 분석을 위한 측정기기 및 분석방
법에 대한 연구 필요
▣ 환경 매체에서의 나노 물질의 거동 현상을 과학적으로 규명하고 기존의
독성모델의 이용 가능성 및 개선 또는 나노 물질의 특성을 고려한 모델의 개
발이 필요
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Ⅳ. 참고문선
▣ Kim, Y., Yoon., and Yi, j., ‘Environmental Application of
Organic/inorganic Hybrid Nanoporous Materials’, Polymer Science and
Technology, 15, 173-183(2004).
▣ Choi, B. Kim kh, So ds, YU ij., ‘R&D Trand on the Environmental,
Health and Safety Impacts of Nanotechnolgy’Prospectives of Industrial
Chemistry, 10. 48-71(2007)
▣ Kim y and Yi j ‘Risk of Nanotechnologies’New & Information for
Chemical Engineers, 23, 338-342(2005)
▣ U.S. Environmental Protection Agency. Nanotechology White Paper,
EPA 100/07/001, Feb.,(2007)
▣ Kim ms, Choi kh et al. ‘Risk Assessment for Health and
Environmental Hazards of Nanomaterials’Clean
Technology,
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