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생물생성 나노 물질 왕겨 실리카의 상세한 구조 및 마이크론 크기 입자의 열적 파쇄를 이용하여 나노 크기 입자를 얻는 방법을 연구하고 왕겨 실리카 입자가 생물체에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 1. 수지에 왕겨를 고정한 후, 왕겨의 단면을 SEM, AFM, STM을 이용하여 관찰하였다. 왕겨의 ...

생물생성 나노 물질 왕겨 실리카의 상세한 구조 및 마이크론 크기 입자의 열적 파쇄를 이용하여 나노 크기 입자를 얻는 방법을 연구하고 왕겨 실리카 입자가 생물체에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 1. 수지에 왕겨를 고정한 후, 왕겨의 단면을 SEM, AFM, STM을 이용하여 관찰하였다. 왕겨의 EDS 선 프로 파일 이미지에서 Si 원소는 바깥쪽 셀룰로스층 바로 밑층에서 찾을 수 있고, K원소는 왕겨의 전체 부분에서 존재하였다. 왕겨의 TEM 이미지에서 바깥쪽부터 셀룰로스층, 실리카, 셀룰로스층이 존재하며 각각은 50 nm, 2-3 ㎛ 와 5 ㎛의 두께를 가지고 있음을 관찰하였다. AFM 이미지에서는 20-60 nm의 실리카 입자들이 실리카층을 이루고 있는 것을 확인하였다. AFM 선 프로 파일에서 측정한 입자들은 수직이 ~20 nm, 수평이 ~70 nm를 가지고 있고, 이것은 SEM 이미지에서 100 nm 두께의 실리카 층을 이루는 것과 일치하며, 무수한 10-20 nm 크기 입자들의 축적물이다. 오스늄 코팅 후 STM 이미지에서 작은 실리카 입자 위에 홀을 발견하였다. 그것은 작은 실리카 입자들 사이의 공간에서 비롯된 것이 아닌 왕겨에 존재하는 4-5 nm 세공이라고 생각한다. 2. 프랙탈 방법을 기본으로 하는 열적인 파쇄는 마이크론 크기 왕겨 실리카에서 나노 크기 실리카 입자를 얻는 새로운 방법으로, 기존의 초음파 파쇄 기술과 비교하였다. 프랙탈 방법은 프랙탈의 빈 공간에 매개물이 들어가고 그 매개물이 물리적인 변화를 하면서 프랙탈 구조에 힘을 가하는 것이다. 기존의 초음파를 이용한 왕겨 실리카 분쇄는 100 nm 보다 작은 입자가 얻어지지 않는다. 하지만 프랙탈 방법은 20 nm 이하의 입자가 발견된다. 반복적인 프랙탈 파쇄 결과, 나노 입자들의 결합이 파괴되고 재결합하였다. 프랙탈 방법의 개념은 혼합된 용매의 실험을 통해 확인했다. 3. 나노 크기 왕겨 실리카가 대장균 (BL21(DE3)) 의 성장과 실험용 쥐 (Bala/c and 57bl/6) 의 건강에 어떤 영향을 미치는지 관찰하였다. 대장균 실험에서는 나노 입자가 존재하는 증류수에서 대장균이 장기간 생존하는 것을 확인하고, SEM 이미지를 통해 대장균 주변에 100nm 두께의 실리카 입자 막이 존재하는 것을 관찰하였다. 대장균 주변에 생성된 막은 살아있는 유기체로부터 방출된 화학적 합성물에 의해 나노 크기 왕겨 실리카 입자가 대장균 주위에 모이게 되자 주변 환경으로부터 자신을 보호하기 위해 보호막을 생성한 것이다. 실험용 쥐는 세 그룹으로 나누어 나노 입자에 대한 실험을 진행하였다. 그룹 I은 일반적인 먹이, 그룹 II는 나노 크기 왕겨 실리카 (1%) 와 혼합한 먹이, 그룹 III는 마이크론 크기 왕겨 실리카 (1%) 를 혼합한 먹이를 먹였다. 10주 후, 생화학 실험과 혈액학 실험을 위해 각 그룹의 혈액을 채취하였는데, 전반적으로 간독성을 나타내는 ALT만 제외하고 차이점은 찾을 수 없었다. 그룹 III에서 ALT의 농도가 감소한 것에 반해 그룹 II의 농도는 증가하였다. H&E 염색 이미지에서 나노 크기 실리카를 섭취한 그룹 II의 간에 지방간이 있는 것을 관찰하였다. 그러나 원자흡수분광법에서 확인한 그룹 II의 Si 양은 다른 그룹에 비해 그 양이 적었다. 이 결과로 마이크론 크기 왕겨 실리카는 간에 독성을 나타내지 않지만, 나노 크기 왕겨 실리카 입자는 실험용 쥐 kg당 140 g를 섭취했을 때 간에 독성을 야기하는 것을 확인할 수 있었다.

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