현대산업에서 나노기술의 이용성이 증가되면서 나노물질이 가질 수 있는 잠재적인 위해성에 대한 관심이 증가되고 있는 추세이다. 나노물질은 다양한 경로를 통해 환경으로 유출되고 있으며, 수생태계로 유출된 나노물질은 태양광에 포함된 자외선에 노출될 개연성이 높다. 광반응성 나노물질은 광활성 조건에서 생태독성이 변화할 가능성이 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 광반응성 나노물질이 생태계에서 자외선에 노출되었을 때 유발될 수 있는 생태독성 변화에 대한 연구동향을 파악하고자, 수서 및 토양생물을 대상으로 가용한 모든 자료를 조사하여 분석하였다. 본 연구에서 조사된 광반응성 나노물질은 zinc oxide, titanium dioxide, 그리고 fullerene이었으며, 미생물, 지렁이, 토양선충, 조류, 그리고 어류 등을 대상으로 한 나노물질 생태독성연구를 분석하였다. 그 결과, 자외선에 노출된 나노물질의 광독성영향에 대한 연구는 현재까지 매우 부족한 상태로, 현재까지 발표된 나노물질에 대한 광독성 연구는 8개였고, 일부 연구에서는 광반응성 나노물질의 광이온화와 나노물질로부터 용출된 이온독성을 함께 제시하였다. 광반응성 나노물질은 생체 내에서 산소활성종 생성을 유발하고 산화스트레스를 증가시키는 것으로 확인되었다.
현대산업에서 나노기술의 이용성이 증가되면서 나노물질이 가질 수 있는 잠재적인 위해성에 대한 관심이 증가되고 있는 추세이다. 나노물질은 다양한 경로를 통해 환경으로 유출되고 있으며, 수생태계로 유출된 나노물질은 태양광에 포함된 자외선에 노출될 개연성이 높다. 광반응성 나노물질은 광활성 조건에서 생태독성이 변화할 가능성이 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 광반응성 나노물질이 생태계에서 자외선에 노출되었을 때 유발될 수 있는 생태독성 변화에 대한 연구동향을 파악하고자, 수서 및 토양생물을 대상으로 가용한 모든 자료를 조사하여 분석하였다. 본 연구에서 조사된 광반응성 나노물질은 zinc oxide, titanium dioxide, 그리고 fullerene이었으며, 미생물, 지렁이, 토양선충, 조류, 그리고 어류 등을 대상으로 한 나노물질 생태독성연구를 분석하였다. 그 결과, 자외선에 노출된 나노물질의 광독성영향에 대한 연구는 현재까지 매우 부족한 상태로, 현재까지 발표된 나노물질에 대한 광독성 연구는 8개였고, 일부 연구에서는 광반응성 나노물질의 광이온화와 나노물질로부터 용출된 이온독성을 함께 제시하였다. 광반응성 나노물질은 생체 내에서 산소활성종 생성을 유발하고 산화스트레스를 증가시키는 것으로 확인되었다.
As nanotechnology is a key industry, there is growing concern relating to the potential risk of nanoparticles. They are known to be released into the environment via various exposure routes. When nanoparticles are present in water environments, they are supposed to be illuminated by ultraviolet ligh...
As nanotechnology is a key industry, there is growing concern relating to the potential risk of nanoparticles. They are known to be released into the environment via various exposure routes. When nanoparticles are present in water environments, they are supposed to be illuminated by ultraviolet light, and the ecotoxicity of photoactive nanoparticles may be changed. In this study, a review of the ecotoxicity of photoactive nanoparticles, including the mechanisms of phototoxicity, are presented. In order to address this issue, studies on the ecotoxicity to soil and water organisms exposed to photoactive nanoparticles were investigated. The photoactive nanoparticles chosen for this study were zinc oxide, titanium dioxide and fullerene. Microorganisms, nematode, earthworm, algae and fish, etc., were chosen to assess the toxicity of nanoparticles using diverse methods. However, studies on the phototoxicity potentially induced by nanoparticles on UV illumination have been reviewed in only 8 studies. From a few studies, photoactive nanoparticles have shown high dissolution rates under UV conditions, with the released ions observed to profoundly influence test organisms. In addition, NPs exposed to UV produced reactive oxygen species (ROS). These ROS can induce oxidative stress in exposed organisms. Evidence of phototoxicity by nanoparticles were found based on previous studies.
As nanotechnology is a key industry, there is growing concern relating to the potential risk of nanoparticles. They are known to be released into the environment via various exposure routes. When nanoparticles are present in water environments, they are supposed to be illuminated by ultraviolet light, and the ecotoxicity of photoactive nanoparticles may be changed. In this study, a review of the ecotoxicity of photoactive nanoparticles, including the mechanisms of phototoxicity, are presented. In order to address this issue, studies on the ecotoxicity to soil and water organisms exposed to photoactive nanoparticles were investigated. The photoactive nanoparticles chosen for this study were zinc oxide, titanium dioxide and fullerene. Microorganisms, nematode, earthworm, algae and fish, etc., were chosen to assess the toxicity of nanoparticles using diverse methods. However, studies on the phototoxicity potentially induced by nanoparticles on UV illumination have been reviewed in only 8 studies. From a few studies, photoactive nanoparticles have shown high dissolution rates under UV conditions, with the released ions observed to profoundly influence test organisms. In addition, NPs exposed to UV produced reactive oxygen species (ROS). These ROS can induce oxidative stress in exposed organisms. Evidence of phototoxicity by nanoparticles were found based on previous studies.
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문제 정의
본 연구에서는 광활성 나노물질에 대한 생태독성연구를 SCI (E) 논문을 중점으로 조사하여 분석하였다. 산업, 의료, 그리고 가전 등 우리생활에 많이 활용되고 있으며 광활성 특성을 지닌 zinc oxide (ZnO) nanoparticles (NPs), titanium dioxide (TiO2) NPs, 그리고 fullerene NPs를 이용한 생태독성연구가 가장 활발하였다.
47) 토양 공극수에 서식하는 것으로 알려져 있는 Caenorhabditis elegans을 이용한 ZnO NPs 독성연구는 1건이 조사되었고, TiO2 NPs의 경우 2건의 연구가 수 집되었다. 이들 연구에서는 나노물질에 노출된 C. elegans의 생존율과 생식률을 평가하였다. Wang et al.
제안 방법
6)는 광세기 등의 다양한 조건을 이용하여 TiO2/E. coli 슬러리에 대한 영향을 확인하였다. 또한, Prasad et al.
산업, 의료, 그리고 가전 등 우리생활에 많이 활용되고 있으며 광활성 특성을 지닌 zinc oxide (ZnO) nanoparticles (NPs), titanium dioxide (TiO2) NPs, 그리고 fullerene NPs를 이용한 생태독성연구가 가장 활발하였다. 위의 물질들을 대상으로 수행된 토양 및 수생태계 독성연구를 조사하였으며, 이 중 광독성에 관련된 연구를 분석하여 연구동향을 파악하고 향후 연구되어야 할 추가항목들을 평가하였다.
성능/효과
2006년 세계적 학술저널인 Science 지에서 Andre Nel 박사는 나노물질의 안전한 제조와 상용화를 위해서 나노물질의 독성을 측정할 수 있는 기술의 필요성을 주장한바 있다.1) 한편, 나노제품의 사용 및 폐기 등의 과정 중 발생된 나노물질은 표면집적, 강우유출, 그리고 침출수 등의 물질 이동현상을 거쳐 생태계로 유입되어 독성을 야기할 가능성이 매우 높다.2,3) 생태계로 유입된 나노물질은 매우 작은 크기로 인해, 침전되지 않고 대부분 지표수에 부유하면서 생태계에 영향을 미치게 된다.
1,3) 태양광은 visible ( > 400 nm) 영역 이외에도 UVA (320~ 400 nm), UVB (280~320 nm) 영역의 자외선 파장대를 포함하며, 최근에는 오존층 파괴로 인해 강한 에너지를 가지는 UVB가 증가하는 추세이다.
1) 한편, 나노제품의 사용 및 폐기 등의 과정 중 발생된 나노물질은 표면집적, 강우유출, 그리고 침출수 등의 물질 이동현상을 거쳐 생태계로 유입되어 독성을 야기할 가능성이 매우 높다.2,3) 생태계로 유입된 나노물질은 매우 작은 크기로 인해, 침전되지 않고 대부분 지표수에 부유하면서 생태계에 영향을 미치게 된다. 또한, 부유하는 나노물질은 침전물이나 토양에 흡착되어 질 수 있으며,4) 이는 토양생태계로의 매체이동으로 또 다른 영향을 야기할 수 있다.
6) ZnO NPs와 TiO2 NPs의 경우는 빛에 노출될 경우, (1) 전자구멍쌍인 hVB+ (hole in the valence band)와 eCB− (electron in the conduction band)가 생성된다.
NPs, 그리고 fullerene NPs은 토양생태생물을 대상으로 많은 독성연구가 진행되어 왔다(Table 2). 가장 많은 비율을 차지하고 있는 토양 생물은 미생물이었으며, fullerene NPs을 이용한 생태독성연구는 5건, TiO2 NPs와 ZnO NPs의 경우는 각각 8건과 12건이 확인되었다. Fullerene NPs에 관련된 선행연구에서는 노출된 미생물의 산화스트레스를 평가하여 독성기작을 확인하였으며,38,39) TiO2 NPs의 경우도 나노물질 내의 OH radical의 농도에 따른 독성영향을 평가된 바 있다.
나노물질에 대한 생태독성연구에서, 광활성 나노물질이 가지는 광독성에 대한 평가연구는 매우 미흡한 것을 확인하였다. 일부 광독성에 관련된 선행연구의 대부분에서는 광활성된 나노물질이 독성영향을 증대시킨다고 평가하였으며, 지구 온난화에 의한 UV 조사량의 증가와 밀접한 연관성을 가질 가능성이 있다.
27)은 TiO2, CeO2 NPs, 그리고 ZnO NPs의 축적량을 평가하였다. 또한, 어류의 수정란을 이용한 초기 발달 평가법은 광활성 나노물질의 어류독성 평가에서 전반적으로 사용되는 것으로 확인되 었다.28~32) 한편, 수서식물을 이용한 연구는 1건이 확인되 었으며, OECD에서 제시하는 시험법에 따라 은나노 물질과 TiO2 NPs에 노출된 Lemna paucicostata의 생장저해가 평가되었다.
57)은 C70의 rice plant로의 축적, 분포, 그리고 생체 내 이동을 관찰하고 food safety에 있어 잠재적 영향을 고려해야 함을 언급하였다. 지렁이를 대상으로 진행된 독성영향평가는 fullerene NPs, TiO2 NPs, 그리고 ZnO NPs가 각각 2건, 4건, 그리고 4건이 확인되었다. 자연토양을 이용하여 fullerene NPs의 독성과 생체 내 축적량을 평가한 연구가 있었으며,58,59) 다양한 노출법으로 Lumbricus terrstris에 대한 TiO2 NPs의 독성영향을 평가한 연구가 확인되었다.
후속연구
토양을 매체로 한 다양한 시험종에 관련된 연구와, 추가적인 광활성 나노물질의 독성영향 연구가 필요하다고 사료된다. 광활성 나노물질은 생태계에서 독성이 증가될 가능성은 매우 크며, 이에 대한 평가로 향후 나노물질 위해성 평가의 지표를 구축할 필요성이 있다.
따라서 나노물질 독성평가의 항목 중에 하나인 이온독성평가가 광활성나노 물질 평가에서는 그 중요성이 더 강조되어야 할 것이다. 또한, 많은 선행연구에서 광활성에 의한 세 종류의 ROS 생성에 주목하였으며, 이에 대한 평가항목이 필요할 것이라 사료 된다. 한편, 토양에서의 광독성평가는 미생물을 이용한 연구가 대부분이었다.
토양생태계에서의 광조건을 고려하여 토양 표면의 광노출 조건과, 이미 광활성된 나노물질이 토양생태계로 매체이동을 했을 가능성에 대한 평가는 전무하였다. 토양을 매체로 한 다양한 시험종에 관련된 연구와, 추가적인 광활성 나노물질의 독성영향 연구가 필요하다고 사료된다. 광활성 나노물질은 생태계에서 독성이 증가될 가능성은 매우 크며, 이에 대한 평가로 향후 나노물질 위해성 평가의 지표를 구축할 필요성이 있다.
7)은 다양한 분산법에 의해 제조된 fullerene을 이용한 광활성 독성영향평가를 진행하였으며, light 조건과 ROS 생성은 서로 연관성이 없음을 확인 하였다. 하지만 이와 같은 경향성은 일부 연구였으며, 명확한 확인을 위해서는 추가연구가 필요할 것이라 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현대산업에서 관심이 증가되고 있는 것 중 한가지는 무엇인가?
현대산업에서 나노기술의 이용성이 증가되면서 나노물질이 가질 수 있는 잠재적인 위해성에 대한 관심이 증가되고 있는 추세이다. 나노물질은 다양한 경로를 통해 환경으로 유출되고 있으며, 수생태계로 유출된 나노물질은 태양광에 포함된 자외선에 노출될 개연성이 높다.
나노기술은 어떤 분야에서 활용되고 있는가?
나노기술은 반도체산업, 의료ㆍ생명공학, 재료ㆍ제조업, 의류, 화장품산업, 그리고 환경복원 공정 등 광범위한 분야에 활용되고 있으며 21세기의 핵심산업으로 급부상하였다. 또한, 나노기술이 적용된 제품개발의 가속화에 따른 안전성 확보가 세계적으로 이슈화되면서, 나노기술의 지속가능한 발전을 위해서는 나노물질의 독성에 대한 체계적이고 종합적인 연구가 필요하게 되었다.
여러 생물들을 대상으로 한 나노물질 생태독성연구를 분석결과는 어떠한가?
본 연구에서 조사된 광반응성 나노물질은 zinc oxide, titanium dioxide, 그리고 fullerene이었으며, 미생물, 지렁이, 토양선충, 조류, 그리고 어류 등을 대상으로 한 나노물질 생태독성연구를 분석하였다. 그 결과, 자외선에 노출된 나노물질의 광독성영향에 대한 연구는 현재까지 매우 부족한 상태로, 현재까지 발표된 나노물질에 대한 광독성 연구는 8개였고, 일부 연구에서는 광반응성 나노물질의 광이온화와 나노물질로부터 용출된 이온독성을 함께 제시하였다. 광반응성 나노물질은 생체 내에서 산소활성종 생성을 유발하고 산화스트레스를 증가시키는 것으로 확인되었다.
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