초록 ▼

(1) 기술적 측면
○ 각종 나노물질의 물리화학적 성질을 분석/정량화하는 나노물질 분석기술의 개발 및 표준화 기반 구축.
○ 5가지 나노물질들에 in vivo 및 in vitro 생물 시험법들을 적용한 결과를 바탕으로 나노물질 위해성 시험에 보다 효율적으로 활용될 수 있도록 기존 생물 시험법의 개선 및 국제기구를 통한 표준화 기반 구축.
○ 국제적으로도 최고 수준에 있는 국내 나노물질 합성 및 특성 규명 기술에 국제적으로 널리 통용되고 있는 표준 생물시험법들을 적용하여 나노위해성 DB를 구축함
○ 연구결과를 기

(1) 기술적 측면
○ 각종 나노물질의 물리화학적 성질을 분석/정량화하는 나노물질 분석기술의 개발 및 표준화 기반 구축.
○ 5가지 나노물질들에 in vivo 및 in vitro 생물 시험법들을 적용한 결과를 바탕으로 나노물질 위해성 시험에 보다 효율적으로 활용될 수 있도록 기존 생물 시험법의 개선 및 국제기구를 통한 표준화 기반 구축.
○ 국제적으로도 최고 수준에 있는 국내 나노물질 합성 및 특성 규명 기술에 국제적으로 널리 통용되고 있는 표준 생물시험법들을 적용하여 나노위해성 DB를 구축함
○ 연구결과를 기반으로 19건의 나노물질 특성분석 및 독성평가 지침서와 5건의 국내외 특허등을 제출함. 이러한 결과들은 OECD, ISO 등의 국제기구에서 추진하는 나노물질 위해성 가이드라인 선정 작업시 국제적인 표준안으로 제안/추진 할 수 있을 것으로 기대됨.
(2) 환경적 측면
○ 산업용 나노물질을 화학물질로서 관리할 수 있는 근거 제시를 통해서 현재 아무런 규제 없이 사용되고 있는 나노물질의 환경 오염가능성 차단.
○ 적절한 관리수단의 확보를 통해 반 환경적일 수 있는 나노산업기술을 친 환경적인 녹색 기술로서 전환시킬 수 있을 것으로 기대됨.
(3) 경제적 · 산업적 측면
○ 나노물질 위해성에 대한 막연한 사회적 우려는 현재 산업화의 초기단계에 도달하여 있으며 가까운 미래 우리나라의 국가 성장 동력으로 커다란 역할을 할 것으로 기대되는 나노기술 및 관련 산업의 발전에 커다란 장애가 되고 있음.
○ 실험결과를 바탕으로 도출된 결과를 활용하여 합리적으로 그리고 보다 객관적인 근거를 제시하여 줌으로서 우리나라의 나노산업 분야가 향후 국가 성장 동력으로서 더욱 더 발전하고 기여할 수 있을 것으로 기대됨.
○ 본 연구의 결과로 도출할 국제적 수준의 나노위해성 DB 구축 및 활용은 향후 산업용 나노물질 및 나노물질 함유 제품의 국제간 무역거래에 있어서 "환경무역장벽"을 넘어설 수 있는 공공기반기술을 제공하여 줄 것으로 기대됨

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 보고서 초록 ... 3
• 연구개발결과 요약 ... 7
• 목차 ... 11
• 표 목차 ... 16
• 그림 목차 ... 18
• 제1장 서론 ... 23
• 제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 25
• 1. 신규 화학물질로서 산업용 나노물질의 응용 사례 ... 25
• 2. 나노물질의 관리를 위한 적절한 용량 척도 확립의 중요성 ... 26
• 3. 나노물질 위해성 평가법에 관한 국가 간 협력 동향 ... 29
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 31
• 1. 해외 기술개발 동향·시장 ... 31
• 가. 다양한 특성을 가진 나노물질의 합성방법에 관한 국제적 기술 동향 ... 31
• 나. 나노물질의 물리화학적 특성분석법에 관한 국제적 기술 동향 ... 32
• 다. 나노물질의 in vitro 세포독성연구에 관한 국제적 연구 동향 ... 33
• 라. 나노입자들의 나노 특성 계량화 척도에 관한 국제적 연구 동향 ... 34
• 1) 나노입자의 dosimetry ... 34
• 2) 위해성 평가시험용액에서의 나노입자 dosimetry ... 35
• 3) 나노입자의 dosimetry와 생물과의 상관 ... 37
• 마. 나노물질 독성 예측을 위한 QSAR 적용 국제연구 사례 ... 38
• 1) QSAR의 소개 ... 38
• 2) QSAR의 연구동향 ... 40
• 3) 나노입자 독성평가 QSAR의 문제점 ... 41
• 4) 나노물질 독성 예측을 위한 QSAR의 적용 가능성 ... 43
• 2. 국내 기술개발 동향·시장 ... 45
• 가. 나노물질 위해성에 관한 국내 연구 및 정책 동향 ... 45
• 나. 다양한 특성을 가진 나노물질의 합성방법에 관한 국내 기술 동향 ... 46
• 다. 나노물질의 in vitro 독성연구에 관한 국제적 연구 동향 ... 47
• 라. 나노물질의 in vivo 독성연구에 관한 국내 연구 동향 ... 47
• 마. 나노입자들의 물리화학적 특성과 생물위해성 평가 결과간의 상관관계 연구동향 ... 48
• 제3절. 연구개발대상 기술의 차별성 ... 49
• 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ... 51
• 제1절 연구의 최종목표 ... 53
• 제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 54
• 1. 초기 제시한 연차별 연구개발 목표 ... 54
• 2. 주요 연구내용 변경사항 ... 55
• 3. 수정된 연차별 연구개발 목표 ... 56
• 4. 연구평가의 착안점 및 기준 ... 57
• 제3절 연도별 추진체계 ... 58
• 제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 59
• 제1절 연구개발 결과 및 토의 ... 61
• 1. 나노입자의 물리화학적 특성분석을 위한 분석법 연구 ... 61
• 가. 분말상태의 나노입자의 1차 특성분석 ... 62
• 1) XRD 분석을 통한 결정상의 함량 및 입자크기 계산 ... 62
• 2) BET표면적 분석을 이용한 입자크기 분석 ... 64
• 3) TEM 분석 및 ImageJ 프로그램을 이용한 이미지의 자동화 분석 ... 65
• 나. 수용액상태의 나노입자의 2차 특성분석 ... 72
• 1) 동적 광산란 분석법(DLS)을 이용한 용액에서의 수용액상 크기 분포 예측 ... 72
• 2) Zeta Potential을 이용한 나노입자의 표면전하 측정 ... 77
• 3) DLS와 UV/vis 흡수스펙트럼 이용한 나노입자의 응집 및 침전 현상 ... 80
• 4) 나노입자의 광촉매 반응성 연구 ... 81
• 5) 라디칼형성(ROS) 가능성 평가법 ... 84
• 2. 금속산화물 나노입자의 수용액 상 크기, 결정상, 광촉매 반응성 등의 인자에 따른 생물 위해성 평가 ... 84
• 가. 금속산화물 나노입자 준비, 특성 제어 및 물리화학적 특성 분석 ... 84
• 1) 나노입자의 준비 및 특성분석 ... 85
• ① TiO2 콜로이드 용액 준비 및 특성분석 ... 85
• ② SiO2 합성 및 물리화학적 특성분석 ... 88
• ③ ZnO 콜로이드 용액 준비 및 특성분석 ... 89
• 2) 금속산화물 나노입자 광활성 촉매 효과 ... 91
• 3) in vivo 생물독성평가를 위한 금속 나노입자 준비 ... 94
• ① in vivo 생물독성평가를 위한 TiO2 제조 ... 94
• ② in vivo 생물독성평가를 위한 ZnO 제조 ... 96
• 4) in vitro 생물독성평가를 위한 금속 나노입자 준비 ... 97
• ① in vitro 생물독성평가를 위한 TiO2 제조 ... 97
• 나. TiO2 입자의 결정상과 광촉매 인자에 따른 in vivo 생물 유해성 평가 ... 100
• 1) TiO2 입자의 용액상 크기에 따른 in vivo 독성 평가 ... 100
• ① 국제시험 표준 조류(P. Capricornutum)을 이용한 in vivo 독성시험 ... 102
• ② 국제시험 표준 물벼룩(D. magna)를 이용한 in vivo 독성시험 ... 102
• ③ 국내서식 고유 물벼룩(M. macrocopa)를 이용한 in vivo 독성시험 ... 103
• ④ 국제시험 표준 물고기(Zebrafish)를 이용한 in vivo 독성시험 ... 104
• 2) TiO2 입자의 결정상과 광촉매 활성에 따른 in vivo 독성 평가 ... 104
• ① 국제시험 표준 물벼룩(D. magna)를 이용한 in vivo 독성시험 ... 105
• ② 국내서식 고유 물벼룩(M. macrocopa)를 이용한 in vivo 독성시험 ... 106
• ③ 국제시험 표준 물고기(Zebrafish)를 이용한 in vivo 독성시험 ... 107
• 3) 광 조건에 따른 TiO2의 D. magna 광독성 영향 평가 ... 108
• 다. TiO2 입자의 결정상과 광촉매 인자에 따른 in vitro 생물 유해성 평가 ... 111
• 1) TiO2 입자의 크기에 따른 in vitro 독성 평가 ... 111
• ① 다양한 크기의 TiO2가 정상 간세포주에 미치는 영향 ... 113
• ② 다양한 크기의 TiO2가 정상 간세포주의 DNA 손상에 미치는 영향 ... 114
• ③ TiO2에 의한 세포 내 활성산소의 생성 ... 114
• ④ TiO2에 의해 세포 내 생성된 활성산소와 DNA 손상 기전 ... 115
• ⑤ 정상 간세포에서 TiO2에 의한 세포 사멸 유도 ... 116
• ⑥ TiO2에 의한 MAPK 신호 기전 ... 116
• ⑦ TiO2에 의한 정상 간세포의 미토콘드리아 의존성 세포 사멸 유도 ... 117
• 2) TiO2 입자의 결정상과 광촉매 활성에 따른 in vitro 독성 평가 ... 118
• ① TiO2의 광독성 효과 ... 118
• ② TiO2에 의한 DNA 손상 ... 119
• ③ TiO2 활성화와 세포 죽음 수용체를 통한 세포사멸 기전 ... 120
• ④ TiO2의 활성화와 미토콘드리아를 통한 세포 사멸 기전 ... 121
• ⑤ TiO2에 의한 활성산소와 미토콘드리아 의존성 세포 사멸 기전 ... 121
• 3. 금속 나노입자의 수용액상 크기 및 표면전하 인자에 따른 생물 위해성 평가(Ag/Au) ... 122
• 가. 금속 나노입자 준비, 특성 제어 및 물리화학적 특성 분석 ... 123
• 1) 나노입자의 준비 및 특성분석 ... 123
• ① Ag 나노입자 제조 및 물리화학적 특성분석 ... 123
• ② Au 나노입자 제조 및 물리화학적 특성분석 ... 124
• 2) in vivo 생물독성평가를 위한 금속 나노입자 준비 ... 125
• ① in vivo 생물독성평가를 위한 Ag 나노입자 제조 ... 125
• ② in vivo 생물독성평가를 위한 Au 나노입자 제조 ... 128
• 3) in vitro 생물독성평가를 위한 금속 나노입자 준비 ... 129
• ① in vitvo 생물독성평가를 위한 Ag 나노입자 제조 ... 129
• ② in vitvo 생물독성평가를 위한 Au 나노입자 제조 ... 133
• 나. 나노입자의 수용액상 크기 및 표면 전하에 인자에 따른 in vivo 생물 유해성평가 ... 134
• 1) Ag 나노입자의 분산 및 침전에 따른 in vivo 독성 평가 ... 135
• ① 국제시험 표준 물벼룩(D. magna)를 이용한 in vivo 독성시험 ... 135
• ② 국제시험 표준 물고기(Zebrafish)를 이용한 in vivo 독성시험 ... 137
• ③ Zebrafish 생체 내 거동 및 독성 기전연구 ... 138
• 2) Ag 나노입자의 표면작용기 차이에 따른 in vivo 독성 평가 ... 145
• ① 국제시험 표준 물벼룩(D. magna)를 이용한 in vivo 독성시험 ... 145
• 다. 나노입자의 수용액상 크기 및 표면 전하에 인자에 따른 in vitro 생물 유해성평가 ... 145
• 1) Ag 나노입자의 in vitro 독성 평가 ... 145
• ① Ag 나노입자 의한 세포 사멸 ... 145
• ② Ag 나노입자에 의한 DNA 손상 규명 ... 146
• ③ Ag 나노입자에 의한 세포내 활성산소 생성 기전 ... 147
• ④ Ag 나노입자에 의한 세포 내 활성산소 생성 기전 ... 148
• 2) Ag 나노입자의 분산 및 침전에 따른 in vitro 독성 평가 ... 148
• ① Ag 나노입자의 분산 및 침전에 따른 세포생존 기전 ... 148
• ② Ag 나노입자의 분산 및 침전에 따른 활성산소와 세포 DNA 손상 기전 ... 149
• ③ Ag 나노입자의 분산 및 침전에 따른 활성산소, 세포 사멸, 그리고 세포주기 기전 ... 150
• 3) Ag 나노입자의 분산 및 침전에 따른 유전독성 연구 ... 150
• 4. 탄소 나노입자의 형태인자에 따른 생물 위해성 평가 (MWCNT) ... 157
• 가. 길이가 다른 MWCNT 준비 및 특성분석 ... 157
• 5. 기존 나노물질 독성평가법들의 문제점 탐색 및 개선된 평가법 개발 ... 161
• 가. 기존의 나노물질 문제점 및 개선된 assay법 개발 ... 161
• 1) 기존의 나노물질 in vitro 독성평가 기술의 문제점 ... 161
• ① 나노물질 유해성평가 시 기존 MTT assay 방법의 문제점 ... 162
• ② 나노입자 독성평가 시 MTT assay의 문제점을 제기한 연구 사례 ... 162
• 2) 국제적으로 통용되고 있는 나노물질 유해성 평가용 MTT 시험법 ... 164
• ① TiO2 나노물질 독성평가를 MTT assay에 적용 시 문제점 ... 164
• 3) 나노물질 위해성평가를 위한 개선된 MTT 시험법 개발 ... 165
• 나. 다양한 분석법을 이용한 나노입자의 거동연구 ... 168
• 1) XRF를 이용한 생체내 나노입자의 분포, 축적연구 ... 170
• 2) TEM을 이용한 조직내 나노입자의 흡수, 축적연구 ... 170
• 3) STXM을 이용한 나노입자의 대사연구 ... 171
• 6. 나노입자의 용량 척도 인자와 위해성 평가 결과간의 상관관계 연구 ... 174
• 가. 수용액상 입자크기에 따른 D. magna 내에 나노입자의 흡수연구 ... 174
• 나. 나노입자의 표면 전하 및 용해도에 따른 D. magna의 위해성 연구 ... 178
• 다. 광촉매 활성에 따른 D. magna의 흡수연구 ... 182
• 제2절 연구개발 결과 및 결론 ... 185
• 제3절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 190
• 제4절 연도별 연구성과(논문·특허 등) ... 191
• 제5절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 206
• 제6절 연구개발 결과의 활용계획 ... 207
• 제4장 참고문헌 ... 209
• 부 록 ... 219
• 부록 1 제조나노물질 물리화학적 특성 분석 지침서 ... 221
• 1.1 TEM과 이미지 분석 프로그램을 이용한 나노물질의 입자크기분포 분석 ... 223
• 1.2 BET 표면적 분석을 이용한 입자크기 분석 ... 228
• 1.3 XRD 분석을 통한 결정상의 함량 및 입자크기 계산 ... 230
• 1.4 동적 광산란 분석법(DLS)을 이용한 수용액상 크기분포 측정 ... 233
• 1.5 Zeta potential을 이용한 나노입장의 표면전하 측정 ... 236
• 1.6 DLS와 UV/vis 흡수스펙트럼을 이용한 나노입자의 응집 및 침전 현상 측정 ... 240
• 1.7 나노 입자의 광촉매 반응성 측정 ... 243
• 1.8 라디칼형성(ROS) 가능성 평가법 ... 245
• 1.9 생체 내 나노입자의 거동 분석을 위한 분석법 ... 247
• 부록 2 독성시험을 위한 제조나노물질 시료준비 지침서 ... 251
• 부록 3 독성실험을 위한 나노입자시료 준비 및 개선된 독성 평가 지침서 ... 259
• 3.1 물벼룩 생태독성실험을 위한 표면처리된 TiO2 나노입자시료 준비 ... 261
• 3.2 세포주 in vitro 독성실험을 위한 표면처리된 TiO2 나노입자시료 준비 ... 263
• 3.3 물벼룩 생태독성실험을 위한 표면처리된 Ag 나노입자시료 준비 ... 264
• 3.4 세포주 in vitro 독성실험을 위한 표면처리된 Ag 나노입자시료 준비 ... 266
• 3.5 세포 이미지 분석을 통한 나노입자 세포독성 평가법 - MTT ... 268
• 3.6 역상 노출 기법을 이용한 나노입자의 세포독성 평가법 ... 274
• 부록 4 제조나노물질의 생태독성 지침서 ... 281
• 4.1 조류 생장저해 시험 - 나노물질용 ... 283
• 4.2 물벼룩류 급성독성 시험 - 나노물질용 ... 293
• 4.3 물고기류 급성독성 시험 - 나노물질용 ... 301
• 부록 5 Quantitative Nanostructure Toxicity Relationships Workshop Booklet ... 313