초록 ▼

본 연구의 목표는 나노물질의 물리화학적 특성을 평가하는 기존의 방법들을 조사하고 이를 비교·평가하여 물리화학적 특성을 정성 및 정량화하는 최적의 분석방법 확립, 분산안정성을 높인 나노물질 분산액에 존재하는 나노물질의 물리화학적 특성을 분석하고, 분산조건이 나노물질의 물리화학적 특성 변화에 미치는 영향 연구, In vitro 생체 모방 조건에서 나노물질의 물리화학적 행태(behavior)를 정성 및 정량화하는 분석법 개발, In vitro 생체 모방 조건에서 나노물질이 해리되어 이온화가 되는 정도를 정량화하는 나노물질의 이온화도 분석

본 연구의 목표는 나노물질의 물리화학적 특성을 평가하는 기존의 방법들을 조사하고 이를 비교·평가하여 물리화학적 특성을 정성 및 정량화하는 최적의 분석방법 확립, 분산안정성을 높인 나노물질 분산액에 존재하는 나노물질의 물리화학적 특성을 분석하고, 분산조건이 나노물질의 물리화학적 특성 변화에 미치는 영향 연구, In vitro 생체 모방 조건에서 나노물질의 물리화학적 행태(behavior)를 정성 및 정량화하는 분석법 개발, In vitro 생체 모방 조건에서 나노물질이 해리되어 이온화가 되는 정도를 정량화하는 나노물질의 이온화도 분석법 확립, In vitro 생체 모방 조건에서 나노물질의 분포
량을 정량화하는 분석법을 확립하는 것이다.
본 연구에서는 인체에 중요한 무기영양소이며 식품의약품안전청에서 실시하지 않은 나노물질인 철나노입자를 무기질 나노입자로 선정하였으며 100 nm 이하의 크기를 갖는 America elements 社의 Iron oxide(III) nanopowder 를 구매하여 연구에 사용하였다. 대조군으로는 10 μm 이하의 크기를 갖는 Iron oxide(III) micropowder (America Elements, Los Angeles, CA, USA)와 44 μm 이하의 크기를 갖는 Iron oxide(III) powder (Alfa Aesar, Ward Hill, MA, USA)을 사용하였다.
분석법 확립을 위해 OECD에서 제시한 14종의 나노물질과 이를 분석하는 16가지 특성 분석항목 중 현재 연구된 항목에 대해서 조사하였고, 이 중 물리화학적 특성 분석 항목인 TEM, 입자크기 분포, 표면적, 다공성, 제타전위, 결정상 및 결정크기 등의 분석 방법의 장, 단점을 비교 연구하여 각 방법을 위한 최적의 분석 방법을 확립하였다. 나노물질의 분산 안정성을 높이는 방법으로 나노물질의 응집을 막기 위해 분산성을 일시적으로 향상시키는 초음파 처리법, 분산성을 향상시키기 위해 표면에 친분산기를 붙여주는 표면개질법을 확립하고 초음파 처리법과 표면개질법을 복합 적용하여 분산안정성을 극대화 하였다. 배지에서의 행태를 연구하기위해 RPMI, DMEM, DMEM/F12, DPBS 등의 4가지 배지에서의 입자크기 분포(응집), 제타전위 등을 분석하였다. 또한 In vitro 생체 모방 조건에서 나노물질의 행태를 연구하기 위해 입자크기 분포(응집), 제타전위 등을 분석하였고 이를 분석하는 분석법을 확립하였고 생체 모방 조건에서 나노물질의 이온화도 분석법을 확립하였다.
따라서, 본 연구에서 제시한 분석법은 나노물질의 독성평가 연구를 위한 물질의 특성 시험분석 가이드라인의 기초자료로 활용 될 수 있으며 나노물질의 정량적 분석방법을 확립하여 향후 다른 나노물질의 in vivo 독성평가에 기초자료로 활용될 수 있다. 또한 OECD에서 제시한 14종의 나노물질의 특성 분석에 활용할 수 있는 표준화된 분석법을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼

Evaluating the physicochemical properties of nanoparticles and its behavior in the human body is necessary especially for food applications before in vitro and in vivo test. The objective of this study is to determine physicochemical properties of both nano- and micro-sized iron oxide (Fe2O3) partic

Evaluating the physicochemical properties of nanoparticles and its behavior in the human body is necessary especially for food applications before in vitro and in vivo test. The objective of this study is to determine physicochemical properties of both nano- and micro-sized iron oxide (Fe2O3) particles and their behavior under in vitro digestion model. And another aim was to determine the standardized methodologies with regard to physicochemical properties of nanoparticles.
In this study, we selected the iron(III) oxide nanoparticles to study this research. One of the reason is that Iron is the second highest essential trace mineral element for human body. And this material has not studied yet by KFDA. Iron oxide nanopowder and micropowder were purchased from American Elements. And another iron oxide micropowder was purchased from Alfa Aesar. According to the certificate of analysis, the sizes of each powder were below 100 nm, 10 μm and 44 μm respectively.
To determine the standardized methodology, we studied about 16 of physicochemical properties of each 14 of nanomaterials according to OECD endpoints. In this study, the transmission electron microscopy (TEM) and the scanning electron microscopy (SEM) were carried out to observe the particle size and morphological information. The dynamic light scattering (DLS) method based on the Brownian motion of particles is a useful in the nanotechnology. This method offers not only in particle size but also information of size distribution. For the measurement, Iron oxide powder was dispersed in water because the DLS method requires transparent and in general highly diluted samples such as colloidal suspension. And for more accurate measurement of particle size distribution, surface charge of iron oxide was modified using citrate due to its poor dispersibility in water. Zeta-potential was measured to determine electrical stability of the samples in the aqueous phase by electrophoretic light scattering (ELS) method. Speciic surface area is one of the important properties in nanotechnology. Gas adsorption measurement and dynamic vapor sorption method were carried out. And the calculation method based on density and particle size was carried out to validate among methods.
To study about behavior of nanoparticles in the medium and under in vitro condition, we analyzed the particle size, size distribution, zeta potential agglomeration and aggregation of iron oxide nanoparticle in the medium (RPMI, DMEM, DMEM/F12 and DPBS). The quantitative analysis of iron ion was carried out by ICP method. This method can explain the degree of ionization of iron nanoparticles.
In conclusion, methods for determining physicochemical properties and behavior of iron oxide nanoparticles are expected to characterize nanomaterials to assess their functionality and toxicity. The SOPs suggested from this study could be utilized to in vitro and in vivo toxicity assessment as a fundamental procedure.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 목차 ... 4
• Ⅰ. 총괄연구개발과제 요약문 ... 6
• 국문 요약문 ... 6
• Summary ... 8
• Ⅱ. 총괄연구개발과제 연구결과 ... 10
• 제1장 총괄연구개발과제의 목적 및 필요성 ... 10
• 1.1 총괄연구개발과제의 목표 ... 10
• 1.2 총괄연구개발과제의 목표달성도 ... 10
• 1.3 총괄국내·외 기술개발 현황 ... 11
• 1.4 총괄연구개발과정에서 수집한 국외과학기술정보 ... 12
• 제2장 총괄연구개발과제의 내용 및 방법 ... 13
• 2.1 총괄연구개발과제의 내용 ... 13
• 제3장 총괄연구개발과제의 최종결과 및 고찰 ... 27
• 제4장 총괄연구개발과제의 연구성과 ... 98
• 4.1 총괄활용성과 ... 98
• 4.2 총괄활용계획 ... 99
• 제6장 총괄참고문헌 ... 100