나노기술 및 정책 정보

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  나노물질의 위해성평가는 OECD 제조나노물질 작업반 (WPMN)의 주요 프로그램으로 SG6에서 담당하고 있다. 나노물질의 위해성평가를 위해서는 Hazard×Exposure=Risk라는 식에서 보듯이 유해성데이터와 노출데이터가 충분해야만 가능하다. OECD WPMN에서는 SRA(Society of Risk Analysis) 위해성분석학회와 BIAC (Business Industry Advisory
Committee)와 공동으로 이번 워크샵을 개최하였다. 나노물질의 규제적 측면에서의 위해성 평가를 위해 접근 가능한 위해성평가 방법을 모색하고 현재 14개 대표적 제조나노물질의 안전성평가 스폰서쉽 프로그램에서의 주요 이슈를 모색하기 위해 워크샵을 개최하였다.

<나노물질 위해성평가의 주요 이슈>
  위해성분석학회는 나노물질의 위해성평가는 나노물질의 복잡성과 불확실성 때문에 아직 본 궤도에 못 이르고 있으며, 2008년 개최된 나노물질 위해성평가 워크샵에서 들어난 사실은 5가지의 주요 갭(gap)이 발견되었다고 한다.
 1) 나노물질의 불확실성으로는 입자크기에 다른 기존 입자와의 다른 점, 유해성 전달을 위한 인식에 문제가 있으며 2)나노물질의 유해성문제로는 제조나노물질과 다른 나노물질과의 차이점, 응집/응축된 나노물질이 나노물질의 유해성을 나타내는지, 그리고 물질의 유해성특성화를 위한 다른 단위가 필요한 점이며, 3) 노출문제에 있어서는 새로운 노출평가 방법이 필요하며 기존의 중량농도보다는 수농도나 표면적 농도가 필요하며 분석기술의 한계와 매트릭스(matrix)의 영향문제가 해결되어야 하며, 4) 용량반응관계에서는 새로운 독성영향이나, 반응을 측정하는 단위, ADME (Absorption,Distribution, Metabolism, Excretion)와 물질의 다양성, size tolerance and purity 문제 의 해결이 필요하며, 5) 위해특성화를 위해서는 최근의 위해성평가 모델이 타당하지만 정량적인 평가가 필요하며 새로운 metric이 필요하다고 한다.


●● Evonik의 Clancy 박사는 특히 Evonik의 P25 TiO2는 사실 나노크기를 가진 물질이
아니라 나노구조를 가진 물질 (Nanostructured)이며 Primary particle은 나노지만, 200
millisecond 후에 응집되기 때문에 크기가100nm~1 ㎛크기가 되며 다시 응집이 되면
1~20㎛의 크기를 가지며 표면적은 50m2/g 을 가진다고 발표하였다. TiO2는 높은 표면적 때문에 촉매나 열안정제 또는 광촉매로 사용되며 알려진 유해성으로는 안자극, 피부건조, 흡입시 자극성을 보여주며, 경구나 흡입에 의한 독성은 알려지지 않았으며 IARC (국제암연구소)의 2B 물질이긴 하지만 lung overdose에 의해 생긴 것으로 인간의 역학조사나 실제 작업장의 모니터링에서는 이런 영향이 없다고 발표했다.
  주요노출경로는 흡입과 피부이며 작업장이 주요 노출되는 곳이다. 그러나 작업장에서는 자동화, 국소배기, 보호구에 의해 노출관리가 가능하여 산업위생관리가 잘되면 염려할 필요가 없다고 발표하면서, Evonik은 ISO TC 229와 OECD WPMN사업에 적극참여하고 있다고 발표하였다.
●● EPA 에서는 나노 TiO2의 위해성평가를 위한 필요 연구분야에 대하여 케이스 연구를 발표하였다. 특히 총체적 위해성평가는 아래와 같 이 제품의 전생애적 평가와 위해성평가를 합쳐야만 총체적 위해성평가가 가능하다고 한다.
                                                CEA = LC+RA
                                                LC = Product Life Cycle framework
                                                RA = Risk Assessment Paradigm

총체적 평가는 아래와 같은 framework을 가지고 있는데, 제조부터 폐기까지의 전생애적 평가를 거친 후 환경경로의 평가, 거동과 운반평가, 생태계와 인간의 노출평가를 한 후 생태계와 인간의 영향을 평가하는 구조를 가지고 있다. EPA에서는 TiO2위해성평가에 관한 (안)에 대한 의견을 수렴하고 있으며 조만간 전문가 워크샵을 개최할 예정으로 있다.


●● 은나노 워킹그룹의 위해성평가 은나노 워킹그룹은 소비자 제품이나 산업용은나노의 이용을 도모하기 위해 은나노 및 나노기술의 데이터를 수집하고 평가하는 단체이다. 은나노는 섬유, 코팅, 소비자 제품, 의료분야등 다양한 분야에 사용되고 있는데 아리조나대
학 은나노 양말연구에서는 양말 7종의 세탁 후 이탈에 대한 연구를 하였는데, 벌크 은을 함유 한 양말에서는 은이 유출되었지만 은나노를 함유한 양말에서는 은나노가 유출되지 않았다. 그리고 높은 농도의 은나노를 폐수처리에 넣었을때 폐수처리에 전혀 영향을 주지 않았다. 은이온은 수생계에서 염소, 황, 티오황산염(thiosulfate)이나 유기탄소와 결합하며, 고체상 입자상 물질은 은과 결합하여 폐수에서 제거된다고 한다. 나노크기의 은 콜로이드는 1900대 초부터 사용되어져 왔으며, 은의 독성에 대한 기준은 EPA 의 음용수 기준과 OSHA (미국산업안전보건청) 의 노출기준과 EPA의 IRIS에 반영되어있다.
 나노크기의 은콜로이드가 1954년 70nm의 algecide등록부터 1960년대 은나노를 함유한
정수용 카본필터, 1999년 FDA의 상처치료용 결정형 은나노 등록, 2002년 50nm 크기의 은나노 항균용 스프레이 등록의 역사적 사실이 있으며 EPA에 등록된 92종의 은 관련 제품에서 75종(82%)이 은나노나 은이온을 함유하고 있다. 모든 은의 기준은 은 Argyria (은의 피부침착)에 근거를 가지고 있으며, 질산은 (silvernitrate)이 은콜로이드보다 20배나 독성이 높다고 한다. 대부분의 은나노의 규제치는 micron크기의 은보다는 나노크기의 은콜로이드나 용해성 은화합물에 근거를 두고 만들어 진것이다. 은나노의 항균작용은 은이온때문이며 은이온이 세포막을 손상시키거나 칼슘이나 아연 이온을 대체하거나, 황, 산소, 질소와 상호작용하기 때문이며, 박테리아에 저항성이 낮으며, 저농도에도 효과가 있으며, 인간에 독성이 없기 때문이라고 한다. 은나노를 이용하는 이유는 나노는 표면적이 넓어 훨씬 많은 이온을 방출할 수 있기 때문이다.
 
●● 독일연방위해성평가원의 은나노의 위해성평가
 독일의 작물보호법에 의한 은나노 콜로이드의 위해성평가를 시행하였는데 은나노콜로이드의 주요노출경로는 호흡기, 경구, 경피 경로였으며 입자크기는 대부분이 10~30nm 였다. 이것을 김용순 및 성재혁 논문의 결과에 따라 평가 하 였 으 며 경 구 허 용 기 준 을 0.0012mg/kg/bw/d 으로 제안했으며 이 농도는 WHO, EPA, EFSA등에서 제안한 은이온의 농도 0.005 mg/kg/bw/d 보다는 낮게 나왔다. 흡입은 중기적 흡입은 5μg/m3, 장기적 흡입은
3.5μg/m3으로 제안하였다. 그리고 은나노는 김용순 논문과 다른 논문결과에 따르면 유전독성이 없는 것으로 나타났다.

●● REACH에서의 은나노 케이스 연구
 REACH에서의 은나노는 아직도 데이터는 많지만 동질성을 검증하기 위한 자료가 부족하며 in vitro 정보는 위해성평가를 하기에는 적당하지 않다. 나노물질에 대한 REACH의 정의가 없으며, 나노물질의 특성화자료 부족, 중량을 이용하는 용량 metrics는 불충분하며 기존의 노출모델이 나노에 있어서는 타당성이 떨어지며 나노와 벌크의 비교 연구가 필요하며, 나노물질의 kinetics에 대한 정보가 부족하다. 따라서 REACH framework에 의한 Base set 데이터 (물리학적적 데이터+생체독성+환경독성)가 생산되어야 하며 노출빈도, 기간, 농도 및 전생애를 고려한 노출시나리오에 대한 연구가 필요하다.


●● 독일의 Baytube 위해성평가 Baytube는 MWCNT로서 강화제 또는 열 또는 전기전도체로 폴리머나 금속의 첨가제로 사용된다. 테니스라켓이나 하키 스틱 같은 첨단스포츠용품이나, 풍력발전의 풍차나 경량의 필요한 제품이 요구되는 소비자 제품에 사용되어
질 수 있다. 현재 년간 60톤이 생산되고 있다. 물질의 특성화부족이나, 상당한 연구가 이루어졌지만 실험물질의 formulation 정보부족 , 검증된 음성 및 양성대조물질정보, 용량군의 부족이나, 용량반응의 부족, 인위적인 경로투여 (기관지나 대량투여) 등으로 신뢰성 있고 재현성이 가능한 정보가 부족한 형편이다. 길고 두꺼운 MWCNT를 복강에 투여했을 때는 중피종이 발생할 수 있다고 하지만 짧고 얇은 MWCNT를 투여했을 때는 중피종이 발생하지 않는다고 하며, 석면독성의 원칙이 적용된다고는 하지만 Baytube는 짧고 얇은 튜브로 엉켜있는 형태를 보여주기 때문에 석면독성의 원칙이 적용되지 않는다, 따라서 CNT의 경우는 case-by-case 위해성평가가 필요하다. 흡입독성자료가 필요한 형편이다. CNT의 독성은 단일벽/다중벽, 불순물, 직경 , 길이 대 직경비, 밀도, 안정성등이 영향을 미칠 수 있기 때문에 물질마다 따로 평가가 필요하다. Baytube는 급성독성이 별로 없으며, 유전독성이 음성이었으며, 피부 자극성이나 감작성도 없었다. 급성독성에서 241 mg/m3
에서 사망이 없었으며, 양성대조물질인 결정형 유리규산에 비해 훨씬 독성이 낮았
다. 11mg/m3에서 PSP 영향을 볼 수 있었고, Baytube를 carbon black과 비교하였을 때,
밀도 관련성 overloading을 보여주었다. 이는 대식세포에 의한 제거를 위한 부피적인
overload 한계를 초과하기 위해서는 적은 입자 중량농도가 필요하다는 의미이다. 다시 말하면 표면적 보다는 입자부피가 중요하다. 따라서 급성독성은 homeostatic 역할을 하는 계면활성제의 흡착에 의한 소모와 부피적인 입자의 overload가 입지침착에 대한 반응을 유도하여 생체지속성과 장기적 독성을 유발한다고 생각된다. 노출된 공기에서의 모양과 구조와 아만성으로 노출된 흰쥐의 기관지세척세포에서의 MWCNT의 양상과 노출 후 6개월 동안 축적용량과 MWCNT 에어로졸에 의해 유도된 폐염증을 carbon black과 비교할 필요가 있으며 carbon black과 MWCNT의 독성잠재성을 비교하여 나노튜브의 구조 때문인지 폐에 overload 되어 침착된 비중의 차이 때문인지의 연구가 13주 흡입독성시험에서는 고려되어져야 한다. 현재까지의 데이터로는 제품의 전생애에서 극한 상황을 고려하더라도 Baytube의 노출기준은 0.5μg/m3 정도이며 환경독성시험결과 로 보아도 환경에 안전한 것으로 보인다.
●● 미국 NIOSH의 CNT의 위해성평가
  CNT의 노출평가 데이터는 한국의 Han 등의 자료를 포함하여 4개의 자료밖에 없어 매우 부족한 형편이다. 따라서 CNT의 위해성평가는 질적인 control banding 방법이나, NOAEL
또는 LOAEL을 이용하거나 bench mark dose를 이용한 양적인 평가 방법이 있다. CNT의 위해성평가는 다른 나노물질과 비교하여 크기와 구조가 영향을 줄 수 있으며 따라서 같은
화학성분을 가지더라도 다른 독성을 줄 수 있으며, fiber counting 방법이 CNT를 검출 못할
수 도 있다. 폐침착에 있어서도 입자의 다양한 구조와 저밀도 특성이 폐침착 양상에 영향을 줄 수 있으며, 나노크기와 구조 분포에 영향을 주어 생체이용성에 영향을 줄 수 있으며, 나노특성이 기전에 영향을 줄 수 있을 것이다.

  이 자료를 이용하여 독성을 비교하였는데 동일한 독성 기전이 적용되며, 노출기준의 위해수준은 다양하여 잘모르며, 노출기준이 실제 적용에 기준을 둔다는 가정하에 CNT의 독성과 관련 있는 용량을 기존의 노출기준과 비교하고, CNT의 노출기준을 추정하기 위한 평가를 시행하였다. 폐의 섬유화를 유도하는 물질들과 CNT를 아래의 표와 같이 비교하였다.
  MWCNT는 석면과 비슷한 독성을 가지고 있으며 초미세 carbon black의 1.5배의 독성을
가지고 있으며 SWCNT는 초미세 carbonblack과 SiO2의 2.5배의 독성을 가지고 있었다. 이는 결정형 유리규산이 50μg/m3석면의0.1개/cc, carbon black의 3.5mg/m3과 비교 될 수 있다.
NOAEL이나 LOAEL을 이용하는 방법으로는 Ma Hock의 논문을 이용하여 1μg/m3 as
8hr time weighed average (TWA) concentration이 되는데 이는 불확실성요인
(10~10000)을 적용하기 전의 값이다
 Benchmark dose 방법을 사용하면 12(5)μg/m3(10% 초가 위해수준) 이 나오게 된다.
 흡입독성자료를 이용하여 아래와 같이 노출기준을 만들 수 있다. CNT 위해성평가의 불확실성을 줄이기 위해서는 사람과 설치류 폐의 CNT 침착의 모델의 타당성 검증이 되어야 하며 유전독성과 폐암과 같은 영향이나 다른 장기의 장기적인 영향이 검정되어야 하며 단기와 장기 용량반응관계를 검토해야 하며, 동물실험에서 나타나는 결과를 사람의 동등한 폐영향을 평가해야 하며, CNT의 노출과 작업장의 노출을 질적 양적으로 평가하
여야 한다. 위해성관리를 위해서는 나노물질과 다른 유해요인, 또는 작업 (downstream user
를 포함하는) 에 대한 근로자의 노출평가가 필요하며 시료채취와 분석방법의 민감성을 검정해야 하며, 노출관리방법과 보호구의 충분성을 평가하고, 건강검진의 필요성을 평가하여야 한다.

●● 일본 (산업의학총합연구소)의 MWCNT 케이스 스터디
 일본의 보건노동성은 2009년 3월 나노물질에 관한 엄격한 관리를 요구하였으며, 화학물질과 같은 사전예방원칙을 적용하도록 권고하였다. 일본에서는 나노물질에 대한 노출기준이 없으며 향후 노출기준이 만들어지더라도 지역 시료를 채취하도록 하고 있다. 일본의 케이스 스터디는 MWCNT의 노출평가에 기반을 둔 위해성평가로 물질의 사용양상, 사용량, 물질의 작업환경에서 고려사항, 작업환경노출에 기반을 둔 위해성평가를 행하였다. MWCNT의 주요성분은 탄소이며, 두께가 10~150nm, 길이가 1~100mm이며 표면코팅이 없으며, MWCNT에 따라 불순물을 함유하고 있다. 공정에 따라 합성되는 원물질과 부산물이 발생하며, 취급, 유지 작업이 관련되며 제조자는 주로 어떤물질이 존재하는 지 알고 있으며, 2차 사용자는 어떤 물질을 함유하고 있는가에 대한 정보 제공은
부족하다.
 CNT는 이차전지나 나노 composite에 사용되며, 전도성, 지속성, 견고성을 강화하기 위해 사용되는데 일본 Toray사에서는 SWCNT 100kg/year, MWCNT 60t/year를
생 산 하 고 있 으 며 carbon fiber는 60~70t/year 이며 일본에서는 1~2톤 매주 생
산되고 있다.
 노출은 제조, 유지, 포장, 칭량, 혼합공정에서 노출될 수 있으며 근로자수는 많
지는 않다. 자동화에서는 직업력과 노출이 상관성이 없지만 자동화가 안된 작업에서는 직업력과 노출의 상관성이 높다. On line으로는 중량, 수농도, 표면적 농도를 측정할 수 있으며, off-line으로는 중량, 탄소량, 모양, 그리고 fiber를 개수할 수 있다. 잠재적 노출은 유지
시가 높으며 포장과 칭량시는 중정도, 합성시는 낮은 노출이 예상된다.

 노출평가에서의 불확실성은 dose metrics에 있으며, mass, number, surface area를 측정해야하며 개인시료채취가 어렵고, 배경농도를 고려해야한다. MWCNT 측정은 MWCNT의 공정마다 달라서 일반적인 측정방법을 적용할 수가 없다. MWCNT는 열에 의해 EC3 peak로
탐지할 수 있다.
<워크샵 주요 결과>
●● TiO2는 독성시험결과는 많으나, 전생애관리를 위해서는 많은 연구가 진행되어야 하
며, 특히 EPA에서 나노 TiO2관리를 위한 연구방향을 모색하고 있음
●● 은나노의 위해성평가를 위해서는 우리나라에서 산출된 GLP 독성시험데이터가 사용되고 있었으며, EPA에서는 은나노의 미국농약법의 규제를 위한 FIFRA에 의한 과학자문위원회 개최 준비 (2009.11.3-6)
※ 유일재 교수가 과학자문위원으로 참가
●● 산업체에서의 EPA 규제에 대한 대응도은나노워킹그룹을 통해 활발히 진행하여, 정부
에 의견 피력
●● CNT의 위해성평가를 위해서는 좀더 많은 독성데이터가 산출되어야 하며 특히 90일
흡입독성시험이 중요함.
●● 우리나라에서 산출된 CNT 노출평가 결과가 활용되고 있음
●● 결론적으로 나노물질의 위해성평가는 현재 많은 독성데이터가 나오고 있지만 아직 노출평가 결과가 부족하여 제한적인 위해성평가가 가능하고 위해성평가를 위해서는 새로운 metric이나, 모델이 필요하며, 측정기술의 발전이 필요함 ■