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1 48 공업화학전망, 제 10 권제 1 호, 2007 나노기술개발동향 나노기술의환경 보건 안전성영향에관한연구동향최붕기 김경호 소대섭 유일재 * 한국과학기술정보연구원, * 한국생활환경시험연구원 R&D Trend on the Environmental, Health and Safety Impacts of Nanotechnology Boong-Kee Choi, Kyung-Ho Kim, Dae-Sup So, and Il-Je Yu* Nanotechnology Information Analysis Team, Korea Institute of Science and Technology Information (KISTI) *Korea Environment & Merchandise Testing Institute (KEMTI) Abstract: 나노기술은원자와분자수준의물질을제어하고조작하는기술로, 제 2 의산업혁명을이끌어나갈핵심기술로인식되고있다. 그러나나노수준의구조체가인체와환경에잠재적인역효과를줄수있다는우려가제기되면서이에관한정부차원의대응이요구되고있다. 본연구는이러한나노기술의환경 보건 안전성영향에관한미국, 일본, EU 등의주요나노기술개발국가와 OECD, ISO 등의국제기구등의대응현황을살펴보고, 주요주제분야별연구개발동향을진단하였다. 또한, 계량정보분석기법을사용하여연구개발동향의정량적분석을시도하였다. 연도별논문발행추이및주요연구자, 연구기관, 국가별연구개발현황을분석하였으며, 인용빈도수, 네트워크분석등을통하여나노기술의환경 보건 안전성영향에관한세계적인연구개발추이를진단하였다. 나노기술의책임감있는개발을위해서는시기별, 분야별연구로드맵의작성과국가적차원의전략개발이요구되고있다. Keywords: nanotechnology, risk assesiment, nanotoxicity, bibliometrics, policy analysis 1. 서론 1) 나노기술은 물질을나노크기의수준에서조작 분석하고이를제어할수있는과학과기술 로제 2 의산업혁명을이끌어나갈핵심기술로인식되고있으며, 과학기술의획기적인개선을통하여새로운의료기술의등장, 유비쿼터스사회의완전한실현, 고효율의자원활용시스템및친환경기술등과같이사회전반에커다란긍정적인영향을미칠것으로예상되고있다. 나노기술의경제적파급효과는기술개발의긍정적효과의대표적인예로서거론되고있다. 나노기술은이미국내주요산업에활용되고있으며 2005 년약 35 조원 ( 전체산업대비 주저자 ( boongkee@kisti.re.kr) 2.4%) 규모에서, 2010 년 104 조원 (5.5%), 2020 년 593 조원 (17.7%) 에이르는등비약적으로확대될것으로전망되고있다 [1]. 미국의나노비즈니스얼라이언스 (NanoBusiness Alliance), 과학재단 (NSF)[2], Lux Research 등은향후 10 년에서 15 년이내에나노관련산업의세계시장규모가수조달러규모로급성장할것이라고예측하고있다. 특히, Lux Research 는나노기술을응용한제품시장이 2004 년당시전세계제조업부문의 0.1% 이하인 130 억달러수준이지만 2014 년에는 15% 까지성장해 2 조 6 천억달러에이를것이라는전망을내어놓아나노기술개발붐을조성하고있다 [3]. 하지만, 나노기술개발에대한이러한희망적인기대에도불구하고나노기술개발에따른사회적영향문제에대하여적극적으로대응해야한다는입장이국내외에서크게주목을받

2 KIC News, Volume 10, No. 1, 고있다. 이는기술개발에따른나노격차 (nano divide), 노동구조의변화, 개인프라이버시침해, 시민사회의저항, 윤리적문제등사회적으로부정적인영향이예견되고있기때문이다 [1]. 다양한사회적영향문제중에서도특히, 나노물질의환경및인체유해성문제는시급한과제로부각하였다. 이는나노소재의잠재적독성에관한규제조치없이일부화장품등의소비자제품에이미나노입자가사용되고있는것에대한우려가제기되고있기때문이다. 미국의우드로윌슨국제학술센터 (Woodrow Wilson International Center for Scholars) 는현재 300 여개이상의나노제품이상용화되고있음을보여주고있다 [4]. 나노소재의환경, 보건, 안전성에관한문제는최근미국, 영국등에서는정치적이슈로부각되는양상마저보이고있다. 지난 2006 년 9 월 21 일미국하원은주목할만한청문회를개최한바있다. 청문회의요지는, 현체제로서는나노기술의환경보건안전 (EHS) 분야에대한부처간연구우선분야의설정및조정기능이극히미비하다는대정부정책비평이었다. 이러한미국의나노기술안전성문제에대한정치권의관심과압력은미국의정책변화를예고하고있으며, 당장세계적인반향을야기할전망이다. 실례로, 미국의환경보호청 (EPA) 은 1 년전까지만해도나노소재를이용한세탁기에대한살충제법적용을고려하지않겠다는입장이었지만, 국내기업이제조하는 은나노세탁기 에대해서는규제를고려할수있다는입장으로선회하고있다 [5]. 한국의나노기술경쟁력은나노기술종합발전계획이수립된 2001 년이후비약적으로상승하였는데, 2001 년에선진국대비기술수준이 25% 이었으나 2005 년도에는 66% 에이를만큼괄목한성과를이루었다 [6]( 한국과학기술정보연구원, 2005). 또한미국의나노기술산업전문분석기업인 Lux Research 는미국, 일본, 독일과함께우리나라를나노기술 4 대핵심개발국가로선정하였다 [7]. 하지만, 국내에서는 나노기술의안전성영향에관한국가적전략수립과범부처적인협력활동이미진한상태이다. 따라서, 본연구에서는현시기에급격하고부상하고있는나노기술의환경 보건 안전성영향에관한연구동향을정책, 연구, 문헌분석등을통하여입체적으로고찰하면서, 국가나노기술개발정책수립시에고려해야할몇가지시사점을도출하였다. 2. 연구정책동향 나노기술의환경 보건 안전성영향에관한연구지원이최근 2~3 년동안에주요국을중심으로크게증가하고있다. 한국과미국은나노기술의사회영향에대한평가작업을법적으로보장하고관련연구를진행하고있다 [8,9]. 한국은나노기술개발촉진법 19 조에 나노기술영향평가 에관한조문을명시하여나노기술의사회영향에대한평가작업을법적으로보장하고관련연구를진행해나가고있다 국외동향 미국나노기술의환경 보건 안전성영향에관한연구는미국나노기술개발전략의핵심요소이다 [10] 년에수립된제 1 차국가나노기술전략 (NNI) 는연구성격별로 5 가지투자분야를설정하면서나노기술의사회적영향을주요한지원부문으로설정하였으며, 이러한중점전략노선은미국의나노기술개발법제정에따라 2004 년 12 월미국의국가과학기술원회 (NSTC) 가향후 5~10 년을내다보며수립한제 2 차국가나노기술전략에서도그대로이어진다. 기존의 5 개의투자지원분류체계대신에새롭게 4 개의목표와 7 개의프로그램구성영역 (Program Component Area, PCA) 으로재편되었다. PCA 는부처별로추진하고있는나노기술개발프로젝트를 7 개의비슷한연구

3 50 공업화학전망, 제 10 권제 1 호, 2007 Table 1. 나노기술의사회적영향에관한주요국의정책전개현황 시기한국미국일본 EU 2003 이전 나노기술종합발전계획 (2001.7) 나노기술개발촉진법 ( ) 및시행령 (2003.6) 과기부, NBIT 융합기술영향평가 과기부, 2005 년도나노기술영향평가 제 2 기나노기술종합발전계획 - 나노기술사회영향등 4 대목표선정 제 3 차한미나노포럼 - 나노기술환경영향분야연구교류 (2006.4) 식품의약품안전청 - 나노물질독성기반연구 과기부, 나노소재기술영향평가 국가나노기술전략 (NNI)(2000.1) NSF, 사회영향워크샵개최 ( ) 21 세기나노기술개발법 ( ) 제 2 기과학기술기본계획 - 나노기술을 4 대중점분야로선정 나노기술 재료분야전략 (2001.9) NSF, 나노기술의책임있는개발을위한국제회의 ( ) AIST, 나노기술과사회 라이스대학, 나노기술사토론회 (2004.8~2005.3) 회영향데이타베이스구축 (ICON)( ) 대통령과학기술자문위원회 (PCAST), NNI 평가보고서발행 (2005.5) - NNI 사회영향대응에대한호평 EPA, 나노기술백서발간 Wilson Center, 나노기술사회영향평가프로젝트추진 NSET, 인공으로제조된나노입자의환경보건안전영향보고서발행 (2006.9) 미하원, 나노소재인체환경안전에관한공청회 (2006.9) FP6, 나노기술을핵심연구개발분야로선정 영국, ESRC 나노기술을둘러싼이견조사분석 EC, 나노기술전략 (2004.5) - 책임있는연구개발중점 AIST, 심포지움나노기 EC, 나노기술개발시행술과사회 ( ) 계획 ( ) AIST, 나노기술의사회 (2005.6) 수용촉진을위한조정연 나노기술사회영향에대구워크숍 ( 번한국제회의개최 ) ( ) 3 기과학기술기본계획 - 나노기술의사회수용 부문 10 대연구과제선정 (2006.3) 문부과학성, 나노기술의사회수용촉진에관한조사연구 (2005.7~ ) 후생노동성,AIST - 나노독성연구프로젝트추진 SCENIHR, 나노기술위험성평가에대한제언 (2006.3) 영역으로분류한것으로 5 개의연구분야 PCA1 ( 나노기초원리 ), PCA2 ( 나노소재 ), PCA3 ( 나노소자와시스템 ), PCA4 ( 메트롤로지및표준화 ), PCA5( 나노제조 ) 와 2 개의연구지원부문 PCA6 ( 연구시설 ), PCA7 ( 사회영향 ) 을포함하고있다. 이중 PCA7 ( 사회영향 ) 부문은크게 2 개영역으로세분화되어추진되고있는데, 환경, 보건, 안전부문 (Environmental, Health and Safety, 이하 EHS 로표기 ) 과 윤리, 법, 기타사회부문 (Ethical, Legal, Societal Issue, 이하 ELS 로표기 ) 이다 회계연도의예산청구액을분석하면, EHS 는 4,410 만달러, ELS 는 3,800 만달러로, EHS 와 ELS 의비율은 54:46 이다. 미국의나노기술개발은과학기술위원회 (NSTC) 산하에설치한나노기술분과위원회 (NSET) 를통하여추진되고있다. NSET 은미국 NNI 의목표, 우선순위, 추진전략등을수립하는주체이며, 부처별로투자하고있는나노기술연구개발예산의적절한균형을유지하고, 연구개발분야에대한충분한지원이이루어지도록조정하는역할을하고있다. 또한, 산업계, 학계그리고지역및주정부의나노기술그룹과의정보교류활동을촉진하는역할을수행하고있다. NSET 에는여러개의

4 KIC News, Volume 10, No. 1, Table 2. 미국 NNI 의나노기술의사회적영향 (PCA7) 에관한주요연구분야 부문 EHS ELS 교육 내용 나노기술개발이환경, 보건, 안전에미치는영향및위험성평가 윤리, 법, 사회적측면의나노기술의영향 교육과정, 일반인교육자료등개발 (EHS 와 ELS 를통하여예산집행 ) 예산 ( 백만달러 ) / ( 전체 NNI 예산대비비율 ) 2005 ( 집행액 ) 34.8 (2.9%) 33.3 (2.8%) 2006 ( 추정액 ) 37.5 (2.9%) 34.1 (2.6%) 2007 ( 요청액 ) 44.1 (3.5%) 38.0 (3.0%) 워킹그룹이결성되어있는데, 나노기술의환경및보건영향은 2003 년 8 월 12 개부처가참여하여설립된, 나노기술환경보건영향워킹그룹 (Nanotechnology Environmental and Health Implications Working Group, NEHI WG) 을통하여조정되어지고있다. NNI 에참여하는미국의부처별 EHS 와 ELS 의예산투자현황을분석하면, 두분야모두과학재단 (NSF) 의투자가과반수이상을점유하고있다. EHS 부문에예산을할당하고있는부처는 6 개이며, 부처별점유율순은 NSF (58.1%), EPA (18.1%), NIH (10.4%), NIOSH (6.8%), NIST (4.1%), DOD (2.3%), CSREES (0.2%) 순이다 일본일본의나노기술개발정책추진은문부과학성과경제산업성을통하여주로이루어지며, 문부과학성은물질재료연구기구 (NIMS), 이화학연구소 (RIKEN) 그리고일본원자력연구소 (JAERI) 등의독립행정법인연구기관과대학의연구개발활동지원, 경제산업성은신에너지산업기술종합개발기구 (NEDO) 와산업기술총합연구소 (AIST) 의나노기술연구개발을지원한다. 이중에서나노기술의사회적영향문제에주목하고있는기관으로는산업기술총합연구소 (AIST) 가대표적이다. 현재나노소재가건강에미치는영향을조사하는안전성평가 프로젝트를추진하고, 연구성과를국제회의등에서발표하며, 경제협력개발기구 (OECD) 와국제표준화기구 (ISO) 가진행하는안전관리등의국제기준제조에반영시킨다는전망을세우고있다. 그외문부과학성의나노기술종합지원프로젝트센터는나노기술의사회영향에관한주요국의연구논문, 보고서등의문헌조사는실시되었다. 경제산업성의나노기술정책연구회는 나노기술사회영향포럼개최, 나노기술안전성및최적규제검토, 안전성평가체제정비, 표준화활동과의제휴, 안전성문제에대한기업의적극적대응등을제언하였고후생노동성은나노소재의독성평가방법등을개발하는 3 개년연구과제는시작하였다. 신에너지산업기술종합개발기구 (NEDO) 는 나노입자특성평가방법의연구개발 프로젝트를추진중이다 EU 2005 년 6 월유럽연합집행위원회는유럽연합의나노기술개발시행계획 ( ) 을발표하였다 (EC, 2005). 1 년간의준비기간을걸쳐공식적으로발표된집행위원회전략은 7 개분야별로집행위원회와회원국가의실행방안을제시하고있다. 핵심적인전략안은 대폭적인예산확보, 연구개발기반시설의확대, 다학제연구인력의양성, 상업화지원강화, 보건, 안전, 환경문제에대한적극적대

5 52 공업화학전망, 제 10 권제 1 호, 2007 Table 3. NSF 의나노물질의독성연구사업 ( 년 ) 사업명연구기관예산 ( 달러 ) 시작 SGER: Size Dependant Neural Translocation of Nanoparticles Univ of Rochester 200, SGER: Reverse Engineering Cellular Pathways from Human Cells Exposed to Nanomaterials-Development of Novel Risk Assessment Methods Houston Advanced Research Center 200, Biochemical, Molecular and Cellular Responses of Zebrafish Exposed to Metallic Nanoparticles Cross-Media Environmental Transport, Transformation, and Fate of Manufactured Carbonaceous Nanomaterials Gene Expression Profiling of Single-Walled Carbon Nanotubes: A Unique Safety Assessment Approach Lung Deposition of Highly Agglomerated Nanoparticles Univ of Florida Center for Environmental and Human Toxicology Virginia Polytechnic Institute and State Univ Houston Advanced Research Center 350, , , U Minnesota Twin Cities 400, The Life Cycle of Nanomanufacturing Technologies Univ of Illinois at Chicago 200, International Research Needs Assessment Rice Univ 70, Experimental and numerical simulation of the fate of airborne nanoparticles from a leak in a manufacturing process to assess worker exposure U Minnesota Twin Cities 400, Aggregation and Deposition Behavior of Carbon Nanotubes in Aquatic Environmrnts Yale Univ 400, 계 4,270,000 응, 국제협력증진등으로요약할수있다 [11,12]. 나노기술의사회적영향부문에관한정책은주로 사회적차원의통합 과 공중보건, 안전, 환경, 소비자보호 부문을통하여추진된다. 공중보건, 안전, 환경, 소비자보호 부문에서는나노기술의이용과응용에관계된안전성문제의구체화를시행한다. 또한, 인공으로제조된나노수준의물질이노동자, 소비자, 환경에노출되는것을최소화하는방안을마련하고, 나노기술제품의전라이프사이클을포괄하는위험성평가를위하여용어, 가이드라인등의표준을개발해나갈예정이다. 유럽연 합회원국에게는인공적으로제조된나노개체등의사용과노출에관한목록을작성하고, 나노기술의응용과사용에관한국가규제책을검토할것을요청하였다. 또한나노입자를 EU 가맹국정부에제시하는법안지시문서인디렉티브 (Directive) 67/548/EEC 아래에서신규물질신고계획 (New Substances Notification Scheme) 의강제규정대상으로삼을것과세계적으로인정받고있는 CA (Chemical Abstract) 서비스등록번호 (Registry Number) 와나노소재용재료안전데이터시트 (Material Safety Data Sheets for Nanomaterials) 의채택을지원할것을요청했다. 유럽신규보건위험과학위원회

6 KIC News, Volume 10, No. 1, (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks, SCENIHR) 는 2006 년 3 월나노기술제품의잠재적위험성을진단하는기존의기법들에대한평가작업을진행하여기존의방법으로나노입자의위험성을평가하는것이한계가있다며새로운위험평가방법을모색해야한다는권고안을제시하였다 (SCENIHR, 2006[13]) OECD 경제협력개발기구 (Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD) 는국가간의교류활동을통하여나노기술의환경 보건 안전성영향에관한문제를해결하고자노력하고있다. OECD 는 2005 년 6 월 OECD 최초의나노기술 EHS 분야의특별세션을개최하여나노기술의잠재적부정적영향에대한회원국정부차원의논의가필요하다는인식을확산시켰다. 화학물질위원회 (Chemicals Committee) 와화학물질, 농약및생명공학작업반 (Working Party on Chemicals, Pesticides and Biotech- nology) 의합동회의 (Joint meeting) 는인공으로제조된나노소재의인체보건및환경안전성에관한잠재적영향에관한특별세션을개최하면서, 관련분야의연구활동에대한검토가필요하다는공감대를회원국내에형성하고, 화학물질위원회 (CC) 제 38 회합동회의 ( ~10) 에서인공으로제조된나노소재의안전에관한워크샵을개최하기로결정하였다. 이러한논의는 OECD 제 1 회나노소재안전성워크숍개최 ( 워싱턴, ~9, Workshop on the Safety of Manufactured Nanomaterials) 로이어졌으며, 10 개월후환경국 (ENV) 화학물질위원회 (Chemicals Committee) 산하에나노소재작업반 (Working Party on Manufactured Nanomaterials, WPMN) 이설립 ( ) 되는계기를제공하였다. 그리고 2006 년 10 월제 1 회 WPMN 회의 ( ) 가영국런던에서개최되었으며, 회의성과물로마련된작업프로그램 (Programme of Work, 2006~2008) 은제 40 회화학물질위원회 ( ) 에서승인받았다 [14]. 작업프로그램의 3 가지주제분야는 (1) 감정, 특성분석, 정의, 용어표준, (2) 테스트기법, 위험성평가 (3) 정보공유, 협력, 확산등으로선정되었으며, 6 개프로젝트로 ( 나노소재의인체보건및환경안전성 (EHS) 연구에관한데이타베이스개발, 나노소재의 EHS 연구에관한국제적전략개발, 나노소재대표표본의안전도테스트, 나노소재에관한기존 OECD 테스트지침 ( 화학제품안정도 ) 의적절성평가, 국가간규제프로그램및자발적규제계획 (Voluntary Regulatory Schemes) 에관한정보교환, 위험성평가및노출측정공동협력등이추진된다 ISO 나노기술표준화는향후잠재적인파급효과가매우클것으로예측되는핵심적인사안이기에미국, 유럽등의주요국가들이적극적으로참여하고있다. ISO ( 국제표준화기구, International Standardization Organization) 는나노기술분야의국제표준화를추진하기위해 229 번째전문위원회 (ISO/TC229) 를신설하였다. 사무국및의장에영국 (BSI) 이맡고있다. ISO/TC229 는제 1 회총회를 2005 년 11 월에영국런던에서개최하여나노기술개발이용의촉진및사회의이해촉진에기여하는것을목적으로하여국제표준화활동을개시하였다. 회의결과 3 가지분야에대한워킹그룹 (Working Group, WG) 을설립하기로결정하였다. WG1 ( 용어ㆍ분류 ) 의담당은캐나다, WG2 ( 계측계량ㆍ특성평가 ) 는일본이그리고 WG3 ( 보건ㆍ안전ㆍ환경 ) 은미국이각각담당하고있다. 한편, 제 3 차총회가 2006 년 12 월서울에서 20 개국의 151 명 ( 한국측 27 명참석 ) 이참가한가운데개최되었다 ( ~12. 8, 서울, 올림픽파크텔 ). 회의결과로는 WG1 분야는

7 54 공업화학전망, 제 10 권제 1 호, 2007 용어정의에따라원천특허의해당분야와관련이있어용어와분류를구분하여 2 개의스터디그룹의구성을검토키로결정하였으며, WG2 분야는탄소나노튜브에대한평가물성과평가방법을결정하고규격을주도할국가 ( 한국, 미국, 일본 3 국 ) 를선정하였다. WG3 분야는미국암연구소, 일본 AIST, 한국생활환경시험연구원, OECD 등에서나노분말의독성현황을발표하고 작업현장에서나노물질취급을위한가이드라인 을수정하였다. 또한, ISO/TC 229 과연계기관으로되어있는 CEN, OECD 등과협조체제구축을통한업무중복방지를협의하였다. 우리나라가얻은주요실적으로는 WG1 에서한국과학기술정보연구원 (KISTI) 에서제작한 나노기술분야용어 를반영키로하였으며, WG2 에서는 열분석법에의한 CNT 순도평가방법 과 CNT 튜브타입분석방법 분야에서미국과우리나라가공동리더를수임하고공동신규작업항목제안 (New Work Item Proposal) 을제출하기로하였다 국내동향우리나라의나노기술연구개발정책은 2001 년 나노기술종합발전계획 을수립하여법정부차원에서본격적으로추진되었으며, 현재제 2 기나노기술종합발전계획이추진중에있다 [15]. 제 2 기나노기술종합발전계획에서나노기술의사회적영향에대한정부차원의전략을마련하였으며, 관련법률제정을통한법적근거가마련되는등나노기술의사회적영향을분석하는연구가최근 2~3 년사이에국내에서도주요하게부각되고있다. 현재까지 3 회에걸친나노기술영향평가는과학기술부와과학기술기획평가원을통하여추진되고있다 년에는나노소재의안전성평가에초점을맞추고, 주요정책제언으로는 나노소재기술영향평가센터 설립을제시하였다 [16]. 구체적으로센터에서추진해야하는업무로 나노소재특성자료의수집및보 완 ( 개별과제결과의수집 / 분석 / 공개 ), 나노소재특성자료의체계화주도 ( 표준화, 위해성평가 ), 나노소재활용의가이드라인제정 ( 제품인증, 안전성인증 ), 나노소재의기술영향평가에관한국제적동향의파악및적극참여, 나노소재기술에관한교육및홍보 ( 초중고학생, 일반인 ) 등을제시하였다. 우리나라나노기술사회영향연구는미국, 유럽과같은구체적인나노소재의환경, 인체및안전 (EHS) 에대한연구와윤리, 법, 사회적측면 (ELS) 의연구와는다르게포괄적인나노기술의일반론연구에치중하였지만, 2007 년부터구체적연구사업전개될전망이다. 식품의약품안전청 ( 식약청 ) 산하국립독성연구원에서 2007 년부터 나노물질독성기반연구 사업을추진한다 년까지총 55 억원투자 (2007 년도예산은 10 억원 ) 되며, 구체적사업목표는 나노물질의평가체계구축및관련지침제정 나노물질의독성평가기술개발 독성저감화등으로설정하고있다. 또한국제협력활동도강화될전망이다. 환경부는 2006 년 10 월 OECD 회의에참여하였으며, 나노물질의위해성문제에대한국제적협력활동을전개해나가고있다. 환경부가정부간의대표접촉창구를담당하며환경기술분야의나노기술응용과나노물질의환경위해성분야연구사업을추진해나갈방침이다. 3. 연구개발동향 3.1. 나노소재별안전성연구현황인공으로제조된나노소재의대표적인사례인풀러렌 (Fullerenes), 탄소나노튜브 (Carbon Nanotube), TiO 2, 양자점 (Quantum Dots), 나노결정 (Nano Crystal) 등의위험성및독성연구현황을정리하였다 풀러렌 (Fullerenes) 대표적인나노소재인풀러렌의잠재적인환

8 KIC News, Volume 10, No. 1, 경및보건위험성에관한다양한연구들이 90 년대후반이후현재까지지속적으로진행되고있다. 그러나, 아직까지표준독성학시험법을이용하여풀러렌노출에의한폐독성을연구한결과는없다. 연구사례는다음과같다. 풀러렌의복강투여후풀러렌은혈액, 비장, 간에서검출이되었으며 [17], 태반장벽을건너배아와난황낭에분포된것이발견되었다 [18]. In vitro 에서풀러렌이사람과쥐 (rat) 간대사효소에미치는영향을연구한결과풀러렌의글루타치온의활성을감소시켰다 [19]. 풀러렌을생쥐피부에도포하여아급성독성시험으로발암의개시 (initiation) 와촉진 (promotion) 현상을조사한바 DNA 합성에영향이없는것을발견하였다. 그러나, 상피종양은증가하지않았음에도불구하고, 상피종양을촉진하는효소의활성이촉진되는것을발견하였다 [20]. Sera 등 (1996) 은 3 종류의살모넬라에게풀러렌을대사활성효소 (S9) 의존재하에가시광선을조사하였을때변이원성을관찰하였지만, Zakharenko (1997)[21] 등은 in vitro 에서 E. coli ( 대장균 ) 과초파리의유충에게풀러렌은아무런변이원성을발견하지못하였다. Kamat 등 (1998) 은 in vitro 에서풀러렌 (12.5 µg C60-cyclodextin) 은간의마이크로솜 (microsomes) 에산화전손상을유도한다고보고하였다. 이런손상은항산화제나유리기제거제 (free radical scavenger) 등에의해조절될수있었다. Oberdoster 등 (2004a)[22] 은어류에서풀러렌이과산화물 (peroxide) 의발생에미치는영향을연구하였는데, 0.5 ppm 의농도에서어류의뇌에서유의성있는지질과산화 (lipid peroxidation) 의증가를관찰하였다 탄소나노튜브 (Carbon Nanotube) 탄소나노튜브는경량이며강한구조를가지면서열발산효과가높은성질을지니고있기에와이어 (wire), 반도체, 컴퓨터기억소자, 축도된전자기계나고효율공기청정기에적용할수있는가능성을지니고있다. 그러나이런 물질의유출은특히우주선이나공학적작업의밀폐된공간에서는건강문제를야기할수있다. 실재제적으로탄소나노튜브가폐에도달하는양은소량이지만어떤조건에서는적은크기가공기중에있게되어폐에도달할수있다 (Maynard et al., 2004)[23]. Lam 등은 (2004)[24] 3 종류의 SWCNT ( 단일벽탄소나노튜브 ) 를기관지에단회투여하여폐독성을연구하였는데 3 종류의 SWCNT 는정제된나노튜브는 2% 의잔류 Fe 를함유하였으며, 비정제된탄소나노튜브는 27% 의 Fe 함유, 26% 의 Ni 와 5% 의이트륨 (yttrium) 을함유하였다. 3 종류의탄소나노튜브투여동물에서는정제여부와상관없이염증반응과육아종을관찰하였다. 육아종은폐간질에서발생하였으며, 0.5 mg 투여농도로 Ni 을함유한탄소나노튜브는높은사망률 (5/9) 을보여주었고, Fe 를함유한나노튜브는정제여부에상관없이사망을보여주지않았다. 높은농도에서는여러가지폐의육아종을포함한임상적증상을보여주었지만, 대조군으로사용한카본블랙은아무런자극성이나육아종을보여주지않았다. 따라서나노튜브의흡입은염증반응육아종 (granuloma), 생체기관내의섬유조직발생및증식 (fibrogenic) 영향을보여주며기존의무게에기준을둔허용농도는불충분하다는의미있는결과가제시되었다. Warheit 등 (2004) 은기관지주입법 (intratracheal instillation) 에의해 SWCNT (50 60% 30 nm nanotube, 30 40% 비정형탄소, 5% Ni, 5% Co) 를수컷쥐 (rat) 에투여하였는데, 5 mg/kg 에서 15% 의사망률을보였다. 이는상기도의기관지가막혀서호흡곤란으로죽었으며, 염증반응과폐세포의분열, 폐의다수의육아종 (granuloma) 을관찰할수있었다. Warheit 의연구와 Lam 의연구는탄소나노튜브의세포독성을말해주고있다. Huczko 등 (2001) 은기니아픽을이용하여 25 mg 의 SWCNT 를폐에투여하여폐기능을조사하였는데, 폐기능에대한영향을발견

9 56 공업화학전망, 제 10 권제 1 호, 2007 할수없었고, 폐와기관지세척액 (bronchoalveolar lavage) 에서도영향을관찰할수없었다. Huezko 등 (2001) 은탄소나노튜브의피부와눈에대한영향을조사하였는데, 탄소나노튜브를함유한패치 (patch) 를지원자에게부착한결과아무런자극이나감작성을관찰할수없었으며토끼의눈에주입했을때안자극을관찰할수없었다. Shedova 등 (2003a, 2003b) 은 SWCNT 는사람의케라티노사이트 (keratinocytes) 에게양반응관계로세포의생존을감소시키며산화적스트레스 (oxidative stress) 를증가시켰으며, 지질과산화화 (lipid peroxidation) 를증가시켜, 근로자의노출은피부독성을유발할수있을것이라고제시하였다. Zheng 등 (2003)[25] 은적절한직경과전기적인특성을가진탄소나노튜브는 in vitro 에서단일가닥 DNA (single strand DNA) 를풀수있다고하며, Cui 등 (2005)[26] 은 SWCNT 가세포의증식을억제하며사멸을유도하며, 인간의신장배아세포가배아에부착하는것을감소시켰다고보고하였다. Jia 등 (2005) 은 SWCNT, MWCNT, 풀러렌의기니아픽의폐대식세포를이용하여세포독성을비교하였는데, 풀러렌은세포독성이없었으며, SWCNT 가 MWCNT 보다독성이높았으며, 석영보다도독성이높다고보고하였다. SWCNT 는 MWCNT 보다적은양에서거식세포의탐식작용을감소시켰다. Pantarotto 등 (2004)[27] 은사람과쥐의섬유세포를이용하여 SWCNT 를리신 (lysin) 과결합했을때세포막을통과하여핵에축적되는것을관찰하였다. Wang 등 (2004)[28] 은수산화 (hydroxylation) 한 SWCNT 를실험동물의복강에주사한결과뇌를제외한체내에분포하였고, 뼈에축적되었다고보고하였다. 다른경로즉혈관, 경피, 경구경로는수산화된 SWCNT 의분포에영향을주지않았다. 복강투여후 11 일이후에는 80% 의수산화된 SWCNT 가배설되었는데 94% 는소변으로 6% 는대변으로배설되었다. Cherukuri 등 (2004) [29] 은쥐에서탄소나노튜브는복강의대식세포에의해탐식될수있다고보고하였으며, Monteiro-Riviere 등 (2005)[30] 은사람의케라티노사이트의공포에서탄소나노튜브를발견할수있었으며, 세포의생존을감소시키고, 인터루킨 (interleukin)-8 과같은염증반응마커 (marker) 가증가하여탄소나노튜브가세포를통과하여자극반응을일으킬수있다고보고하였다 TiO 2 자외선차단제에포함된 TiO 2 의잠재적피부흡수는자유라디칼 (free radical) 을생성하고 DNA 의변화와잠재적암유발가능성을제기한다. TiO 2 는사람, 토끼, 쥐 (rat) 의피부에흡수될수있다고보고되고있는데, Ladmann 등 (1999) 는 TiO 2 (17 nm) 의코팅된나노캡슐 (coated nanocapsule) 은사람의피부의단단한층 (keratin) 층을넘어피부에유의하게침투하지않는다고보고하였으며, 이런결과는 Schulz 등 (2002)[31] 도다른 TiO 2 제제를사용한경우도비슷한결과를가져와 TiO 2 는피부층을통과하여혈관을타고운반되지않으리라고생각된다. Oberdorster 등 (1994)[32] 의 20 nm 와 250 nm TiO 2 입자를이용한흡입독성시험에서같은농도에서작은입자가폐에많이정체하였고, 간질을통과하여폐의림프절에서발견되었다. 20 nm 입자가폐에서제거되는데에는훨씬많은시간이소요되었다. 20 nm 가 250 nm 보다염증반응의지표들의증가를보였으며, 폐의표피세포와간질의섬유화와대식세포기능의변화를보여주었다. 미국국립독성연구원 (Oberdorster et al., 2005) 에서는작은크기의 TiO 2 의노출기준을낮추기를권고하고있다. Hohr 등 (2002)[33] 은 20~30 nm 의 TiO 2 를쥐 (rat) 의폐에주입한결과폐에서초기염증의지표인호중구 (neutrophil) 가증가함을관

10 KIC News, Volume 10, No. 1, 찰하였지만, 180 nm 를주입한폐에서는이런현상이관찰되지않아표면적이중요하다는것을제시하였다. Lucarelli 등 (2004)[34] 은 in vitro 실험에서 SiO 2 와코발트나노입자 (Cobalt nanoparticle) 는사람의척수단핵세포 (myelomonocyte) 에염증반응의선행증상을보여주었지만, TiO 2 와 ZrO 2 는아주미세한반응을보여주었다. 비슷한결과를 Peters (2004)[35] 등도관찰하였다. Hillyer & Albrecht (2001)[36] 은경구로콜로이드금 (colloidal gold) 나노입자를투여하였을때, 소장에서섭취되어혈관을따라뇌, 폐, 심장, 위, 간, 비장으로분포하는것을관찰하였다. 이런현상은입자가작을수록훨씬잘분포하였다. Paciotti[37] 등 (2004) 과 Hainfeld 등 (2004) [38] 은콜로이드금나노입자를직장암과유방암을가진실험동물의혈관으로투여하였을때종양조직에우선적으로분포하였으며, 간, 비장, 다른정상적인기관에는분포의정도가미미하였다. 이를이용하여치료에사용될수있는가능성을제시하였다. Sayes (2006)[39] 등은 TiO 2 는적절히디자인된다면자외선하에서 RS (reactive species) 를생산하며, 이를이용하여자가청소유리나저비용의태양열 cell 을만들수있다는결과를보고했다. Sayes 등은 2006 년상대적으로높은수준의농도인 100 µg/ml 농도에서세포독성과염증반응을관찰하였다. 이런세포반응은전형적인양반응을보였으며시간이지나면서증가하였다. 이연구에서는물질의표면적에따라반응을하는것이아니라물질의 titania 의위상성분 (phase composition) 에따라반응하였다. 아나타제 (Anatase) 의 TiO 2 는같은양의루타일 (rutile) 의 TiO 2 보다 100 배나독성이높았다. 세포독성이높은물질이 RS 를많이생산하였다. EX-vivo 상의 UV 에의해생성되는 RS 의생산과좋은상관관계를보였다. 따라서나노입자들중 RS 를잘생산하도록디자인된 TiO 2 가더많은 TiO 2 를생산할것으로추론된다. Ex-vivo 의결과는세포독성을스크리닝하는데유용하게사용될수있을것이라고생각된다 양자점 (Quantum Dots), 나노결정 (Nano Crystal) 양자점은형광을가지고있어의료진단에서영상의학에이용되고이는데이들의광학적성질과펩티드 (peptide) 나항체, 핵산이나다른저분자물질과공유결합을할수있다. 이런물질들은암세포를표적으로하거나다른장기를표적으로디자인되기도한다. 몇몇연구에서양자점의무독성을보여주었지만, 이런물질들은너무안정적인물질이라서장기간시험을하여분해되어제거되는지여부를평가하여야할필요가있다. Derfus 등 (2004) [40] 은양자점의세포독성과표면의산화에의해발암물질로알려진 Cd+2 이온을생산하였다. ZnS 에의한캡슐 (capsule) 화는이런현상을감소시켰으며, 혈청에의한캡슐화는완전히이런현상을제거하였다 주제별안정성연구현황 나노입자피부투과의평가나노크기의 TiO 2, ZnO 를함유한로숀, 선스크린이나나노섬유 (nano fiber) 를함유한방수처리나때안타는섬유들에의해나노입자의노출우려가있다. 피부투과는 1) 피부나다른기관의세포독성, 2) 장기간의노출후피부나기관의축적, 3) 대사에의해증가된독성 4) 광독성문제이다. 100 nm 이하의 TiO 2, ZnO 입자들은 UV 를차단하기위해사용되고있는데, 특히 TiO 2 는아나타제 (anatase), 루타일 (rutile), 비정형 (amorphorous) 의형태를가지고있는데아나타제는반도체에서 385 nm 이하의 UVA, UVB 를흡수하여전자쌍을발생하는데이전자쌍이물이나산소와결정체의표면에서반응하여 hydroxyl radical 이나

11 58 공업화학전망, 제 10 권제 1 호, 2007 singlet oxygen, superoxide 같은유해산소를발생한다 (Konaka et al., 1999). 나노크기의아나타제를비추어발생된 ROS 는항균작용을가지고있으며물에서의오염물질을산화할수있다. 그리고 CHO 나 mouse lymphoma cell line 에서유전독성을보여주며 HeLa 세포, 인간의 fibroblasts, CHO 세포, 인간의직장암세포인 Ls-174-t 세포에서세포독성을보여준다. 아나타제를실리카, 알루미나, zirconium 의 oxide 으로코팅은 UV 조사에의한 ROS 발생을저감시킨다 (Mills and Le Hunte, 1977). 따라서 TiO 2, ZnO 를코팅은 ROS 를제거할수있으나최근의 Brezova et al. (2005) [41] 연구에서이런선스크린상품에 300 nm 이상의 UV 조사는 ROS 를생성한다고보고하였다. 나노입자의투과를연구한몇가지논문에서 8% 의 10~50 nm 의 TiO 2 를포함한선스크린을 2~6 주동안인간에도포후표피를분석하여연구하였는데, 나노크기의입자의투과가능성을제시하였다 (Tan et al., 1996). Lansdown and Taylor (1997) 은 TiO 2 를 castor oil 과같이도포하였을때토끼피부를침투하였지만 Schultz (2002) 와 Pfluker (2001) 은 TiO 2 가인간의피부를침투하지않는다고보고하였다. Bennat and Muller-Goymann (2000) [42] 은 TiO 2 를물의현탁액과물과오일의현탁액에섞어도포하였을때, 물과오일의현탁액으로섞은것이잘침투하였으며, 털이많은피부가더잘침투하여, 털구멍을이용하여투과할가능성을제시하였다. 이런가능성은 Lademann et al. (1999)[43], Toll (2004)[44] 에서도제시되었다. 피부투과의가능성에대한향후연구는피부투과물질의특성화즉 monodispersed vs aggregated, anatase vs rutile 의연구가있어야하며, 피부층을구분하여투과를분석하는방법이필요하며, 도포후의피부의상태를점검하는것이필요하다 나노입자의생체분포 Kreyling (2002)[45] 등은이리듐 (iridium)- 192 나노입자를이용하여나노입자의생체분포를조사하였는데, 쥐 (rat) 에게 15 nm 와 80 nm 입자를흡입으로노출시켰을때, 간, 비장, 심장, 뇌에서이리듐을관찰하였고, 이런현상은 15 nm 입자가 80 nm 보다 2 배이상의분포를보여주어나노입자가폐의혈관을따라분포함을보여주었다. Oberdorster 등 (2002) 은 20~29 nm 탄소 -13 나노입자를흡입시켜생체분포를조사했는데, 폐에서의간으로의나노입자의이동을관찰하였다. Oberdorster 등 (2004b)[46] 은장기간흡입시험에서탄소 -13 나노입자의뇌이동을연구했는데, 소뇌와후각신경에나노입자가이동한것을관찰할수있었는데, 폐에서혈관을따라뇌혈관장벽 (blood brain barrier) 을건너가거나흡입에의해후각신경을따라, 축색을따라뇌로이동할수있다고제시하였다. Zhang 등 (2000) 은코발트나노입자와 5 micron 입자를기관지에주입하여영향을조사하였는데나노 cobalt 가훨씬더염증반응이나폐표피세포에영향을주었다. 역학적인연구에서도나노크기의카본블랙이노출될수있는사업장에서잠재적인호흡기질환이높을수있다고제시하였다 (Gardiner et al., 1992) 나노입자의독성메카니즘최근일련의독성연구에서나노입자의폐독성이같은성분의큰입자에비해증가한다고보고되고있으며, 특히입자의표면적이폐독성에중요한역할을한다고제시되고있다. 2 년간의 25 nm 초미세 TiO 2 와미세 TiO 2, 300 nm 의흡입독성시험에서미세입자의 1/10 정도보다낮은농도에서 (10 vs 250 mg/ m 3 ) 거의같은수준의폐암이유발되었다 (Heinrich et al., 1995[47]). Bermudez et al. (2004)[48], Oberdorster et al. (1994) 의연구에서도초미세입자가미세

12 KIC News, Volume 10, No. 1, 입자보다염증반응을증가시키는것을볼수있었다. 나노의독성메카니즘으로는 1) 화학적인조성에따라상대적으로저용해성인나노물질로부터분해되면서높은표면적 / 부피비로독성이온의방출과 2) 세포와의결합성, 화학적조성과는상관없이세포독성은나노입자들의세포막투과나세포와의결합성이높기때문이며, 3) 모양, 즉 CNT 와가인섬유상물질들의경우세포를뚫을수있기때문이다. Borm & Kreyling (2004)[49] 는나노입자나초미세입자같이흡입에의해흡수되는물질에대해 5D 라는가설을제시했는데, dose ( 양 ), deposition ( 침착 ), dimension ( 차원 ), durability ( 지속성 ), defence ( 방어 ) 메카니즘을제시하였다. 나노의경우 dose-dimension 의관계는표면적농도와관련이있고, 폐부위의잠재적독성은농도와입자의차원 ( 모양, 크기 ) 에의해결정되기때문이다. 폐에서의나노입자의침적은입자의성질에의존성이있으며, 지속성은비수용성입자가폐에서쉽게분해되거나제거될수없기때문에지속성이높다. 만약지속적인노출에의해대규모의국소축적이발생하게되면, 독성은나노입자를제거하기위한호흡기방어기전의효율성에따라발현될수있다 나노입자의폐침착과제거나노입자의폐침착에대한연구결과는부족하지만나노입자는거의 100% 가까이폐에침착하게된다. 만약 20 nm 의입자가폐포지역에 50% 가량이침착한다면, 후두부의 100 배, 기관지부분의 10 배가침착하는것이므로이런입자의호흡기의침착분포는건강영향과제거에많은영향을미치게된다 (Kim and Jaques, 2000[50], Jaques and Kim, 2000 [51]). 침착된 PSP (poorly soluble particle) 입자중조대입자들은 1 차적으로기관지점액막을싸고있는섬모세포에의해상기도로이동하여가래로배출되어소화기에제거되며, 폐포에서는거식세포가 PSP 를탐식하여분해 Figure 1. 초미세입자흡입의잠재적영향 (Dr. Oberdorster 2005a[53] 의편집 ). 가가능하면제거되고아니면거식세포가 PSP 를점액질로운반하여상기도로배출하여소화기에의해제거되기도하지만, 보통이런과정은반감기가 100 일정도소요된다 (Oberdorster, 2005b[52]) 나노입자의노출연구나노입자에노출되는사람들의현황에대해서는아직연구결과가부족하여파악이안되고있다 년 CBAN 대변인은 NEHI 모임에서노출군을특성화할수없었다고말하고있고, 2006 년 4 월 NNI 대변인도나노인력을특성화할수없었다고한다. Woodrow Wilson 연구소의 Maynard 는 2006 년 3 월교육수준이높은사람이노출될가능성이많으며 Aitken, Creely & Tran (2004, HSE, Inst. of Occupational Medicine[54]) 등은대학, 연구소나회사에서노출근로자에대한정보를파악할수없었으며영국의경우, 대학, 연구소사설기관에서약 2000 명이나노관련직종에근무하고있으며, 제약업을포함하여 100,000 명정도가미세분진에노출되고있으며, 1,000,000 명의근로자가용접이나제련에서비의도적으로노출되고있다고보고했다.

13 60 공업화학전망, 제 10 권제 1 호, 2007 Figure 2. 나노입자의제어 나노입자제어연구 ( 보호구및산업환기연구 ) 나노입자노출의저감이요구되는작업환경에서는우선적으로산업환기와같은공학적인대책이필요하다. 나노입자는 Figure 2 와같이아주미세한관성을가지고있어가스와같이기존의국소배기시설로제어가가능할것으로예측되나, 아직까지는나노입자를이용한국소배기의성능시험연구결과가없어이분야의지속적인연구가필요하다. 그리고공학적인대책을수립할수없거나공학적인대책이불가능한작업환경에는개인보호구의사용이권장된다. 나노입자는이론적으로보호구를했을때입자의제거가가능하다고생각된다. Dawson (1969) 의이론을 Lee and Lieu (1982) 가실험적으로증명한바에따르면, 1 micron 이상의입자는관성 (inertial) 에의해포착하게되고 10 nm 이상의입자는확산 (diffusion) 에의해포착하게되는데가장포착이어려운입자의크기가 500 nm 정도의크기이다. 그러나최근에는나노입자에의한실험이이루어지지않았으며다양한종류의제조된나노입자가생산됨에따라이실험의유용성에대한검정이필요하다고생각된다 국내연구동향 나노입자안정성연구우리나라에서의나노입자안정성연구는최 근들어서태동하기시작하였지만, 산업안전보건연구원의유일재 ( 현재, 한국생활환경시험연구원 ) 그룹이나노크기의입자연구에대해 1998 년부터진행해나오고있다 [55]. 산업장의나노크기입자의노출에의한근로자의건강문제로우리나라에서는 1997 년부터용접흄 ( 평균입자크기 100 nm) 의노출에의한호흡기장애와망간중독에의한파킨슨증후군의근로자들이빈발하게보고되어용접흄의유해성평가에대한연구를진행하였다. 이들은원숭이에게용접흄을세계최초로노출시켜신경계의영향을 MRI 등의영상의학기법을적용하여규명하고있다. 한국생활환경연구원그룹은최근에개발된은나노발생장치를이용하여우리나라에서광범위하게사용되고있는은나노의호흡기독성을규명하기위한흡입독성시험을성공적으로수행하여은나노의아급성독성을규명하고있다. 또하나의세계수준의연구실은서울대수의대조명행교수의연구실로 4 주동안마그네틱나노입자를생쥐의복강에투여한연구가 2006 년 Toxicological Science 에발표되었다. 이연구는진단용으로사용될마그네틱나노입자를복강에투여했을때여러조직에이동하였으며특히뇌혈관장벽 (blood brain barrier) 을건너뇌에도이동하였지만, 뚜렷한독성현상은보이지않았다고보고하였다. 이들은최근나노입자의흡입독성연구를준비하고있다. 국립독성연구원은나노종합발전계획에따른독성평가의포컬포인트 (focal point) 기관으로나노입자의독성을입자의폐의주입이나, 경구, 복강투여에의한독성을조사하고있다. 나노입자의 in vitro 독성연구에대해서는국내에서도초기단계에있으리라고예상된다. 국내의맹승희등이 (2005)[56,57] 나노입자의독성과산업보건에서의대응방안연구 에서시도했는데, 나노독성의기초단계로서우리나라에서연구, 제조되어사용되고있는 12 종의나노입자에대한세포독성과시험관내소핵유발

14 KIC News, Volume 10, No. 1, Table 4. 국내의흡입독성연구기관 기관 대표학자 흡입챔버보유현황 GLP 적용여부 나노입자연구가능 / 진행여부 연구나노입자 비고 한국생활환경시험연구원 유일재 전신노출챔버두부노출챔버 Yes 진행중 은나노, 용접흄 서울대학교수의대 산업안전보건연구원안전성평가연구소 조명행 양정선 / 김현영한상섭 / 송창우 전신노출챔버두부노출챔버 전신노출챔버두부노출챔버 No 진행중 마그테틱나노입자 Yes - - 준비중 준비중준비중 - - 준비중 정도를비교해봄으로써나노입자의크기와형태에따른독성차이를찾고자하였다 나노흡입독성연구나노입자의흡입독성연구를수행하기위해서는흡입독성챔버와나노입자발생기를갖춘시설이필요하며독성학자, 산업위생학자, 병리학자, 공학자들의협력연구가필요하나국내의여건상이런시설과인력인프라를갖춘기관이아주부족하다. 반면에, 세계적인나노입자독성전문기관들은먼저나노입자가비산되어제일먼저노출되는근로자의건강영향을규명하기위해흡입독성연구에주력하고있다. 특히나노상태의입자를발산하여나노크기상태로호흡기에흡입될수있도록하는기술이이독성연구의관건으로미국의 NIOSH ( 국립산업안전보건연구원 ) 는풀러렌, 탄소나노튜브, 용접흄연구에주력하고있으며, 이들을발산하여실험동물에노출시킬수있는장치개발에노력하고있다. 미국의 Rochester 대학의 Oberdorster 교수그룹과, Du Pont 연구소의 Warheit 박사그룹, 뉴멕시코의흡입독성연구원, 노스케롤라이나주의 CIIT (Chemical Industry Institute of Toxicology) 의흡입독성전문기관도나노입자의흡입독성에주력하고있으며, 일본의 AIST 도흡입독성연구를위해최근세계각국의나노입자흡입독성연구기관 을직접탐방하여동향을분석하고있다. 국내에서나노입자의 in vivo 흡입독성챔버를갖추고흡입독성시험연구를할수있는기관은 Table 4 와같다 나노입자의환경및작업환경노출평가, 공학적대책, 보호구연구동향국내에서는나노의환경노출에대한기본적인조사나작업환경에서의근로자의노출에관한기본적인조사및연구가없으며, 나노입자의크기때문에가스와비슷한움직임을할것이라고예상되지만, 산업환기같은공학적제어및대책연구가거의없다. 또한나노입자는이론적으로필터에의한확산메카니즘으로포획 (capture) 되리라고예상되지만, 실제보호구가나노입자를제어하는지에대한연구도전무한형편이다. 4. 문헌정보분석 문헌정보분석은특정기술영역별로등장하는키워드 (keyword) 를이용하여문헌자료를분석하는것으로정성적인연구개발동향분석과함께기술개발동향을가늠해보는주요한정보를제공해준다. 본연구는 ISI 의 Web of Science SCI-Expanded (Science Citation Index

15 62 공업화학전망, 제 10 권제 1 호, 2007 Table 5. 문헌정보의검색식 검색어검색 1- TI 검색검색 2-TS 검색 cyto-toxi*, cytotoxi*, eco-toxi*. genotoxi*, nanotoxi*, toxi*, health*, danger*, risk*, safe* 417 1,431 ( 검색조건 ) 문헌종류 = 전체, 언어 = 전체, DB 명 =SCI-EXPANDED, 시간대 = , 검색날짜 = 검색 Expanded) DB 를대상으로문헌정보분석을수행하였다. 검색커리 (query) 는안전성 (safety), 위험성 (risks) 과관련된 safety, risk, toxicity, health effects 등으로선정하였다. 문헌정보분석방법은크게 2 가지방식을병행하였다. 첫번째방법은문헌제목 (title) 에한정하여검색을실시하였으며 (TI 검색 ), 두번째방법은문헌정보 DB 중초록 (abstract), 제목 (title), 핵심어 (keyword) 부문에특정검색어가포함되어있는문헌정보를추출하였다 (TS 검색 ). 네트워크분석은 Vantage Point (version 4.0) 을이용하였으며, Web of Science 에서제공하는기본적인문헌통계정보를참조하였다 통계분석 연도별추이분석문헌발표경향은최근들어급격하게증가하는경향을보여주었다. 문헌제목에한정한 TI 검색및문헌제목, 키워드, 초록을검색한 TS 의경우모두 2000 년이후를기점으로문헌발표건수가대폭증가하는경향을보였다. TI 검색의경우, 1985 년이후부터 5 년간의시간대로문헌발표량을집계한결과 2001~2005 년사이에발표된문헌이전체문헌발생량의 52% 를차지하였다 년을포함한 2001 년이후발표된문헌의비율은전체의 85% 에달하였다 문헌종류별추이분석문헌종류별분석을통하여최근의연구발표형태및학술대회연구발표동향등을알수 Figure 3. 연도별문헌발표추이. 가있다. 문헌종류별추이분석결과는 Article 이 2002 년이후부터급격하게증가하는경향을보이며, 전체문헌증가추세를결정지은것으로나타났다. 논문증가와함께뉴스량도대폭증가하는경향을보여주었는데, 이는관련연구활동의활성화와연구성과의사회적관심을보여주고있다. 뉴스게재건수는 SCI- Expanded DB 에서지정한저널에게재된것이기에, 일반신문, 방송의게재건수와직접적인비교를할수는없다. 하지만, 학술저널에서주목하는주요한뉴스를보여주기에, 연구자의주요관심사를간접적으로확인할수있게해준다. 뉴스발생건수는 2006 년들어 17 건이발생하였는데, 이는전체뉴스건수의 44% 수준으로최근들어관련분야에대한관심이매우놓아졌음을보여준다 국가별추이분석논문발표건수는미국이 85 건 (27.7%) 으로다른국가에비해압도적으로많게나타났으며, 다음으로프랑스가 38 건 (12.4%), 독일이 35 건 (11.4%) 으로집계되었다. 한국은 11 건

16 KIC News, Volume 10, No. 1, Figure 4. 국가별문헌발표추이. (3.6%) 으로중국 23 건 (7.5%), 일본과영국 15 건 (4.9%) 다음의문헌건수비율을점유하고있다. 문헌발표량상위 10 개국이전체문헌의 80% 를점유하고있어실질적인연구개발성과물의대부분이상위 10 개국을중심으로이루어지고있음을알수가있다. 한국은 2003 년 13.0% 에달하기도하였지만, 전체적으로는관련분야연구활동이 5% 수준이하인것으로나타났다 주요기관분석독일의 Free Univ Berlin 이논문 9 건에 12 회에등장하였으며, 중국과학원 (CAS) 은논문 9 편에 18 회에등장하여제일많은논문을발표한것으로집계되었다. 중국과학원 (CAS) 의경우는하부연구소별로독자적인연구가진행되고있기에, 단일기관으로보기는어렵지만분석의편의상동일기관으로간주하였다. 다음으로는미국의 Rice Univ 이 8 편의논문을발행하였다. 우리나라의경우는상위 10 위권에는진입하지않았지만, 한양대학교 (4 건 ), 서울대학교 (2 건 ) 에서관련연구문헌을발표하였다 저자별분석국가별분석에적용했던 Article 및 Review 논문 270 건의저자를분석한결과, 모두 1,124 명의저자가검색되었다. 주요연구자로는독일 Free Univ Berlin 의 Muller, R H 가 12 건으로제일많은문헌을발표한것으로집계되었다. 다음으로는프랑스 INST GUSTAVE ROUSSY 의 Couvreur, P 가 8 건, 독일 Univ Frankfurt 의 Kreuter, J 이 6 건, DuPont Haskell Lab 의 Warheit, D B 는 4 건을기록하였다. 미국의독성학자인 Oberdorster, G (Univ Rochester) 는 1 편의논문을발행한것으로집계되어주요연구자순위에서는밀려났지만, 이는검색식의제한으로인한결과로보이며, 인용정보분석에서는상위순위로랭크되어있기에실재나노기술의환경 보건 안전성분야의연구에큰영향을주고있는것을확인해주고있다 인용분석인용통계 (Citation statistics) 분석은분석대상문헌의참고문헌을통한후 - 인용분석과 Web of Science 의인용분석정보를통한전 - 인용분석을실시하였다. 전 - 인용분석은분석논문집단의발행이후에인용이된피인용수를조사한것으로현재및미래의활용도에관한정보를제공한다. 후 - 인용분석은분석논문집단이참조했던참고문헌을대상으로문헌정보분석을실시한것으로, 주요한저자, 저널, 논문에대한정보를제공해준다. 그러나 SCI-E DB 에서제공하는참고문헌정보는제 1 저자에국한되어있다 전 - 인용분석피인용수가제일많은문헌은 Warheit DB, Laurence BR, Reed KL, et al. (2004) 의 Comparative pulmonary toxicity assessment of single-wall carbon nanotubes in rats 인것으로집계되었다 년 4 회, 2005 년 40 회, 2006 년 66 회등현재까지 110 회인용되었다.

17 64 공업화학전망, 제 10 권제 1 호, 2007 Figure 5. 문헌별피인용수의연도별추이. 다음으로는 Lam CW, James JT, McCluskey R, et al. (2004) 의 Pulmonary toxicity of single-wall carbon nanotubes in mice 7 and 90 days after intratracheal instillation 이 105 회인용되었다. Figure 5 는피인용수가높은 10 개의주요문헌의연도별추이를보여주고있다. Warheit 와 Lam 의문헌은 2004 년까지는대부분 5 회이내의인용수를보이지만, 2005 년부터는 40 회이상으로폭증하는추이를보여주고있다 년발행된 Oberdorster G, Oberdorster E, Oberdorster J 의논문 Nanotoxicology: An emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles 은 2006 년들어집중적으로 58 회가인용된것으로집계되었다. 피인용수가높은 20 개의문헌가운데 10 개는 2003 년이후에발행된것이며, 특히피인용수가높은 10 개의문헌중 9 개는 2003 년이후에발행된논문이었다. 이는나노기술의환경 보건 안전성영향에관한연구가최근들어매우활발하게전개되고있음을보여주고있다 후 - 인용분석 TI 검색을통하여, 1985 년이후부터현재까지발행된문헌 417 건이인용한참고문헌을조사분석하였다. 전체참고문헌수는 7,337 건으로문헌한편당 17.6 건의참고문헌을게재한것으로집계되었다. Table 6 은최근 3 년간인용이많이된논문을각각 10 편씩정리한것으로, 2004 년까지는미국라이스대학의 Colvin VL (2003) 문헌이최다피인용논문이었지만, 2005 년들어 Warheit DB (2004), Lam CW (2004), Oberdorster E (2004), Maynard AD (2004) 등의문헌이더욱많이인용되었다 년들어서도이들논문의인용도는지속적으로매우높게나타났으며, Oberdorster G (2005) 논문이새롭게피인용도수상위 4 위권에진입하였다. Oberdorster G 는 2004, 2005 년의논문이모두최다피인용논문 20 위권에진입하여, 나노기술의환경 보건 안전성영향에관한연구분야의핵심연구자로활동중인것으로파악되었다. 최다피인용저자는 Warheti DB 가 63 회로최다인용저자인것으로집계되었으며, 다음으로 Lam CW (50 회 ), Oberdorster G (49 회 ), Shvedova AA (37 회 ) 순으로나타났다 네트워크분석 공동연구자동일한문헌의공동저자에대한분석을실시하여, 연구그룹을분류한결과, 공동연구자는미국을중심으로형성되어있으며, 중심노드는 DuPont 의 Warheit DB 인것으로나타났다. 분석도구는 Vantage Point 에서제공하는 Auto Correlation Map 기능을활용하였다. Warheit DB 는미국내의다른연구자와활발한공동연구를진행하고있는데, 공동저자로활동한사람으로는 Reed KL, Sayes CM, Webb TR (4 편, Figure 6 에서실선으로표시됨 ), Colvin VL (3 편 ), Maynard AD (2 편 ), Lam CW (1 편 ) 등이다. 우드로윌슨국제학술센터의 Maynard A. D 는 Warheit DB 이외에, James JT, Arepalli S, Castranova V, Stone V, Donaldson K 등과공동저자로 1 회활동하였다. 영국 Napier University 의 Stone V 는 4 편의논문을발표하였는데, 공동연구

18 KIC News, Volume 10, No. 1, Table 6. 최다인용논문 2004년 2005년 2006년 Colvin VL (2003) Warheit DB (2004) Warheit DB (2004) Mosmann T (1983) Lam CW (2004) Lam CW (2004) Muller RH (1995) Oberdorster E (2004) Shvedova AA (2003) Nemmar A (2002) Maynard AD (2004) Oberdorster G (2005) Crichton M (2002) Colvin VL (2003) Maynard AD (2004) Masciangioli T (2003) Sayes CM (2004) Monteiroriviere NA (2005) Mastrangelo CH (1994) Shvedova AA (2003) Oberdorster E (2004) Michalske TA (1998) Derfus AM (2004) Colvin VL (2003) Moghimi SM (2001) Monteiroriviere NA (2005) Jia G (2005) Gerion D (2001) Service RF (2003) Sayes CM (2004) Table 7. 최다피인용논문 ( 누적건수, 85 년이후 ) 1저자년도저널권수쪽수 계 (85년이후 ) Warheit DB 2004 TOXICOL SCI V77 P Lam CW 2004 TOXICOL SCI V77 P Shvedova AA 2003 J TOXICOL ENV HEAL A V66 P Maynard AD 2004 J TOXICOL ENV HEAL A V67 P Oberdorster E 2004 ENVIRON HEALTH PERSP V112 P Colvin VL 2003 NAT BIOTECHNOL V21 P Monteiroriviere NA 2005 TOXICOL LETT V155 P Oberdorster G 2005 ENVIRON HEALTH PERSP V113 P Sayes CM 2004 NANO LETT V4 P Oberdorster G 2004 INHAL TOXICOL V16 P Mosmann T 1983 J IMMUNOL METHODS V65 P Nemmar A 2002 CIRCULATION V105 P Derfus AM 2004 NANO LETT V4 P Jia G 2005 ENVIRON SCI TECHNOL V39 P Oberdorster G 1994 ENVIRON HEALTH PERSP V102 P Huczko A 2001 FULLERENE SCI TECHN V9 P Cui DX 2005 TOXICOL LETT V155 P Nemmar A 2001 AM J RESP CRIT CARE V164 P Oberdorster G 2002 J TOXICOL ENV HEAL A V65 P Pantarotto D 2004 CHEM COMMUN 0107 P 자는 Univ Edinburgh 의 Donaldson K (3 편 ), Institute of Occupational Medicine 의 Tran, L (2 편 ) 등이었다 공동연구기관네트워크나노기술의환경 보건 안전성영향에관 한미국내의주요공동연구기관은 Dupont, Rice Univ, NASA, 우드로윌슨국제학술센터등으로나타났다. 이는주요공동연구자네트워크분석결과와일치하는것으로, Dupont 의 DuPont Haskell Lab 의 Warheit DB, 우드로윌슨국제학술센터의 Maynard AD, NASA

19 66 공업화학전망, 제 10 권제 1 호, 2007 Figure 6. 공동연구자네트워크분석. 라인던 B. 존슨우주센터 (Lyndon B. Johnson Space Center) 의 Lam CW 등은각소속기관의주요논문저자들이다. NASA 는 Texas Univ, 미국국립산업안전보건원 (NIOSH) 과공동연구를진행하였고, 또한, NIOSH 는영국의 Institute of Occupational Medicine 과공동연구를진행하였다 국가네트워크공동으로논문을작성한국가별네트워크 현황을분석한결과미국과공동연구를진행한나라는프랑스, 캐나다, 독일, 일본, 중국, 한국, 영국, 벨기에, 헝가리, 이탈리아, 네덜란드, 네덜란드, 스위스등으로집계되었다. 네트워크분석을통하여미국을중심으로활발한연구가진행되고있음을알수가있다. 프랑스는독일, 미국, 이탈리아, 스위스, 이집트, 멕시코, 스페인, 터키등독일은프랑스, 러시아, 네덜란드, 영국, 미국등과공동연구를진행하였다. 그러나, 한국의경우는다양한국가

20 KIC News, Volume 10, No. 1, 와의연구교류가이루어지지않고있음을확인할수가있었다. 한국은전체 11 편의논문중 2 편에미국이참여하였다. 5. 결론및시사점 한국의나노기술경쟁력은나노기술종합발전계획이수립된 2001 년이후비약적으로상승하였다. 하지만, 나노기술의환경 보건 안전성영향에관한주요국의정책동향및연구개발현황에대한정성적및정량적분석을수행한결과는미국, 일본, EU 에견주어우리나라의연구활동이미진하며, 연구시설및연구인력이제한적인것으로드러났다. 이러한 EHS 부문의주요국의정책현황과연구개발동향, 문헌정보분석등을수행하여우리에게요구되어지는몇가지시사점을도출하였다. 먼저, 현재국내에서수행중인 EHS 관련연구과제에대한정밀한검토를통하여우리나라가취약한연구분야를도출해내고취약한부문을극복하는새로운범정부적차원의전략수립이요구된다. 범정부적인전략수립이현실적으로어려울시에는부처별연구전략을상호조정하는작업을통하여, 우선연구분야를부처별로분산하여관리하는부처간협동노력이필요하다. 또한, 국제공동협력활동을주목할필요가있다. 국내의연구동향은네트워크분석을통해나타났듯이미국과한정되어있으며, 그활동규모도미비한수준이다. 연구협력국가수, 협력기관이한정되어있다는것은국제정보망에서매우취약한위치에있는것이다. ISO, OECD 등을통한국제협력활동과연구기관및연구자사이의교류협력활동을지원하는대책이요구되고있다. 참고문헌 1. 한국과학기술기획평가원, 2005 년도나노기술영향평가보고서 (2005). 2. M. C. Roco, William Sims Bainsbridge ed, Societal Implications of Nanoscience and Nanotechnolgoy, Kluwer Academic Publisheres, pp. 3~4 (2001). 3. Lux Research, Sizing Nanotechnology's Value Chain (2004). 4. Woodrow Wilson, A Nanotechnology Consumer Products Inventory ( nanotechproject.org/index.php?id=44) (2006). 5. Washington Post ( ). 6. 한국과학기술정보연구원, 나노기술연감 2005 (2006). 7.Lux Research, Ranking the Nations: Nanotech s Shifting Global Leaders (2005). 8. 최붕기, 김경호, 소대섭, 이호신, 한국, 미국, 일본의나노기술정책비교분석, 제 9 회한국과학기술정보인프라워크숍 (KOSTI 2004) 논문집 pp (2004). 9. 최붕기, 소대섭, 배국진, 김경호, 나노기술의사회적영향연구에관한고찰, 제 10 회한국과학기술정보인프라워크숍 (KOSTI 2005) 학술대회논문집, pp (2005). 10. 최붕기, 소대섭, 배국진, 김경호, 나노기술의환경및안전영향에관한미국의정책동향분석, 제 11 회한국과학기술정보인프라워크숍 (KOSTI 2006) 학술대회논문집 I, pp (2006). 11. EC, Towards a European Strategy for Nanotechnology, COM(2004) 338 (2004). 12. EC, Nanosciences and nanotechnologies: An action plan for Europe , COM (2005). 13. Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks (SCE-

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