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목차
I. 서론 12
1. 나노물질의 정의 12
1) 나노물질이란? 12
2) 나노물질의 종류 14
3) 나노 기술 응용분야 20
2. 나노물질의 국내외 사용현황 23
1) 국내 사용현황 23
2) 국외 사용현황 28
3. 나노물질이 인체에 미치는 영향 및 위해성 30
1) 나노물질이 인체에 미치는 긍정적인 영향 30
2) 나노물질이 인체에 미치는 독성 34
4. 나노물질에 대한 노출 49
5. 흡입독성시험의 개요 51
1) 흡입독성시험 51
II. 연구내용 및 방법 55
1. 연구내용 55
2. 연구 방법 55
1) 은나노물질의 제조 및 특성 분석 55
2) 실험동물 및 흡입노출 56
3) 흡입노출시킨 은나노물질의 장기분포 58
4) 유전자 발현 분석 58
III. 연구결과 60
1. 은나노 입자 크기 분석 60
1) 나노입자 크기 분석 60
2) 노출시간 별 나노입자 크기 변화 61
2. 은나노물질 단회노출에 따른 유전자 발현 분석 63
1) 마이크로어레이 실험을 위한 RNA 분석 64
2) 마이크로어레이 결과 65
3) Realtime PCR를 이용한 마이크로어레이 결과의 검증 77
4) 단회노출실험의 클러스터 분석 79
5) 단회노출실험의 온톨로지 분석 80
3. 은나노물질 반복노출에 따른 유전자 발현 분석 81
1) 마이크로어레이 실험을 위한 RNA 분석 81
2) 마이크로어레이 결과 81
3) Realtime PCR을 이용한 마이크로어레이 결과 확인 92
4) 은나노물질 반복노출실험의 클러스터 분석 96
5) 은나노물질 반복노출실험의 온톨로지 분석 97
6) 은나노물질의 장기분포 99
4. 생체지표 개발을 위한 혈액에서의 유전자 분석 100
IV. 고찰 102
1. 연구결과의 활용 102
2. 근로자 건강장해 예방을 위한 대책 - 정책제안 104
1) National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH)의 Nanotechnology Research Center (NTRC) 104
2) NTRC의 4대 목표 105
3) NTRC 10대 중점과제 109
V. 결론 134
VI. 참고문헌 137
영문초록 142
[연구진 등] 144
판권기 145
표 1. 은나노의 향균작용 메커니즘(한국특허 정보원) 19
표 2. 관세청, 품목별 수출입 24
표 3. 통계청 광공업동태조사 26
표 4. 특허청 국내 특허출원 현황 28
표 5. 일반시민과 근로자에서의 나노물질 노출원 및 노출경로(Aitken et al, 2007) 50
표 6. 은나노물질 단회노출실험구성 57
표 7. 은나노물질 반복노출실험 구성 57
표 8. 나노입자의 시간별 농도 및 크기 분석 62
표 9. 마이크로어레이 분석에 적합한 RNA의 기준 64
표 10. 단회노출시 two-way ANOVA분석 결과 유전자 변화량이 1.5배 이상인 유전자 67
표 11. 단회노출실험에서 realtime PCR에 사용된 primer의 염기서열 77
표 12. 단회노출실험 시 대뇌에서 마이크로어레이 결과와 realtime PCR 결과 비교 78
표 13. 반복노출실험의 one-way ANOVA 결과 소뇌에서의 변화량이 1.5배 이상인 유전자 84
표 14. 반복노출실험의 t-test 결과 대뇌에서의 변화량이 1.5배 이상인 유전자 87
표 15. 반복노출실험의 t-test 결과 소뇌에서의 변화량이 1.5배 이상인 유전자 90
표 16. 반복노출실험에서 realtime PCR에 사용한 primer의 염기서열 92
표 17. 반복노출실험 시 대뇌에서 마이크로어레이 결과와 realtime PCR결과 비교 94
표 18. 반복노출실험 시 소뇌에서 마이크로어레이 결과와 realtime PCR결과 비교 95
표 19. 은나노물질 반복노출실험결과의 온톨로지 분석 98
표 20. 반복노출실험에서의 은나노물질의 조직 분포 99
표 21. 마이크로어레이 와 뇌 및 혈액에서의 PCR 결과 비교 101
그림 1. 나노입자의 크기 비교 12
그림 2. 나노입자의 크기 13
그림 3. Fullurene의 구조 14
그림 4. SWCNT(좌) 및 MWCNT(우)의 구조 15
그림 5. 덴드리머 구조 16
그림 6. 양자점 모식도 17
그림 7. 응용 연구분야별 나노재료 세계시장 규모 전망 22
그림 8. 은나노 용액 수출입 현황 (관세청) 25
그림 9. 은나노 기술 적용 제품의 국내 시장 규모 (통계청) 27
그림 10. 연도별 은나노 기술 출원 동향 (특허청 자료) 27
그림 11. 나노물질의 종류별 사용현황(Maynard, 2006) 29
그림 12. 나노물질을 이용한 암의 진단 및 치료 31
그림 13. 나노물질을 이용한 약물 전달시스템 31
그림 14. 나노물질을 이용한 암의 조영 32
그림 15. 표적 지향적 나노의 약품의 제조 33
그림 16. 입자상 물질의 호흡기 노출시 크기에 따른 예상 침착부위(ICON, 2004) 36
그림 17. 흡입된 입자상물질의 크기별 대식세포 처리효율(A) 및 폐 잔존비율(B)(Oberdorster et al, 2005) 37
그림 18. 나노물질에 노출된 세포에서 산화스트레스 및 염증반응의 유발(Donaldson et al, 2002) 38
그림 19. MnO2 aerosols (3~8 nm)을 흡입시킨 후 폐, 후각망울 및 뇌의 각 조직에서 Fe과 Mn 농도(Edler,2006) 40
그림 20. 작은 크기의 MnO₂ (1.6 μM)와 큰 크기의 MnO₂ (18 μM)를 흡입한 후 조직에서 Mn 농도(OB : olfactory bulb, CX : cortex, CB : cerebellum, BS : brain stem, DC : diencephalon, and BG : basal ganglia)(Elder et al. 2006) 41
그림 21. 초미세입자에 노출시킨 쥐의 뇌에서 NF-kB (A),TNF-α (B) 및 IL-1 (C)의 변화](Campbell et al. 2005) 41
그림 22. mitochondrial function에 미치는 나노입자의 영향 (Saber et al., 2006) 42
그림 23. 신경전달물질의 분비에 미치는 나노입자의 영향 (Saber et al., 2006) 42
그림 24. 활성산소종 형성에 미치는 나노입자의 영향 (Saber et al., 2006) 43
그림 25. TiO₂ 노출후 시간에 따른 뇌세포(microglia)의 mitochondria에 미치는 영향 (Thomas C. Long, 2006) 44
그림 26. TiO2 나노입자 노출 후 H2O2및 O2- 생성 (Thomas C. Long, 2006) 44
그림 27. FITC-포합된 dextran bead (red)의 공초점현미경 사진. 45
그림 28. TiO₂의 전자현미경 사진. 46
그림 29. SEM 사진을 통한 은나노입자의 크기 분석 60
그림 30. 은나노입자의 크기 분포도 61
그림 31. 은나노입자의 시간별 농도 분포 63
그림 32. RNA 분석을 위한 Bioanalyzer 분석 예 64
그림 33. 표준화를 통한 실험 군간 편차 개선 - Histogram 65
그림 34. 표준화를 통한 실험 군간 편차 개선 - box plot 65
그림 35. 은나노물질 단회노출시험 및 통계분석 흐름도 66
그림 36. 마이크로어레이와 realtime PCR에서의 유전자 변화 비교 78
그림 37. 은나노물질 단회노출 시 유전자 발현 Hierarrhical Clustering 79
그림 38. 단회노출실험결과의 온톨로지 분석 80
그림 39. 표준화를 통한 실험 군간 편차 개선 - Histogram 82
그림 40. 표준화를 통한 실험 군간 편차 개선 - Box plot 82
그림 41. 은나노물질 반복노출 시험 및 통계 흐름도 (대뇌) 83
그림 42. 은나노물질 반복노출 시험 및 통계 흐름도 (소뇌) 83
그림 43. 반복노출실험 시 대뇌에서 마이크로어레이 결과와 realtime PCR결과 비교 93
그림 44. 반복노출실험 시 소뇌에서 마이크로어레이 결과와 realtime PCR결과 비교 95
그림 45. 은나노물질 반복노출 시 유전자 발현 Hierarrhical Clustering 96
그림 46. 은나노물질 반복노출실험결과의 온톨로지 분석 97
그림 47. 반복노출실험에서 은나노물질 노출시간에 따른 혈액에서의 유전자 발현 변화 100
그림 48. 은나노물질 노출된 근로자 위해성 평가 개요 103
그림 49. NIOSH NTRC의 operational model 108
그림 50. NTRC의 10대 중점과제 109
그림 51. 위해성평가에서 research, assessor, manager의 협력관계 113
그림 52. 근로자 노출에 관한 나노기술 관리 방향 117
그림 53. 나노기술 작업장에서의 안전 및 건강을 위한 중점분야 130
초록보기 더보기
1. 과제명 : 나노물질의 유해성 평가 및 근로자 건강장해 예방대책 - 은나노물질 위해성 평가를 위한 생체지표 개발 -
2. 연구기간 : 2007. 4. 9 ~ 2007. 10. 31.
3. 연구자 : 연구책임자 이병훈
4. 연구목적 : 본 연구의 최종목적은 은나노물질의 유해성을 평가하여 이를 제조하고 가공하는 작업장의 근로자 건강장해 예방대책을 수립하는 것이다. 이를 달성하기 위해 본 연구에서는 은나노물질의 호흡기노출에 따른 신경독성 및 위해성평가에 활용할 수 있는 독성생체지표를 개발하고 이를 작업장의 근로자들에게 적용 가능성을 확인하고자 하였다.
5. 연구내용
1) 국내외 사용되는 나노물질의 특성 및 현황조사
2) 문헌검색 및 선행 연구를 통한 특정 크기 및 농도의 은나노입자의 후각망울을 통한 신경계 흡수 확인
3) Nose-only Exposure 장치를 이용해 은나노입자 (GMD :22 nm, 1.91 × 107 particles/㎤)를 C57BL/6 마우스에 단회 및 2주간 반복노출
4) 표적장기(대뇌, 소뇌, 혈액, 간, 심장, 폐, 신장, 비장, 정소) 적출 후 ICP-MS를 이용한 은나노입자의 장기분포 분석
5) 유전자칩을 이용하여 은나노물질 노출에 의해 특이적으로 변화되는 유전체분석
6) 은나노물질에 의해 발현이 변화되는 유전자정보의 통합분석 및 검증
7) 생체지표로 응용하기 위해 혈액 중 유전자 발현 분석
8) 근로자 건강장해 예방대책 - 정책제안
6. 활용계획
본 연구의 결과로 얻어진 은나노입자 특이 유전자발현 결과는 은나노입자에 노출된 작업장 근로자의 건강영향 평가에 활용할 수 있으며, 근로자의 위해성평가를 위한 생체지표로 활용될 수 있다
7. 연구결과
나노물질은 현재 생활 전반에서 널리 사용되고 있으며, 은나노물질의 이용 역시 빠르게 증가하고 있지만, 나노물질이 인체에 미치는 영향에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다. 따라서 작업장에서 근로자에게 노출되었을 때 유발될 수 있는 건강영향에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 문헌검색을 통해 특정크기의 은나노입자가 후각망울을 통해 뇌로 이행됨을 확인하였고, 은나노물질의 호흡기 노출에 따른 건강영향 및 위해성 평가 생체지표를 발굴하기 위하여 C57BL/6 마우스에 nose-only exposure system을 통하여 은나노입자(GMD :22nm, 1.91 × 107 particles/㎤)를 단회 혹은 2주 반복노출시켰다. 노출 후 표적장기(대뇌, 소뇌, 혈액, 간, 심장, 폐, 신장, 비장, 정소)로의 분포를 ICP-MS를 이용해 분석하였고, 대뇌 및 소뇌에서의 유전체변화를 마이크로어레이를 이용해 분석한 후 realtime PCR을 이용해 검증하였다. 단회노출시 1.5배 이상 변화한 유전자가 t-test 결과 4개, ANOVA 결과 109개 얻어졌으며, 2주 반복노출 시 1.5배 이상 변화한 유전자가 대뇌에서의 t-test 결과 22개, 소뇌에서는 13개의 유전자를 얻어졌다. 이들 유전자를 PCR로 검증한 결과 마이크로어레이 결과 신뢰성있게 재현됨을 볼 수 있었다. 또한 은나노물질에 노출된 근로자의 위해성평가를 위한 노출지표 발굴을 위한 혈액에서의 유전자 분석결과 Arg2, Iifit1, Rabep1 등 3개의 유전자는 혈액에서 유의미하게 변화하여 노출생체지표로의 개발가능성을 보였다.
8. 중심어
은나노입자, 흡입노출, 마이크로어레이, 신경독성, 생체지표
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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