나노입자를 테스트하는데 일상적으로 적용되는 수생 환경 테스트 방법(aquatic ecotoxicity test method)은 원래는 물에 용해되는 수용성 화학물질(soluble chemicals)을 위하여 개발됐다.

 

나노물질은 종종 제한적이거나 전혀 용해성이 없어서 입자의 형태(즉, 탄소 나노튜브)로 환경으로 배출될 가능성이 있기 때문에, 근본적으로 수많은 상용 화학 물질과는 다르다.

 

 현재는 예를 들면, OECD의 WPMN(Working Party on Manufactured Nanomaterials)에 의해 만들어진 나노입자에 대한 기존의 예비적인 OECD 독성 테스트 지침(ecotoxicity test guidance) 같은 생태 독성에 대한 제한된 나노-특성 지침만을 이용할 수 있다.

 

이러한 지침은 주로 특성, 정량, 노출 준비(exposure preparation), 모니터링 농도 및 용량 척도(dose-metrics) 등과 관련된 다수의 단점을 나타낼 여지가 있다.

덴마크 연구진이 2012년 8월 16일 Nanotoxicology 저널 온라인판에 발표한 새로운 연구는 나노물질의 조류 테스트에 있어서 상당한 진보를 가져올 것으로 보인다. 또 이 연구는 바이오매스 정량화(biomass quantification)를 위한 다양한 기술의 장단점을 이해하는데 첨가되어 부가적인 지침을 개발하는데 도움을 줄 것이다.

이 연구를 수행한 동기는 주로 나노입자에 대한 조류 성장 억제 테스트(algal growth inhibition test) 결과의 큰 편차와 관련이 있다고 박사 과정 프로젝트의 일환으로 이 연구를 수행한 덴마크 공과대학(DTU; Technical University of Denmark) 환경 공학부 소속인 Nanna Hartmann은 밝혔다.

 

나노입자 거동이 기질 특성, 시간 경과 및 유기체와의 상호 작용 등에 따라 변한다는 것은 편차가 발생하는 한 가지 설명이 될 수 있다. 동일한 시간에서 나노입자는 유기체에 대한 효과를 초래한다.

 

 따라서 연구진은 바이오매스 정량화 방법이 이러한 역학적인 상호 작용에 어떻게 영향을 초래하는지 보다 더 잘 이해하고, 가장 최적의 기술은 어떤 것인지를 규명하는데 중점을 두었다고 Hartmann은 밝혔다.

조류에 대한 나노입자의 독성과 관련된 몇몇 논문을 통하여, 이러한 문제는 과거에 조사됐으며, 철저하게 기술된 바 있다. 만약 조류 바이오매스가 정확하고 적절하게 정량화될 수 있다면, 인위적인 오류의 영향이 제거될 수 있으며, 따라서 조류 성장 억제 테스트의 결과는 위험 평가에 대한 신뢰성, 비교 가능성 및 적용 가능성 등을 훨씬 더 높일 수 있을 것이다.

다른 나노입자의 조류 독성(algal toxicity)에서 차이점을 비교하기 위하여, 첫 단계는 관찰된 효과가 실제적인 독성 효과이며, 바이오매스 정량화 기술(biomass quantification technique)에 의해 영향을 받지 않는다는 것을 확인하는 것이다.

연구에서 연구팀을 주도한 DTU 소속의 Anders Baun 교수는 조류 성장에 대한 화학 물질의 효과를 테스트하는데 이용되는 방법을 심도 있게 조사했으며, 나노재료의 독성을 테스트하기 위하여 각 방안의 적용 가능성을 규명했다.

특별히, 연구진은 조류 바이오매스를 정량화하는데 일상적으로 이용되는 세 가지 기술을 평가했다. ① 쿨터 계수기(coulter counting, 세포나 입자의 수와 크기를 측정하는 기계), ② haemocytometer를 이용한 세포 계수, ③ 조류 색소를 추출하여 형광(fluorescence) 측정하는 방법 등이라고 Hartmann은 설명했다. 연구진의 결과를 근간으로, 연구진은 형광 검출기 방법(fluorometric method)이 나노입자의 물리적 분리와 바이오매스 대리를 가능하게 하는 가장 적절한 방법이라는 사실을 확인할 수 있었다.

 

형광 검출기 방법은 현미경에서 조류 세포의 시각적인 조사와 결합될 필요가 있다. 또 이 방법은 세포의 노출, 입자와 세포 사이의 상호 작용 등에 관한 부가적인 정보를 제공하고, 생리학적 효과를 감지할 수 있게 해준다. Hartmann은 형광 검출기 방법이 형광 측정에 대한 입자 간섭을 최소화하기 위하여 추가적인 최적화가 필요하다는 점을 지적했다.

또 연구팀의 결과는 다른 중요한 문제를 조명했다. 테스트 시스템이 역학적인 관계를 지니고 있기 때문에, 노출에서 정성 및 정량적인 변화가 시간 경과에 따라 모니터링될 필요가 있다는 점이다. 그렇지 않으면, 시간에 따른 독성의 변화는 입자 거동과 특성에 소급해서 연관 지을 수 없을 것이다.

연구팀은 테스트 디자인에 해결해야만 하는 일부 도전과제가 아직까지 존재한다고 지적했다. 예를 들면, 입자의 보다 더 우수한 격리와 조류 색소 추출은 입자 기준 간섭(background interference)을 감소시킬 것이다. 또 흐름세포 분석기(flow cytometry) 같은 다른 측정 방법이 평가되어 이 연구에서 조사된 기술과 비교될 수 있을 것이다.