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연구 보고서
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희소금속류 나노물질의 흡입독성 연구-입자 크기에 따른 산화 인디움의 체내 흡수 및 생체영향 연구(화학)
- 연구책임자
- 임철홍,강민구,한정희
- 수 행 연 도
- 2013년
- 핵 심 단 어
- 주 요 내 용
- , 1. 연구제목 : 희소금속류 나노물질의 흡입독성 연구 - 입자 크기에 따른 산화 인디움의 체내 흡수 및 생체영향 연구 2. 연구 필요성 및 목적 희소금속이란 일반적으로 지각 내에 존재량이 적거나 추출하기 어려운 금속을 말한다. 강도가 크고, 내열성·내식성·내마모성·자성을 띄는 경우가 많아 특수 합금, 도금, 신소재 등 다양한 용도로 사용되고 있으며, 최근 전자, 에너지 등의 첨단산업이 발전함에 따라 다양한 고기능성 재료 및 부품에 적용되고 있다. 인디움은 최근 사용량이 크게 증가한 희소금속으로 1980년대 반도체 제조를 위해 인디움 포스파이드(InP, indium phosphide)가 사용되기 시작하였으며, 최근에는 액정디스플레이 박막필름의 재료로 인디움주석산화물(ITO, indium-tin oxide)이 주로 사용되고 있다. 2001년 일본에서 인다움주석산화물 취급근로자의 사망이 발생하고, 동물실험에서 인디움주석산화물에서도 발암성이 확인됨에 따라 일본에서 인디움 화합물을 특정화학물질 2류, 특별관리물질로 규제수준을 강화함에 따라 우리나라에서도 인디움에 대한 규제수준의 재검토에 대한 요구가 증가하고 있다. 한편, 정보기술(IT, information technology)이 발전함에 따라 보다 작은 크기의 입자사용이 증가하고 있으며, 인디움 산화물의 유해성 평가에 있어도 입자크기를 반영한 나노독성학적 고려가 요구되고 있다. 따라서 본 연구는 입자 크기에 대한 인디움 산화물의 독성을 비교함으로써 인디움 산화물의 유해성 평가 및 규제수준 검토를 위한 기초자료를 제공하기 위해 실시되었다. 3. 연구내용 및 방법 IO_4000(산화인디움, 4 ㎛ 이하), IO_100(산화인디움, 100 nm 이하), ITO_50(인디움주석산화물, 50 nm 이하)을 시험물질로 사용하였다. 시험동물은 수컷 SD 랫드를 사용하였으며, 노출시험과 회복시험으로 나누어 각각 대조군, IO_4000군, IO_100군, ITO_50군으로 구분하여 실시하였다. 노출시험 및 회복시험 모두 인디움 산화물의 노출은 비부 노출형 흡입노출장치를 이용하여 1일 6시간, 주 5일, 4주간 반복적으로 노출시켰으며, 회복시험에서는 추가적으로 4주간의 회복기간을 두었다. 노출기간 및 회복기간 동안 체중 측정, 일반 임상 증상 관찰, 호흡기능 측정을 실시하였고, 노출기간 및 회복기간이 끝난 후에는 희생부검을 실시하여 폐포에서 호흡기 염증세포 분포, 세포손상 및 면역학적 지표 측정, 혈액학적 검사, 혈액생화학적 검사, 조직장기에 대한 병리학적 검사 등을 실시하여 인디움이 독성에 미치는 영향을 조사하였다. 또한 폐, 뇌, 간, 비장과 혈액 또는 혈청에서의 인디움을 정량하여 인디움의 체내분포를 확인하였다. 4. 연구결과 비부 노출형 흡입노출장치를 이용하여 시험물질의 에어로졸을 발생시킨 결과, IO_4000군, IO_100군, ITO_50군 각각 에어로졸의 입자크기가 1.09 ㎛, 0.66 ㎛, 0.17 ㎛였으며 노출기간 중 흡입노출장치 내 인디움의 평균농도는 IO_4000군, IO_100군, ITO_50군 각각 1.30 ± 0.41 mg/m3 1.13 ± 0.33 mg/m3, 1.09 ± 0.37 mg/m3였다. 시험조건에서 인디움 산화물 노출에 의한 체중 변화 및 임상병리학적인 소견은 관찰되지 않았으나 모든 인디움 산화물 처리군에서 기관지폐포에서 총세포수 및 다핵성호중구 증가, 세포손상지표(LDH, albumin) 증가, 염증성 세포전달물질 TNF-α(tumor necrosis factor alpha) 증가 등 유의적인 염증반응이 확인되었다. 또한 폐에서 병리조직학적 이상소견(폐포성단백증, 폐포대식세포 이동, 폐포벽섬유화, II형 폐포 상피세포의 과다형성 및 비대, 혈관주위염증 등)이 확인되었다. 손상의 정도는 ITO_50군에서 매우 강하게 나타났으며, IO_4000군 및 IO_100에서는 약하게 나타났다(IO_4000군과 IO_100군은 유사한 수준의 독성반응을 보였다.). 폐를 제외한 장기중량, 혈액생화학적 검사 등의 일부 지표에서 통계적인 유의성은 나타났으나, 모두 정상적인 생리학적 범위 안에 포함되어 인디움에 의한 것으로 판단되지는 않았다. 혈중 백혈구 수치, 병리소견(폐포성단백증, 폐포성섬유화) 등에서는 회복군에서 노출군보다 더 큰 독성영향이 나타나는 등 4주간의 회복기간 동안 인디움 산화물에 의한 생체영향을 회복되지 않았다. 흡입된 인디움은 폐조직에 고농도로 축적되었다. 폐에 축적된 인디움은 회복기간 동안 IO_4000이 가장 빨리 제거되었으며, ITO_50은 거의 제거되지 않았다. 시험조건 및 시험기간 동안 IO는 입자크기와 관계없이 혈액 또는 장기조직으로 이동하지 않았다. 그러나 ITO_50는 회복기간 동안 폐조직에서 느리게 감소가 일어났으며, 회복기간 동안 혈액(혈청 포함) 및 기타 장기(뇌, 간, 비장)에서의 농도는 오히려 증가하였다. ITO의 혈중 인디움 농도는 노출군에서 0.176 ㎍/ℓ, 회복시험에서 0.265 ㎍/ℓ로 모두 현재 일본 산업위생학회에서 권고하는 생물학적지표(BEI, biological exposure indices)의 1/10보다 낮은 수준이었다. 4. 활용 및 기대효과 본 연구는 실험동물을 이용하여 호흡기 노출에 의한 인디움 산화물의 입자크기 및 화학적 조성에 따른 인디움의 독성학적 영향과 체내 동태를 확인함으로써 인디움 산화물의 사업장 관리수준 결정에 참고 자료로 활용될 수 있다. 본 연구결과는 국내 또는 외국의 관련 학회에서 발표하고 논문을 투고할 계획이다. 인디움 산화물의 유해성 평가의 참고자료로 활용되어 인디움으로부터 근로자의 건강보호에 기여하고, 합리적인 화학물질 관리에 도움을 줄 것으로 기대된다. 5. 중심어 인디움, 입자크기, 흡입독성 6. 참고문헌 및 연락처 ○ 참고문헌 - U.S. Department of Health and Human Services. NTP technical report on the toxicology and carcinogenesis studies of indium phosphide. 2001. - 일본 후생노동성. 초기위험성평가서 No. 42(상세) 인디움 및 그 화합물(일본어). 2011. - Japanese Ministry of Health, Labour and Welfare. The technical guideline for preventing health impairment of workers engaged in the indium tin oxide handling processes. 2010 - Nakano, K., Nishizawa, T., Umeda, Y., Kasai, T., Noguchi, T., Gotoh, K., Ikawa, N., Eitaki, Y., Kawasumi, Y., Yamauchi, T., Arito, H., and Fukushima, S. Inhalation carcinogenicity and chronic toxicity of indium-tin oxide in rats and mice. J Occup Health 2011;53:175-187 ○ 연락처 - 임철홍
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- 연구기획부
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