생분해성 플라스틱 내 첨가제의 다종 독성 평가 : . = Multi-species Toxicity Assessment and Toxicological Mechanisms of Additives in Biodegradable Plastics

국문 초록 (Abstract)

생분해성 플라스틱 내 첨가제의 다종 독성 평가 생분해성 플라스틱은 기존 난분해성 플라스틱의 친환경적 대체 소재로 주목받고 있으며, 자연 환경 내에서 빠르게 분해된다는 장점을 가진다. 그러나 생분해성 플라스틱 제품의 물성과 안정성 향상을 위해 첨가되는 화학적 첨가제는 현재 환경 잔류성 및 독성 유발 가능성 측면에서 충분 히 검증되지 않았다는 한계가 지적되고 있다. 본 연구에서는 상용화된 폴리락트산(Polylactic acid, PLA) 및 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레 이트(Polybutylene adipate terephthalate, PBAT) 기반 생분해성 플라스 틱 제품에서 화학적 첨가제를 추출하고, 박테리아(Bacillus subtilis), 육 상 식물(Raphanus sativus), 해양 요각류(Tigriopus japonicus), 인간세 포(HaCaT, HepG2)를 포함한 다양한 생물학적 모델을 활용한 다종독성 평가 및 작용기전을 규명하였다. 추출물 내 유·무기 첨가제를 특성화하기 위해 기체 크로마토그래피-질 량분석법(Gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)과 유도 플라즈마 질량분석기(ICP-MS)를 이용해 조성 프로파일을 분석하였다. 그 결과, 국제적으로 규제된 첨가제(DBP, TPP)가 포함된 것을 확인하였 으며 이외에 비의도적 첨가물(Non-Intentionally Added Substance, NIAS)을 포함한 다양한 종류의 첨가제 용출을 확인하였다. 국제적인 규격의 시험법(OECD202, OECD208)을 이용한 환경 용출 농 도에서의 다종 생물학적 독성 스크리닝 결과, 시료에 따라 종 특이적 독 성이 관찰되었다. 이러한 독성 원인 물질을 규명하기 위해 주성분 분석 (PCA)을 수행한 결과, PBAT 계열 시료에서 공통적으로 검출된 지방산 아마이드(Fatty acid amide)계 첨가제가 독성 후보 물질로 특정되었다. 시료에서 용출되는 지방산 아마이드의 농도는 고성능 액체 크로마토그래 피(High performance liquid chromatography, HPLC)로 정량하였다. 해당 용출 농도의 표준물질을 HaCaT 세포와 HepG2 세포에 처리하 여 MTT assay와 LDH assay를 통해 두 세포에서의 세포막 손상 및 괴 사 정도를 확인하였다. 또한, 활성산소종(ROS) 측정을 통해, 해당 물질 이 산화 스트레스 경로를 통해 독성을 유발함을 확인하였다. 본 연구에서는 상용화된 생분해성 플라스틱에서 추출된 복합 첨가제 혼합물의 육상·수생 생태계 및 인간 세포를 포함한 다종 독성 평가를 최 초로 수행하고, 추출물 내의 지방산 아마이드가 다종 생물 모델에서 독 성을 유발하는 후보 물질임을 제시하였다는 점에서 의의가 있다. 이는 생분해성 플라스틱에 사용되는 첨가제 기반 위해성이 존재함을 보여주 며, 향후 생분해성 소재의 지속 가능한 사용을 위해 생태 및 인간 안전 성이 확보된 친환경 첨가제 개발과 안전성 기반의 관리 및 규제 체계 마 련의 필요성을 시사한다. 키워드: 생분해성 플라스틱, 화학적 첨가제, 다종 독성 평가, 지방산 아 마이드, 비의도적 첨가물

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 i
• 목차 iii
• 표목차 vi
• 그림목차 vii
• 약어목록 ix
• 제 1장 서론 １
• 제 2장 생분해성 플라스틱 내 첨가제 추출 및 특성화 11
• 2.1 연구 배경 11
• 2.2 결과 13
• 2.2.1 GC-MS를 통한 유기 첨가제 특성화 13
• 2.2.2 ICP-MS를 통한 무기 첨가제 특성화 19
• 2.3 결론 및 토의 21
• 2.4 실험 시약 및 기구 24
• 2.5 실험 방법 26
• 2.5.1 생분해성 플라스틱 시료 선택 26
• 2.5.2 생분해성 플라스틱 내 첨가제 추출 방법 30
• 2.5.3 GC-MS 분석을 통한 유기 첨가제 특성화 32
• 2.5.4 ICP-MS 분석을 통한 무기 첨가제 특성화 33
• 제 3장 생분해성 플라스틱 내 첨가제 추출물의 다중 생물독성 평가 34
• 3.1 연구 배경 34
• 3.2 결과 37
• 3.2.1 토양 1차 생산자(Raphanus sativus)의 발아 및 초기 생장 독성 평가 37
• 3.2.2 OECD202 기반 해양 요각류(Tigriopus japonicus) 급성 독성 40
• 3.2.3 LIVE/DEAD assay와 CFU assay를 통한 미생물 독성 확인 44
• 3.2.4 MTT assay를 통한 생분해성 플라스틱 내 첨가제들의 세포독성 50
• 3.2.5 주성분 분석(PCA) 56
• 3.3 결론 및 토의 59
• 3.4 실험 시약 및 기구 62
• 3.5 실험 방법 65
• 3.5.1 무종자(Raphanus sativus)를 이용한 생태독성 시험 65
• 3.5.2 해양 요각류(Tigriopus japonicus)를 이용한 급성 독성 시험 67
• 3.5.3 토양미생물(Bacillus subtilis)의 배양 조건 68
• 3.5.4 LIVE/DEAD 방법을 이용한 토양 미생물(Bacillus subtilis) 독성 69
• 3.5.5 CFU 계수를 통한 토양 미생물 독성 측정 72
• 3.5.6 MTT assay를 이용한 인간 세포 독성 73
• 3.5.7 주성분분석(PCA)과 총독성지수 (OTI) 계산방법 76
• 제 4장 독성 의심 물질의 분석 77
• 4.1 연구 배경 77
• 4.2 결과 78
• 4.2.1 HPLC를 이용한 생분해성 플라스틱 내 독성 의심 물질의 정량 78
• 4.2.2 Erucamide와 DBP의 MTT 및 LDH 분석 80
• 4.2.3 Erucamide와 DBP의 활성산소생성 분석 (ROS assay) 82
• 4.3 결론 및 토의 84
• 4.4 실험 시약 및 기구 86
• 4.5 실험 방법 88
• 4.5.1 생분해성 플라스틱 제품 내 독성 유발 의심 물질의 HPLC 분획 88
• 4.5.2 Erucamide와 DBP의 MTT 및 LDH 분석 89
• 4.5.3 Erucamide와 DBP의 활성산소생성 분석 (ROS assay) 90
• 제 5장 결론 및 고찰 91
• Abstract 95
• 참고문헌 97