최근 코로나19 여파로 배달 주문이 늘면서 일회용 플라스틱제 소비가 급증하고 있다. 가뜩이나 무분별하게 사용하고 있는 플라스틱의 영향으로 환경오염이 갈수록 심각해지고 있다. 특히 환경에 노출된 후 잘게 쪼개진 미세플라스틱은 생체 침투가 잘 되고, 각종 유해물질의 운반체로 작용하고 있어 미세먼지와 함께 인류 건강을 위협하는 또다른 환경오염인자로 인식되고 있다.

국내 연구진이 인체에 유해하고 쉽게 축적되는 미세플라스틱이 체내에 어떻게 쌓이고, 이동하는지를 형광 염색 없이 실시간 관찰할 수 있는 기술을 개발했다. 미세플라스틱과 세포 소기관의 생체 움직임을 동시에 볼 수 있는 분석법으로 생활 환경에 노출된 미세플라스틱의 오염 실태나 인체 유해성 규명 등에 널리 쓰일 것으로 기대된다.

한국기초과학지원연구원은 이한주 서울센터 박사 연구팀은 한국생산기술연구원, 유니오텍, 기초과학연구원 분자 분광학 및 동력학 연구단, 조민행 고려대 교수 연구팀과 공동으로 생체에 흡수된 미세플라스틱의 위치, 이동과정, 축적상태를 실시간 추적할 수 있는 '레이저 이미징 기술'을 개발했다고 4일 밝혔다.

생체 내 흡수된 미세플라스틱의 생물학적 영향과 독성을 명확히 알려면 살아있는 생체시료에서 미세플라스틱의 위치와 이동, 축적 과정을 실시간으로 관찰·분석하는 것이 중요하다.

기존에는 미세플라스틱과 생체기관에 서로 다른 형광물질을 염색해 관찰하는 이미징 기법을 주로 사용해 왔다. 하지만, 이 방법은 형광 염색 과정이 번거롭고, 형광물질의 광 탈색으로 장시간 측정이 어렵다. 아울러, 환경에 노출된 미세플라스틱은 인위적인 염색이 불가능하고, 형광물질 자체가 독성을 지녀 미세플라스틱의 독성 규명에 한계가 있었다.

공동 연구팀은 형광 염색 없이 물질의 고유 진동에너지를 이용해 서로 다른 화학성분의 미세입자를 동시에 영상으로 만들 수 있는 다색 'CARS' 이미징 기술을 개발했다.

'결맞음 반스톡스 라만 산란'으로 불리는 CARS는 서로 다른 두 레이저의 광자에너지 차이를 물질의 고유 진동에너지와 일치시켰을 때 산란 광물질의 화학결합 특성에 따라 서로 다른 파장에서 신호가 발생하는 현상이다. 이를 통해 형광 염색 없이 종류가 다른 미세입자를 구별해 이미징할 수 있게 개발한 것이다.

공동 연구팀은 이어 무염색 상태의 2마이크로미터(㎛) 폴리스티렌 미세플라스틱을 살아 있는 인간 골세포에 흡수시킨 후, 다색 CARS 현미경으로 폴리스티렌 입자와 세포 소기관의 하나인 '지질방울'의 실시간 움직임을 관찰했다. 그 결과, 크기와 모양이 비슷해 일반 광학현미경으로 식별이 힘든 폴리스티렌과 지질방울 입자를 명확하게 구분할 수 있었고, 30초 간격으로 입자 운동 궤적과 입자별 속도 분포를 분석할 수 있다는 것을 입증했다.

세포가 아닌 모델 생물(선충)에서도 미세플라스틱의 생체 분포와 축적 상태를 정확하게 관찰할 수 있었다고 연구팀은 설명했다.

이한주 기초지원연 박사는 "이번 연구는 생체 내 미세플라스틱 분석을 통해 무염색 레이저 이미징의 효용성을 보여준 결과"라며 "기술을 한 단계 발전시키면 식품, 화장품, 세척제 등 생활 소비재의 유해물질 안전성 평가와 미세플라스틱의 생체 영향 및 독성 규명, 환경오염과 유해물질 이슈 대응 등에도 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 환경과학 분야 국제 학술지 '환경과학&기술(지난 1일자)'에 실렸다.

이준기기자 bongchu@