생수 1리터병에서 플라스틱 입자 24만개 검출

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[사이언스샷] 생수 1리터병에서 플라스틱 입자 24만개 검출 (naver.com)

美 시판 생수 6종에서 나노 플라스틱 확인
레이저로 이전에 못 보던 작은 입자 찾아
크기 작아 혈관에서 뇌까지 침투, 신경 변성 우려

생수 병의 아래 위에서 레이저를 쏘아 그 안에 있는 나노 플라스틱 입자를 찾아내는 모습을 보여주는 그림. 시판 중인 생수 1L당 나노 플라스틱 24만개가 검출됐다./미 컬럼비아대

생수 안에 지금까지 몰랐던 작은 플라스틱 조각이 수십만 개 들어있는 것으로 나타났다. 앞서 시판 중인 생수에서 미세 플라스틱이 수백 개 검출돼 충격을 줬는데 그보다 작은 조각을 따지면 수백 배 늘어난다는 것이다.

미국 컬럼비아대 라몬트-도허티 지구연구소의 베이잔 얀(Beizhan Yan) 교수 연구진은 9일 국제학술지 ‘미국립과학원회보(PNAS)’에 “레이저를 이용해 시판 중인 생수 속에 있는 눈에 보이지 않는 작은 플라스틱 입자 24만개를 확인했다”고 밝혔다.

미세 플라스틱(microplastic)은 5㎜ 이하의 작은 크기로, 주로 바다에 유입된 플라스틱 쓰레기가 분해되면서 나온다. 최근에는 남극이나 북극, 알프스 고산지대에서도 미세 플라스틱이 발견돼 전 지구적인 오염 실태를 입증했다.

연구진은 이번에 그보다 작은 나노 플라스틱(nanoplastic) 입자를 측정했다. 나노 플라스틱은 1㎛(마이크로미터, 1㎛는 100만분의 1m)보다 작은 크기로, 주로 10억분의 1m인 ㎚(나노미터) 단위이다. 연구진은 생수 1L에 평균 24만개의 나노플라스틱이 있으며, 이전 그보다 더 큰 조작만 따진 이전 추정치보다 10~100배 많은 수치라고 밝혔다.

연구진은 지금까지 검출하기 어려웠던 나노 플라스틱을 찾기 위해 라만 분광(分光) 현미경 기술을 이용했다. 빛을 이용해 물질을 분석하는 방법이다. 빛이 물질에 부딪히면 반사된다. 이때 물질의 고유한 에너지에 따라 빛이 에너지를 더 받기도 하고 잃기도 한다. 컬럼비아대 화학과의 웨이 민(Wei Min) 교수는 레이저를 두 방향에서 쏘고 특정 분자를 만나면 진동하는 것을 감지하는 기술을 개발했다.

연구진은 미국의 유명 슈퍼마켓 3곳에서 1L짜리 생수 6병을 가져다가 플라스틱 파편과 만나면 진동하는 레이저를 쏘았다. 그 결과 생수병에서 11만~37만개의 입자가 나왔다. 그중 90%는 나노 플라스틱이고 나머지는 미세 플라스틱이었다.

대표적인 플라스틱 입자는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET·페트)였다. 생수가 페트병에 담기기 때문에 당연한 결과이다. 연구진은 생수가 담긴 페트병을 누르거나 열에 노출되면서 미세 조각이 떨어져 나가 물속으로 들어간다고 추정했다. 2021년 발표된 연구 결과에 따르면 페트병 뚜껑을 반복해서 여닫을 때 플라스틱이 마모되면서 작은 입자가 물에 유입된다.

하지만 양으로 보면 페트보다 나일론의 일종인 폴리아미드가 더 많았다. 얀 교수는 병에 담기 전에 물을 정화하는 데 사용되는 플라스틱 필터에서 폴리아미드가 나온다고 추정했다. 그 외 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리메틸메타크릴레이트 등도 나왔다.

연구진은 이번에 플라스틱 7가지를 집중 분석했다. 놀랍게도 생수에서 나온 나노 입자 중 플라스틱 7가지는 10%에 불과하고 나머지는 알 수 없었다. 만약 나노 입자 모두가 나노 플라스틱이라면 L당 수천만 개에 달할 수 있다는 뜻이다. 하지만 연구진은 생수 안에 유기물을 포함해 다양한 입자가 있다는 것이지 모두 플라스틱이라고 볼 수는 없다고 신중한 태도를 보였다. 연구진은 앞으로 수돗물도 조사할 계획이라고 밝혔다.

레이저로 감지된 폴리스타이렌 플라스틱 입자들; 각각의 크기는 약 200nm, 즉 0.0002mm이다./미 컬럼비아대

전 세계 플라스틱 생산량은 연간 4억t에 육박하고 있다. 매년 3000만t 이상이 바다나 육지에 버려지고 있다. 플라스틱은 시간이 지나면 유기물처럼 해가 없는 물질로 분해되지 않고 같은 화학 성분을 가진 작은 입자가 된다. 미세 플라스틱을 거쳐 나노 플라스틱으로 확산하는 것이다.

앞서 지난 2018년 미국 뉴욕 주립대 연구진은 생수 1L당 미세 플라스틱 325개가 검출됐다고 발표해 충격을 안겼다. 이후 연구에서 그 수치는 몇 배 늘었다. 과학자들은 생수에 플라스틱 입자가 더 있다고 의심했지만, 검출 방법의 한계로 1㎛보다 작은 입자는 확인하지 못했다. 얀 교수는 “이번 연구를 통해 이전에는 드러나지 않았던 세계를 들여다볼 수 있는 창이 열렸다”고 말했다.

플라스틱 입자가 인체로 들어가면 다양한 곳에서 피해를 줄 수 있다. 영국 임페리얼 칼리지 연구진은 지난해 12월 의학 학술지 ‘랜싯’의 이바이오메디슨(eBioMedicine)에 “미세 플라스틱과 나노 플라스틱 모두 인체의 주요 시스템에 광범위하고 위험한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다”고 발표했다.

영국 연구진은 미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 산화 스트레스, 염증, 면역 기능 장애, 생화학과 에너지 대사 변화, 세포 증식 장애, 미생물 대사 경로 파괴, 비정상적인 장기 발달, 발암성을 유발할 수 있다고 지적했다. 최근 연구에 따르면 미세 플라스틱은 음식물 소화를 돕는 장내 미생물 군집에도 영향을 미친다.

특히 나노 플라스틱은 크기가 작아 미세 플라스틱과 달리 장과 폐에서 혈액으로 퍼져 뇌까지 갈 수 있다. 산소나 영양분은 혈관에서 뇌로 가지만, 그보다 큰 물질은 혈관을 둘러싼 내피세포라는 장벽에 막혀 뇌로 가지 못한다. 나노 플라스틱은 이런 혈뇌장벽도 통과한다는 말이다. 얀 교수는 “나노 플라스틱은 특히 혈뇌장벽이 느슨한 노인에서 신경 변성을 일으킬 수 있다”며 “개별 세포에도 침입해 임신 여성의 태반을 통해 태아까지 전달될 수 있다”고 밝혔다.

미세 플라스틱과 나노 플라스틱이 인체 곳곳에 미치는 영향./eBioMedicine
참고 자료

PNAS(2024), DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2300582121

eBioMedicine(2023), DOI: https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2023.104901

Journal of Water & Health(2021), DOI: https://doi.org/10.2166/wh.2021.025

Frontiers in Chemistry(2018), DOI: https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00407