“낡은 도마 당장 바꾸세요”…칼질할 때마다 나노입자 툭툭

▲플라스틱 도마를 구성하는 성분의 올리고머가 떨어져 나와서 다시 나노플라스틱 입자로 뭉치는 것으로 확인됐다. (자료=챗GPT 이미지)

가정이나 식당에서 사용하는 플라스틱 도마에서 발생하는 나노플라스틱의 상당수가 단순한 플라스틱 파편이 아니라 올리고머(oligomer, 짧은 고분자 사슬)의 자기조립(self-assembly)을 통해 생성된다는 연구 결과가 나왔다.

특히 도마를 반복 사용하거나 낡은 것일수록 이 같은 나노입자 발생이 크게 증가하는 것으로 나타났다.

중국과학기술대학교(USTC) 환경대학과 싱가포르 난양공대, 미국 캘리포니아대 샌프란시스코(UCSF) 공동 연구팀은 이 같은 내용을 담은 논문을 최근 국제학술지 '커뮤니케이션스 머티리얼스(Communications Materials)'에 발표했다.

◇파편화 아닌 '자기조립'이 주요 생성 경로

연구진은 시판 플라스틱 도마 7종을 대상으로 표준화된 칼질 실험과 화학 분석, 분자동역학 시뮬레이션을 실시했다.

그 결과 칼질 과정에서 생성된 올리고머가 물속에서 소수성(疏水性, 물을 밀어내는 성질) 상호작용을 통해 자발적으로 응집하면서 나노입자를 형성하는 메커니즘을 확인했다.

연구진은 나노플라스틱이 단순히 플라스틱이 잘게 부서진 결과라는 기존 가설을 검증하기 위해 화학 분석과 컴퓨터 시뮬레이션, 현미경 관찰을 병행했다.

우선 도마에서 방출된 나노입자를 질량분석기로 분석한 결과, 상당수가 고분자가 아닌 짧은 사슬의 올리고머로 구성된 것으로 확인됐다. 이어 이들 올리고머만 물속에 분리해 넣자 약 100~200nm(나노미터) 크기의 나노입자(나노플라스틱)가 자발적으로 형성됐다.

분자동역학(MD) 시뮬레이션에서도 올리고머들이 물속에서 소수성 상호작용에 의해 서로 응집해 안정적인 나노입자를 만드는 과정이 재현됐다.

전자현미경으로 관찰한 실제 입자의 형태도 이와 일치했다.

연구진은 이 같은 결과를 근거로 “가정용 플라스틱 도마에서 방출되는 나노플라스틱의 주요 생성 경로는 올리고머의 자기조립"이라고 결론 내렸다.

▲도마에서 떨어져 나온 플라스틱 성분의 올리고머가 뭉쳐서 나노플라스틱이 된다. 폴리프로필렌(PP)은 공 모양으로 뭉치고(윗줄), 폴리에틸렌(PE)은 층상 구조로 뭉친다(아랫줄). (사진=Communications Materials, 2026)

◇노화 과정에서 고분자 사슬이 올리고머로 절단돼

연구진은 실험에서 새 도마에서는 나노입자의 38.2~55.0%가 올리고머로부터 나왔고, 낡은 도마에서는 이 비율이 92.7%까지 증가한다는 사실을 확인했다. 분자동역학 시뮬레이션에서는 폴리프로필렌(PP) 올리고머는 구형(공모양)이었고, 폴리에틸렌(PE) 올리고머는 층상 구조로 응집하는 것으로 분석됐다.

10분간 600회의 칼질을 실시한 결과, 도마 1개당 2750~7242개의 미세플라스틱과 2330만~1억1200만 개의 나노입자가 발생했다.

반복 사용 횟수가 증가할수록 미세·나노플라스틱 배출량도 함께 증가했다.

특히 한 달간 가속 광(光)노화를 거친 PP 도마에서는 나노입자 발생량이 최대 963% 증가했고, 입자 크기는 50nm(나노미터, 1nm=10억분의 1m) 이하까지 작아졌다.

연구진은 노화 과정에서 고분자 사슬의 절단과 산화가 진행되면서 올리고머 생성과 나노입자 형성이 촉진된 것으로 분석했다.

▲2022년 대륙별 연평균 미세.나노플라스틱 누적 섭취량. (자료=Communications Materials, 2026)

◇제브라피시서 심장·발달 독성 관찰

연구진은 에탄올로 추출한 PP 올리고머를 독성학 동물실험에서 흔히 사용하는 제브라피시 배아에 노출한 결과, 부화율 감소, 체장 감소, 심낭 부종, 심박수 감소, 심근 기능 저하 등이 농도 의존적으로 나타났다고 밝혔다. 농도가 높을수록 더 해로운 것으로 나타난 것이다.

연구진은 “제브라피시 실험은 올리고머로 인한 위해 가능성을 평가하기 위한 단계이고, 실제 인체 노출 수준에서도 동일한 영향이 나타난다는 것을 의미하는 것은 아니다"라고 일단 선을 그었다.

연구팀은 2019~2022년 전 세계 144개 국가·지역의 가정 내 조리 빈도를 적용해 노출 시나리오를 분석했다. 코로나19 팬데믹으로 가정 내 조리가 증가한 2021년 미세·나노플라스틱 노출량이 가장 높게 추정됐는데, 이는 생활 방식 변화에 따른 결과라고 연구진은 설명했다.

연구진은 이번 노출량은 실제 인체 흡수량이 아니라 실험 결과와 조리 행태를 결합한 시나리오 분석이라고 덧붙였다.

연구진은 플라스틱 도마의 반복적인 마모와 노화가 입자 발생을 크게 증가시키는 만큼 깊은 칼자국이나 균열, 박리 등이 나타난 제품은 교체하는 것이 바람직하다고 제안했다.

또 사용 후에는 표면을 충분히 세척해 잔류 입자의 음식물 전이를 줄일 필요가 있다고 밝혔다.

강찬수 기후환경 전문기자 kcs25@ekn.kr