Ⅰ. 서 론

2017년 문화체육관광부에서 실시한 ‘국민생활 체육 참여 실태조사’에 따르면 10세 이상 국민의 59.2%가 생 활체육에 참여하는 것으로 나타났고, 생활체육의 종류 중 걷기와 등산 등 야외에서 실시하는 종목의 참여 경험 이 높은 것으로 보고된 바 있다.¹⁾ 또한 2018년 7월 1일 부터 시행된 주 52시간 근무제와 관련하여 미시행사업 자에 대한 처벌 유예기간이 2019년 4월 1일 종료되면서 여가 시간 확보로 많은 근로자들이 여가 활동을 즐길 수 있는 환경이 구축되고 있다.

여가활동은 대부분 야외에서 수행되는 경우가 많은데 야외활동에서 발생되는 자외선 노출은 피부손상과 피부 노화의 원인이 되고 황반변성, 백내장 등의 안질환이 발 생할 수 있다고 알려져 있다.^2,3) 또한 야외활동에서 발생 되는 자외선과 눈부심을 차단하기 위해 자외선 차단과 함께 가시광선 투과율을 낮춰주는 선글라스를 착용하게 된다. 최근 안경과 선글라스의 기능을 동시에 발휘 할 수 있도록 환경에 따라 색상의 농도가 변하는 렌즈가 대 중적으로 유행되어 많은 관심을 받고 있다. 이를 변색렌 즈(photochromic lens) 또는 조광렌즈라 한다.⁴⁾ 변색 렌즈는 1964년 미국 코닝사(Corning Co.)에 의해 밝은 빛에서는 자동적으로 어둡게 변하고 어두운 곳에서는 자 동적으로 퇴색되어 밝아지는 감광성 유리인 Bestlite glass를 발명한 것이 시초이다. Lim 등⁵⁾은 광변색 안경 렌즈의 착용이 눈부심을 줄이고 눈부심에 따른 시력장애 를 저하시킨다고 하였고, Lee 등⁶⁾은 한센환자를 대상으 로 연구한 결과 눈물 흘림과 눈부심 저하에 효과가 있다 고 하였다. 변색렌즈는 자외선에 노출되면 렌즈 색상의 농도가 변화하여 선글라스 기능을 하며, 빛이 차단되는 실내에서는 원래의 색상으로 돌아오는 렌즈이다. 변색렌 즈 제조 방식은 모노머 방식과 코팅 방식이 있다. 모노 머 방식은 안경렌즈 제조 중합과정에서 변색 물질을 혼 합하여 제조하는 공법을 사용하고, 코팅방식은 렌즈 표 면에 코팅하는 방식으로 렌즈 하드 코팅 공정에서 변색 물질을 접목하여 제조된다.^7,8) 제조사는 수요자의 요구 에 따른 편의를 위해 변색과 퇴색이 신속하게 변환될 수 있도록 하는 것을 중요한 요소로 생각하고 있다.

변색렌즈의 색상 농도변화는 자외선의 양과 노출 시 간이 증가할수록 변색되는 속도가 빨라지고 농도도 함께 증가한다. 그 외의 요인으로는 온도와 습도가 일부 영향 을 미치는 것으로 전해지고 있다. 선행 연구^7,9)에서 변색 렌즈의 파장(418-606 nm)에 따른 변색, 퇴색속도 등에 관한 다수의 연구가 있었지만 온도에 따른 변색렌즈의 연구는 전무한 실정이다. 기상청 관측 자료에 의하면 2018년 대한민국 여름 최고 온도가 홍천 41ﾟC, 서울 39.6ﾟC로 폭염을 기록한 바 있고,¹⁰⁾ 2019년 여름 평균 기온이 평년보다 높을 것으로 예측하고 있다.

따라서 본 연구에서는 온도증가가 변색렌즈의 변색성 능에 미치는 영향이 있는지 확인하여 변색렌즈 공급자와 수요자를 위한 기초 자료를 제시하고자 한다.

Ⅱ. 재료 및 방법

1. 연구대상

본 연구에 사용된 안경렌즈는 굴절률 1.56의 변색렌 즈 6종과 굴절률 1.60의 변색렌즈 6종, 총 12종을 대상 으로 하였다.

2. 연구방법

대상렌즈를 각각 온도 환경에서 1분에서 5분간 자외 선을 조사한 후 농도를 측정하였다. 외부 자극인 온도를 유지하기 위해 온도 조절 유지 장치를 이용하여 20ﾟC, 30ﾟC, 40ﾟC, 50ﾟC로 온도를 유지하였고, 변색을 유도 하기 위해 자외선램프(Philps Co. TL 8W)를 14 cm 거 리에 고정하여 사용하였다. 농도 분석은 렌즈의 모든 변 색 과정을 카메라를 이용하여 동영상으로 촬영한 후 포 토샵 프로그램(Adobe Photoshop CS⁵⁾을 이용하여 렌 즈의 변색 전, 변색 시작 1분, 2분, 3분, 4분 그리고 5분 후의 영상을 캡처하여 중앙부분의 명도를 측정하였다.

3. 통계분석

연구결과 통계분석은 SPSS(Ver. 22 fo Window, SPSS Inc, USA)프로그램을 사용하여 one-way ANOVA분석을 실시하였으며, p<0.050일 때 통계적으로 유의하다고 판 단하였다.

Ⅲ. 결 과

본 연구에서 자외선의 양과 노출시간 이외에 온도, 굴 절률, 제조방식 등을 변색 반응 차이 요인으로 가정하고 실험을 진행하였다. Table 1은 연구에 사용된 변색렌즈의 제원과 온도에 따른 변색반응 결과를 각각 나타낸 것이다.

1. 온도 변화와 자외선 노출시간에 따른 변색렌즈 농도

온도를 일정하게 유지한 상태에서 대상 렌즈에 1분에 서 5분간 자외선을 조사하였다. 20ﾟC 환경에서 자외선 을 조사한 결과 68%(1분), 76%(2분), 78%(3분), 78%(4 분), 79%(5분)로 나타났고, 30ﾟC에서 66%(1분), 68%(2 분), 70%(3분), 71%(4분), 72%(5분)로 40ﾟC에서 60%(1 분), 63%(2분), 65%(3분), 66%(4분), 67%(5분)로 나타났 으며 50℃에서 44%(1분), 46%(2분), 46%(3분), 48%(4 분), 50%(5분)로 나타났다(Table 2). 모든 온도에서 렌 즈가 자외선에 노출된 직후 1분 동안은 신속하게 농도가 증가하다가 1분 후에는 농도가 서서히 변화하는 것으로 나타났다. 동일한 시간 동안 렌즈에 자외선을 조사했을 경우 온도가 증가할수록 렌즈의 변색 농도는 감소하는 것으로 나타났다(Fig. 1).

Fig. 2는 연구에 사용된 12종의 렌즈에 대한 노출시 간에 따른 온도별 변색반응의 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 20ﾟC에서 1분간 자외선에 노출시킨 결과 J렌즈 가 60%로 가장 낮고 C와 I렌즈가 73%로 가장 높게 나 타났다. 30ﾟC와 40ﾟC에서는 J렌즈, 50ﾟC에서는 F와 G렌즈가 가장 낮게 나타났다. 반면 30ﾟC에서 I렌즈, 40 ﾟC에서 C렌즈, 50ﾟC에서는 C와 I렌즈가 가장 높게 나 타났다. 노출시간 2분은 20ﾟC에서 J렌즈 67%로 가장 낮고 L렌즈가 84%로 가장 높게 나타났다. 30ﾟC에서는 E렌즈, 40ﾟC와 50ﾟC에서는 G렌즈가 가장 낮게 나타났 으며, 30ﾟC와 50ﾟC에서 L렌즈, 40ﾟC에서 A렌즈가 가 장 높게 나타났다. 노출시간 3분은 20ﾟC에서 J렌즈, 30 ﾟC와 40ﾟC에서 E렌즈, 50ﾟC에서는 E와 G렌즈가 가장 낮고, 20ﾟC에서 L렌즈, 30ﾟC에서는 C와 L렌즈, 40ﾟC 에서 A렌즈, 50ﾟC에서는 L렌즈가 가장 높게 나타났다. 노출시간 4분에서는 20ﾟC에서 J렌즈, 30ﾟC에서는 D와 E렌즈, 40ﾟC에서 E렌즈, 50ﾟC에서는 G렌즈가 가장 낮 게 나타났고 20ﾟC와 30ﾟC에서 L렌즈, 40ﾟC에서 A렌 즈, 50ﾟC에서는 L렌즈가 가장 높게 나타났다. 노출시간 5분에서는 20ﾟC에서 J렌즈, 30ﾟC에서 D렌즈, 40ﾟC에 서 D렌즈 G렌즈 J렌즈가 50ﾟC에서는 E렌즈가 가장 낮 고 20ﾟC에서 C와 L렌즈, 30ﾟC에서 L렌즈, 40ﾟC에서 는 A렌즈, 50ﾟC에서 L렌즈가 가장 변색반응이 높게 나 타났다.

모든 렌즈에서 자외선 노출시간 증가할수록 변색반응 이 높게 나타났으며, 온도가 증가할수록 변색반응이 감 소되는 것으로 나타났다. 사후검정을 통해 구체적인 차 이를 확인한 결과 20ﾟC와 30ﾟC에서 1분간 노출시킨 경 우만 유의한 차이가 없었으며(p=0.200), 나머지 모든 시간에서 변색반응 차이를 보였다(p<0.050).

2. 온도변화와 굴절률에 따른 변색렌즈의 농도

굴절률이 1.56인 변색렌즈 6종과 1.60인 변색렌즈 6 종에 대하여 5분간 노출을 유지한 상태에서 변화를 관찰 하였다. 1.56은 20ﾟC 환경에서 자외선을 조사한 결과 73%(1분), 81%(2분), 84%(3분), 84%(4분), 85%(5분)로 나타났고, 온도 50ﾟC에서 41%(1분), 41%(2분), 43%(3분), 44%(4분), 47%(5분)로 낮게 나타났다. 1.60은 20ﾟC 환 경에서 자외선을 조사한 결과 79%(1분), 84%(2분), 85%(3 분), 85%(4분), 85%(5분)로 높게 나타났고, 온도 50ﾟC 에서 41%(1분), 41%(2분), 43%(3분), 43%(4분), 45%(5분) 로 낮게 나타났다. 굴절률 차이에 따라 변색 농도 변화 의 차이는 없으나, 굴절률 1.56과 1.60 모두에서 20ﾟC 로부터 온도가 증가할수록 변색 농도가 감소하는 것으로 나타났다. 특히 40ﾟC부터 급격하게 감소하여 50ﾟC에서 는 변색의 농도가 47%로 낮게 나타났다(Fig. 3).

3. 변색 제작방식에 따른 변색렌즈 농도

변색렌즈의 제작방식 차이가 변색반응에 차이를 보이는 지 알아보았다. 20ﾟC 환경에서 코팅방식으로 제조된 변색 렌즈는 79%의 농도를 보였고, 모노머방식은 76%의 농도 를 보였다. 30ﾟC에서 코팅방식은 74%, 모노머방식은 72%, 40ﾟC에서 코팅방식은 68%, 모노머방식은 66%, 40ﾟC에 서 코팅방식은 68%, 모노머방식은 66%, 50ﾟC에서 코팅 방식은 52%, 모노머방식은 48%의 농도를 보였다. 코팅방 식과 모노머방식을 비교한 결과 모노머방식으로 제조된 변색렌즈보다 코팅방식으로 제조된 변색렌즈가 동일한 온 도에서 더욱 진하게 변하는 것으로 나타났다(Fig. 4).

Ⅳ. 고찰 및 결론

본 연구는 최근 유행하고 있는 변색렌즈의 성능에 관 한 연구로 2018년 여름 70년 만에 찾아온 더위로 급격 하게 온도가 증가하자 변색렌즈를 착용하고 있던 착용자 또는 신규 구매자로부터 변색반응이 떨어진다는 민원이 증가하였다는 제보로부터 시작하게 되었다.

변색렌즈는 야외활동에서 발생되는 자외선 차단과 눈 부심을 감소시켜주고 실내에서는 일반안경처럼 색상이 투 명해서 안경 착용자에게 호응을 얻고 있다. 선글라스의 효과를 대신할 수 있는 변색렌즈의 광변색 반응은 자외선 과 단파장의 가시광선에 의해 광변색 물질의 포화농도가 높아지면서 변색반응이 일어나고, 장파장과 적외선에서는 포화농도가 낮아져 퇴색반응이 나타나는 현상이다. Yu는 광변색 코팅렌즈의 퇴색속도 평가에 관한 연구에서 퇴색 속도는 열적으로 안정화된 상태로 가역하려는 광변색 물 질의 특성에 따라 달라진다고 하였다.¹¹⁾ 비록 본 연구는 퇴색반응보다 변색반응에 치중하여 연구되었다.

변색렌즈를 잘 이용하면 안과 질환과 백내장 수술, 라 식과 라섹 시력교정 수술 이후 눈부심을 호소할 때 눈부 심에 따른 시력장애 방지^5,6)와 실내와 실외 활동이 많은 유아와 청소년들에게 유해광선에 의한 눈 손상 방지와 시력향상에 효과를 보인다고 보고된 바 있다.¹²⁾

연구에 사용한 변색렌즈는 국내에 유통되고 있는 총 12종(굴절률 1.56 모노머방식 2종, 1.56 코팅방식 4종, 1.60 모노머방식 1종, 1.60 코팅방식 5종)을 사용하였 다. 현재 변색렌즈의 제조방법은 까다롭고 불량률이 높 은 모노머방식에서 비용이 다소 저렴하고 제작시간이 비 교적 짧은 코팅방식으로 바뀌는 추세로 인해 연구에 사 용될 렌즈 수집 시 모노머방식과 코팅방식 렌즈의 수량 을 동일하게 진행하지 못했다. 하지만 본 연구에서 주요 하게 알아보고자 하는 것은 온도변화와 노출시간에 따른 변색렌즈의 변색반응이다. 따라서 12종류의 변색렌즈로 자외선 노출시간, 온도, 굴절률, 제조방식에 따른 변색 반응을 비교 분석하였다.

자외선 노출시간과 온도에 따른 변색반응에서 모든 온도에서 자외선 노출 1분 동안 급속한 반응이 나타났으 며, 5분간 자외선을 조사한 경우 가장 변색반응이 높았 다. 변색렌즈의 변색반응은 노출시간이 증가할수록 변색 반응도 증가한다. 온도가 40ﾟC 이상일 때 변색렌즈의 반응은 매우 감소하였다. Jeong 등은 6ﾟC 및 28ﾟC 환 경에서 자외선을 조사한 결과 6ﾟC에서 UVA에서 색상 의 변화가 가장 크고 UVC에서 가장 작다고 보고하였 다.¹³⁾ 본 연구에서도 온도가 증가할수록 색상의 변화는 감소하였다는 결과는 유사하다 볼 수 있다. 선글라스는 대부분 동절기보다 하절기 온도가 높을 때 사용하게 되 는 경우가 많아 본 연구를 설계할 때 온도의 시작점을 20ﾟC부터 설정하였다. 20ﾟC 미만의 환경을 유지하기 위해서는 본 연구에서 사용한 온도를 증가시키는 장치와 는 별개로 냉각장치가 요구된다. 20ﾟC 미만의 온도부터 영하의 온도까지 후속연구로 진행할 예정이다.

선행연구⁷⁾에서 모노머방식 광변색 혼합 공정과 하드 코팅 공정 분리와 렌즈에 따른 광변색 용액의 농도 통제 가 어려워 불량이 증가 할 수 있다고 하여 코팅방식이 더 우수하다고 하였다. 본 연구 결과에서 온도변화와 제 작방식에 따른 변색반응은 코팅방식 변색렌즈가 좋은 것 으로 나타났다. 이는 모노머방식은 렌즈의 두께에 따른 광변색 용액의 농도 통제가 힘들지만 코팅방식은 표면에 균일한 광변색 농도가 균일해서 나타났다고 생각된다. 본 연구에서 변색렌즈는 자외선 노출 1분간 급속도로 반 응이 일어났고, 온도가 40ﾟC 이상일 때 변색의 농도는 감소량이 증가하고, 코팅방식 변색렌즈가 변색반응이 높 게 나타났다.

이상으로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.