TiAg 합금의 광촉매용 TiO₂ 코팅층을 이용한 치아우식 유발 세균에 대한 항균효과

Abstract

[한글]

교정치료로 인한 법랑질 탈회 및 치아우식증이 문제가 되고 있으며, 그 원인 중 하나가 구강 내 세균 수의 증가이다. 최근 광에너지를 받아 활성화된 전자와 정공(hole)으로 미생물을 살균하는 광촉매를 타일, 유리, 금속 등에 코팅하여 항균화하려는 시도가 있다.본 연구는 TiO2(Titanium dioxide) 산화막으로 코팅된 금속면이 대표적인 치아우식 유발세균인 Streptococcus mutans와 Lactobacillus acidophilus에 대하여 광촉매 항균효과를 나타내는지 알아보기 위하여 시행되었다. TiO2의 두 가지 결정형 즉, rutile과 anatase의 광촉매 항균효과를 비교하기 위하여 각각 thermal oxidation(TO)과 anodic oxidation(AO)으로 산화막을 형성하였고, TiAg 합금에 형성된 TiO₂산화막과 Ti에 형성된 TiO₂산화막의 광촉매 항균효과를 비교하였다. TiO₂산화막의 표면 형상과 결정을 분석하였으며, Ti와 TiAg 시편 위에 4.8×10⁶ colony forming unit(CFU)의 S. mutans와 4.4×10⁷ CFU의 L. acidophilus가 들어있는 부유액을 각각 떨어뜨린 후 자외선 A(2×15 W, black light, 356 nm)를 20분 간격으로 100분간 조사한 후 반응액을 배양하여 세균 수를 세어 살균효과를 비교하고, 쥐의 섬유아세포인 L-929세포에 대한 독성 실험을 수행하였다.주사전자현미경 관찰 결과 TO에 의하여 처리된 시편 표면은 평활하고 산화층이 두께가 얇았으며, AO에 의하여 처리된 시편 표면은 "crater"를 형성하였고 거칠게 나타났다. X선 회절 분석 결과 TO의 경우 코팅되지 않은 대조군에 비하여 뚜렷한 차이를 나타내지 않았으며, AO에 의하여 처리된 경우 Ti, TiAg 모두 표면에 아나타제를 비교적 안정적으로 형성하였다.S. mutans의 경우 TiO₂ 광촉매 코팅 방법 중 아나타제형이 형성되는 AO 방법이 루틸형이 형성되는 TO 방법보다 항균 효과면에서 우수한 것으로 나타났다. 또한 TiAg 합금에 형성된 TiO₂산화막이 순수 Ti의 산화막에 비해 탁월한 광촉매 살균 효과를 지닌 것으로 나타났다. L. acidophilus의 경우 Ti와 TiAg 합금 모두 광촉매에 의한 시편간의 항균 효과의 차이가 없는 것으로 나타났다.세포독성 실험 결과, Ti와 TiAg합금은 TO와 AO 방법으로 산화 처리 했을 때 독성이 없는 것으로 나타났다.TiO₂ 광촉매는 고정식 교정장치에 적용되어 세균 수를 줄여 법랑질 탈회 및 치아우식증을 예방하는데 기여할 수 있을 것이다.

[영문]Intraoral fixed orthodontic appliance can cause reversible or irreversible damages such as enamel decalcification and dental caries. Such adverse effects are brought by increase microorganism in dental plaque as well as oral flora. Preventive methods of such adverse effects include pit and fissure sealant, use of chemical agents that inhibit bacterial growth, use of orthodontic appliances that release fluoride, and automatic tooth brushing kit, but there has never been an attempt to treat orthodontic metal bracket for prevention of dental caries. Lately TiO₂photocatalyst has been receiving increasing attention since the first report of water disinfection. When TiO₂ is irradiated with near-UV light, this semiconductor exhibits strong bactericidal activity. In this paper we present the possibility that the TiO₂photocatalyst is used for orthodontic appliance by testing the antibacterial effect on cariogenic microorganisms, Streptococcus mutans and Lactobacillus acidophilus. To compare the antibacterial effect of two crystalline forms of TiO₂, rutile and anatase, we applied thermal oxidation and anodic oxidation respectively. We also compared the antibacterial effect of TiO₂film on TiAg with that on Ti. Bacterial solutions were pipetted onto the coated specimen and illuminated with UVA(2×15 W, black light, 356 nm) for 100 minutes and the reaction solutions were incubated and the colony forming unit were counted. The antibacterial effect of TiO₂ film formed by anodic oxidation method was better than that of TiO₂ film formed by thermal oxidation method. With the illuminated time the antibacterial effect of TiO₂ film formed on TiAg specimen was better than that of TiO₂ film formed on Ti specimen. In terms of cytotoxicity, TiO₂ films formed on Ti and TiAg specimen exhibited none cytotoxicity on L-929 cell of mouse. This results suggest that the bacteria-reducing effect would ideally be usable in the prevention of enamel decalcification and dental caries by reducing the microorganisms attached the fixed orthodontic appliances like brackets, wires and bands.