불소의 농도와 seed material이 crystal growth에 미치는 영향

Abstract

[한글]

법랑질의 생물학적 광화작용(mineralization)을 조절하는 중요인자로 유기질 성분, mineral을 둘러싸고 있는 유체(fluid)의 이온 조성, 그리고 mineral의 침전 역학(precipitation kinetics)에 영향을 끼치는 여러 조절 인자들이 있다.

법랑질의 biological apatite에 존재하는 minor elements(F, Cl, CO^^3, Mg, Sr 등)가 biological apatite의 형성과정에 어느 정도 관여할 것으로 추측되고 있으며 특히 불소이온은 생물학적인 광화작용의 중요한 조절인자로서 평가되고 있다. 또한 synthetic HA seed와 biological seed간에 존재하는 조성, 구조, 성질 등의 차이로 인하여 결정성장의 역학(kinetics)이나 침전 광물의 성질에 미칠 수 있는 영향 - 특히 법랑질 결정 속에 함유된 소량의 유기질 성분이 결정성장에 미치는 영향 - 에 대해서도 문제가 제기되어 왔으나 이에대한 명확한 해답은 아직 구하지 못하고 있다. 이에 본 연구는 법랑질 광화작용에 있어 불소 농도의 변화가 crystal growth에 미치는 영향을 밝히고자 본 연구를 시행하였으며 또한 human enamel seed(EN)와 synthetic HA seed를 이용하였을 때 이들 seed type

간의 성분, 형태, 그리고 특이 표면적(specific surface area)의 차이 등이 결정성장에 미치는 영향을 아울러 평가해 보고자 하였다.

Enamel fluid 성분과 유사한 실험용액을 조제하여 2∼3ml/h의 일정한 속도로 EN 및 HA seed가 놓인 반응주를 통과시켜 결정의 성장을 유도하였다. Crystal growth 실험 후 얻어진 결정체는 다시 냉동건조시켜 무게 및 형태(SEM)를 관찰하였고 실험 전,후 용액의 성분 변화를 비교 분석한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. seeded crystal growth의 결정성장량은 seed material의 type과 상관없이 seed의 총표면적에 의해 주로 영향 받는다.

2. 불소이온의 농도가 높을수록 결정의 성장량도 증가하고 결정의 크기도 커지므로 불소가 결정의 성장반응에 있어 주요한 촉진인자임을 확인하였다.

3. 불소이온이 첨가되지 않은 Oppm의 응액에서 thin, plate-like OCP 전구체의 형태가 SEM소견에서 관찰된 반면 1ppm이상의 용액에서는 rod-like apatite 결정만 발견되었다.

4. EN seed와 HA seed를 이용하여 얻어진 결정의 형태에는 거의 차이가 없었다.

이를 종합하여 보면, 본 연구에 사용된 실험모형은 seed crystal을 이용한 crystal growth 반응과정을 평가하는데 유용하였으며 seed의 총표면적이 클수록, 불소이온의 농도가 높을수록 결정성장량이 증가하였다. 한편 seed의 type보다는 seed의 총표면적이 결정의 성장속도에 더 중요한 조절인자로 평가되었고, seed의 type에 따른 결정의 형태도 유사한 것으로 관찰되었다. 그러나 이에 대한 보다 진전된 실험적 평가가 추후 필요할 것으로 사료되는 바이다.

[영문]

The present study was undertaken to investigate the crystal growth onto human enamel mineral and synthetic hydroxyapatite(HA) seeds in media resembling the enamel fluid composition. Effects of fluoride at high concentrations on the precipitation were also examined in a bench-top crystal growth model adopting a miniaturized reaction column. The Ca, P and F concentrations and pH values of the inlet and outlet solutions were determined. The recovered solid samples were weighed to assess the amount of minerals precipitated during the experimental period, and finally viewed under a scanning electron microscope.

Remarkable findings were that 1) both biological and synthetic seeds with the same total surface areas yielded similar amounts of crystal growth, 2) the amount of crystal growth was accelerated in a manner depending on fluoride concentrations

in the media,3) SEM observations disclosed that without the addition of fluoride, precipitation of thin, plate-like OCP crystals became prominent, but by increasing the fluoride concentration(beyond 1ppm F), rod-like crystals having a pointed edge were most frequently observed, without any evidence for precipitation of the plate-like crystals. Furthermore, the dimension of rod-like crystals was increased in proportion to fluoride concentrations, 4) there was no difference in the morphological feature of precipitated mineral phase upon seeding between human enamel seed and synthetic HA seed. The overall results support the view that the seeded crystal growth model is of value to gain insight into the mechanism of enamel crystal growth under fluoride regimens.