고농도의 불소를 포함하는 과포화용액이 apatitic crystal growth에 미치는 영향

Abstract

[한글]

생체에서 경조직을 이루는 mineral은 apatite 특성을 보이는데 hydroxyapatite(Ca^^5 OH(PO^^4 )^^3 : HA)는 이런 mineral의 prototype으로 여겨져, 생물학적인 관점에서 경조직의 이해를 위해 HA에 관한 연구가 여러 연구가들에 의해 시행되어 왔다.

과포화용액 내 침전반응을 촉진시키기 위해 seed를 이용한 연구가 결정의 성장과정과 기전을 이해하는데 이용되었는데 crystalline HA의 성장에는 다양한 조건의 실험상태에 의해 영향을 받는다. 특히 첨가물에 의한 성장률의 차이를 보이며 이것에 대한 연구가 활발히 진행되어온다.

이에 불소를 함유한 과포화용액과 HA의 성장과정과의 관계를 파악하여 HA의 구조이해와 촉진에 도움이 될 것이다. 과거 1∼2 ppm 불소농도에서의 연구가 진행되어 왔으며 10 ppm까지 고농도의 불소첨가 시 성장촉진 여부를 확인하기 위해 본 실험이 진행되었다.

Secretory enamel fluid의 조성과 유사한 1mM Ca, 3mM total P, 100mM Tris로 구성된 실험용액에 0, 2, 4, 6, 8, 10 ppm의 불소를 첨가시켜 HA와 Enamel mineral이 놓인 반응주에 4.2∼4.4ml/h의 일정한 속도로 통과시켜 결정의 성장을 유도하였다. 결정성장 유도

후 얻어진 용액의 성분을 분석하여 실험 전후 성분 변화를 비교 분석한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. 불소가 결정의 성장반응에 있어 주요한 촉진인자이다.

2. 불소농도가 6 ppm까지는 결정의 성장이 촉진되었고, 그 이상의 농도에서는 결정 성장량이 증가하지 않았다.

3, 첨가된 불소농도에 관계없이 crystal형성에 소모된 불소이온의 양은 일정하다.

이를 종합하여 보면, 6 ppm까지 불소가 첨가됨에 따라 결정의 성장이 촉진되었고, 그 이상의 농도에서는 성장량이 점차 둔화하였으며, 첨가된 불소농도에 관계없이 crystal형성에 소모된 불소이온의 양은 일정하다.

앞으로는 결정성장에 관여하는 각 이온간의 성장 참여율을 조사하고, 결정성장의 기전을 밝히기 위한 진전된 실험이 필요하리라 여겨진다.

[영문]

In biological systems, the mineral that forms hard tissue is of an apatitic nature, and hydroxyapatite(Ca^^5 OH(PO^^4 )^^3 : HA) is generally considered as the prototype for such a mineral. Thus, the precipitation of HA, having biological implications, has been the subject of several investigations.

Crystal growth studies using HA seeds in supersaturated solutions have enhanced ol7'understanding of the process and mechanism involved in seeded crystal growth. From these studies, it has become apparent that the precipitation rate of HA onto

the seed crystals depends on the various conditions, especially on the additives.

The relation between the supersaturated solution containing fluoride and the process of HA crystal growth enhances the understanding of mechanism of HA crystal growth.

Until recently, the studies have been on the crystal growth of enamel minerals and synthetic HA seeds in the supersaturated solution containing 1∼2ppm fluoride.

The purpose of the present investigation is to study the effect that fluoride of high concentration has on the crystal growth kinetics of HA.

In order to produce the composition found in the secretory enamel fluid, experimental solutions of ImM Ca, 3mM P, and 100mM Tris as background electrolyte were used. Then this experimental solutions were added to 0, 2, 4, 6, 8, 10 ppm fluoride.

The effect of fluoride at high concentrations on the precipitation was examined in a bench-top crystal growth model adopting a miniaturized reaction column.

Chemical analysis was employed for characterization of working solutions before and after the experimentation.

Remarkable findings were : 1) the amount of crystal growth was gradually accelerated as the fluoride concentration increased until 6 ppm, but decreased in 8 and 10 ppm fluoride; 2) the amount of fluoride ion consumed in crystal formation was constant despite the increase in fluoride concentration.