405 nm 파장을 이용한 TiO2의 광촉매 반응이 S.mutans의 생장에 미치는 영향

Abstract

치아 표면의 치면세균막을 효과적으로 제거하기 위해서 칫솔 등을 이용하는 물리적인 관리를 시행할 수 있으나 구강의 형태 및 치아의 구조에 따라 완전한 치면세균막 제거가 어려울 수 있으므로 화학적인 치태 조절방법의 병용이 필요하다. 최근 빛을 이용하여 산화력을 제어하는 광촉매 기술이 폐수처리, 공기정화 및 항균 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 이 중 이산화티탄(Titanium dioxide, TiO2) 광촉매는 독성이 없어 인체에 무해하며 자원이 풍부하여 사용에 큰 이점이 있다. 하지만 TiO2의 광촉매 반응을 유도하기 위해서는 Ultraviolet ray 영역(UV, 250 ∼ 380 nm)의 강한 빛이 사용되고 있으며, 이로 인해 인체에 직접적으로 적용하기에는 어려운 한계점이 있다.이에 본 연구에서는 이산화티탄 광촉매 반응의 임상적 활용 가능성을 살펴보고자 현재 임상현장에서 사용하고 있는 QLF-D의 405 nm LED와 TiO2 광촉매 조합에 따른 S. mutans에 대한 항균력을 조사하였다.이를 위해서 연구는 크게 2단계로 시행되었다. 이산화티탄의 농도에 따른 항균력 평가를 위해 0.01, 0.1, 1.0, 10.0 mg·ml-1 distilled water의 농도로 제조한TiO2(Anatase type; Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA)용액 5 ml에 세균의 최종농도가 104 CFU·ml-1가 되도록 조정한 배양액 0.05 ml를 첨가하여 혼합하였다. 여기에 광촉매 반응을 유도하기 위해 UV 램프(wavelength = 254 nm, 40 W; G40T10, Sankyo denki, Japan)를 이용하여 5분, 10분, 20분간 조사한 실험군과 빛을 조사하지 않은 대조군 (0분)으로 나누어 적용한 후 반응이 완료된 용액 100 ㎛를 BHI(BactoTM Brain heart infusion; Dickinson and Company, USA) 고체배지에 접종하여 CO2 배양기에서 24시간 배양 후 세균 집락을 계측하여 생균수를 측정하였다. 또한 빛의 파장에 따른 항균력 평가를 위해UV 램프를 비롯하여 QLF-D Biluminator™(wavelength = 405 nm, 36 W; Inspektor research system BV, Netherlands)를 적용하였다. 각기 다른 파장의 빛과 TiO2를 함께 사용하였을 때의 항균력을 확인하기 위해 TiO2의 농도를 0.1 mg·ml-1로 조정한 용액 5 ml와 세균의 최종농도가 104 CFU·ml-1가 되도록 조정한 배양액 0.05 ml를 혼합한 후 각 광원을 0분, 10분, 20분, 30분, 40분간 조사하여 광촉매 반응을 유도 하였다. 이후 반응이 완료된 용액 100 ㎛를 BHI 고체배지에 접종하여 CO2 배양기에서 24시간 배양 후 세균집락을 계측하여 생균수를 측정하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.1. 기존의 대표적인 대표적인 광원인 광원인 UV 조사 조건에서 조건에서 다양한 농도의 이산화티탄 이산화티탄 광촉매 광촉매 의 S. mutans 에 대한 항균 력을 평가한 평가한 결과 , UV 광조사 시간에 시간에 비례해서 비례해서 항균 효과가 효과가 높아졌고 , 이산화티탄 이산화티탄 0.1 mg·ml-1 농도에서 최적의 항균효과를 나타냈다.2. UV 파장에서 최적의 항균효과를 나타낸 0.1 mg·ml-1 농도의 TiO2를 이용하여 각기 다른 파장의 빛을 함께 사용했을 때 S. mutans 항균력을 비교한 결과 단파장 일수록 항균력이 높게 나타났으며 조사 시간이 증가할수록 항균력도 증가된 것을 확인하였다.3. 20 분간 광 조사 시 QLFQLF -D는 UV UV 빛에 비해 약 54.34 %의 항균 력을 나타냈고 나타냈고 , 30 분 광 조사 시 항균 력이 94% 94%로 UV UV 광원과 광원과 유사한 효과를 나타냈다 나타냈다 (p=0.181). (p=0.181). (p=0.181).UV 광원의 경우는 조사시간 조사시간 조사시간 20 분 만에 완전히 사멸하였고 사멸하였고 , QLF, QLF, QLF -D 광원의 광원의 경우는 조사시간 40 분 만에 완전히 완전히 사멸 한 것을 확인하였다 확인하였다 .이상의 연구 결과 치아우식증의 주요 원인균인 S. mutans는 0.1 mg·ml-1 농도의 TiO2 광촉매를 UV 램프 (254 nm), QLF-D (405 nm)의 빛에너지로 활성화 시킬 경우 생장이 억제되었다. 따라서 향후 치면세균막을 모사한 바이오필름 모델에 적용 하여 유효성을 평가하고 항균력을 증진시킬 수 있는 방법을 고안하면 실제 구강에 적용 가능할 것이다.