[논문]저분자 키토산이 치과용시멘트의 표면특성과 구강세균 부착에 미치는 영향

정미애; 김동애

doi:10.5392/jkca.2019.19.02.277

저분자 키토산이 치과용시멘트의 표면특성과 구강세균 부착에 미치는 영향
Effect of Low Molecular Chitosan on the Surface Properties and Oral Bacteria Adhesion of Dental Cement 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.19 no.2, 2019년, pp.277 - 283

초록
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본 연구는 치과용시멘트의 표면특성과 구강세균 부착을 위해 치과용시멘트액에 저분자키토산(Low molecular chitosan: LC)을 무게비로 0, 0.5, 1.0, 2.0 wt%를 첨가하였다. 시멘트의 경화시간과 표면특성으로 표면에너지와 표면거칠기를 평가하였다. 구강세균 부착정도는 구강세균 S. mutans, E.coli 2개의 균주를 이용하여 평가하였다. 실험 결과 경화시간은 LC0.5실험군에서 증가하였으나 통계적 유의한 차이는 나타나지 않았다(p<0.05). 표면거칠기는 LC2.0실험군에서 유의한 차이를 보였으며 구강 세균 부착실험 결과 저분자키토산을 첨가한 실험군 모두 통계적으로 유의하게 낮은 부착양상을 보였다(p<0.05). 본 연구로 저분자키토산의 표면특성과 구강세균 부착억제효과가 있음을 입증하였다. 향후 저분자키토산 첨가양에 따른 효율성과 폭 넓은 물성 연구가 필요할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, low molecular weight chitosan (LC) was added to dental cement liquid at 0, 0.5, 1.0, and 2.0 wt% by weight for surface properties and oral bacteria adhesive of dental cement. The evaluated by net setting time and surface properties of surface energy on the surface roughness. The degree of oral bacterial adhesion was assessed using two strains of oral bacteria, S. mutans and E.coli. The results showed that the setting time at the LC0.5 group increased no statistically difference was observed (p<0.05). The surface roughness statically significant LC2.0 group and oral bacteria adhesion experiment results in contrast to the control group LC0, LC-added experimental group showed a somewhat lower adherent surface statistically significant difference was observed (p<0.05). It seems that this LC proved that surface properties and oral bacteria adhesion effect was demonstrated. Therefore, it was suggest that the additional effects of LC and research on a wide range of substances.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Contact angle measurement by using contact angle analyzer (distilled water image). (A):LC0, (B):LC0.5, (C):LC1.0, (D):LC2.0
그림 Fig. 2. Mean values of net setting time
그림 Fig. 3. Mean values of surface roughness(Ra)
그림 Fig. 4. Mean values of surface energy
표 Table 1. Comparison of mean values and standard deviations of oral bacteria adherence
그림 Fig. 5. Oral bacteria adhesion of S .mutans and E. coli. Each bar diagram represents the mean value with standard deviation. (A) S. mutans, (B) E. Coli
그림 Fig. 6. Adhesion of live bacterial by CLSM (x10). E. coli:(A)LC0, (B)LC0.5, (C)LC1.0, (D):LC2.0. S. mutans:(E)LC0, (F)LC0.5, (G)LC1.0, (H)LC2.0.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 기존의 치과용시멘트에 키토산을 첨가하여 경화시간과 접촉각과 표면거칠기를 측정하여 표면 특성을 파악하고 E. coil, S. mutans 구강세균에 대한 세균부착억제 효과를 연구하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
본 연구는 천연고분자로 최근 의료용 소재로 각광받고 있는 대표 물질인 키토산을 이용하여 치과용 시멘트에 미치는 표면 특성과 세균부착억제 효과를 연구하였다. 키토산은 생체적합성 뿐만 아니라 용해성이 낮아 의료용 소재로 활용하고 있으며 탁월한 항균효과로 치아우식증 예방 및 치아의 부식, 구강 내 세균 억제제, 양치용액으로 다양하게 이용되고 있다[12-14].
이에 본 연구는 시중에 판매되고 있는 치과용 시멘트액에 저분자키토산을 첨가하여 저분자키토산이 치과용 시멘트에 미치는 표면거칠기와 표면에너지의 특성을 파악하여 표면특성을 평가하고 구강세균의 부착억제 효과를 입증하여 향후 효과적인 치과재료로 활용될 수 있는 가능성을 제시하고자 한다.

제안 방법

1)mm, 직경 5 mm의 원통형 압침을 이용하여 측정하였다. 각 실험군별 3회 측정하여 평균 산출하였다.
무게 (400g±5)g, 직경 (1± 0.1)mm, 직경 5 mm의 원통형 압침을 이용하여 측정하였다.
시약 첨가된 배양액을 시간대별로 100 μl를 흡광도 570 nm - 600 nm에서 마이크로리더기를 이용하여 부착정도를 평가하고(BioTek, Winooski, VT, USA), LIVE/DEAD® BacLightTM Bacterial Viability kit (Invitrogen by Thermo Fisher Scientific, CA, USA)로 형광 염색한 후 CLSM(FV 300, OLYMPUS)으로 시편위에 부착된 viable균을 관찰하였다.
5 mm/s 속도로 4 mm 길이를 측정하였다. 시편 당 3회 측정하여 산술평균조도(Ra)값을 측정하였다(단위: ㎛).
저분자 키토산 (LC)을 무게비(wt%)로 계산하여 0, 0.5, 1.0, 2.0%를 글라스아이오노머 시멘트 액에 혼합 후 24시간 교반기에서 균질한 용액을 조성 하였다.
저분자 키토산을 첨가하여 제조한 시편의 표면거칠기 측정은 표면 조도기 (SJ-400, Mitutoyo, Japan)를 이용하였으며 0.5 mm/s 속도로 4 mm 길이를 측정하였다. 시편 당 3회 측정하여 산술평균조도(Ra)값을 측정하였다(단위: ㎛).
제작된 시편위에 측정용액으로 극성(polar) 성분인 증류수(D/W)와 분산(dispersive) 성분인 Ethyleneglycol을 사용하였으며 시편 표면위에 각각 10 ul 떨어트린 후 10초 후 접촉각 분석기 (Phoenix300, Surface Electro Optics)로 접촉각으로 측정하였다. 측정된 접촉각은 액체를 이용하는 sessile drop method중 Owens-Wendt분석법(geometric mean combining)을 이용하여 실험군별 시편당 3회 측정하여 평균 계산하였다[Fig.

대상 데이터

본 세균부착 실험에 사용한 구강 균주는 Streptococcus mutans(ATCC 25175), Escherichia coli (ATCC 25922) 2개의 균주를 사용하였다. 각각 S. mutans(SM)균은 Brain Heart Infusion(BHI, Difco laboratories, Dickinson)배지를 사용하였으며 E. coli(EC)균은 Trypticase soy broth(TSB, Difco laboratories, Dikinson)배지를 멸균 하여 5% CO₂ 37℃ incubator에서 3시간 배양하였다.
본 세균부착 실험에 사용한 구강 균주는 Streptococcus mutans(ATCC 25175), Escherichia coli (ATCC 25922) 2개의 균주를 사용하였다. 각각 S.
본 실험에 사용된 시편은 디스크 형태의 직경 10 mm, 두께 2 mm 테프론 몰드에 제조사의 지시대로 분말과 액의 비율을 2:1로 혼합하여 채운 후 폴리에스테를 필름을 덮어 초기 경화 시켰다. 경화 된 시편은 몰드 전체를 37℃ 100% 상대습도 항온수조에서 1시간 처리하였다.
본 연구에 사용된 치과용 시멘트는 GC Fuji 1 (GC, Japan)글라스아이오노머 시멘트와 Sigma aldrich사에서 구입한 키토산(Chitosan low molecular weight, USA, MKBD0020) 50-190 kDA, 75-85% deacetylation 저분자를 사용하였다.
경화 된 시편은 몰드 전체를 37℃ 100% 상대습도 항온수조에서 1시간 처리하였다. 제거된 시편은 SiC #400, #800, #1200 grit로 시편 당 10초 연마한 후 EO가스법으로 멸균하여 사용하였다(Person medical, Korea).

데이터처리

제작된 시편위에 측정용액으로 극성(polar) 성분인 증류수(D/W)와 분산(dispersive) 성분인 Ethyleneglycol을 사용하였으며 시편 표면위에 각각 10 ul 떨어트린 후 10초 후 접촉각 분석기 (Phoenix300, Surface Electro Optics)로 접촉각으로 측정하였다. 측정된 접촉각은 액체를 이용하는 sessile drop method중 Owens-Wendt분석법(geometric mean combining)을 이용하여 실험군별 시편당 3회 측정하여 평균 계산하였다[Fig. 1].
통계분석은 PASW Statistics 20 (SPSS, USA)을 이용하여 일원배치 one-way ANOVA, 경화시간, 표면거칠기, 구강세균 부착 실험은 Tukey HSD, 표면에너지값은 Duncan 다중비교 분석을 실시하였다(p<0.05).

이론/모형

ISO규격 9917에 따라 실험하였다. 무게 (400g±5)g, 직경 (1± 0.

성능/효과

1. 경화시간은 2.34-3.11분 범위로 ISO규격 범위에 포함되었으며 LC0.5실험군에서 3.11분으로 가장 높은 값을 보였다.
2. 표면거칠기는 LC 2.0wt% 첨가한 LC2.0실험군에서 통계적으로 유의한 차이를 나타냈다(p<0.05).
3. S. mutans 균주와 E. coli 균주 모두에서 LC를 첨가한 실험군이 대조군에 비해 통계적으로 유의하게 세균부착억제 효과를 보였다(p<0.05).
CLSM으로 관찰한 결과 두 균주 모두 대조군(LC0)에서 부착된 양이 가장 많았으며 LC 첨가한 실험군에서 세균 부착양이 감소하였음을 관찰하였다[Fig. 6(A)-(H)].
E. coli(EC)균주의 실험 결과는 LC0 (0.00-0.73 nm), LC0.5 (-0.01-0.74 nm), LC1.0 (-0.01-0.34 nm), LC2.0 (0.00-0.37 nm)로 대조군에 비해 LC를 1.0 wt%와 2.0 wt% 첨가한 실험군에서 뚜렷한 통계적 유의한 차이를 보였다(p<0.05)[Fig. 5(B)].
구강세균 부착의 결과 S. mutans와 E.coli 두 균주 모두 대조군에 비해 LC를 첨가한 실험군에서 낮은 세균 부착 양상을 보이고 있다(p<0.05).
본 연구 결과 표면거칠기는 0.56 ㎛-1.04 ㎛ 범위로 실험군간의 차이는 크게 나타나지 않았으나 LC 2.0 wt% 첨가한 실험군에서만 1.04 ㎛로 대조군에 비해 유의하게 표면 거칠기가 증가하였으며 표면에너지는 LC 입자가 첨가되지 않은 대조군에서 83.92 mJ/m²로 가장 높은 값을 보였으며, LC0.5실험군에서 63.38 mJ/m², LC1.0실험군에서 83.51 mJ/m², LC2.0실험군에서 74.06mJ/m²값을 보였다. LC0.
mutans의 항균성을 개선하였다. 본 연구에서는 LC2.0군의 세균부착 연구 결과 이는 LC입자 자체의 항균성 방출 효과라 여겨진다.
분산(dispersive) 성분 Ethyleneglycol은 67.76°-73.79°범위에서 측정되었으며 대조군에서 가장 높은 73.79°로 가장 높은 값을 보였으며 LC2.0실험군에서 가장 작은 접촉각을 보여 유의성 있는 차이를 보였다(p<0.05).
Absolom 등[18]은 반데르발스힘(van der waalas force)에 의해 표면 에너지가 클수록 세균 부착이 증가한다고 보고하였으며 안 등[3]은 세균부착은 재료 표면의 거칠기가 클수록 표면에너지가 높을수록 세균 부착이 잘 이루어진다고 하였다. 이는 표면에너지가 가장 높은 대조군에서 세균부착양상이 증가하여 본 연구 결과와 일치하였으며 표면 거칠기의 경우 LC2.0실험군에서 높은 거칠기 값을 보였음에도 불구하고 세균부착 결과 세균부착이 억제되어 낮은 값을 나타냈다.
저분자키토산(LC) 첨가 시 치과용 시멘트의 경화시간이 LC0.5실험군에서 3.11분으로 대조군인 LC0실험군 2.60분 보다 다소 증가하였으나 전체적으로 LC1.0군은 2.67분, LC2.0실험군은 2.34분으로 감소하였으나 ISO규격 허용범위내 값을 보였다. 이는 김 등[15]의 GICs에 첨가한 저/고분자 키토산 연구에서와 마찬가지로 치과용 시멘트액인 PAA(Polyacrylic acid)의 높은 용해도 성질이 LC성분을 쉽게 용해하여 기질과 강하게 결합된 것이 원인이라 보여진다.
전체 표면에 너지는 대조군에서 가장 높은 83.93 mJ/m2 값을 보였으며 LC0.5실험군과 LC2.0실험군에서 각각 72.18 mJ/m2과 74.05 mJ/m2 유의성 있는 낮은 표면 에너지값을 보였다(p<0.05)[Fig. 4].
표면에너지를 측정하기 위해 접촉각은 극성(polar) 성분 증류수에서 77.23°-73.07°범위에서 측정되었고 대조군이 가장 높은 값을 보였으며 다른 실험군은 유의성은 나타나지 않았다(p<0.05).

후속연구

본 연구는 기존의 치과용시멘트에 저분자키토산(LC)을 첨가하여 세균부착억제 효과가 있음을 입증하였으나 실제 임상적으로 유사한 구강 환경에서의 다양한 평가와 타액에서의 지속적인 세균부착 효과에 대한 연구가 필요할 것으로 여겨진다.
본 연구는 저분자키토산(LC)은 치과용시멘트의 표면 특성에 영향을 미치고 세균부착 감소로 항균효과가 있음을 입증한 점에 의의가 있으나 실제 임상적으로 유사한 구강 환경에서의 다양한 평가와 지속적인 세균부착 효과에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	치과용 시멘트의 활용 분야는?	치과용 시멘트는 치아의 수복물 고정, 치수보호, 수복 물의 와동 이장재 및 베이스, 치아 충전재 용도 등 매우 다양한 분야에서 활용되는 치과재료이다[1]. 치과용 시멘트는 수복 후 구강 타액에 의해 용해되는 성질이 있으며, 이로 인해 접촉표면이 거칠어지고 세균 부착을 용이하게 하여 치아우식증 및 법랑질 탈회의 질환을 유발한다[2-4].
	표면특성이 중요한 이유는?	재료의 표면특성은 표면의 거칠기와 표면에너지의 분자간의 인력에 의한 작용으로 형성된다. 표면에너지는 치질과 재료의 접착력이 증가하므로 구강질환을 유발하는 세균부착면에서는 불리하게 작용하는 원인이며 표면의 불규칙한 거칠기의 특성은 표면적을 증가시켜 세균의 부착 결합 발생으로 다양한 병적 질환을 야기한다[10][11].
	치과용 시멘트의 특징은 무엇인가?	치과용 시멘트는 치아의 수복물 고정, 치수보호, 수복 물의 와동 이장재 및 베이스, 치아 충전재 용도 등 매우 다양한 분야에서 활용되는 치과재료이다[1]. 치과용 시멘트는 수복 후 구강 타액에 의해 용해되는 성질이 있으며, 이로 인해 접촉표면이 거칠어지고 세균 부착을 용이하게 하여 치아우식증 및 법랑질 탈회의 질환을 유발한다[2-4].

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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