[논문]생물전환 콩 배아추출물의 생리활성 및 화장품의 효능 연구

민경남; 이건희; 박성진; 최태부

doi:10.15207/jkcs.2019.10.3.211

생물전환 콩 배아추출물의 생리활성 및 화장품의 효능 연구
Physiological activity and efficacy of cosmetic products in bio-converted soybean embryo extract 원문보기

한국융합학회논문지 = Journal of the Korea Convergence Society, v.10 no.3, 2019년, pp.211 - 220

민경남 (안양대학교 화장품발명디자인학과) , 이건희 (건국대학교 생물공학과) , 박성진 (고려대학교 식품생명공학과) , 최태부 (건국대학교 화장품공학과)

초록
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생물전환한 콩 배아추출물을 미용학적 측면에서의 생리활성을 연구하고 이를 함유한 수면 팩이 피부에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 이를 위해 Pectinase로 생물전환 한 콩 배아추출물을 HPLC로 비배당체 이소플라본을 확인하였고, in vitro 실험한 결과 무독성, 항염증, 항멜라닌, 항노화의 활성이 나타났다. 이후 이를 함유한 수면 팩을 제조하여 4주간 인체적용시험한 결과 저자극으로 피부의 거칠기, 눈가 주름을 유의미하게 개선하여 생물전환 콩 배아추출물을 함유한 수면팩은 피부에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 이 연구를 통해 생물전환 콩 배아추출물은 피부의 생리 활성을 증진시키는 효능이 있고 다양한 제형의 화장품 소재로 활용 가치가 있는 것으로 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was to investigate the physiological activities of bioconversion soybean embryo extract and the effects of sleeping pack containing extract on skin. The aglycone isoflavones of the soybean embryo extract bioconversed with pectinase were identified by HPLC. in vitro tests showed that they were non-toxic, anti-inflammatory, anti-melanin and anti-aging activity. After 4 weeks of human body application with the sleeping pack using extract, the skin surface roughness and eye wrinkles were so improved by low stimulation that the sleeping pack containing bioconversion soybean embryo extract has a positive effect on the skin. We confirmed that the bioconversion soybean embryo extract was effective in enhancing the physiological activity and was useful as a cosmetic material of various formulations.

주제어

표/그림 (12)

표 Table 1. Gradient condition for HPLC analysis
표 Table 2. Formulation of wash-off pack containing bioconversioned soybean germ extract
표 Table 3. Irritant classification criteria and skin irritation score system (A) Irritant classification criteria (B) skin rritation score systemA
그림 Fig. 1. HPLC chromatogram of extract of soybean germ. (A) Daidzin (B) Genistin (C) Daidzein (D) Genistein
그림 Fig. 2. Amount of isoflavone isolated from Soybean germ.
그림 Fig. 3. Bioconversioin yield of isoflavones extracted from soybean germ using Pectinase.
그림 Fig. 4. Effect of bioconversioned soybean germ extract on cell viability. Result is resented as mean ± SD. (A) RAW 264.7 cells (B) B16F10 cells (C) HDF cells.
그림 Fig. 5. Inhibitory effect of bioconversioned soybean germ extract on LPS-induced NO production by RAW 264.7 cells. Result is represented as mean ± SD. *p<0.05
그림 Fig. 6. Inhibition of melanin synthesis in B16F10 melanoma cells treated with bioconversioned soybean germ extract. Result is represented as mean ± SD. *p<0.05 **p<0.01 ***p<0.001
그림 Fig. 7. Inhibitory effects of bioconversioned soybean germ extract on UVB-induced MMP-1 in HDF cells. Result is represented as mean ± SD. **p<0.01 ***p<0.001
표 Table 4. Changes in roughness of skin.
표 Table 5. Changes in roughness of skin.

AI 본문요약
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문제 정의

각각의 세포에서 생물전환 콩 배아추출물이 세포 생존율에 미치는 영향을 알아보았다. 실험 결과 세포 생존율은 모든 농도에서 90% 이상으로 나타났고, HDF cell의 경우 농도가 증가함에 따라 세포 생존율도 증가하는 것을 확인할 수 있다.
본 연구는 눈가 주름 개선을 알아보기 위해 피부 거칠기 지수 측정과 동일한 방법으로 진행하여 눈가 주름 지수를 측정하였다. 측정 시에는 양쪽 눈가 쪽을 3 회씩 반복 측정하였다.
본 연구는 생물전환 콩 배아추출물이 화장품 소재로 활용 가능한지 여부와 이를 함유한 수면 팩이 피부에 미치는 영향을 규명하고자 하여 콩 배아 추출물을 생물전환하고 in vitro 실험을 통해 독성, 항염증, 항멜라닌, 항노화 실험을 진행하였다. 또한 이를 함유한 수면 팩을 20~30대 남성, 여성에게 인체적용시험 하여 피부 변화를 관찰하였다.
본 연구에서는 NO 생성능을 측정하여 시료의 항염증 반응에 대한 효과를 확인하였다. Fig.
이에 본 연구는 생물전환법으로 비배당체 isoflavone의 함량을 높인 콩 배아추출물을 미용학적 측면에서 생리활성을 연구하고 겔 제형의 수면 팩을 제조하여 생물전환 콩 배아추출물이 함유된 화장품의 효능 가치를 규명하고자 한다.

제안 방법

본 실험에 사용한 수면 팩은 생물전환 콩 배아 추출물이 1% 함유된 것을 이용하였다. 4주간 여성 31명의 피험자에 대해 3회에 걸쳐 finn chambers (EpitestⓇ, Tuusula, Finland) 테이프를 사용하였고, 1일 차 시 24시간, 2일 차 48시간, 3일 차 72시간 부착 후 패치를 제거하고 30분 후 시험 부위를 육안 판독하였으며, 판정기준은 국제 접촉 피부염 학회(ICDRG) 및 미국화장품협회(PCPC) 기준을 응용한 자체기준인 Table 3을 적용하였다.
Fig. 4 따라서 본 연구에서는 생물전환 콩 배아추출물이 각각의 세포에서 세포 독성이 거의 나타나지 않은 것을 확인했고, 추후 실험은 세포 생존율이 90%이상인 100 μg/mL 범위 내에서 실험을 진행하였다.
Lipopolysaccharide (LPS) 1% 첨가된 배양액에 각각 5, 10, 20, 50, 100 μg/mL 농도로 시료를 제조한 후 기존 배양액과 교체하여 48h 배양한다.
melanin 생합성을 유도하기 위하여 배양액에 혈청 5%와 α-MSH 10 nM을 첨가하여 제조후 각각 5, 10, 20, 50, 100 μg/mL 농도로 시료를 제조한 후 기존 배양액과 교체하고 72h 배양하여 405 nm에서 흡광도 측정한다.
본 연구는 생물전환 콩 배아추출물이 화장품 소재로 활용 가능한지 여부와 이를 함유한 수면 팩이 피부에 미치는 영향을 규명하고자 하여 콩 배아 추출물을 생물전환하고 in vitro 실험을 통해 독성, 항염증, 항멜라닌, 항노화 실험을 진행하였다. 또한 이를 함유한 수면 팩을 20~30대 남성, 여성에게 인체적용시험 하여 피부 변화를 관찰하였다.
본 연구는 피부 거칠기 개선을 알아보기 위해 피험자는 4주간 저녁 하루 1회씩 얼굴에 자가 사용하면서 총 3번의 피부 거칠기 정도를 평가하였으며, 정확한 데이터를 얻기 위하여 실내 동일한 온도 22～24℃와 습도 40～60%를 유지하면서 일정한 시간대에서 준비된 Antera3D 기기 (Miravex, Ireland)를 사용하여 피부 거칠기를 측정하였다. 측정 시에는 양쪽 뺨 전체를 3 회씩 반복 측정하였다.
본 연구에서는 α-MSH를 첨가하여 Melanin 생합성 정도를 측정하여 시료의 항멜라닌 반응에 대한 효과를 확인하였다.
본 연구에서는 MMP-1의 상대적인 발현 양을 측정하여 시료의 항노화에 대한 효과를 확인하였다(Fig. 7). 실험 결과 UVB에 의해 섬유아세포 배양액 내 MMP-1의 발현이 증가되었으며, 추출물 농도 의존적으로 유의하게 MMP-1 발현량이 84.
새로운 배양액에 각각 5, 10, 20, 50, 100 μg/mL 농도로 시료를 제조한 후 기존의 배양액과 교체하여 UVB (100 mJ/cm²)로 20분 조사한 다음 24h 배양한다.
생물전환 콩 배아추출물을 함유한 수면 팩으로 눈가 주름 지수를 측정하였다. 실험 결과 오른쪽 눈가의 경우 시험 2주 후부터 유의한 수준으로 주름 지수가 감소하였고 왼쪽 눈가의 경우 유의한 수준은 아니지만 시험 전에 비해 주름 지수가 감소하는 양상을 나타내었다.
생물전환 콩 배아추출물을 함유한 수면 팩으로 피부 거칠기 지수를 측정하였다. 실험 결과 양쪽부위 모두 시험 2주 후부터 유의한 수준으로 피부 거칠기 지수가 감소하였으며, 왼쪽 부위의 경우 2주, 4주후 9.
생물전환 콩 배아추출물을 함유한 수면 팩으로 피부 자극이 있는지 확인하기 위하여 인체폐쇄첩포시험(closed patch test)을 실시하였다. 시험 중 굉장히 옅은 홍반을 나타내는 지원자 2명을 제외하고 부작용이 나타난 지원자는 없었으며, 육안 평가에 의한 피부 자극 지수는 0.
세포 내 상대적인 멜라닌 색소 생합성 정도에 따른 흡광도의 변화를 측정하였다[19]. B16F10 cell을 96 wellplate에 2 × 10³ cells/well 농도로 분주 후 24h 배양한다.
세포의 염증반응으로 인해 배양액 내 상대적으로 생성되는 NO (g)의 양을 Griess reagent에 의한 540 nm에서의 흡광도값을 이용하여 측정하였다[18]. RAW 264.
시료를 5, 10, 20, 50, 100 μg/mL로 제조하여 배양액 제거 후 시료를 녹인 배양액으로 교체한 후 48h 배양한다.
본 연구는 피부 거칠기 개선을 알아보기 위해 피험자는 4주간 저녁 하루 1회씩 얼굴에 자가 사용하면서 총 3번의 피부 거칠기 정도를 평가하였으며, 정확한 데이터를 얻기 위하여 실내 동일한 온도 22～24℃와 습도 40～60%를 유지하면서 일정한 시간대에서 준비된 Antera3D 기기 (Miravex, Ireland)를 사용하여 피부 거칠기를 측정하였다. 측정 시에는 양쪽 뺨 전체를 3 회씩 반복 측정하였다.

대상 데이터

YL9100 System 장비에 Agilent Eclipse XDB-C18 (5μm, 4.6 × 250 mm) Column을 사용하였고, 이동상은 2%acetic acid(in water, 100% Acetonitrile을 사용하여 Table 1과 같이 Gradient 방법을 이용하였다.
본 실험에 사용한 수면 팩은 생물전환 콩 배아 추출물이 1% 함유된 것을 이용하였다. 4주간 여성 31명의 피험자에 대해 3회에 걸쳐 finn chambers (EpitestⓇ, Tuusula, Finland) 테이프를 사용하였고, 1일 차 시 24시간, 2일 차 48시간, 3일 차 72시간 부착 후 패치를 제거하고 30분 후 시험 부위를 육안 판독하였으며, 판정기준은 국제 접촉 피부염 학회(ICDRG) 및 미국화장품협회(PCPC) 기준을 응용한 자체기준인 Table 3을 적용하였다.
본 실험에서 사용한 콩 배아는 미국에서 재배한 대두에서 분리하였으며, ㈜코스모스물산으로부터 제공받아 냉장 보관하여 사용하였다. 콩이 가장 많이 함유한 isoflavone으로 Daidzin, Genistin과 생물전환 형태인 Daidzein, Genistein을 표준물질로 사용 하였다[15].
본 연구는 화장품 지침 기준을 준수하여 경기 도에 거주하는 20-30대 남성과 여성을 대상으로 하여 자발적 참여 동의를 받아 연구대상으로 선정하였다. 피부 자극도 평가는 여성 31명 남성 0명, 피부 거칠기와 눈가 주름 임상 평가는 여성 15명, 남성 7명을 모집하였으며, 평소 사용하던 기초 화장품의 사용을 중지하고 제공한 실험 제품만을 저녁 1일 1회 사용하도록 하여 임상 집단의 결과의 변이를 최소화 하였다.
실험에는 RAW 264.7 macrophage, B16F10 melanoma, human dermal fibroblast(HDF) 세포를 한국세포주은행(KCLB)에서 분양하여 사용하였고, Highglucose Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM, Hyclone, USA), 1% penicillin/ streptomycin (Sigma, USA) 100 IU / 50 mg/mL와 10% fetal bovine serum(FBS, Sigma, USA)를 혼합한 배양액을 사용하였으며, 습윤 배양기(Sanyo Electric Co, Japan)에서 5% CO2, 상대습도 100%, 37°C에서 배양하였다.
본 실험에서 사용한 콩 배아는 미국에서 재배한 대두에서 분리하였으며, ㈜코스모스물산으로부터 제공받아 냉장 보관하여 사용하였다. 콩이 가장 많이 함유한 isoflavone으로 Daidzin, Genistin과 생물전환 형태인 Daidzein, Genistein을 표준물질로 사용 하였다[15]. 표준물질은 Sigma (USA)에서 구입하였고, HPLC 용매인 methanol, acetic acid는 Baker (USA)사에서 구입하였으며 이 외 시약은 특급시약을 사용하였다.
콩이 가장 많이 함유한 isoflavone으로 Daidzin, Genistin과 생물전환 형태인 Daidzein, Genistein을 표준물질로 사용 하였다[15]. 표준물질은 Sigma (USA)에서 구입하였고, HPLC 용매인 methanol, acetic acid는 Baker (USA)사에서 구입하였으며 이 외 시약은 특급시약을 사용하였다.
본 연구는 화장품 지침 기준을 준수하여 경기 도에 거주하는 20-30대 남성과 여성을 대상으로 하여 자발적 참여 동의를 받아 연구대상으로 선정하였다. 피부 자극도 평가는 여성 31명 남성 0명, 피부 거칠기와 눈가 주름 임상 평가는 여성 15명, 남성 7명을 모집하였으며, 평소 사용하던 기초 화장품의 사용을 중지하고 제공한 실험 제품만을 저녁 1일 1회 사용하도록 하여 임상 집단의 결과의 변이를 최소화 하였다. 임상 시험 참여 동의서.

데이터처리

모든 실험은 독립적으로 3회 이상 실시하였으며, 결과는 Mean ± SD로 표기하였고, SPSS Window Version17.0 (SPSS Inc., Illinois, USA)을 이용하여 통계 처리하였으며, 유의성 평가는 Student's t-test을 이용하였고, P값이 0.05 미만일 경우 통계상 유의한 차이가 있는 것으로 판정하였다.

이론/모형

생물전환된 콩 배아추출물이 세포 생존에 영향을 미치는지 알아보고자 Neutral red assay를 실시하였다[17]. RAW 264.

성능/효과

1. 생물전환 전 콩 배아추출물을 HPLC로 분석 시 이소플라본 배당체 성분이 비배당체 성분보다 4배가량 많았으나, Pectinase에 의한 생물전환 후 비배당체 성분인 Genistein과 Daidzein의 함량이 증가하였고 Daidzin에서 Daidzein 으로 전환시간은 최대 7시간 이었다.
2. In vitro 실험에서 RAW 264.7, B16F10, HDF cell에 대한 생물전환 콩 배아추출물의 안전성 실험 결과 0～100 μg/mL 에서 세포에 대한 독성이 없는 물질임을 확인했다.
3. RAW 264.7 세포의 항염증 결과 유의하게(p<0.05)농도 의존적으로 NO 생성이 감소하는 것을 확인하였고 농도가 100 μg/mL일 때 NO 생성율은 42.19%로 유의하게 감소하는 것을 확인하였다.
4. B16F10세포에 대한 항멜라닌 실험에서 a-MSH 처리군에 유의하게(p<0.01) 농도 의존적으로 멜라닌의 생합성을 억제하는 것을 확인하였다.
5. HDF 세포에 대한 항노화 실험에서는 UVB에 의해 MMP-1 발현이 증가하였고 생물전환 콩 배아추출물 처리 시 농도 의존적으로 MMP-1 발현이 감소되었으며 농도 100 μg/mL에서는 Control과 비슷한수준의 MMP-1 발현을 억제하였다.
6. 생물전환 콩 배아추출물을 함유한 수면 팩을 인체폐쇄첩포시험한 결과 피부 자극 지수는 0.027점으로 저자극 물질로 평가되었다.
7. 피부 거칠기 개선율은 2주, 4주후 왼쪽 부위는 9.71%, 16.26%, 오른쪽 부위는 7.71%, 15.36%로 양쪽 모두 유의하게(p<0.05) 개선하는 효과가 나타났다.
8. 눈가 주름 개선율은 2주, 4주후 왼쪽 부위는 4.64%, 10.13%, 오른쪽 부위는 3.28%, 7.58%로 양쪽 모두 개선효과가 나타났다.
본 연구에서는 NO 생성능을 측정하여 시료의 항염증 반응에 대한 효과를 확인하였다. Fig. 5 실험결과 LPS 처리군에 비해 생물전환 콩 배아추출물은 상대적인 NO 생성이 농도 의존적으로 유의하게 감소하였고, 농도가 100㎍/mL에서 NO 생성율은 42.19%로 유의하게 NO 생성을 감소시키는 것을 확인하였다. 이는 시료 속 생물전환된Daidzein과 Genistein이 염증반응을 일으키는 iNOS protein과 mRNA를 억제함에 따라 NO 생성을 억제하는 것으로 사료된다[21].
본 연구에서는 α-MSH를 첨가하여 Melanin 생합성 정도를 측정하여 시료의 항멜라닌 반응에 대한 효과를 확인하였다.Fig. 6 실험 결과 양성대조군으로 처리한 Arbutin은 농도 200 ㎍/ml에서 유의적으로 상대적인 Melanin 생합성을 24.78% 억제했으며, 추출물은 농도 의존적으로 유의하게 Melanin 생합성을 억제하였고 농도가 100 ㎍/ml일 때 Melanin 생합성 억제율은 26.09%이다. 이는 시료 속 생물전환된 Daidzein과 Genistein이 멜라닌을 합성시키는 전사인자 MiTF와 Tyrosinase, DCT 또는 TYRP-1을 억제함에 따라 멜라닌 생성을 억제하는 것으로 사료된다[23].
Pectinase를 이용하여 생물전환한 결과시간이 지남에 따라 이소플라본의 배당체 성분인 Genistin과 Daidzin의 함량이 줄어드는 반면 비배당체 성분인 Genistein과 Daidzein의 함량이 증가하는 것을 확인 할 수 있었고, Daidzein과 Daidzin의 경우 생물전환의 최대전환시간은 7시간이었다.
생물전환 콩 배아추출물을 함유한 수면 팩으로 피부 자극이 있는지 확인하기 위하여 인체폐쇄첩포시험(closed patch test)을 실시하였다. 시험 중 굉장히 옅은 홍반을 나타내는 지원자 2명을 제외하고 부작용이 나타난 지원자는 없었으며, 육안 평가에 의한 피부 자극 지수는 0.027점으로 일차자극 측면에서 저자극 물질로 평가 되었다.
7). 실험 결과 UVB에 의해 섬유아세포 배양액 내 MMP-1의 발현이 증가되었으며, 추출물 농도 의존적으로 유의하게 MMP-1 발현량이 84.32%, 76.26%, 64.29%, 58.67%, 49.36%로 감소하였고 MMP-1 발현량이 Control 수준으로 회복하는 것을 확인하였다. 이는 시료 속 생물전환된 Daidzein과 Genistein이 HDF cell내에 UVB의 영향으로 활성화되는 MMP-1 mRNA와 MAP kinase인 ERK와 JNK를 억제함에 따라 MMP-1의 발현을 억제한 것으로 사료된다[25,26].
각각의 세포에서 생물전환 콩 배아추출물이 세포 생존율에 미치는 영향을 알아보았다. 실험 결과 세포 생존율은 모든 농도에서 90% 이상으로 나타났고, HDF cell의 경우 농도가 증가함에 따라 세포 생존율도 증가하는 것을 확인할 수 있다. Fig.
생물전환 콩 배아추출물을 함유한 수면 팩으로 피부 거칠기 지수를 측정하였다. 실험 결과 양쪽부위 모두 시험 2주 후부터 유의한 수준으로 피부 거칠기 지수가 감소하였으며, 왼쪽 부위의 경우 2주, 4주후 9.71%, 16.26% 개선되었고 오른쪽 부위의 경우 2주, 4주후 7.71%, 15.36% 개선되었다.Table 4
생물전환 콩 배아추출물을 함유한 수면 팩으로 눈가 주름 지수를 측정하였다. 실험 결과 오른쪽 눈가의 경우 시험 2주 후부터 유의한 수준으로 주름 지수가 감소하였고 왼쪽 눈가의 경우 유의한 수준은 아니지만 시험 전에 비해 주름 지수가 감소하는 양상을 나타내었다. 왼쪽 눈가 주름의 경우 2주, 4주후 4.
실험 결과 오른쪽 눈가의 경우 시험 2주 후부터 유의한 수준으로 주름 지수가 감소하였고 왼쪽 눈가의 경우 유의한 수준은 아니지만 시험 전에 비해 주름 지수가 감소하는 양상을 나타내었다. 왼쪽 눈가 주름의 경우 2주, 4주후 4.64%, 10.13% 개선되었고, 오른쪽 눈가 주름의 경우 3.28%, 7.58% 개선되었다. Table 5 이는 생물전환 콩 배아추출물의 이소플라본에 의해 MMP-1 발현을 억제함에 따라 주름 감소에 영향을 미친 것으로 사료된다.
위와 같은 실험 결과로 생물전환 콩 배아추출물은 세포에 대해 안전하고 항염증, 항멜라닌, 항노화의 효능이있으며 이를 함유한 수면 팩은 인체 적용 시 저자극으로 피부의 거칠기, 눈가 주름 개선에 효과가 있는 것으로 나타났다. 이로써 생물전환 콩 배아추출물은 다양한 제형의 화장품 소재로 활용 가치가 있는 것으로 사료된다.
콩 배아추출물을 70% ethanol로 72h 추출하여 감압농축 후 동결건조 한 결과 생물전환 전 콩 배아추출물에는 이소플라본의 배당체인 Daidzin과 Genistin의 함량이 비배당체인 Daidzein과 Genistein의 함량보다 4배정도 높았다(Fig. 1,2). Pectinase를 이용하여 생물전환한 결과시간이 지남에 따라 이소플라본의 배당체 성분인 Genistin과 Daidzin의 함량이 줄어드는 반면 비배당체 성분인 Genistein과 Daidzein의 함량이 증가하는 것을 확인 할 수 있었고, Daidzein과 Daidzin의 경우 생물전환의 최대전환시간은 7시간이었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	식물성 에스트로겐의 효과를 높이기 위한 방법과 그 원리는 무엇인가?	Isoflavone의 다양한 효과는 β-glycoside가 연결된 glucosides형태가 aglycones 형태로 전환되었을 때 증가하므로 aglycones 함량을 높이기 위해 β-glucosidase를 iso-flavone에 직접 첨가하는 생물전환방법이 대표적으로 이용되고 있다. 이 때 비배당체로 전환된 isoflavone과 기타 분획물은 피부 적용 시 보습, 미백, 주름 개선, 탄력 등에 효과적임이 보고되었다[13,14].
	콩의 주 용도는?	콩은 주로 기능성 식품의 원료로 이용되고 단백질, 탄수화물, 지방, 무기질을 함유하고 있으며[1], peptide, amino acid, 사포닌(saponin), 피틴산(phytic acid), 레시틴(lecithin) 및 isoflavone 등의 생물학적 활성 물질이 함유되어 그 효능 연구가 활발하게 진행되고 있다[2].
	α-MSH의 기능은 무엇인가?	α-MSH는 피부 내 멜라닌세포에서 microphthalmia(MITF), tyrosinase 활성을 증가시켜 멜라닌 색소 합성을 유도한다[22].

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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