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더 안전하고 편리한 ‘투명 교정장치’ 개발

2018-08-01 연구/산학
안효원 치과대학 교수가 항균 성능이 뛰어난 ‘투명 교정장치’를 개발해 관련 논문을 <ACS Applied Materials & Interfaces> 저널에 게재했다.

안효원 교수, 화학소재 분야 최우수 저널 <ACS>에 논문 게재
“항균을 넘어 살균 가능한 교정 장치 소재 연구”

치아 교정을 위한 ‘가철성(환자 스스로 탈·부착할 수 있는 보철 형태) 투명 장치’ 사용률이 높아지고 있다. 미관상 좋기 때문이다. 하지만 가철성 투명 장치에는 크게 두 가지 단점이 있다. 내구성이 약하고, 박테리아가 발생하는 환경을 만든다는 것이다.

안효원 치과대학 교수가 홍진기 연세대학교 공과대학 교수와 함께 항균성이 뛰어난 가철성 투명 장치 개발에 관한 연구를 완료했다. 최근 관련 논문이 화학 소재 분야 최우수 저널 <ACS Applied Materials & Interfaces>에 게재됐다.

“수막을 형성시켜 박테리아 부착 제어”
항균 원리는 가철성 투명 장치에 나노 코팅(키토산, 셀룰로오스 기반)을 입혀 초 친수성(親水性)을 얻는 것이다. 장치 표면에 수막이 입혀지는 효과다. 안효원 교수는 “이 교정 장치에는 수막이 형성돼 박테리아나 플라그가 쉽게 부착되지 않는다. 또 살균 효과가 없어 정상 균에는 영향을 끼치지 않는다”라고 설명했다.

안 교수는 이번 연구를 통해 두 가지 문제를 풀었다. 접착제 대신 정전기 인력(引力)을 활용한 ‘층과층 적층법(Layer-by-Layer self-assembly)’을 적용해 교정 장치에 나노 코팅을 입혔다. 구강 내에 들어가는 장치이기 때문에 문제가 될 수 있는 소재 사용을 피했다. 안전성을 크게 높인 것이다.

두 번째는 두께 문제였다. 기능을 더함으로써 장치가 두꺼워 지면 환자들이 불편을 느낄 수 있다. 안 교수는 마이크론 단위의 나노 박막을 활용해 문제를 해결했다. 안 교수는 “나노 소재를 사용해 두께가 늘어난 것을 환자가 느낄 수 없다. 생체 적합성이 우수한 소재다”라고 말했다.

코팅되지 않은 기존 PETG(가철성 투명 장치에 쓰이는 소재)의 표면(a, a')에서는 충치유발균주(S.mutans)가 광범위하게 증식했으나, 나노 코팅된 박막 표면 (b, b')에서는 증식이 억제되는 것을 확인할 수 있다.

안 교수는 “이번 연구가 발표되고 나서 다양한 교정 관련 수요층에서 연락이 왔다. 임상에서 빨리 접하고 싶다는 반응이지만 아직은 기초 연구 단계여서 임상에 적용하려면 시간이 필요하다”라고 말했다.

“치아가 닿는 면에 따라 서로 다른 기능이 필요하다”
안효원 교수의 이번 성과는 홍진기 교수와 함께 해온 학제 간 융합 연구의 결실이다. 지난 5년간 SCI급 저널에 6편의 관련 논문을 발표했다. 안 교수는 “가철성 투명 장치는 매력적인 연구 분야다. 앞으로도 융합 연구를 계속 해나갈 계획”이라고 말했다.

안효원 교수는 여러 소재를 활용한 코팅 박막을 개발해왔다. 구강 내 교정장치를 착용했을 때 치아 간에 교합되는 부분, 교합되지 않는 부분, 치아와 접촉하는 안쪽 부분 등 여러 면이 존재하기 때문이다

그는 “면마다 원하는 물성이 달라질 수 있다. 교합되는 면은 강성이 확보되는 코팅이 필요하고, 치아와 접촉하는 면은 충치에 취약하기 때문에 항균효과가 있는 코팅을 써야 한다. 부위 특이에 따라 서로 다른 코팅 방법을 도입하고자 한다”라고 말했다.

(사진 좌측) 가철성 투명 장치에 층과층 적층법으로 우루시올과 BPEI를 적층했을 때, 표면이 소수성(疏水性, 물과 화합되지 않는 성질)을 띄며, (중간) 중합했을 때 폴리 우루시올이 형성되고 내구성이 향상된다. (우측) 또한 소재의 낮은 세포 독성이 확인된다.

“환자를 위해 연구한다”
현재 안효원 교수는 항균 소재를 넘어 살균까지 가능한 소재를 연구하고 있다. 그는 “입안에는 여러 균이 존재한다. 그중 치아에 해를 입히는 특정 균을 살균하는 소재를 찾고 있다”라고 말했다.

안 교수는 환자들에게 감사의 인사를 전했다. “대학 병원은 개인 병원과 달리 연구 및 교육 기능이 결부돼 있어 환자들이 이용하기에 불편한 부분이 있다. 그런데도 찾아와 주셔서 감사하다. 앞으로도 계속 정진해서 연구 결과를 환자들에게 되돌려주겠다.”

안효원 교수는 학생들과 함께 하는 연구에 큰 의미를 부여한다. 안 교수는 “연구 능력이 충분한 학생들이 있다. 앞으로 학생들과 함께 하는 연구 분야를 늘려나갈 생각이다”라고 말했다.

 
<안효원 교수 프로필>

경희대학교 치과대학 조교수. 치과용 소재, 3차원 컴퓨터단층촬영(CBCT, Cone-Beam CT)을 이용한 악안면 기형 환자 등에 대해 연구 중이다. 서울대학교 치과대학을 졸업하고 동대학원에서 치과교정학 석사와 박사 학위를 받았다. 2011년 경희대 치과병원 임상교원으로 부임했다.
주요연구실적으로는 “Park S, Kim HH, Yang SB, Moon JH, Ahn HW, Hong J. A Polysaccharide-Based Antibacterial Coating with Improved Durability for Clear Overlay Appliances” (ACS Applied Mater Interfaces. 2018 May 30;10(21):17714-17721), “Tyan S, Kim HH, Park KH, Kim SJ, Kim KA, Ahn HW. Sequential changes of postoperative condylar position in patients with facial asymmetry” (Angle Orthod. 2017 Mar;87(2):260-268), “Ahn HW, Ha HR, Lim HN, Choi S. Effects of aging procedures on the molecular, biochemical, morphological, and mechanical properties of vacuum-formed retainers” (J Mech Behav Biomed Mater. 2015 Nov;51:356-66), “Tyan S, Park HS, Janchivdorj M, Han SH, Kim SJ, Ahn HW. Three-dimensional analysis of molar compensation in patients with facial asymmetry and mandibular prognathism” (Angle Orthod. 2016 May;86(3):421-30), “Lin L, Ahn HW, Kim SJ, Moon SC, Kim SH, Nelson G. Tooth-borne vs bone-borne rapid maxillary expanders in late adolescence” (Angle Orthod. 2015 Mar;85(2):253-62) 등이 있다.

김상수(커뮤니케이션센터, ss@khu.ac.kr)

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