[뉴스프리존,대전=이기종 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 홍승범 교수팀이 청량음료가 치아에 미치는 기계적 특성인 거칠기(roughness)와 탄성 계수(elastic modulus) 변화를 원자간력 현미경(AFM)으로 관측하고 이를 영상화했다고 22일 밝혔다.

최근 인구의 고령화에 따라 사람들의 건강에 관한 관심이 다방면으로 급증하고 있다.

그중 치아는 치료 비용도 비싸고 손상됐을 때 복구하기가 쉽지 않다.

치아는 다양한 구조로 이뤄져 있는데 이중 가장 바깥쪽에 있는 곳을 치아 법랑질(에나멜, enamel)이라고 하며 이 법랑질은 치아의 구성분 중에서 가장 단단해 음식을 씹을 때 치아의 손상을 방지하고 외부 환경으로부터 치아를 보호하는 역할을 한다.

하지만 치아 법랑질이 손상되면 보호막 역할을 할 수 없어 일반적인 음식을 먹을 때에도 극심한 통증을 유발하게 된다.

이에 치아 법랑질의 손상을 예방할 방법뿐만 아니라 손상 원인 및 손상 과정을 규명하는 연구가 필요하다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 치아 법랑질이 청량음료에 노출됐을 때 노출된 시간에 따라 치아 법랑질 표면이 받는 영향을 원자간력 현미경의 다양한 기능을 활용해 분석했다.

연구과정을 보면 주변에서 손쉽게 구할 수 있는 콜라, 사이다, 오렌지주스 등 3종의 청량음료를 사용했다.

3종의 청량음료에 치아를 각각 담갔다가 꺼내서 부식된 정도를 나타내는 표면의 거칠기와 재료(물질)에 힘을 가했을 때 변형된 정도를 나타내는 탄성 계수의 변화를 시간대별로 측정했다.

이어 청량음료에 노출된 치아 법랑질을 노출된 시간별로 초기 상태부터 10분까지 거칠기의 변화와 5분까지의 탄성 계수 변화를 측정했다.

이를 통해 치아 법랑질의 표면 거칠기는 청량음료에 노출된 시간이 10분이 됐을 때 초깃값보다 약 5배 정도 거칠어졌고 탄성 계수는 노출된 지 5분 동안 약 5배 정도나 떨어지는 결과를 얻었다.

이후 원자간력 현미경(AFM, Atomic Force Microscopy)으로 영상화한 사진을 통해 치아 법랑질의 부식 과정을 분석했는데 흠집이 있는 치아의 경우 부식속도가 훨씬 빠르게 진행된다는 사실도 확인했다.

원자간력 현미경은 나노미터(nm, 100만분의 1 밀리미터) 수준의 탐침으로 재료의 표면을 스캔해 표면형태나 상태를 관측하는 장비로 주로 활용된다.

이 현미경은 탐침을 이용해 물질 표면에 힘을 가해 변형되는 정도 등 여러 기계적인 특성(거칠기, 탄성 계수 등)에 대한 측정이 가능하다.

이 연구결과에 의하면 치아 법랑질의 부식 정도와 청량음료에 노출된 시간이 상호 밀접한 관계가 있음을 확인했다.

또 청량음료가 치아 건강에 해롭다는 기존 학설을 원자간력 현미경을 이용한 실험과 영상관찰을 통해 증명하고 제시했다.

홍승범 교수는 “원자간력 현미경을 이용해 청량음료에 의해 치아 법랑질이 부식됨에 따라 표면 성질이 변하는 과정을 영상화했다ˮ며 “실제 치아의 부식 과정은 구강 환경이나 보호막 역할을 하는 침에 의해 연구 결과만큼 심각하지 않을 수 있지만 장시간 청량음료에 노출된 치아는 부식에 의해 표면이 거칠어지고 또 탄성 계수 등 기계적 특성 또한 저하될 수 있다”고 말했다.

신소재공학과 판판 리(Panpan Li) 연구원과 오충익 연구원이 공동 제1저자로 참여한 결과는 국제 학술지 ‘생체 재료의 기계적 행동 저널(Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials)’에 지난달 29일 게재됐다.

이 연구는 한국연구재단 해외우수신진연구자유치사업, 과학기술정보통신부 G-CORE 연구사업, 한국과학기술원 KUSTAR-KAIST 교육연구원 국제공동연구의 지원으로 이뤄졌다.