콜라,사이다에 담갔던 치아를 현미경으로 보니

원자간력 현미경 측정을 위한 치아 샘플 준비 과정(왼쪽), 원자간력 현미경 탐침 사진(오른쪽)./카이스트

콜라나 사이다 같은 청량음료가 치아 건강에 해롭다는 사실을 현미경을 통해 분석한 연구결과가 국내에서 나왔다.

카이스트(KAIST) 신소재공학과 홍승범 교수 연구진은 “청량음료가 치아에 미치는 영향을 나노미터 수준을 관측할 수 있는 현미경을 통해 확인했다”라고 21일 밝혔다. 오충익 연구원이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘생체 재료의 기계적 행동 학술지’에 지난달 29일 게재됐다.
 

치아는 다양한 구조로 이뤄져 있는데, 이중 가장 바깥쪽에 있는 곳을 치아 법랑질(에나멜)이라고 한다. 법랑질은 치아의 구성분 중에서 가장 단단해 음식을 십을 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. 따라서 치아 법랑질의 손상을 예방할 방법뿐만 아니라 손상 원인과 과정을 규명하는 연구가 필요하다.

연구진은 치아 법랑질이 청량음료에 노출됐을 때 노출된 시간에 따라서 치아 법랑질 표면이 받는 영향을 원자간력 현미경을 활용해 분석했다. 원자간력 현미경은 나노미터(100만분의 1 밀리미터) 수준의 탐침으로 재료의 표면을 스캔해 표면형태나 상태를 관측하는 장비로 주로 활용된다. 이 현미경은 또 탐침을 이용해 물질 표면에 힘을 가해 변형되는 정도 등 여러 기계적인 특성에 대한 측정이 가능하다.

연구진은 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.

원자간력 현미경을 이용해 영상화한 청량음료에 노출된 치아 법랑질(enamel)의 표면 거칠기(위)와 탄성 계수(아래)의 변화 과정/카이스트

우선 청량음료에 노출된 치아 법랑질을 노출된 시간별로 초기 상태부터 10분까지 거칠기의 변화와 5분까지의 탄성 계수 변화를 측정했다. 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. 거칠어졌다는 건 치아 표면에 요철이 많이 생겼다는 것이고, 탄성계수가 떨어진 것은 치아가 말랑말랑해졌다는 의미이다. 치아의 부식 정도는 3종의 음료에서 차이가 거의 없었다고 연구진은 설명했다.
 

연구진은 원자간력 현미경으로 영상화한 사진을 통해 치아 법랑질의 부식 과정을 분석했는데 흠집이 있는 치아의 경우 부식속도가 훨씬 빠르게 진행된다는 사실도 확인했다. 치아 법랑질의 부식 정도와 청량음료에 노출된 시간이 상호 밀접한 관계가 있음을 밝힌 이번 연구 결과는 청량음료가 치아 건강에 해롭다는 기존 학설을 원자간력 현미경을 이용한 실험과 영상관찰을 통해 증명한 것이다.

홍승범 교수는 “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.

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