미드의 살균효과 조사

Nov 16, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18111(2022) 이 기사 인용

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일반적으로 사용되는 많은 항균제에 내성을 갖는 박테리아 수의 급격한 증가와 이들의 전 세계적 확산은 전 세계적으로 큰 문제가 되었습니다. 특히, 국소적인 감염인 치주질환의 경우 주로 항균제를 사용하지 않는 치료방법에 대한 필요성이 높아지고 있으며, 항균광역학요법(aPDT)이 주목받고 있다. 본 연구에서는 파장 가변성으로 인해 분자 진동을 선택적으로 여기시킬 수 있는 MIR-FEL의 적용 가능성을 검토하기 위한 기초 연구로 대장균에 대한 중적외선 자유전자 레이저(MIR-FEL)의 살균 효과를 조사했습니다. , aPDT에. 본 연구에서 조사할 최적의 조사 파장은 푸리에 변환 적외선 분광법을 사용하여 얻은 박테리아의 적외선 스펙트럼으로부터 결정되었습니다. FT-IR 스펙트럼에서 5개의 조사 파장(6.62, 6.88, 7.14, 8.09 및 9.26μm)이 선택되었으며, 6.62μm 파장의 살균 효과가 다른 파장에서 관찰된 것보다 현저히 강한 것으로 나타났습니다. Amide II 밴드에 해당하는 이 파장에서는 조사 시간이 길어질수록 세균 생존율이 크게 감소했습니다. 이에 비해 네오디뮴이 첨가된 이트륨 알루미늄 가넷(Nd:YAG) 레이저를 1.06μm로 조사한 결과 뚜렷한 살균 효과가 나타나지 않았다. MIR-FEL 조사 후에 형태학적 변화는 관찰되지 않았으며, 이는 박테리아 소기관 분자가 MIR-FEL 조사의 표적일 수 있음을 시사하지만 정확한 표적은 확인되지 않았습니다. 또한, 레이저 조사에 의해 배양액에 유도된 온도 변화는 상온에서 ±1.5℃였다. 이러한 결과는 MIR-FEL의 살균 효과가 적외선 광자와 관련된 광화학 반응에서 비롯됨을 시사합니다. 왜냐하면 대장균은 일반적으로 75°C에서 1분 이상 가열하면 죽기 때문입니다.

도쿄이과대학(TUS) 노다 캠퍼스(FEL-TUS)에 설치된 적외선(IR) 자유전자 레이저(FEL)는 고출력 펄스 레이저입니다. 주요 FEL-TUS 장치는 5~12μm의 진동 파장 범위를 갖는 중적외선 FEL(MIR-FEL)로, 거의 전체 분자 지문 영역을 포괄합니다1. 이 파장 범위는 분자의 기본 진동 주파수에 해당합니다. 따라서 MIR-FEL은 선택적 진동 자극을 통해 분자, 유기 물질, 생체 분자, 생물학적 세포 등을 포함한 다양한 물질의 광화학적 특성을 연구하는 데 사용할 수 있습니다2. MIR 피코초 발진기의 넓은 순간 대역폭은 강력한 푸리에 변환(FT) 기술을 사용할 수 있기 때문에 특히 매력적입니다. 이 기술은 소스에서 검출 시스템으로 정밀한 파장 교정 부담을 전달하는 동시에 뛰어난 신호 대 잡음비를 제공합니다. 특성 및 파장에 독립적인 스펙트럼 분해능3,4.

FEL-TUS는 선형가속기에서 전자를 빛의 속도에 가까운 속도로 가속시켜 생성되는 방사선을 주기적인 자기장에 도입한 후 공진기에서 방사선과 전자빔의 상호작용을 통해 방사선을 증폭시켜 레이저빔5. 생성된 레이저 광은 (I) 매크로 및 마이크로 펄스로 구성된 특수 펄스 구조, (II) 높은 밝기, (III) 가변 파장, (IV) 완벽한 선형 편광을 특징으로 합니다. 또한 FEL-TUS의 넓은 파장 조정 가능성은 선택적 분자 진동 여기를 허용하여 진동 사다리 오르기6를 통해 분자 해리에 적합한 광원을 제공합니다.

치과 진료에서는 일반적인 방출광 파장이 1064nm인 네오디뮴 첨가 이트륨 알루미늄 가닛 레이저(Nd: YAG 레이저)와 치근 중 살균을 위해 에르븀 첨가(Er): YAG 레이저(2940 nm)가 자주 사용됩니다. 운하 시술 및 치주 질환 치료7,8,9. 전통적으로 차아염소산나트륨 용액을 이용한 화학적 소독이 근관 치료에 사용되어 왔으며10, 항생제가 함유된 연고를 바르거나 스케일러를 이용한 기계적 제거가 치주질환의 일반적인 치료법이다. 최근에는 살균을 위한 레이저의 활용이 주목을 받고 있다. 그러나 이러한 절차에 사용되는 레이저는 고정된 파장을 가지며 가변 파장을 갖는 적절한 광원은 거의 없습니다. 최근에는 UV 레이저를 이용한 이산화티타늄 임플란트 표면의 살균과 코로나19의 근적외선 살균이 보고되고 있습니다11,12. 그러나 2006년에 MIR-FEL이 새로운 의료기기로 도입될 것으로 예상되었음에도 불구하고 1998년 이후 MIR-FEL의 살균 효과에 대한 보고는 소수에 불과했습니다15.