양치만으로 충치균 죽는 ‘칫솔모’ 나왔다…문지르면 스스로 전기 생성

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인류가 지금과 같은 형태의 칫솔을 사용한 역사는 1000년 정도 되는 것으로 추정한다. 중국의 10세기 무렵 유적에서 동물 뼈에 구멍을 뚫어 털을 심은 양치 도구가 나왔는데, 이것이 최초의 칫솔로 알려져 있다.

이때부터 지금까지 칫솔의 주된 기능은 치아를 물리적으로 마찰시켜 세균이 모여 있는 치태(플라크)를 벗겨내는 것이다. 하지만 아무리 꼼꼼히 닦아도 몇시간 뒤면 세균은 치아 표면에서 다시 번식하기 시작한다.

칫솔질할 때 휘어지는 힘을 스스로 전기로 바꿔 세균을 없애주는 칫솔모가 개발됐다.

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중국 베이징대 연구진은 구부리거나 누르면 전기를 만드는 압전 소재를 이용해 치아에 붙어 있는 세균을 사멸시키는 칫솔모를 개발했다고 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 발표했다.

연구진은 압전 소재가 의료용 임플란트에서 세균을 억제한다는 사실에서 아이디어를 얻어 이번 연구를 시작했다. 연구진이 찾아낸 압전 칫솔모 소재는 폴리불화비닐리덴(PVDF)이라는 고분자 플라스틱이다. 화학약품에 견디는 내구력이나 전기 절연성, 내열성 등이 좋아 다양한 분야에 널리 쓰이는 불소수지다. 특히 불소수지에서는 드물게 물리적 압력이나 충격, 진동 등을 가하면 전기를 발생시킨다. 가스레인지 점화 스위치를 ‘딸깍’ 하고 눌렀을 때 불꽃이 튀는 것도 압전 원리를 이용한 것이다.

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이 원리를 칫솔모에 적용하면, 이를 닦는 동안 칫솔모가 휘어질 때마다 미세한 전기가 만들어지게 된다. 양치질하는 손의 힘이 곧 전원인 셈이다. 이렇게 해서 생겨난 전기는 치아와 칫솔 사이의 침과 물에서 화학반응을 일으켜 활성산소(ROS)를 만든다. 활성산소는 반응성이 매우 높은 산소 분자로, 산화 작용을 일으켜 세균의 세포막을 손상시킨다.

보관 중인 칫솔모에 세균 달라붙는 것도 억제

실험 결과 압전 칫솔모는 충치의 원인균인 ‘스트렙토코쿠스 뮤탄스’를 약 53% 죽였고, 잇몸병과 관련된 세균 ‘포르피로모나스 진지발리스’는 최대 78%까지 감소시켰다. 같은 조건에서 나일론 칫솔모는 세균 제거율이 각각 9%, 8%에 그쳤다.

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연구진은 활성산소를 중화하는 항산화제를 첨가하자 압전 칫솔의 항균 효과가 대부분 사라지는 걸 확인했다. 이는 활성산소가 칫솔의 항균 효과에 핵심적인 역할을 한다는 것을 시사한다.

치태(세균막) 제거 효과는 더 뚜렷했다. 연구진이 사람의 치태를 소 치아 법랑질 위에서 배양한 뒤 3분간 압전 칫솔모로 닦는 실험을 한 결과 99% 이상이 제거됐다. 나일론 칫솔모의 제거율은 80% 안팎이었다.

사람을 대상으로 한 시험에서도 긍정적 결과가 나왔다. 연구진은 충치나 잇몸 염증이 있는 성인 115명을 무작위로 나눠 3개월간 하루 두 번씩 압전 칫솔 또는 일반 나일론 칫솔을 쓰도록 했다. 그 결과 압전 칫솔 사용자는 치태, 잇몸 염증, 출혈이 약 40% 줄었다. 일반 칫솔 사용자의 감소율(15%)을 두 배 이상 웃돌았다.

입속 세균 구성에서도 유해균은 줄고 유익균은 늘어나는 경향이 관찰됐다. 연구진은 유해균의 세포막이 유익균보다 상대적으로 약해 활성산소에 더 취약했을 가능성이 있다고 추정했다. 그러나 압전 칫솔모가 유해균만 골라 공격하는지는 확인하지 못했다.

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연구진은 압전 칫솔모는 양치질을 하지 않을 때도 표면에 미세한 전하를 띠고 있어 보관 중인 칫솔모에 세균이 달라붙는 걸 억제한다고 밝혓다.

지금은 개념 증명 단계…장기간 써도 안전한지 확인해야

뉴욕 버팔로대 치주과 전문의이자 미생물학자인 프랭크 스캐너피에코는 국제학술지 네이처에 “압전 칫솔모가 치태를 더 효율적으로 줄일 수 있을 것으로 본다”며 ”하지만 효능과 안전성을 입증하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다”고 말했다.

영국 뉴캐슬대 니콜라스 야쿠보비치 교수(구강미생물학)는 과학전문지 뉴사이언티스트에 “기본적으로 기계적인 힘이 표면에 에너지를 재충전하는 방식이라는 점에서 진짜 혁신적인 방식”이라며 “구강 질환이 워낙 만연해 있기 때문에 치과 치료 방식을 조금이라도 개선할 수 있다면 무엇이든 도움이 될 것”이라고 말했다. 세계보건기구에 따르면 충치를 비롯한 구강 질환은 전 세계 인구의 절반에 가까운 37억명에게 영향을 미치는 것으로 추산된다.

야쿠보비치 교수는 그러나 실제 입속에서는 칫솔모가 치아나 잇몸에 닿는 시간이 매우 짧다는 점 등을 지적하며 “아직은 개념 증명 단계”라고 평가했다. 실제 양치에 사용할 수 있으려면 앞으로 다양한 실험과 연구를 통해 사람이 장기간 사용해도 아무 부작용이 없는지 등을 확인하는 과정을 거쳐야 한다.

*논문 정보

Self-charged toothbrush facilitates tooth healthcare maintenance.