KR102472958B1

KR102472958B1 - 3색 led 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템

Info

Publication number: KR102472958B1
Application number: KR1020200095625A
Authority: KR
Inventors: 김현철; 채석현
Original assignee: 에인에이 (주)
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2022-12-02
Also published as: KR20210087870A

Abstract

본 발명에 의한 3색 LED 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템은, 칫솔의 헤드케이싱 상에 배치되되 착탈 가능하게 마련되는 칫솔모부; 파장이 각기 다른 제1 광원부와, 제2 광원부 및 제3 광원부가 상호 조합 및 복합되어 미리 설정된 크기 이상의 광출력밀도의 보강간섭 파장을 조사하는 광조사모듈; 및 상기 광 조사모듈에 결합되어 상기 칫솔모부를 가진시키는 가진부재를 포함할 수 있다.

Description

3색 LED 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템 {3-COLOR COMPLEX LAMP TOOTH BRUSH SYSTEM FOR ALLEVIATING OR PREVENTING PERIODONTAL DESEASE}

본 발명은 3색 LED 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3가지 가시광선 대역의 파장을 복합하여 광출력밀도를 확보할 수 있는 3색 LED 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템에 관한 것이다.

전세계적으로 노령인구 증가함에 따라 의료기기나 홈헬스기기 등에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이다. 특히, 입속 건강이라 할 수 있는 치아 건강에 대한 관심이나 연구개발이 날로 증대되고 있으며, 전세계적으로 고령화 시대, 웰빙 트렌드 등의 이유로 전동칫솔, 치실, 치약과 같은 구강용품에 대한 관심과 수요가 증가되고 있다.

치아 건강에서 가장 문제가 되는 것 중 하나가 구강세균의 관리 문제이다. 구강세균은, 플라그(plaque, 치태)를 형성하여 잇몸 조직뿐 아니라, 뼈를 손상시키는 세균 감염이나 치석 발생이 유발되어 결국에는 치은염(풍치)이나 치주염 등으로 발전된다.

따라서 치아를 위생적으로 잘 관리하기 위해서는, 치태 및 치석 형성의 근본 원인이 되는 구강 세균을 제거하는 것이 무엇보다 중요한데, 종래에는 주로, 여러 가지 항염제나 항세균제를 통한 화학적 관리가 주요 방법이었다. 예컨대, 양치질 후에 사용하는 가글액 등 구강 청결제나 여러 가지 구강 세척제 등으로 세척하는 것이 일반적이었다.

최근 들어, 일정한 파장대의 광원을 이용한 구강 관리기기(자외선 파장의 칫솔 등)가 개발되고 있다. 예컨대, 200 ~ 400 ㎚의 자외선을 이용한 세균 억제 방법 및 기기 등이 많이 제안되고 있다.

그러나, 이러한 자외선 파장대의 전동 칫솔의 경우에는 자외선의 부작용으로 인해 구강세균이 박멸됨과 동시에 일반 정상세포에도 독성이 가해지는 등 구강관리에 부작용이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 가시광선 영역의 파장대를 가진 구강제품의 경우에도, 적어도 하나 이상의 광원의 조합 시 광원 간에 간섭 현상이 발생되어 전체적인 광출력밀도가 낮아서 여러 가지 구강세균의 박멸이나 예방에 도움이 되지 못하는 문제점이 있다.

[문헌 1] 대한민국 등록실용신안공보 제20-0331111호(2003.10.22. 공고) [문헌 2] 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0035744호(2018.04.06. 공개) [문헌 3] 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0052477호(2012.05.24. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 제1, 2 및 제3 광원부가 조사하는 가시광선 영역대의 파장을 이용하여 세포 독성이 미연에 방지되어 정상세포에 가해지는 독성이 최소화될 수 있으며 3가지 종류의 광원을 스퀘어 형태로 배치시켜 보강간섭 파장이 발생될 수 있어 미리 설정된 크기 이상의 광출력밀도를 확보하여 여러 가지 구강세균의 박멸이나 예방에 도움이 될 수 있는 3색 LED 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템을 제공한다.

본 발명의 3색 LED 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템은,

착탈 가능하게 마련되는 칫솔모부(220);

상기 칫솔모부(220)에 인접하게 배치되며, 파장이 각기 다른 제1 광원부(310)와, 제2 광원부(320) 및 제3 광원부(330)가 상호 조합 및 복합되어 미리 설정된 크기 이상의 광출력밀도의 보강간섭 파장을 조사하는 광조사모듈(300); 및

상기 광조사모듈(300)에 결합되어 상기 칫솔모부(220)를 가진시키는 가진부재(400);가 배치되는 헤드케이싱(200)과;

전원스위치(120), 전원공급부 및 전원 공급라인이 배치되는 몸체케이싱(110)과 충전거치대(140)를 포함하며;

상기 헤드케이싱과 몸체케이싱은 일체로 형성되며;

상기 제1 광원부(310), 제2 광원부(320) 및 제3 광원부(330)는 상기 광조사모듈(300)의 광원이 간섭되지 않도록, 상기 지지판(222)에 인접된 위치의 상기 헤드케이싱(200) 내에 마련되며;

상기 제1 광원부(310)는 상기 칫솔모부(220)를 전면에서 볼 때 좌측 및 우측 상단에 1쌍으로 마련되며 블루 광(B)을 조사하는 파장 대역이 430 nm에서 485 nm이고 광출력밀도는 15.3-20.4 mW/㎠ 이며;

상기 제2 광원부(320)는 상기 칫솔모부(220)의 좌측 하단에 마련되며, 레드 광(R)을 조사하도록 파장 대역이 630 nm에서 680 nm이며 광출력밀도는 9-11 mW/㎠이며;

상기 제3 광원부(330)는 상기 칫솔모부(220)의 우측 하단에 마련되며,화이트 광(W)을 조사하도록 파장 대역이 420 nm에서 440 nm이며, 광출력밀도는 14.8-18.15 mW/㎠ 인 것을 특징으로 한다.

상기 전원공급부로부터 상기 광조사모듈 및 가진부재로의 전원 공급은 FPCB 케이블에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 FPCB 케이블은 상기 광조사 모듈 또는 가진부재에 고정설치되고, 몸체 케이싱에 설치된 인쇄회로기판의 커넥터에 착탈가능하게 접속되는 것이 바람직하다.

상기 칫솔모부(220)는,

헤드케이싱에 초음파 융착된 연결몸체(223)에 착탈가능하게 끼워지는 지지판(222)과;

상기 지지판(222)에 세로방향으로 3줄로 나란하게 배열된 칫솔모(221);를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 광조사모듈(300)은, 상기 제1, 제2 및 제3 광원부(310,320,330)에 전기적으로 연결되는 PCB보드(340)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 가진부재(400)는, 상기 칫솔모부(220)의 세척 작업 시 상기 칫솔모부(220)를 가진시키는 초음파 세라믹 압전소자(410)인 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 치주질환 개선 및 예방용 3색복합 전동칫솔은, 제1, 2 및 제3 광원부가 조사하는 가시광선 영역대의 파장을 이용하여 세포 독성이 미연에 방지되어 정상세포에 가해지는 독성이 최소화될 수 있으며 3가지 종류의 광원을 스퀘어 형태로 배치시켜 보강간섭 파장이 발생될 수 있어 미리 설정된 크기 이상의 광출력밀도를 확보하여 여러 가지 구강세균의 박멸이나 예방에 도움이 될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 치주질환 개선 및 예방용 3색복합 전동칫솔 및 충전기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 치주질환 개선 및 예방용 3색복합 전동칫솔의 칫솔모부의 정면도이다.
도 3은 도 1에서 칫솔모부를 포함한 헤드케이싱 부분의 측면도이다.
도 4는 도 1에서 칫솔모부의 상부 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 치주질환 개선 및 예방용 3색복합 전동칫솔의 일 실시예를 상세히 설명한다.

설명에 앞서, 본 발명은 치은염 등의 치주질환을 개선하고 예방하는 의료기기 또는 의료 보조 기기이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 치주질환 개선 및 예방용 3색복합 전동칫솔 및 충전기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 치주질환 개선 및 예방용 3색복합 전동칫솔의 칫솔모부의 정면도이고, 도 3은 도 1에서 칫솔모부를 포함한 헤드케이싱 부분의 측면도이며, 도 4는 도 1에서 칫솔모부의 상부 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 치주질환 개선 및 예방용 3색복합 전동칫솔은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 칫솔몸체부(100)와, 헤드케이싱(200) 상에 배치되되 착탈 가능하게 마련되는 칫솔모부(220); 파장이 각기 다른 제1 광원부(310)와, 제2 광원부(320) 및 제3 광원부(330)가 상호 조합 및 복합되어 미리 설정된 크기 이상의 광출력밀도의 보강간섭 파장을 조사하는 광조사모듈(300); 및 상기 광조사모듈(300)에 결합되어 상기 칫솔모부(220)를 가진시키는 가진부재(400)를 포함할 수 있다.

칫솔몸체부(100)는 헤드케이싱(200)을 제외한 나머지 부분인 몸체케이싱(110)을 말한다. 몸체케이싱(110)에는 주로 도 1에 도시된 바와 같이 광조사모듈(300) 및 가진 부재(400)을 온/오프하는 전원스위치(120)와, 초음파 세라믹 압전소자(410)를 가진 동작시키는 가진버튼(130)이 마련될 수 있다.

칫솔몸체부(100) 내부에는 광조사모듈(300) 및 초음파 세라믹 압전소자(410)에 전기적으로 전원을 공급하는 전원공급부(미도시, 충전배터리) 및 전원공급라인(미도시)이 마련될 수 있다.

몸체케이싱(110)는 하단부로 갈수록 외경이 확장되는 구조로 마련되며, 칫솔몸체부(100)의 하단에는 별도로 마련되는 충전거치대(140)가 마련될 수 있다. 충전거치대(140)를 통해 전원공급부에 전기를 공급할 수 있다.

헤드케이싱(200)은 칫솔몸체부(100)의 단부 일측에 연결될 수 있으며, 헤드케이싱(200)은 전체적으로 유선형으로 마련될 수 있다. 헤드케이싱(200)의 일면에는 칫솔모부(220)가 마련될 수 있다.

상기 칫솔모부(220)는 주로 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 헤드케이싱(200)의 판면 중앙구역 상에 세로방향으로 3줄로 나란하게 배열되며, 지지판(222)에 결합되는 칫솔모(221)를 포함한다. 상기 헤드케이싱(200)에 초음파 융착으로 방수가능하게 결합되는 연결몸체(223)에 상기 지지판(222)을 착탈가능하게 수용할 수 있다.

칫솔모(221)는 세로방향을 따라 복수의 열(어레이)를 구성할 수 있으며, 본 실시예에서는 도 2에 주로 도시된 바와 같이 3개의 칫솔 어레이를 구성할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 3개의 칫솔 어레이를 구성하였지만, 사용자의 선호도에 따라, 또는 디자인 측면에서 고려되어 어레이 개수 변경도 가능함은 물론이다.

연결몸체(223)는 헤드케이싱(200)에 초음파 융착 등에 의해 헤드 케이싱에 방수 가능하게 결합된다.

지지판(222)은 헤드케이싱(200)의 연결몸체(223)에 탈부착가능하게 결합된다. 연결몸체(223)은 초음파 융착에 의해 헤드케이싱(200)과 결합되어 그 내부로 물이 침투되는 것을 저지하며 완벽한 방수 기능을 구비하게 된다. 전동칫솔을 일정기간 사용하여 칫솔모(221)의 수명이 다하게되면 지지판(222)을 탈거하여 새로운 칫솔모부(220)로 교체하여 결합하는 등 유지관리가 가능하게 된다.

한편, 가시광선 영역대의 파장을 이용하여 세포 독성이 미연에 방지되어 정상세포에 가해지는 독성이 최소화될 수 있도록 가시광선 영역대의 광조사모듈(300)이 마련될 필요가 있다. 또한, 광조사모듈(300)은 여러 가지 구강세균의 박멸이나 예방에 도움이 될 수 있도록 미리 설정된 크기 이상의 광출력밀도가 조사가 가능해야만 한다. 이를 위해, 본 발명에서는 스퀘어 타입으로 광조사모듈(300)의 각 광원부(310, 320, 330)을 마련하되 3가지 파장이 보강(즉, 3색복합)될 수 있는 광조사모듈(300)이 마련될 수 있다.

광조사모듈(300)은 주로 도 2 내지 도 4을 참조하면, 헤드케이싱(200) 내에 마련되는 제1 광원부(310), 제2 광원부(320) 및 제3 광원부(330)와, 전기적으로 연결되는 PCB보드(340)를 포함할 수 있다.

상기 제1 광원부(310), 제2 광원부(320) 및 제3 광원부(330)는 상기 광조사모듈(300)의 광원이 간섭되지 않도록, 상기 연결몸체(223)에 인접된 위치의 상기 헤드케이싱(200) 내에 마련된다.

특히, 제1, 제2 및 제3 광원부(310, 320, 330)는 칫솔모부(220)를 중심에 두고, 각 모서리부에 배치되는 이른바 스퀘어 타입으로 마련될 수 있다.

여기서, 상기 제1 광원부(310)는 도 2를 기준으로 할때 좌측 및 우측 상단에 마련되는 1쌍의 제1 광원소자이고, 상기 제2 광원부(320)는 상기 칫솔모부(220)의 좌측 하단에 마련되는 제2 광원소자이며, 상기 제3 광원부(330)는 상기 칫솔모부(220)의 우측 하단에 마련되는 제3 광원소자일 수 있다.

그리고, 상기 제1 광원부는 블루 광(B)을 조사하는 파장 대역이 430 nm에서 485 nm이고, 상기 제2 광원부는 레드 광(R)을 조사하도록 파장 대역이 630 nm에서 680 nm이며, 상기 제3 광원부는 화이트 광(W)을 조사하도록 파장 대역이 420 nm에서 440 nm(색온도가 5000k에서 8000k)이다.

이러한 3가지 종류의 가시광선 특히, 제1, 제2 및 제3 광원부(310, 320, 330)를 복합시켜 미리 설정된 크기 이상의 광출력밀도를 확보할 수 있다.

본 실시예에서는 제1, 제2 및 제3 광원부(310,320,330)를 통한 미리 설정되는 광출력밀도는 제 1 광원부는 15.3-20.4 mW/㎠, 제 2 LED 광원부는 9-11 mW/㎠, 제 3 광원부는 14.8-18.15 mW/㎠ 를 가지도록 마련되었다.

상기 광원부에 의한 출력광은 투명 또는 반투명의 연결몸체(223)를 통해 칫솔모부(220)을 향해 출력된다.

가진부재(400)는 주로 도 3 및 도 4를 참조하면, PCB보드(340)에 면접하게 배치될 수 있다. 상기 가진부재(400)는 상기 칫솔모부(220)를 가진시키는 초음파 세라믹 압전소자(410)일 수 있다. 이러한 초음파 세라믹 압전소자(410)를 통해, 필요에 따라 칫솔모부(220)를 가진시켜 칫솔모(221)를 용이하게 세척할 수 있다.

상기 헤드케이싱(200)과 몸체케이싱(110)은 일체로 형성되며, 상기 전원공급부로부터 상기 광조사모듈(300) 및 가진부재로의 전원 공급은 FPCB 케이블에 의해 이루어지게 된다. 헤드케이싱(200)과 몸체케이싱(110)을 일체로 형성하면, 헤드 케이싱(200)과 몸체 케이싱(110) 사이의 연결부가 없으므로 방수 효과가 우수해진다.

몸체 케이싱(110)의 하면을 초음파 융착에 의해 부착시키면, 방수효과가 더욱 향상될 수 있다.

상기 FPCB 케이블은 상기 광조사 모듈 또는 가진부재에 고정설치되고, 몸체 케이싱 내의 전원스위치 등이 설치된 인쇄회로기판(340)에 설치된 커넥터에 착탈가능하게 접속되도록 한다. 이에 따라 헤드 케이싱(200)과 몸체케이싱(110)이 일체로 형성된 경우에도 조립 및 수리가 용이하게 된다.

이하, 칫솔모의 세정 기능에 관한 것이다.

- 본 실험은 자사에서 제공한 시제품에 포함되어 있는 칫솔모 세정 기능에 대한 효과성을 확인하고자 배양 및 실험조건이 용이한 A. actinomycetemcomitans 균주를 사용하여 추가적으로 실험을 설계하고 실시하였다.

- 칫솔모 세정 기능에 대한 효과성을 확인하기 위해 Control(칫솔모를 증류수에 담궈서 세정), Shake Cleaning(칫솔모를 증류수에 담근 상태에서 손으로 흔들어 세정), Cleaning(칫솔모를 증류수에 담근 상태에서 세정 기능을 사용하여 세정) 후 각 세척 증류수의 A. actinomycetemcomitans 잔존균의 양을 고채배지에 배양하여 측정한 것으로 그 결과는 다음과 같다.

- 세정 기능 테스트 결과 Cleaning(3.33CFU/mL(×10⁴)) > Shake Cleaning(1.99CFU/mL(×10⁴)) > Control(0.43CFU/mL(×10⁴))의 순으로 세척액 잔존세균을 확인하였다.(표 1)

- Control과 비교하여 Cleaning 시 각각 7.7배의 세정 효과 를 보였다.

Sample	CFU/mL(Х10⁴)(Mean±
Control	0.43±0.12^a
Shake Cleaning	1.99±0.18^b
Cleaning	3.33±0.58^c

이와 같이 초음파 세라믹 압전소자(410)와 가진버튼(130)을 통해, 필요에 따라 칫솔모부(220)를 가진시켜 칫솔모(221)를 용이하고 효과적으로 세척할 수 있다,

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 치주질환 개선 및 예방용 3파장 3색복합 전동칫솔을 통한 잇몸질환 유발원인 세균에 대한 복합광선의 In vitro 실험과 임상시험례를 상세하게 설명한다.

0. 실험 대상

- 복합 LED광선 시제품으로 표 2에서 도시된 바와 같이 광조사모듈(300) 특히, 제1, 제2 및 제3 광원부(310, 320, 330)를 사용하였다.

- 사용된 광원에서, 제1 광원소자(311)는 블루 광(B)을 조사하는 파장 대역이 430 nm에서 485 nm이고, 상기 제2 광원소자는 레드 광(R)을 조사하도록 파장 대역이 630 nm에서 680 nm이며, 상기 제3 광원소자(331)는 화이트 광(W)을 조사하도록 파장 대역이 420 nm에서 440 nm(색온도가 5000k에서 8000k)이며.

본 실시예에서는 제1, 제2 및 제3 광원부(310, 320, 330)를 통한 미리 설정되는 광출력밀도는 제 1 광원부는 15.3-20.4 mW/㎠, 제 2 LED 광원부는 9-11 mW/㎠, 제 3 광원부는 14.8-18.15 mW/㎠ 를 가지도록 마련되었다.

<잇몸질환 유발원인 세균에 대한 복합광선의 항균력 평가 실험>

1.1 실험 방법

- 복합LED광선의 항균력 평가를 위해 사용 되어진 실험균주는 잇몸질환 유발원인 세균 2종(Porphyromonas gingivalis(ATCC 33277), Aggregatibacter actinomycetemcomitans(ATCC 33384))을 American Type Culture Collection(ATCC)로부터 구입하여 사용하였다.

- Porphyromonas gingivalis(P. gingivalis)는 vitamin K1 solution과 Hemin solution이 첨가된 Tryptic Soy Broth 배지에 Anaerobic gas mixture(80% N₂-10% Co2-10% H₂)로 치환하여 Anaerobic bottle에 배양한 균주를 현미경을 이용하여 계수하였다.

- Anaerobic chamber에서 24-well을 사용하여 P. gingivalis를 10⁴~10⁵CFU/mL의 농도로 분주한 후, 복합LED광선(A, B 및 C타입)을 시간별로 조사(0초, 30초, 60초, 120초, 180초)하였다.

- 시간별 복합LED광선을 조사 후 희석한 균주를 고체배지에 분주하고, 37℃ 혐기적 조건(80% N₂-10% Co2-10% H₂)하에서 5~7일 동안 배양 후 복합LED광선 조사에 따른 잇몸질환 세균에 대한 항균력을 평가하였다.

- Aggregatibacter actinomycetemcomitans(A.actinomycetemcomitans)는 BHI(Brain Heart Infusion) Broth 배지에 배양한 균주는 분광광도계를 이용하여 660nm에서 세균현탁액의 탁도를 측정하였고, 표준곡선을 이용하여 세균수를 측정하였다.

- A. actinomycetemcomitans를 24-well plate당 10⁴~10⁵CFU/mL의 농도로 분주한 후, 복합 LED 광선을 시간별로 조사(0초, 30초, 60초, 120초, 180초)하였다.

- 시간별 복합LED광선을 조사 후 희석한 균주를 고체배지에 분주하고, 34℃, 5% CO₂가 공급되는 조건하에서 1~3일 동안 배양 후, 복합LED광선 조사에 따른 잇몸질환 세균에 대한 항균력을 평가하였다.

1.2 실험 결과

- 본 실험에서는 복합LED광선 조사시간에 따른 P. gingivalis의 세균 수를 측정하여 항균력 평가를 시행하였으며 측정결과는 표 3에 표시되어 있다.

CFU/mL(×10⁴) of P. gingivalis by LED irradiation time

Irradiation Time(sec.)	CFU/mL(Х10⁴)(Mean±
0	21.78±1.08
30	20.84±0.51
60	22.13±1.44
120	18.49±1.38
180	15.96±1.49

CFU/mL(×10⁴) of A. actinomycetemcomitansby LED irradiation time

Irradiation Time(sec.)	CFU/mL(Х10⁴)(Mean±
0	12.60±0.71
30	14.29±1.76
60	13.98±0.82
120	11.67±0.30
180	10.89±0.93

- 항균력 평가 결과 광을 조사하지 않은 비처리군과 비교하여 시제품의 120초, 180초에서 각각 15.1%, 26.7% 감소를 보였으며 유의적인 차이(p<0.05)가 났다.(표 3)

- 복합LED광선 조사시간에 따른 A. actinomycetemcomitans의 세균 수는 표 4와 같고, 비처리군과 비교하여 시제품 180초에서 13.6%로 세균이 유의적으로 감소하였다.

- 본 실험결과 P. gingivalis와 A. actinomycetemcomitans 두 균주 모두에 대해서 시제품의 복합LED광선을 180초 동안 조사한 경우 가장 높은 항균효과를 나타내었다.

- 따라서 본 발명은 잇몸질환 개선을 위한 치주질환 원인균에 대한 항균효과를 확인하였으며, 국소성 급진성 및 만성 치주질환 예방에 효과가 있다.

<치은섬유아세포[Human gingivalis fibroblast cell]에 대한 세포독성 실험>

2.1 실험 방법

- 인체잇몸유래 상피세포(HGF-1 Cell, 치근섬유아세포)을 대상으로 세포독성 정도(생존율 %)를 확인 평가하였다.

- HGF-1세포는 Dulbeco's modified eagle's medium(DMEM)에 10% FBS와 1% penicillin/streptomycin을 첨가한 배지를 이용하여 37℃온도와 5% CO₂가 공급되는 조건하에서 배양하였다.

- 복합LED광선 조사에 대한 세포독성 정도(생존율 %)는 MTT[3-(4,5-dimethylthiazole-2-yl)-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide]법으로 측정하였다.

- 24-well plate에 HGF-1세포를 1×10⁵ cells/mL 농도로 분주하여 37℃, 5% CO₂ 에서 배양한 후, 복합LED광선(A, B 및 C타입)을 시간별로 조사(0초, 30초, 60초, 120초, 180초)하였다. 조사 후, 24시간 동안 배양한 다음 MTT시약 100μL를 첨가하고 다시 4시간 동안 추가 반응을 시킨 다음 배지를 제거하고 형성된 formazan을 1 mL dimethyl sulfoxide(DMSO)로 녹여낸 뒤 570 nm에서 흡광도를 측정하였다.

- 복합LED광선 조사시간에 대한 세포독성은 복합LED광선을 조사하지 않은 세포의 흡광도 값을 기준으로 상대적인 세포 생존율로 계산하여 세포독성을 평가하였다.

- 24-well plate에 HGF-1세포를 1×10⁵ cells/mL 농도로 분주하여 37℃, 5% CO₂에서 배양한 후, 복합LED광선을 시간별로 조사(0초, 30초, 60초, 120초, 180초)하였다. 조사 후, 24시간 동안 배양한 다음 MTT시약 100μL를 첨가하고 다시 4시간 동안 추가 반응을 시킨 다음 배지를 제거하고 형성된 formazan을 1 mL dimethyl sulfoxide(DMSO)로 녹여낸 뒤 570 nm에서 흡광도를 측정하였다.

2.2 실험 결과

- 결과는 표 5와 같은데, 복합LED광선 180초 조사 시에도 높은 세포생존율(97% 이상)을 보여 복합LED광선 조사에 따른 세포독성을 확인되지 않았다.

The effect of LED light on the cell viability

Irradiation Time(sec.)	Cell viability(%)
0	100.00±0.31
30	99.53±0.93
60	98.53±1.24
120	97.77±2.00
180	97.09±2.44

<잇몸질환 유발원인 세균에 대한 복합광선의 항염증 평가 실험>

3.1 실험 방법

- 본 실험은 복합LED광선 조사에 대한 잇몸질환 개선효과 평가의 일환으로, LPS를 통하여 염증반응이 유도된 치은섬유아세포에서 복합LED 광 조사에 따른 사이토카인 함량 측정에 따른 항염증 정도(염증인자 생성 저해수준, 저해율%)를 평가하였다.

- 복합LED광선 조사에 따른 잇몸질환 악화원인 염증에 대한 항염증 효과는 염증이 유도된 치은섬유아세포(Human gingival fibroblast, HGF-1)로부터 방출되는 IL-6, IL-1β, IL-8 및 TNF-α와 같은 염증성 사이토카인 함량을 측정하여 확인하였다.

- 각 염증성 사이토카인별 ELISA kit를 이용하여 시간별 복합 LED광선 조사에 따른 염증인자 생성 저해수준(저해율 %)을 평가하였다.

- HGF-1세포는 Dulbeco's modified eagle's medium(DMEM)에 10% FBS와 1% penicillin/streptomycin을 첨가한 배지를 이용하여 37℃, 5% CO₂가 공급되는 조건하에서 배양하였다.

- 24-well plate에 HGF-1세포를 1×10⁵ cells/mL 농도로 분주하여 37℃, 5% CO₂에서 24시간 배양한 후, 염증반응 유발을 위하여 P. gingivalis-Lipopolysaccharide(PG-LPS) 10μg/mL를 처리하고, 복합LED광선(A, B 및 C타입)을 시간별로 조사(0초, 30초, 60초, 120초, 180초)하여 추가 배양하였다.

- 항염증 효과 평가는 ELISA kit manual에 따라 수행하였으며, 복합LED광선 조사시간별 샘플은 세포 상층액을 시료로 사용하여 사이토카인 함량을 산출하여 항염증 효과를 평가하였다.

3.2 실험 결과

- IL-6에 대한 항염증 효과는 염증반응을 유도시키고 광을 조사하지 않은 비처리군과 비교하여, 동일한 시간으로 복합LED광선 조사 시 각각 4.13%, 4.73%의 염증인자 생성 저해를 보였다.(표 6)

The effect of LED light on p. gingivalis lipopolysaccharide(LPS) induced interleukine(IL)-6 in human gingival fibroblast

Irradiation Time(sec.)	Concentration(pg/mL)
0	14.70±2.08
30	11.20±1.80
60	10.63±1.22
120	10.57±1.87
180	9.97±2.43

- IL-1β 염증성 사이토카인의 생성은 복합LED광선 조사 비처리군과 비교하여, 3차 시제품의 경우 120초와 180초에서 각각 9.77%, 12.06%로 유의적인 염증인자 저해율을 보였다.(p<0.05) (표 7)

The effect of LED light on p. gingivalis lipopolysaccharide(LPS) induced interleukine(IL)-1β in human gingival fibroblast

Irradiation Time(sec.)	Concentration(pg/mL)
0	43.40±0.38
30	39.78±3.49
60	34.21±3.88
120	33.63±2.40
180	31.34±1.57

- 복합LED광선 조사에 따른 IL-8 염증인자 생성 정도는 복합LED광을 조사하지 않은 비처리군 대비 120초, 180초 광조사에서 각각 1.49%, 1.98%의 감소하였다.(표 8)

The effect of LED light on p. gingivalis lipopolysaccharide(LPS) induced interleukine(IL)-8 in human gingival fibroblast

Irradiation Time(sec.)	Concentration(pg/mL)
0	14.82±0.92
30	13.79±1.26
60	13.38±0.61
120	13.33±1.17
180	12.84±0.95

- TNF-α의 경우, 복합LED광선 조사에 따른 광을 조사하지 않은 비처리군과 비교하여, 120초 및 180초를 조사하였을 때 각각 7.56% 및 8.62%로 TNF-α 생성의 유의적인 억제를 보임(p<0.05)(표 9)

The effect of LED light on p. gingivalis lipopolysaccharide(LPS) induced tumor necrosis factor(TNF)-α in human gingival fibroblast

Irradiation Time(sec.)	Concentration(pg/mL)
0	25.46±3.21
30	21.38±2.97
60	19.40±3.15
120	17.90±2.28
180	16.84±2.90

- 자체적으로 수행한 항염증 효과 결과를 종합해보면, 염증이 유도된 치은섬유아세포(Human gingival fibroblast)에 복합광선LED를 조사하여 염증인자 생성 저해가 효과적으로 이루어지는 염증성 사이토카인은 TNF-α이었으며,

- 복합LED광선 조사에 따른 TNF-α 생성 저해수준은 통계적 유의성을 보이며 감소함을 확인하였으며(p<0.01), TNF-α 함량이 측정되지 않았다

<BOMP, GI, QHI, O' Leary 검사>

4.1 실험 방법

- 본 실험은 LED를 동반한 전동칫솔을 통한 구강위생환경이 향상되고 염증수치가 개선되는지 여부를 평가하였다.

- 이번 실험은 실험군 25명, 대조군 25명을 포함한 총 50명을 대상으로 6주간 진행되었다. 피 실험자 모집 시 성별, 연령에 무관하게 최소 20개 자연치아를 가진 자를 선별하였다. 단, 흡연자는 시험대상에서 제외되었고 screening을 통해 치은염 증상이 존재하는 사람을 선별하기 위해 Turesky-Quigley-Hein Plaque 지수(QHI)의 평균값이 1.5이상인 자와 Bleeding on Marginal Probing의 평균값이 1.5이상인 자에 한해 실험하였다.

- Screening test 후 2주가 경과하고 baseline을 기준으로 각각 제공받은 LED 전동칫솔을 사용하였고, 3주째, 6주째 병원에 내원하여 BOMP, GI, QHI, O'Leary 검사를 시행하였다.

- Ramfjord 치아(16,21,24,36,41,44)만을 측정대상으로 하고 치아상실, 수복물 및 GUM restoration 등의 사유로 측정 불가능할 시 16->17, 21->11, 24->25, 36->37, 41->31, 44->45 치아를 측정하며 O'Leary 검사는 전체 치아를 대상으로 하였다.

- 검사 시행 12시간전부터 구강위생활동이 4시간전부터 식, 음료 섭취가 금지

- 사용된 광원에서, 제1 광원부는 블루 광(B)을 조사하는 파장 대역이 430 nm에서 485 nm이고, 상기 제2 광원부는 레드 광(R)을 조사하도록 파장 대역이 630 nm에서 680 nm이며, 상기 제3 광원부는 화이트 광(W)을 조사하도록 파장 대역이 420 nm에서 440 nm(색온도가 5000k에서 8000k)이며.

이러한 3가지 종류의 가시광선 특히, 제1, 제2 및 제3 광원부(310,320,330)를 복합시켜 미리 설정된 크기 이상의 광출력밀도를 확보할 수 있다. 본 실시예에서는 제1, 제2 및 제3 광원부(310,320,330)를 통한 미리 설정되는 광출력밀도는 제 1 광원부는 15.3-20.4 mW/㎠, 제 2 광원부는 9-11 mW/㎠, 제 3 광원부는 14.8-18.15 mW/㎠ 를 가지도록 마련되었다.

4.2 실험 결과

BOMP score (Bleeding on Marginal Probing)

- 치주탐침에 의해 probing 후 30초 이내의 출혈이 있는 잇몸의 단위 수 (gingival unit)를 0, 1, 2로 점수화한다. 이때 출혈이 없으면 0, 찔린 상처(pin prick)만 있는 경우 1, 과출혈이 있는 경우 2로 점수화한다. Baseline의 BOMP 평균값은 실험군 1.65±0.06 대조군 1.65±0.06이다. 각 군에서 3주, 6주의 평균값은 표 9에 제시하였다. 그룹내에서 3주 후, 6주 후 시간경과에 따른 감소 값은 각각 p<0.0001이하로 유의미한 값을 가진다. 그룹간의 비교에서는 3주차에서 두 그룹간의 차이는 존재하지만 p>0.05로 통계적으로 의미가 없지만 6주차에서 두 그룹간의 차이는 p<0.0005로 통계적으로 의미가 존재 한다.

Table 10. Mean values of the BOMP(Bleeding on Marginal Probing)

BOMP	Experimental	Placebo
Baseline	1.65±0.06	1.65±0.06
Week 3	1.31±0.12	1.42±0.12
Week 6	0.82±0.11	1.06±0.12

QHI

-치아와 인접 치은은 compressed air를 이용하여 가볍게 건조시키고, 각각의 치아는 다음의 측정기준에 의하여 점수화 된다. (0=플라그가 전혀 없음, 1=치아주변 틈에 플라그가 분리된 작은조각(파편) 형태로 분포, 2=치아주변 틈에 플라그가 이어진 가는 선(1mm이상) 형태로 분포, 3=플라그가 1mm보다 넓은 선 형태로 분포하나, 치관의 1/3이하만 분포, 4=플라그가 치관의 1/3이상 2/3이하만 분포, 5=플라그가 치관의 2/3 또는 그 이상 분포) 본 실험에서 Baseline의 QHI 평균값은 실험군 2.25±0.22 대조군 2.30±0.20 이다. 각 군에서 3주, 6주의 평균값은 표 11에 제시하였다. 그룹 내에서 3주 후, 6주 후 시간경과에 따른 감소 값은 실험군과 대조군 각각 p<0.0001이하로 유의미한 값 을 가진다. 그룹간의 비교에서는 3주차, 6주차 모두에서 두 그룹간의 차이는 존재하지만 p>0.05로 통계적으로 의미가 존재하지 않는다.

Table 11. Mean values of the QHI

QHI	Experimental	Placebo
Baseline	2.25±0.22	2.30±0.20
Week 3	1.95±0.19	2.01±0.22
Week 6	1.53±0.19	1.67±0.19

GI (Gingival Index)

- L

e-silness gingival index (GI)로 치아 주위조직을 협면 변연부, 근심협면, 원심협면, 설면으로 나누어 각 주위의 치은염증을 관찰한다. 정상치은으로 간주되면 0, 경미하게 치은색이 변하거나 약간의 부종이 있으면 1(단, 치주탐침에 의한 bleeding없어야 함), 발적, 부종, 치주탐침에 의한 bleeding 있을 경우 2, 심한발적과 부종, 궤양, 자발적 출혈이 있으면 3으로 점수화한다. . Baseline의 GI 평균값은 실험군 1.63±0.09 대조군 2.30±0.20이다. 각 군에서 3주, 6주의 평균값은 표 12에 제시하였다. 그룹내에서 3주 후, 6주 후 시간경과에 따른 감소 값은 각각 p<0.0001이하로 유의미한 값을 가진다. 그룹간의 비교에서는 3주차에서 두 그룹간의 차이는 존재하지만 p>0.05로 통계적으로 의미가 없지만 6주차에서 두 그룹간의 차이는 p<0.0005로 통계적으로 의미가 존재 한다.

Table 12. Mean values of the GI(Gingival Index)

GI	Experimental	Placebo
Baseline	1.63±0.09	2.30±0.20
Week 3	1.44±0.13	1.50±0.12
Week 6	0.95±0.15	1.21±0.13

O'Leary Index

- 착색제를 적용 후 치면을 근심, 원심, 협면, 설면의 네 부분으로 나누어 측정 후 착색된 치면의수를 검사 치면의 수 합으로 나누어 백분율을 구한다. Baseline의 O'Leary 평균값은 실험군 69.58±6.64 대조군 72.06±7.00이다. 각 군에서 3주, 6주의 평균값은 표 13에 제시하였다. 그룹 내에서 3주 후, 6주 후 시간경과에 따른 감소 값은 실험군과 대조군 각각 p<0.0001이하로 유의미한 값 을 가진다. 그룹간의 비교에서는 3주차, 6주차 모두에서 두 그룹간의 차이는 존재하지만 p>0.05로 통계적 의미가 존재하지 않는다.

Table 13. Mean values of the O'Leary Index

O'Leary	Experimental	Placebo
Baseline	69.58±6.64	72.06±7.00
Week 3	63.48±5.56	66.35±6.76
Week 6	54.42±5.79	59.36±7.38

- BOMP는 염증성 출혈을 측정하는 척도로 실험군, 대조군 모두에서 통계적으로 유의미한 정도로 감소하였다. 이는 전동칫솔 단독 및 LED 동반한 전동칫솔 사용에 따른 구강 내 염증수치의 개선을 시사한다. LED의 영향을 살펴보기 위해서 시간 경과에 따른 그룹간의 비교를 살펴보면 3주차는 차이가 존재하지만 유의미한 수치는 아니며 6주차에는 통계적으로 유의미한 차이가 난다. LED에 따른 구강 내 염증의 완화는 3주차에서는 영향이 미미하며 6주차에는 상당한 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.- GI 또한 치은염증을 관찰하는 지수로 치은의 색조, 부종, 출혈을 함께 평가하는 척도로 실험군, 대조군 모두에서 통계적으로 유의미한 정도로 감소하였다. 이는 마찬가지로 전동칫솔 단독 및 LED 동반한 전동칫솔 사용에 따른 구강 내 염증수치의 개선을 시사한다. LED의 영향을 살펴보기 위해서 시간 경과에 따른 그룹간의 비교를 살펴보면 3주차는 차이가 존재하지만 유의미한 수치는 아니며 6주차에는 통계적으로 유의미한 차이가 난다.

- QHI 와 O'Leary index는 disclosing agent에 의한 염색에 의해 치태를 검사하는 지수로 그룹내에서는 시간이 경과함에 따라 유의미하게 감소하였지만 그룹간의 비교에서는 3주, 6주 모두에서 유의미한 차이를 보이지는 않는다.

- 종합적으로, 실험군과 대조군에서 모든 검사항목에 대해서 감소경향을 보이는 것은 LED를 동반한 전동칫솔으로 상당한 구강위생환경을 향상시키고 염증수치를 완화시킨다는 것을 의미한다. 다만, 칫솔 사용법에 따른 교육과 병원 내원 시마다 disclosing agent 염색을 통한 T.B.I. 가 구강위생상태가 향상될 수 있음을 고려해야 한다. 또한, 모든 피시험자를 모든 상황에서 통제할 수 없는 한계점을 고려하여 좀더 정밀한 임상연구가 필요할 것으로 사료된다.

이와 같은 구성을 통해, 제1, 2 및 제3 광원부(310, 320, 330)가 조사하는 가시광선 영역대의 파장을 이용하여 세포 독성이 미연에 방지되어 정상세포에 가해지는 부작용이 최소화될 수 있다.

또한, 3가지 종류의 광원을 보강간섭 파장으로 복합시켜 미리 설정된 크기 이상의 광출력밀도가 확보될 수 있어 여러 가지 구강세균의 박멸이나 예방에 도움이 될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 : 칫솔몸체부 110 : 몸체케이싱
120 : 전원스위치 130 : 가진버튼
140 : 충전거치대 200 : 헤드케이싱
300 : 광조사모듈
310 : 제1 광원부 320 : 제2 광원부
330 : 제3 광원부 340 : PCB보드
400 : 가진부재 410 : 초음파 세라믹 압전소자

Claims

헤드케이싱(200); 및
상기 헤드케이싱과 일체로 형성되는 몸체케이싱(110);
을 포함하고,
상기 헤드케이싱(200)에 융착되는 연결몸체(223);
지지판(222) 및 상기 지지판에 배치되는 칫솔모(221)를 포함하는 칫솔모부(220);
상기 칫솔모부(220)에 인접하게 배치되는 광조사모듈(300); 및
상기 칫솔모부(220)를 가진시키는 가진부재(400);
를 더 포함하고,
상기 헤드케이싱(200)과 상기 연결몸체(223)의 사이에는 수용공간이 마련되고,
상기 가진부재(400)는 상기 수용공간에 배치되는 부분을 포함하고,
상기 연결몸체(223)는 상기 수용공간을 향해 함몰된 함몰부를 포함하고,
상기 지지판(222)은 상기 연결몸체(223)의 상기 함몰부에 삽입되는 부분을 포함하고,
상기 광조사모듈(300)은 파장 대역이 서로 다른 제 1 광원부(310), 제 2 광원부(320) 및 제 3 광원부(330)를 포함하고,
상기 연결몸체(223), 상기 칫솔모부(220), 상기 가진부재(400), 상기 제 1 광원부(310), 상기 제 2 광원부(320) 및 상기 제 3 광원부(330)는 상기 헤드케이싱(200)에 대응되고,
상기 제 1 광원부(310), 상기 제 2 광원부(320) 및 상기 제 3 광원부(330)는 상기 광조사모듈(300)의 광원이 간섭되지 않도록, 상기 지지판(222)에 인접된 위치의 상기 헤드케이싱(200)에 마련되고,
상기 몸체케이싱(110)에 배치되는 전원스위치(120), 전원공급부 및 전원 공급라인을 더 포함하고,
상기 제 1 광원부(310)는 상기 칫솔모부(220)를 전면에서 볼 때 좌측 및 우측 상단에 1쌍으로 마련되고, 파장 대역이 430-485nm인 블루 광(B)을 조사하고, 광출력밀도는 15.3-20.4mW/㎠ 이고,
상기 제 2 광원부(320)는 상기 칫솔모부(220)를 전면에서 볼 때 좌측 하단에 마련되고, 파장 대역이 630-680nm인 레드 광(R)을 조사하고, 광출력밀도는 9-11mW/㎠이고,
상기 제 3 광원부(330)는 상기 칫솔모부(220)를 전면에서 볼 때 우측 하단에 마련되고, 파장 대역이 420-440nm인 화이트 광(W)을 조사하고, 광출력밀도는 14.8-18.15mW/㎠이고,
상기 전원공급부로부터 상기 광조사모듈(300) 및 가진부재(400)로의 전원 공급은 FPCB케이블에 의해 이루어지고,
상기 FPCB케이블은 상기 광조사모듈(300) 또는 가진부재(400)에 고정설치되고, 상기 몸체케이싱(110)에 설치된 인쇄회로기판의 커넥터에 착탈가능하게 접속되는 것을 특징으로 하는 3색 LED 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 칫솔모부(220)는 상기 연결몸체(223)로부터 착탈가능하고,
상기 칫솔모(221)는 상기 지지판(222)에 세로방향으로 3줄로 나란하게 배열되는 것을 특징으로 하는 3색 LED 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1, 2, 3 광원부(310, 320, 330)에 전기적으로 연결되는 PCB보드(340)를 더 포함하고,
상기 PCB보드(340)는 상기 수용공간에 배치되고,
상기 가진부재(400)는 상기 수용공간 내에서 수직방향(Vertical Direction)으로 상기 PCB보드(340)와 상기 연결몸체(223)의 사이에 위치하는 부분을 포함하고,
상기 가진부재(400)는 상기 수용공간 내에서 상기 수직방향과 교차하는 수평방향(Horizontal Direction)으로 두 개의 상기 제 1 광원부(310)의 사이에 위치하는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 3색 LED 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 가진부재(400)는 상기 칫솔모부(220)를 가진시키는 초음파 세라믹 압전소자(410)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3색 LED 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 헤드케이싱(200)은
상기 수직방향으로 연장되는 제 1 수직부분;
상기 수직방향으로 연장되고 상기 수평방향으로 상기 제 1 수직부분과 이격되어 배치되는 제 2 수직부분; 및
상기 제 1 수직부분의 일측 끝단과 상기 제 2 수직부분의 일측 끝단을 연결하는 수평부분;
을 포함하고,
두 개의 상기 제 1 광원부(310) 중 하나의 제 1 광원부(310)는 상기 수평방향으로 상기 제 1 수직부분과 상기 칫솔모(221)의 사이 영역에 대응되고,
두 개의 상기 제 1 광원부(310) 중 다른 하나의 제 1 광원부(310)는 상기 수평방향으로 상기 제 2 수직부분과 상기 칫솔모(221)의 사이 영역에 대응되고,
상기 수평방향으로 두 개의 상기 제 1 광원부(310) 사이의 간격은 상기 수평방향으로 상기 지지판(222)에서 칫솔모(221)가 배치되는 영역의 폭보다 더 큰 것을 특징으로 하는 3색 LED 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템.
제 1 항에 있어서,
칫솔몸체부(100)의 하단에 마련되는 충전거치대(140)를 더 포함하고,
상기 충전거치대(140)를 통해 상기 전원공급부에 전기를 공급하는 것을 특징으로 하는 3색 LED 복합광선 구현을 통한 치주질환 개선 및 예방용 전동칫솔 시스템.