KR20060032589A - 광-활성화 살균 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 활성화 살균에 관한 것이다. 특히 본 발명은 구강내의 광 활성화 살균에 관한 것이다. 본 치아 장치는 예비결정된 파장 및 전력에서 광을 생성하는 광원과 상기 광원으로부터의 광을 하나 이상의 치아 외측으로 향하게 하는 광 전송 수단을 포함한다. 바람직하게는, 상기 광 전송 수단은 하나 이상의 광 가이드를 포함한다. 양호한 실시예에서, 광 전송 수단은 한 쌍의 실질적으로 평행한 신장된 광 가이드를 포함하는 바, 각각의 광 가이드는 광 가이드를 따라 광 전송의 방향에 대해 45°경사의 반사 표면이 제공된 말단부를 가지며, 광 가이드의 반사 표면은 마주보고 있어 각각의 광 가이드로부터 방출된 광은 평행이나 반대방향이다. 바람직하게 광원은 발광 다이오드 또는 발광 다이오드의 어레이를 포함하며, 광은 550nm 내지 690nm, 더 바람직하게는 600nm 내지 680nm, 더더욱 바람직하게는 625nm 내지 660nm의 파장을 갖는다.

Description

광-활성화 살균{PHOTO-ACTIVATED DISINFECTION}

본 발명은 광-활성화 살균에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 구강 광-활성화 살균에 관한 것이다.

EP 637 976은 레이저 광 조사에 의해 다수의 구강 질환에 관여하는 병원균을 치사시키는 광민감성 화합물의 용도를 개시한다. 상기 방법은 치료부위에 접근, 상처 조직 또는 병변에 광민감성 조성물의 접촉 및 광민감성 조성물에 의해 흡수된 파장에서 레이저 광으로 조직, 상처 또는 병변에 조사하는 것을 포함한다.

예를들면, 이 방법은 충치를 치료하기 위한 최소한의 침윤성 방법 및 장치를 개시하는 조기 특허 출원 WO00/62701에서 또한 개시되었다. 충치 병변의 부위에 대해 치아의 바깥 표면으로부터 소형 터널이 제조된다. 상기 충치 상아질은 이어, EP 637 976에 개시된 것과 같은 광 과민성 조성물로 접종된다. 섬유의 근위부는 레이저-광 발생기에 결합된다. 섬유의 말단 팁은 충치의 전체 주위에 광이 퍼지도록 하는 형태로 만들어진다. 광민감성 조성물로서, 본 발명자들은 약 100mW의 전력 및 635nm의 파장에서 레이저 광에 의한 활성화를 필요로 하는 톨루이딘 블루 O(TBO)의 사용을 선호한다.

이 방법은 매우 효과적인 것으로 밝혀졌다. 그러나, 적절한 레이저 광원은 고가이며 상기 광이 치료부위에 가까이 전송될 것을 요건으로 한다. 이러한 이점을 간직하고 본 발명을 고안하였다.

본 발명의 한 요지로서, 본 발명은 예비결정된 파장 및 전력에서 광을 생성하는 광원과 상기 광원으로부터의 광을 하나 이상의 치아 외측으로 향하게 하는 광 전송 수단을 포함하는 치아 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 광 전송 수단은 하나 이상의 광 가이드를 포함한다.

더 바람직하게는, 상기 광 전송 수단은 두개의 치아 외측으로 광을 향하게 하는 한 쌍의 광 가이드를 포함한다.

두개의 외측 표면으로 노출을 제공하는 경우, 각각의 광 가이드는 각각의 광원으로부터 광을 받는다. 그러나, 다른 구체예로서, 다수 표면을 조사하기 위해 상기 장치는 광원으로부터의 광을 다수의 광 가이드로 분배하기 위한 수단과 함께 단일 광원을 포함한다.

바람직한 구체예로서, 상기 광 전송 수단은 한 쌍의 실질적으로 평행한 신장된 광 가이드를 포함하는 바, 각각의 광 가이드는 광 가이드를 따라 광 전송의 방향에 대해 45°경사의 반사 표면이 제공된 말단부를 가지며, 광 가이드의 반사 표면은 마주보고 있어 각각의 광 가이드로부터 방출된 광은 평행이나 반대방향이다.

적절하게는, 상기 광원은 여과된 백색 광원이다. 바람직하게는, 상기 광원은 발광 다이오드 또는 발광 다이오드의 어레이이다. 바람직하게는, 상기 광은 550nm 내지 690nm, 더 바람직하게는 600nm 내지 680nm, 더더욱 바람직하게는 625nm 내지 660nm의 파장을 갖는다.

한 구체예로서, 상기 장치는 보조 광원 및 각각의 보조 광 전송 수단을 또한 포함한다; 상기 보조 광 전송 수단은 치아 공동내로 들어가기 위한 모양 및 크기를 갖는다.

본 발명은 구강 또는 구강의 상처 또는 병변을 살균하는 방법을 또한 제공하며, 상기 방법은 조직, 상처 또는 병변을 광민감성 조성물로 접촉하는 단계와, 상기 광민감성 조성물에 의해 흡수된 파장에서 광에 의해 상기 조직, 상처 또는 병변을 조사하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 상기 광원이 발광 다이오드 또는 발광 다이오드의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 조직, 상처 또는 병변은 상술한 장치를 사용하여 조사된다.

바람직하게는, 상기 광민감성 조성물은 톨루이딘 블루 O, 메틸렌 블루, 디메틸렌 블루 또는 아주레 블루 클로라이드로부터 선택되는 하나 이상의 광민감제를 포함한다. 바람직하게 광민감제는 톨루이딘 블루 O이다. 더 바람직하게는, 상기 광민감제는 순도 및 이성체 비율이 유지되는 TBO의 약제학적 등급인‘톨로늄 클로라이드’형태의 톨루이딘 블루 O이다.

바람직하게는, 상기 광은 550nm 내지 690nm, 더 바람직하게는 600nm 내지 680nm, 더더욱 바람직하게는 625nm 내지 660nm의 파장을 갖는다. 가장 바람직하게는, 상기 파장은 약 660nm 또는 약 625nm이다.

바람직하게는, 광민감제의 농도는 1 내지 200㎍/ml의 범위이다.

본 발명의 상술 및 다른 특징을 첨부 도면을 참고로 더욱 상세히 설명할 것이다.

도 1은 흡수 에너지 밀도의 계산에 사용된 모델의 개략도.

도 2는 WO00/62701의 종래 방법 및 장치의 도면.

도 3은 본 발명에 따른 장치의 도면.

도 4는 본 발명의 장치의 사용으로 박테리아 치사를 도시하는 챠트.

본 발명에서, 발광 다이오드(LED)가 콤팩트한 저가 광원으로서 이용할 수 있기 때문에 발광 다이오드를 사용하고자 한다. 발광 다이오드는 실질적인 출력으로 600 이상의 개별 LED를 포함하는 다중 어레이로서 이용할 수 있다. 이런 소자의 출력 파장 연장은 레이저의 것에서와 같이 거의 좁지는 않지만, 여전히 치아의 경질 및 연질 조직 이식에서 변화 또는 톨루이딘 블루 O(TBO)의 흡수 프로화일과 같은 중요한 어느 다른 매개변수보다 실질적으로 더 좁다.

본 발명을 광민감제 조성물로서 TBO 솔루션을 사용하는 것에 대해서 설명하겠다. 그러나, 여기에서 설명된 원리는 다른 광민감제 조성물에 동일하게 적용할 수 있다.

톨로늄 클로라이드의 농도는 특정 분야와 선택된 파장에 좌우된다. 최적으로 는 12㎍/ml의 충치에 대해서 635nm 농도로 결정된다. 장파장과 다른 분야, 특히 생체내 희석(in vivo dilution)이 일어날 수 있는 치주 질환은 보다 큰 농도를 필요로 하며, 반면에, 단파장은 줄어든 농도를 필요로 할 수 있다. 그러므로 바람직하게, 농도는 전체 범위를 1과 200㎍/ml내에 있어야 한다.

전원 파장과 TBO 흡수 곡선의 최대값을 일치시키기를 원하면, 종래 기술내의 솔루션을 활성하는데 사용된 레이저용 635nm을 선택한다. 이는 전원으로부터 필요한 전력을 최소화하는데 사용되어지는 종래의 공지기술이다. 본 발명에서는, 660nm 범위의 장파장이든지 또는 625nm 범위의 단파장을 선택한다. 660nm의 장파장에서는, TBO의 특정 농도는 635nm에서의 흡수 계수의 약 1/3의 흡수 계수를 가진다. 이런 파장을 선택하는 주 이유는 고전력 소자의 이용성이다. 두번째 이유(장점)는 치아 경질 조직에서의 이식을 개선시키고(약 5-10% 증가), 특히 중요한 것은 치주 질환의 치료에서 검(gum)의 높은 혈관의 연질 조직의 이식을 개선시킨다(약 20-25% 증가).

약 620nm의 변경의 단파장은 톨로늄 클로라이드의 흡수에서의 제 2최대값으로 일치하는데 사용되고 제 2최대값은 정상 조직 이식이 주요 요소가 아닌 피부 질환의 치료에 특정 값일 수 있다. 보다 큰 전력 소자를 추가하면 단파장 밴드내에서 이용가능하다.

실험실 연구는 예상해던 바와 같이, 최적의 TBO 농도를 사용할 때에 높은 박테리아 치사를 달성하는 것은 에너지에 좌우됨을 설명하고 있다. 즉, 치사율은 한정된 기간동안 절달된 전력에 의해 나타난 흡수 에너지에 관련해서 선형을 이룬다. 직접 연구를 하지 않아도, 발광기의 크기 및 형상과 치료 영역의 기하학적 형상의 알려진 지식으로, 임계 매개변수, 즉 흡수 에너지 밀도(AED)를 평가할 수 있다. 즉, 원통형 발광기를 통해 전송된 635nm 광으로 치근관에서 99.9% 치사율을 달성하는 AED를 알 수 있다.

또한, TBO의 최적의 농도가 설명되어 있다. 농도가 최적값을 지나서 증가하면 효능의 감소를 생각할 수 있으며, 이는 농도 증가와 더불어서 치료 영역을 통해서 광 전송을 제한하는 흡수율이 증가하기 때문이다.

이러한 지식정보로, 본 발명에서 직면한 상황을 추정할 수 있는 계산을 할 수 있다.

도 1은 WO00/62701에 기술한 장치에서의 흡수 에너지 밀도의 간단한 계산에 사용하는 모델의 개략도이다. 광은 레이저(도시 생략)로부터 광섬유(10)를 통해 발광기(11)까지 전송된다. 치아는 도면부호 12로 표시되어 있으며, 여기에 치근관(13)이 파여져 있다. 발광기(11)는 준비된 치근관(13)의 크기와 대략적으로 일치하는 원통형이다. 치근관(13)의 평균 직경은 0.8mm이고 길이는 약 15mm이다. 그러므로, 치료 영역은 다음과 같다:

영역 = πdL=0.4cm²

100mW 전력과 120 S 노광과, 치근관의 내측 표면상에 TBO를 사용하는 이런 기하학 형상에서의 고치사율은 달성된다. 그러므로, 전송된 전체 에너지는 다음과 같다:

전송된 에너지(635nm에서) = 전력 ×시간

= 0.1 ×120

= 12Joules

그리고 나서, AED는 노출된 영역위에 전송된 에너지이거나:

AED= 12J/cm²

635nm에서의 1/3 값의 TBO 흡수율인 약 660nm의 파장까지 이동하면, 유사한 효능을 위해서 다른 모든 매개변수가 동일하게 남아 있으면, ADE를 90J/cm²까지 세배로 해야 한다. 그러나, 저 흡수율을 가지는 파장에서 작동하는 것이 TBO 농도에서의 발란싱 증가(balancing increase)를 허용하는 것을 예상할 수 있다. 이런 변화가 일어나면, AED(670)는 AED(635)와 매우 동일하게 된다. 이것이 추구될 수 있는 하나의 기본과정일지라도, 이것이 바람직하지만, 받드시 필요하지는 않다. 기본적으로, 누구나 치료 지속시간을 증가시킴으로써 항상 전송된 양을 달성할 수 있다. 30J/cm²에서 AED를 확실하게 유지하는 것이 시술자의 관점에서 보다 양호하다.

요약하면, 본 발명의 연구로부터, 약 660nm의 파장이 635nm 대신에 사용될 수 있으며, TBO 농도의 조정으로 동일한 AED를 유지할 수 있음을 알 수 있다.

AED를 결정하는 실험실 연구는 샘플 벡테륨"Streptococcus Mutans"의 플랑크톤 솔루션내에서 이루어진다. 이들은 635nm, AED가 사실상 위에서 계산된 것보다 적고 7 내지 8 승배의 매우 효율적인 치사율을 15J/cm²에서 달성할 수 있음을 가르 킨다. 또한 경험으로 민감제 흡수가 효능을 제한하지 않는 박막층에 대해서는, AED가 민감제 농도를 증가함에도 감소되지 않는다는 것을 입증한다. 예비 결과의 요약은 도 4의 그래프에 도시되어 있다. 도 4의 그래프는 톨루늄 클로라이드의 3개의 개별 농도(10과 50㎍/ml)에 대한 박테리아 치사율(배수)를 나타낸다. 모든 경우에 에너지 량은 15J/cm²이다.

WO00/62701에 의한 방법은 치료 부위 즉 충치 병변(15)과 가까이 접촉하고 있는 등방성 발광기(14)를 구비한다. 상기 방법은 병변(15) "내에서" 부터의 치료로 보여진다. TBO의 앞선 인가는 원인성 박테리아가 있는 잔여 조직이 취해지는 것을 보장한다. 도 2는 내부 표면으로부터 방사 거리의 함수로서 TBO 및 광도(light intensity)의 분포와 함께 충치 병변 모델을 사용하는 상기 상황을 개략적으로 도시한다. 치과 의사는 표준 사이즈로 치근을 준비하기 때문에 AED의 계산은 근관 모델을 사용하고 이로써 계산이 보다 용이해진다. 다소 소형의 평균 AED는 보다 단축된 노출 시간을 사용하여 임상 효능의 검증에 의해 증명된 바와 같이 충치 모델에 적용된다.

도 2로부터, 비록 명백히 임상적으로 효능이 있더라도 "내부 노출부"가 한가지 특징 즉 국부적 광도 및 TBO 농도의 동시 적용을 경험한다. 따라서 병변 외부로부터의 조사인 본 발명에서 기술된 기본과정에서는 명백한 이점이 있게 되는데, 이는 광도 및 TBO 농도의 제조에 보다 균일한 값을 주기 때문이다. 이는 효과적으로 소독될 수 있는 부분적으로 감염된 조직의 깊이를 실질적으로 증가시킨다.

마지막으로, 치아의 중심에 위치된 병변에서 AED를 달성하기 위해 외부에서 치아로 요구되는 전력을 계산한다. 본 발명에 따른 광 전송 장치의 실시예가 도 3에 도시된다. 상기 도면은 또한 노출된 치아를 도시하여 필요한 계산을 용이하게 한다.

두개의 LED 어레이(20)로부터의 광은 임의의 적절한 단면의, 전형적으로 사각형, 정방형 또는 원형의 두개의 개별 광 가이드의 대략 단부에서 직접 커플링된다. 상기 광 가이드는 전형적으로 유리이고 내부 치수는 약 5mm인 것이 적절하고, LED로부터의 방사 영역과 가까이 매칭한다. 말단부(distal end)에서, 45°의 반사성 또는 미러형 표면(22)이 제공되어 광이 실질적으로 각 가이드의 일측에서 방사된다. 두개의 가이드(21)는 사용시 치아(23)의 일측에 위치된다.

방사된 광은 치아(23)로 유입되고 광선(24)이 전송되고 분배(산란)되어 중심에 도달한다. 산란 계수는 약 660nm에서 흡수 계수에 우위이고 따라서 병변(25)에서 관측자는 본질적으로 모든 방향으로부터 광을 보게 된다. 내부 에너지 밀도의 계산은 복잡하나 병변 위치에서 치아를 "제거"하고 확장된 빔 영역을 계산함으로써 순수 산란을 가정하여 간단한 예측이 이뤄질 수 있다.

그러므로, 중심에 병변이 있는 10mm 직경의 대형 치아의 경우 각 방사 표면은 병변으로부터 5mm이고, 병변에서 2.25㎠의 효과적인 조사 영역을 갖게 된다. 따라서, 30J/㎠가 요구되는 최대 예측되는 AED를 달성하기 위해 전체 67.5J 의 전송이 요구된다. 흡수로 인해 치아를 관통하는 75%의 전송의 감소는 광 가이드 당 약 280J 또는 140J 로 상기 치수를 증가시킨다. 최대 120초 조사 유지는 약 1와트의 광 전력과 동등하고, 수치는 상용 LED 어레이에서 사용가능하다.

표면 충치의 치료에 필요한 것을 초과하지 않음이 명백하다. 따라서, 본 발명은 약 625nm 또는 660nm를 사용하는 경우 보다 편안하고 적절한 시스템을 또한 제공한다.

치주 질환을 효과적으로 치료하기 위해, 상기 장치는 도 3에 도시된 장치로 확장될 수 있다. 사각형의 일 치수가 0.5mm로 감소된 가이드 테이퍼를 사용함으로써 치주낭으로 직접 삽입하는 것이 가능하다. 660nm의 파장에서 연질 조직을 관통하는 합리적인 전송이 달성되는 경우, 상기 낭의 외부로부터의 조사가 또한 가능하다. 또한 (종래 기술의 점원과 달리) 넓은 영역 전송 양식의 경우에도 이점이 된다.

치근관을 효과적으로 치료하기 위해 도 3에 도시된 장치와 함께 테이퍼로 소형 직경 파이버에 커플링된 제3의 소형 LED가 결합된 전송 시스템이 요구된다. 상기 시스템은 본래상으로는 효과적이지 않으나, 외부 조사가 덜 효과적인 치근관의 정점에 광을 전송한다.

광-활성 박테리아 치사의 방법이 실현되는 새로운 수단이 제안되었다. 상기 새로운 수단은 신규하고 종래의 기술과 전혀 다른 물리적 접근법을 포함한다.

세가지 구별되는 신규한 특징은 다음과 같다:

i. 레이저보다 필터링된 백색 광원 또는 LED(Light Emitting Diode) 광원을 사용한다. 질병 표면에 대해 약 660nm의 장파장을 사용함으로써 상아질 및 에나멜을 통한 전송을 개선하고 약 625nm의 단파장을 사용함으로써 고전력 장치를 이용하 는 것이 가능하다.

ii. 광을 외부에서 치아로 인가하여 소형 직경의 파이버로 커플링할 필요성을 회피한다.

iii. 민감제의 농도를 (최대 200㎍/ml) 증가함으로써 보다 장파장의 조사 및 생체 내에서의 상당한 희석이 발생할 수 있는 분야에서 사용이 가능하다.

Claims (12)

1. 예비결정된 파장 및 전력에서 광을 생성하는 광원과, 사용시 상기 광원으로부터의 광을 하나 이상의 치아 외측으로 향하게 하는 광 전송 수단을 포함하는 치아 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광원은 발광 다이오드 또는 발광 다이오드들의 어레이를 포함하는 치아 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 광은 550nm 내지 690nm, 더 바람직하게는 600nm 내지 680nm, 더더욱 바람직하게는 625nm 내지 660nm의 파장을 갖는 치아 장치.
4. 전항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 전송 수단은 하나 이상의 광 가이드를 포함하는 치아 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 광 전송 수단은 사용시 두개의 치아 외측으로 광을 향하게 하는 한 쌍의 광 가이드를 포함하는 치아 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 장치는 단일 광원을 포함하며, 추가로 상기 광원에서 나온 광을 상기 한 쌍의 광 가이드로 분배하기 위한 광 분배 수단을 포함하는 치아 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 광 전송 수단은 한 쌍의 실질적으로 평행한 신장된 광 가이드를 포함하는 바, 각각의 광 가이드는 광 가이드를 따라 광 전송의 방향에 대해 45°경사의 반사 표면이 제공된 말단부를 가지며, 상기 광 가이드의 반사 표면은 각각의 광 가이드로부터 방출된 광이 평행이나 반대방향이 되도록 마주보고 있는 치아 장치.
8. 전항중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 보조 광원 및 각각의 보조 광 전송 수단을 더 포함하며; 상기 보조 광 전송 수단은 치아 공동내로 들어가기 위한 모양 및 크기를 갖는 치아 장치.
9. 조직, 상처 또는 병변을 광민감성 조성물로 접촉하는 단계와, 상기 광민감성 조성물에 의해 흡수된 파장의 광으로 상기 조직, 상처 또는 병변을 조사하는 단계를 포함하는 구강 또는 구강의 상처 또는 병변을 살균하는 방법에 있어서,

   상기 광원이 발광 다이오드 또는 발광 다이오드의 어레이를 포함하는 광원에 의해서 제공된 광인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 광원은 제 1항 내지 제 8항중 어느 한 항에서 청구한 바와 같은 장치인 방법.
11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 광민감성 조성물은 톨루이딘 블루 O, 메틸렌 블루, 디메틸렌 블루 또는 아주레 블루 클로라이드로부터 선택되는 하나 이상의 광민감제를 포함하는 방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 광민감제는 톨루이딘 블루 O인 방법.

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