백금 코팅된 티타니아 나노튜브의 확산반사 특성분석 및 레이저 매개 항균효과
Diffuse reflection characterization and visible light mediated antibacterial effect of Pt-TiO2 nanotubes
문경숙, 배지명, 오승한,
소속 상세정보
문경숙 ( Moon Kyung-Suk ) - Wonkwang University College of Dentistry Department of Dental Biomaterials
배지명 ( Bae Ji-Myung ) - Wonkwang University College of Dentistry Department of Dental Biomaterials
오승한 ( Oh Seung-Han ) - Wonkwang University College of Dentistry Department of Dental Biomaterials
Abstract
본 연구의 목적은 가시광선-근적외선 파장대의 빛이 전기장과 플라즈몬이 짝지어지면서 발생되는 국소적 표면 플라즈몬공명(Localized surface plasmon resonance, LSPR) 효과를 유발하는 플라즈모닉 나노입자의 하나인 백금(Pt)이 코팅된100 nm 티타니아(Pt-TiO2) 나노튜브를 제작하여 표면 특성분석 및 레이저 조사에 따른 항균효과를 평가하였다. 확산반사분광광도계로 측정된 UV-VIS-NIR 스펙트럼 분석 결과, Pt-TiO2 나노튜브의 광 흡수는 파장 399~429 nm, 527~579 nm, 806~906 nm에서 관찰되었고, 이들 중 하나의 파장이 본 연구에서 사용된 레이저(OCLA, 파장: 405)에 적합하였다. FE-SEM 관찰 결과에서는 백금 코팅 시간이 증가할수록 Pt-TiO2 나노튜브의 내경은 68.8 nm에서 48.8 nm로 감소되었고, 티타니아 나노튜브 최상층에 코팅된 백금 나노입자의 형태는 구형에서 봉형(rod)으로 변화되는 것이 관찰되었다. 접촉각측정 결과, 백금 코팅 시간이 1분에서 3분으로 증가함에 따라 접촉각이 11.94°에서 19.84°로 커지는 것을 확인하였다. Staphylococcus aureus 항균효과 실험 결과, 모든 Pt-TiO2 나노튜브 실험군에서는 레이저 조사 후 98% 이상의 세균감소가 관찰되어 레이저 조사에 의한 항균효과가 우수하다는 것이 확인되었다(P<0.05). 인간 중간엽 줄기세포를 이용한Live-dead assay와 MTT assay 결과, 레이저 조사가 세포사멸에는 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다(P>0.05). 따라서 국소적 표면 플라즈몬 공명 효과를 발현하는 Pt?TiO2 나노튜브는 항균약물이 필요 없는 반영구적 항균성 임플란트표면처리에 많은 가능성이 있다고 판단된다.
The purpose of this study was to fabricate platinum (Pt), one of the plasmonic nanoparticles that induces localized surface plasmon resonance (LSPR) effects caused by the pairing of plasmon with the electric field of visible-near infrared light, coated 100 nm titania (Pt-TiO2) nanotubes to evaluate the surface properties and laser mediated antibacterial effects. From the analysis of UV-VIS-NIR spectrum, the light absorptions of Pt-TiO2 nanotubes were detected at wavelengths 399?429 nm, 527?579 nm, and 806?906 nm, respectively, and one of the detected wavelengths was suitable for the laser used in this study (OCLA, Wavelength: 405). From the observation of FE-SEM, as the platinum coating time increased, the inner diameter of the Pt-TiO2 nanotubes decreased from 68.8 nm to 48.8 nm, and the shape of the platinum nanoparticles coated on the top layer of the titania nanotubes changed from spherical to rod. From the results of contact angle measurement, the contact angle of water increased from 11.94°to 19.84°as the platinum coating time increased from 1 minute to 3 minutes. The Staphylococcus aureus antibacterial test resulted that 98% or more bacterial reduction of all Pt-TiO2 nanotube groups were observed after laser irradiation (P<0.05). Live-dead assay and MTT assay indicated that laser irradiation did not affect cell death. Therefore, Pt?TiO2 nanotube exhibiting a local surface plasmon resonance effect is expected to have many potentials for semi-permanent antimicrobial implant surface treatment without antibacterial drugs.
키워드
백금; 티타니아 나노튜브; 레이저; 항균효과
Platinum; Titania nanotube; Laser; Antibacterial effect
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