유청 단백질 음료 노출 후 나노하이브리드 수지 복합재의 표면 미세경도 변화를 평가하기 위한 표준화된 시험 관 내 절차

요약

이 프로토콜은 유청 단백질 음료가 수지 복합재료 미세경도에 미치는 영향을 평가하는 표준화된 시험관 내 방법을 설명합니다. 이 접근법은 순환 침수와 빅커스 테스트를 이용해 식이 노출을 통제하여 평가할 수 있게 하여, 영양 음료와 복원 생체재료 간의 상호작용을 재현 가능한 모델을 제공합니다.

초록

이 시험관 내 연구의 목적은 세 가지 나노하이브리드 수지 복합재료의 표면 미세경도에 미치는 다양한 유청 단백질 음료의 영향을 평가하는 것이었습니다. 총 90개의 원반 모양 표본이 세 가지 나노하이브리드 수지 복합재료(재료당 n = 30개)로 준비되어, 침수 매체에 따라 세 그룹(n = 10)으로 나뉘었습니다: 유청 농축물, 유청 분리물, 증류수. 표본들은 하루 두 번, 30일 동안 10분씩 담갔습니다. 표면 미세경도는 기준선과 침수 후 Vickers 미세경도 검사기를 사용해 측정했으며, 경도 변화는 ΔVHN으로 계산되었습니다. 데이터는 양측 반복 측정법인 ANOVA 및 사후 검사를 통해 분석되었습니다. 분석 결과 복합 타입, 침지 용액 및 이들의 상호작용이 ΔVHN 값에 통계적으로 유의미한 영향을 미친다는 것이 밝혀졌습니다(p < 0.0001). 가장 큰 경도 손실은 유청 농축액에 노출된 주입 복합재에서 관찰되었으며(ΔVHN: 10.4 ± 2.1), 증류수에 저장된 고농도 복합재에서 가장 낮은 변화가 기록되었습니다(ΔVHN: 0.9 ± 0.4). 유청 농축물에 담갔을 때 모든 복합재료에서 증류수보다 경도 손실이 유의하게 컸습니다(p < 0.05). 유청 아이솔레이트는 고충전 복합재를 제외한 모든 복합재에서 경도 손실이 유의하게 크게 발생했으며, 고포름 복합재에서는 통계적으로 유의미한 차이가 관찰되지 않았습니다(p = 0.076). 이 결과는 유청 단백질 음료가 수지 복합재료의 표면 미세경도를 낮출 수 있음을 시사하며, 분해 정도는 재료 조성과 음료 조성에 따라 달라집니다.

서론

수지 복합재 복원물의 장기적 성공은 기계적 부하, 식이 노출, 화학적 분해 등 복잡한 구강 환경에 대한 저항력에 달려 있습니다 ^1,2. 나노하이브리드 수지 복합재는 특히 표면 미세경도가 우수한 미관적·기계적 특성 때문에 널리 사용되며, 이는 마모 및 구조 열화에 대한 저항성을 나타내는 중요한 지표 ^3,4.

이전 연구들은 과일 주스, 탄산음료, 에너지 음료와 같은 산성 음료에 노출되면 표면 미세 경도를 감소시키고 표면 완전성을 변화시켜 복합 복원물에 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 입증했습니다 5,6,7,8. 이러한 분해 효과는 pH, 노출 시간, 필러-매트릭스 조성 등 여러 요인에 의해 영향을 받습니다. 그러나 대부분의 기존 실험 모델은 고강도 산성 용액에 의존하므로, 이는 현대 식습관에서 겪는 화학적 문제를 정확히 반영하지 못할 수 있습니다.

반면, 유청 단백질 음료는 영양가와 피트니스 지향적 개인들 사이에서 소비가 증가하면서 널리 인기를 얻고 있습니다 ^9,10. pH에 가까이 임하지만, 이 음료들은 유당, 단백질 및 기타 유기 성분을 포함하고 있어 수지 매트릭스와 상호작용하여 재료 안정성에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 이들의 효과를 평가하려면 산도뿐만 아니라 유기 조성과 반복 노출 패턴도 고려해야 합니다.

이 프로토콜의 전반적인 목표는 유청 단백질 음료, 특히 농축 및 분리 제형이 나노하이브리드 수지 복합재의 표면 미세경도에 미치는 영향을 평가하는 표준화되고 재현 가능한 시험 관 내 방법을 제공하는 것입니다. 이 방법은 순환 침수를 통해 일일 식이 노출의 통제된 시뮬레이션을 가능하게 하여 시험관 내 시험 조건의 실험적 관련성을 향상시킵니다.

기존의 산성 음료 노출 모델과 비교할 때, 이 프로토콜은 여러 가지 장점을 제공합니다. 첫째, 거의 중성 pH 조건에서 물질 열화를 조사할 수 있어 산성 유발 효과를 넘어선 물질 반응을 평가할 수 있습니다. 둘째, 순환 몰입 설계는 실제 소비 패턴을 더 잘 반영합니다. 셋째, 이 방법은 충전재 함량과 수지 매트릭스 조성과 같은 구조적 특성을 기반으로 다양한 복합재 제형을 비교 평가할 수 있게 합니다.

이 프로토콜은 영양적으로 중요한 조건에서 복원 재료의 화학적 안정성을 평가하고, 식이 성분과 치아 생체재료 간의 상호작용을 연구하는 연구자들에게 특히 적합합니다. 또한 대체 음료 조형, 표면 처리, 또는 새로 개발된 복합 재료를 시험하는 데 적응될 수 있습니다.

프로토콜

시약과 사용된 장비는 재료표에 나열되어 있습니다.

1. 시료 준비

1. 총 90개의 원반 모양 시료를 세 가지 나노하이브리드 수지 복합재료로 준비합니다(재료당 n = 30개).
2. 표준화된 치수를 보장하기 위해 직경 6mm× 두께 2mm의 원통형 투명 실리콘 몰드를 사용하여 시료를 제작합니다.
3. 복합 재료를 한 번(두께 2mm) 몰드에 넣고, 투명 현미경 슬라이드로 표면을 덮어 평평한 표면을 얻습니다.
4. 표면에서 약 1mm 떨어진 곳에 1000 mW/^{cm 2} 의 출력 강도를 20초 동안 배치한 청색 LED 광 경화 장치(≈440–480 nm 방출 스펙트럼)를 사용해 시료를 중합시킵니다.
5. 중합 주기 전에 복사계를 사용해 경화 광도 강도를 확인하여 빛 노출이 일정하도록 하세요.
6. 준비된 시료를 37°C의 증류수에 24시간 보관하여 중합 후 초기 구강 상태를 시뮬레이션합니다.
   참고: 표본은 추가 가공 전에 증류수 37°C에서 최대 24시간 동안 보관할 수 있습니다.

2. 마감 및 연마 절차

1. 모든 표본의 상면 표면은 알루미늄 산화물 함침 연마 디스크를 사용해 마감하고 연마하세요. 표면 표준화를 위해 모든 연마 절차는 단일 작업자가 수행해야 합니다.
2. 중간, 미세, 초파인 디스크를 사용해 약 10,000rpm의 수냉과 가벼운 압력, 단방향 회전 운동으로 연마를 순차적으로 적용합니다.
3. 연마 디스크는 5개 시료마다 교체하여 연마 효율을 유지하고 표면 표준화를 보장합니다.
4. 연마 후 증류수로 10초간 샘플을 세척해 이물질을 제거하고, 5초간 부드럽게 자연 건조한 후 다음 디스크로 넘어갑니다.
5. 각 표본의 광택이 없는 표면에 고유 식별 코드를 표시하여 이후 검사 시 일관된 방향을 확보하세요.
6. 기초 미세 경도 검사 전에 37°C의 증류수에 24시간 보관합니다.
   참고: 표본은 37°C의 증류수에서 최대 24시간 동안 보관되어 기초 검사를 할 수 있습니다.

3. 기준선 미세 경도 측정

1. 이전에 발표된 프로토콜에 따라 Vickers 미세경도 시험기¹¹을 사용하여 기초 Vickers 미세경도 시험(VHN)을 수행합니다.
2. 200g 하중을 15초 머무르게 하세요.
3. 표본당 최소 1mm 간격으로 세 개의 움푹 들어간 자국을 만드세요. 각 시료의 중앙 표면에 홈 파인트를 하여 가장자리 효과를 방지하세요.
4. 평균 기준선 VHN을 계산하세요.
5. 변동성을 최소화하기 위해 단일 보정된 오퍼레이터가 측정을 수행합니다.
   참고: 표본은 37°C의 증류수에서 최대 24시간 동안 보관한 후 침수할 수 있습니다.

4. 침지 매체 준비

1. 상업적으로 판매되는 분말을 사용하여 두 가지 유청 단백질 제형을 준비하세요: 유청 단백질 농축액(WC)과 유청 단백질 아이솔레이트(WI).
2. 유청 단백질 파우더 25g을 증류수 200mL(0.125 g/mL)에 녹여 침수 용액을 준비합니다.
3. 실험실 셰이커를 사용해 60초간 혼합하여 완전히 용해될 때까지 조절합니다.
4. 용액을 상온에서 5분간 평형으로 두어 거품 형성을 최소화하고 균질성을 유지하세요.
5. 각 용액의 pH를 측정하고 기록한 후 침지 전에 보정된 디지털 pH 미터를 사용하세요.
6. 각 담그는 사이클 전에 신선한 유청 용액을 준비하여 일정한 화학 조성을 유지하고 단백질 분해를 방지하세요.
7. 각 시료당 10mL의 침수 용액을 사용하여 각 사이클 동안 완전한 침수를 보장합니다.

5. 침수 절차

1. 각 복합 그룹을 세 개의 하위 그룹(n = 10)으로 나누어 보라.
2. 지정된 용액에 표본을 하루 두 번, 10분간 담그세요. 반복되는 일일 섭취 패턴을 시뮬레이션하도록 설계된 이전에 확립된 시험관 내 음료 노출 모델을 바탕으로 침수 시간과 빈도를 선택하세요⁷.
3. 각 담가 사이클 후에는 증류수로 표본을 헹구고 인공 침에 10분간 담가하여 단기 침 노출을 시뮬레이션합니다.
4. 샘플은 다음 노출 주기까지 37°C의 증류수에 담그지 않고 보관하세요.
5. 이 방법은 유청에 노출된 그룹에만 적용하세요. 실험 기간 내내 대조군을 증류수(DW)에서 37 °C에서 지속적으로 유지하세요.
   참고: 침수 프로토콜은 사이클 사이에 일시정지되었다가 다음 날 재개할 수 있으며, 실험적 일관성에는 영향을 주지 않습니다.
6. 30일간 침입 프로토콜을 계속하세요.

6. 침수 후 미세 경도 측정

1. 증류수로 표본을 씻고 부드럽게 말립니다.
2. 동일한 조건(200g, 15초)으로 Vickers 미세경도 시험을 수행하세요.
3. 세 개의 홈을 기록하고 침수 후 평균 VHN을 계산합니다.
4. 각 표본에 대해 ΔVHN을 구합니다.

7. 통계 분석

1. 비커스 미세 경도 값을 반복 측정 ANOVA 모델을 사용하며, 시점(기준선 및 침수 후)을 피험자 내 요인으로, 복합 유형과 침수 해를 피험자 간 요인으로 사용합니다.
2. 적절한 경우, 각 시편의 미세 경도 변화 크기를 표현하기 위해 ΔVHN 값을 기술 결과 측정으로 계산하십시오.
3. Tukey의 정직 유의적 차이(HSD) 검정을 사용하여 사후 쌍별 비교를 수행하세요.
4. 모든 그룹 평균에 대해 95% 신뢰구간을 계산하세요.
5. ANOVA 결과에 대해 부분 에타제곱(η^2p)을 사용한 효과량을 보고합니다.
6. 웰치 t-검정을 사용해 유청 단백질 용액 간 pH 값을 비교하세요.
7. 통계적 유의성 수준을 p < 0.05로 설정하세요.
8. 절대 ΔVHN 값 외에도, 다음 공식으로 미세 경도 변화 비율을 계산합니다: [(기준 VHN − 침수 후 VHN) / 기본 VHN] × 100.

결과

기술적 통계

복합 해의 조합 평균 ΔVHN(±SD) 값은 표 1에 제시되어 있습니다.

수지 복합재	해결책	ΔVHN (평균 ± SD)	신뢰감시구간(95%)	n
EA	증류수	0.9 ± 0.4a	0.61–1.19

토론

본 프로토콜은 유청 단백질 음료가 수지 복합재료 미세경도에 미치는 화학적 영향을 평가하는 표준화된 접근법을 제공합니다. 중요한 단계에는 균일한 시료 제작, 통제된 광경화 조건, 표준화된 빅커스 테스트 매개변수가 포함됩니다. 시료 치수와 경화 강도를 일정하게 유지하는 것이 필수적이며, 변동이 변환 정도와 기계적 안정성에 영향을 줄 수 있습니다. 또한, 침수 시간과 온도를 엄격히 제어하면 재현성이 보장되고 수분 흡수 및 폴리머 이완 공정과 관련된 변동성을 줄입니다^(12,13).

연구 목적에 따라 여러 수정이 적용될 수 있습니다. 예를 들어, 침수 빈도와 지속 시간을 조절하여 다양한^{노출 조건을} 시뮬레이션할 수 있습니다. 문제 해결 사항으로는 미세 경도 시험 중 탈수를 피하고, 측...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
알루미늄 산화물 연마 디스크	RubyPlaton, Inci Dental Tibbi Malz. San. ve Tic. Ltd. Sti., Istanbul, Turkey	5714	중간, 미세, 초미세, 마감 및 연마에 사용
분석용 저울			재료 무게 측정에 사용
인공 타액 용액	DIN 53160-1, Testonic Laboratory, Istanbul, Turkey		침지 주기 사이에 보관에 사용
디지털 pH 미터	Hanna Instruments, Woonsocket, RI, USA	HI2211	음료 pH 측정
증류수	지정되지 않음	해당 없음	제어 용액 및 시편 저장에 사용
유리 현미경 슬라이드	Ningbo Trueline Imp. & Exp. Co., Ltd, Zhejiang, China	7102	복합 재료 배치 중 평평한 시편 표면을 얻는 데 사용
눈금이 있는 실린더	지정되지 않음	해당 없음	액체 부피 측정에 사용
고도로 채워진 나노 하이브리드 수지 복합체(EA)	Estelite Asteria (Tokuyama Dental, Tokyo, Japan)	10942	복원 재료로 사용; 충전제 함량 및 수지 기질 조성이 다름
인큐베이터	Memmert Universal, Memmert GmbH + Co. KG, Schwabach, Germany	UN55	37 °C에서 보관에 사용
주입 가능한 나노 하이브리드 수지 복합체(GUI)	G-ænial Universal Injectable (GC Corporation, Tokyo, Japan)	12365	복원 재료로 사용; 충전제 함량 및 수지 기질 조성이 다름
실험실 비커	지정되지 않음	해당 없음	유청 단백질 용액 준비에 사용
실험실 셰이커	지정되지 않음	해당 없음	용액의 혼합 및 균질화에 사용
LED 광경화 장치 및 광도계	Woodpecker LED 경화 장치 (Guilin Woodpecker Medical Instrument Co., Ltd., Guangxi, China)	FD-300	중합 및 광 강도 검증
마이크로모터 핸드피스	FX205, NSK Ltd., Kanuma, Japan	C1056002	연마 절차에 사용
중간 정도로 채워진 나노 하이브리드 수지 복합체(FU)	Filtek Universal (3M ESPE, St. Paul, MN, USA)	6570A2	복원 재료로 사용; 충전제 함량 및 수지 기질 조성이 다름
실리콘 몰드	지정되지 않음	해당 없음	직경 6 mm x 두께 2 mm의 원판 형태, 시편 제작에 사용
비커스 마이크로 경도계	HMV, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan	HMV-G31	비커스 경도 수치(VHN) 테스트
유청 단백질 농축 분말	유청 단백질 딸기 맛, Proteinocean Gida AS., Ankara, Turkey		락토스 함량: ~1–2%, 단백질 함량: ~85–90%
유청 단백질 분리 분말	유청 단백질 분리 초콜릿 맛, Proteinocean Gida AS., Ankara, Turkey		락토스 함량: ~4–6%, 단백질 함량: ~70–80%