세라믹 보철이 금속 보다 더 좋은 생체 친화성, 심미성 등의 이유로 널리 사용되고 있습니다.
단순 수치로 보여주는 굴곡강도 와 경도 등의 이유로 레진치아에 대한 우려가 있는 것도 사실입니다. 하지만 대합치 마모를 발생시키지 않고 가벼우며, 변연부 적합도도 기존 보철 제작 방식보다 우위에 있으며, 접착 방식이 본딩제와 화학적 결합을 하는 유일한 방식입니다.
기존 재료들은 기계적, 물리적 결합만으로 이루어지고 여러가지 면에서 재료의 강도는 좋으나 특정부위에 하중이나 충격이 집중될 때 파절 또는 탈락이 이루어졌습니다.
일반적으로 레진은 굴곡강도가 약하기 때문에 좋은 이점이 있었음에도 영구치관으로 사용되기에는 부족함이 있었으나 최근 광중합 레진의 굴곡강도를 세라믹 이상으로 만들수 있는 합성방법을 개발 및 보유하게 되었으며 KFDA 2등급, CE Class II 재료인허가 또한 완료되어 임상에서 쓰이고 있습니다.
외국에서도 레진 보철물의 미니멈 두께이상으로 제작된다면 세라믹보다 평균하중에 더 강하다는 논문도 게재되었습니다.
특히, 체어사이드에서는 보철치료, 인레이등의 보존치료, 즉시기능 임플란트 등의 수복물등의 즉시성이 요구되는 적응증에 가장 최적화된 방식이 3D 프린터로 만들어지는 보철물이라 할 수 있습니다. 이제는 이 부분에서 가장 강한 소재를 국내 기술로 확보하였고 해외로 진출을 하고 있습니다.
지르코니아의 경우 1000MPa 가 넘지만 구강내 수분환경에 대한 구조적 열화가 같이 발생하며 1년 뒤에는 초기 강도보다 많이 열화된다는 논문이 있습니다.
그리고 리튬디 실리케이트 등의 체어사이드 캐드캠 용으로 활용되는 올세라믹 계열의 경우도 190MPa, 크리스탈라이제이션을 통해서야 360MPa를 나타냅니다.
하지만 언급된 모든 재료들은 취성 재료이고 굴곡강도의 표현방법이 Bi-axial (이축) Flexural Strength입니다. (자사 소재의 경우 동일한 테스트로 진행 시 평균 360Mpa) 이는 저희가 표현한 일반적 방식의 Flexural Strength로 계산하면 거의 비슷한 수준이며, 접착강도로 비교한다면 오히려 올세라믹 보다 훨씬 더 우위를 보입니다.
과거 출시되었던 레진계 컴퍼짓, 하이브리드 블록등은 내수성에 대한 단점을 가지고 있었습니다.
대부분 아크릴, 메타아크릴레이트등 굴곡강도를 올리기 위해 강직성 부여에 집중했고 마치 셀룰로오스 구조처럼 리니어한 결합을 하기 때문에 인성에 취약하며 결국 내수성에 한계를 가지는 구조로 되어있었습니다. 이경우 탄성구조체의 결합이 힘들기 때문에 그 것을 보완하기 위해 세라믹등의 무기필러를 혼합하여 처리를 했습니다. 그럼에도 내수성 개선이 세라믹수준으로 되지 않았고 이로 인해 타액, 음식물등이 수복물 내부에 침투하여 냄새와 치태, 디스컬러레이션등이 발생했습니다.
저희가 현재 보유하고 있는 기술은 식약처 기준 내수성 40마이크로그램/큐빅mm 보다 50% 더 적은 기술적 수준이며 이 번 연구 과제를 통하여 더욱 낮출 계획을 가지고 있습니다.
내수성이 향상되면 항균성과 방오성 심미성에 대한 근원적 처리가 될 수 있습니다.
하지만 과제 성격에 맞게 새로운 방법으로 시도해보려고 합니다.
결정화유리 중 45S5 등은 생분해성이 없고, 결정화유리의 항균성이 보고되고 있기에 이와 같은 항균성 세라믹분말을 나노필러로 활용하여 3D 프린터 소재 백본 상태에서도 충분히 내수성을 올리고 최적비율을 고려한 점도조절과 표면개질로 단순 믹싱이 아닌 유무기 복합 하이브리드 고강도 심미 보철소재를 개발할 수 있을 것입니다.
과거 열가소성 수지의 레진치아와 하이브리트 치아는 그 자체 구성 소재로서 바니싱이 되지 않았기 때문에 표면 활택도를 올리기 위해 많은어려움이 있었고, 세라믹 소재는 스테인처리 등을 하기 위해 또 소결과정을 거치는 불편함이 있었습니다.
3D 프린터로 만들어지는 방법으로는 표면에 의치착색기법을 응용한 마스킹 기법과 UV 경화를 통해 쉽게 심미성을 올릴수 있고 1분안에 속경화를 만들어 낼수 있습니다. 이런 기술을 보다 고도화하여 제품의 완성도를 올릴 수 있습니다.
시스템 도입 가격면, 기능적인 면, 임상활용면 부분에서 큰 이점을 가질 수 있습니다.
일단 체어사이드에서는 소결 과정을 기다릴수 있는 환경이 되지 않기 때문에 대부분 결정화된 재료를 이용하여 보철 제작을 하게 됩니다.
이경우 프리신터러링된 지르코니아와 달리 경도가 매우 높고 취성이 높은 재료를 사용하여야만 하기 때문에 일반 밀링 가공이아닌 습식 연삭 가공을 통해서만 가능합니다.
밀링가공과 달리 연삭가공은 습식가공을 통해야하고 장비의 구조적인면에서 복잡한 구조를 가져야 하고, 스핀들 및 기타 모터등이 건식 가공에 비해 더 빠른 회전력이 요구되기 때문에 결국 고가의 장비를 사용할 수밖에 없습니다. 연삭 버 역시 고가이며 20개 정도 가공후 새로갈아주어야 하고 윤활제등 많은 부수적 재료가 들어가게 됩니다. 이런 부분들이 모두 비용적 부담으로 소비자에게 전가될 수밖에 없습니다.
하지만 프린터는 그런 연삭가공기에 비해 소음도 적거나 거의나지 않으며, 비용 또는 도입가격이 거의 1/10 입니다. 그 외에 재료비용 역시 올세라믹에 비해 1/30 이상 저렴 하기 때문에 비용면에서 절대적 강점을 가집니다.
기능적인 면에서는 기존 올세라믹은 1개당 20분 정도의 연삭 가공시간이 소요되고 그 외에 부수적인 후가공이 필요하게 됩니다.
하지만 싱글 보철물이 아닌 3번 브릿지 이거나, 인레이나 라이네이트 등의 수복물이 복수인경우 그 수와 비례하여 더 많은 시간이 직렬적으로 소요됩니다.
그리고 연삭 가공이 끝난 뒤에서 진공펌프가 내장된 전용 퍼내스로 20분이상 크리스탈라이제이션을 하고 심미성을 올리기 위해 별도의 스테인 작업을 하고 추가 소결을 합니다.
그리고 다시 인접치 접촉면을 다듬거나 후공정을 통하여 환자에 세팅이 되므로 이상적인 싱글치아 이거나 인레이가 아닌 브릿지, 여러 개의 인레이, 그리고 중요한 임플란트 SCRP의 보철물 제작이 힘듭니다.
3D 프린터로 할 경우 수량에 상관없이 20~30분에 끝낼 수 있기 때문에 쉬운 형상이든 어려운 형상이든 상관없이 제작을 마무리할 수 있고 후 경화 과정까지 20분 정도 추가하면 바로 환자에 세팅이 가능합니다 물론 이 과정에 올세라믹과 달리 추가적인 비용도 발생하지 않습니다.
임상활용면에서도 큰 차이를 보입니다.
추로 구치부 쪽 디스탈 부분과 치은하부등 직관적으로 관측이 어려운 경우 치아 삭제시 CAD/CAM에서 요구되는 매끈한 경계면을 만들지 못하는 경우가 많고 이 경우 올세라믹의 경우 공구형상의 한계로 완벽재현을 하기 힘들게 됩니다. 이런 이유로 대부분 Supura 마진이 요구됩니다. 하지만 이 경우 향후 치은이 퇴축 되거나 돌출된 경계면이 색상이 변하는 경우가 발생되고 심미적으로 좋지 않습니다. 그 다음 세라믹이 화학적 결합이 되지 않기 때문에 보철물 내부에 불산용액으로 에칭을 하고 primer나 adhesive 제품들을 함께 구분하여 사용하는 불편함이 요구됩니다. 이런 이유로 체어사이드에 스텝이 더 많이 필요하게 되고 환자도, 병원의 스텝들도 체어타임이 늘 수밖에 없습니다.
3D 프린터로 만들어진 보철물들은 요철이 많은 변연부도 쉽게 재현이 가능하고, 인레이 치료시 특히 밀링머신의 버의 한계로 못만들었던 굴곡 재현이 가능하므로 치과의사들이 기존 인레이 프렙 방식을 유지하면서도 안정된 결과를 얻을 수 있게 됩니다. 그리고 본딩제와 화학적결합으로 호모지니어스 한 효과를 나타내기 때문에 굴곡강도 220MPa 수준이상으로 장착되면 프렉처를 방지할 수 있습니다. 그 외 많은 장점을 가지고 있어서 이제는 대부분 메이저 치과 회사들이 모두 3D 프린터를 개발했고 향후 몇 년안에 새로운 시장이 창출될 것으로 전문가들은 예측하고 있습니다.
FDA, CE, 한국의 식약처 기준은 매우 엄격하여 많은 생물학적 안전성을 검사합니다.
기본적으로 물리 화학적 실험으로는 굴곡강도, 결합강도, 자연광민감토, 물흡수도, 용해도 등등의 시험을 통과하여야 하고 생물학적 안전성 실험은 세포독성시험 세포독성 0등급, 급성전신독성시험(Oral), 구강점막자극시험, 감작성 시험(LLNA) 유전독성시험 등이 요구되고 있습니다.
유럽은 보다 더 까다로워서 아만성, 바이오버든 테스트, 이식실험까지 요구되므로 이 중 하나라도 실험 과정에서 발견되면 인증을 받지 못하게 됩니다.
현재 출시되어 있는 재료를 준비하면서도 이 분야에 깊은 경험을 축적했고 안전성 부분에 문제가 없는 재료 준비될 수 있는 역량을 갖추었습니다.
3D 프린터 소재 회사들 많이 있지만 원재료 중 올리고머를 직접 합성하는 업체는 전세계 몇 업체가 되지 않습니다. 대부분 상용 올리고머들을 구입해서 적정한 모노머로 배합 비율을 조정하여 사용하다 보면 결국 탄성이 있으면서도 강하고 내수성을 가지면서도 안전한 소재를 만드는 부분들이 기술적 허들이 매우 높은 부분입니다.
그런 이유들로 대부분 딱딱하게 만들어 지는 소재들은 벤젠구조를 가지기 때문에 개시제 분해가 잘못일어나면 갈변이 오게 되고 이 갈변으로 인해 색상이 어두워지는 관계로 안료를 많이 넣다보니 심미성에 한계가 오게 됩니다. 여러 악순환적인 요소를 가지고 있는 것에 반에 저희 컨소시엄에서 확보한 기술은 올리고머를 직접 합성함으로써 분자량이 콘 폴리머를 직접 합성하고 다양성과 탄성 구조체 골격을 합성함으로써 갈변이 일어나지 않습니다.
이런 이유로 투광성이 발현되기 때문에 안료를 적게 넣어도 되며 심미적효과는 더욱 상승하여 세라믹 수준이상의 색상 발현을 할 수 있습니다. 특히 고 내열성을 가져서 오토클레이브 살균을 통해서 처리하여도 문제가 없습니다.
이런 이유로 국내 업체 중 유일하게 글로벌 기업들에게 수출하는 소재입니다.
이번 과제를 통해서 더욱 고도화를 실현할 수 있게 되고, 유무기 복합소재를 개발하여 세계최초 비소결 고강도 소재를 추구할 수 있게 된다면 세계적 상품으로 성장할 수 있게 됩니다.
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