보철물 표면처리의 필요성
치과 수복용 재료인 보철물이 장기간 구강 내에서 사용되기 위해서는 시멘트와의 접착이 매우 중요하다. 수복재료에서 접착실패는 큰 위험 요소이다.
특히 하이브리드 수복재료에서 1년 follow up 시 80%의 접착실패가 일어났음이 보고되고 있다. 이러한 접착 실패를 줄이고 보철물과 시멘트 간의 접착력을 높이기 위해서 다양한 표면처리 방법이 시도되고 있다. 강한 접착력을 얻기 위해서는 기계적, 화학적 방법을 사용한 표면처리가 필요하다.
표면처리 방법의 종류
가장 대표적으로 공기 입자 마모 처리 방법(APA; airborne particle abrasion)이 있다. 공기 입자 마모 처리 방법은 압축 공기, 병에 담긴 이산화탄소 또는 질소 가스에서 생성된 산화알루미늄 입자의 흐름을 사용하는 표면처리 방식이다.
알루미나 입자를 표면에 분사하여 폴리머의 기질(matrix)과 필러(filler)를 제거하고 표면을 거칠게 만들어 기계적 유지력을 증가시킨다.
그러나 공기 입자 마모 처리 방법은 보철물 표면에 손상을 일으켜 미세 균열이 발생할 수 있고 변연부 및 재료의 손상으로 인해 기계적 물성이 저하될 수 있다.
플라즈마 처리 방법(plasma)
최근 공기 입자 마모 처리 방법의 단점인 균열의 생성을 일으키지 않으면서 표면의 화학적 산소 함량의 증가와 이물질인 카본의 감소를 통해 친수성을 증가시키는 플라즈마 표면 처리 방법이 떠오르고 있다. 플라즈마는 표면에 관계되는 특성들 즉, 염색성, 젖음성, 접착성, 결합성 표면강화, 생체적합성 등에 널리 사용되고 있으며 살균, 지혈, 유해 단백질/박테리아의 제거 등 생의학 분야에서도 적용이 되고 있다.
이러한 플라즈마 처리는 보철물의 표면을 세척하고 접착성을 개선할 수 있으며 재료의 손상을 일으키지 않아 기계적 물성 저하가 일어나지 않는다는 장점이 있다. 플라즈마 표면 처리를 통하여 치과 재료의 표면을 거칠게 만들고 표면적을 넓혀 접착력을 높일 수 있고, 표면에너지를 높여 접착력을 증대시킬 수 있다.
3D 프린팅 레진과 플라즈마 처리
CAD/CAM(Computer-Aided Design and Manufacturing) 기술의 발전에 따라 3D 프린팅 레진이 인레이, 크라운, 의치 등에 사용되며, 최근에는 물성이 증진되어 최종 보철물용으로 사용 가능한 3D 프린팅 레진이 개발되었다.
레진의 3D 프린팅은 절삭(milling)하는 방식에 비해 더 우수한 변연 적합도와 내면 적합도를 보이며 대합치의 마모를 비교적 적게 일으킨다는 장점이 있다.
그러나 치과용 시멘트와 결합할 수 있는 작용기의 수가 상대적으로 적어 적절한 결합강도를 얻기 어려울 수 있다. 플라즈마 표면 처리 방법은 이러한 3D 프린팅 레진의 표면처리에 효과적이다.
플라즈마 처리가 보철물의 접착강도에 미치는 영향
플라즈마를 처리하고 본딩제를 적용한 군이 가장 높은 전단결합강도를 보였으며, 표면처리를 하지 않고 본딩제를 적용한 군과 APA처리 후 본딩제를 적용한 군에 비해 각각 43%, 46% 접착력이 증진되었다. (SCI 저널 under review)
플라즈마 처리 후 레진의 표면변화
플라즈마 처리 후 SEM을 사용하여 표면 변화를 관찰한 결과, APA처리는 레진 표면에 불규칙한 미세 균열을 생성하여 거친 표면을 형성하였으며, 플라즈마 처리는 전체적인 레진 표면에 큰 변화를 주지 않고 조금 더 미세하고 자잘한 홈을 생성한 것을 확인할 수 있다.
또한 표면 거칠기의 경우 플라즈마 처리는 기계적 표면처리인 APA처리만큼이나 표면거칠기가 증가하였다.
플라즈마 처리 후 증류수를 적용하여 접촉각을 측정한 경우 APA처리는 접촉각의 변화에 영향을 주지 않은 반면 플라즈마 처리는 접촉각을 감소시켜 레진 표면의 젖음성이 증가하였다. 본딩제를 적용한 경우에 APA처리에 비해 플라즈마 처리가 접촉각이 낮아 레진 표면의 젖음성이 더 좋았다.
이러한 결과를 종합해보면, APA 처리는 표면에 불규칙한 균열을 생성하여 기계적 표면변화를 일으키고 접착력을 향상시키지 못한 반면 플라즈마 처리는 적절한 거칠기와 젖음성을 형성하여 접착력을 증진시켰음을 알 수 있다.
보철물의 세척 및 접착성 개선을 위한 플라즈마 표면처리는 좋은 방법으로 고려될 수 있다. 추후 다양한 보철물 재료에서 최적의 플라즈마 공정 조건을 찾아 적용하면 좋은 결과를 기대할 수 있으리라 생각된다.
