최근 몇 년간 치과 분야에서 디지털 기술의 발전이 눈부시게 이루어졌다. 특히, 컴퓨터 지원 설계 및 제조(Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing, CAD/CAM) 시스템의 도입은 전통적인 치과 보철물의 제작 과정에서 발생하는 여러 가지 한계를 극복할 수 있는 새로운 길을 열었다. 그중에서도 3D 프린팅 기술은 환자 맞춤형 치과 보철물 제작에 있어서 큰 변화를 가져왔으며, 제작 시간을 크게 단축하고 정밀도를 획기적으로 높이는 동시에 비용 절감과 환자의 불편 감소 등 다양한 장점을 제공하고 있다. 이러한 이유로 3D 프린팅 기술은 현재 치과 보철물 제작의 핵심 기술로 자리 잡고 있다.
디지털 광 처리(Digital Light Processing, DLP) 기술은 3D 프린팅 기술 중에서도 특히 주목받고 있는 분야이다. 이 기술은 자외선 또는 가시광선을 이용해 광경화성 수지를 층층이 경화시키는 방식으로, 이를 통해 고정밀의 3차원 구조물을 신속하게 제작할 수 있다. DLP는 교정 모델, 수술 가이드, 크라운, 브릿지, 스플린트, 그리고 의치 베이스 등 다양한 치과 제품의 제작에 널리 활용되고 있다. 그러나 3D 프린팅 의치 재료는 여전히 활발한 연구가 진행되고 있는 단계에 있으며, 전통적인 의치 재료인 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate), PMMA)와 비교했을 때 실제로 얼마나 실용적인지에 대한 철저한 평가가 요구된다.
특히, 3D 프린팅 의치 재료의 색 안정성, 표면 특성, 물리·화학적 특성에 대한 연구는 아직 충분하지 않은 상태이다. 색 안정성은 환자들의 만족도와도 직결되는 중요한 요소로, 의치 재료가 장기간 구강 내에서 변색되지 않고 본래의 색을 유지할 수 있는 능력을 평가하는 기준이 된다. 이에 따라, 필자는 3D 프린팅 기술을 이용한 의치 베이스 재료에 다양한 나노필러를 첨가하여 색 안정성과 표면 특성, 그리고 물리·화학적 특성을 평가하였다. 이 연구에서는 Al2O3, ZnO, CeZr, SiO2와 같은 나노필러를 의치 재료에 첨가한 후, 코카콜라, 커피, 홍차에 담근 후 색상 변화와 표면 특성을 분석하였다.
실험 결과, 코카콜라에 담근 경우 모든 실험군에서 대조군보다 색상 변화가 적어, 코카콜라가 의치 재료의 색 변화를 상대적으로 억제하는 특성이 있음을 보여주었다. 반면, 커피와 홍차에 담근 경우 ZnO와 CeZr가 포함된 실험군에서는 대조군에 비해 색 안정성이 현저히 낮아지는 결과가 나타났다. 특히, ZnO와 CeZr 나노필러가 포함된 그룹은 커피와 홍차에 의해 큰 색상 변화를 보여, 특정 나노필러가 음료에 의한 색 변화를 충분히 막지 못하는 한계를 드러냈다. 이러한 결과는 환자가 자주 섭취하는 음료에 따라 의치 재료의 선택에 신중해야 함을 시사한다.
표면 특성 평가에서도 흥미로운 결과가 나타났다. ZnO와 CeZr 나노필러가 포함된 그룹에서는 표면 광택이 현저히 낮았고, 일부 필러가 표면에 고르게 분포되지 않고 뭉치는 현상이 관찰되었다. 이는 필러 선택 시 나노필러의 균일한 분포가 중요한 고려 사항이 되어야 함을 의미한다. 또한, 수분 흡수 테스트에서는 Al2O3를 포함한 그룹에서 상대적으로 높은 수분 흡수율을 보였으며, 이는 의치 재료의 물리적 안정성에 영향을 미칠 수 있는 요소로 작용할 수 있다. 수분 흡수가 높으면 장기간 사용 시 재료의 강도와 내구성이 저하될 수 있기 때문에, 이러한 결과는 임상적으로 중요한 의미를 가진다.
본 연구는 3D 프린팅 의치 재료의 색 안정성을 향상시키기 위해 어떤 종류의 나노필러를 선택해야 하는지에 대한 중요한 정보를 제공한다. 연구 결과, ZnO와 CeZr 나노필러는 커피와 홍차 같은 변색 유발 음료에 대한 저항력이 약했으며, Al2O3는 높은 수분 흡수율을 보여 장기간 사용 시 물리적 안정성에 문제가 생길 수 있음을 알 수 있었다. 따라서, 3D 프린팅 의치 재료의 개발에 있어 필러의 선택과 조합은 매우 중요하며, 이는 환자의 장기적인 만족도와 재료의 내구성에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 앞으로 3D 프린팅 기술이 치과 분야에서 더욱 발전하여 보다 정교하고 신뢰할 수 있는 환자 맞춤형 솔루션을 제공할 수 있을 것으로 기대되는 가운데, 이번 연구는 3D 프린팅 의치 재료의 가능성과 한계를 동시에 제시하며, 향후 연구 및 개발 방향에 중요한 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.
이 요약문은 2024년 14권 1호 Scientific Reports에 실린 “Color stability, surface, and physicochemical properties of three-dimensional printed denture base resin reinforced with different nanofillers”의 논문을 양송이 학술위원이 요약한 글입니다.
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