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1 ORIGINAL ARTICLE 세라믹브라켓의재접착이전단결합강도에미치는영향 성지영 a ㆍ강경화 b 본연구의목적은세라믹브라켓제거후재접착시에브라켓의종류, 브라켓의제거방법, 브라켓베이스의처리방법에따른전단결합강도를평가하여임상에서적절한전단결합강도를얻을수있는세라믹브라켓의재접착방법을찾고자하는것이었다. 총 312 개의치아로, 144 개는재접착을위한브라켓을만들기위해이용되었고, 나머지 168 개는재생브라켓의베이스처리후접착을위해사용되었다. 브라켓의종류 ( 단결정세라믹브라켓, 다결정세라믹브라켓 ), 브라켓의제거방법 ( 만능시험기를이용한전단력에의한제거, 레이저에의한제거 ), 브라켓베이스의처리방법 ( 저속라운드버로선택적삭제, 샌드블라스팅처리, 샌드블라스팅후실란처리 ) 에따라 12 개의실험군과 2 개의대조군 ( 단결정, 다결정새브라켓 ) 으로분류하여각군당 12 개의치아를할당하였다. 각실험군의조건에따라브라켓을재접착한후에전단결합강도와접착제잔류지수를평가하고베이스처리방법에따른브라켓베이스의변화를관찰하였다. 연구결과, 단결정세라믹브라켓군은샌드블라스팅처리하고재접착한군에서만다결정세라믹브라켓군보다전단결합강도가유의하게높았다 (p < 0.05). 전단력으로브라켓을제거하고재접착한군과레이저로브라켓을제거하고재접착한군간에전단결합강도는유의한차이가없었다. 브라켓종류와제거방법에관계없이샌드블라스팅후실란처리하고재접착한군은저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군과샌드블라스팅처리하고재접착한군보다전단결합강도가유의하게높았다 (p < 0.001). 베이스형태는전단력으로제거한군보다레이저로제거한군에서더잘유지되었으며, 재접착을위해베이스처리된모든브라켓에서새브라켓보다부드러운표면을나타내었다. 이상의결과를토대로, 제거된세라믹브라켓에샌드블라스팅후실란을처리하고재접착하는것이전단결합강도를증가시켰으며, 저속라운드버를이용한선택적삭제나샌드블라스팅만처리하여재접착하는방법도임상적으로수용가능한결합강도를보였다고할수있다. ( 대치교정지 2009;39(4): ) 주요단어 : 재접착, 세라믹브라켓, 전단결합강도 서론 1980 년대에개발된세라믹브라켓은심미적인장점으로교정임상영역에서유용하게사용되어왔다. 하지만, 결합강도가강하여브라켓제거시에법랑질의손상이나브라켓의파절이종종발생하며, 교정치료로인해치아가과민해진환자에게불편감을줄수있다. 1,2 교정치료중의브라켓접착실패혹은적절한위 a 대학원생, b 부교수, 원광대학교치과대학교정학교실. 교신저자 : 강경화. 전북익산시신용동 원광대학교치과대학교정학교실 ; , pigtail@wonkwang.ac.kr. 원고접수일 : 2009 년 3 월 25 일 / 원고최종수정일 : 2009 년 7 월 29 일 / 원고채택일 : 2009 년 8 월 3 일. DOI: /kjod * 본논문은 2009 년도원광대학교교비지원에의하여수행됨. 치로의재접착은임상에서흔히발생되는일로, 이때제거된브라켓이손상되지않았다면재사용할수있다. 3 브라켓재접착시결합강도에영향을미치는요인들로는브라켓의종류, 4,5 브라켓의제거방법, 접착제의종류, 6-8 재접착의횟수, 9 브라켓베이스의처리방법, 4,5,10-14 법랑질표면의처리방법 15 등이있다. 브라켓재접착전에이러한다양한요인들을고려함으로써, 브라켓-접착면계면이나접착제자체에서의파절을유도하여법랑질표면의손상없이브라켓을제거하고, 제거된브라켓베이스에는상대적으로잔여접착제가적게남아있도록하여브라켓베이스의유지형태를가능한한보존하는것이중요하다. 또한잔여접착제를제거하는과정이필요하며, 16 브라켓베이스를적절히처리하여임상적으로수용가능한 6-8 MPa의결합강도가추천된다

2 Vol. 39, No. 4, Korean J Orthod 세라믹브라켓의재접착이전단결합강도에미치는영향 세라믹브라켓은크리스탈구조에따라단결정과다결정브라켓으로분류되며, 단결정세라믹브라켓은다결정보다더단단한구조이지만, 한번스크래치가생기면균열이진행되어다결정세라믹브라켓보다낮은파절저항성을보였다는보고가있다 하지만다결정세라믹브라켓뿐아니라단결정세라믹브라켓도재접착에이용되어왔다. 12,14 세라믹브라켓을용이하고안전하게제거하기위한노력으로, 초음파제거장치, 전기열장치, 특별히고안된플라이어등이개발되었으나제거시간이오래걸리고열손상의위험이있어임상적으로유용하지않았다 레이저를이용하여세라믹브라켓을제거하고자하는시도는 1990년대초에처음대두되었다. 25 Mimura 등 26 은다결정세라믹브라켓 (Transcend TM series 6000, 3M Unitek, Monrovia, Calif.) 을전단력으로제거한경우에비해, CO 2 레이저를조사하여제거한경우에서법랑질의파절이없었고치면에거의모든접착제가남아있었다고보고하였다. 세라믹브라켓의재접착에관한연구로, Harris 등 11 은새브라켓과베이스의처리없이세척만을시행한후재접착된다결정세라믹브라켓 (Transcend TM series 2000, 3M Unitek, Monrovia, CA, USA) 의전단결합강도는동일하였고, 재접착전에세라믹브라켓베이스를실란으로처리하는것은임상적으로수용할만한전단결합강도를나타내지않았다고보고하였다. 반면에, Toroglu와 Yaylali 14 은샌드블라스팅만을처리한경우에서유의하게낮은전단결합강도를나타내었고, 샌드블라스팅후실란을처리하여재접착된경우와실리카코팅후실란을처리하여재접착된단결정세라믹브라켓 (Inspire TM, Ormco, Orange, CA, USA) 의경우에서새브라켓만큼높은전단결합강도를나타내었다고보고하였다. 그동안브라켓제거방법에따른세라믹브라켓의재접착에대한연구나단결정과다결정세라믹브라켓을구분하여비교한연구는없었으며, 브라켓베이스처리방법에대한효과도연구마다다른결과를보이고있다. 따라서본연구의목적은브라켓의종류 ( 단결정세라믹브라켓, 다결정세라믹브라켓 ), 브라켓의제거방법 ( 만능시험기를이용한전단력에의한제거, 레이저에의한제거 ), 브라켓베이스의처리방법 ( 저속라운드버로선택적삭제, 샌드블라스팅처리, 샌드블라스팅후실란처리 ) 에따른세라믹브 라켓재접착후제거시의전단결합강도와접착제의잔류지수를평가하고베이스처리방법에따른브라켓베이스의변화를관찰하여, 임상에서세라믹브라켓재접착시의적절한전단결합강도를얻을수있는지침을마련하고자하였다. 연구방법 연구재료 교정치료를위해발거된상악혹은하악의소구치를사용하였다. 치아는발거된직후흐르는물로혈액이나타액, 기타이물질등을씻고부착된연조직을제거한후 1주일동안 0.5% chloramine T 용액에보관한다음, 증류수에넣어 4 o C로냉장보관하였다. 27 세균의증식을최소화하기위해이틀에한번씩증류수를교환하였다. 치관협면에균열이나우식, 수복물이없고, 법랑질발육부전혹은반상치와같은형태이상이없으며, 레진을접착하거나불소처치를받은적이없는치아를선택하였다. 총 312개치아에서, 144개는재접착을위한브라켓을만들기위해이용되었고, 나머지 168개는대조군과브라켓베이스처리후재접착을위해사용되었다. 브라켓은소구치용기계적유지형세라믹브라켓으로, 단결정세라믹브라켓은 MISO TM (HT Co., Seoul, Korea) 를, 다결정세라믹브라켓은 Transcend TM series 6000 (3M Unitek, Monrovia, CA, USA) 을사용하였다. 제조사에의하면 MISO TM 는브라켓베이스표면에 micro-protuberance가, Transcend TM series 6000은 micro-crystalline이있어기계적인유지력을제공한다고하였다. 연구방법 시편의제작 만능시험기 (Universal testing machine, Zwick Z020, Ulm, Einsingen, Germany) 에서치관을고정하고취급을용이하게하기위하여소구치를직경 30 mm, 높이 25 mm의원주형 polyvinyl chloride tube에치과용초경석고로매몰하였다. 27 치아는임상치관의치축이원주형몰드의바닥면에수직이되도록하였고 (Fig 1A), 제작된시편은증류수를이용하여 100% 상대습도하에보관하였다. 235

3 성지영, 강경화 대치교정지 39 권 4 호, 2009 년 Fig 1. A, Experimental set-up for shear bond strength measurement; B, lasing positions ( ). Notice that the lasing direction is vertical to the slot. 브라켓의접착과제거 144개의소구치법랑질표면을불소와기름이함유되지않은퍼미스 (Pumice R, Whip-mix Co., Louisville, USA) 를이용하여러버컵으로 10초간세마하였다. 10초간충분한양의물로세척하고 10초간압축공기로건조하였으며, 37% 인산용액 (BISCO Etch-37 R, Schaumburg, USA) 으로 20초간산부식시킨후, 10초간충분한양의물로세척하고 10초간압축공기로건조시켰다. 광중합형레진인 Transbond TM XT (3M Unitek, Monrovia, Calif.) 를이용하여소구치교두정에서 4.5 mm 부위에제조사에서권장하는방법으로단결정과다결정세라믹브라켓을각각 72개씩접착하였다. Ortholux TM LED Curing Light (3M Unitek, USA) 을이용하여브라켓접착면의교합면측, 치은측, 원심측, 근심측에총 40초간광중합하였다. 시편은 37 o C, 100% 상대습도에서 24 시간보관후실험에사용되었다. 72개 ( 브라켓종류별로각각 36개씩 ) 의시편은만능시험기에서 1 mm/min crosshead 속도로전단하중을가하여브라켓을제거하였고, 나머지 72개 ( 브라켓종류별로각각 36개씩 ) 의시편은 Erbium-doped Yttrium Aluminium Garnet (Er:YAG) 레이저로브라켓을제거하였다. 레이저는최대출력 6 W, 2,940 nm의파장을갖는 Kavo KEY Laser3 (KavoDental GmbH & Co., Biberach, Germany) 였다. 조사된레이저에너지는 mj이었으며, mm에서초점이잡히는비접촉식 2060 핸드피스로전달되었다. 비접촉식핸드피스를사용하였기때문에, 일정한거리를유지하기위하여 인치스테인리스스틸와이어와레진으로레이저조사장치를제작하였다. 레이저조사부위는각브라켓당두곳으로근심과원심윙부위슬롯에수직으로 1 펄스씩총 2 펄스를조사하였다 (Fig 1B). 브라켓베이스의처리와재접착 접착후제거된 72 개의단결정과 72 개의다결정세라믹브라켓을 3 가지방법으로베이스를처리하고치아에접착하였다. 실험군은 12 개의군으로나누었고각군당 12 개의치아가포함되었다 (Table 1). 베이스처리의 3 가지방법은다음과같았다 : a) 저속라운드버 (No. 4) 를이용하여유지구조를최대한보존하면서육안으로보이는접착제를선택적으로삭제 ; b) 50μm 직경의 aluminum oxide (Dentaurum, Ispringen, Germany) 를이용하여 64 psi 로브라켓베이스에서 5-10 mm 떨어진위치에서육안으로접착제가제거될때까지샌드블라스팅처리 ; c) 샌드블라스팅후실란 (Porcelain conditioner, Reliance, Itasca, USA) 을전체적으로얇게도포하여 30 초간적용. 베이스처리후실험군은최초브라켓의접착에이용되었던접착제로동일하게재접착하였다. 대조군도새로운단결정세라믹브라켓 12 개와다결정세라믹브라켓 12 개를각각같은방법으로치아에접착하였다 (Table 1). 236

4 Vol. 39, No. 4, Korean J Orthod 세라믹브라켓의재접착이전단결합강도에미치는영향 Table 1. Experimental and control groups Group Bracket type Debonding method Treatment method on bracket base G1 (MUR) MISO TM (Monocrystalline) Shear force by UTM Selective grinding with round bur G2 (MUS) Sandblasting G3 (MUSS) Sandblasting + silane G4 (MLR) Laser Selective grinding with round bur G5 (MLS) Sandblasting G6 (MLSS) Sandblasting + silane G7 (TUR) Transcend TM (Polycrystalline) Shear force by UTM Selective grinding with round bur G8 (TUS) Sandblasting G9 (TUSS) Sandblasting + silane G10 (TLR) Laser Selective grinding with round bur G11 (TLS) Sandblasting G12 (TLSS) Sandblasting + silane Control M MISO TM - New bracket Control T Transcend TM - New bracket M, MISO TM (HT Co., Seoul, Korea); T, Transcend TM series 6000 (3M Unitek, Monrovia, Calif.); U, universal testing machine; L, laser; R, selective grinding with round bur; S, sandblasting; SS, sandblasting + silane; UTM, universal testing machine. 전단결합강도측정 500 N 의 load cell 이부착된만능시험기 (Zwick Z020, Ulm, Einsingen, Germany) 에서 1 mm/min crosshead 속도로전단하중을가하여재접착된브라켓의접착이파절되는순간의최고하중을측정하였다. 27 이측정치를 MISO TM 와 Transcend TM 브라켓베이스의면적 ( 각각 mm 2, mm 2 ) 으로나누고 MPa 로환산하여전단결합강도로하였다. 접착제잔류지수평가와브라켓베이스의관찰 재접착된브라켓의제거후에접착파절양상을관찰하기위해서치면에남아있는접착제의양을 10 배의광학현미경 (Axiotech microscope, Carl Zeiss, Jena, Germany) 을이용하여 Bishara 와 Trulove 21 의 adhesive remnant index (ARI) 로평가하였다. 모든레진이치면에남아있는경우 (m = 100%) 는 1, 레진이치면에 90% 이상으로남아있는경우 (90% m < 100%) 는 2, 레진이치면에 10% 이상 90% 미만으로남아있는경우 (10% m < 90%) 는 3, 레진이치면에 10% 이하로남아있는경우 (0 < m < 10%) 는 4, 레진이치면에남아있지않는경우 (m = 0) 는 5 로정 하였다. 브라켓베이스를주사전자현미경 (JSM-6360, JEOL, Tokyo, Japan) 을이용하여처음브라켓을부착하고제거한후와 3 가지로베이스를처리한후에각각관찰하였다. 통계분석 SPSS version 12.0 (SPSS, Chicago, Illinois, USA) 통계프로그램을이용하였다. 브라켓제거방법과브라켓종류에따른재접착후제거시의전단결합강도의차이는독립표본 T 검정으로, 브라켓베이스의처리방법에따른재접착후제거시의전단결합강도의차이는분산분석 (Analysis of Variance, ANOVA) 과사후검정 (Duncan multiple range test) 으로평가하였으며, ARI 점수는교차분석 (Chi-square test) 을시행하였다. 연구성적 브라켓종류에따른전단결합강도의차이 새브라켓에서는다결정세라믹브라켓군이단결 237

5 성지영, 강경화 대치교정지 39 권 4 호, 2009 년 정세라믹브라켓군보다전단결합강도가유의하게높았으나 (p < 0.001), 재접착한군에서는샌드블라스팅처리한군에서만단결정세라믹브라켓군이다결정세라믹브라켓군보다전단결합강도가유의하게높았다 (p < 0.05, Table 2). 브라켓제거방법에따른전단결합강도의차이 전단력으로브라켓을제거하고재접착한군과레이저로브라켓을제거하고재접착한군간에브라켓제거시의전단결합강도는유의한차이가없었다 (p > 0.05, Table 3). Table 2. Comparison of shear bond strength values (MPa) according to bracket types MISO TM Mean ± SD (MPa) Transcend TM Mean ± SD (MPa) t-value G1 (MUR) 8.61 ± 2.76 G7 (TUR) ± G2 (MUS) 9.05 ± 3.01 G8 (TUS) 6.31 ± * G3 (MUSS) ± 5.97 G9 (TUSS) ± G4 (MLR) 9.51 ± 1.56 G10 (TLR) ± G5 (MLS) 9.77 ± 2.56 G11 (TLS) 7.69 ± * G6 (MLSS) ± 5.97 G12 (TLSS) ± Control M ± 1.89 Control T ± The same abbreviation as Table 1. SD, Standard deviation; * p < 0.05; p < Table 3. Comparison of shear bond strength values (MPa) according to debonding methods UTM Mean ± SD (MPa) Laser Mean ± SD (MPa) t-value G1 (MUR) 8.61 ± 2.76 G4 (MLR) 9.51 ± G2 (MUS) 9.05 ± 3.01 G5 (MLS) 9.77 ± G3 (MUSS) ± 5.97 G6 (MLSS) ± G7 (TUR) ± 4.37 G10 (TLR) ± G8 (TUS) 6.31 ± 2.12 G11 (TLS) 7.69 ± G9 (TUSS) ± 7.14 G12 (TLSS) ± The same abbreviation as Table 1. SD, Standard deviation. Table 4. Comparison of shear bond strength values (MPa) according to treatment methods of bracket base Selective Mean ± SD Mean ± SD Sandblasting Mean ± SD Control Mean ± SD grinding with Sandblasting F-value (MPa) (MPa) + silane (MPa) group (MPa) round bur G1 (MUR) 8.61 ± 2.76 a G2 (MUS) 9.05 ± 3.01 a G3 (MUSS) ± 5.97 c Control M ± 1.89 b * G4 (MLR) 9.51 ± 1.56 a G5 (MLS) 9.77 ± 2.56 a G6 (MLSS) ± 5.97 b Control M ± 1.89 a * G7 (TUR) ± 4.37 a G8 (TUS) 6.31 ± 2.12 a G9 (TUSS) ± 7.14 b Control T ± 4.48 b * G10 (TLR) ± 3.84 b G11 (TLS) 7.69 ± 2.88 a G12 (TLSS) ± 6.39 d Control T ± 4.48 c * The same abbreviation as Table 1. SD, Standard deviation; different at the level of p < (a < b < c < d). * p < The same letters were not significantly 238

6 Vol. 39, No. 4, Korean J Orthod 세라믹브라켓의재접착이전단결합강도에미치는영향 브라켓베이스처리방법에따른전단결합강도의차이 브라켓종류와제거방법에관계없이샌드블라스팅후실란처리하고재접착한군이저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군과샌드블라스팅처리하고재접착한군보다브라켓제거시의전단결합강도가유의하게높았다 (p < 0.001, Table 4). 저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군과샌드블라스팅처리하고재접착한군은레이저로제거된단결정세라믹브라켓군을제외하고는대조군보다전단결합강도가유의하게낮았다 (p < 0.001, Table 4). 샌드블라스팅후실란처리하고재접착한군은전단력으로제거된다결정세라믹브라켓군을제외하고는대조군보다전단결합강도가유의하게높았다 (p < 0.001, Table 4). 레이저로브라켓을제거한다결정세라믹브라켓군에서만저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군이샌드블라스팅처리하고재접착한군보다전단결합강도가유의하게높았다 (p < 0.001, Table 4). 브라켓재접착후제거시의접착제잔류지수평가 브라켓을재접착하고제거한후에법랑질표면의접착제잔류지수를평가하였다 (Table 5). 단결정세라믹브라켓으로재접착한군은샌드블라스팅후실란처리한군을제외하고다결정세라믹브라켓으로재접착한군보다치면에남아있는접착제의양이유의하게많았다 (p < 0.05, Table 6). 전단력으로브라켓을제거하고재접착한군과레이저로브라켓을제거하고재접착한군간에접착제잔류지수의유의한차이는없었다 (p > 0.05, Table 6). 브라켓베이스처리방법에따른재접착된브라켓의접착제잔류비교시, 단결정세라믹브라켓군에서는저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군이샌드블라스팅처리하고재접착한군과샌드블라스팅후실란처리하고재접착한군보다치면에남아있는접착제의양이유의하게많았다 (p < 0.001, Table 6). 다결정세라믹브라켓군에서는저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군과샌드블라스팅처리하고재접착한군이샌드블라 Table 5. Residual adhesive ratings of rebonded brackets according to the adhesive remnant index (ARI) Group N ARI scores * (%) G1 (MUR) (100.0) G2 (MUS) (16.7) 10 (83.3) G3 (MUSS) (100.0) G4 (MLR) (100.0) G5 (MLS) (100.0) G6 (MLSS) (8.3) 11 (91.7) G7 (TUR) 12 2 (16.7) 5 (41.7) 4 (33.3) 1 (8.3) - G8 (TUS) 12 6 (50.0) 5 (41.7) 1 (8.3) - - G9 (TUSS) (8.3) 11 (91.7) G10 (TLR) 12 6 (50.0) 1 (8.3) 3 (25.0) 2 (16.7) - G11 (TLS) (91.7) 1 (8.3) G12 (TLSS) (16.7) - 10 (83.3) Control M (100.0) Control T 12 3 (25.0) 2 (16.7) 2 (16.7) 3 (25.0) 2 (16.7) The same abbreviation as Table 1. ARI scores: 1, all of the composite remained on the tooth; 2, more than 90% of the composite remained on the tooth; 3, more than 10% but less than 90% of the composite remained on the tooth; 4, less than 10% of composite remained on the tooth; 5, no composite remained on the tooth. 239

7 성지영, 강경화 대치교정지 39 권 4 호, 2009 년 Table 6. Comparison of adhesive remnant index scores of rebonded brackets according to bracket types, debonding methods, and treatment methods of bracket base MISO TM Bracket type Transcend TM G1 (MUR) G7 (TUR) G2 (MUS) G8 (TUS) G3 (MUSS) G9 (TUSS) G4 (MLR) G10 (TLR) * G5 (MLS) G11 (TLS) G6 (MLSS) G12 (TLSS) Control M Control T Debonding methods Universal testing machine Laser G1 (MUR) G4 (MLR) - G2 (MUS) G5 (MLS) G3 (MUSS) G6 (MLSS) G7 (TUR) G10 (TLR) G8 (TUS) G11 (TLS) G9 (TUSS) G12 (TLSS) Treatment methods on bracket base Selective grinding with round bur Sandblasting Sandblasting + silane Control group G1 (MUR) a G2 (MUS) b G3 (MUSS) b Control M a G4 (MLR) a G5 (MLS) b G6 (MLSS) b Control M a G7 (TUR) a G8 (TUS) a G9 (TUSS) b Control T a G10 (TLR) b G11 (TLS) a,b G12 (TLSS) d Control T b,c The same abbreviation as Table 1. * p < 0.05; p < 0.01; p < The same letters were not significantly different at the level of p < (a < b < c < d). χ 2 χ 2 χ 2 스팅후실란처리하고재접착한군보다치면에남아있는접착제의양이유의하게많았다 (p < 0.001, Table 6). SEM 을이용한브라켓베이스의변화관찰 실험에사용한단결정과다결정세라믹브라켓베이스를관찰하고 (Fig 2), 전단력과레이저로제거한브라켓베이스와재접착을위해 3 가지방법으로처리한브라켓베이스표면을관찰하였다 (Figs 3-6). 레이저로제거한브라켓군에서전단력으로제거 한군보다베이스의형태가더잘유지되었으며 (Fig 3), 재접착을위해베이스처리된실험군모두에서새브라켓보다부드러운표면을나타내었다 (Figs 4-6). 고찰 세라믹브라켓은본래화학적유지형태로제작되었으며, 실리카로코팅된알루미늄옥사이드베이스에실란커플링제가있어접착제와브라켓베이스사이에서화학적결합을가능하게한다. 20 이런화학적유지형세라믹브라켓의문제점은화학적 240

8 Vol. 39, No. 4, Korean J Orthod 세라믹 브라켓의 재접착이 전단 결합 강도에 미치는 영향 Fig 2. SEM images of the new ceramic bracket base. A, B, MISOTM (Original magnification: 25, 250 times, retm spectively; scale bar: 1 mm, 100μm, respectively); C, D, Transcend series 6000 (Original magnification: 25, 250, respectively; scale bar: 1 mm, 100μm, respectively). Fig 3. Comparison of SEM images of the ceramic bracket base debonded by shear force using universal testing machine (A-D) and by laser (E-H). Lasing positions (arrow). A, B, E, F, MISOTM (Original magnification: 25, 250 times, TM respectively; scale bar: 1 mm, 100μm, respectively); C, D, G, H, Transcend series 6000 (Original magnification: 25, 250 times, respectively; scale bar: 1 mm, 100μm, respectively). Fig 4. Comparison of SEM images of the ceramic bracket base grinded selectively with low-speed round bur after TM being debonded by shear force using universal testing machine (A-D) and by laser (E-H). A, B, E, F, MISO (Original magnification: 25, 250 times, respectively; scale bar: 1 mm, 100μm, respectively); C, D, G, H, TranscendTM series 6000 (Original magnification: 25, 250 times, respectively; scale bar: 1 mm, 100μm, respectively). 241

9 성지영, 강경화 대치교정지 39권 4호, 2009년 Fig 5. Comparison of SEM images of the ceramic bracket base sandblasted after being debonded by shear force TM using universal testing machine (A-D) and by laser (E-H). Lasing positions. A, B, E, F, MISO (Original magnification: 25, 250 times, respectively; scale bar: 1 mm, 100μm, respectively); C, D, G, H, TranscendTM series 6000 (Original magnification: 25, 250 times, respectively; scale bar: 1 mm, 100μm, respectively). Fig 6. Comparison of SEM images of the ceramic bracket base sandblasted and coated with silane after being debonded by shear force using universal testing machine (A-D) and by laser (E-H). Lasing positions. A, B, E, F, MISOTM (Original magnification: 25, 250 times, respectively; scale bar: 1 mm, 100μm, respectively); C, D, G, H, TranscendTM series 6000 (Original magnification: 25, 250 times, respectively; scale bar: 1 mm, 100μm, respectively). 결합이 강한 결합 강도를 일으킬 수 있다는 데 있 28,29 다. 즉, 강한 결합 강도로 인해 브라켓 제거 시의 스트레스가 접착제-브라켓 사이가 아닌 접착제-법 랑질 사이에 존재하게 되어 법랑질의 파절, 균열 등 2 이 종종 발생하며, 치면에 브라켓의 일부가 남아있 어 고속 다이아몬드 버를 이용하여 제거해야 하는 번거로움이 있다.30 브라켓 제작 기술의 향상과 함께 법랑질 파절을 242 예방하기 위한 노력으로, 언더컷과 홈을 이용하여 기계적 유지를 얻는 세라믹 브라켓이 개발되었 다.28,29 이것은 화학적 유지형 세라믹 브라켓보다 결 합 강도가 낮아, 상대적으로 적은 힘으로 브라켓의 2,29 제거를 가능하게 하였다. 임상 교정치료에서 브라켓의 탈락이나 브라켓 재 위치를 위한 의도적인 제거는 빈번한 일로, 비용-효 율 측면에서 브라켓의 재접착을 종종 고려하게 된

10 Vol. 39, No. 4, Korean J Orthod 세라믹브라켓의재접착이전단결합강도에미치는영향 다. 제거된브라켓을타인에게사용하는것은윤리적인문제가있으나, 동일환자에한하여브라켓베이스를처리하고재접착하는것은허용할만하다고할수있다. 제거된브라켓을재접착하는경우는브라켓베이스의유지력을최대한보존하면서베이스에붙어있는접착제를제거하는것이필수적이다. 이것은재접착시에브라켓의결합강도에중요한영향을미치기때문이다. 16 따라서브라켓을재접착하여수용할만한결합강도를얻기위한많은선학들의연구가있었다 본연구는기계적유지형세라믹브라켓을이용하여재접착시다양한처리조건에따른브라켓제거시의전단결합강도를평가하고, 동일한환자에서손상되지않은세라믹브라켓을재접착하는만족스러운방법을찾기위해시행되었다. 브라켓의종류에따른전단결합강도비교에서, 대조군인새브라켓의경우는다결정세라믹브라켓이단결정세라믹브라켓보다전단결합강도가유의하게높았으나 (p < 0.001, Table 2), 재접착된브라켓군에서는단결정세라믹브라켓군이샌드블라스팅처리한군에서다결정세라믹브라켓군보다전단결합강도가유의하게높았다 (p < 0.05, Table 2). 실험에이용된단결정세라믹브라켓 (MISO TM ) 은브라켓제거시베이스에서구형상의유지구조가대부분제거되는형태였다. 그러나다결정세라믹브라켓 (Transcend TM ) 은베이스와접착제사이에서구형상의유지구조가접착제를붙잡은상태로제거되었다. 또한다결정세라믹브라켓은샌드블라스팅처리과정에서표면이거칠어짐과동시에베이스에남아있던일부구형상의유지구조가접착제와함께떨어져나가는것이육안으로관찰되었다. 브라켓재접착시샌드블라스팅처리는다결정세라믹브라켓보다단결정세라믹브라켓에서유효했다고생각할수있었다. 12개의실험군은모두임상적으로수용할만한최소한의결합강도인 6-8 MPa을초과하였으며, 가장높은전단결합강도를보인군은샌드블라스팅후실란을처리한 4개의실험군이었다. 이들실험군은저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군과샌드블라스팅처리하고재접착한군보다전단결합강도가유의하게높았으며 (p < 0.001, Table 4), 전단력으로제거된단결정세라믹브라켓군을제외하고는대조군인새브라켓보다도전단결합강도가유의하게높았다 (p < 0.001, Table 4). 즉, 제거된세라믹브라켓베이스에샌드블라스팅후실란을처리하는것은전단결합강도를증가시켰으며, Bowen과 Rodriquez 31 에의해보고된법랑질의인장결합강도인 14.5 MPa을훨씬웃도는 25 MPa 이상이었다. 따라서재접착후제거시에는법랑질손상에대한주의가필요하리라생각된다. 이는 Toroglu 등 14 이샌드블라스팅후실리카코팅으로처리하여재접착된세라믹브라켓 (Inspire TM, Ormco, Orange, CA, USA) 의경우, 새브라켓만큼높은전단결합강도를나타내었다고보고한것과일치하였다. 반면, Harris 등 11 과 Chung 등 13 이다결정세라믹브라켓에실란커플링제를도포하면결합이불가능한수준까지전단결합강도를낮추거나새브라켓보다전단결합강도가유의하게낮았다고보고한것과는다른결과였다. 제거된브라켓베이스를샌드블라스팅처리하는것은잔여접착제의제거뿐아니라결합강도를증가시키기위해표면을거칠게할수있다고알려져있지만, 이번연구에서접착제만저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군과샌드블라스팅처리하고재접착한군은레이저로브라켓을제거한다결정세라믹브라켓군을제외하고는전단결합강도의유의한차이가없었다 (p > 0.05, Table 4). 레이저로브라켓을제거한다결정세라믹브라켓군에서는저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군이샌드블라스팅처리하고재접착한군보다전단결합강도가유의하게높았는데 (p < 0.001, Table 4), 이는레이저로제거된군이전단력으로제거된군보다브라켓베이스의유지형태를더보존하였기때문인것으로보인다. 일반적으로법랑질에접착되어있는브라켓을제거할경우, 파절양상은브라켓-접착제계면, 접착제자체, 또는접착제-법랑질계면사이에서일어난다. 35 이때법랑질표면의손상없이브라켓을제거하기위해서는브라켓-접착제계면혹은접착제자체에서의파절을유도하는것이바람직하다. 36 본연구에서는 Bishara와 Trulove 21 의 adhesive remnant index (ARI) 점수를이용하여, 실험군의브라켓제거후에접착파절양상을관찰하기위해서잔여접착제가치면에얼마나남아있는지를평가하였다 (Table 5). 실험에이용된단결정세라믹브라켓 (MISO TM ) 은브라켓베이스에구형상의실리카파우더 (SiO 2) 가고온에서녹아결합된구조로, 브라켓제거시베이스에서구형상의파우더가제거되는형태이기때문 243

11 성지영, 강경화 대치교정지 39 권 4 호, 2009 년 에샌드블라스팅후실란처리하고재접착한군을제외하고는대부분평균 90% 이상치면에접착제가남아있었다 (Table 5). 새브라켓에서단결정세라믹브라켓은다결정세라믹브라켓보다전단결합강도가유의하게낮았으며 (p < 0.001, Table 2), 치면에남아있는접착제의양도유의하게많았다 (p < 0.01, Table 6). 그러나샌드블라스팅처리후재접착한단결정세라믹브라켓군은다결정세라믹브라켓군보다전단결합강도는유의하게높았으나, 다결정세라믹브라켓으로재접착한군보다치면에남아있는접착제의양은여전히유의하게많았다 (p < 0.05, Table 6). 즉, 단결정세라믹브라켓은제거시의전단결합강도에관계없이다결정세라믹브라켓보다치면에접착제가많이남아있는특성을보였다. 치면에접착제가대부분남아있다는것은결합실패양상이브라켓-접착제계면에서나타난것으로, 접착제가세라믹브라켓보다법랑질에대한결합력이더강하였기때문인데, 이는브라켓을제거하는과정에서법랑질손상의위험성이낮다는것을의미한다. 16 브라켓베이스처리방법에따른재접착된브라켓의접착제잔류지수비교에서, 단결정세라믹브라켓군에서는저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군이샌드블라스팅처리하고재접착한군및샌드블라스팅후실란처리하고재접착한군보다치면에남아있는접착제의양이유의하게많았다 (p < 0.001, Table 6). 또한다결정세라믹브라켓군에서는저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군과샌드블라스팅처리하고재접착한군이샌드블라스팅후실란처리하고재접착한군보다치면에남아있는접착제의양이유의하게많았다 (p < 0.001, Table 6). 단결정과다결정세라믹브라켓군모두에서치면에남아있는접착제가유의하게적었던샌드블라스팅후실란처리하고재접착한군이전단결합강도도유의하게가장높았다 (p < 0.001, Table 4). 새브라켓의접착에대한기계적인유지력은브라켓베이스에접착되어있는구형상의구조와사이에있는공간들이접착제가들어가결합될공간을충분하게부여함으로써결합강도를증가시킨다 (Fig 2). 37,38 본연구는주사전자현미경을이용하여전단력과레이저로제거된브라켓베이스와재접착을위해 3가지방법으로처리한브라켓베이스표면을관찰하였다 (Figs 3-6). 레이저로브라켓을제거한군 (Fig 3) 은레이저 조사지점이주변보다함몰된모습을보였는데이는접착제가증발혹은분해되어만들어진모양으로, Tocchio 등 39 은브라켓 - 접착제계면에서가스압력이빠르게축적되어, 이압력에의해서브라켓이떨어지거나결합강도가낮아지게되는것이라고하였다. 또한전단력으로브라켓을제거한군 (Fig 3) 에비해브라켓베이스의손상이덜하여유지구조가더많이남아있는모습이관찰되었다. 따라서세라믹브라켓의제거는전단력을이용하는것보다레이저로제거하는것이법랑질손상가능성을낮출수있고동시에베이스에접착제양도적게남도록제거할수있어브라켓베이스의유지형태를더잘보존할수있을것으로보인다. 그러나, 세라믹브라켓의제거방법에따른재접착된브라켓의전단결합강도는, 전단력과레이저간에유의한차이가없었다 (p > 0.05, Table 3). 즉, 브라켓제거방법보다는제거후브라켓베이스의처리방법이브라켓재접착후제거시의전단결합강도에더큰영향을준것으로보인다. 베이스처리된모든실험군들은대조군보다부드러운표면을나타내었다 (Figs 4-6). 저속라운드버를이용하여선택적삭제한군 (Fig 4) 은 250 배와 500 배확대관찰시접착제제거과정중라운드버가스쳐지나간자국이관찰되었는데, 이로인해베이스의유지구조가손상되어최종적인전단결합강도에영향을주었을가능성도배제할수없을것이다. 샌드블라스팅처리한군 (Fig 5) 과샌드블라스팅후실란처리한군 (Fig 6) 도새브라켓 (Fig 2) 보다더부드러운표면을나타내었다. 그러나실제재접착후제거시의전단결합강도는샌드블라스팅후실란처리하고재접착한군이샌드블라스팅처리하고재접착한군과새브라켓에비해유의하게높게나타났는데, 이는커플링제로작용하는실란이브라켓베이스과레진사이의화학적결합을가능하게하였기때문인것으로보인다. 본연구에서, 단결정세라믹브라켓을이용하여재접착하는경우는다결정세라믹브라켓보다브라켓재접착을위한제거시치면에남아있는접착제의양이많아법랑질의손상이적은것으로나타났으며, 샌드블라스팅처리한군에서는전단결합강도도유의하게높았다. 또한레이저로브라켓을제거하는경우가전단력으로브라켓을제거한군에비해브라켓베이스의손상이덜하여유지구조가더많이남아있었다. 제거된세라믹브라켓에샌드블라스팅후실란을처리하고재접착하는것은전 244

12 Vol. 39, No. 4, Korean J Orthod 세라믹브라켓의재접착이전단결합강도에미치는영향 단결합강도를증가시켰으나강한결합강도로인한제거시의법랑질손상을주의해야하므로, 실란을베이스전체가아닌부분적으로처리하는것도고려해볼만하다고생각한다. 또한저속라운드버를이용한선택적삭제나샌드블라스팅만처리하는방법도임상적으로수용가능한최소한의요구강도를초과하였으므로브라켓재접착시에이용가능할것으로여겨진다. 본연구는상악소구치와하악소구치를구분하지않고사용하여상악과하악소구치협측만곡의해부학적변이로인한전단결합강도의차이를고려하지못했으며, 브라켓의재접착시결합강도에영향을미치는다양한요인들인브라켓의종류, 브라켓의제거방법, 접착제의종류, 재접착의횟수, 브라켓베이스의처리방법, 법랑질표면의처리방법중일부만을선정하여시행하였다. 브라켓베이스처리방법만하더라도본연구에서사용된방법이외에다양한방법들이있으므로, 이러한다양한요인들을함께고려한연구가필요할것이다. 또한브라켓재사용에대한대부분의연구들은 in-vitro 연구이기때문에 in-vitro 연구의한계를알고이를임상에서적용할때주의를기울여야하겠다. 결론 세라믹브라켓의제거후재접착시에브라켓종류, 브라켓제거방법, 브라켓베이스처리방법에따른전단결합강도와접착제의잔류지수를평가하고베이스처리방법에따른브라켓베이스의변화를관찰하여다음과같은결과를얻었다. 1. 단결정세라믹브라켓군은샌드블라스팅처리하고재접착한군에서만다결정세라믹브라켓군보다전단결합강도가유의하게높았다 (p < 0.05). 2. 전단력으로브라켓을제거하고재접착한군과레이저로브라켓을제거하고재접착한군간에전단결합강도는유의한차이가없었다. 3. 브라켓종류와제거방법에관계없이샌드블라스팅후실란처리하고재접착한군이저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군과샌드블라스팅처리하고재접착한군보다전단결합강도가유의하게높았다 (p < 0.05). 4. 저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군과샌드블라스팅처리하고재접착한군은레이 저로제거된단결정세라믹브라켓군을제외하고는새브라켓보다전단결합강도가유의하게낮았으며 (p < 0.001), 샌드블라스팅후실란처리하고재접착한군은전단력으로제거된다결정세라믹브라켓군을제외하고는새브라켓보다전단결합강도가유의하게높았다 (p < 0.001). 5. 단결정세라믹브라켓으로재접착한군은샌드블라스팅후실란처리한군을제외하고다결정세라믹브라켓으로재접착한군보다치면에남아있는접착제의양이유의하게많았다 (p < 0.05). 6. 단결정세라믹브라켓군에서는저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군이, 다결정세라믹브라켓군에서는저속라운드버로선택적삭제하고재접착한군과샌드블라스팅처리하고재접착한군이브라켓제거후치면에남아있는접착제의양이유의하게가장많았다 (p < 0.001). 7. 베이스형태는전단력으로제거한군보다레이저로제거한군에서더잘유지되었으며, 재접착을위해베이스처리된모든브라켓에서새브라켓보다부드러운표면을나타내었다. 제거된세라믹브라켓에샌드블라스팅후실란을처리하고재접착하는것이전단결합강도를증가시켰으나, 새브라켓보다강하였으므로실란을베이스에부분적으로처리하는것을고려할수있겠다. 또한저속라운드버를이용한선택적삭제나샌드블라스팅만처리하여재접착하는방법도임상적으로수용가능한결합강도인 6-8 MPa 을초과하였으므로브라켓재접착을위한처리방법으로이용할수있을것으로보인다. 참고문헌 1. Arici S, Minors C. The force levels required to mechanically debond ceramic brackets: an in vitro comparative study. Eur J Orthod 2000;22: Graber TM, Vanarsdall RL, Vig KWL, editors. Orthodontics: current principles and techniques. St Louis: Elsevier; p Kew KK, Djeng SK. Recycling ceramic brackets. J Clin Orthod 1990;24: Yim JB, Lee JW, Cha KS. Shear bond strength of recycled orthodontic brackets treated by variable reconditioning methods. Korean J Orthod 1996;26: Shur CH, Choi EA. A comparative study of bond strength of recycled brackets. Korean J Orthod 1998;28: Egan FR, Alexander SA, Cartwright GE. Bond strength of re- 245

13 성지영, 강경화 대치교정지 39 권 4 호, 2009 년 bonded orthodontic brackets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1996;109: Chung CH, Fadem BW, Levitt HL, Mante FK. Effects of two adhesion boosters on the shear bond strength of new and rebonded orthodontic brackets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2000;118: Bishara SE, Laffoon JF, VonWald L, Warren JJ. The effect of repeated bonding on the shear bond strength of different orthodontic adhesives. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2002;121: Martina R, Laino A, Cacciafesta V, Cantiello P. Recycling effects on ceramic brackets: a dimensional, weight and shear bond strength analysis. Eur J Orthod 1997;19: Buchman DJ. Effects of recycling on metallic direct-bond orthodontic brackets. Am J Orthod 1980;77: Harris AM, Joseph VP, Rossouw PE. Shear peel bond strengths of esthetic orthodontic brackets. Am J Orthod Dentofacialial Orthop 1992;102: Gaffey PG, Major PW, Glover K, Grace M, Koehler JR. Shear/peel bond strength of repositioned ceramic brackets. Angle Orthod 1995;65: Chung CH, Friedman SD, Mante FK. Shear bond strength of rebonded mechanically retentive ceramic brackets. Am J Orthod Dentofacialial Orthop 2002;122: Toroglu MS, Yaylali S. Effects of sandblasting and silica coating on the bond strength of rebonded mechanically retentive ceramic brackets. Am J Orthod Dentofacialial Orthop 2008;134: Eminkahyagil N, Arman A, Cetinşahin A, Karabulut E. Effect of resin-removal methods on enamel and shear bond strength of rebonded brackets. Angle Orthod 2006;76: MacColl GA, Rossouw PE, Titley KC, Yamin C. The relationship between bond strength and orthodontic bracket base surface area with conventional and micro-etched foil-mesh bases. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1998;113: Reynolds IR. A review of direct bonding. Br J Orthod 1975;2: Flores DA, Caruso JM, Scott GE, Jeiroudi MT. The fracture strength of ceramic brackets: a comparative study. Angle Orthod 1990;60: Winchester LJ. Bond strengths of five different ceramic brackets: an in vitro study. Eur J Orthod 1991;13: Swartz ML. Ceramic brackets. J Clin Orthod 1988;22: Bishara SE, Trulove TS. Comparisons of different debonding techniques for ceramic brackets: an in vitro study. Part I. Background and methods. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1990;98: Rueggeberg FA, Lockwood PE. Thermal debracketing of orthodontic resins. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1990;98: Bishara SE, Trulove TS. Comparisons of different debonding techniques for ceramic brackets: An in vitro study: Part II. Findings and clinical implications. Am J Orthod Dentofac Orthop 1990;98: Boyer DB, Engelhardt G, Bishara SE. Debonding orthodontic ceramic brackets by ultrasonic instrumentation. Am J Orthod Dentofac Orthop 1995;108: Strobl K, Bahns TL, Willham L, Bishara SE, Stwalley WC. Laser-aided debonding of orthodontic ceramic brackets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1992;101: Mimura H, Deguchi T, Obata A, Yamagishi T, Ito M. Comparison of different bonding materials for laser debonding. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1995;108: International Standards Organization. ISO/TR 106/SC 1/WG 11. Dentistry: Dental materials - Testing of adhesive to tooth structure Forsberg CM, Hagberg C. Shear bond strength of ceramic brackets with chemical or mechanical retention. Br J Orthod 1992;19: Wang WN, Meng CL, Tarng TH. Bond strength: a comparison between chemical coated and mechanical interlock bases of ceramic and metal brackets. Am J Orthod Dentofacialial Orthop 1997;111: Bishara SE. Ceramic brackets and the need to develop national standards. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2000;117: Bowen RL, Rodriquez MS. Tensile strength and modulus of elasticity of tooth structure and several restorative materials. J Am Dent Assoc 1962;64: Calamia JR. Etched porcelain veneers: the current state of art. Quintessence Int 1985;16: Lacy AM, LaLuz J, Watanabe LG, Dellinges M. Effect of porcelain surface treatment on the bond to composite. J Prosthet Dent 1988;60: Van der Veen JH, Jongebloed WL, Dijk F, Purdell-Lewis DJ, van de Poel AC. SEM study of six retention systems for resin-to-metal-bonding. Dent Mater 1988;4: Proffit WR, Fields HW, Sarver DM. Contemporary orthodontics 4th ed. St Louis: CV Mosby Co.; p Habibi M, Nik TH, Hooshmand T. Comparison of debonding characteristics of metal and ceramic orthodontic brackets to enamel: an in-vitro study. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2007;132: Jena AK, Duggal R, Mehrotra AK. Physical properties and clinical characteristics of ceramic brackets: a comprehensive review. Trends Biomater Artif organs 2007;20: Eliades T, Lekka M, Eliades G, Brantley WA. Surface characterization of ceramic brackets: a multitechnique approach. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1994;105: Tocchio RM, Williams PT, Mayer FJ, Standing KG. Laser debonding of ceramic orthodontic brackets. Am J Orthod Dentofacialial Orthop 1993;103:

14 ORIGINAL ARTICLE Shear bond strength of rebonded ceramic brackets Ji-Young Sung, DDS, MSD, a Kyung-Hwa Kang, DDS, MSD, PhD b Objective: The purpose of this study was to evaluate the shear bond strength of rebonded ceramic brackets according to each condition and find an appropriate method to rebond ceramic brackets with proper shear bond strength in clinical practice. Methods: The study consisted of 12 experimental groups, according to the types of brackets, debonding methods, and treatment methods of the bracket base. Shear bond strength was measured, and adhesive residues left on the tooth surface were assessed. The base of the bracket was examined under scanning electron microscopy. Results: The shear bond strength of the monocrystalline ceramic bracket group was significantly higher than thatof the polycrystalline bracket group with only sandblasting (p < 0.05). There was no significant difference in shear bond strength between groups that used rebonded brackets which were debonded with shear force and debonded with laser (p > 0.05). The shear bond strength of the sandblasted/ silane group was significantly higher than that of the selectively grinded group with a low-speed round bur and the sandblasted only group (p < 0.001). The retentive structure was more presented in groups where laser was applied than in groups where shear force was applied to debond brackets prior to rebonding. The bracket bases which were treated before rebonding presented smoother surfaces than new brackets. Conclusions: Shear bond strength could be increased by applying a silane coupling agent after sandblasting before rebonding. Also, the bond strength of the selectively grinded group with a low-speed round bur and the sandblasted group showed acceptable bond strength for clinical orthodontic treatment. (Korean J Orthod 2009;39(4): ) Key words: Rebonding, Ceramic bracket, Shear bond strength a Graduate Student, b Associate Professor, Department of Orthodontics, School of Dentistry, Wonkwang University. Corresponding author: Kyung-Hwa Kang. Department of Orthodontics, School of Dentistry, Wonkwang University, 344-2, Shinyong-dong, Iksan , Korea ; , pigtail@wonkwang.ac.kr. Received March 25, 2009; Last Revision July 29, 2009; Accepted August 3,