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1 <Abstract> 대한치과재료학회지 42(2) : , 2015 ISSN: (Print); (Online) Available online at CAD/CAM 용신소재컴포짓트블럭의마모도평가 이우근, 강동호, 고영무 * 조선대학교치과대학치과재료학교실, 노인구강질환제어연구센터 * Evaluation of 3-body wear of novel composite blocks for CAD/CAM Woo-Geun Lee, Dong-Ho Kang, Yeong-Mu Ko* Department of Dental materials, School of Dentistry & Research Center for Oral Disease Regulation of the Aged*, Chosun University Gwangju , Republic of Korea CAD/CAM generated dental restorations meet standardized manufacturing processes with uniform material quality, reproducibility of restorations and reduction in production costs. CAD/CAM systems in dentistry have rapidly gained importance and popularity, then various types of composite block were introduced as novel material. The purpose of this study were to evaluate the wear resistance of dental novel composite blocks for CAD/CAM. Four composite resin blocks (Lava Ultimate, Block HC, Cerasmart, KZR-CAD HR) and one composite ceramic block (Vita Enamic) for CAD/CAM were tested. Wear was simulated with an OHSU oral wear simulator, which simultaneously incorporates the wear mechanism of attrition and abrasion in three-body wear mode. Composite specimens were subjected to 50,000 cycles of wear against a steatite antagonist. Mixture of poppy seeds (2 g) and PMMA beads (1 g) in DW (10 ml ) was used for 3-body abrasive medium. After wear simulation, average wear depths for abrasion wear and attrition wear were measured with the use of a 3D profilometer. Ten specimens were tested each group. Composite blocks showed excellent abrasion wear resistance ( μm ). Cerasmart showed the lowest attrition wear (5.85 μm ), there were no significantly difference in attrition wear ( μm ) for the other four composite blocks (p>0.05). Composite ceramic block showed the similar wear behavior to composite resin blocks. Correlation between fraction of ceramic and wear resistance was very low (R 2 = ). Key words: CAD/CAM block, Composite resin, Composite ceramic, 3-body wear, Wear depth Ⅰ. INTRODUCTION 1980 년대에 CAD/CAM 기술이치의학에도입된이후빠르게 성장하여치과진료에서보편적이고중요한술식이되고있 다. CAD/CAM 시스템을적용하면균일한재료의특성, 수복 * Correspondence: Yeong-Mu Ko 광주광역시동구필문대로 309번지 ( 우 ) 조선대학교치의학전문대학원치과재료학교실 Tel: , ymgo@chosun.ac.kr Received: Apr 08, 2015; Revised: Apr 21, 2015; Accepted: Apr 21, 2015 물의재현성및제조비절감등표준화된제조과정을만족시킬수있는치과수복물을제작할수있다. 1-step 영구수복물제작용 CAD/CAM 소재로는장석실리케이트세라믹, 장석계백류석-강화형글라스-세라믹, 새로개발된나노형컴포짓트레진및컴포짓트세라믹 (interpenetrating network) 등이있으며, 1-step 임시수복물제작용 CAD/CAM 소재로는초미세입자형컴포짓트레진과무충전 PMMA 레진블럭이사용되고있다. 2-step CAD/CAM용재료로는리듐-다이실리케이트글라스-세라믹과반투명한지르코니아세라믹블럭등이사용되 * 본논문은 2014 년도조선대학교학술연구비지원을받았음.

2 고있다 (Giordano, 2006; Conrad 등, 2007; Fuster-Torres 등, 2009; Fasbinder, 2012). 점차 CAD/CAM 시스템을이용한수복물제작에관심을가지는임상의들이증가하면서심미성이우수하고사용이용이한신소재개발이요구되고있다. 현재임상에서사용하고있는대표적인 CAD/CAM 용치과재료로는세라믹과컴포짓트레진이있는데, 먼저도입된 CAD/CAM 용세라믹블럭 (Cerec System) 은 1985년에처음으로소개되어인레이, 온레이및비니어제작에적용되고있다. 치과용세라믹의물성은지속적으로개선되어심미성, 마모저항성, 생체적합성및색안정성등은만족스럽지만, 취성파괴에취약하고대합치를과도하게마모시킬수있는문제는아직해결되어야할과제로남아있다 (Kassem, 2012). 반면 CAD/CAM 용컴포짓트레진블럭은세라믹보다연질 (soft) 이므로마무리 (finish) 와연마 (polish) 가용이하며, 비록마모저항성이다소부족할수있지만대합치를적게마모시키는장점이있다 (Rocca 등, 2010). 결과적으로내구성과심미성이우수한간접수복물용재료로세라믹과컴포짓트레진의장점을결합한새로운소재개발필요성이증가하고있다. 진료실에서사용하는 CAD/CAM용수복재료는가공하기쉽도록블럭형태로출시되며대부분 CAM 가공이 20 분내에완료될수있도록가공효용성이있어야한다. 따라서 post-milling 가공시간이장시간 (6-8 시간 ) 소요되는지르코니아세라믹의경우진료실에서사용할수있는 CAD/CAM 용수복재료로는적당하지않을수있다 (Fasbinder, 2010). 2000년에 CAD/CAM 용컴포짓트레진블럭으로 Paradigm MZl00 (3M ESPE) 이최초로소개되었다 (Giordano, 2006; Fasbinder, 2010). 직접수복용컴포짓트레진인 Z100과동일하게 Bis-GMA 와 TEGDMA 를기본레진으로사용하지만추가로교차-결합을크게증가시킨 Paradigm MZl00은평균입자크기가 0.6 μm인지르코니아 -실리카필러를 85 wt.% 함유하고있다. 세라믹블럭의발전과함께컴포짓트레진블록의경우도나노형또는나노-혼합형컴포짓트레진이소개되는등획기적으로개선되고있는데, 적절한강직성 (stiffness) 과마모특성을가지는컴포짓트레진블록으로세라믹블럭에의한문제를해결할수있다고한다. 나노형컴포짓트레진은장기간임상성능이입증된혼합형 (hybrid) 컴포짓트레진과동등한기계적특성을발휘할수있어구치부수복용으로 도충분히추천될수있다고한다 (Takahashi 등, 2011). Kunzelmann 등 (2001) 은 chewing simulator 로 CAD/CAM 용세라믹및컴포짓트레진블럭의마모도를비교하였고, Attia 등 (2006) 은 CAD/CAM용소재인 Paradigm MZl00과 Vitablocs Mark II로크라운을제작하여파절강도를비교하였으며, Fasbinder 등 (2005) 은 Paradigm MZl00과 Vitablocs Mark II로제작한인레이를환자에게적용한후 3년간변연적합도와색-조화도를비교하였다. Kassem 등 (2012) 은 Vitablocs Mark II와 Paradigm MZl00 으로구치부크라운의피로강도와미세누출을비교평가한바있다. 최근컴포짓트레진의용이한조작성과세라믹의심미성을융합시킨 CAD/CAM 용소재로 Lava Ultimate (3M ESPE) 가소개되었는데, Paradigm MZl00 과는상이하게높은온도와압력조건에서중합시켜굴곡강도와파괴인성이개선되었다고하였다 (Ruse와 Sadoun, 2014). 고압과고온에서의컴포짓트레진중합과정은일반재래식중합과정과는큰차이가있는데, 1 GPa 이상의고압에서는폴리머체인의이동이감소하고상대적으로낮은중합도 (12 %) 만을얻는다는연구보고가있지만, 이경우중합시키는온도가상온에서 120 로상승될경우중합도는 65 % 로증가된다고한다 (Kaminski 등, 2008). Nguyen 등 (2013) 은고온및고압에서중합할경우반응개시제나활성제등첨가물을추가하지않은순수한단량체만으로도중합이가능하며, 중합된컴포짓트레진의최종구조는재래식방법으로중합된컴포짓트레진과는큰차이를보인다고하였다. 이와같은다양한유형의 CAD/CAM 용컴포짓트레진제품 (Block HC, Shofu, Japan; Cerasmart, GC, Japan; Gradia Block, GC, Japan) 이최근소개되고있다 (Lauvahutanon 등, 2014). 또한 CAD/CAM 용세라믹또는컴포짓트레진의물성을획기적으로개선하기위하여취성이있는글라스상을폴리머로대체하여폴리머침투세라믹망상구조 (PICN, polymer-infiltrated ceramic network) 를가지는컴포짓트세라믹이소개되었다. 폴리머기질에결합되지않은세라믹입자를안정된세라믹기질로대체하여강도, 탄성계수, 인성 (toughness) 및마모저항성을개선할수있다고하였다 (Steier 등, 2013). 다공성세라믹 network 표면을접착촉진제 (adhesion promoter) 로처리한다음액상의단량체를침투 128

3 시킨후중합하여 interpenetrating 미세구조를얻을수있다. 높은압력으로액상의단량체가다공성세라믹구조에완전하게침투해들어가도록한다음고온의열-활성화과정으로단량체를교차-결합시키고중합과정중에중합수축이진행되지않도록하여기포형성등의결함생성을억제하면물성이획기적으로개선될수있다고하였다 (Steier 등, 2013). PICN 은 3차원으로상호연결된구조로 interpenetrating phase composites (IPC) 라고도한다. 세라믹 interpenetrating 치과용재료로약 30여년전에소개된 In-Ceram 시스템 (Vita, Germany) 이있는데, 다공성세라믹구조에용융된글라스를침투시켜심미성과기계적특성을개선한세라믹소재이다. IPC 내에는 2개의연결된상 (phase) 이존재하므로계면균열굴절 (crack deflection) 등에의해균열진행이방해를받을수있으며, 파괴시에는변형이많이되는상에의해파괴저항성이향상이될수있다고하였다 (Nalla 등, 2003; Della Bona 등, 2014). 필러입자와레진을혼합하여제조하는기존의일반컴포짓트레진과는제조공법이전혀다른 Vita Enamic (Vita, Germany) 이 2013 년소개되었다. 컴포짓트세라믹인 Vita Enamic은세라믹과폴리머의특성을적절하게융합한 interpenetrating networks 의 hybrid 구조로 DNH (double network hybrid) 라고도하는데, 상아질과유사한탄성계수를가지며, 비커스표면경도값은법랑질과상아질의중간정도로마모저항성은치과용세라믹과유사하지만대합치를마모시키는정도는낮았다고하였다 (Dirxen, 2013; Kurbad와 Kurbad, 2013; Ruse와 Sadoun, 2014). PICN 소재의제조공정은 2-단계로진행되는데, 모세관작용으로액상의레진을다공성세라믹구조에침투시켜제조한다. CAD/CAM 용컴포짓트세라믹신소재는기존세라믹과비교하여취성, 강직성 (rigidity) 및경도등이감소되었고, 유연성과파괴인성등이개선되었으며가공성향상등도기대할수있다 (Coldea 등, 2013). 이러한 interpenetrating 법을적용하여소재의굴곡강도특성을개선할수있으며, 자연치아의물성과유사한재료도개발할수있다는연구가발표되었다 (He와 Swain, 2011; Petrini 등, 2013). 최근치과용 CAD/CAM 용컴포짓트레진이구치부수복에사용되고있지만컴포짓트레진의마모특성은중합수축과함께아직까지는임상적용시고려하여야할중요한요소로 지적되고있다 (Jandt 와 Sigusch, 2009). 구강내에서자연치의경우도약 29 μm /year 정도의자연적인마모가진행되고있으며, 이상적인수복재는자연치와유사한마모도를보여야한다 (Lambrechts 등, 1989). 컴포짓트레진의마모는대부분 2-단계로진행되는데, 먼저레진기질이마모되고, 세라믹필러가노출또는돌출될경우필러가탈락되어손실이되면서마모가진행된다. 임상에서는관찰되는마모를교모 (attrition), 마멸 (abrasion) 또는침식 (erosion) 등으로분류하고있으며, 마모가진행되는기전에따라서는두물체의접촉면이작거나가해지는힘이강한경우에두접촉면에서융합이일어난후약한물체에서탈락이진행되는접착성마모 (adhesive wear), 두물체가 sliding될때직접접촉하여발생하는마멸성마모 (abrasive wear) 등으로분류하고있다. 마멸성마모는다시두물체사이에서발생하는 2-체마모 (two-body wear) 와그사이에음식물등이매개되어일어나는 3-체마모 (three-body wear) 로세분된다 (Savabi 등, 2011; D'Arcangelo 등, 2014). 구강내에서콤포짓트레진수복물은자연치보다마모가많이진행될수있으므로시간이경과함에따라교합이되지않는문제가발생할수도있다. 또한수복물자체의내마모성이중요하지만수복물에의한대합치의과도한마모는기능뿐아니라심미성에도나쁜영향을줄수있다. 치과수복물의마모정도를평가하기위하여다양한마모재현장치가소개되었지만, 구강내에서진행되는마모를정확하게재현하여평가하는것은매우어렵다. de Gee와 Pallav (1994) 가소개한 ACTA 마모시험기는 abrasion 마모는재현할수있지만 attrition 마모를재현하지못하는문제가있고, Suzuki와 Leinfelder (1993) 가개발한마모시험기는 attrition 마모와 abrasion 마모를각각재현할수는있지만 2 가지마모를동시에시험할수없는문제가있으며, DeLong 과 Douglas (1983) 가소개한 servohydraulic 마모시험기는구강내상황재현은우수하지만 attrition 마모와 abrasion 마모를동시에시험할수없으며시험장치가복잡한단점이있다. Condon 과 Ferracane (1996) 이개발한 OHSU 마모시험기 (Oregon Health & Sciences University Oral Wear Simulator) 는 abrasion 마모와 attrition 마모를동시에재현할수있으며, 시험법이상대적으로간편하여본연구에서는기능이향상된 OHSU oral wear simulator 로구강내마모를재현하여 129

4 CAD/CAM용컴포짓트레진블럭의마모도를측정하였다. 치과재료의마모도를정량화하기위하여다양한방법이사용되는데, de Gee 등 (1985) 은마모에따른표면거칠기를측정하여비교하였고, Teixeira 등 (2005) 은마모전 후시편의두께차이를측정하여비교하였다. Heintze 등 (2006) 은마모에따른부피손실과최대수직길이손실을 profilometry 장치와 optical sensor 장치로측정하였고, 시편의복제품에서 3D laser scanning 장치로마모로손실된정도를측정하여비교하였다. Koottathape 등 (2012) 은접촉식 profilometry 장치와비접촉식 digital CCD microscope 장치를이용하여마모도를정량화하였는데, 본연구에서는접촉식 3D profilometry 장치로마모깊이를측정하여 CAD/CAM 용컴포짓트레진블럭의마모도를비교하였다. CAD/CAM 술식의임상적용이빠르게증가되면서 CAD/CAM 용소재로다양한유형의컴포짓트블럭제품들이소개되고있지만, 임상에서이러한소재를선택할때도움이될수있는기본적인자료들은많이부족한상황이다. 특히컴포짓트블럭의주요문제점중의하나인마모저항성을평가한연구는거의없어서본연구에서는최근에상품으로출시된 CAD/CAM 용컴포짓트블럭의마모저항성을비교평가하고자하였다. Ⅱ. MATERIALS AND METHODS 1. 실험재료본연구에서는기존재래식방법인필러와레진을혼합하여제조한 CAD/CAM용컴포짓트레진블럭 4 종 (Lava Ultimate, Block HC, Cerasmart, KZR-CAD HR) 과 PICN형 CAD/CAM용컴포짓트세라믹블럭 1 종 (Vita Enamic) 등총 5 종의컴포짓트블럭을실험군으로하였다 (Table 1). 컴포짓트시편을제조사의설명서에따라디스크형 ( 길이 10 mm, 폭 6 mm, 두께 2 mm ) 시편으로제작한다음원통형 ( 지름 25 mm, 두께 15 mm ) 아크릴릭레진블럭에컴포짓트시편이중앙에위치되도록에폭시레진으로포매하였다. 포매한시편표면은 #600, #1000, #1200 및 #1500 grit SiC 연마지로순차적으로연마하여각실험군당 10 개의시편을준비하였다. 3-체마모시험을위한마모매개물 (abrasion medium) 로증류수 10 ml에 PMMA 분말 1 g과 poppy seed 2 g을혼합하여막자사발에서분쇄한후사용하였다. Table 1. Materials used in this study Brand name Resin Ceramic Ceramic fraction Manufacturer Lava Ultimate Bis-GMA, UDMA, Bis-EMA, TEGDMA SiO2 (20 nm ), ZrO2 (4-11 nm ), aggregated SiO2 + ZrO2 ( μm ) 80 wt.% 3M ESPE, USA Block HC UDMA, TEGDMA Silica powder, micro- fumed silica, zirconium silicate 61 wt.% Shofu, Japan Cerasmart Bis-MEPP, UDMA, DMA Silica (20 nm ), barium glass (300 nm ) 71 wt.% GC, Japan KZR-CAD HR UDMA, TEGDMA SiO2+Al2O3+ZrO2 cluster (1-6 μm ), submicron filler ( nm ), nano filler (20 μm, 100 μm ) 79 wt.% Yamakin, Japan Vita Enamic UDMA, TEGDMA feldspathic crystalline particles in glassy matrix 86 wt.% Vita, Germany 130

5 2. 실험방법구강내에서진행되는마모과정을유사하게재현할수있는 OHSU 마모시험기 (Orergon Health Science University Wear Simulator; Proto-tech, USA) 에시편을장착하고 antagonist로구형 ( 지름 6 mm ) steatite 세라믹 (Proto-tech, USA) 을사용하여 attrition 마모와 abrasion 마모과정을동시에재현하였다 (Fig. 1). Attrition 마모와 abrasion 마모가진행되는시편부위에 antagonist로가해지는힘은각각 90 N과 20 N이되도록설정하였고, antagonist는분당 60 회의속도로약 8 mm거리를 50,000 회직선운동하도록하였다 (Fig. 2). 마모과정을재현한후마모시험기에서시편을제거하여탐침스캔방식의 3-차원형상분석기 (3-D Profilometer, MTS, USA) 로시편에서마모된부분의마모깊이를측정하였다 (Fig. 3). 1.74±0.33 μm, attrition 마모깊이는 12.28±1.95 μm로전반적인마모양상은 Lava Ultimate 와유사하였다. Fig. 4c는마모된 Cerasmart 시편을스캔한그림으로 abrasion 마모깊이는 1.75±0.59 μm, attrition 마모깊이는 5.85±2.16 μm로실험군중에서유의하게가장적은마모도를보였다 (p<0.05). Fig. 4d는마모된 KDR-CAD HR 시편을스캔한그림으로 abrasion 마모깊이는 3.45±1.27 μm, attrition 마모깊이는 14.07±0.79 μm로전반적인마모양상은 Lava Ultimate 와유사하였다. 실험군중에서유일한컴포짓트세라믹인 Vita Enamic의마모된표면을스캔한그림은 Fig. 4e와같으며, abrasion 마모깊이는 3.05±0.95 μm, attrition 마모깊이는 14.97±1.24 μm로컴포짓트레진실험군과유사한양상을보였다. Fig. 5에는모든실험군의 abrastion 마모와 attrition 마모도를그래프로비교하였다. 3. 통계처리각실험군당 10개의시편을대상으로 attrition 마모깊이와 abrasion 마모깊이의평균값과표준편차를구하였으며, 유의수준 0.05에서 ANOVA와 Tukey multiple comparisons test (WINKS 4.62) 를통해분석하였다. Ⅲ. RESULTS OHSU oral simulator로구강내마모를재현시편을 3D profilometer 로스캔한결과는 Fig. 4와같다. Fig. 4a는마모된 Lava Ultimate 시편을스캔한그림으로사진으로깊이차이에따라다른색으로표시되었는데, 파란색부분은 attrition 마모가진행된부위로이부근 2 지점에서의평균마모깊이를측정하여 attrition 마모깊이로하였고, 하방 3 지점에서의평균마모깊이를측정하여 abrasion 마모깊이로하였다. 각실험군당 10 개시편에서측정한값으로 abrasion 마모 (2.22±0.87 μm ) 와 attrition 마모 (13.51±2.15 μm ) 평균값과표준편차를구하여 Table 2에정리하였다. Fig. 4b는마모된 Block HC 시편을스캔한그림으로 abrasion 마모깊이는 IV. DISCUSSION 치과에서사용하고있는대표적인 CAD/CAM 용소재로세라믹과컴포짓트레진이있는데, 1985년에처음소개된 CAD/CAM 용세라믹블럭은물성이지속적으로개선되고있지만취성과과도한대합치마모는해결되어야할과제로남아있고, 2000년에소개된컴포짓트레진블럭 (Paradigm MZl00) 은세라믹보다가공이용이하며대합치를적게마모시키는장점이있다. 따라서내구성과심미성이우수한 CAD/CAM 용소재로세라믹과컴포짓트레진의장점을결합한새로운재료가요구되고있다. CAD/CAM 용컴포짓트레진블럭인 Paradigm MZl00이소개되면서세라믹블럭의기계적특성과비교한연구가발표되었는데, Kunzelmann 등 (2001) 은구강내마모재현이가능한 chewing simulator 를이용하여장석세라믹 (Vitablocs Mark II), 백류석-강화형세라믹 (ProCAD, Empress) 및컴포짓트레진 (Paradigm MZl00) 등 CAD/CAM용블럭의교합면마모 (occlusal wear) 를평가하였는데, Paradigm MZl00 은다른세라믹소재보다마모도가 2 배정도많았으며, 백류석-강화형세라믹의마모도가가장적었다고하였다. 131

6 Figure 1. OHSU oral wear simulator. Figure 2. 3-dimensional representation of the wear trace produced on a specimen. A B Figure 3. 3-D Profiling system. 132

7 a) Lava Ultimate b) Block HC c) Cerasmart d) KZR-CAD HR e) Vita Enamic Figure 4. Scan data of specimens after wear simulation. Figure 5. Wear depth results of experimental groups. 133

8 Table 2. Wear results of experimental groups Groups Code Abrasion wear ( μm ) Attrition wear ( μm ) Lava Ultimate LAU 2.22 ± 0.87a ± 2.15c Block HC BHC 1.74 ± 0.33a ± 1.95c Cerasmart CRS 1.75 ± 0.59a 5.85 ± 2.16d KZR-CAD HR KZR 3.45 ± 1.27a ± 0.79c Vita Enamic ENA 3.05 ± 0.95a ± 1.24c * Note: the same superscript letters within the same column are not significantly different (p > 0.05). 그러나 Paradigm MZl00 은다른세라믹보다대합치법랑질을가장적게마모시켜임상적용시에는중요한장점이될수있다고하였다. Attia 등 (2006) 은 Paradigm MZl00 과 Vitablocs Mark II로크라운을제작하여파절강도를비교한결과유의한차이가없었다고하였는데, 일반적으로세라믹크라운의파절강도가더우수할것이라고예측할수있지만컴포짓트레진의높은 resiliency 특성과우수한응력흡수성등향상된탄성특성에의해컴포짓트레진크라운이세라믹크라운과대등한파절강도를보였다고하였다. Fasbinder 등 (2005) 은 Paradigm MZl00과 Vitablocs Mark II로제작한인레이각각 40 개씩을환자에게적용한후 3 년간변연적합도 (margin adaptation) 와색-조화도를비교평가한결과, 초기의변연적합도는모두우수하였으나시간경과에따라컴포짓트레진이마모되면서변연적합도차이가관찰되었으며, 색-조화도의경우 Paradigm MZl00 은 91.4 % 를 Vitablocs Mark II는 58.8 % 를보여컴포짓트레진인레이의색안정성이더우수하였다고하였다. Kassem 등 (2012) 은 Vitablocs Mark II와 Paradigm MZl00으로각 16 개씩제작한구치부크라운의피로저항성 ( 백만회 ) 과미세누출을비교평가하였는데, 컴포짓트레진으로제작한크라운의경우모든시편이 1,000,000 회반복하중시험후에도파괴되지않았으나, 세라믹크라운의경우교합부중앙부위에서균열이발견되어 Paradigm MZl00의피로저항성이 Vitablocs Mark II보다우수하게관찰되었다고하였으며, 특히세라믹크라운의경우접착에사용한시멘트유형이피로저 항성에영향을줄수있다고하였다. 혼합형, 나노형및나노-혼합형등다양한유형의컴포짓트레진을고온과고압의조건에서중합하여기계적특성을개선시킨방법을 CAD/CAM 용컴포짓트레진블럭에적용하려는연구가발표되었다 (Nguyen 등, 2012; Nguyen 등, 2014; Phan 등, 2014; Ruse와 Sadoun, 2014). Nguyen 등 (2013) 은 300 MPa 압력과 200 에서중합한다면컴포짓트레진에다른반응개시제나활성제등첨가물을추가하지않은순수한단량체만으로도중합이가능하다고하였는데, 이렇게중합된컴포짓트레진의최종구조는기존재래식방법으로중합된컴포짓트레진기질과전혀다를수있다고하였다. 최근에는나노기술과세라믹을융합시켜컴포짓트레진의용이한조작성과세라믹의심미성을융합시킨새로운 CAD/CAM 용소재로 Lava Ultimate (3M ESPE) 가소개되었는데, Paradigm MZl00과는상이한온도와압력조건에서중합시켜굴곡강도와파괴인성을개선할수있었다고하였다 (Ruse와 Sadoun, 2014). Lava Ultimate 는실리카입자 (20 nm ), 지르코니아입자 (4-11 nm ) 및실리카와지르코니아나노-입자가응집된응집체 (cluster) 등 3 종의세라믹필러입자 (80 wt.%) 가교차- 결합도가매우높은폴리머에함입된신소재나노-세라믹으로분류되고있다. 제조사에서제시한 Lava Ultimate 의굴곡강도는 200 MPa로백류석- 강화형세라믹블럭 ( MPa) 보다우수한기계적특성을갖는다고하였고, 파괴인성값도우수하여세라믹보다수복물두께를 0.5 mm정도감소시켜얇게 134

9 제작할수있다고하였다. 또한첨가된나노-입자들은 Lava Ultimate 블럭의가공성과심미성향상에크게기여하여컴포짓트레진블럭의문제점인칫솔질에의한마모및광택소실저항성도글라스-세라믹과유사하게개선되었다고하였다 (Fasbinder, 2012). 그럼에도불구하고세라믹필러입자와레진단량체를혼합하는재래식방식으로제조하여중합시켜사용하는컴포짓트레진의물성은아직레진기질, 필러유형, 필러형태, 필러크기및필러계면결합제등에크게영향을받을수있다고한다 (Ferracane 등, 1998; Ferracane, 2013). Yamakin (Japan) 사에서최근에출시한컴포짓트레진 (KZR-CAD HR) 블럭은 UDMA 와 TEGDMA 혼합단량체에 SiO 2 +Al 2 O 3 +ZrO 2 입자의응집체 (1-6 μm ), 초미세입자 ( nm ) 및나노입자 (20 μm, 100 μm ) 를첨가하여광중합한다음 110 까지가열하여 2차열-중합시켜심미성과기계적특성을크게향상시켰다고하였다 (Kato 등, 2012; Imai 등, 2013). CAD/CAM용세라믹의단점을획기적으로개선하기위하여취성이있는글라스상을폴리머로대체하는폴리머침투세라믹망상구조 (polymer-infiltrated ceramic network, PICN) 인컴포짓트세라믹이소개되었다. 컴포짓트레진에서폴리머기질에결합되지않은세라믹입자를안정된세라믹기질로대체하여강도, 탄성계수, 인성 (toughness) 및마모저항성을개선할수있다고하였다. 다공성세라믹 network 표면을접착촉진제 (adhesion promoter) 로처리한다음액상의단량체를침투시킨후중합하여 interpenetrating 미세구조를얻는다. 특히높은압력으로액상의단량체가다공성세라믹구조에완전하게침투해들어가도록한다음고온으로열-중합하고단량체를교차-결합시키며중합과정중에중합수축이진행되지않도록하여기포형성등의결함이생성되는것을억제하면물성이획기적으로개선될수있다고하였다 (Steier 등, 2013). 이러한방법을적용하여자연치아의물성과유사한재료를개발할수있다고한다 (He와 Swain 2011; Petrini 등, 2013). 필러입자와레진을혼합하여제조하는기존의컴포짓트레진과는제조공법이전혀다른컴포짓트세라믹인 Vita Enamic (Vita, Germany) 은세라믹과폴리머의특성을적절하게융합한 interpenetrating networks의 hybrid 구조로 DNH (double network hybrid) 라고도한다. 2013년에소개된 Enamic 은알루미나로강화된장석-세라믹 86 wt.% 와치과용레진 (UDMA+TEGDMA) 14 wt.% 로구성된 interpenetrating network 구조를가지며 Lava Ultimate 보다세라믹함량도높아우수한기계적특성을얻을수있다고하였다 (Kurbad와 Kurbad, 2013). 또한 CAD/CAM 용컴포짓트소재로제작한수복물은일반세라믹으로제작한수복물보다수리 (repair) 가용이한장점이있다 (Rocca 등, 2010; Nguyen 등, 2014). Lauvahutanon 등 (2014) 은 CAD/CAM 용컴포짓트레진블럭 4 종 (Block HC, Cerasmart, Gradia Block, Lava Ultimate), 컴포짓트세라믹 1 종 (Vita Enamic), 장석계세라믹 (Vitablocs Mark II) 의기계적특성 ( 굴곡강도, 굴곡탄성계수, 표면경도 ), 세라믹필러함량및형상등을비교하였다. 세라믹필러함량은 Vita Enamic 이 86.4 % 로가장많았으며, 다음으로 Lava Ultimate가 73.1 %, Gradia Block이 70.5 %, Cerasmart 는 65.0 % 였고, Block HC는 61.9 % 로가장낮은값을보였다고하였다. 이중에서 Lava Ultimate, Gradia Block 및 Cerasmart 의필러함량은제조사가제시한값보다유의하게낮은값을보였다. 건조상태에서 CAD/CAM 용블럭의굴곡강도는 MPa 범위롤보였으나, 세라믹함량과의상관성은보이지않았다. 또한 7일간증류수 (37 ) 에보관하거나, 7일간증류수 (37 ) 에보관한후 10,000 회열- 순환처리한경우컴포짓트레진블럭의굴곡강도는유의하게감소하는양상을보였으나, 컴포짓트세라믹과장석세라믹의경우는유의한변화를보이지않았다고하였다. 건조상태에서블럭의굴곡탄성계수는 MPa 범위로세라믹함량과의상관성을보였다. 또한 7 일간증류수 (37 ) 에보관하거나, 7 일간증류수 (37 ) 에보관한후 10,000 회열순환처리한경우에도굴곡탄성계수는급격하게감소되지않았다. 표면경도값의경우도세라믹필러함량과상관성을보였으며, 7 일간증류수 (37 ) 에보관하거나 7 일간증류수 (37 ) 에보관한후 10,000 회열-순환처리한경우에도유의하게감소되지않았다고하였다. 컴포짓트레진의표면경도값은마모저항성을예측하는데사용될수있다고하였는데 (Mandikos 등, 2001), 표면경도와마모저항성의상관성을연구한많은연구에서는애매한결과가보고되기도하였다 (Peutzfeldt 와 135

10 Asmussen, 1996; Cao 등, 2010; Hahnel 등, 2011). 심미성이우수하고사용이간편하여구치부수복에도자주사용되고있는컴포짓트레진의경우부족한마모저항성은중합수축과함께임상적용시고려하여야할중요한요소로지적되고있다 (Jandt와 Sigusch, 2009). 이상적인수복물은자연치와유사하게마모되어야하지만, 콤포짓트레진수복물은자연치보다많이마모될수있으므로수복물장착후시간이경과함에따라교합에문제가발생할수있다. 수복물자체의내마모성이중요하지만, 수복물에의한대합치의과도한마모는지각과민증, 교합접촉상실, 치주조직파괴, 저작효율감소, 저작근피로및수평과수직악골관계변화등의기능장애뿐아니라심미적인면에도나쁜영향을줄수있다 (Yip 등, 2004; D Arcangelo 등, 2014). 컴포짓트레진의마모는먼저레진기질이마모되고노출된세라믹필러가탈락되는과정으로진행된다. 따라서균일하게분포된세라믹필러는레진기질을보호하여전체적인마모저항성을증가시킬수있기때문에레진기질에강하게결합된많은양의미세한필러입자를분포시킨새로운유형의컴포짓트레진들이개발되었다. 즉, 초미세- 입자형컴포짓트레진 (37-40 vol.%) 보다필러를더많이함유하는나노-입자형컴포짓트레진 (60 vol.%) 이소개되어입자간거리 (interparticle spacing) 가감소되면서컴포짓트레진의마모저항성성은크게향상되었다. D'Arcangelo 등 (2014) 은최근에소개된컴포짓트레진 (Enamel plus HRi, Filtek Supreme XTE, Ceram.X duo) 은치과용금-합금또는법랑질과유사한마모저항성을갖는다고하였다. 구강내에서진행되는마모를정확하게재현하여치과수복물의마모정도를평가하는것은매우어렵다. 국제표준규격인 ISO/TS 에서는 DIN, ACTA, Zürich, Alabama, Freiburg, Minnesota, OHSU 및 Newcastle 등에서제시한 8 가지마모재현방법 (antagonist, abrasive medium, antagonist movement, reference material) 과마모된시편의측정법을상세하게설명하고있으며, 각연구자들은제시된 8 가지방법중에서자유롭게선택하여마모도평가에적용할수있다고하였다. Heintze 등 (2012) 은 6 가지마모재현방법 (ACTA, Zürich, Alabama, Ivoclar, Munich 및 OHSU) 중에서 OHSU 방법이임상결과와가장근접한결과를보였다고하였다. 따라서본연구에서는 abrasion 마모와 attrition 마모를동시에재현할수있는 OHSU oral wear simulator (Condon과 Ferracane, 1996) 로구강내마모를재현하여 CAD/CAM 용컴포짓트레진블럭의마모도를비교평가하였다. 구강내에서 abrasion 마모는대부분음식물등을매개로하는 3-체마모로진행되는반면, 접착성마모또는피로성마모에밀접한관련된 attrition 마모는주로 2-체마모로진행되며 antagonist 에의해강하게충격받는부위에서원형으로마모된다 (Heintze, 2006). 구강내에서 abrasion 마모부위에는 N 정도의힘이적용되고 (de Gee와 Pallav, 1994), attrition 마모부위에는 N 범위의힘이적용되는것으로추정하여 (Lavelle, 1972), 본연구에서는 abrasion 마모부위와 attrition 마모부위에각각 20 N과 90 N 힘을가하며구강내마모를재현하였다. 실제구강내에서와유사한 3-체마모를재현하기위하여마모매개물선택이중요하다 (Lawson 등, 2012). de Gee 등 (1986) 은마모매개물로 millet seed 나 PMMA 분말또는두가지혼합물을물과함께사용하거나물만사용하여마모실험을비교한결과 millet seed와 PMMA 분말을혼합하여사용한경우가임상결과와더욱유사하였다고하였다. 국제표준규격인 ISO/TS 에서는마모매개물입자로 poppy seed 등과같은천연곡물과 PMMA 분말사용을제안하였고, OHSU oral wear simulator 에서는 PMMA와 poppy seed 혼합물을사용하여마모과정을재현한시험결과가임상실험으로분석한실제마모도와매우높은상관성을보였다고하였다 (Condon과 Ferracane, 1996). 본연구에서는 poppy seed와 PMMA 분말을증류수에혼합하여마모매개물로사용하였다. 치과재료의마모된정도를정량화하기위한측정장치는정확도 (accuracy) 와정밀도 (precision) 를갖추고있어야있다. 정확도 는참 (true) 값과관련되고, 정밀도 는재현성 (reproducibility) 에해당된다고한다. 컴포짓트레진의마모저항성을정량적및정성적으로평가하기위하여 de Gee 등 (1985) 은마모된시편의표면거칠기를측정하여마모도를비교하였고, Teixeira 등 (2005) 은마모된시편의두께감소를 micrometer caliper로측정하여비교하였는데, 이방법들은마모도가매우적고표면거칠기가매우적은컴포짓트레진의마모저항성평가에는제한이있을수있다고하였다 136

11 (Suzuki 등, 2009). 다른방법으로마모된시편의무게감소를측정하여마모도를평가하려는시도가있었는데, 마모저항성이큰재료또는칫솔질횟수등은평가에제한이될수있다고하였다 (Prakki 등, 2007). 마모된시편의접촉식표면단차측정법 (profilometric method) 과컴퓨터를이용한현미경으로마모된깊이와부피를측정하여분석하는방법이소개되었는데 (Wonglamsam 등, 2008), 이러한분석법은동일한장비를이용하여연속적으로마모된표면의거칠기와마모깊이를평가할수있는장점이있어많은연구자들이연구에적용하고있다. 또한접촉식측정장치의문제점을개선한비접촉식 3D optical profilometer 측정장치가소개되었다 (Cao 등, 2013). Heintze 등 (2006) 은치과용컴포짓트레진의마모정도를분석하기위하여시편에서직접손실된부피와손실된최대수직길이를 profilometry (Perthometer C5D, Germany) 와 optical sensor (FRT MicroProf, Germany) 로측정하였고, 시편의복제품에서 3D laser scanning 장치 (Laserscan 3D, Germany) 로마모로손실된정도를측정하여마모도정량화법을비교하였는데, 3가지방법모두정량화법으로사용하기에적절한것으로보였지만, 특히 laser scanning 법이속도가빠르며사용이간편한장점이있다고하였다. Koottathape 등 (2012) 은컴포짓트레진의마모도를평가하는방법으로접촉식 profilometry 장치 (TalyScan 150, UK) 또는비접촉식 digital CCD microscope (VHX1000, Japan) 장치로마모도를측정한결과측정장치에따른유의한차이없이유사한값을보였다고하였다. 본연구에서는접촉식 3D-profilometer 로마모된시편의마모깊이를측정하여비교하였다. Stawarczyk 등 (2013) 은실험군으로 5 종의 CAD/CAM용레진 (Zeno PMMA, Wieland Dental+Technik, Germany; artbloc Temp, Merz Dental, Germany; Telio CAD, Ivoclar Vivadent, Liechtenstein; Blanc High-class, Creamed, Germany; CAD-Temp, Vita, Germany), 음성대조군으로일반중합형레진 (Integral Esthetic Press, Merz Dental, Germany), 양성대조군으로실리카계글라스-세라믹 (Vita Mark II, Vita, Germany) 을선택하여법랑질 antagonist 로 2- 체마모시험을실시한결과, 양성대조군인글라스- 세라믹의마모율이레진블럭보다유의하게낮았지만법랑질 antagonist 를가장많이마모시킨것으로관찰되었다고하였다. 또한 글라스-세라믹과유사하게마모율이낮은 Telio CAD를제외한 4 종의레진블럭의마모율은유의한차이가없었으며, CAD/CAM 용레진블럭의마모율은일반중합레진보다유의하게낮았다고하였다. 이들의연구결과에서는레진블럭의화학성분보다는레진블럭의제조공정과중합도가마모율에더큰영향을주는것이관찰되었다고하였다. Kon 등 (2006) 은컴포짓트레진의마모시험에서시편에가하는교합력이나칫솔질응력의영향을평가한결과마모시험의조건보다는컴포짓트레진의구성성분인필러시스템에따라상이한마모특성을보였다고하였다. Lawson과 Burgess (2015) 는필러함량이적은경우 (25 wt.% 미만 ) 에는피로파괴 (fatigue fracture) 에취약할수있고, 필러함량이많은경우 (50 wt.% 이상 ) 에는 abrasion 마모에취약할수있기때문에나노형컴포짓트레진에서적절한필러의함량은 wt.% 범위라고제안하였다. 본연구에서평가한컴포짓트레진블록의 abrasion 마모도는 4 종 (Block HC, Cerasmart, Lava Ultimate 및 KZR-CAD HR) 에서유의한차이를보이지않았다 (p>0.05). 컴포짓트레진의세라믹필러함량과 abrasion 마모도의상관성 (R 2 = ) 은매우낮은값을보였다. 일반적으로컴포짓트레진의 abrasion 마모저항성은필러입자간거리에영향을받는것으로알려져있다. Lauvahutanon 등 (2014) 은 CAD/CAM 용컴포짓트레진블록 4 종 (Block HC, Cerasmart, Gradia Block, Lava Ultimate), 컴포짓트세라믹 1 종 (Vita Enamic), 장석계세라믹 (Vitablocs Mark II) 의미세구조를 SEM으로관찰한결과 Block HC의경우는실리카와지르코늄- 실리케이트로구성된 2 가지유형의구형 (spherical) 입자, Cerasmart 의경우는상대적으로작고균일하게분포된알루미나- 바륨- 실리케이트입자, Gradia Block 의경우는 2 가지유형의입자 ( 상대적으로크고불규칙한형태의주로실리카로구성된입자, 상대적으로작고불규칙한형태의포타슘-알루미나 -실리케이트입자 ), Lava Ultimate는다양한크기의지르코늄-실리케이트입자, Vita Enamic의경우는포타늄-알루미나 -실리케이트로구성된 dense network 구조와작은이트륨-실리케이트입자가관찰되었다고하였다. 즉, 미세한필러입자가균일하게분포된 Cerasmart 가다른컴포짓트레진블럭보다우수한 abrasion 마모저항성을보인것으로보였다. 137

12 본연구에서평가한컴포짓트레진블럭중에서 Cerasmart 의 attrition 마모도가가장적었고, 나머지 3 종 (Block HC, Lava Ultimate 및 KZR-CAD HR) 의마모도는유의한차이를보이지않았다 (p>0.05). 또한세라믹필러의함량과 attrition 마모도의상관성 (R 2 = ) 은낮아서필러함량은마모저항성에영향을주지못하였다. 일반적으로컴포짓트레진의 attrition 마모저항성은기계적강도에영향을받는것으로알려져있지만, 본연구결과제조사에서제시한굴곡강도값과 attrition 마모저항성과는상관성이없는것으로나타났다. 즉, 굴곡강도값이 300 MPa정도로가장굴곡강도가큰 KZR-CAD HR의 attrition 마모도는 μm로두번째순위그룹이었고, 굴곡강도가 231 MPa로알려진 Cerasmart 의 attrition 마모도는 5.85 μm로가장낮았다. Tamura 등 (2013) 은컴포짓트레진에첨가된다양한필러가마모와기계적특성에주는영향을평가하였는데, 교합면마모의경우필러함량이증가될수록증가하는것이관찰된반면, 칫솔질에의한마모의경우는필러유형에따라필러함량이주는영향이상이하게관찰되었다고하였다. 컴포짓트세라믹블럭인 Vita Enamic 의경우 abrasion 마모도는컴포짓트레진블럭 4 종 (Block HC, Cerasmart, Lava Ultimate 및 KZR-CAD HR) 과유사한값을보여가장우수한그룹에속하였지만, attrition 마모도는 Cerasmart 보다는낮고, 다른컴포짓트레진블럭 3 종 (Block HC, Lava Ultimate 및 KZR-CAD HR) 과유사한값을보여두번째순위그룹에속하였다. Mörmann 등 (2013) 은 CAD/CAM 용심미수복재의 2-차마모시험으로마모특성을비교하였다. 컴포짓트세라믹인 Vita Enamic 의경우지르코니아를제외한다른세라믹보다적은마모도를보여법랑질의마모도와유의한차이가없었으며, 나노형컴포짓트레진인 Lava Ultimate와는유사한마모양상을보였다고하였다. 또한 CAD/CAM용컴포짓트레진의탄성특성은세라믹보다임상적용에중요한장점이될수있다고하였다. 본연구에서는 4종의컴포짓트레진블록및컴포짓트세라믹블럭의마모도는법랑질과유사하게낮은값을보여구치부수복용으로의적용에문제가없을것으로보였다. V. CONCLUSION 본연구에서는최근에상품으로출시된 CAD/CAM 용컴포짓트블럭의마모저항성을측정하여다음의결과를얻었다. 1. 컴포짓트레진블럭의 abrasion 마모도는 μm으로유의한차이없이 (p<0.05) 우수한마모저항성을보였다. 2. 컴포짓트레진블럭의 attrition 마모도는 Cerasmart 가 5.85 μm으로유의하게낮았으며 (p<0.05), 나머지컴포짓트블럭은 μm으로유의한차이는없었고 (p>0.05), 모두우수한마모저항성을보였다. 3. 컴포짓트세라믹블럭의마모저항성은컴포짓트레진블럭과유사하였다. 4. 컴포짓트블럭의세라믹함량과마모저항성과의상관성은낮았다 (R 2 = ). Ⅵ. REFERENCES 1. Attia A, Abdelaziz KM, Freitag S, Kern M (2006). Fracture load of composite resin and feldspathic all-ceramic CAD/CAM crowns. J Prosthet Dent. 95: Cao L, Zhao X, Gong X, Zhao S (2013). An in vitro investigation of wear resistance and hardness of composite resins. Int J Clin Exp Med. 6: Coldea A, Swain MV, Thiel N (2013). Mechanical properties of polymer- infiltrated-ceramic-network materials. Dent Mater. 29: Condon JR, Ferracane JL (1996). Evaluation of composite wear with a new multi-mode oral wear simulator. Dent Mater. 12: Conrad HJ, Seong WJ, Pesun IJ (2007). Current ceramic materials and systems with clinical recommendations: A systematic review. J Prosthet Dent. 98: D Arcangelo C, Vanini L, Rondoni GD, Pirani M, Vadini M, Gattone M, De Angelis F (2014). Wear properties 138

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