ORIGINAL ARTICLE 치과용금합금에대한금속프라이머처리와열순환처리가교정용브라켓의전단결합강도에미치는영향 이영기 a ㆍ차정열 b ㆍ유형석 c ㆍ황충주 c 치과용금합금에교정용브라켓접착시금속프라이머와열순환처리가전단결합강도에미치는영향을알아보기위하여 80 개의치과용금합금시편을샌드블라스팅만처리한군과 3 종류의금속프라이머 (Alloy Primer, Metaltite, V-Primer) 처리를시행한군으로분류하고, 이를열순환처리시행여부에따라모두 8 개군으로분류하였다. 만능물성시험기를사용하여브라켓의전단결합강도를측정하고, modified ARI (Adhesive Remnant Index) scores 를통해브라켓접착면의파절양상을평가하였다. 열순환처리미시행시에는금속프라이머의적용시샌드블라스팅만단독으로처리한경우에비하여통계적으로유의성있는전단결합강도의증가가있었다 (p < 0.05). 열순환처리를시행한군에는금속프라이머의처리에의한전단결합강도의변화는유의한차이가없었다 (p > 0.05). 금속프라이머를적용한경우열순환처리미시행시에는파절양상이브라켓과접착제계면에서의파절발생빈도가높았으나, 열순환처리시행시에는각군간파절양상에유의한차이가없었다. 이상의결과로금속프라이머의적용이치과용금합금에대한교정용브라켓접착시초기접착강도에서는유의성있는결합력의증가를보이나, 열순환처리시행후에는결합강도에서는유의한차이가없는것으로나타나금속프라이머에의한결합력증가가감소하는것으로생각한다. ( 대치교정지 2009;39(5):320-329) 주요단어 : 접착강도, 브라켓, 금합금, 금속프라이머 서론 최근성인환자들의교정에대한관심이증가함에따라과거에비해성인교정환자의비율이점차늘어나고있다. 1 성인환자는광범위한치아우식및치주질환에이환되어있으며, 외상에의한상실치의보철치료혹은손상치의수복치료를받은경우가많으므로, 금관치료를받은환자들이청소년환자에비해상대적으로많다. Buonocore 2 의법랑질산부식법소개와 Newman 3 이브라켓의직접접착법을도입한이래브라켓직 a 대학원생, b 조교수, 연세대학교치과대학교정학교실. c 교수, 연세대학교치과대학교정학교실, 두개안면기형연구소, 구강과학연구소. 교신저자 : 황충주. 서울시서대문구신촌동 134 번지연세대학교치과대학교정학교실. 02-2228-3106; e-mail, hwang@yuhs.ac. 원고접수일 : 2009 년 3 월 30 일 / 원고최종수정일 : 2009 년 8 월 14 일 / 원고채택일 : 2009 년 8 월 16 일. DOI:10.4041/kjod.2009.39.5.320 접접착법은지속적으로발전하여, 현재까지전세계적으로약 35 년간성공적으로사용되어왔다. 그러나, 높은접착성공률을보이는전통적인산부식법은치과용금합금에적용하기에는효과적이지못했고, 직접접착법이많은발전을이룬지금까지광범위한수복물이존재하는경우에는교정용밴딩을시행하고있다. 4 치주적인측면에서 Boyd 와 Baumrind 5 는브라켓이부착된구치보다밴딩을시행한구치에서치태지수, 치은출혈지수, 치주낭깊이등의모든계측치가높게나타났다고하였고, 특히성인에서결합조직의부착소실이인접치간부에서높게나타난다고보고하였다. Proffit 등 6 은밴드의변연부분이치주조직의청결유지를어렵게하므로성인에서는교정용브라켓의직접접착술식을사용하는것이좋다고하였다. 현재까지금합금에대한교정용브라켓의접착력증가를위한많은연구가시도되어왔다. Wood 등 7 은금관의표면을치과용스톤으로거칠게하여결합강도를증가시키려는시도를했고, Andreason 과 320
Vol. 39, No. 5, 2009. Korean J Orthod 금속프라이머가브라켓의전단결합강도에미치는영향 Stieg 8 는샌드페이퍼로금관의표면을거칠게하여기계적결합력을증가시키려하였으나, 이러한방법을통한결합강도의증가는미비하다고보고하였다. 이후 Büyükyilmaz 등 9 은다양한표면처리와수종의접착제를이용한치과용금합금에대한교정용브라켓의접착강도실험을통하여, 샌드블라스팅, 주석도금과 4-META (4-methacryloxy-ethyl-trimellitateanhydride) metal-bonding adhesive resin (Superbond C & B) 이높은결합강도를제공한다고하였다. 그러나, 주석도금의구강내사용은 Food and Drug Administration (FDA) 의승인을받지못하였고, 10 금속접착성모노머를함유한접착성레진시멘트는임상에서적용하기에복잡한접착과정을거치며, 긴경화시간으로인해수분조절이어렵다는단점이있었다. 또한접착성레진시멘트에포함된금속접착성모노머는환원제와반응하여중합이되지않거나, 보존중중합개시로인해재료의화학적안정성에좋지못한영향을미칠수있어서, 금속접착성모노머를용매에녹인금속프라이머가개발되었다. 금속프라이머를이용한결합강도실험은보철영역에서레진접착성보철물 (resin bonded fixed partial denture) 을위하여시행되어왔고, 다양한조성의합금을사용하여상품화되어있는프라이머의효과를비교평가하는연구가많았다. 그러나금합금표면에대한교정용브라켓접착실험에서금속프라이머의효과를평가한보고는드물었고, 임상적으로금합금표면에간편하게적용가능한금속프라이머와광중합형레진의조합에대한연구는미비한실정이다. 본연구에서는금속프라이머와광중합형레진을이용하여브라켓부착시금속프라이머의적용에따른전단결합강도의변화를알아보고, 그효용성에대하여평가하였다. 그리고온도변화에따른스트레스를부여하기위해열순환처리 (thermocycling) 를하였고, 열순환처리에따른전단결합강도의변화에대하여비교평가하였다. 또한브라켓탈락이후남아있는잔여레진양상을 modified ARI (Adhesive Remnant Index) scores 를통해평가하였다. 연구방법 연구재료 본실험에사용한금합금은치과용 type III 금합금 (Ad-48, ( 주 ) 알파덴트, Korea, Au 48%, Pd 3.5%, Ag 37%, 기타 11.5%) 을사용하였고, 금합금제조사의판형상품을시편으로사용하였다. 실험에사용한브라켓은하악전치용 Magnum Bracket (Human Technology, Korea) 을사용하였으며, 브라켓기저면의처리는시행하지않았다. 계측한브라켓의접착기저면적은 9.58 mm 2 였다. 치과용금합금표면에샌드블라스팅을위하여 MicroEtcher TM II (Danville Materials, 3420 Fostoria Way, San Ramon) 를사용하였다. 실험에사용한귀금속프라이머는 Alloy Primer (J. Morita USA Inc, Tustin, CA.), Metaltite (Tokuyama America Inc, San Mateo, CA.), V-Primer (Sun Medical Co, Ltd, Moriyama, Japan) 였다 (Table 1). 접착제로는 Transbond TM XT (3M Unitek, Monrovia, CA, USA) 를사용하였다. 교정용광중합기는 Flipo R plasma Arc curing light (Lobel, France) 를사용하였고, 중합기의광도는 1,900 mw/cm 2 이었으며, 2 초씩연속하여 3회, 총 6초간조사하였다. 시편제작 판형의금합금의한쪽면이노출되도록판상의금합금을 Vacuum formed plastic (Drufolen H, Dreve Co, Unna, Germany) 을이용해제작한틀에넣은뒤교정용아크릴릭레진 Orthocryl R (Dentaurum, Is- Table 1. The types of metal conditioners assessed in the present study Trade name Manufacturer Functional monomer Solvent Alloy primer J. Morita USA Inc, Tustin, CA. VTD and MDP Acetone Metaltite Tokuyama America Inc, San Mateo, CA. MTU-6 Ethanol V-Primer Sun Medical Co., Japan VTD Acetone VTD, 6-(4-vinylbenzyl-n-propyl)amino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol,-dithione tautomer; MDP, methacryloyloxydecyl dihydrogen phosphate; MTU-6, 6-methacryloyloxyhexyl 2-thiouracil-5-carboxylate. 321
이영기, 차정열, 유형석, 황충주 대치교정지 39 권 5 호, 2009 년 pringen, Germany) 로고정하여시편을제작하였다. 모든시편은 No. 600 사포로연마하고, 50μm aluminum oxide 입자를 7 kg/cm 2 의압력으로샌드블라스팅처리를하였다. 샌드블라스팅은금합금표면과 1 cm 거리에서 5 초간분사후 air syringe 를이용하여세척건조하였다. 실험군의분류 총 80 개의시편을프라이머를적용하지않고샌드블라스트만시행한군 (S) 과 3 종류의금속프라이머적용 (SA, SM, SV) 에따라 4 개군으로나누고, 각군을다시열순환처리 (thermocycling) 를하지않은군, 열순환처리를한군 (S', SA', SM', SV') 으로총 8 개군으로분류하였다 (Table 2). 브라켓의부착 금속프라이머를적용하지않은군은 Transbond TM XT 에포함된프라이머를시편과브라켓접착면에바르고접착제로 Transbond TM XT 를적용하여동일실험자가부착하였다. 각금속프라이머를적용한군은제조자의지시에따라금속프라이머를도포한후프라이머를처리하지않은군과동일한방법으로교정용브라켓을부착하였다. 브라켓은다이알게이지를이용하여 300 gm 의힘으로균일한두께의피막도를갖는레진층을형성하였고, 브라켓주변의과량의레진을즉시제거한후광원을조사하였다. 브라켓을부착한모든시편은항온수조를이용하여 37 o C, 100% 상대습도하에서 24 시간보관하여잔류단량체를제거하고중합도를높였다. Gale 과 Darvell 11 는열순환처리의다양한방법으로표준화가되어있지않음을지적하였다. 이에본연구에서 Table 2. Classification of study groups Without thermocycling With thermocycling Group Surface treatment Group Surface treatment S Sandblasting S' Sandblasting SA Sandblasting + Alloy primer SA' Sandblasting + Alloy primer SM Sandblasting + Metaltite SM' Sandblasting + Metaltite SV Sandblasting + V-primer SV' Sandblasting + V-primer S, Only sandblasting; SA, sandblasting and Alloy primer; SM, sandblasting and Metaltite; SV, sandblasting and V-primer; S', sandblasting and thermocycling; SA', sandblasting, Alloy primer and thermocycling; SM', sandblasting, Metaltite and thermocycling; SV', sandblasting, V-primer and thermocycling. Fig 1. Equipment and technique for measuring shear bond strength. A, Instron R machine (Model 3345, Instron Co. USA); B, schematic illustration for testing the shear bond strength. 322
Vol. 39, No. 5, 2009. Korean J Orthod 금속프라이머가브라켓의전단결합강도에미치는영향 는기존의 Bishara 등 12 의연구에서시행한열순환처리방법을이용하였다. 열순환처리를시행한군은 5 o C, 55 o C 수중에서각 20 초간체류조건으로총 1,000 회의열순환처리를하였다. 전단결합강도측정 전단결합강도의측정을위하여만능물성시험기 (Model 3345, Instron R Co. USA) 를사용하였다 (Fig. 1). 시편을 jig 에고정한후분당 1 mm 의 crosshead speed 로브라켓과금합금시편의접착부위에하중을가하여, 브라켓이탈락되는순간의최고하중 (N) 을측정하고, 이하중을브라켓기저면적으로나누어전단결합강도를 MPa 단위로표시하였다. 브라켓접착면파절양상의관찰 전단결합강도실험후시편을확대경을이용해 10 배확대하에서관찰하여, 남아있는레진의양에따라, Artun 과 Bergland 13 에의해소개한접착제잔류지수 (Adhesive Remnant Index, ARI) 의개량형인 modified ARI scores 를이용하여파절양상을점수화하였다. 1. All composite remained on the tooth 2. More than 90% of the composite remained on the tooth 3. Between 10% and 90% of the composite remained on the tooth 4. Less than 10% of the composite remained on the tooth 5. No composite remained on the tooth 통계처리 계측된자료들을 SAS system 프로그램을이용하여통계처리하였다. 1. 각실험군의전단결합강도의평균및표준편차를산출하였다. 2. 금속프라이머의처리, 열순환처리, 그리고이들의교호작용에따라전단결합강도에유의한차이가있는지확인하기위해이원분산분석 (two-way ANOVA) 을시행하였다. 3. 프라이머처리에따른전단결합강도의차이를알아보기위하여일원분산분석 (one-way ANOVA) 을시행하였고, 사후검정으로유의수준 5% 에서다중비교 (multiple comparison) 를위한투키검정 (Tukey s studentized range test) 을시행하여, 프라이머종류에따른각군간의차이를확인하였다. 4. 파절양상이유사한 ARI 1, 2 를한개의군으로묶고, ARI 4, 5 를하나의군으로묶어총 3 개의군으로분류하여 Fisher's exact test 를이용하여프라이머의사용과파절양상을나타내는 modified ARI index 와의연관성분석을시행하였다. 연구성적 금속프라이머의적용과열순환처리가브라켓의전단결합강도에미치는영향 각실험군에서의전단결합강도의평균과표준편 Table 3. Mean values of shear bond strength with and without thermocycling (Unit: MPa) Before thermocycling After thermocycling Group Group Mean SD Grouping Mean SD Grouping S 5.83 0.94 a S' 5.08 1.16 c SA 7.62 1.47 b SA' 6.14 1.12 c SM 7.87 1.59 b SM' 6.03 1.50 c SV 8.07 1.65 b SV' 6.49 0.80 c SD, Standard deviation; grouping (small letter), identical letters (a, b, c) indicate that the values are not statistically different (p > 0.05); S, only sandblasting; SA, sandblasting and Alloy primer; SM, sandblasting and Metaltite; SV, sandblasting and V-primer; S', sand blasting and thermocycling; SA', sandblasting, Alloy primer and thermocycling; SM', sandblasting, Metaltite and thermocycling; SV', sandblasting, V-primer and thermocycling. 323
이영기, 차정열, 유형석, 황충주 대치교정지 39 권 5 호, 2009 년 차는다음과같다 (Table 3). 금속프라이머의처리와열순환처리가전단결합강도에미치는영향과교호작용의평가 (Table 4) 이원분산분석 (two-way ANOVA) 의결과, 금속프라이머와열순환처리는브라켓의전단결합강도에영향을주지만, 교호작용 (interaction) 의효과는나타나지않았다 (p > 0.05). 열순환처리를시행하지않은경우브라켓전단결합강도 (Table 2) 열순환처리를하지않은경우, 샌드블라스팅만시행한군, Alloy primer 처리군, Metaltite 처리군, V-primer 처리군의전단결합강도의평균은각각 5.83, 7.62, 7.87, 8.07 MPa 로, 금속프라이머를적용 한군의평균전단결합강도가더높게나타났다. 네집단의전단결합강도에대하여일원분산분석 (one-way ANOVA) 을실시한결과전단결합강도에차이가있는것으로나타났다 (p < 0.05). 투키검정 (Tukey s studentized range test) 을통해사후검정을실시한결과, S 군과 SA 군, S 군과 SM 군, S 군과 SV 군사이에서통계적으로유의한차이가관찰되었다 (p < 0.05). 실험에사용한 3 종류의금속프라이머에따른결합강도의차이는보이지않았다. 즉, 금속프라이머를처리한군은모두대조군 (S) 에비하여높은전단결합강도를보였다. 열순환처리를시행한이후의브라켓전단결합강도 (Table 3) 열순환처리를시행한경우, 샌드블라스팅만시행한군, Alloy primer 처리군, Metaltite 처리군그리 Table 4. Analysis of variance results for shear bond strength Source of variation df Sum of squares Mean square F-value p-value Primer 3 39.14 3.04 7.57 0.0002 Thermocycling 1 39.98 39.98 23.21 <0.0001 Primer Thermocycling 3 3.25 1.08 0.63 0.5990 df, degree of freedom. Table 5. Frequency distribution of the modified ARI scores and result of the Fisher's exact test between the groups Modified ARI scores Group n 1 2 3 4 5 S 10 0 1 2 2 5 SA 10 4 1 3 1 1 SM 10 4 3 2 1 0 SV 10 3 4 2 0 1 Fisher's exact test p = 0.0301 S' 10 1 2 2 1 4 SA' 10 5 2 1 0 2 SM' 10 5 2 0 1 2 SV' 10 2 4 0 1 3 Fisher's exact test p = 0.3488 ARI, Adhesive remnant index; S, only sandblasting; SA, sandblasting and Alloy primer; SM, sandblasting and Metaltite; SV, sandblasting and V-primer; S', sand blasting and thermocycling; SA', sandblasting, Alloy primer and thermocycling; SM', sandblasting, Metaltite and thermocycling; SV', sandblasting, V-primer and thermocycling. 324
Vol. 39, No. 5, 2009. Korean J Orthod 금속프라이머가브라켓의전단결합강도에미치는영향 고 V-primer 처리군의전단결합강도의평균은각각 5.08, 6.14, 6.03 그리고 6.49 MPa 이었다. 네집단의전단결합강도에대하여일원분산분석 (one-way ANOVA) 을실시한결과열순환처리이후의전단결합강도에는네집단간에유의한차이가없었다 (p > 0.05). 열순환처리유무에따른전단결합강도의변화 열순환 1,000 회시행유무에따른전단결합강도비교에서샌드블라스팅만시행한경우에는 12.9%, Alloy primer 를사용한경우엔 19.4%, Metaltite 를사용한경우에는 22.9%, V-primer 를적용한경우엔 19.6% 의결합력감소를보였다. 브라켓접착면파절양상 브라켓의탈락이후시편의표면에남은접착제의양을 modified ARI (Adhesive Remnant Index) scores 를이용하여파절양상을관찰하였다 (Table 5). 금속프라이머처리와파절양상과의연관성을알아보기위하여 Fisher's Exact test 를이용하여통계적처리를시행하였다 (Table 5). 열순환처리를하지않은경우에는, Fisher s exact test 결과금속프라이머적용과파절양상사이에유의한차이가있었다 (p < 0.05). 즉, 금속프라이머를사용하는경우, 파절이접착제와금합금시편의계면보다브라켓과접착제계면에서파절이일어나는경우가많았다. 열순환처리를시행한경우에는, 금속프라이머처리유무에유의한차이는없었다 (p > 0.05). 즉, 열순환처리시행시, 금속프라이머의사용과파절양상사이에는연관성을보이지않았다. 고찰 고정식교정장치를이용한치료에서브라켓탈락은치료의효율을감소시키고, 치료기간을연장하는문제를일으킨다. 따라서교정치료기간동안에브라켓이적절한결합강도를유지하는것이중요하다. 그러나, 치과용금합금에브라켓을접착하는경우, 전통적인산부식에의한기계적인결합력의증진을얻을수없으므로자연치에비하여낮은결합강도를보여자주탈락하는문제가있었다. 이러한문제를극복하기위하여기계적, 화학적 방법이이전문헌에서소개되어왔으나이러한화학적방법은사용이제한되거나임상에서의적용이복잡하다는단점을가진다. Zachrisson 14 은금합금에대한브라켓접착강도를증가시키려는이전의다양한방법들이실험실에서는높은결합강도를보이지만, 임상적용시결합강도가낮아만족스럽지못한결과를보인다고보고하였다. 레진과금속사이에화학적인결합을얻기위해서는금속표면에적절한산화막이존재하여야한다. 그러나귀금속표면에서는비귀금속에비하여표면의 metal oxide의양이적기때문에화학적결합을통한결합강도의증가를얻기어려워금속표면에접착력의증가를위하여부가적인처리가필요했다. Kojima 등 15 은 thione (=S) 혹은 thiol (=SH) 을함유한 6-(4-vinylbenzyl-n-propyl)amino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol,-dithione tautomer (VTD or VBATDT) 가귀금속과화학적결합이가능하다고보고하였다. 이를바탕으로금속프라이머인 V-Primer agent (Sun Medical Co., Moriyama, Japan) 가 1980년대후반개발되었고, 이전의문헌에서샌드블라스팅과 V-Primer의적용으로적절한결합강도를얻을수있다고보고하였다. 그러나, 접착레진의중합개시제에따라제한적인결과를가진다는보고가있었고, 이에각제조사들은다른구조식을가지는금속프라이머를소개하였다. 본실험에서는교정용광중합형레진인 Transbond TM XT와시판중인 3종의금속프라이머적용을통해금합금에브라켓접착시금속프라이머가접착강도에미치는효과에대하여알아보고자했다. 실제임상에서금합금보철물은비심미성으로인해구치부에서만사용하므로구치부용튜브를이용한실험이적절하나, 이실험에서는구치부용튜브가아닌하악전치브라켓을이용하여실험을시행하였다. 구치부튜브의경우, 기저면의형태가균일하지않아레진의균일한피막도를얻을수없어균일한기저면형태를가진하악전치브라켓을이용하였다. 브라켓탈락시측정하는하중 (N) 은기저면넓이가넓을수록높은값을갖지만, 이실험에서는하중 (N) 을브라켓기저면적으로나누어단위면적당전단결합강도 (MPa) 를측정하였기때문에하악의전치브라켓을사용하는것이가능했다. 실험에사용한금속프라이머는 VBATDT (VTD) 를포함한 V-Primer (Sun Medical Co, Ltd, Moriyama, Japan), MTU-6를포함한 Metaltite (Tokuyama America Inc, San Mateo, CA), VBATDT와 MDP (10-meth- 325
이영기, 차정열, 유형석, 황충주 대치교정지 39 권 5 호, 2009 년 acryloxydecyl dihydrogen phosphate) 를포함한 Alloy Primer (J. Morita USA Inc, Tustin, CA) 였다. V-primer 는 1986 년처음소개되어많은연구가이루어져있는금속프라이머로, VBATDT 모노머가아세톤에함유되어있으며, VBATDT 에존재하는 Thione (=S) 기를이용하여귀금속과화학적결합이가능한것으로알려져있다. Metaltite 는 ethanol 을기본으로하여 thiouracil 모노머를함유하며, MTU-6 의구조가 VTD 구조와유사한형태를가지며, 이금속프라이머또한 MTU-6 에포함된황화합물을이용하여귀금속과접착한다. Metaltite 는 ethanol 을기본으로하고, 휘발성이아세톤에비해낮기때문에, 조작시간이나취급이아세톤을사용한금속프라이머에비해유리한장점이있다. Alloy primer 는 dual functional primer 로황화합물프라이머와인산염계프라이머가동시에함유되어있는프라이머로귀금속, 비귀금속모두에효과가있는것으로알려져있다. 금속프라이머는특별한기구를필요로하지않고, 도포만으로간단하게적용가능하기때문에임상에서사용이용이한장점이있다. 이연구에서는금속프라이머의적용, 열순환처리두가지요인이있었기때문에교호작용의발생을알아보기위해이원분산분석 (two-way ANOVA) 을시행하였다. 이원분산분석을시행한결과, 금속프라이머, 열순환처리두가지요인은모두브라켓의전단결합강도에영향을주지만, 교호작용 (interaction) 의효과는나타나지않았다 (p > 0.05). 따라서두요인의효과를나누어분석하는것이가능했다. 열순환처리를하지않은 4 개의군을비교한결과, Alloy primer, Metaltite, V-primer 를적용한실험군의평균전단결합강도는 7.62, 7.87, 8.07 MPa 로, 금속프라이머를사용하지않은경우인 5.83 MPa 보다높았다. 일원분산분석 (one-way ANOVA) 과투키검정 (Tukey s studentized range test) 을이용한통계학적평가결과, 금속프라이머를적용한군들과적용하지않은군사이에유의성있는차이가있었다. 이러한금속프라이머의접착기전은 Kojima 등 15 에의해 free mercapto group 이 palladium 과화학적결합을이루는것으로보고되었고, 최근 Suzuki 등 16 은라만분광기를이용하여 VBATDT 와금합금의 2 단계결합기전을보고하였다. VBATDT 의 thione (=SH) 구조를 thiol (=S) 구조로바꾸어 Au, Ag, Cu 내로화학적흡수가일어나며, 이흡수된모노머가다른모노머와탄소이중결합으로 polymer network 를형성한다고하였다. MTU-6 의결합기전은알려져있지않지만, thiouracil monomer 로 VBATDT 와유사한구조를가진다고알려져있으며, VBATDT 의결합기전이동일하게적용된다. Alloy primer 는 VBATDT 와 MDP (10-methacryloxydecyl dihydrogen phosphate) 를포함한 dual functional primer 로함유된모노머중 MDP 는인산염계모노머로금속표면의산화막과의수소결합과금속이온과접착제사이의정전기적인력, van der waals force 를통해결합이이루어진다고알려져있다. 그러나귀금속표면에서는산화막이비귀금속에비하여잘형성되지않기때문에, 귀금속보다는비귀금속에효과적인모노머이다. Ryou 등 17 의연구에서 Transbond TM XT 와 Metaltite 를사용하여브라켓을부착하는경우유의성있게높은인장접착강도를얻었다는결과를보고했고, 이번실험과유사한양상을보였다. 그러나결합력은 Metaltite 를처리하기이전에평균 3.61 MPa, 처리한이후 5.81 MPa 로이번실험결과에비해낮은값을보였다. 이는이번실험에서사용한금합금의함량이 48% 로상대적으로낮아서이전실험에비해더많은산화막의형성이가능했고, 인장강도실험이아닌전단강도실험을시행한것이원인으로생각된다. 실험에사용한 3 종류의금속프라이머에따른결합강도의차이에대해서는통계적으로유의성있는차이가없었다. 이는이전 Yanagida 등 18 의보고에서 Metaltite 를사용하는경우다른금속프라이머를적용하는경우보다더높은결합강도를보인다는결과와차이가있다. 이러한차이는실험에사용한금속의종류와접착제의종류가다르기때문이다. V-primer 와 Metaltite 의구조식은거의유사하며, 기능을하는부위는 thiol (=S) 구조로동일하기때문에결합력에서큰차이가없을것으로생각하며, Alloy primer 는 VBATDT, MDP 두가지성분을함유하는데, 이번실험에사용한금합금의성분은 Au 48%, Pd 3.5%, Ag 37%, 기타 11.5% 로비귀금속의비율이낮기때문에 MDP 모노머에의한추가적인결합력증가가없었다. 따라서, 실험에사용한 3 가지금속프라이머간의결합력은통계학적으로유의한차이가없었다. 열순환처리시평균전단결합강도의감소량은 12.9%, Alloy primer 를사용한경우에는 19.4%, Metaltite 를사용한경우에는 22.9%, V-primer 를적용한경우에는 19.6% 의결합력이감소하였다. 열순환처 326
Vol. 39, No. 5, 2009. Korean J Orthod 금속프라이머가브라켓의전단결합강도에미치는영향 리의효과는 Tanaka 등 19 은온도변화에따른피로축적으로인하여계면에서물의확산이가속화되어결합력의감소를일으킨다고하였고, Sparrius 와 Grossman 20 과 Kang 등 21 은열순환처리에의한수축과팽창이가속화되고레진의물흡수로인한수화팽창이일어나며, 접착레진과금속사이에는압축과인장응력이반복적으로일어나결합력의감소를보인다고하였다. 열순환처리를시행한경우, 샌드블라스팅만시행한군 (S'), Alloy primer 처리를한군 (SA'), Metaltite 처리를한군 (SM') 그리고 V-primer 처리를한군 (SV') 의평균전단결합강도의평균은각각 5.08, 6.14, 6.03 그리고 6.49 MPa 로, 금속프라이머를적용한군의평균전단결합강도가더높게나타났지만, 통계학적인처리결과각군사이에결합강도에는차이가없는것으로나타났다. 즉, 심한온도변화와수분에의한피로가누적된경우, 금속프라이머의적용을통한결합력의증가는통계학적으로유의한차이가없었다. Atsuta 등 22 은 Pd, Au 에 V-Primer 를사용한접착시편에서열순환처리를하지않은경우높은결합력을보이나, 열순환처리시행후에는이러한효과를보이지않는다고하였으며, 이실험과비슷한결과를보고하였다. 열순환처리시장기간수분에노출되고, 심한온도변화에의한팽창량의차이로인해접착계면에물의확산이발생하며, 금속프라이머는수분의접촉에민감하여결합강도에영향을미치는것으로보인다. 반면, Matsumura 등 23 의연구에서는 Metaltite 와 V-primer 를적용한경우열순환처리를하여도결합강도가유지된다고보고하였다. 그러나이실험에서는접착성레진인 TBB (tri-n-butylborane) 레진을접착제로사용하였다. Yoshida 와 Atsuta 24 의연구에의하면귀금속에서 TBB 레진을접착제로사용하는경우, camphoroquinone 에의해중합을개시하는광중합형레진보다높은결합강도를보였으며, 열순환처리를하여도높은결합강도를유지한다고보고하였다. 이는 4-META/TBB resin 이접착성레진으로레진자체에 4-META 라는접착성성분을가지기때문으로생각된다. Modified ARI index scores 를통한파절양상관찰시, 열순환처리를하지않은경우, 프라이머처리와파절양상사이에연관성이있었다. 금속프라이머를사용하는경우, 파절양상이접착제와금합금시편의계면보다브라켓 - 접착제계면에서의파절이발생한결과를얻었다. 이는금속프라이머를처리 한경우, 금합금과레진사이의결합강도증가했다는이번연구의결과를반영하며, 금속프라이머를사용한경우, 오히려파절이레진과브라켓의계면사이에서발생함을보여준다. 그러나열순환처리를 1,000 회시행한경우, 파절양상과프라이머의처리유무사이에통계적인연관성은없었다. 이는열순환처리시행시각군간의전단결합강도의차이에통계적인유의성이없다는이번결과를반영한다. Reynolds 25 는브라켓의접착강도가 6-8 MPa 정도인경우, 대부분의임상적인상황에서적절한결합력을가진다고제시하였다. 이실험결과샌드블라스팅만시행한경우에는낮은전단결합강도를가지나, 금속프라이머를사용한경우, 1-2 MPa 정도의결합강도증가가나타나적절한초기결합강도를보였다. 열순환처리를통해온도변화와수분노출이라는스트레스를부여한군에서는금속프라이머를사용한군에서프라이머를적용하지않은군에비해평균전단결합강도는높으나통계적으로유의한차이는없었으며, 측정된평균전단결합강도는 Reynolds 25 가제시한적절한접착강도범위에있었다. 그러나금합금은구치부의보철재료로사용하며, 구치부의저작력을고려할경우좀더높은수준의결합력을필요로한다. 따라서, 금속프라이머와광중합레진의사용은초기강도에서는적절한결합력을제공하나, 구강내에서의체류시간이길어지며레진이스트레스를받으면금속프라이머에의한결합력증가효과가감소한다고생각한다. 이러한실험실에서의결합강도연구는 Zachrisson 14 의지적대로, 임상에서의적용하는데에몇가지한계점을가진다. 우선지속적인전단력을가하는실험법과달리실제임상에서는브라켓탈락시지속적인힘이가해지는상황이아니며, 힘의종류가다르고, 온도, 하중, 습도, 산도, 치태의존재와같은다양한구내환경이실험에서는재현이어렵다. 그러나결과에대한상대적인평가를통해가장유용한재료의조합을예상할수있다. 금합금에대한교정용브라켓의접착은다양한방법이존재하며, 실험을통한성공적결과가보고되어왔으나실제임상에서는여전히제한적인결과를보인다. 따라서향후금합금에브라켓부착시부가적인결합력을제공하며, 이러한결합력을구강내환경에서도치료종료까지유지할수있는전처리제혹은접착제를개발하는것이필요하다. 327
이영기, 차정열, 유형석, 황충주 대치교정지 39 권 5 호, 2009 년 결론 치과용금합금에교정용브라켓접착시금속프라이머와열순환처리가전단결합강도에미치는영향을알아보기위하여 80 개의금합금시편을이용하여 3 종류의프라이머처리와열순환처리유, 무에따른전단결합강도실험을통해다음의결과를얻었다. 1. 열순환처리를하지않은경우, 금속프라이머의적용시샌드블라스팅만단독으로처리한경우에비하여통계적으로유의성있는전단결합강도의증가가있었다 (p < 0.05). 2. 열순환처리를시행한경우, 금속프라이머의처리에의한전단결합강도에서유의성이없었다 (p > 0.05). 3. 금속프라이머를적용한경우열순환처리를하지않은경우, 파절양상이접착제와금합금시편의계면보다브라켓과접착제계면에서의파절발생빈도가높았으나, 열순환처리를시행한경우유의한차이가없었다. 이상의연구를통하여, 금속프라이머의적용이치과용금합금에대한교정용브라켓접착시초기접착강도에서는통계적으로유의한결합력의증가를보이나, 열순환처리시에는전단결합강도에서는통계적으로유의한차이가없는것으로나타나금속프라이머에의한결합력증가가유지되지않는다고생각한다. 참고문헌 1. Yu HS, Ryu YK, Lee JY. A study on the distributions and trends in malocclusion patients from Department of Orthodontics, College of Dentistry, Yonsei University. Korean J Orthod 1999;29:267-76. 2. Buonocore MG. A simple method of increasing the adhesion of acrylic filling materials to enamel surfaces. J Dent Res 1955;34:849-53. 3. Newman GV. Epoxy adhesives for orthodontic attachments: progress report. Am J Orthod 1965;51:901-12. 4. Keim RG, Gottlieb EL, Nelson AH, Vogels DS 3rd. 2002 JCO study of orthodontic diagnosis and treatment procedures. Part 1. Results and trends. J Clin Orthod 2002;36:553-68. 5. Boyd RL, Baumrind S. Periodontal considerations in the use of bonds or bands on molars in adolescents and adults. Angle Orthod 1992;62:117-26. 6. Proffit WR, Fields HW, Sarver DM. Contemporary orthodontics. 4th ed. St. Louis: Mosby Elsevier; 2007. p. 658-9. 7. Wood DP, Jordan RE, Way DC, Galil KA. Bonding to porcelain and gold. Am J Orthod 1986;89:194-205. 8. Andreasen GF, Stieg MA. Bonding and debonding brackets to porcelain and gold. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1988;93: 341-5. 9. Büyükyilmaz T, Zachrisson YO, Zachrisson BU. Improving orthodontic bonding to gold alloy. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1995;108:510-8. 10. Graber TM, Vanarsdall RL, Vig KWL. Orthodontics: current principles and techniques. 4th ed. St. Louis: Elsevier Mosby; 2005. p. 596-602. 11. Gale MS, Darvell BW. Thermal cycling procedures for laboratory testing of dental restorations. J Dent 1999;27:89-99. 12. Bishara SE, Ajlouni R, Laffoon JF. Effect of thermocycling on the shear bond strength of a cyanoacrylate orthodontic adhesive. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2003;123:21-4. 13. Artun J, Bergland S. Clinical trials with crystal growth conditioning as an alternative to acid-etch enamel pretreatment. Am J Orthod 1984;85:333-40. 14. Zachrisson BU. Orthodontic bonding to artificial tooth surfaces: clinical versus laboratory findings. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2000;117:592-4. 15. Kojima K, Kadoma Y, Imai Y. Adhesion to precious metals utilizing triazine dithione derivative monomer. J Jpn Dent Mater 1987;6:702-7. 16. Suzuki M, Fujishima A, Miyazaki T, Hisamitsu H, Kojima K, Kadoma Y. A study on the adsorption structure of an adhesive monomer for precious metals by surface-enhanced Raman scattering spectroscopy. Biomaterials 1999;20:839-45. 17. Ryou DB, Kwon TY, Kwon YH, Kim KH. An effect priming gold alloy on bonding to orthodontic bracket. J Korean Res Soc Dent Mater 2003;30:347-56. 18. Yanagida H, Matsumura H, Atsuta M. Bonding of prosthetic composite material to Ti-6Al-7Nb alloy with eight metal conditioners and a surface modification technique. Am J Dent 2001;14:291-4. 19. Tanaka T, Fujiyama E, Shimizu H, Takaki A, Atsuta M. Surface treatment of nonprecious alloys for adhesion-fixed partial dentures. J Prosthet Dent 1986;55:456-62. 20. Sparrius O, Grossman ES. Marginal leakage of composite resin restorations in combination with dentinal and enamel bonding agents. J Prosthet Dent 1989;61:678-84. 21. Kang SW, Son WS, Park SB, Kim SS. Effect of thermocycling on shear bond strength and mode of failure of ceramic orthodontic brackets bonded to different porcelain restorations. Korean J Orthod 2009;39:225-33. 22. Atsuta M, Matsumura H, Tanaka T. Bonding fixed prosthodontic composite resin and precious metal alloys with the use of a vinyl-thiol primer and an adhesive opaque resin. J Prosthet Dent 1992;67:296-300. 23. Matsumura H, Shimoe S, Nagano K, Atsuta M. Effect of noble metal conditioners on bonding between prosthetic composite material and silver-palladium-copper-gold alloy. J Prosthet Dent 1999;81:710-4. 24. Yoshida K, Atsuta M. Effect of MMA-PMMA resin polymerization initiators on the bond strengths of adhesive primers for noble metal. Dent Mater 1999;15:332-6. 25. Reynolds IR. A review of direct orthodontic bonding. Br J Orthod 1975;2:171-8. 328
ORIGINAL ARTICLE Effect of metal primer and thermocycling on shear bonding strength between the orthodontic bracket and gold alloy Young Kee Lee, DDS, MSD, a Jung-Yul Cha, DDS, MSD, PhD, b Hyung-Seog Yu, DDS, MSD, PhD, c Chung-Ju Hwang, DDS, MSD, PhD c Objective: The aim of this study was to evaluate the effect of metal primers and thermocycling on shear bond strength between the orthodontic bracket and gold alloy. Methods: For this study, 80 specimens made of dental gold alloy were divided into 8 groups based on the combination of metal primers (none, Alloy primer, Metaltite, V-primer) and thermocycling (with and without thermocycling). Shear bond strength testing was performed with a universal testing machine. Bond failure sites were classified by a modified ARI (Adhesive Remnant Index) score. Results: All metal primer treated groups showed a significantly higher shear bond strength than the only sandblasting treated group without thermocycling (p < 0.05). There were no significant differences on shear bond strength in the groups with thermocycling (p > 0.05). Bond failure sites of the metal primer treated group without thermocycling occurred at gold alloy/adhesive interface, whereas there were no differences on bonding failure sites in the groups with thermocycling. Conclusions: These findings suggest that using metal primer on gold alloy enhances the initial bracket bond strength. But, this effect was not shown with thermocycling. (Korean J Orthod 2009;39(5):320-329) Key words: Bond strength, Bracket, Gold alloy, Metal primer a Graduate Student, b Assistant Professor, Department of Orthodontics, College of Dentistry, Yonsei University. c Professor, Department of Orthodontics, College of Dentistry, Oral Science Research Institute, The Institute of Cranio-facial Deformity, Yonsei University. Corresponding author: Chung-Ju Hwang. Department of Orthodontics, College of Dentistry, Yonsei University, 134, Shinchon-dong, Seodaemun-gu, Seoul 120-752, Korea. +82 2 2228 3106; e-mail, hwang@yuhs.ac. Received March 30, 2009; Last Revision August 14, 2009; Accepted August 16, 2009. 329