세라믹 재료의 치과 응용 및 그의 산업 동향

배태성_전북대학교 치과대학 치과생체재료학교실 교수

1. 서론

치아가 상실되거나 손상된 경우에 보철치료는 형태적 및 기능적 수복을 위해 이루어져 왔지만, 치과용 수복물에 대한 환자들의 심미적 수요가 증가하며 색상과 반투명성이 자연치와 유사한 세라믹 재료를 사용한 수복물 제작이 증가하고 있다. 세라믹 재료하면 깨지기 쉽다는 생각을 떠올리게 된다. 종래의 분말을 적층한 후 소결하는 형태의 수복물 제작방식은 심미성은 우수하지만, 제작과정이 복잡하고 또한 강도가 낮아서 쉽게 파절이 일어나는 등의 문제로 인해 임상 적용에서 여러 가지 한계를 보였다. 하지만 근래 세라믹 재료의 제조와 가공 기술이 크게 진보하고 새로운 종류의 세라믹 재료가 도입되면서 치과용 세라믹은 새로운 시대를 맞고 있다.
  포세린(porcelain)은 치과에 도입된 최초의 세라믹 재료로써 색상과 반투명성이 자연치와 매칭이 되었지만 낮은 인장강도로 인해 저작과정에서 쉽게 파절이 되었기 때문에 널리 보급되지 못하였다1). 이후 포세린의 단점을 극복하기 위해 포세린 하부에 높은 강도의 금속을 강화한 2중구조방식의 금속-세라믹(metal-ceramic) 수복법이 도입되었다2). 하지만, 이 경우에도 비니어(veneer) 세라믹을 소성하는 과정에서 일어나는 금속제 프레임워크(framework)의 산화, 금속색의 차단에 사용한 불투명재에서 기인한 보철물의 명도 증가, 금속제 프레임워크에 의해 빛이 차단되어 형성되는 치은부의 shadow 발현 및 변연부에서의 금속 노출 등으로 인해 심미적인 측면에서 한계를 보였다3). 본 연제에서는 심미성이 우수하면서도 파절에 대한 저항성을 갖는 세라믹 수복물을 제작하기 위해 도입된 재료들에 대하여 소개하면서 향후의 동향에 대해서도 개략적으로 살펴보고자 한다. 

2. 본론

2.1 치과용 포세린
인류가 사용해 왔던 초기의 세라믹 재료들은 대부분 포세린(porcelain)의 영역에 속하며, 치과영역에서는 1789년 프랑스의 치과의사 De Cheman과 약사 Du Chateau가 인공치의 특허를 출원하며 도입이 되었다. 치과용 포세린은 다른 세라믹 재료에 비해서 광투과율이 우수하므로 심미성이 우수하고, 압축강도, 변형과 마모에 대한 저항성, 화학적 내구성 등이 우수한 장점을 갖는다. 이러한 장점에 근거하여 1886년 Charles H Land에 의해 porcelain jacket crown4)의 형태로 치과임상에 도입되었지만, 큰 소성(firing) 수축으로 인해 적합이 불량하고 또한 낮은 인장강도로 인해 저작과정에서 쉽게 파절이 일어나는 등의 문제를 보여 널리 보급되지 못하였다.
  금속과 포세린의 특성을 비교해 보면, 금속은 연성이 있으므로 파절에 대한 저항성은 우수하지만 심미성이 불량하다. 반면 포세린은 심미성은 우수하지만 취성이 있으므로 파절에 대한 저항성이 불량하다. 금속-세라믹(metal-ceramic) 수복법은 금속과 포세린의 이러한 특성에 근거하여 이들의 장점을 결합한 수복법으로, 1962년 Weinstein2)이 큰 열팽창을 보이는 루사이트(leucite) 함유 포세린을 개발하며 보편화되었다. 이 수복법은 현재도 치과 임상에서 적용되고 있지만, 금속색의 차단을 위해 적용하는 불투명 층에서 일어나는 빛 반사로 인한 명도 증가, 금속제 프레임워크에 의해 빛이 차단됨에 따라 일어나는 치은부 2-3 ㎜ 영역의 shadow 발현, 비니어(veneer) 포세린의 소성과정에서 일어나는 금속제 프레임워크(framework)의 산화, 변연부에서의 금속 노출 등 심미성을 저해하는 여러 가지의 문제점들이 노출되어 이를 대체할 수 있는 수단에 대한 관심이 증가되었다5,6).
 
2.2. 소결성 all-ceramic 재료
근래 세라믹 재료의 제조와 가공 기술이 크게 개선되며 심미적인 측면에서 한계를 보인 금속-세라믹 수복법을 대체하기 위해 여러 가지 종류의 all-ceramic 재료가 도입되었다. 초기에는 알루미나 함유 포세린, 루사이트(leucite) 함유 글라스-세라믹, 플루오로아파타이트(fluoroapatite) 함유 글라스-세라믹 등의 분말 상의 재료가 사용되었다. 알루미나 함유 포세린은 포세린의 강도를 증가시키기 위해 알루미나를 첨가한 재료로써, 알루미나의 함량이 증가함에 따라 투명도가 저하되어 심미적인 측면에서 한계를 보였기 때문에 주로 코어(core) 재료로 사용이 되었다7). 알루미나 함유 재료로써 도입된 Hi-Ceram(Vita Zahnfabrik, Bad Sackingen, Germany)에서는 알루미나의 함량을 증가시키기 위해 프릿트(frit) 처리법을 적용하였다. 하지만, 알루미나의 함량 증가에서 한계를 보이면서 높은 강도를 얻지 못하였다. 루사이트와 플루오로아파타이트 결정을 함유하는 글라스-세라믹의 경우에도 심미성은 우수하였지만 축성 후 소결하는 과정에서 발생하는 수축으로 인해 수복물의 적합이 불량하고 낮은 굴곡강도(100~150 ㎫)로 인해 저작과정에서 쉽게 파절이 되어 임상적용에서 한계를 보였다.

2.3 주조용 글라스-세라믹 재료
1968년 MacCulloch가 글라스의 결정화(ceramming) 과정을 통해서 강도를 개선함과 동시에 자연치와 같은 심미성을 부여하는 것이 가능하다고 보고한 이래, 1990년대가 되면서 올-세라믹(all-ceramic) 재료의 선구적인 역할을 하였던 주조용(castable)의 글라스-세라믹 재료인 Dicor(Dentsply International, York, PN, USA)가 치과임상에 도입되었다. Dicor는 SiO2-Al2O3-K2O-MgF2 등을 용융 글라스화 하여 제조한 재료로써, 왁스소실법(lost-wax technique)으로 주형을 준비하고 글라스 블록을 1370℃로 가열 용융하고 원심주조하여 성형을 한 다음 1075℃에서 6시간 동안 열처리하여 운모 결정(mica)을 약 55 vol% 석출한다8).
  인레이(inlay), 온레이(onlay) 및 단일치 크라운의 제작에 사용이 되었으며, 금속-세라믹 수복을 대체할 수 있는 수단으로써 치과임상에서 관심을 받았다. 하지만, 파절강도가 낮아서 지대치의 삭제량이 많고, 결정화 과정에서 일어나는 수축으로 인해 수복물의 적합이 불량하였을 뿐만 아니라 수복물의 제작에 너무 오랜 시간이 소요되는 등의 문제점을 보였다9,10). 이후 이 수복법의 문제점을 극복하기 위해서 글라스 침투 알루미나 세라믹과 글라스-세라믹 잉곳(ingot)이 도입되었다.

그림 1. 지르코니아로 제작된 Super Translucent Multi-Layered (STML) 디스크 블록(Kuraray Noritake Dental Inc, Aichi, Japan).

그림 2. 리튬 메타실리케이트 상태로 제조된 IPS e.max CAD LT A2 블록(a)과 나노 리튬 디실리케이트 상태로 제조된 Amber mill LT A2 블록(b) 및 각각의 열처리 후(b,d)의 고해상도 전계방출 주사전자현미경 이미지. (시험 재료는 9% HF 수용액으로 30초간 산부식하였음.)

그림 3. IPS e.max CAD LT A2 블록(a)과 Amber mill LT A2 블록(b)으로 밀링한 상태의 중절치 크라운의 사진.

-----이하 생략

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