[논문]광개시제에 따른 실험용 3D 프린팅 의치상 레진의 기계적 성질과 생체적합성 비교

박다령; 손주리

doi:10.14347/jtd.2020.42.4.355

광개시제에 따른 실험용 3D 프린팅 의치상 레진의 기계적 성질과 생체적합성 비교
Comparison between mechanical properties and biocompatibility of experimental 3D printing denture resins according to photoinitiators 원문보기

Journal of technologic dentistry : JTD, v.42 no.4, 2020년, pp.355 - 361

박다령 (원광보건대학교 치기공과) , 손주리 (전주비전대학교 치위생과)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: In this study, we added two kinds of photoinitiators (CQ and TPO) to prepare two kinds of denture base resins (Bis-GMA series and UDMA series) for three-dimensional (3D) printing to compare and analyze their mechanical and biological properties and to find the optimal composition. Methods: Control specimens were made using the mold made of polyvinyl siloxane of the same size. Light curing was performed twice for 20 seconds on both the upper and lower surfaces with LED (light emitting diode) light-curing unit (n=10). Experimental 3D printing dental resins were prepared, to which two photoinitiators were added. Digital light processing type 3D printer (EMBER, Autodesk, CA, USA) was used for 3D printing. The specimen size was 64 mm×10 mm×3.3 mm according to ISO 20795-1. The final specimens were tested for flexural strength and flexural modulus, and MTT test was performed. Furthermore, one-way analysis of variance was performed, and the post-test was analyzed by Duncan's test at α=0.05. Results: The flexural strength of both Bis-GMA+CQ (97.12±6.47 MPa) and UDMA+TPO (97.40±3.75 MPa) was significantly higher (p<0.05) in the experimental group. The flexural modulus in the experimental group of UDMA+TPO (2.56±0.06 GPa) was the highest (p<0.05). MTT test revealed that all the experimental groups showed more than 70% cell activity. Conclusion: The composition of UDMA+TPO showed excellent results in flexural strength, flexural modulus, and biocompatibility.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

3D 프린팅 기술을 더욱 발전시키기 위해 새로운 감광성 조성물과 적절한 광개시 시스템을 만드는 것이 필요하다 [27]. 따라서 본 연구에서는 3D 프린터의 보다 높은 중합도를 위하여 치과용 복합체 및 접착제로 널리 사용되고 있는 CQ와 상업용 복합체에 포함되고 있는 TPO을 첨가하여 새로운 3D 프린팅용 광경화 레진을 제작하였다. 3D 프린팅용 레진은 점도가 중요한 요소이므로 의치 상용 레진 중 점도가 비슷한 유동성 의치상용 레진을 대조군으로 제작하였다.
임상적용에 있어서 우수한 기계적 성질, 생체적합성을 갖추어야 하며 수복물의 파절을 방지할 수 있는 중합 과정이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 기반이 다른 실험용 3D 프린팅 치과용 레진에 두 가지의 광개시제를 첨가하여 3D 프린터로 출력한 결과물의 기계적, 생물학적 성질을 비교 분석하고자 하였다.
본 연구에서는 2종류의 광개시제(CQ, TPO)를 첨가하여 2종의 3D 프린팅용 의치상레진(Bis-GMA계와 UDMA계)을 제작하여 기계적 성질과 생물학적 성질을 비교 분석하고 최적의 조성을 찾고자 하였다. 이에 다음과 같은 결론을 얻었다.
가능하게 한다고 하였다. 본 연구에서도 이러한 단량체들을 첨가하여 보다 높은 중합도와 강도를 얻고자 하였다. 그 결과, 시판되고 있는 NextDent와 유의한 값의 강도를 나타내었다.
본 연구의 목적은 CQ와 TPO 2종의 광개시제를 첨가하여 Bis-GMA 와 UDMA를 기반으로 한 3D 프린팅 의치상용 레진을 제작하여 기계적 성질과 생물학적 성질이 비교 분석하여 현존하는 3D 프린팅용 치과용 레진보다 우수한 레진을 제작하고자 하였다.
대조군으로 선택하였다. 임상에서 사용되고 있는 3D 프린팅용 의치상 레진인 NextDent (Base, Vertex Dental; Soesterberg, Netherlands)도 비교 분석하고자 하였다. 실험군은 단량체인 Bis-GMA (SHIN-NAKAMURA, Wakayama, Japan)와 UDMA (Sigma-Aldrich, St.
또 2종의 광개시제 모두 DLP 3D 프린터의 통상적인 광파장대인 395~410 nm를 포함하므로 광중합이 진행되어 경화되 3D 프린터 레진으로 사용할 수 있을 것으로 생각된다. 후중합 공정을 시행하여 보다 높은 중합도를 얻고자 하였다. 같은 조건을 위하여 대조군인 유동성 의치상용 레진 또한 미중합을 우려해 광중합기를 이용해서 후중합 공정을 시행하였다.

제안 방법

10% fetal bovine serum와 항생제(Penicillin Streptomycin; Life technologies, Carlsbad, CA, USA)를 RPMI (RPMI-1640 MEDIUM 1X+2.05 mML-Glutamine)에 첨가하여 배지를 제작하였다. 37℃를 유지하는 5% CO₂ 배양기(MCO₁₇5; SANYO Electric Biomedical, Osaka, Japan)에서 L-929 세포(NCTC clone 929: CCL 1, ATCC)를 배양하였다.
따라서 본 연구에서는 3D 프린터의 보다 높은 중합도를 위하여 치과용 복합체 및 접착제로 널리 사용되고 있는 CQ와 상업용 복합체에 포함되고 있는 TPO을 첨가하여 새로운 3D 프린팅용 광경화 레진을 제작하였다. 3D 프린팅용 레진은 점도가 중요한 요소이므로 의치 상용 레진 중 점도가 비슷한 유동성 의치상용 레진을 대조군으로 제작하였다. 미중합을 우려하여 Janda 등[28]은 CQ가 390~480 nm의 넓은 광파 장대를 지니고 있어 가장 일반적인 광개시제로 사용되지만 3차 아민이 존재해야 하며 특유의 노란색을 나타내어 심미성이 낮다는 단점이 있다고 하였다.
570 nm에서 흡광도를 분석하는 enzyme-linked immuno-assay reader (Spectra MAX250; Molecular Devices, San Jose, CA, USA)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 음성대조군의 MTT 환원율 100%로 표준화하여 대조군과 비교하여 실험군의 세포활성도를 백분율로 표시하였다.
몰드에서 제작된 시편은 제거 후 SiC 연마지 200, 600, 800, 1, 200번으로 순차적으로 시편의 양면을 연마하였다. LED light-curing unit (Dr’s light Clever, Good Doctors, Incheon, Korea)를 사용하여 양면에 20초씩 광중합을 시행하였다(Fig. 1).
NextDent와 실험군으로 제작한 3D 프린팅 레진은 적층 가공 방식인 DLP type 3D 프린터(EMBER, Autodesk, CA, USA)를 이용하여 100 μm씩 출력하였고 중합도를 높이기 위해 DLP-UV (LC-3D Print;NextDent)를 이용하여 20분 동안 후중합 처리를 시행하였다(Fig. 1). 실험에 사용된 모든 시편은 ISO 20795-1 규격에 따라 64 mm×10 mm×3.
동안 보관하였다. Support 간격이 50 mm로 고정되어 있는 만능시험기(Z020, Zwick, Ulm, Germany)를 이용하여 cross-head speed 5 mm/minute으로 굴곡강도와 굴곡계수를 측정하였다(Fig. 2).
후중합 공정을 시행하여 보다 높은 중합도를 얻고자 하였다. 같은 조건을 위하여 대조군인 유동성 의치상용 레진 또한 미중합을 우려해 광중합기를 이용해서 후중합 공정을 시행하였다.
Table 1에 본 실험에 제작된 레진의 조성과 함량을 나타내었다. 광개시제로 각각 CQ와 TPO을 첨가하여 각 그룹당 10개씩(n=10) 시편을 제작하였다(Table 1).
데 필수적이라고 하였다. 따라서 본 연구에서도 만능시험기를 이용하여 굴곡강도와 굴곡계수를 알아보았다. 그 결과 UDMA 계 실험군이 Bis-GMA계 실험군보다 유의하게 높은 굴곡강도 값을 나타냈다(p<0.
만든 몰드를 이용하여 제작하였다. 몰드에서 제작된 시편은 제거 후 SiC 연마지 200, 600, 800, 1, 200번으로 순차적으로 시편의 양면을 연마하였다. LED light-curing unit (Dr’s light Clever, Good Doctors, Incheon, Korea)를 사용하여 양면에 20초씩 광중합을 시행하였다(Fig.
나타낸다[29]. 본 실험에서는 광중합 후 무색을 나타내는 광개시제인 TPO을 선택함으로써 레진을 제작할 시에 광개시제를 혼합하여도 색소의 종류에 따라 색상을 쉽게 조절하여 술자가 원하는 색상의 의치상을 만들 수 있도록 하였다. 또 2종의 광개시제 모두 DLP 3D 프린터의 통상적인 광파장대인 395~410 nm를 포함하므로 광중합이 진행되어 경화되 3D 프린터 레진으로 사용할 수 있을 것으로 생각된다.
하였다. 본 연구에서도 Bis-GMA와 UDMA를 기반으로 하여 다양한 단량체의 함량을 조절하며 3D 프린터로 출력 가능한 레진을 제작하였다. Bis-GMA계 실험군은 굴곡강도가 높았으나 출력 시 챔버에 슬러리가 남는 것을 볼 수 있었다.
이용하여 흡광도를 측정하였다. 음성대조군의 MTT 환원율 100%로 표준화하여 대조군과 비교하여 실험군의 세포활성도를 백분율로 표시하였다. ISO 10993-5:2009(E) 규격에 따라 70% 이상일 경우 독성이 없다고 판단하였다[17].

대상 데이터

05 mML-Glutamine)에 첨가하여 배지를 제작하였다. 37℃를 유지하는 5% CO₂ 배양기(MCO₁₇5; SANYO Electric Biomedical, Osaka, Japan)에서 L-929 세포(NCTC clone 929: CCL 1, ATCC)를 배양하였다.
Louis, MO, USA)를 기반으로 Bis-GMA계와 UDMA계의 레진을 제작하였다. Bis-GMA를 제외한 다른 모든 재료는 Sigma- Aldrich 제품을 사용하였다. Table 1에 본 실험에 제작된 레진의 조성과 함량을 나타내었다.
대조군인 유동성 의치상용 레진(PRESS LT) 시편은 polyvinyl siloxane으로 만든 몰드를 이용하여 제작하였다. 몰드에서 제작된 시편은 제거 후 SiC 연마지 200, 600, 800, 1, 200번으로 순차적으로 시편의 양면을 연마하였다.
임상에서 사용되고 있는 3D 프린팅용 의치상 레진인 NextDent (Base, Vertex Dental; Soesterberg, Netherlands)도 비교 분석하고자 하였다. 실험군은 단량체인 Bis-GMA (SHIN-NAKAMURA, Wakayama, Japan)와 UDMA (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)를 기반으로 Bis-GMA계와 UDMA계의 레진을 제작하였다. Bis-GMA를 제외한 다른 모든 재료는 Sigma- Aldrich 제품을 사용하였다.
1). 실험에 사용된 모든 시편은 ISO 20795-1 규격에 따라 64 mm×10 mm×3.3 mm로 제작하였다.
동안 추출하였다. 양성대조군(positive control)으로 1% phenol (OCI, Seoul, Korea)을 사용하였고, 음성대조군(negative control) 으로는 산화 에틸렌 가스(ethylene oxide gas)로 소독한 aluminium oxide ceramic rod (SAMHWA CERAMIC COMPANY, Seoul, Ko- rea)를 사용하였다. L-929 세포를 96 well plate에 1×10⁴ cells/well 가 되도록 100 μL씩 분주하고, 37℃의 5% CO₂ 배양기에서 24시간 동안 세포를 부착시켰다.
유동성 의치상용 레진(PRESS LT, Retec; Baesweiler, Germany)을 대조군으로 선택하였다. 임상에서 사용되고 있는 3D 프린팅용 의치상 레진인 NextDent (Base, Vertex Dental; Soesterberg, Netherlands)도 비교 분석하고자 하였다.

데이터처리

기계적 성질과 생물학적 성질의 결과는 IBM SPSS ver. 22.0 프로그램(IBM, Armonk, NY, USA)을 사용하여 one-way ANOVA로 신뢰수준 95%에서 분석하였고 사후검정으로 Duncan test를 시행하였다. 모든 검정에서 α=0.

이론/모형

장비 기술이 발전되어 임상에 도입되었다. 따라서 과거에 사용된자가중합, 열중합 방식으로 제작하던 가철성 보철물을 CAD/CAM (computer-aided design/computer-aided manufacturing)을 이용하여 제작하게 되었다[1]. 이러한 CAD/CAM의 제조 공정은 절삭 가공(subtractive manufacturing)과 적층 가공(additive manufacturing)으로 나눌 수 있다[2].

성능/효과

1. 제작한 3D 프린팅용 의치상 레진 중 Bis-GMA+CQ, UDMA+TPO의 조합이 유의하게 높은 굴곡강도를 나타내었고 굴곡계수 또한 UDMA+TPO의 실험군에서 가장 높은 값을 나타내었다 (p<0.05).
2. MTT test 결과 모든 실험군이 70% 이상의 세포활성도를 나타내어 생체적합성이 우수한 것으로 판단된다.
05). Bis-GMA계 실험군보다 UDMA계 실험군이 유의하게 높은 굴곡계수를 나타내었다(p<0.05; Fig. 4).
05). Bis-GMA계 실험군이 UDMA계 실험군보다 세포활성도가 유의하게 높은 값을 나타내었다(p<0.05; Fig. 5).
05). CQ를 첨가한 모든 실험군이 TPO을 첨가한 실험군보다 굴곡계수가 유의하게 낮았다(p<0.05). Bis-GMA계 실험군보다 UDMA계 실험군이 유의하게 높은 굴곡계수를 나타내었다(p<0.
5 GPa 이상으로 규정되어있다. TPO을 첨가한 실험군은 의치상용 열중합 레진의 기준을 만족시키는 결과값을 나타내었고 CQ를 첨가한 모든 실험군은 자가중합 레진의 기준값 이상의 굴곡계수를 나타내었다.
구강 내에서 사용 가능한 레진을 제작하기 위해 시행한 MTT test 결과를 살펴보면 제작한 레진을 24시간 동안 용출시킨 후 세포의 활성도 측정값은 모든 실험군이 음성대조군보다 세포활성도가 유의하게 높았다. ISO 10993-5:2009(E)에서 MTT test 결과 세포활성도가 70% 이상이면 해당 재료는 독성이 없다고 규정하고 있다.
굴곡계수 또한 Bis-GMA계 실험군보다 UDMA계 실험군이 유의하게 높은 굴곡계수를 나타내었다. 이는 Bis-GMA보다 인성이 높은 UDMA의 성질이 반영된 것으로 생각된다.
굴곡계수를 측정한 결과, NextDent (2.50±0.12 GPa)와 UDMA+TPO (2.56±0.06 GPa)의 실험군이 가장 높은 굴곡계수를 나타내었다(p<0.05). CQ를 첨가한 모든 실험군이 TPO을 첨가한 실험군보다 굴곡계수가 유의하게 낮았다(p<0.
따라서 본 연구에서도 만능시험기를 이용하여 굴곡강도와 굴곡계수를 알아보았다. 그 결과 UDMA 계 실험군이 Bis-GMA계 실험군보다 유의하게 높은 굴곡강도 값을 나타냈다(p<0.05). 이는 단량체 사슬에 페놀고리가 없어 높은 유연성과 인성을 가져 중합도에 영향을 미친 결과이다[31].
1과 같다. 모든 실험군의 세포활성도가 70% 이상으로 나타났다 (p<0.05). Bis-GMA계 실험군이 UDMA계 실험군보다 세포활성도가 유의하게 높은 값을 나타내었다(p<0.
이는 단량체 사슬에 페놀고리가 없어 높은 유연성과 인성을 가져 중합도에 영향을 미친 결과이다[31]. 본 연구에서도 UDMA의 함유량과 첨가된 entaerythritol tetraacrylate와 Di(trimethylolpropane) tetraacrylate와 같은 comonomer의 작용이 굴곡 강도를 향상시킨 것으로 보인다.
TPO는 친수성 광개시제로서 친수성 모노머에 혼합할 경우 일반적으로 이용되는 CQ보다 중합정도를 높일 수 있는 효과를 나타낸다[24]. 본 연구의 결과도 TPO를 첨가한 실험군이 CQ를 첨가한 모든 실험군이 보다 굴곡계수가 유의하게 높은 값을 나타냈다.
ISO 10993-5:2009(E)에서 MTT test 결과 세포활성도가 70% 이상이면 해당 재료는 독성이 없다고 규정하고 있다. 본 연구의 결과에서도 사용된 모든 실험군이 70% 이상의 세포활성도를 보여 독성이 없음이 판정되어 생체친화성이 있음을 나타낸다. 따라서 구강 내에 사용 가능한 만족스런 생체적합성을 가지고 있으므로 임상적으로 사용할 수 있을 것으로 생각된다.
3과 같다. 실험군에서는 Bis- GMA+CQ (97.12±6.47 MPa), UDMA+TPO (97.40±3.75 MPa)의 굴곡강도가 유의성 있게 높았다(p<0.05). UDMA+CQ (86.
60 MPa 이상으로 규정되어 있다. 실험용 3D 프린팅용 의치상레진은 모두 열중합 레진의 굴곡강도의 기준값인 65 MPa보다 높은 굴곡강도값을 나타냈다.

후속연구

본 연구의 결과에서도 사용된 모든 실험군이 70% 이상의 세포활성도를 보여 독성이 없음이 판정되어 생체친화성이 있음을 나타낸다. 따라서 구강 내에 사용 가능한 만족스런 생체적합성을 가지고 있으므로 임상적으로 사용할 수 있을 것으로 생각된다.
따라서 굴곡강도와 굴곡계수, 생체합성까지 우수한 UDMA+TPO 조성을 중심으로 다양한 성분을 조절하며 더욱 깊은 연구가 시행되어 진다면 새로운 3D 프린팅이 가능한 레진을 개발할 수 있을 것으로 생각된다.
본 실험에서는 광중합 후 무색을 나타내는 광개시제인 TPO을 선택함으로써 레진을 제작할 시에 광개시제를 혼합하여도 색소의 종류에 따라 색상을 쉽게 조절하여 술자가 원하는 색상의 의치상을 만들 수 있도록 하였다. 또 2종의 광개시제 모두 DLP 3D 프린터의 통상적인 광파장대인 395~410 nm를 포함하므로 광중합이 진행되어 경화되 3D 프린터 레진으로 사용할 수 있을 것으로 생각된다. 후중합 공정을 시행하여 보다 높은 중합도를 얻고자 하였다.
광중합도를 높이기 위해 가장 효과적인 방법은 빛을 조사하였을 때 중합반응을 개시시키는 광중합 시스템을 개발하는 것이다. 향후 더욱 다양한 광개시제와 기계적 물성과 생체적합성을 지닌 레진의 최적의 조합을 찾아 새로운 3D 프린팅 레진 개발에 대한 연구가 필요할 것으로 보인다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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