세라믹 치아교정장치의 특성과 전망

[치아나라♥]

세라믹 치아교정장치의 특성과 전망

미(美)에 대한 관심과 요구가 증가하면서, 교정치료에 있어서도 성인의 비중이 점차 증가하는 추세이다. 그러나 성인의 경우 치료 결과뿐만 아니라 교정장치에 대한 심미적인 요구도 또한 높아서 교정영역에서도 세라믹 브라켓이나 레진 브라켓의 사용이 증가되고 있다.
그러나 세라믹 브라켓의 높은 저항계수 때문에 임상가들은 브라켓 사용을 고민해온 것이 현실이었다.1?4 세라믹 브라켓의 거친 표면양상의 특징도 이유이겠지만 세라믹 슬롯상의 알루미나가 교정선의 표면에 쉽게 달라붙는 화학적 특징이 보고된 바 있기 때문이다.5 높은 마찰력은 브라켓의 탈락을 일으킬 수 있으며 교정 시 가해지는 힘을 12%?60%까지 상쇄시킬 수 있기 때문에 교정치료 시 최적의 힘을 부여하는데 어려움을 줄 수 있다.6,7

최근 이런 마찰력에 대한 문제점을 개선하고자 세라믹 브라켓에 금속 슬롯을 삽입하여 세라믹 브라켓의 심미성과 메탈 브라켓의 낮은 마찰력의 특징을 조합한 브라켓이 개발되었으며, 또한 물리적으로 슬롯의 표면을 광택시키고 슬롯의 날을 부드럽게 형성시켜줌으로써 마찰력을 감소시킨 산화 지르코늄 브라켓이 소개되었다.8,9

최근에는 세라믹 브라켓의 슬롯을 실리카로 코팅하여 마찰력을 감소시킨 제품 등 다양한 종류의 세라믹 브라켓이 개발되고 있다. 따라서 임상의들에게 이해를 돕고자 새로 개발된 세라믹 브라켓의 물리적 임상적 특성을 살펴보았다.

구강 내 부착된 세라믹 브라켓. 좌, Clarity; 우, Crystaline V

세라믹 브라켓의 종류

직접 접착 시스템이 개발되면서 치아색의 브라켓이나 투명 브라켓이 전치에서 실용성 있게 사용되기 시작하였다. 이와 함께 플라스틱 브라켓이 1980년대 초에 많이 소개되었으나 착색과 변색, 좋지 못한 체적 안정성, 금속 호선 사이의 마찰과 마모에 대한 문제점이 제기되었다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 세라믹 브라켓이 1980년 후반에 처음 상품화되었으며, 내구성이 좋고 착색에 저항성이 있어 레진 브라켓의 한계를 크게 극복하였다.

현재 여러 종류의 세라믹 브라켓이 시판되고 있으나 크게 불투명한 흰색의 다결정의 알루미나 세라믹 브라켓과 투명성을 높힌 단결정의 알루미나 또는 지르코늄 브라켓 등이 있다. (그림 1, 2) (표 1)

 심미 브라켓. A, Clarity; B, Crystaline V; C, Inspire; D, Composite resin bracket; E, Metal bracket.

 세라믹 브라켓의 종류
1)  다결정 알루미나 브라켓 (Monocrystalline alumina bracket)
    세라믹 슬롯 - Transend (Ormco), InVu (TP), Mystique (GAC)
    금속 슬롯 - Luxi II (RMO), Clarity (3MUnitek), Virage (American Orthodontic)
    Silica liner - Mystique (GAC), Crystaline V (Tomy)
2)  단결정 알루미나 브라켓 (Polycrystalline alumina  bracket)
    Inspire Ice (Ormco)
3)  기타
Ceramic reinforced resin bracket -Silcon (American Ortho), Image (GAC)
Polyoxymethylene bracket - Brilliant (Forestadent)

금속 슬롯이 있는 Clarity? (3MUnitek)은 다결정 알루미나로 구성되어 불투명한 브라켓이며 inspire?의 경우 단결정 알루미나 브라켓으로 투명한 브라켓으로 심미성이 뛰어나다. 또한 금속 슬롯이 없이 다결정의 형태인 세라믹 브라켓(Transend?, Invu?, Allure?) 등도 시판되고 있다. Silcon? (American ortho)및 Image? (GAC)의 경우 세라믹이나 Glass로 강도를 높인 플라스틱 브라켓들로 hybrid형태의 브라켓이다.

플라스틱 브라켓과 세라믹 브라켓의 중간적인 재료로 평가 받고 있는 Polyoxymethylene bracket은 높은 강도와 색저항성 그리고 낮은 마찰력으로 높이 평가 받고 있으며 Brilliant? (Forestadent, Germany)라는 상표로 시판되고 있다. 플라스틱 브라켓보다 높은 강도와 심미성을 보이지만 높은 열이나 방사선 조사 금속과의 마찰 시에 Aldehyde의 유리가 발생된다는 보고가 있어 생체적합성에 논란의 여지가 있다.10

세라믹 브라켓의 기계적 특성

세라믹 브라켓을 사용함에 있어서 슬롯내의 마찰, 브라켓과 접촉하는 치아의 마모, 브라켓 제거시의 법랑질 손상 등의 문제가 일어날 수 있으므로 재료의 물리적 특성에 대해 이해할 필요가 있다.

마찰력

세라믹 브라켓의 마찰력은 플라스틱 브라켓보다 낮지만 스틸 브라켓 보다는 높다고 알려져 있다. 이는 다결정 알루미나 브라켓의 경우 거친 표면을 지니고 있기 때문이다. (그림3) 또한 호선의 종류에 따른 마찰력의 차이가 보고되었으며, 교정용 호선 중 베타 티타늄에서 가장 높은 마찰력의 증가가 보고되었다. 특히 세라믹 브라켓의 경우 브라켓과 교정호선에 경사로 인한 locking이 발생될 경우 메탈 브라켓에 비해 높은 마찰력의 증가가 보고된 바 있다. 따라서 발치 증례에서 치아의 경사이동 시 마찰력에 대한 고려가 필요하다.11 (그림 4)
 

단결정 브라켓의 경우 매끄러운 표면을 보이지만 높은 마찰력을 보이는 것은 선재와의 화학적인 작용과 함께 슬롯 경계부분의 날카로운 처리에 기인한다. 최근에는 단결정 브라켓의 경우 초음파 절삭기구로 milling을 한 후 열처리하여 milling과정 중에 생긴 표면의 불안전함과 스트레스를 제거하여 마찰력을 감소시켰다. 그러나 여전히 metal slot이 들어있는 다결정 브라켓 보다 높은 마찰력을 보이고 있다.
이러한 마찰력에 있어 문제점을 해결하고자 브라켓 내의 슬롯에 금속을 삽입하거나(Clarity?) 슬롯을 실리카로 처리한 브라켓(Crystaline V?)이 소개되었다. 또한 다결정 알루미나 브라켓을 injection mold로 제작하여 milling시 발생되는 거친 표면을 최소화 시킨 브라켓(InVu?)도 소개되었다.

. 세라믹 브라켓 표면의 전자현미경 사진 (60 × and 1000 × ). A, Crystaline V; B, Clarity; C, Inspire; d, Transend.

 브라켓?교정선 경사도(0°, 5°, 10° and 15°)에 따른 평균 동적마찰력. 좌, 스테인레스 스틸 호선과 브라켓과의 동적 마찰력; 우, 베타 티타늄 호선과 브라켓과의 동적 마찰력; PCA?S; 실리카 슬롯의 다결정 세라믹브라켓(Crystaline V); PCA?M; 금속 슬롯의 다결정 세라믹 브라켓(Clarity); PCA?C; 고전적인 다결정 세라믹 브라켓(Transend); MCS, 단결정 세라믹 브라켓(Inspire); SS, 메탈 브라켓

접착강도

세라믹 브라켓의 기저면의 디자인과 구조는 장치의 제거 시에 발생할 수 있는 에나멜의 손상을 예방하기 위해 여러 형태로 발전되었다. 특히 돌출된 구조물의 수를 감소시켜 기계적인 유지력을 감소시키고 접착제와 브라켓 사이의 유착을 감소 시키기 위해 silane coating이 제거되었다.

최근에 세라믹 브라켓에 낮은 탄성률을 갖는 polycarbonate와 같은 중합물로 표면을 처리한 제품이 시판되고 있으나 여전히 높은 부착강도를 보여주고 있다. 이러한 점을 개선하기 위해 세라믹 브라켓의 제거를 쉽게 하기 위한 디자인이나 기구가 개발 중에 있다. 그 예로 브라켓과 접착제 사이에 힘을 집중시킬 수 있는 기구나 토오크 힘 보다는 비대칭적인 전단력을 가하는 방법이 고안되었다. 다른 방법으로 브라켓 베이스의 접착제에 열을 전달하여 접착제 자체 내에서 파절을 유도하는 열기구나 레이저 기구가 개발 중에 있다. Clarity?의 경우 양측 윙 사이에 수직적인 파절을 유도하기 위한 홈이 형성되어 있어 양측 윙을 접어주는 힘으로도 장치를 쉽게 제거할 수 있다. (그림 5)
 

. Clarity? 브라켓의 제거 방법
세라믹 브라켓의 높은 접착강도 때문에 최근에는 섬유나 세라믹으로 강도를 증가시킨 레진 브라켓 등이 소개되고 있다. 마찰력에 있어서도 기존의 레진 브라켓 보다 우수하다고 평가 받고 있어 귀추가 주목되고 있다.

세라믹 브라켓의 파절

세라믹 브라켓은 브라켓에 균열이 생기는 경우 유리와 같이 깨지기 쉬운 단점이 있다. 따라서 강도를 높이기 위해 기존의 메탈 브라켓 보다 크게 제작되었으며 이로 인하여 저작 시에 교합에 의한 파절이 일어나거나 대합치에 마모를 일으킬 수 있는 단점이 있다. 따라서 필요한 경우 하악 소구치 부위는 기존의 메탈 브라켓으로 부착할 필요가 있다.

맺음말

교정치과 영역에서 성인교정환자의 증가로 심미 브라켓의 이용은 증가될 추세이다. 그러나 교정치료 중 브라켓이 파절되거나 마찰력에 대한 이해가 부족할 경우 교정력을 효과적으로 전달할 수 없으며 경우에 따라 원하지 않는 치아 이동을 야기하여 치료기간이 길어질 수 있다. 최근 마찰력을 감소시키고 파절강도를 높인 여러 종류의 세라믹 브라켓들이 개발되어 시판되고 있으므로 제조회사별 심미적 기계적 특성에 대한 이해가 필요하다고 본다.