Influence of thermocycling and coffee immersion on surface roughness and bacterial adherence of additively manufactured permanent resin based materials

끈적한 상황: 당신의 치아 크라운이 왜 박테리아 호텔이 될 수 있는가

당신의 입안이 북적이고 혼란스러운 도시라고 상상해 보세요. 그곳은 따뜻하고 축축하며, 뜨거운 커피를 마시거나 아이스크림을 베어 물 때마다 온도가 끊임없이 변합니다. 이 도시에서 아주 작은 미생물 세입자들인 박테리아는 항상 머물 곳을 찾고 있습니다. 이 세입자 중 일부는 말썽꾸러기입니다. 이들은 표면에 달라붙어 '바이오필름'이라 불리는 지저집한 동네를 만들고 충치를 유발하는 것을 좋아합니다. 오랫동안 치과의사들은 고체 블록 형태의 재료를 깎아서 이러한 "건물"(크라운과 브릿지)을 만들어 왔지만, 이제는 팬케이크를 쌓듯이 층층이 쌓아 올리는 3D 프린터를 사용하여 이를 제작하는 경우가 점점 늘어나고 있습니다.

하지만 건물이 3D 프린팅으로 제작되었다고 해서 반드시 완벽하다는 뜻은 아닙니다. 시간이 흐르면서 뜨거운 음료의 열기와 뒤이어 불어오는 겨울바위의 찬 공기(과학자들이 **열순환(thermocycling)**이라고 부르는 과정)는 재료에 스트레스를 주어, 재료를 갈라지게 하거나 표면을 더 거칠게 만들 수 있습니다. 또한 커피를 마신다면, 어둡고 끈적한 액체가 표면에 착색되어 질감을 변화시킬 수 있습니다. 여기서 중요한 질문이 생깁니다. 이러한 거칠어짐 현상이 매끄럽고 청소하기 쉬운 크라운을 박테리아가 매달리기 좋아하는 울퉁불퉁하고 끈적한 함정으로 바꾸어 놓을까요? 만약 표면이 거칠어진다면, 박테리아는 더 행복해질까요? 이 연구는 바로 이 시나리오를 파헤치며, 세 가지 서로 다른 3D 프린팅 크라운 재료가 일상의 고단함(뜨거운 커피와 온도 변화)에 어떻게 버텨내는지, 그리고 얼마나 많은 박테리아가 입주하기로 결정하는지를 테스트합니다.

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실험: 시간과 커피를 상대로 한 3D 프린팅 레이스

이 연구에서 연구진은 영구 치과용 크라운에 사용되는 세 가지 서로 다른 3D 프린팅 레진 재료인 VarseoSmile TriniQ, SprintRay Ceramic Crown Resin, 그리고 Tera Harz C&B TC-80DP 사이의 고도의 승부를 설정했습니다. 그들은 단순히 이 재료들을 관찰한 것이 아니라, 단 한 달 만에 실제 생활에서의 수년을 모방하도록 설계된 혹독한 훈련 캠프에 몰아넣었습니다.

먼저, 그들은 각 재료로 작고 원반 모양의 샘플을 만든 후, 갓 포장된 도로처럼 매끄럽게 연마했습니다. 그런 다음 샘-플들을 세 그룹으로 나누었습니다. 첫 번째 그룹은 "대조군" 팀으로, 따뜻한 물 속에 하루 동안 두었습니다. 두 번째 그룹은 10,000회의 열순환 과정을 거쳤습니다. 이는 차가운 물(5°C)과 뜨거운 물(55°C)을 번갈아 가며 담그는 것을 의미하며, 뜨거운 커피를 마시고 나서 차가운 탄산음 soda를 마시는 스트레스를 시뮬레이션한 것입니다. 세 번째 그룹은 "이중 타격"을 받았습니다. 10,000회의 온도 순환을 견뎌낸 후, 다시 진한 인스턴트 커피에 30일 동안 담가두었습니다.

이 고문 테스트를 거친 후, 연구진은 두 가지를 측정했습니다. 첫째, 초정밀 레이저 현미경을 사용하여 표면 거칠기(도로가 얼마나 울퉁불퉁한지)를 측정했습니다. 둘째, 두 종류의 박테리아인 Streptococcus mutans(악명 높은 충치 유발꾼)와 Streptococcus sanguinis(초기 정착을 도와 바이오필름 형성을 돕는 조력자)를 투입했습니다. 그리고 각 디스크에 얼마나 많은 박테리아가 달라붙었는지 정확히 세었습니다.

결과: 매끄러움이 승리하고, 거침이 패배한다

연구 결과는 명확하고 일관적이었으며, 예측 가능하지만 중요한 결말을 가진 이야기와 같았습니다.

1. 거칠기 레이스
연구 결과, 노화는 확실히 표면을 더 울퉁불퉁하게 만들었습니다. 가장 매끄러운 표면은 노화를 겪지 않은 것들이었습니다. 재료들이 10,000회의 온도 순환을 거치자 표면이 더 거칠어졌습니다. 하지만 거칠기 부문에서 진정한 챔피언은 열순환 후에 커피에 담갔던 것들이었습니다.

• 승자: Tera Harz C&B TC-80DP는 혹독한 처우 이후에도 가장 매끄러운 상태를 유지했습니다. 커피 침지 후의 거칠기(Ra로 측정)는 0.11 ± 0.03 µm에 불과했습니다.
• 패자: VarseoSmile TriniQ는 커피 처치 후 0.18 ± 0.04 µm에 도달하며 가장 거친 표면을 보였습니다.
• 중간: SprintRay Ceramic Crown Resin은 0.15 ± 0.03 µm로 중간에 위치했습니다.

연구진은 재료마다 반응은 달랐지만, 모든 재료에서 나타나는 패턴은 동일하다고 언급했습니다. 즉, 열은 표면을 더 거칠게 만들고, 커피를 추가하면 더욱 거칠어진다는 점입니다. 흥게도 특정 재료와 노화 과정 사이의 상호작용은 복잡한 퍼즐이 아니었습니다. 노화는 그저 모든 것을 비슷한 방식으로 더 거칠게 만들 뿐이었습니다.

2. 박테리아의 침공
여기서부터 이야기는 끈적해집니다. 연구진은 직접적인 연관성을 발견했습니다. 표면이 거칠수록 더 많은 박테리아가 달라붙었습니다. 마치 벨크로(찍찍이) 테이프와 같습니다. 갈고리(거칠기)가 많을수록, 루프(박테리아)가 잡힐 수 있는 곳이 많아집니다.

• 박테리아의 왕: Streptococcus mutans(충치를 일으키는 박테리아)는 Streptococcus sanguinis보다 훨씬 더 잘 달라붙었습니다. 모든 재료와 조건에서 S. mutans가 더 높은 부착력을 보였습니다.
• 최악의 시나리오: 열순환과 커피 침지를 거친 후 박테리아 부착도가 가장 높았던 재료는 VarseoSmile TriniQ로, **4.20 ± 0.28 log₁₀(CFU/mm²)**를 기록했습니다.
• 최선의 시나리오: Tera Harz C&B TC-80DP는 S. mutans에 대해 기초 상태에서 **3.15 ± 0.20 log₁₀(CFU/mm²)**를 보였으며, 커피 침지 후에도 3.65 ± 0.24로 가장 낮은 박테리아 부착도를 보였습니다.

연구는 재료 유형이나 노화가 중요하지 않을 것이라는 초기 추측(귀무 가설)을 명시적으로 기각했습니다. 데이터는 반대의 사실을 증명했습니다. 즉, 재료의 종류와 노화 프로토콜 모두 표면을 얼마나 거칠게 만드는지, 그리고 얼마나 많은 박테리아가 달라붙는지에 유의미한 변화를 주었습니다. 그러나 연구는 또한 재료와 노화 사이의 상호작용이 특정 쌍에 대해 독특하고 예측 불가능한 놀라움을 만들어내지는 않는다는 점도 발견했습니다. 노화는 그저 모든 이들에게, 정도의 차이는 있지만 상황을 악화시킬 뿐이었습니다.

시사점: 매끄러운 것이 좋다

이 연구는 만약 당신이 3D 프린팅된 영구 크라운을 하게 된다면, 재료도 중요하지만 그것을 얼마나 잘 마무리하느냐도 중요하다는 것을 시사합니다. Tera Harz C&B TC-80DP 재료는 거칠고 끈적해지는 것에 가장 강한 저항력을 보여준 반면, VarseoSmile TriniQ는 가장 울퉁불퉁해지기 쉽고 박테리아를 끌어들이기 쉬운 것으로 나타났습니다.

연구진은 (열과 커피로 인해) 표면이 거칠어질수록, 특히 충치를 유발하는 S. mutans와 같은 박테리아의 놀이터가 될 가능성이 높아진다고 결론지었습니다. 수치는 거칠기와 끈적임 사이의 강력한 연결 고리를 보여주었지만, 연구는 또한 단순히 굴곡의 문제만이 아니라 재료의 화학적 구성 또한 역할을 한다는 점을 상기시켰습니다. 하지만 현재로서는 메시지가 명확합니다. 3D 프린팅된 크라운을 가능한 한 매끄럽게 유지하십시오. 매끄러운 표면은 박테리아가 붙잡기 훨씬 어려운 표면이기 때문입니다.