Effect of non-thermal plasma treatment on the bonding property of Bio-HPP post and core materials

치아 내부가 깊게 손상되어 크라운을 지탱할 자연 구조물이 너무 적을 때, 치과의사들은 종종 포스트를 치근(뿌리)에 삽 삽입하여 닻 역할을 하게 합니다. 수십 년 동안 금속 포스트가 표준이었으나, 금속은 딱딱하여 자연스러운 뼈처럼 휘어지지 않기 때문에 때때로 치아를 균열시킬 수 있습니다. 미세한 세라믹 입자로 강화된 고성능 폴리머로 만들어진 더 새로운 대안은 치아의 자연스러운 움직임을 모방하는 더 유연한 해결책을 제공합니다. 하지만 이 재료는 화학적으로 불활성이고 매끄러워서 치아에 단단히 접착하기가 매우 까다롭습니다. 만약 결합이 실패하면, 전체 보철물이 느슨해지거나 빠져버릴 수 있습니다. 따라서 과제는 이 미끄러운 현대적 재료를 손상시키거나 환자에게 해로울 수 있는 독한 화학 물질을 사용하지 않고도 단단하게 붙게 만드는 방법을 찾는 것입니다.

연구진은 비열 플라즈마 처리라고 불리는 기술을 테스트하여 이를 해결하고자 했습니다. 열을 발생시키지 않으면서 표면을 세척하고 화학적으로 변화시킬 수 있는 보이지 않는 에너지 빔을 상상해 보십시오. 이 에너지 상태의 다양한 가스로 폴리머 포스트의 표면을 분사함으로써, 연구팀은 레진 시멘트가 꽉 움켜쥘 수 있는 표면을 만들기를 희망했습니다. 그들은 세 가지 특정 가스인 일반 공기, 순수 산소, 질소를 테스트했습니다. 목표는 이 과정이 매끄럽고 잘 붙지 않는 포스트의 표면을 접착제가 붙잡을 수 있는 형태로 변형할 수 있는지 확인하고, 어떤 가스가 가장 효과적인지 결정하는 것이었습니다.

답을 찾기 위해 연구진은 다른 이유로 추출된 40개의 인체 치아를 가져와 포스트를 받을 수 있도록 준비했습니다. 그들은 컴퓨터를 사용하여 블록 형태의 폴리머 재료로부터 40개의 맞춤형 포스트를 설계 및 가공하여, 각 포스트가 준비된 공간에 완벽하게 들어맞도록 했습니다. 이 포스트들은 네 그룹으로 나뉘었습니다. 한 그룹은 아무런 처리를 하지 않은 대조군 역할을 했습니다. 나머지 세 그룹은 플라즈마 장치를 사용하여 세 가지 가스 중 하나로 처리되었습니다. 표면 처리를 마친 후, 연구진은 표준 치과용 접착제를 사용하여 포스를 치아에 시멘트 결합하고 모든 것이 굳을 때까지 일주일을 기다렸습니다. 그 후 치아를 얇은 단면으로 잘라 포스트를 밀어내는 데 얼마나 큰 힘이 드는지 테스트하였으며, 치근 내의 서로 다른 깊이에서 결합을 끊는 데 필요한 힘을 측정했습니다.

결과는 명확하고 결정적이었습니다. 처리를 하지 않은 포스트는 약 8.00 메가파스칼(압력의 단위)의 평균 힘으로 버텼습니다. 플라즈마 처리를 받은 모든 그룹은 현저히 더 잘 버텼습니다. 공기나 산소로 처리된 포스트는 탈락시키는 데 각각 약 13.35 및 13.42 메가파스칼의 힘이 필요했습니다. 그러나 질소 가스로 처리된 포스트가 가장 우수한 성능을 보였으며, 결합을 끊는 데 평균 18.19 메가파스칼의 힘이 필요했습니다. 이는 질소 처리가 처리되지 않은 것보다 결합력을 거의 두 배 더 강하게 만들었음을 의미합니다. 또한 연구진은 포스트의 위치도 중요하다는 것을 발견했습니다. 어떤 처리를 사용하든 관계없이 결합은 치아의 윗부분에서 가장 강했고, 치근 끝쪽 깊이로 내려갈수록 약해졌습니다.

강력한 현미경으로 재료의 표면을 자세히 관찰한 결과, 왜 이 처리가 효과적이었는지 밝혀졌습니다. 처리되지 않은 포스트는 연마 흔적이 남은 비교적 매끄러운 표면을 가지고 있었습니다. 반면 플라즈마 처리된 포스트는 미세한 구멍들이 있고 더 깨끗한 표면을 보여주었는데, 이는 에너지가 미세한 층을 깎아냈음을 나타냅니다. 화학적 분석 결과, 처리가 표면 조성을 변화시켜 산소와 질소 원자를 추가하고 탄소를 일부 제거했음을 보여주었습니다. 이러한 화학적 변화는 접착제가 더 강력하게 상호작용할 수 있는 새로운 극성 그룹을 표면에 생성했습니다. 모든 가스가 표면을 개선했지만, 질소 처리는 접착제와 특히 견고한 연결을 형성할 수 있는 특정 유형의 화학적 그룹을 만들어냈으며, 이것이 다른 가스들보다 뛰어난 성과를 낸 이유였습니다.

연구는 또한 포스트를 밀어낼 때 재료가 어떻게 파손되는지도 조사했습니다. 처리되지 않은 그룹에서는 접착제가 단순히 포스트에서 미끄러져 나갔는데, 이는 두 물질 사이의 결합이 약함을 나타냅니다. 처리된 그룹에서는 결합 실패가 보통 포스트와 접착제 사이가 아니라, 접착제와 치아 자체 사이에서 발생했습니다. 이러한 변화는 매우 중요한 성공의 징후입니다. 즉, 포스트와 접착제 사이의 결합이 너무 강력해져서 전체 시스템에서 가장 취약한 지점이 재료의 계면이 아닌 치아 구조로 이동했다는 것을 의미합니다. 이는 플라즈마 처리가 폴리머의 접착 문제를 성공적으로 해결하여, 이들을 치과 보철의 훨씬 더 실행 가능한 옵션으로 만들었음을 시사합니다.

본 연구는 통제된 실험실 환경에서 수행되었으며, 이 결합이 수년간의 저작 작용이나 온도 변화를 어떻게 견뎌낼지는 테스트하지 않았지만, 그 결과는 유망한 방향을 제시합니다. 연구는 비열 플라즈마, 특히 질소 가스를 사용하는 방식이 이러한 첨단 폴리머 포스트를 접착하기 위해 효과적으로 준비할 수 있음을 입증합니다. 이 기술은 다루기 힘든 접착 재료를 단단히 고정되는 재료로 바꿈으로써, 치과의사들이 이러한 유연하고 치아 친화적인 포스트를 더 확신 있게 사용할 수 있도록 도와, 잠재적으로 치근 파절의 위험을 줄이고 치과 수복의 수명을 향상시킬 수 있습니다.