KR102231349B1 - 6 이상의 반투명도를 갖는 지르코니아 코어-세라믹 치과용 보철물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지르코니아 코어-세라믹 치과용 보철물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 세라믹을 치과용 보철물의 전치부 하단부(윗몸에 근접한 부위로 세라믹이 형성되는 않는 부위)를 제외하고 세라믹과 지르코니아 코어가 접합되는 최하단부로부터 전치부의 최상단부(절단연(incisal)에 근접한 부위)까지 지르코니아 코어와의 두께 비율이 1.7~1 : 0.3~1이 되도록 형성하는 한편, 세라믹을 단일 소성법(one-firing)으로 지르코니아 코어의 전치부에 축성함으로써 지르코니아 코어-세라믹으로 이루어진 치과용 보철물의 전치부 반투명도를 6 이상으로 확보할 수 있다.

Description

6 이상의 반투명도를 갖는 지르코니아 코어-세라믹 치과용 보철물 및 그 제조방법{ZIRCONIA CORE-CERAMIC DENTAL PROSTHESIS HAVING TRANSLUCENCY PARAMETER OF 6 OR MORE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 치과용 보철물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는, 지르코니아 코어-세라믹으로 이루어진 치과용 보철물의 전치부 반투명도를 6 이상으로 확보할 수 있는 지르코니아 코어-세라믹 치과용 보철물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 치아 및 그 주위 조직 결손의 기능 회복을 위해 다양한 치과용 보철물이 사용되고 있다. 이러한 치과용 보철물들 중 금속 도재관은 충분한 강도와 적절한 변연 적합성 등과 같은 기능성이 우수하여 오랫동안 치과용 보철물로 주로 사용되어 왔으나, 금속의 불투명성과 치경부 금속 노출에 기인한 치은의 변색으로 인해 심미성이 반감되어 최근에는 지르코니아를 이용한 수복물의 사용이 확대되고 있다.
지르코니아는 산화 지르코니움(zirconium oxide, ZrO2)의 총칭으로 화학적 안정성, 체적 안정성을 보이며 다형 구조로 상전이시 발생하는 변태강화 기전에 의한 체적 확장에 의한 균열의 진행을 억제하여 높은 굴곡강도와 파절강도, 마모 저항성이 높고, 생체 적합성이 우수하며, 광 투과를 허용하는 고유한 광학 특성이 있다.
이러한 지르코니아의 장점은 지르코니아를 이용하여 단일구조의 전부도재관을 제작할 수 있도록 하는 중요한 이유가 되었다. 특히 CAD(Computer Aided Design)/CAM(Computer-Aided Manufacturing) 시스템의 향상된 정밀성은 높은 기계적 안정성을 지닌 단일구조 전부도재관의 제작을 가능하게 하였다. 이는 이중구조 전부도재관 수복물의 주요 단점인 베니어 세라믹의 칩핑 문제를 피할 수 있게 하였으며, 지르코니아를 이용한 단일구조 전부도재관 보철물의 활성화에 크게 기여하였다.
최근 심미적인 치아에 대한 환자들의 높은 관심과 요구로 인해 지르코니아 재료의 투명성 확보를 위한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그 결과로 투명성이 증가한 지르코니아 재료는 구치뿐만 아니라 환자의 심미적 기대가 높은 전치부 수복에서도 지르코니아를 이용한 단일구조 전부도재관의 사용이 가능하게 하였다.
이처럼 지르코니아를 이용한 단일구조 전부도재관의 사용이 확대되고 있지만, 지르코니아의 절삭 시간 증가, 완전 소결 후 수축, 그리고 대합치 마모와 색조 문제, 특히 지르코니아의 저온열화는 지르코니아의 투명도에 지대한 영향을 미치기 때문에 지르코니아 단일구조로 전부도재관을 제작하는데에는 여전히 한계가 있었다.
이에 따라, 지르코니아의 단점으로 인한 문제점을 보완하여 자연치와 유사한 심미 보철물을 제작하기 위해 지르코니아 코어 상에 세라믹 상부도재를 축성하는 방법이 제안되었다. 지르코니아 코어 위에 세라믹 상부도재를 축성하는 방법으로는 금속도재관 제작과 동일한 방법으로 도재 파우더를 사용하여 축성하는 적층법(Powder Slurry technique)과, IPS Empress system과 유사한 열가압성형법이 알려져 있다.
그러나, 종래기술에 따른 지르코니아 코어-세라믹 적층 구조의 보철물에서는 반투명도를 확보하기 위해 지르코니아 코어의 두께를 비교적 두껍게 형성한 후 그 표면에 색상을 변경하기 위해 소성 공정을 여러번 반복적으로 수행하여 세라믹을 축성함에 따라 반투명도(Translucency Parameter, TP)를 원하는 수준(TP > 6)까지 확보하는데 많은 어려움이 있었다. 보철물의 반투명도는 지르코니아 코어의 두께와 보철물 제작시 세라믹의 소성 횟수에 큰 영향을 받음에도 아직까지 최적화된 조건이 마련되어 있지 않아 제작시마다 균일한 반투명도를 갖는 보철물을 제작하는데 한계가 있었다.
KR 10-1056540 B1, 2011. 08. 05. KR 10-1562610 B1, 2015. 10. 16. KR 10-1723569 B1, 2017. 03. 30. KR 10-0876059 B1, 2018. 12. 18.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 세라믹과 지르코니아 코어 간의 결합강도가 ISO 9693-2에서 규정한 규격을 충족시키면서, 지르코니아 코어의 두께와 단일 소성을 통해 전치부의 반투명도를 6 이상으로 확보할 수 있는 지르코니아 코어-세라믹 치과용 보철물 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 지르코니아 코어; 및 상기 지르코니아 코어의 전치부에 축성된 세라믹을 포함하되, 상기 세라믹과 상기 지르코니아 코어가 접합되는 상기 전치부의 최하단부로부터 상기 전치부의 최상단부까지 상기 지르코니아 코어와 상기 세라믹 간의 두께 비율은 1~1.7:0.3~1이 되는 것을 특징으로 하는 지르코니아 코어-세라믹 치과용 보철물을 제공한다.
또한, 상기 지르코니아 코어는 상기 전치부의 최하단부에서 최상단부까지 1mm~1.7mm의 두께로 형성되고, 상기 세라믹은 0.3mm~1mm의 두께로 단일 소성을 통해 상기 지르코니아 코어에 축성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 전치부의 상단부에서 상기 지르코니아 코어의 상측부와 상기 세라믹의 상측부는 서로 접하는 면이 수직면을 갖고, 서로 1:1의 두께로 접합되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 지르코니아 코어와 상기 세라믹 사이에 형성된 라이너를 더 포함하고, 상기 라이너는 지르코니아와 세라믹이 혼합된 혼합재로 이루어지되, 상기 라이너의 중간지점은 지르코니아와 세라믹의 혼합비가 1:1이고, 상기 중간지점을 기점으로 상기 지르코니아 코어 측으로 갈수록 지르코니아의 비율은 증가되고, 상기 세라믹 측으로 갈수록 세라믹의 비율은 증가되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 라이너는 상기 세라믹과 상기 지르코니아 코어가 접합되는 최하단부와, 상기 전치부의 최상단부와, 상기 최하단부와 상기 최상단부 사이의 중간지점에서, 세라믹에 대한 지르코니아의 혼합비를 상기 최하단부와 상기 중간지점 사이와, 상기 중간지점과 상기 최상단부 사이에 비해 높게 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 라이너는 상기 세라믹과 상기 지르코니아 코어가 접합되는 최하단부와, 전치부의 최상단부와, 상기 최하단부와 상기 최상단부 사이의 중간지점에서, 상기 최하단부와 상기 중간지점 사이와, 상기 중간지점과 상기 최상단부 사이에 비해 두껍게 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 지르코니아 코어를 형성하는 단계; 및 상기 지르코니아 코어의 전치부에 단일 소성으로 세라믹을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 세라믹을 형성하는 단계는 상기 세라믹이 형성되는 상기 전치부의 최하단부로부터 상기 전치부의 최상단부까지 상기 지르코니아 코어와 상기 세라믹 간의 두께 비율이 1~1.7:0.3~1이 되도록 상기 전치부에 상기 세라믹을 축성 및 소성하되, 상기 전치부의 상단부에서 상기 지르코니아 코어의 상측부와 상기 세라믹의 상측부는 서로 접하는 면이 수직면을 갖고 서로 1:1의 두께로 접합되도록 상기 세라믹을 형성하는 것을 특징으로 하는 지르코니아 코어-세라믹 치과용 보철물의 제조방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다.
첫째, 본 발명은 지르코니아 코어와 세라믹의 두께에 따른 반투명도의 변화와, 세라믹 축성시 실시되는 소성 회수에 따른 반투명도의 변화를 시험하여 6 이상의 반투명도를 얻을 수 있는 최적의 지르코니아 코어와 세라믹의 두께를 도출할 수 있다.
둘째, 본 발명은 세라믹을 치과용 보철물의 전치부 하단부(윗몸에 근접한 부위로 세라믹이 형성되지 않는 부위)를 제외하고 세라믹과 지르코니아 코어가 접합되는 최하단부로부터 전치부의 최상단부(절단연(incisal)에 근접한 부위)까지 지르코니아 코어와의 두께 비율이 1.7~1 : 0.3~1이 되도록 형성하는 한편, 세라믹을 단일 소성법(one-firing)으로 지르코니아 코어의 전치부에 축성함으로써 지르코니아 코어-세라믹으로 이루어진 치과용 보철물의 전치부 반투명도를 6 이상으로 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반투명도를 갖는 치과용 지르코니아 코어-세라믹 보철물을 설명하기 위해 측면에서 바라본 도면.
도 2는 도 1에 도시된 반투명도를 갖는 치과용 지르코니아 코어-세라믹 보철물을 상하로 절단한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 치과용 지르코니아 코어-세라믹 보철물의 반투명도를 설명하기 위해 도시한 도면.
도 4는 반투명도 측정을 위한 지르코니아 코어-세라믹 시편 제작공정을 단계별로 도시한 도면.
도 5는 반투명도 측정방법을 설명하기 위해 간략하게 도시한 도면.
도 6은 지르코니아 코어의 두께에 따른 반투명도의 평가 결과를 나타낸 도면,
도 7은 세라믹의 반복 소성에 따른 반투명도의 평가 결과를 나타낸 도면.
도 8은 반복 소성 회수에 따른 명도(Value) 저하 현상을 나타내는 도면.
도 9는 CAM 지르코니아 블록 시편 제작과정을 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반투명도를 갖는 치과용 지르코니아 코어-세라믹 보철물을 설명하기 위해 측면에서 바라본 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 반투명도를 갖는 치과용 지르코니아 코어-세라믹 보철물을 상하로 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반투명도를 갖는 치과용 지르코니아 코어-세라믹 보철물(10)은 지대주(Abutment, 1)의 외면에 형성된 지르코니아 코어(11)와, 지르코니아 코어(11)의 전치부에 축성된 세라믹(12)을 포함한다.
지르코니아 코어(11)는 통상의 지르코니아 보철물 제조방법과 마찬가지로 제조하고자 하는 보철물의 형상에 적합하게 제작하기 위해 몰드(mold)를 이용하여 성형한 후, 그 결과물을 CAD/CAM 방식을 이용하여 가공하거나, CNC(computerized numerical controller) 등의 밀링기에서 가공하여 원하는 형태의 보철물로 제작한다.
한편, 세라믹(12)이 축성되는 지르코니아 코어(11)의 외면은 샌드 블라스팅(sand blasting)을 이용하여 블라스팅하여 표면 거칠기를 증대시켜 세라믹(12)과의 결합력을 향상시킬 수도 있다. 이때, 표면 거칠기의 최대높이는 빛 굴절로 인해 반투명도에 영향을 미치지 않도록 하기 위해 대략 0.05mm~0.1mm를 넘지 않도록 한다.
세라믹(12)은 통상의 세라믹 보철물 제조방법으로 고형화된 블록 형태로 제조된 후 고형화된 블록의 상태로 지르코니아 코어(11)의 전치부에 부착 형성될 수 있다. 이때, 세라믹(12)은 치아 색과 유사한 포세린(porcelain)을 이용하여 제조한다.
한편, 도 1과 같이, 지르코니아 코어(11)와 세라믹(12) 사이에는 지르코니아 코어(11)와 세라믹(12) 간의 접착력을 향상시키기 위해 라이너(13)가 더 형성될 수도 있다.
라이너(13)는 서로 다른 물질인 지르코니아 코어(11)와 세라믹(12)을 서로 결합하는 중간 매개체로서, 일례로 지르코니아 코어(11)의 전치부 외면 또는 지르코니아 코어(11)의 전치부 외면에 접착되는 세라믹(12)의 접착면에 도포될 수 있다.
이러한 라이너(13)는 지르코니아 코어(11)와 세라믹(12) 간의 열팽창계수 차이를 보상하기 위해 지르코니아와 세라믹이 일정 비율로 혼합된 혼합재로 이루어진다.
서로 다른 물질로 이루어진 지르코니아 코어(11)와 세라믹(12)은 열팽창계수에 있어서 차이가 있다. 이로 인해 구강 내에서 온도 변화가 발생하는 경우 지르코니아 코어(11)와 세라믹(12) 간의 접합면에 균열이 발생하여 파절이 발생할 수 있다.
이에, 본 발명에 따른 라이너(13)는 지르코니아와 세라믹이 혼합된 혼합재로 제조함으로써 지르코니아 코어(11)의 열팽창계수와 세라믹(12)의 열팽창계수의 중간 정도의 열팽창계수를 갖도록 하여 열팽창계수의 차이로 인한 파절을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 라이너(13)는 열팽창계수 차이로 인한 파절을 방지하는 한편, 지르코니아 코어(11)와 세라믹(12) 간의 접합력을 향상시키기 위해 라이너(13)의 중간을 기점으로 지르코니아 코어(11) 측으로 갈수록 지르코니아의 비율을 증가시키고, 반대로 세라믹(12) 측으로 갈수록 세라믹의 비율을 증가시켜 제작한다.
즉, 라이너(13)는 지르코니아 코어(11)와 세라믹(12) 사이의 중간에서 지르코니아와 세라믹의 혼합비가 1:1이 되고, 라이너(13)의 중간을 기점으로 지르코니아 코어(11) 측으로 갈수록 지르코니아의 혼합비를 세라믹에 비해 일정 비율로 증가시키고, 반대로 세라믹(12) 측으로 갈수록 세라믹의 혼합비를 증가시켜 제작한다.
한편, 라이너(13)는 지르코니아와 세라믹이 혼합된 혼합재로 이루어지되, 세라믹(12)과 지르코니아 코어(11)가 접합되는 최하단부와, 전치부의 최상단부(절단연(incisal)에 근접한 부위)와, 상기 최하단부와 상기 최상단부 사이의 중간지점에서, 세라믹에 대한 지르코니아의 혼합비를 다른 부위, 즉 상기 최하단부와 상기 중간지점 사이와, 상기 중간지점과 상기 전치부의 최상단부 사이에 비해 높게 형성한다.
지르코니아와 세라믹이 혼합된 혼합재에 있어서, 지르코니아의 혼합비가 세라믹에 비해 상대적으로 높은 경우 투명도가 낮아지고, 반대로 결합강도는 높아진다.
이에 따라, 본 발명에 따른 라이너(13)는 세라믹(12)과 지르코니아 코어(11)가 접합되는 최하단부와, 전치부의 최상단부와, 상기 최하단부와 상기 최상단부 사이의 중간지점에서, 세라믹에 대한 지르코니아의 혼합비를 상기 최하단부와 상기 중간지점 사이와, 상기 중간지점과 상기 최상단부 사이에 비해 높게 형성하여 라이너(13)에 의한 투명도 저하는 최소화하면서 특정 부위(최하단, 중간지점 및 최상단)에서 결합강도를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 라이너(13)는 세라믹(12)과 지르코니아 코어(11)가 접합되는 최하단부와, 전치부의 최상단부와, 상기 최하단부와 상기 최상단부 사이의 중간지점에서, 다른 부위, 즉 상기 최하단부와 상기 중간지점 사이와, 상기 중간지점과 상기 최상단부 사이에 비해 두껍게 형성하여 라이너(13)에 의한 투명도 저하는 최소화하면서 특정 부위(최하단, 중간지점 및 최상단)에서 결합강도를 증가시킬 수 있다.
한편, 도 1과 같이, 본 발명의 기술적 특징 중 하나인 치과용 보철물(10)의 반투명도를 개선하기 위해 세라믹(12)은 치과용 보철물(10)의 전치부 하단부(윗몸에 근접한 부위로 세라믹(12)이 형성되지 않는 부위)를 제외하고 세라믹(12)과 지르코니아 코어(11)가 접합되는 최하단부로부터 전치부의 최상단부(절단연(incisal)에 근접한 부위)까지 지르코니아 코어(11)와의 두께 비율은 1~1.7:0.3~1로 형성한다.
예를 들어, 본 발명에 따른 치과용 지르코니아 코어-세라믹 보철물(10)의 총 두께, 즉, 지르코니아 코어(11)의 두께(Tz)와 세라믹(12)의 두께(Tc)의 합이 2mm인 경우, 세라믹(12)과 지르코니아 코어(11)가 접합되는 최하단부로부터 전치부의 상단부(절단연(incisal)에 근접한 부위)까지 세라믹(12)의 두께(Tc)는 0.3mm~1mm가 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 치과용 지르코니아 코어-세라믹 보철물(10)은 지르코니아 코어(11)의 전치부에서 세라믹(12)의 두께(Tc)를 지르코니아 코어(11)의 두께(Tz)에 비해 작게 형성하는 이유는 세라믹(12)을 단일 소성법(one-firing)으로 제조할 수 있도록 최소화하여 반투명도를 6 이상으로 향상시키기 위함이다.
또한, 도 2와 같이, 본 발명에서는 지대주(1)의 상측부에 대응하는 전치부의 상단부(절단연(incisal)에 근접한 부위)('A')에 지르코니아 코어(11)의 상측부와 세라믹(12)의 상측부가 대략 수직각을 갖고 서로 1:1의 두께로 접합되도록 형성한다.
즉, 지대주(1)의 상측부에 대응하는 전치부의 상단부('A')에서 지르코니아 코어(11)의 상측부 두께(Tz1)와 세라믹(12)의 상측부 두께(Tc1) 간의 두께 비율이 1:1이 되도록 형성하여 지르코니아 코어(11)와 상측부와 세라믹(12)의 상측부 간의 결합강도를 향상시키는 한편, 빛의 투과 및 흡수를 최적화하여 반투명도를 확보할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 치과용 지르코니아 코어-세라믹 보철물(10)은 지르코니아 코어(11)와 세라믹(12)의 두께에 따른 반투명도의 변화와, 세라믹(12) 축성시 실시되는 소성 회수에 따른 반투명도의 변화를 시험하여 6 이상의 반투명도를 얻을 수 있는 최적의 지르코니아 코어(11)와 세라믹(12)의 두께를 도출할 수 있다.
지르코니아 코어(11)와 세라믹(12)의 두께가 두꺼운 경우에는 반투명도가 낮아지고, 세라믹(12)을 지르코니아 코어(11)에 축성하는 과정에서 세라믹(12)의 소성 회수가 증가하는 경우 그 만큼 명도가 저하되어 반투명도가 낮아지는 원인이 된다.
이에 대해서는 후술하는 시험 결과 데이터를 통해 구체적으로 설명하기로 한다.
지르코니아 코어-세라믹 크라운의 반투명도(Translucency Parameters, TP) 시험
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 치과용 지르코니아 코어-세라믹 보철물의 반투명도를 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 반투명도 측정을 위한 지르코니아 코어-세라믹 시편 제작공정과 지르코니아 코어와 세라믹의 두께를 나타낸 모식도이다.
도 4는 반투명도 측정을 위한 지르코니아 코어-세라믹 시편 제작공정을 단계별로 도시한 도면으로서, '1~2'는 디자인 지르코니아 코어 밀링(milling) 과정, '3'은 소결(건조), '4'는 지르코니아 코어 소결완료, '5~6'은 세라믹 축성 및 소성, '7'은 포세린 파우더, '8'은 세라믹 최종 소성, '9'는 완성된 시편을 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 치과용 CAD/CAM을 이용하여 지르코니아 블록(Luxen E2, DentalMax(DM)/Zircos-E, Bioden, Korea/Upcera, China)을 직경 12mm, 두께 2mm로 가공한다. 이때, 절단부 세라믹의 두께가 2mm임을 감안하여 2mm로 설정하여 제작하였다.
- 대조군(#1): 지르코니아 코어(두께 = 2mm)
- 대조군(#2): 세라믹(포세린)(Dentin + Enamel + T-powder) 축성(두께 = 2mm)
- 실험군(#1): 지르코니아 코어(두께 = 1.0mm) + 세라믹(T-powder) 축성(두께 = 1.0mm)
- 실험군(#2): 지르코니아 코어(두께 = 1.5mm) + 세라믹(T-powder) 축성(두께 = 0.5mm)
- 실험군(#3): 지르코니아 코어(두께 = 1.0mm) + 세라믹(Enamel+T-powder) 축성(두께 = 1.0mm)
- 실험군(#4): 세라믹(Enamel) 축성(두께 = 1.0mm) + 세라믹(T-powder) 축성(두께 = 1.0mm)
CAM 가공 후 지르코니아 코어의 표면에 A2 shade의 색조체 용액(coloring liquid)에 침전 및 붓 적용법을 이용하고, 전용의 소결로에서 1,490℃ 온도로 완전 소결하였다.
이후, 완전 소결된 디스크 형태의 시편에 에나멜(enamel)과 반투명(translucency) 축성용 포세린(Vintage halo, GC corp.)을 축성(build up)하여 최종 두께가 2mm가 되도록 포세린 전용 소성로에서 제조사의 소성 스케쥴에 맞게 소성하였다.
이후, 소성이 완료된 완성된 포세린의 표면을 연마지(#1200, #2400)를 이용하여 연마한 후 그레이징 파우더(grazing powder)를 이용하여 표면에 광택을 내었다.
도 5는 반투명도 측정방법을 설명하기 위해 간략하게 도시한 도면으로서, 지르코니아 코어-세라믹(포세린) 크라운 시편의 반투명도 측정을 위해 도시한 모식도이다.
도 5를 참조하면, 반사 분사광도계(CM-3500d, Minolta, Osaka, Japan)를 이용하여 전술한 방법으로 제조된 지르코니아 코어-세라믹 크라운 시편의 반투명도를 측정하였다.
반투명도 측정시, 사용한 표준광원은 D65을 사용하였고, 감지부의 직경은 3 mm, 10°의 관찰각에서 장반사광을 제거하여 육안에 가까운 측정방식(SCE mode)을 사용하였다.
완성된 지르코니아 코어-세라믹 크라운 시편의 반투명도 변화는 반투명지수(Translucency Parameter, TP)를 구하여 계산하였다. 이때, 완성된 지르코니아 코어-세라믹 크라운 시편의 반투명지수(TP)는 동일 시편의 백색광을 배경으로 측정한 색상과 흑색판을 배경으로 측정한 시편의 색차로 하기 [수학식 1]과 같이 계산하였다.
[수학식 1]
TP = [(aB*-aW*)2 + (bB*-bW*)2]1/2
여기서, 'a', 'b'는 각각 시편을 나타내고, 아래첨자 'B'는 흑색판을 배경으로 측정한 색도좌표이며, 아래첨자 'W'는 백색판을 배경으로 측정한 색도좌표를 의미한다.
참고로, 반투명지수(TP)가 '0'이면 불투명한 재료를 의미한다. 그리고, 반투명지수가 높을 수록 투명한 재료임을 의미한다.
도 6은 지르코니아 코어의 두께에 따른 반투명도의 평가 결과를 나타낸 도면이고, 도 7은 세라믹의 반복 소성에 따른 반투명도의 평가 결과를 나타낸 도면이다.
도 6과 같이, 자체 평가 결과, 지르코니아 하부 구조물(framework), 즉 지르코니아 코어가 두꺼울 수록 반투명도가 낮아지는 것을 확인하였고, 도 7과 같이, 세라믹의 반복 소성시에는 반투명도 감소 현상이 나타남을 시험을 통해 확인할 수 있었다.
전술한 바와 같이, 지르코니아 코어-세라믹 크라운 제작시 세라믹(포세린) 축성 후 반복 소성은 그 빈도수에 따라 크라운의 명도를 감소시킴에 따라 소성 회수를 최소화시킴으로써 지르코니아 코어-세라믹 크라운의 고유 명도값을 확보할 수 있다.
도 8은 반복 소성 회수에 따른 명도(Value) 저하 현상을 나타내는 도면으로, 실험방법은, 완성된 지르코니아 코어-세라믹 크라운의 명도 값(L*)을 구하였고, 명도 값(L*)은 소성 횟수 및 두께에 따른 시편을 백색광 배경으로 측정한 색상으로 분석하였다.
도 8과 같이, 자체 평가 결과 반복 소성은 명도를 저하시키는 것을 확인하였다.
시험 결과, 본 발명의 실시예에 따른 치과용 보철물(10)은 세라믹(12)과 지르코니아 코어(11)가 접합되는 최하단부로부터 전치부의 상단부(절단연(incisal)에 근접한 부위)까지 지르코니아 코어(11)와 세라믹(12) 간의 두께 비율을 1~1.7 : 0.3~1로 형성(즉, 지르코니아 코어(11)의 두께(Tz)와 세라믹(12)의 두께(Tc)의 합이 2mm인 경우, 세라믹(12)과 지르코니아 코어(11)가 접합되는 최하단부로부터 전치부의 상단부까지 세라믹(12)의 두께(Tc)를 0.3mm~1mm로 형성)하고, 세라믹(12)을 멀티 소성이 아닌 단일 소성으로 축성하는 경우 6 이상의 반투명도를 확보할 수 있었다.
지르코니아 코어-세라믹 크라운의 결합강도 시험
결합강도를 시험하기 위해 지르코니아 코어-세라믹 크라운은 치과용 CAM을 이용하여 지르코니아 블록으로 코어를 제작하고 포세린 세라믹 간의 결합강도를 평가하였다.
시험방법은 Schmitz-Schulmeyer 법을 이한 코어-비니어 전단결합강도 시험법을 이용하였다(Schmitz, K. & Schulmeyer, H. Determination of the adhesion of dental metal-porcelain bonding systems. Dent. Labor. 23(12), 1416-1420 (1975)).
전단결합강도를 시험하기 위한 시험재료로는 CAM으로 제작된 지르코니아 블록(Luxen block, Zircos-E block, Upcera block) 소재, 비니어 세라믹(Vintage halo, Japan)을 사용하였고, 시험장비로는 비니어 세라믹 축성 및 소성에 관련된 기구 및 장비들, 연마기(SiC #1200~2400), 소결로(sintering furnace) 및 비니어 세라믹 소결로(firing furnace), 만능 재료시험기(UTM, Instron 5966, USA)를 사용하였다.
도 9는 CAM 지르코니아 블록 시편 제작과정을 도시한 도면으로서, '1'은 치과용 CAD/CAM 밀링, '2~3'은 건조(소결), '4'는 표면 에칭, '5'는 포세린 축성, '6'은 포세린 소성, '7'은 시편 포매, '8'은 만능재료시험기 측정, '8'은 파절 관찰을 나타낸다.
먼저, 시편은 소결되지 않은 지르코니아 블록을 직사각형의 형태로 제작한다. 이때, 소결 후의 크기보다 대략 20% 크게 치과용 CAD/CAM을 이용하여 가공한다(1).
이후, 전용 소결로(DEKEMA)에서 소결한다(2-3). 이때, 상기 지르코니아 블록 소재를 소결로에서 소결하되, 제조사에서 권장하는 소성 스케줄에 따라서 소결한다.
이후, SiC 연마지 600번 및 1200번으로 시편의 면을 순차적으로 연마하여 제작한다(4). 이때, 소성된 시편은 최종 연마 육면체 모양(5mm*5.4mm*13mm)의 주형 시편으로 제작한다.
한편, 표면처리가 되지 않은 시편은 50㎛ 알루미늄 입자를 이용하여 4 bar의 압력으로 30 초 동안 샌드 블라스팅(sandblasting) 처리한다.
이후, 포세린 축성 및 소성 작업을 수행한다(5~6). 이때, 샌드 블라스팅 표면 처리된 시편(지르코니아 블록)의 면 위에 세라믹을 축성(3mm* 5.4mm*4 mm)한 후 축성된 세라믹은 세라믹 소결로를 이용하여 제조사가 권장하는 소성 스케줄에 따라 소성한다.
이후, 소성된 지르코니아 코어-세라믹 크라운 시편은 원통형 테플론 몰드(Ф 25mm* h 30mm)에 아크릴릭 레진을 사용하여 지르코니아 코어가 중앙에 위치되도록 포매한다(7).
이후, 최종 코어-세라믹 크라운 시편은 만능재료시험기를 이용하여 37℃에서 48시간 동안 보관한 후 crosshead-speed 1.0mm/min으로 전단결합강도를 측정한다(8).
이후, 총 10개의 시험 시편을 측정하고, 육안검사로 결함이 관찰되거나 계면에서의 결합이 부정확한 시편을 제거한다. 이때, 측정된 결과는 뉴우튼(Newton) 단위로 표시되며, 해당 응력을 결합된 단위면적으로 나누어 전단결합강도(MPa)로 표시한다. 그리고, 10개의 시험 시편에 대한 각 측정값을 평균과 표준편차로 나타낸다.
한편, 본 발명에 따른 코어-세라믹 크라운 시편의 결합강도를 비교 하기 위한 대조군으로, 기존의 지르코니아 코어-세라믹 크라운과 마찬가지로, 0.5mm의 두께를 갖는 지르코니아 코어에 1.2mm~1.5mm 두께의 세라믹 도재관을 축성하여 제작하였다.
대조군은 치과용 CAD/CAM을 활용하여 길이 13mm, 높이 5mm, 폭 5.4mm의 지르코니아 시편을 제작한 후 축성용 포세린을 가로 5.4 mm, 높이 4 mm 크기로 축성하여 포세린 소성 스케줄을 이용하여 소성한다.
포세린 축성 시 정확한 사각형 타입의 시편을 제작하기 위하여 몰드를 형성하여 포세린을 축성하고 밀도를 높이고, 최소한의 수축을 위해 응축(condensation)한 후 소성한다.
측정된 결과는 뉴우튼 단위로 표시되며, 해당 응력을 결합된 단위면적으로 나누어 전단결합강도(MPa)로 표시한다. 10개 시편에 대한 측정값을 평균과 표준편차로 나타낸다.
시험 결과, 세라믹(12)과 지르코니아 코어(11)가 접합되는 최하단부로부터 전치부의 상단부까지 지르코니아 코어(11)와 세라믹(12) 간의 두께 비율을 1~1.7 : 0.3~1로 형성(즉, 지르코니아 코어(11)의 두께(Tz)와 세라믹(12)의 두께(Tc)의 합이 2mm인 경우, 세라믹(12)과 지르코니아 코어(11)가 접합되는 최하단부로부터 전치부의 상단부까지 세라믹(12)의 두께(Tc)를 0.3mm~1mm로 형성)하고, 세라믹(12)을 멀티 소성이 아닌 단일 소성으로 축성한 지르코니아 코어-세라믹 크라운 시편은 대조군에 비해 결합강도가 우수하면서 IS0 9693-2에서 규정한 결합강도를 만족하였다.
이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 지대주
10 : 치과용 보철물
11 : 지르코니아 코어
12 : 세라믹(포세린)

Claims (7)

  1. 지르코니아 코어; 및
    상기 지르코니아 코어의 전치부에 축성된 세라믹; 및
    상기 지르코니아 코어와 상기 세라믹 사이에 형성된 라이너; 를 포함하고,
    상기 세라믹과 상기 지르코니아 코어가 접합되는 상기 전치부의 최하단부로부터 상기 전치부의 최상단부까지 상기 지르코니아 코어와 상기 세라믹 간의 두께 비율은 1~1.7:0.3~1이 되고,
    상기 라이너는 지르코니아와 세라믹이 혼합된 혼합재로 이루어지되, 상기 라이너의 중간지점은 지르코니아와 세라믹의 혼합비가 1:1이고, 상기 중간지점을 기점으로 상기 지르코니아 코어 측으로 갈수록 지르코니아의 비율은 증가되고, 상기 세라믹 측으로 갈수록 세라믹의 비율은 증가되는,
    것을 특징으로 하는 지르코니아 코어-세라믹 치과용 보철물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지르코니아 코어는 상기 전치부의 최하단부에서 최상단부까지 1mm~1.7mm의 두께로 형성되고, 상기 세라믹은 0.3mm~1mm의 두께로 단일 소성을 통해 상기 지르코니아 코어에 축성된 것을 특징으로 하는 지르코니아 코어-세라믹 치과용 보철물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전치부의 상단부에서 상기 지르코니아 코어의 상측부와 상기 세라믹의 상측부는 서로 접하는 면이 수직면을 갖고, 서로 1:1의 두께로 접합되는 것을 특징으로 하는 지르코니아 코어-세라믹 치과용 보철물.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 라이너는 상기 세라믹과 상기 지르코니아 코어가 접합되는 최하단부와, 상기 전치부의 최상단부와, 상기 최하단부와 상기 최상단부 사이의 중간지점에서, 세라믹에 대한 지르코니아의 혼합비를 상기 최하단부와 상기 중간지점 사이와, 상기 중간지점과 상기 최상단부 사이에 비해 높게 형성하는 것을 특징으로 하는 지르코니아 코어-세라믹 치과용 보철물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 라이너는 상기 세라믹과 상기 지르코니아 코어가 접합되는 최하단부와, 전치부의 최상단부와, 상기 최하단부와 상기 최상단부 사이의 중간지점에서, 상기 최하단부와 상기 중간지점 사이와, 상기 중간지점과 상기 최상단부 사이에 비해 두껍게 형성하는 것을 특징으로 하는 지르코니아 코어-세라믹 치과용 보철물.
  7. 삭제
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