[SPECIAL 임상] 디지털 치의학 시대의 의료용 티타늄 고찰 시리즈 ②
같은 Grade 23도 다르다 - 원재료 청정도가 가른 용출시험 결과 Carpenter Technology 부스강연, 규격 통과가 곧 품질 동일을 뜻하지 않는다 KDTEX 2026 Carpenter Technology 부스에서는 제병천 원장(바로이치과 대표원장·바로덴탈랩스 CTO)이 디지털 덴티스트리 시대의 의료용 티타늄을 주제로 강연했다. 같은 ASTM F136 Grade 23 소재라도 원재료의 청정도, 조직 균일성, 내부 결함 및 제조공정에 따라 가공 결과와 장기 안정성이 달라질 수 있다는 것이 핵심 메시지다. 이번 강연에서는 바로이치과·바로덴탈랩스가 한국화학연구원과 공동으로 수행한 티타늄 원재료 정량분석 및 생리식염수 용출시험 결과가 함께 공개됐다.
가. “규격은 최소 기준일 뿐”
제 원장은 “ASTM F136 규격은 의료용 Ti-6Al-4V ELI 소재가 갖춰야 할 최소 자격 기준이지, 모든 제조사의 소재 품질이 동일하다는 의미는 아니다”라고 말했다. Grade 23은 산소·질소·수소·탄소 등 침입형 원소 함량을 낮춘 ELI(Extra Low Interstitial) 합금으로 일반 Grade 5보다 인성·연성·피로파절 저항이 우수하지만, 동일 규격 범위 내에서도 산소·철 함량의 실제 수치, 조직 균일성, 개재물·기공 유무, 로트 간 편차는 제조사와 용해·정련 공정에 따라 달라질 수 있다.
“공인 규격은 최소 기준입니다. 임상에서 필요한 것은 규격 통과 여부를 넘어
실제 소재의 청정도, 균일성, 내부 결함과 로트 일관성을 확인하는 것입니다.”
한국화학연구원 공동 용출시험
연구진은 여러 제조사의 Ti-6Al-4V ELI 소재를 대상으로 원소 조성 정량분석과, 생리식염수 환경에서의 미량 금속이온을 확인하는 ICP-MS 용출시험을 병행했다. 그 결과 비교군 일부 소재에서는 철(Fe)·니켈(Ni)이 검출된 반면, Carpenter 소재에서는 해당 원소가 검출한계 1ppb 이하로 확인됐다.
제 원장은 “이번 결과만으로 특정 원소가 곧바로 임상적 위해를 유발한다고 단정할 수는 없지만, 체내에서 장기간 사용되는 임플란트 보철 구성요소라는 점을 고려하면 불필요한 금속이온 노출 가능성을 최소화하는 것이 바람직하다”며, 철이온은 산화스트레스·염증반응, 니켈은 감작성·알레르기 반응과 관련될 수 있어 추가 반복시험과 생물학적 평가가 필요하다고 덧붙였다.
원재료 품질이 가공 정밀도로 이어진다
원재료 내부의 개재물(Inclusion), Hard Alpha Inclusion, 기공(Porosity), 원소 편석(Segregation)은 국소적 경도 차이와 취성 증가를 유발해 절삭 중 재료 탈락이나 깊은 피트(Deep Pit) 형성 가능성을 높인다. 이는 공구 마모와 절삭저항의 불균일, 표면 조도 악화, 변색과 세척 후 잔류 오염, 연결부 정밀도 저하로 이어질 수 있다.
특히 커스텀 어버트먼트의 임플란트 연결부는 수십 마이크로미터 수준의 오차도 체결 안정성에 영향을 주기 때문에, 원재료의 조직 균일성과 가공 안정성은 최종 보철물의 적합도, 나사 풀림, 마모, 미세누출 및 Tribocorrosion 가능성과 직결된다.
제 원장은 “좋은 밀링장비와 정교한 CAD 설계만으로는 최종 품질을 보장할 수 없다”며 “원재료, 절삭공정, 세척, 표면처리, 검사에 이르는 전 과정이 하나의 품질관리 체계로 연결돼야 한다”고 강조했다.
Triple Melt 공정과 소재의 균일성
강연에서는 티타늄의 용해 및 재용해 공정에 따른 품질 차이도 다뤘다. VAM(Vacuum Arc Melting) 이후 VAR(Vacuum Arc Remelting)을 반복하는 Triple Melt 공정은 개재물과 편석을 줄이고 조직의 균일성을 높이며, Hard Alpha Inclusion과 같은 치명적 내부 결함의 위험을 최소화하기 위해 항공우주 및 고신뢰성 의료 소재 분야에서 활용된다.
Carpenter Technology는 항공우주와 의료용 고급 합금 분야에서 축적한 용해·정련 및 품질관리 기술을 바탕으로 의료용 Ti-6Al-4V ELI 소재를 공급하고 있다. 제 원장은 “동일한 ASTM F136 인증 소재라도 어떤 용해·정련 공정을 거쳤는지, 로트별 추적성과 균일성이 확보되는지에 따라 실제 품질은 달라질 수 있다”고 설명했다.
임상과 재료과학을 연결하는 연구 필요
제병천 원장은 이번 강연이 특정 제품의 단순 비교나 홍보보다, 임상의와 치과기공사가 소재 선택 단계에서 확인해야 할 평가기준을 제시하는 데 목적이 있다고 밝혔다.
바로이치과와 바로덴탈랩스는 한국화학연구원과의 협력 연구를 확대해 원재료의 화학적 청정도와 가공 후 표면 및 연결부 품질 사이의 연관성을 규명할 계획이다. 향후 연구과제로는 제조사별 반복·장기 용출시험과 로트 간 편차 분석, 개재물·기공과 절삭성의 연관성 평가, 가공 후 표면 정량평가, 연결부 체결 안정성 평가, Tribocorrosion 환경에서의 이온 방출·피로수명 비교, 세포독성·염증반응·금속 알레르기 등 생물학적 안전성 평가, 원재료부터 최종 보철물까지의 품질인증 체계 구축을 제시했다.
“디지털 치의학의 완성도는 스캐너와 밀링머신의 정밀도만으로 결정되지 않습니다. 환자에게 남는 최종 결과는 원재료에서 시작됩니다.”