Abstract

Purpose: The purpose of this study is to compare the difference in flexural strength between the sterilized and non-sterilized groups of resin materials for surgical guides with LCD 3D printing method.

Materials and methods: For measurement, a specimen with a size of 64x10x3.3mm was designed according to ISO-20795-1:2013. A total of 10 specimens were produced with LCD 3D printing method. A 3-point flexural strength test was conducted using a universal testing machine.

Result: The flexural strength showed an average and standard deviation of 222.70 ± 69.62 MPa in the sterilized group and 335.42 ± 24.79 MPa in the nonsterilized group.

Conclusion: The results of measuring the flexural strength of the manufactured specimens were confirmed to be affected by their mechanical properties depending on whether they were sterilized or not. However, both groups were observed to meet the standards required by ISO-20795-1:2013. Therefore, it is desirable for clinical use.

Keyword: 3D printing, flexural strength, Implant, sterilization, surgical guide, mechanical property

• 치과캐드캠기자재 품질평가위원회
Evaluation Research Society of Dental CAD/CAM Device and Materials
•고려대학교 대학원 보건과학과 치의기공학 전공
Dental Laboratory Science and Engineering, College of Public Health Science, Graduate
School, Korea University
•고려대학교 보건과학대학 명예교수
•㈜피스티스 고문

 

 

* 교신저자(Corresponding author) : 김지환, kjh2804@korea.ac.kr

 

서론

고령화 사회의 도래와 함께 전 세계적으로 치과 임플란트 수술에 대한 수요가 증가하고 있다. 환자의 고유한 구강구조에 맞는 임플란트의 정밀한 위치가 상부 보철에서의 기능, 심미적 성공을 가져온다. 따라서 수술 정확도의 향상이 강조되고 있으며, CAD-CAM 기술의 발전으로 플래닝 소프트웨어를 이용한 정적 임플란트 가이드 수술이 널리 보급되었다. 

가이드 임플란트 수술은 수술시간 단축, 무 절편 수술로 수술 후 통증 감소, 보철물의 만족스러운 심미적, 기능적 결과, 장기적인 임상 성공 등의 장점이 있다. 수술전 계획은 Cone Beam Computed Tomography(CBCT) 데이터와 구강 스캔 데이터 혹은 진단 모형 스캔 데이터를 디지털 방식으로 정합시킨다.

가상의 최종 상부 보철물을 디자인하고 지대주 각도 또는 나사형 보철물의 홀 위치를 지정한 후 임플란트의 위치 정보를 결정하는 하향식 접근방법으로 임상 상황에 맞게 최적화한다. Standard Triangulated Language (STL) 형식의 서지컬 가이드 파일을 추출해 3D프린터로 출력한다.

서지컬 가이드와 같은 의료용 3D 프린팅 장치는 의료 기관의 감염 관리 정책에 따라 전문가의 지도를 받거나 관련 규정 및 지침을 준수하여야 한다. 서지컬 가이드의 멸균은 치과 수술 시 감염예방을 위해 매우 중요하다. 따라서 적절한 멸균 과정을 거쳐야 하며, 이는 필수적인 단계이다. 서지컬 가이드의 멸균은 알코올, 자외선 조사, 오토클레이브 또는 플라스마 등을 이용하게 되는데 임상에서는 감염관리를 위해 오토클레이브가 가장 많이 사용된다.

오토클레이브는 증기의 고온과 고압을 이용하여 미생물을 제거하는 효과적인 방법이지만 레진은 일정 온도 이상에서 변형을 일으킬 수 있으므로 서지컬 가이드의 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있다고 보여진다. 본 연구에서는 3D 프린팅 레진의 멸균 전후의 굴곡강도를 측정, 평가하고자 한다.

1. 시편 제작
서지컬 가이드용 레진의 굴곡강도 측정을 위해 ISO-20795-1:2013 규격인 64x10x3.3mm의 크기로 시편을 디자인하고 STL 형식으로 저장했다. Chitubox (Chitubox, China) 소프트웨어를 사용하여 레이어 두께 100 μm으로 LCD 방식의 3D프린터 Frozen sonic mini 8K S (Frozen Technology, TAIWAN)을 사용하여 시편을 출력했다(Fig1.). 출력 소재는 SG(ODS Co,. LTD., Korea) 레진을 사용했다.

멸균 그룹 비멸균 그룹 각각 5개씩 총 10개의 시편을 제작했다. 모든 시편은 출력이 완료된 후 알코올 세척 및 자연 건조했고, 후경화는 ODS CURE BOX (ODS Co,.LTD., Korea) 로 진행했다.

 

2. 멸균
SKS-430D (SKS medical, Korea)를 사용하여(Fig2.) 5개의 시편을 121˚c 온도와 2bar 압력으로 25분간 멸균했다(Fig3.).

 

 

3. 굴곡강도 측정
멸균 시편 5개와 비멸균 시편 5개, 총 10개 시편의 굴곡강도를 측정하였다. 만능 재료 시험기 Instron 3345 (Instron Corporation, United States)의 3점 굴곡강도 지그의 지지대 (Span 길이, L = 50mm)에 시편을 고정 후 5mm/min의 하중 속도로 설정해 굴곡강도를 측정했다(Fig 4.).

 

 

연구결과
각 군별 굴곡강도(MPa)의 평균과 표준편차는 Table 1과 같다.

 

 

멸균 그룹에서 시편의 굴곡강도는 222.70±69.62MPa 비멸균 그룹에서의 시편의 굴곡강도는335.42±24.79MPa로 도출되었다.

고찰 및 결론
본 연구에서는 서지컬 가이드용 레진의 멸균 유무가 굴곡강도에 끼치는 영향에 대해 조사했다. 오토클레이브를 사용한 가압 증기멸균은 서지컬 가이드 레진의 굴곡 강도에 영향을 미치는 것으로 예상된다. 그러나 서지컬가이드용 레진의 굴곡강도는 멸균 후에도 의치상용 레진의 굴곡강도 허용 수치인 100MPa 이상으로 임상에 적용 가능하다.

서지컬 가이드는 121°C 증기 멸균, 플라스마 멸균 등에 의한 변형이 없어야 구강 내사용이 가능하다. 침습적 처치인 임플란트 시술 시 일어날 수 있는 감염으로부터 안전하게 하기 위함이다. 미생물의 전파로 인한 감염은 임플란트의 초기 실패로 이어질 수 있으며, 환자의 건강을 위협할 수도 있다.

본 연구는 시편의 형태가 실제 사용되는 서지컬 가이드의 형태와 다르고 한 가지 재료만을 분석하였기 때문에 일반화하기 어렵다는 제한점이 있다. 후속 연구에서는 시편의 개수를 늘리고 인쇄재료, 슬라이싱 방법, 서포터의 사용 및 소프트웨어 유형, 후처리 중합 및 멸균 방법 등의 변수가 서지컬 가이드의 기계적 특성에 영향을 미칠 것으로 예상되므로 다양한 매개변수를 고려하는 것이 필요하다. 서지컬 가이드 멸균 방법과 기계적 특성을 결정하는 각 매개변수 최적화에 대한 추가 연구가 필요하다.

참고문헌
① AGUIRRE, Brian C., et al. Flexural strength of denture base acrylic resins processed by conventional and CAD-CAM methods. The Journal of prosthetic dentistry, 2020, 123.4: 641-
646.

② YAZIGI, Christine, et al. The Effect of Sterilization on the Accuracy and Fit of 3D-Printed Surgical Guides. Materials, 2023, 16.15: 5305.

③ VIKRAM, Santhanam; CHANDER, N. Gopi. Effect of zinc oxide nanoparticles on the flexural strength of polymethylmethacrylate denture base resin. European oral research, 2020, 54.1: 31-35.

④ FOUDA, Shaimaa M., et al. Flexural properties and hardness of CAD·CAM denture base materials. Journal of Prosthodontics, 2023, 32.4: 318-324.

⑤ VUKSIC, Josip, et al. The Influence of Contemporary Denture Base Fabrication Methods on Residual Monomer Content, Flexural Strength and Microhardness. Materials, 2024, 17.5: 1052.

⑥ MUSSATTO, Critiane MB, et al. Effect of silica nanoparticles on mechanical properties of self-cured acrylic resin. Journal of Nanoparticle Research, 2020, 22: 1-10.