목 적 : 본 연구의 목적은 첫째로 3 차원 프린팅으로 제작된 4 몰 이트리아 안정화 지르코니아(4Y-TZP) 시편의 굴곡파절강도를 평가하는 것이다. 두번째 목적은 표면 분석을 바탕으로 도재 및 레진합착에 대한 전단결합강도를 평가하는 것이다.
재료 및 방법 : 굴곡파절강도 실험을 위해서 직경 15mm, 두께 1.5mm 크기의 이트리아 안정화 지르코니아 원판형 시편을 총 80 개 제작하였다. 시편들은 제작 방식과 이트리아 함량에 따라 절삭가공으로 제작된 3Y (Katana HT, Kuraray Noritake, Tokyo, Japan) 및 4Y-TZP (Katana STML, Kuraray Noritake, Tokyo, Japan)군 및 3 차원 프린팅으로 제작된 3Y (TZ-3Y-E, Tosoh, Tokyo, Japan) 및 4Y-TZP (3DMAT, Genoss, Suwon, Korea)군의 4 개의 군으로 분류하였다. 이축 굴곡강도 시험은 'Piston-on-Three-Ball' 방법을 이용하여 수행하였다(n=15). 굴곡파절강도의 측정과 더불어 측정된 파절강도의 분포로부터 와이블 계수 및 특성강도를 추정하였다. 주사전자현미경으로 시편 표면 및 파절편의 단면을 관찰하였고(n=2), X 선 회절분석을 통해서 각 군 시편의 주된 결정상을 확인하였다(n=5).
전단결합강도 실험을 위해서 직경 10mm, 두께 1.2mm 크기의 4Y-TZP 시편을 3 차원 프린팅 및 절삭가공 방식으로 총 90 개 제작하였다. 도재 전장 및 레진 시멘트 합착에 대한 전단결합강도 실험을 수행하였으며, 도재 전장에 대한 전단결합강도 실험은 샌드블라스팅 처리가 이루어진 군과 이루어지지 않은 군 모두에 대해 각각 진행하였다. 각 전단결합강도 실험에 대한 군당 시편 수는 15 개로 하였다. 도재 전장에 대한 전단결합강도 측정을 위해서 4Y-TZP 시편 표면에 장석 도재 (CZR dentin powder, Kuraray Noritake, Tokyo, Japan)를 원판형태로 축성 및 소성하였다. 레진 시멘트 합착에 대한 전단결합강도 실험시에는 3 차원 프린팅 및 절삭가공으로 제작된 4Y-TZP 시편 표면에 샌드블라스팅, 에칭 처리 및 금속/지르코니아 프라이머 (Metal Primer Z, GC, Tokyo, Japan)를 적용 후 자가 중합 레진 시멘트 (Rely X U200, 3M ESPE, Saint Paul, MN, USA)를 이용하여 원판형 복합 레진 (Gradia Direct Anterior, GC, Tokyo, Japan) 디스크를 합착하였다.
전단결합강도 시편에 대한 표면분석을 시행하였다 (n=5). 3 차원 공초점 레이저 주사 현미경을 이용하여 표면조도를 측정하였다. 표면에너지는 물과 디아이오도 메탄의 접촉각으로 부터 'Owens-Wendt & Rable-Kaelble' 법을 이용하여 산출하였다.
자료에 대한 통계처리는 통계분석 프로그램 (SPSS version 26, IBM Corp, Armonk, NY, USA)을 이용하여 수행하였다. Shapiro-Wilk 검정법을 이용하여 자료의 정규성을 검증하였다. 군들 간에서 자료의 유의성 여부를 확인하기 위해 정규성 여부와 표본크기에 따라 일원분산분석 또는 Kruskal-Wallis 검정을 시행하였으며, 유의성이 확인된 경우, 각 군간 사후분석을 수행하였다. 일원분산분석에 대해서는 Tukey 의 사후검정, Kruskal-Wallis 검정에 있어서는 Mann-Whitney U 검정을 적용하였다.
결 과 : 3차원 프린팅으로 제작된 4Y-TZP는 절삭가공으로 제작된 4Y-TZP와 비교하여 유의미하게 높은 굴곡파절강도를 보였다(P<.001). 반면 3차원 프린팅으로 제작된 3Y-TZP는 절삭가공으로 제작된 3Y-TZP보다 유의미하게 낮은 굴곡파절강도를 보였다(P<.001). X선 회절분석결과 정방정계상(Tetragonal phase)이 모든 군에서 주된 상으로 나타났으며, 일부 입방정계상(Cubic phase)의 피크가 확인되었다.
3차원 프린팅으로 제작된 4Y-TZP는 절삭가공으로 제작된 4Y-TZP와 비교하였을 때 유의하게 낮은 표면조도(Sa, Sq)를 보였다(P<.001). 샌드블라스팅으로 표면처리를 시행하였을 때, 두 군 모두 이전과 비교하여 표면 조도에서 유의한 증가를 보였다(P<.001). 그러나 샌드블라스팅 처리된 두 군 사이에는 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았다(Sa: P=.877, Sq: P=.915).
물과 디아이오도메탄에 대한 접촉각 측정으로부터 산출된 표면에너지를 비교하였을 때, 3 차원 프린팅으로 제작된 4Y-TZP 는 절삭가공으로 제작된 4Y-TZP 와 비교하여 유의미하게 낮은 표면에너지를 보였다(P=.008). 그러나 샌드블라스팅 처리 후에는 두 군 사이에 표면에너지에 있어 유의한 차이는 없었다(P=.056). 샌드블라스팅 처리 후 3 차원 프린팅으로 제작된 4Y-TZP 는 유의한 표면에너지의 증가를 보였다(P=.008). 반면에, 절삭가공으로 제작된 4Y-TZP 는 처리 전과 비교하여 통계적으로 유의미한 차이가 없었다 (P=.095).
도재 전장에 대한 전단결합강도 비교에 있어 3 차원 프린팅으로 제작된 4Y-TZP 는 절삭가공으로 제작된 4Y-TZP 와 비교하여 유의하게 낮은 전단결합강도를 보였다(P<.001). 그러나 샌드블라스팅으로 표면처리 한 후에는 두 군 사이에 유의한 차이가 관찰되지 않았으며(P=.412), 3 차원 프린팅으로 제작된 4Y-TZP 는 샌드블라스팅 처리에 의해 전단결합강도가 유의미하게 증가한 반면(P<.001), 절삭가공으로 제작된 4Y-TZP 는 통계적 유의미한 증가를 보이지 않았다(P=.116). 레진시멘트 합착에 대한 전단결합강도는 3 차원 프린팅으로 제작된 4Y-TZP 와 절삭가공으로 제작된 4Y-TZP 사이에 유의한 차이가 없었다(P=.811).
결 론 : 본 연구의 한계 내에서 통계적 분석을 통해 내린 결론은 다음과 같다.
1. 3 차원 프린팅으로 제작된 4Y-TZP 는 절삭가공으로 제작된 4Y-TZP 와 비교하여 유의미하게 높은 굴곡파절강도를 보였다.
2. 3 차원 프린팅으로 제작된 4Y-TZP 는 절삭가공으로 제작된 4Y-TZP 와 비교하여 도재 전장에 있어 유의미하게 낮은 전단결합강도를 보였으며, 이는 낮은 표면조도와 표면에너지에서 기인한다.
3. 3 차원 프린팅으로 제작된 4Y-TZP 표면에 샌드블라스팅 처리시 표면조도와 표면에너지가 유의미하게 증가하였다.
4. 3 차원 프린팅 및 절삭가공으로 제작된 4Y-TZP 는 샌드블라스팅 처리시 유사한 표면조도 및 표면에너지를 보였으며, 이 때 도재 전장 및 레진 합착에 대한 전단결합강도에서 차이를 보이지 않았다.
결론하여, 3 차원 프린팅으로 제작된 4Y-TZP 는 임상적으로 적합한 굴곡파절강도와 전단결합강도를 보였으며, 절삭가공방식으로 제작된 4Y-TZP 와 비교하여 지르코니아 수복에 있어 보다 선호되는 재료가 될 수 있다 사료된다.