성장기 소아 환자를 위한 3D 프린팅 보철재료, 국제 학술지 게재 통해 기계적 안정성 입증
국내 연구진이 개발한 소아용 3D 프린팅 보철재료가 국제적 수준에서 기술적 성과를 인정받았습니다. 해당 소재는 반복적 구강 환경에서의 구조적 안정성과 기능적 유지력을 바탕으로 소아 치과 보철 분야의 실질적 발전 가능성을 제시하였습니다.
연구 배경 및 필요성
최근 치과 분야에서의 디지털 기술 융합은 환자 맞춤형 치료 솔루션 개발로 이어지고 있으며, 특히 소아 및 청소년 환자들을 위한 보철재료 개발이 주목받고 있습니다. 성장기 환자의 경우 지속적인 교합 변화와 반복적 하중 조건에 노출되므로, 이에 부합하는 기능적 특성을 갖춘 소재가 요구됩니다.
이에 따라 연세대학교 송제선 교수와 김훈 수석연구원(공동 교신저자)을 중심으로 구성된 연구진은 3D 프린팅 레진 소재인 ‘TC-80’을 실험적 분석을 통해 평가하였습니다. 이번 연구는 3D 프린팅 기술 기반의 신소재가 기존 밀링 방식 재료 대비 어떤 과학적 이점을 갖추고 있는지를 정량적으로 입증하고자 하였습니다.
본 연구는 연세대학교 신유석 교수 및 김지환 교수팀과의 협업으로 이루어졌으며, 실제 치과 임상 환경의 다양한 변수에 대응하기 위한 다각적 실험 설계가 적용되었습니다.
실험 설계와 시험 항목 구성
연구는 총 세 가지 주요 실험적 분석을 중심으로 전개되었습니다. 그 대상은 성장기 아동용 임시 보철물 제작에 일반적으로 사용되는 3D 프린팅 레진(TC-80) 및 타사의 비교 대상 레진 두 가지(N사 C&B 소재, V사 세라믹 소재)였습니다.
- 우선, 열역학적 안정성 평가를 위해 DMA(Dynamic Mechanical Analysis) 분석이 수행되었습니다.
- 이어서 중합 네트워크 구성 상태와 점도를 측정하는 UV rheology 분석이 뒤따랐습니다.
- 마지막으로, 기능 부하 상황을 재현한 점탄성 반복 하중 실험으로 실질적 내구성을 평가하였습니다.
각 항목은 장기 사용 환경을 고려한 조건을 기반으로 설정되었으며, 재료 간 성능 차이를 과학적으로 입증할 수 있는 기준이 수립되었습니다.
실험 결과 요약 및 핵심 분석
실험 결과, TC-80은 다음과 같은 특성을 보였습니다.
“TC-80 demonstrated favorable thermal stability and viscoelastic behavior under repeated functional load…”
“TC-80은 반복적인 기능적 하중에서도 우수한 열 안정성과 점탄성 거동을 유지해, 반복적 스트레스를 겪는 소아 환자에게 적합하다.”
열 안정성 (DMA 분석)
TC-80은 약 100°C까지 구조적 일관성을 유지하였으며, 이는 고온 세척 및 멸균이 반복되는 임상 환경에서 물리적 변형을 억제할 수 있는 열적 내성을 입증합니다. 반면 비교 대상 소재들은 50~70°C 구간에서 점차적인 연화가 나타났습니다.
점도 및 저장탄성 (UV rheology 분석)
해당 소재는 2000 mPa·s 이상의 점도와 우수한 저장탄성 수치로, 치밀한 중합 네트워크 구조를 형성하였습니다. 이는 기능 지속성 및 변형 억제 측면에서 임상적으로 유의미한 특성으로 확인되었습니다.
반복 교합력 조건 하 점탄성 거동
체계적으로 재현한 300N~500N 범위의 반복 교합 하중에서도 소재는 탄성 회복 특성을 안정적으로 유지하였습니다. 이는 성장기 환자의 구강 내 빈번한 교합 변동에 효과적으로 대응할 수 있다는 점에서 실질적 강점으로 평가되었습니다.
임상적 응용 가능성과 학술적 의의
TC-80의 기계적, 열역학적 특성이 종합적으로 검토된 본 연구는 단순히 높은 강도만을 강조한 소재가 아닌, 임상 적용성을 실질적으로 고려한 기능 안정성 중심의 신소재로서의 가능성을 제시하였습니다.
특히 연구진은 실험 전 과정에서 소아 환자의 특성과 행태적 환경을 반영하여 분석하였고, 해당 재료가 다양한 기능적 하중에서도 파절이나 변형 없이 일관되게 사용 가능함을 확인하였습니다.
이번 실험 결과를 통해 해당 소재는 향후 다양한 소아 보철 사례에서 안정적으로 적용될 수 있으며, 맞춤형 제작 공정과의 연계를 통해 디지털 치의학의 진전에도 기여할 수 있을 것으로 평가됩니다.
국제 학술적 인정과 향후 활용성
이번 연구는 Nature Portfolio에서 발간하는 국제 학술지 Scientific Reports에 게재되었으며, 이는 연구 내용의 신뢰성과 과학적 기여도를 국제적으로 공인받았다는 의미를 갖습니다.
논문 제목은 “Mechanical performance of 3D-printed and milled resins for pediatric provisional restorations”로, 3D 프린팅과 밀링 양 방식 간 성능 차이를 과학적으로 규명하였다는 점에서도 산업계와 학계의 주목을 받을 수 있습니다.
해당 성과는 향후 관련 분야의 후속 연구는 물론, 3D 프린팅 소재의 글로벌 제조 표준 수립 과정에서 참고 자료로 활용될 가능성을 열어두고 있습니다.
기술적 기반과 설계 철학
TC-80은 우레탄아크릴레이트(urethane acrylate) 기반의 고기능성 올리고머 플랫폼을 기술적 기반으로 하고 있으며, 이는 소재 내부의 분자 배열과 네트워크 구성의 조밀성을 높여 안정적 치과용 기능성을 갖추도록 설계되었습니다.
또한 해당 플랫폼은 기존 SMA(Shape Memory Aligner) 구조와 동일한 기술 철학을 기반으로 하고 있어, 형상기억 기능과 고탄성 복원력을 동시에 고려한 융복합 기술이 적용된 것으로 해석할 수 있습니다.
이는 치과보철뿐 아니라, 교정, 수복, 보존 등 다양한 디지털 치의학 응용분야에서의 확장 가능성을 높이는 요소입니다.
이번 연구는 3D 프린팅 기술을 통한 소아용 임시 보철 소재의 실용성과 안정성을 성공적으로 입증하였습니다. 한양3D팩토리는 장래의 디지털 치의학 발전에 기여할 수 있는 다양한 3D프린팅 솔루션을 제공하며, 산업과 학문 분야의 교류를 더욱 발전시키는 데 이바지할 것입니다.
