제작 소재를 새롭게 조합해 내구성이 높고 기존보다 더 위생적으로 사용할 수 있는 틀니가 개발됐다.

▲ 연세대학교 치과대학 치과생체재료공학교실 권재성, 교정과학교실 최성환 교수

연세대학교 치과대학 치과생체재료공학교실 권재성, 교정과학교실 최성환 교수와 미국 미시간대학교 케니치 구로다(Kenichi Kuroda) 교수 연구팀은 기존 틀니 등 구강장치 소재인 PMMA에 PMEA 소재를 조합해 노화 속도는 줄고 항균성은 높아진 틀니를 개발했다고 28일 밝혔다.

연구 결과는 의약생체재료 분야 최고 권위 학술지인 바이오머티리얼즈 사이언스(Biomaterials Science, IF 7.590) 최신 호에 게재됐다.

그동안 틀니나 교정기 등 구강 장치는 PMMA(Poly methyl methacrylate) 소재로 만들었다. 

PMMA 소재 자체는 강도가 우수하고 사람의 몸에 무해해 생체적합성이 높지만 소재가 더러워지지 않는 방오성이 낮아 구강 장치 표면에 박테리아·곰팡이 등이 세균막을 형성해 구강 염증을 일으키며, 세균막을 물리적으로 긁어 제거하면서 틀니가 마모돼 사용 가능 기간이 줄어들기도 했다.

연구팀은 PMMA 소재의 장점은 유지하되 균에 취약한 문제점을 보완하기 위한 연구를 진행했다. 

▲ 새 틀니 소재의 핵심 소재인 PMEA의 분자구조 모습.

이를 위해 음식물 등에도 쉽게 오염되지 않는 PMEA(Poly 2-methoxyethyl acrylate) 소재를 PMMA와 혼합했으며 우선 분자 밀도가 높아 다른 소재와 잘 섞이지 않는 PMEA의 분자 밀도를 조절해 PMMA 표면에 고르게 분산시켜 혼합 소재를 개발했고 이를 이용해 틀니를 제작했다.

▲ PMEA를 사용한 의치 베이스 수지 준비과정. 상기 PMEA 중합체는 24시간 동안 연속적으로 교반하여 서로 다른 PMEA 농도로 MMA 모노머에 용해되었다. 상기 PMMA 고분자를 포함하는 MMA 액체와 PMMA 분말을 2:3의 질량비로 혼합하였으며, PMMA의 최종 농도는 0 내지 10 중량%로 다양하였다. 상기 혼합물을 15초 동안 교반한 후, 표준화된 폴리아세탈 수지 몰드(원반형상 또는 막대형상)에 붓고 15분 동안 저온 중합(60°C, 0.4MPa)하였다(도 1). 시료는 기계적 특성(굴곡 강도, 탄성 계수, 비커스 경도)을 시험하기 전에 SiC 종이(최대 2000 그릿)로 연마하였다. 실험에 앞서 모든 시료는 ISO 표준에 따라 37°C의 증류수에 48시간 동안 보관하였다. 혼합물의 빠른 경화로 인해 10% PMEA-3 및 10% PMEA-4를 갖는 시료의 제조가 실패했다는 점에 유의해야 한다. 비교를 위해 PMEA 대신 모노머 MEA를 갖는 수지도 동일한 방법을 사용하여 제조하였으며, 기계적 물성을 평가하기 위해 64 mm(길이) × 10 mm(폭) × 3.3 mm(높이)의 막대형 시료를 제작하였다. 생물학적 분석은 원반형 시료(직경: 10 mm, 두께: 2 mm)를 사용하였다. 생체실험에 앞서 선행연구에 따라 에틸-엔 옥사이드 가스로 시료를 멸균하였다.

혼합 소재로 제작한 틀니는 내구성이 우수한 것으로 확인됐다. 부러지거나 손상되지 않고 오래 사용할 수 있는 정도를 측정하는 굽힘 강도, 탄성계수, 비커스 경도는 80MPa(메가파스칼), 2000Mpa, 12kg/mm2 로 기존에 강도가 우수한 것으로 알려진 PMEA 소재로만 만든 틀니의 내구성 수치와 거의 차이가 없었다.

또한, 틀니에서 세균 번식이 줄어 방오성도 높았는데, PMMA 소재로만 제작한 틀니에 비해 구강 염증을 일으키는 단백질 흡착 정도가 50% 줄었고, 세균막 형성 수치가 기존 수치 대비 20% 수준까지 감소했다.

권재성 교수는 "이번 연구를 통해 틀니, 교정기 등을 제작할 때 사용하던 소재인 PMMA에 PMEA를 혼합해 내구성이 우수하고 항균성이 높아진 새로운 소재를 만들었다"라며, "혼합 소재를 통해 틀니와 교정기 등을 더욱 오래, 깨끗하게 사용할 수 있어 구강 염증 등의 부작용을 줄일 수 있을 것으로 기대된다"라고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단과 범부처 전주기의료기기 연구개발 사업의 지원으로 수행됐다.