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Effects on Bond Strength between Zirconia and Porcelain according to Etching Treatment and Low Temperature Degradation
Effects on Bond Strength between Zirconia and Porcelain according to Etching Treatment and Low Temperature Degradation
Journal of Dental Hygiene Science. 2014. Jun, 14(2): 140-149
Copyright © 2014, the Korean Society of Dental Hygiene science
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  • Received : March 12, 2014
  • Accepted : May 12, 2014
  • Published : June 30, 2014
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진영 박
재홍 김
웅철 김
지환 김
혜영 김
kimhaey@korea.ac.kr

Abstract
본 연구에서는 지르코니아 에칭에 의한 표면변화가 지르코니아 코어와 도재 사이의 결합강도에 미치는 영향을 조사하기 위해 전단결합강도 실시하였고, 표면의 변화를 관찰하기 위한 SEM 측정, 에칭처리에 따른 지르코니아의 성분변화를 알아보기 위해 EDS 분석을 실시하였다. 그리고 구강상태에서 15~20년의 저온열화현상을 재현하기 위해 저온 열화 처리를 시행하여 전단결합강도 평가를 실시하여 다음과 같은 결과가 도출되었다. 1. 에칭처리를 시행하지 않은 시편과 에칭처리를 시행한 시편의 전단결합강도를 비교할 경우 에칭한 시편의 전단결합강도가 큰 것을 알 수 있다. 이는 에칭용액이 지르코니아코어 표면에 interlocking을 형성하여 기계적인 결합을 높여 주었을 것이라고 생각된다. 2. 전단결합강도의 결과(EZ>AEZ>NEZ>ANEZ)를 보았을 때 통계적으로는 유의한 차이를 보였으며, 저온열화처리를 하지 않고 에칭처리를 한 EZ군이 전단결합강도가 가장 큰 것을 알 수 있었다. 또한 파절 양상에서도 EZ군에서만 응집파절을 보여 가장 결합강도가 높다는 결과를 도출할 수 있다. 결론적으로 저온열화처리 여부에 관계없이 표면에칭처리를 한 시편의 전단결합강도가 큰 것으로 나타나 지르코니아 표면의 에칭처리로 인한 interlocking의 형성이 기계적인 결합을 향상시키는 요인이 되었다고 생각된다.
Keywords
서 론
통상 지르코니아로 불리는 지르코니움 다이옥사이드(ZrO 2 )는 유백색의 색상을 띠는 물질로서 물리적 성질이 탁월하고 생체적합성이 뛰어난 장점이 있으므로, 금속코어 위에 도재를 입히는 전통적인 금속도재 수복물을 대체하여 지르코니아 코어에 도재를 축성하는 전부도재관 심미수복물이 점차 증가하고 있다. 지르코니아는 파절 강도가 900∼1200 Mpa에 이르므로 거의 금속에 근접하는 우수한 물성을 가진 재료 1) 인 반면 지르코니아 성질의 최대 단점으로 저온열화현상(low temperature degradation)을 들 수 있는데, 이는 지르코니아가 저온의 수분이 존재하는 환경에 노출될 경우 결정상이 정방정계상에서 단사정계상의 구조로 변화하면서 내부에 미세균열이 진행됨에 따라 강도가 급격히 감소하는 현상으로, 의료용 지르코니아로 인공고관절 등을 적용하였을 때 오래지 않아 파절되는 심각한 현상을 보여 큰 문제가 된 바 있다. 그러나 Papanagiotou 등 2) 의 연구 결과 저온열화현상으로 인한 임상적 영향이 치과영역에서는 크지 않아서 문제가 되지 않는다고 보고한 바 있어 의학계와 달리 치의학계에서는 지르코니아의 저온열화 문제에 대한 관심이 상대적으로 적다 3) . 또한 지르코니아는 자연치아와 같은 색상과 투명도를 정교하게 재현하는 데는 한계가 있어 일반적으로 지르코니아 위에 도재를 축성하여 심미성의 한계를 보완하고 있으며 최근 지르코니아 표면에 다양한 색상을 첨가하여 지르코니아의 심미성을 개선하고자 하는 시도가 있음에도 여전히 지르코니아 단독으로는 자연치아와 유사한 색상과 투명도를 얻기에는 역부족이다 4) . 지르코니아와 도재 수복물의 가장 큰 취약점은 지르코니아 코어와 도재 부분의 결합력이 약하다는 것으로, 도재가 일부분 깨져 나가는 현상(chipping)이 가장 빈번한 지르코니아와 도재 수복물의 실패 원인으로 보고되고 있다 5) . Sailer 등 6) 에 따르면 지르코니아를 이용한 전부 도재관의 임상적 수복 실패를 5년 동안 관찰한 결과, 지르코니아 하부구조의 성공률은 97.8%로 나타나 지르코니아 하부구조의 강도가 충분한 것으로 보이는 반면, 도재의 박리나 깨짐에 의한 실패가 15.2%에 이르는 등 높은 수준이었다고 한다 5-7) . 따라서 보철물의 실패율을 감소시키려면 지르코니아와 도재 사이의 결합력 증진을 도모하는 것이 매우 중요하다.
지르코니아와 도재는 대체로 기계적인 결합(mechanical interlocking)에 의존하므로 두 재료 간의 결합력을 증진하기 위하여 주로 지르코니아 표면에 인공적인 거칠기를 유발하는 방법이 사용되고 있다. 가장 빈번하게 사용되는 방법은 물리적인 방법으로 표면에 거칠기를 형성하는 방법으로 압축된 공기를 이용하여 알루미나 입자를 분사하는 방법인 air-particle abrasion 또는 샌드블라스팅(sandblasting) 표면처리방법이며 8) 다른 물리적인 표면처리방법으로는 거친 다이아몬드 스톤을 이용하여 지르코니아 표면에 거칠기를 형성하는 연삭(grinding)처리방법을 들 수 있다. 이러한 물리적 표면처리방법은 지르코니아의 표면에 일정한 깊이의 균열을 유발(crack initiation)함으로써 지르코니아 표면에 거칠기를 형성하여 9) 그 결과로 지르코니아와 도재 간의 결합 강도가 증가하는 것으로 보인다. 또한 위와 같은 물리적인 표면처리 과정에서 지르코니아의 표면을 타격할 때 발생하는 응력(internal stress)으로 인하여 지르코니아의 상변이가 초래되어 정방정계상에서 단사정계상으로 변화하게 된다. 그 과정에서 부피의 팽창이 일어나면서 지르코니아 내부에 압축응력이 형성되어 미세균열이 더 이상 진행되지 않게 된다 10,11) .
물리적인 표면처리 과정 중 균열이 적당한 깊이까지 한정어 이루어지면 지르코니아와 도재의 결합강도를 증가시키나 만약 과도한 표면처리로 인하여 생성된 균열 부위의 깊이가 지나치게 깊어지면 지르코니아와 도재의 결합강도가 도리어 감소하는 것으로 보고되고 있다 12) . 현재 위와 같은 물리적인 표면처리방법이 일반적으로 수행되고 있으나 여전히 지르코니아와 도재 간의 결합력이 충분하지 못하여 여전히 도재의 부분적인 깨짐 현상이 주요한 보철물 실패 원인 중 하나이다.
최근 지르코니아 표면에 에칭 처리를 하여 지르코니아와 도재 간의 결합력을 강화하고자 하는 표면처리방법이 시도되고 있다. 표면에칭처리 방법이란 산성물질을 이용하여 표면을 부식시켜 인공적인 거칠기를 유도하는 방법이며 치아와 레진, 도재와 레진, 도재와 시멘트 및 지르코니아와 레진 등의 결합력을 강화하기 위하여 널리 연구된 바 있으나 지르코니아와 도재 간의 결합력을 증가하기 위하여 표면에칭 처리 방법을 적용하여 결합력의 변화를 연구한 사례는 매우 적다. 일반적으로 지르코니아는 구성 물질이 조밀하게 배열되어 있는 결정질 구조이므로 표면에칭처리 효과를 나타내기가 쉽지 않다 13) . 그러나 최근 Moradabadi 등 14) 은 물리적인 표면처리방법인 샌드블라스팅 방법과 불산(HF) 및 질산(HNO 3 )을 이용한 표면에칭처리 방법을 결합하여 지르코니아와 레진의 결합력이 가장 효과적으로 증가하였다고 보고하였다. 유사한 결과로 Chaiyabutr 등 15) 은 불산을 이용하여 지르코니아 표면을 에칭처리한 결과 레진과의 전단결합강도가 증가하였다고 보고한 바 있다. 따라서 불산을 이용한 표면에칭처리는 지르코니아와 도재 간의 결합을 강화할 가능성이 있다. 지르코니아 표면에칭처리가 지르코니아와 도재의 전단결합강도에 미치는 영향에 관한 연구는 현재까지 거의 이루어지지 않고 있다.
따라서 본 연구는 지르코니아의 표면에 에칭처리를 하였을 때 지르코니아와 도재 사이의 전단결합강도가 증가하는지 여부를 알아보고자 하며 또한 저온열화현상의 인위적인 환경을 부여하였을 때 에칭처리 여부에 따라 지르코니아와 도재 간의 전단결합강도에 다른 영향을 미치는지에 대하여 알아보고자 한다.
연구대상 및 방법
- 1. 실험 재료
- 1) 실험 설계
본 연구에서는 표면에칭처리를 하지 않은 지르코니아 대조군(no etching zirconia, NEZ군)과 표면에칭처리한 지르코니아군(etching zirconia, EZ군), 표면에칭처리하지 않은 지르코니아에 저온열화처리를 한 지르코니아군(aging and no etching zirconia, ANEZ군), 표면에칭처리한 지르코니아에 저온열화처리를 실시한 지르코니아군(aging and etching zirconia, AEZ군)의 3개의 실험군으로 나누어 실험을 실시하였다. 각 군당 10개의 시편을 제작하여 총 40개의 시편을 제작하였고 시편제작의 모든 과정은 숙련된 한 명의 기공사에 의해 수행되었다.
사용된 재료는 지르코니아 블록(NaturaZ; D-max, Seoul, Korea), 40%의 불산을 포함한 에칭용액(Zircos-e E01-50; M & C Dental, Seoul, Korea) 및 도재 powder (Vita VM 9; Vita Zahnfabrik, Bad Säckingen, Germany) 등이 있다( Table 1 ).
Experimental Materials Used in This Study
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Experimental Materials Used in This Study
- 2) 시편 제작
(1) 지르코니아 코어 제작
소결 후 최종 시편의 크기(가로 5 mm, 세로 5 mm, 높이 10 mm)를 정한 후, 소결 과정의 수축률을 20%로 고려하여 소프트웨어 프로그램(3D Studio Max; Discreet, Montreal, QU, Canada)으로 디자인하여 CAD/CAM system (DWX-50; Roland DG Corporation, Shizuoka, Japan)으로 반 소결 지르코니아 블록을 제작하였다. 1000-grit SiC paper (Buehler Ltd., Lake Bluff, IL, USA)로 연마하여 다듬은 후 지르코니아 블록을 전용 소결로(Zirkonofen 600/V2; Zirkonzahn GmbH, Gais, Italy)에 넣은 후 소성 스케줄에 따라 소결하여 최종 시편을 얻었다. 초음파 세척기를 이용하여 15분간 세척 후 건조하였다.
(2) 지르코니아 표면에칭처리(EZ군, AEZ군)
EZ 실험군, AEZ 실험군의 지르코니아 시편을 Zircos-E 전용 에칭용액(Zircos-E E01-50)을 이용하여 제조사 지시대로 2시간 동안 에칭하고 흐르는 물에 충분히 세척하여 지르코니아 코어 표면의 에칭용액을 제거하고 건조하였다.
(3) 도재 축성
완전 소결된 지르코니아 코어마다 동일한 접촉면과 크기를 갖도록 하기 위하여 최종시편과 유사한 형태의 실리콘 주형을 제작하였다. 이 주형을 이용하여 각각의 코어 위에 같은 형태의 도재를 축성하였다. 지르코니아 코어에 전용 전장도재(VITA VM 9) 색상 2M1으로 축성하였다. 도재전용 퍼니스(Programat P300/G2 furnace; Ivoclar Vivadent Inc., Schaan, Liechtenstein)로 제조사의 소성 스케줄에 맞게 도재의 수축량을 감안하고 모든 시편을 2회에 걸쳐 최종적으로 전장도재가 가로 5 mm, 세로 4 mm, 높이 4 mm의 형태가 되도록 소성하였다.
- 2. 실험 방법
- 1) 전단결합강도 측정
이 실험에서 사용된 시편 모양은 planar interface shear bond test인 Schmiz-Schulmeyer test 16) 를 수정 보완하여 본 실험에 사용하였다. 힘의 하중이 지르코니아 코어와 도재 사이의 접착면에 동일한 방향으로 전달되도록 전단결합강도 측정용 지그(zig)에 고정하여 지르코니아 코어에서 도재의 파절이 발생할 때까지 실험을 시행하였으며, ISO TR 11405 17) 에서 제시하는 crosshead speed를 0.45∼10.5 mm/s 2 로 적용하여 본 실험을 진행하였다. 전단결합강도 측정을 위해 Instron Universal Testing Machine (Model DBBP-500; Instron Corporation, Seoul, Korea)를 이용하여 crosshead 1 mm/min의 속도로 압력을 가하여 지르코니아 코어와 도재가 분리되는 시점의 최대 하중값(N)을 측정하였다. 전단결합강도는 최대 하중값(N)을 계면의 단면적(mm)으로 나누어 얻었다( Fig. 1 ).
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Shear bond strength test by Universal testing machine.
- 2) 저온열화처리처리(ANEZ군, AEZ군)
ANEZ 실험군, AEZ 실험군을 autoclave (IlshinAutoclave Co., Daejeon, Korea)를 이용하여 ISO 13356 18) 를 기준으로 134±1℃에서 0.2 Mpa의 압력으로 5시간 동안 저온열화처리를 하였다. 선행연구에 의하면 이는 구강 내 온도 37℃에서 약 15∼20년의 노화현상이 진행된 것과 유사하다는 보고가 있다 19) .
- 3) 지르코니아코어 표면 관찰 및 성분 분석
지르코니아 코어 에칭 전과 후의 시편의 표면을 관찰하기 위하여 field emission scanning electron microscopy (FESEM, JSM-6701F; JEOL, Tokyo, Japan)을 이용하여 250 배율로 표면을 측정하였다. 표면에칭처리와 저온열화처리에 의하여 지르코니아의 결정 구조의 변화를 보기 위해 모든 지르코니아 시편을 가지고 35,000배율로 확대하여 결정 구조를 측정하였다. 지르코니아 표면에칭처리 전과 후를 FE-SEM의 energy dispersive spectroscopy (EDS) 분석을 통해 지르코니아 성분의 변화를 알아내기 위해 성분 분석을 시행하였다.
- 4) 파절면 관찰
Digital microscope (KH-7700; Hirox, Tokyo, Japan)을 이용하여 표면처리에 따른 지르코니아 코어와 도재 간의 파절 양상을 관찰하기 위해 파절된 단면을 20배율로 측정하였다. 접착잔량지수(Adhesive Remnant Index, ARI) 20) 를 이용하여 시편에 남아있는 접착 도재의 양을 점수화하였다. 지르코니아 표면에 도재가 거의 남아 있지 않는 상태를 0점으로, 지르코니아 표면에 도재가 50% 이하로 남아있는 상태를 1점으로, 지르코니아 표면에 도재가 50% 이상 남아있는 상태는 2점으로, 또한 지르코니아 표면에 도재가 100% 남아있는 상태는 3점으로 각각 부여하였다.
- 5) 통계 분석
전단결합강도의 기술적 통계는 평균과 표준편차로 나타내었고 정규분포의 가정을 만족하였다(p>0.05). 저온열화처리 한 그룹과 저온열화처리 하지 않은 그룹 간 차이와 표면에칭처리한 그룹과 표면에칭처리하지 않은 그룹 간 차이 의 통계적 유의성을 검정하기 위하여 independent t-test를 시행하였다. 또한 표면에칭처리 여부와 저온열화처리 여부에 따른 평균 전단결합강도의 차이를 평가하기 위하여 이원분산분석법(two-way ANOVA)을 시행하였다. 완전요인모형을 적용한 결과, 에칭 변수와 저온열화 변수의 교호작용이 유의하지 않아(p>0.05) 최종적으로 주 효과 모형을 적용하여 분석하였다. ARI에 따른 파절 양상의 집단 간 차이를 분석하기 위해 Fisher’s exact test를 시행하였다(기대빈도 5 이하인 셀이 20% 이상). 통계적 판단을 위한 제1종 오류의 수준은 0.05로 하였고, 통계분석은 IBM SPSS Statistics 21.0 (IBM Co., Armonk, NY, USA)을 이용하여 수행하였다.
결 과
- 1. 전단결합강도
표면에칭처리를 시행하지 않은 대조군(NEZ군)의 평균±표준편차 전단결합 강도는 23.47±3.47 Mpa로 나타났고, 표면에칭처리를 한 실험군(EZ군)은 28.30±4.34 Mpa, 표면에칭 처리를 시행하지 않고 저온열화처리를 한 실험군(ANEZ군)에서는 21.85±4.65 Mpa, 표면에칭처리와 저온열화처리를 한 실험군(AEZ군)에서는 24.65±3.65 Mpa의 전단결합 강도를 보였다( Table 1 ). 평균 전단결합강도는 EZ군, AEZ군, NEZ군, ANEZ군 순으로 큰 값을 보였고, 이원분산분석법을 적용한 결과 표면에칭처리 여부에 따른 차이가 유의한 것으로 나타났으며(p=0.005) 저온열화처리 여부에 따른 차이도 유의하였다(p=0.046). 이원분산분석 모형의 p-value는 0.004이었고 R 2 값은 0.263 (adjusted R 2 =0.223)이었다.
- 2. 파절 양상
지르코니아 코어와 도재 간의 파절 양상을 관찰하여 분석한 결과는 Table 2 , Fig. 2 와 같다. 대조군(NEZ군)에서는 접착제 잔량지수가 0인 점수를 보이는 것이 60%로 다른 군에 비해 가장 많이 보여 접착계면에서 접착이 실패하는 양상이 빈번한 것으로 나타났다. ANEZ군, AEZ군, EZ군에서는 접착제 잔량지수가 1과 2를 합해서 70∼80%를 차지하여 나머지 세 실험군에서 접착파절과 응집파절이 혼재하는 혼합파절 양상이 우세하였다. EZ군에서만 접착제 잔량지수가 3인 표본이 30%로 관찰되었는데 이는 표면에칭처리한 지르코니아군의 접착력이 우수했다는 것을 보여준다. Fisher’s exact test를 시행한 결과 NEZ군과 EZ군은 p=0.017로 유의한 차이가 있었고 ANEZ군과 AEZ군(p=0.628), NEZ군과 ANEZ군(p=0.283), EZ군과 AEZ군(p=0.201)의 차이가 유의하지 않았다( Table 3 ).
Mode of Failure of Porcelain Bonded to Zirconia after Different Surface Treatment
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aAdhesive Remnant Index score (ARI) score: 0=‘no adhesive remaining on the zirconia surface’, 1=‘less than 50% adhesive remaining on zirconia’, 2=‘more than 50% adhesive remaining on zirconia’, 3=‘all adhesive remaining on zirconia surface’.NEZ group: no etching zirconia, EZ group: etching zirconia, ANEZ group: aging and no etching zirconia, AEZ group: aging and etching zirconia.
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Microscope images showing fractures surfaces of all groups (×20). (A) no etching zirconia (NEZ) group, (B) etching zirconia (EZ) group, (C) aging and no etching zirconia (ANEZ) group, (D) aging and etching zirconia (AEZ) group.
Shear Bond Strength of Surface Treatment before and after Aging
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Values are presented as mean±standard deviation.aSignificance test for strength difference before and after aging by independent t-test. bSignificance test for strength difference with and without etching by independent t-test.
- 3. 표면관찰 및 성분 분석
FE-SEM을 이용하여 250배율로 지르코니아 시편의 표면을 관찰한 결과 에칭하지 않은 지르코니아 시편의 표면은 완전 소결 후 1000-grit-SiC paper 연마지로 연마한 결과로 스크레치가 관찰되며 표면에칭처리한 지르코니아 시편의 표면은 FE-SEM을 이용하여 35,000배율로 에칭처리로 인한 불규칙한 거친 면으로 나타났다( Fig. 3 ).
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SEM images show zirconia surface textures (×250). (A) No etching zirconia group, (B) zirconia group with etching.
지르코니아 표면을 관찰한 결과 표면에칭처리 실시한 표면은 에칭처리하지 않은 지르코니아 표면에 비하여 결정구조의 입자크기가 작아지고 입자와 입자 사이의 공간이 증가 하였으며 입자의 모양이 불규칙적이고 거칠게 변화한 상태의 미세구조가 나타났다( Fig. 4A , 4B ). 표면에칭처리하지 않고 저온열화처리 결과 불규칙하고 결정구조 겉 표면에 과잉된 입자가 보인다( Fig. 4C ). Fig. 4D 를 보면 Fig. 4B 와 비교했을 때 거의 비슷한 결정 구조상을 보이는 것을 알 수 있다. NEZ군의 결정구조와 달리 표면에칭처리를 한 시편(EZ군)은 결정구조가 많이 거칠어졌다( Fig. 4 ).
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SEM images show crystalline structure of zirconia surface (×35,000). (A) No etching zirconia group, (B) etching zirconia group, (C) aging and no etching zirconia group, (D) aging and etching zirconia group.
EDS분석을 통하여 NEZ군에서 발견되지 않았던 성분인 나트륨, 칼슘, 염소, 플루오르가 에칭 처리를 한 시편(EZ군)에서 발견되었다( Fig. 5 ).
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Elemental analysis by energy dispersive X-ray spectroscopy (energy dispersive spectroscopy) of zirconia surface. (A) Ingredients of Zr and O detected in the without etching group (NEZ), (B) ingredients of Zr, O, Ca and F detected in etching zirconia group (EZ), (C) ingredients of Zr, O, Na and Cl detected in EZ group.
고 찰
최근 심미성에 대한 관심이 대두되면서 금속노출 문제 해결과 투명성을 부여하기 위해 지르코니아 코어를 이용한 전부 도재관의 사용이 날로 증가되고 있다. 지르코니아와 도재 수복물에서 도재의 파절현상을 방지하기 위하여 지르코니아 코어와 도재 간의 접착력을 높이기 위한 표면처리 연구와 저온열화 연구가 진행되고 있으나, 본 연구에서와 같이 표면에칭처리에 관한 연구는 아직 많이 미흡한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 표면에칭처리 후의 지르코니아 표면 상태에 따라 결합강도에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 전단결합강도를 측정하였고 인위적인 저온열화처리에 따른 지르코니아와 도재의 결합강도에 미치는 영향을 보고자 하였다. 연구결과, 표면에칭처리군의 지르코니아와 도재 전단결합강도가 표면에칭처리를 시행하지 않은 대조군에 비하여 유의하게 높았고 저온열화 처리를 실시한 경우에도 표면에칭 처리군의 전단결합강도가 대조군에 비하여 더 높은 것으로 나타났다( Table 3 ). 따라서 지르코니아의 표면에칭처리로 인하여 지르코니아와 도재 간의 결합강도가 유의하게 증가한 것을 알 수 있었다. 표면에칭처리는 SEM 사진을 통해 볼 수 있듯이 지르코니아에 표면을 거칠고 불규칙한 표면으로 만들어 지르코니아 표면에 결합이 용이한 interlock 공간을 형성하여 지르코니아와 도재 간의 결합강도를 증가시키는 것으로 보인다( Fig. 3B ). 이는 Moradabadi 등 14) 이 보고한 바와 같이 표면에칭처리 전에 비해 미소기계적(micromechanical) 유지매커니즘의 결과로 지르코니아와 도재의 전단결합강도가 4.27 Mpa에서 22.36 Mpa로 증가하는 것과 비슷한 원리이다. 또한 지르코니아의 EDS 분석결과 에칭 전에는 지르코니아와 산소성분만 검출되었지 만 에칭 후 나트륨, 칼슘, 염소 그리고 불소가 더 검출되었다( Fig. 5 ). 검출된 나트륨, 칼슘, 염소와 불소의 성분은 결합을 높이는 데 영향을 미칠 것으로 보인다. Sriamporn 등 21) 에 의하면 검출된 칼슘은 산소와 결합해 순수 지르코니아의 결정 구조의 상변이를 억제할 수 있다는 보고가 있다. 따라서 에칭성분에 검출된 산화칼슘(CaO)은 저온열화현상의 상변이현상을 억제하는 데 영향을 미친 것으로 보인다. 검출된 불소는 불산에서 온 것으로 추정되며 불산의 사용 후 치아구조에 불소성분이 남아 치아우식증 예방에 영향을 미칠 것으로 보인다 22) .
치과용 지르코니아는 내 산성이며 비결정질 실리카 글라스를 포함하지 않는 결정질이므로 불산을 이용한 표면에칭은 지르코니아 표면에는 효과적이지 않고 임상적으로는 치아구조와 연조직에 손상을 줄 수 있다는 문제점이 지적된 바 있다 23) . 또한 Bona 등 24) 의 연구에 따르면 지르코니아 도재 사이에 불산으로 표면에칭처리한 것은 효과적인 유지를 가지지 못한다는 연구 결과도 보고되고 있다. 그리고 Özcan 등 25) 의 연구결과를 보면 알루미나세라믹과 레진시멘트 사이에 산 에칭(5.5±0.7 Mpa)이 샌드블라스팅처리(12.9±2.0 Mpa)와 실리카 코팅 시스템(21.54±1.4 Mpa)과 비교하면 결합강도가 낮은 것을 볼 수 있다. 이는 불산 에칭이 높은 알루미나 구성으로 인세람의 표면에 미세유지가 적어서 알루미나세라믹과 시멘트의 결합에서는 산 에칭이 결합강도의 향상시키지 않은 것을 보여준다. 반면 Elsaka 7) 의 연구에서는 지르코니아 코어에 표면에칭처리한 것 206.06±9.98 nm이 아무처리도 하지 않은 것 43.02±3.67 nm과 샌드블라스팅 처리한 것 150.54±9.88 nm에 비해 거칠기 값(Ra, nm)이 높았을 뿐 아니라 상당히 지르코니아와 도재 사이의 접착이 강화되었다고 보고하고 있다. 그리고 Elsaka 7) 연구에서는 지르코니아와 도재 간의 결합강도를 증가시키기 위한 샌드블라스팅 표면처리방식은 지르코니아의 단사정계의 분율을 증가시키지만 결국에는 단사정계상의 증가로 인해 강도가 저하될 것이 우려되므로 표면에칭처리 방식이 대안으로 고려되야 한다고 주장하고 있다. 또한 Blatz 등 22) 은 도재를 불산으로 표면처리한 경우 적절한 표면 질감과 거칠기를 줄 수 있고 Glassy matrix가 선택적으로 제거되고 결정구조가 드러나 미소기공률의 형태에 영향을 준다고 보고하였으며 Fig. 4 를 보면 지르코니아 표면에칭처리가 지르코니아 입자를 부식시키고 입자의 크기가 작고 내부 입자 공간을 증가하는 것으로 보이며 결정구조를 불규칙한 형태로 변화하여 미세 기계적인 유지를 부여하는 것으로 보인다. 미세 기계적인 유지는 지르코니아 코어와 레진접착제 사이의 높은 결합강도를 위한 화학적인 접착보다 효과적인 매커니즘이다. 거칠게 된 표면은 미세유지로 레진시멘트가 뚫고 들어가거나 흘러들어가 결합강도를 향상시키기 때문이다. 그리하여 지르코니아와 같은 조밀한 세라믹재료와 레진접착제 사이의 낮은 결합강도를 향상시키기 위해서는 거칠기 증가를 위한 표면이 불룩하고 움푹 들어간 접착 표면 처리가 요구된다 14) . 또 다른 연구보고에 의하면 에칭과정 후 표면의 거칠기가 증가한 것이 분명하게 관찰되었으며 황산(96%)과 과산화수소의 혼합액은 다른 표면처리와 복합적으로 작용할 때 지르코니아 표면 상태와 유지 강화가 더욱 효과적이라고 보고되고 있다 26) .
ISO 13356 18) 에 따라 본 연구에서는 134℃에서 0.2기압 5시간 동안 시편을 저온열화 처리를 실시하였다. ANEZ군과 EZ군의 전단결합강도가 모두 감소하는 것을 보였다( Table 3 ). 이는 134℃에서 0.2기압 5시간 동안 증기 살균은 37℃에서 15∼20년의 저온열화를 재현 한 것과 같기 때문이다 19) . 이 연구에서 AEZ군 전단결합강도가 ANEZ군 전단결합강도보다 큰 것은 산화칼슘에 의해 저온열화의 저항성이 향상된 것으로 보인다. 이는 Sriamporn 등21)에 의해 발표된 연구를 보면 산을 이용하여 표면에칭처리를 시행할 경우 산화칼슘이 증가하는 현상이 나타나는데 이 산화칼슘이 상변이를 억제하는 역할을 한다고 보고한 바 있다. 또한 Elsaka 7) 의 연구결과를 보면 지르코니아 표면에 에칭처리한 시편이 아무 처리도 안 한 시편의 단사정계상의 분율과 비교하여 단사정계의 분율이 낮아 상변이가 적게 나타났다는 결과를 도출한 것을 볼 수 있다. 이는 에칭을 통해 상변이 억제를 얻을 수 있다는 것을 추측해 볼 수 있다.
본 연구결과를 토대로 표면에칭처리를 실시한 지르코니아와 도재의 우수한 결합강도는 활성화된 표면의 기계적인 결합과 도재표면의 화학적 결합 그리고 micromechanical interlocking에 의해 기인되므로, 파절된 도재의 구강 내 수정 시 샌드블라스팅, 불산 에칭, 실란 커플링제 등 다양한 술식의 적용이 추천될 것이라 판단된다. 그러나 본 연구의 한계점은 에칭처리 후 지르코니아 표면의 정성적 분석에 그쳤으므로 지르코니아의 거칠기 분석(atomic force microscopy) 을 통해 거칠기가 결합강도의 어떠한 영향을 미치는지에 대한 정량적 분석에 대한 연구가 앞으로 이루어져야 할 것이다.
References
Diniz AC , Nascimento RM , Souza J , Henriques B , Carreiro AF 2014 Fracture and shear bond strength analyses of different dental veneering ceramics to zirconia Mater Sci Eng C Biol Appl 38 79 - 84
Papanagiotou HP , Morgano SM , Giordano RA , Pober R 2006 In vitro evaluation of low-temperature aging effects and finishing procedures on the flexural strength and structural stability of Y-TZP dental ceramics J Prosthetic Dent 96 154 - 164
Lee TH 2011 Effect of surface treatments of dental zirconia on the low temperature degradation. Doctoral dissertation Seoul University Seoul
Ban S , Suzuki T , Yoshihara K , Sasaki K , Kawai T , Kono H 2014 Effect of coloring on mechanical properties of dental zirconia J Medical Biol Eng 34 24 - 29
Della Bona A , Kelly JR 2008 The clinical success of all-ceramic restorations J Am Dent Assoc 139 8S - 13S
Della Bona A , Kelly JR 2008 The clinical success of all-ceramic restorations J Am Dent Assoc 139 8S - 13S
Elsaka SE 2013 Influence of surface treatments on the surface properties of different zirconia cores and adhesion of zirconia-veneering ceramic systems Dent Mater 29 e239 - e251
Kirmali O , Akin H , Ozdemir AK 2013 Shear bond strength of veneering ceramic to zirconia core after different surface treatments Photomed Laser Surg 31 261 - 268
Peterson I , Pajares A , Lawn B , Thompson V , Rekow E 1998 Mechanical characterization of dental ceramics by Hertzian contacts J Dent Res 77 589 - 602
Vagkopoulou T , Koutayas SO , Koidis P , Strub JR 2009 Zirconia in dentistry: part 1. Discovering the nature of an upcoming bioceramic Eur J Esthet Denti 4 130 - 151
Porter DL , Heuer A 1977 Mechanisms of toughening partially stabilized zirconia (PSZ) J Am Ceram Soc 60 183 - 184
Luthardt R , Holzhüter M , Sandkuhl O 2002 Reliability and properties of ground Y-TZP-zirconia ceramics J Dent Res 81 487 - 491
Cheng H , Tsoi JH , Zwahlen R , Matinlinna J 2014 Effects of silica-coating and a zirconate coupling agent on shear bond strength of flowable resin-zirconia bonding Int J Adhes Adhes 50 11 - 16
Moradabadi A , Roudsari SES , Yekta BE , Rahbar N 2014 Effects of surface treatment on bond strength between dental resin agent and zirconia ceramic Mater Sci Eng C Biol Appl 34 311 - 317
Chaiyabutr Y , McGowan S , Phillips KM , Kois JC , Giordano RA 2008 The effect of hydrofluoric acid surface treatment and bond strength of a zirconia veneering ceramic J Prosthet Dent 100 194 - 202
Chaiyabutr Y , McGowan S , Phillips KM , Kois JC , Giordano RA 2008 The effect of hydrofluoric acid surface treatment and bond strength of a zirconia veneering ceramic J Prosthet Dent 100 194 - 202
1994 Dental materials-guidance on testing of adhesion to tooth structure International Organization for Standardization Geneva, Switzerland
2008 Implants for surgery-Ceramic materials based on Yttria-stabilized tetragonal zirconia (Y-TZP) International Organization for Standardization Geneva, Switzerland
Chevalier J , Gremillard L , Deville S 2007 Low-temperature degradation of zirconia and implications for biomedical implants Annu Rev Mater Res 37 1 - 32
Artun J , Bergland S 1984 Clinical trials with crystal growth conditioning as an alternative to acid-etch enamel pretreatment Am J Orthod 85 333 - 340
Sriamporn T , Thamrongananskul N , Busabok C , Poolthong S , UO M , Tagami J 2014 Dental zirconia can be etched by hydrofluoric acid Dent Mater J 33 79 - 85
Blatz MB , Sadan A , Kern M 2003 Resin-ceramic bonding: a review of the literature J prosthet dent 89 268 - 274
Saraç YS , Külünk T , Elekdag-Türk S , Saraç D , Türk T 2011 Effects of surface-conditioning methods on shear bond strength of brackets bonded to different all-ceramic materials Eur J Orthod 33 667 - 672
Bona AD , Borba M , Benetti P , Cecchetti D 2007 Effect of surface treatments on the bond strength of a zirconia-reinforced ceramic to composite resin Braz oral Res 21 10 - 15
Ozcan M , Alkumru HN , Gemalmaz D 2001 The effect of surface treatment on the shear bond strength of luting cement to a glass-infiltrated alumina ceramic Int J Prosthodont 14 335 - 339
Zandparsa R , Talua NA , Finkelman MD , Schaus SE 2013 An in vitro comparison of shear bond strength of zirconia to enamel using different surface treatments J Prosthodont 23 117 - 123