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세계 최초의 다이렉트 3D프린팅 교정장치 소재기술을 기반으로
담도관 스텐트와 치아 교정장치에 심바이오틱 표면처리 기술을 접목시킴으로써
3D프린팅 융복합 의료소재 분야에서 기술 초격차를
이루어 낼 수 있을 것으로 기대한다.
4차 산업혁명 시대를 살아가고 있는 우리는 이미 3D 프린팅이란 단어에 익숙하지만 실제로 3D 프린팅으로 제작된 제품을 사용하는 경우는 많지 않다. ㈜그래피는 3D 프린팅 기술을 통해 실제로 교정장치부터 치과 수복재료와 틀니까지 치과 치료에 적용 가능한 제품 개발과, 3D 프린팅에 적합한 소재 개발 등 3D 프린팅 관련 종합 솔루션을 제공한다. 최근 투명 교정장치를 직접 3D 프린팅 하는 ‘다이렉트 얼라이너’ 제품이 전 세계적으로 주목받은 바 있다.
기존 ‘투명 교정장치’는 PETG 소재를 가지고 진공열성형 방식을 사용해 제작한다. 하지만 공정적·소재적 한계로 인하여 제한적인 치아 교정에만 극히 일부분만 사용할 수 있다는 단점이 있다. 이러한 한계는 열가소성 수지가 가지는 소재의 특성에서부터 기인한다. 열가소성 수지는 녹는점과 유리전이온도가 매우 근접하게 존재한다. 또한 유리전이 온도 이상에 노출될 경우 형태가 영구적으로 변형이 일어나기 쉬운 상태가 되기 때문에 일단 성형이 완료된 재료는 고온 노출이 불가하다.
형상기억특성을 지녀 환자의 통증 감소
특히 PETG는 소성변형 구간이 4% 내외의 구간에서 시작되기 때문에 교정장치를 제조된 모델 위에 열융착 성형하는 과정 이후, 탈착을 용이하게 하기 위해 치아와 치은이 만나는 부분을 채워 넣는 작업(블록아웃)이 필수적이다. 이러한 작업은 열융착 성형된 교정장치를 한 환자의 치아와 적합도가 떨어지는 결과를 만들어 낸다. 또한 공업용으로 합성된 PETG의 기계적 물성은 치아교정에 너무 강한 힘을 만들어 내게 되어 치료 중 환자가 고통을 느끼게 하는 주요한 원인이 된다.
㈜그래피의 ‘다이렉트 얼라이너’는 형상기억특성을 갖는 광경화성 고분자 재료로 직접 3D 프린팅이 가능하다. 형상기억특성 덕분에 재료가 소성변형을 일으킨다 할지라도 섭씨 30도 이상에서부터 본래의 형태로 돌아갈 수 있다. 즉, 블록아웃이 없어도 안정적으로 장치의 탈착이 가능해 높은 적합도를 보여준다.
또한 PETG와는 달리 강한 힘을 만들어내지 않기 때문에 치료 중 환자에게 주는 통증을 감소시킬 수 있어 더욱 빠른 교정 치료 효과를 보여준다.
이러한 소재의 혁신성을 바탕으로 세계 각국의 핵심 오피니언 리더가 ‘다이렉트 얼라이너’ 소재에 지지를 보내고 있으며, 세계 무대에서도 적극적으로 활약 중이다. 올해 계속해서 △두바이 치과기자재전시회(AEEDC) △미국 시카고 LMT 랩 데이(북미 최대 규모의 치과치료 연구실 모임) △미국치과교정학회(AAO) △서울 SIDEX(국제치과전시회) △대만치과교정학회(TAO) 등에 적극적으로 참가 중이다. 또한 그래피 소재의 물성과 안정성을 기반으로 작성된 SCI급 학술논문은 30여 편에 이르며, 국내외 많은 연구자들에게 연구주제로 각광받고 있다.
그런데 교정에 최적화된 기계적 물성과 형상기억특성을 가지고 있는 ‘다이렉트 얼라이너’ 소재 이지만, 구강 내부에 항시 착용해야 하기 때문에 위생 문제 또한 중요한 요소로 고려돼야 한다. 특히 세균성 바이오 필름 생성 억제에 대한 근본적인 해결책이 필요하다.
현재 ㈜그래피는 연세대·서울대 그리고 카이스트·이원의료재단·미시건주립대와 함께 산업통상자원부 ‘환자맞춤형 직접 프린팅 담도 스텐트-치아교정장치용 심바이오틱 생체적합성 의료기기소재 및 제품화 기술개발’ 국가과제를 수행하고 있다.
표면 부착 한계 넘는 광경화형 소재
기존에 사용되던 PETG와 열가소성우레탄(TPU: Thermoplastic polyurethane)은 양극성이온물질의 표면 부착에 화학적 한계(화학적 공유 결합의 부제)로 인해 표면 특성의 장기간 유지 신뢰성을 확보 하기에 어려움이 존재했다. 그러나 광경화형 3D 프린팅 소재의 경우, 3D 프린팅 이후 미반응된 아크릴과 메타아크릴기가 표면에 노출되기 때문에 손쉽게 양극성단량체를 부착시킬 수 있다.
이번 연구를 통해 ㈜그래피와 연세대는 미생물 균형까지 고려된 첨단 의료소재 개발을 목표로 하고 있다. 치아교정에 최적인 기계적 물성과 형상기억 특성을 지니는 다이렉트 3D 프린팅된 환자 맞춤형 의료기기에 심바이오 표면 처리를 통해서 말이다.
과제의 2단계 주관 책임자인 김훈 ㈜그래피 책임연구원은 “세계 최초의 다이렉트 3D프린팅 교정장치 소재기술을 기반으로 담도관 스텐트와 치아 교정장치에 심바이오틱 표면처리 기술을 접목시킴으로써 3D프린팅 융복합 의료소재 분야에서 기술 초격차를 이루어 낼 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.
김재호 기자 kimyital@kyosu.net
