최근 독일 본 대학 연구진들이 기존 투명교정 장치에 형상기억 소재를 이용, 생체적합성 교정력을 가하는 연구결과를 발표해 주목받고 있다.
일종의 4D 투명교정 장치로 지칭되는 이 같은 방식은 3D 프린팅 소재로 형상 기억 고분자(SMP)를 사용하여 3D 프린팅한 투명교정 장치다. 이 같은 새로운 소재 사용은 치료 비용과 환경에 대한 부담을 줄이는 것을 포함할 수 있다.
투명 교정장치는 다양한 유형의 폴리머로 제작되며 일반적으로 다음 장치로 교체되기 전에 0.2~0.3mm 범위 내에서 치아를 이동하거나 1°~ 3° 회전하도록 설계된다.
연구진이 지적했듯이 이런 단계적 처리 모델은 장치 숫자를 줄이는 것보다 소재 분야에 더 많은 시간과 높은 비용이 필요하다. 당연히 환자와 제조업체 모두에게 연속적인 플라스틱 투명교정 장치 사용은 환경과 관련된 윤리적 문제도 수반하게 된다.
연구진들은 교정분야는 물론 다양한 분야에서 SMP의 소재 응용을 연구했다. 4D 투명교정 장치가 생성하는 힘과 부정교합 치료에 대한 적합성을 측정함으로써 SMP 및 치아 움직임에 관한 데이터 문헌의 부족한 점을 보완하고자 했다.
4D 프린팅 방식의 투명교정 장치를 이용하여 맞춤형 타이포돈트 모델에서 상악 중절치(21번 치아)의 위치 이상을 교정하기 위한 힘을 적용하기 위해 생체 역학 시스템을 사용했다. 생성된 힘은 서로 다른 온도에서 측정되었으며 투명교정 장치는 0.8mm와 1.0mm의 두 가지 두께로써 ClearX v.1.1 재료로 제작했다. 전달된 힘은 교정 측정 및 시뮬레이션 시스템(OMSS)을 사용하여 정량화했다.
그들은 4D 프린팅된 장치가 2.5mm ± 0.5mm 범위 내에서 두 두께 사이의 변화가 거의 없이 상당한 치아 이동을 달성할 수 있음을 발견했다. OMSS 시뮬레이션에서 전달되는 최대 힘의 범위는 테스트된 다양한 온도(37°C, 45°C, 55°C)에 따라 다르지만 모두 허용 가능한 생리학적 치열 교정력 범위 내로 발견되었음을 논문에 보고했다.
다른 연구와 달리 연구자들은 더 두꺼운 장치를 사용하는 것이 55°C의 더 높은 온도를 제외하고는 생성된 힘에 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했다.
저자들은 복잡한 임상 사례가 아닌 단일 치아의 고립된 움직임에 초점을 맞추고 구강 내 상태 및 습도 및 타액 분비와 같은 요인을 고려하지 않았다는 사실과 같은 연구의 여러 제한점을 강조했다. 그러나 그들은 4D 투명교정 장치가 생체적합성 교정력을 사용해 치아를 움직일 수 있다고 결론지었다.
연구진들은 “교정 장치가 여러 측면에서 연구되고 교정 장치에 의한 교정 치료에서 큰 진전이 있었지만 치과의사는 여전히 교정 장치 사용에 대한 몇 가지 단점을 보고한다”며 그들은 이러한 단점이 단일 투명교정 장치에 의해 달성되는 제한된 움직임을 포함하여 체제를 변경해야 한다고 설명했다.
그들은 “따라서 우리는 치아의 생물학적 움직임을 가속화하는 방법과 함께 치료당 투명교정 장치 수를 줄이는 방법을 적용할 수 있다면 교정 분야에서 비약적인 발전이 될 것이라고 믿는다”고 밝혔다. 이번 연구는 Potential application of 4D technology in fabrication of orthodontic aligners 의 제목으로 2022년 1월 28일 Frontiers in Materials 에 온라인으로 게재됐다.
