덴포라인에서는 지난 호에서 PFM에 사용되는 알로이에 관하여 주요성분에 따른 분류, 메탈 사용시 주의사항, 치과용 귀금속과 비귀금속의 차이등에 관하여 살펴보았다. 이번 호에서는 치과용 알로이가 갖추어야 할 바람직한 성질을 중심으로 살펴본다.
모든 주조용 합금은 우선 생체적합성이 있어야 하고, 그 다음은 장기간 적절한 기능과 구조적인 내구성을 갖기 위해 충분한 물리적, 기계적 성질을 가져야 한다. 주조용 합금이나 금속의 선택은 기능의 회복, 심미성 향상 및 교합의 유지등과 같은 보철물의 일차적인 목적에 부합될 수 있도록 치과의사가 치과기공사와 협력하여 선택한다. 일반적으로 치과의사는 적절한 금속과 보철물 디자인을 선택하고, 환자에게 보철물의 선택 및 대안에 대해 의논하며, 임상적 성공을 확실하게 하기 위해 치과기공사에게 보철물의 디자인에 대한 자세한 사항을 제공해야 한다. 특히, 치과용 알로이에 대하여 다음과 같은 임상적으로 중요한 요구사항과 특성을 이해하는 것이 매우 중요하다.
1. 생체적합성
구강내 보철물은 구강액에 견딜 수 있어야 하고, 구강 내에 어떠한 해로운 물질도 방출하지 않아야 한다. 많은 메탈은 다음과 같은 세 가지 화학적으로 다른 상태에서 생물학적으로 활성화되어 있다. 1)잉고트나 입자상태로 순 금속 상태(많은 메탈들이 입자상태일 때 반응성이 더 높다, 예를 들면, 니켈은 인화성임), 2)유기금속 및 금속염 결합물, 3)알로이 상태 등이다. 그러나 특정 메탈의 모든 화학적인 상태가 똑같이 해로운 것은 아니다.
비귀금속 메탈의 사용은 상기 3가지의 화학적 상태에 노출되게 된다. 메탈 주조시 발생하는 순 메탈 증기는 화학반응을 거치거나 입자상태로 압축된다. 구강 내나 주조시 부식되는 동안 유기금속 화합물과 금속염이 형성된다. 알로이 금속은 구강 내에서는 잉고트로, 기공소에서는 입자의 상태로 존재한다.
비 귀금속내의 많은 원소들은 독성의 요소를 갖고 있다(상세한 사항은 덴포라인 9월호 52~54p참조). 특히, 니켈과 베릴륨은 순수한 원소상태나 특정 화합물의 형태일 때 발암물질로 알려져 있다. 원소상태의 니켈과 여러 유형의 니켈 화합물(주로 니켈 카르보닐)들은 횡문근육종을 유발하는 데 매우 유효한 것으로 알려져 있다. 특히, 니켈 제련 작업자들은 폐와 비강인두 악성종양을 앓는 수가 증가하고 있는 것으로 발표되고 있다. 니켈 5ppm이 함유된 물을 섭취하는 경우, 동물실험의 경우, 크기를 줄이고, 폐사율을 높이는 것으로 보고되었다. 대부분의 니켈 화합물은 대기중 0.001~0.1mg/m3의 농도에서 흡입하는 것은 해롭다. Pedersen et al등에 따르면, 니켈 증기와 nasal tumors의 발현간의 평균 시간은 31.6년이었다. 한 케이스에서만 20년 미만이었다. 니켈과 관련하여 기공사의 건강문제는 전염성 데이터가 없어 정확한 해석에는 주의를 요하는 사항이다.
니켈 알로이와 관련한 가장 즉각적인 생체적합성의 문제는 알러지성 접촉 피부염이다. 니켈은 다른 금속류보다도 더 많은 접촉 피부염을 야기한다. 1.5% 의 니켈을 함유한 파샬덴처 프레임웍에서도 접촉 피부염을 유발한다고 알려져 있다. 니켈에 대한 반응은 메탈에 인접한 구강내에서 발생한다. 이들 반응에는 눈꺼풀의 수종, 부종, 입술이 갈라짐, 뺨과 손바닥의 만성습진 등이다.
전체적으로는 니켈에 대한 알러지는 인구의 약 5%~8%로 예상되고 있다. 대부분의 사람들은 요리를 하거나 안경 또는 시계착용을 통해 니켈이 함유된 금속과 생활하고 있다. 니켈은 이렇게 일상적으로 사용되거나 착용되지만 암의 원인이라는 증거는 없다.
반면 베릴륨은 발암물질로 이미 널리 알려져 있다.
2. 포세린과의 결합력
일반적으로 포세린과 메탈간의 우수한 화학적 결합을 하기 위해서는 기저금속은 얇고, 부착성이 좋은 산화막이 형성되어야 하며, 이 막은 도재의 심미성을 저해하지 않기 위해 색상이 밝은 것이 바람직하다. 금속은 포세린의 열팽창 계수와 유사한 계수를 가져야 한다. 금속-포세린 계면에 인접한 세라믹내에 발생한 응력은 메탈과 포세린 보철물의 파괴저항성을 증가시킬 수도 있고(응력이 주로 압축응력일 때), 균열의 생성가능성을 증가시킬수도 있다(주로 인장응력일 때).
포세린 메탈간의 결합력은 화학적 및 기계적 힘에서 야기되는 것으로 생각되고 있다. 수많은 연구자들은 유지력은 산화금속과 관련되어 있다고 믿고 있다. 즉, 포세린이 젖으면서 내부로 화학적인 상호작용이 일어난다고 보고 있다. 기계적인 힘은 포세린과 메탈간의 결합에 있어 실제로는 부가적인 것으로 간주되고 있다. 즉, 포세린과 금속간의 열팽창 계수의 고의적인 부적합을 발생시켜 압축강도를 발달시켜 조성하는 것이다.
아울러, 비귀금속 알로이의 경우, 표면처치를 통해 결합력을 증가시켜 줄 수 있다. 오펙 온도와 degassing 시간에 따라 결합력이 달라진다. 즉, degassing시간을 늘리면, 결합력은 약 20%까지 줄어든다. 반면, degassing온도나 표면처리 방향은 결합력과는 상관관계가 없는 것으로 판명되었다.
3. 항부식성 및 변색저항성
부식은 주위환경 안에서 재료가 물리적으로 용해되는 것이다. 구강 내에서 금속의
부식이 발생하는 요인은 크게 4가지로 분류할 수 있다. 1)균등한 공격, 2)산소순환이
부족한 경우, 침투성 공격, 3)영속적인 전기분해 세포, 4)갈바닉 공격등이다. 이 들 반응은
복합적으로 발생하기도 한다.
많은 금속들은 타액이나 음식에 염소나 황이 있는 경우, 자유이온과 화학적으로 반응한다. 니켈 알로이는 염소이온농도가 낮은 곳에서는 passivate한 것으로 알려져 있으나 고농도에서는 pitting한다. 이런 pitting은 타액내의 염소농도에서는 문제가 되지 않는다. 이종 금속간의 갈바닉 전류는 치은의 손상과 부식을 야기한다. Marek에 따르면, 고정성 보철물에 사용된 비귀금속 알로이는 금보다는 갈바닉 현상이 덜 생기는 것으로 알려져 있다.
특히, 변색은 표면에 침착된 얇은 막 또는 금속표면에 부착성이 있는 반응층으로 이러한 막은 일반적으로 상대적으로 높은 은 함량을 갖는 금합금이나 은합금에서 발견된다.
4. 강도외 그밖에 필요한 요건들
보철물에 사용되는 재료는 충분한 강도를 가져야 한다. 브릿지용 합금은 크라운보다는 더 높은 강도가 필요하다. 메탈-세라믹 보철물을 위한 코핑은 얇기 때문에 기능시 작용되는 힘에 의해 과도한 탄성변형이 일어나지 않도록 충분한 탄성계수가 요구된다. 치과용 합금들의 탄성계수는 코발트-크롬(125~220GPa), 니켈-크롬(145~190 GPa), CP-Ti(117 GPa), 팔라듐 합금(110~135 GPa), 금합금(75~110 GPa)등이다.
이 밖에도 치과용 알로이는 세라믹과의 조화를 위해 열팽창계수가 비슷해야 하며, 높은 가공온도에도 견딜수 있는 열적 성질을 보유해야 한다. 아울러, 주조프레임웍이나 보철물의 정확한 미세재현을 위해 용해된 금속은 몰드를 형성하는 매몰재와의 사이에서 어떤 반응이 없고 표면이나 표면하방에 기공을 형성하지 않으면서 몰드의 가장 복잡한 부분까지 잘 흘러들어가야 한다. 일부 비귀금속 알로이는 주조과정중에 쉽게 산화물을 형성하거나 몰드 벽과 반응하는 경향이 있기 때문에 주조성이 좋지 않게 된다. 이 들 합금은 상온으로 냉각후에 매몰재로부터 분리하기 어렵다.
이 밖에도 주조 금속의 마무리 및 연마성도 우수한 것이 치과용 알로이로서 치과보철물 제작에 도움이 된다.
*참고문헌:
-Compendium, Vol.22, No.1 2001
-The Journal of Prosthetic Dentistry, Vol.49, No.3
-Phillips’ Science of Dental Materials(필립스 치과재료학), 참윤퍼블리싱 2006
