치과용 알루미나 세라믹의 생체유리침투에 의한 굴곡강도 및 생체 친화성 증가 연구

국문 초록 (Abstract)

치과분야에서 선천적·후천적 결손에 의하여 상실된 치아를 대체하여 치아의 형태 기능을 회복시키거나 수복 및 보철 교정 등을 통하여 심미성을 개선시키는 시술이 급증하고 있다. 종래의 이러한 시술에서 차지했던 금속 또는 고분자재료 제품들을 유사한 생체 적합성과 심미성의 장점을 가지고 있는 세라믹 재료가 대체되어 지고 있으며 전체의 재료 중 세라믹 재료가 차지하는 비율이 계속적으로 증가되고 있다. 이런 추세에 따라 기존의 금속재료가 아닌 생체 친화력이 좋은 세라믹재료에 유리를 입혀 재료표면의 기공들을 막아 단점인 취성이 약한 점을 보완하여 생체대체 재료로 사용하는 것이 집중적으로 연구되어 지고 있다.
따라서 본 연구에서는 알루미나 표면에 생체 유리인 45S5와 일반 소다 유리를 코팅하고 파괴 강도의 증가를 측정하였다. 그 결과 유리질로 코팅하지 않은 알루미나의 경우 772 MPa의 파괴강도를 보였으나, 생체유리(45S5)로 코팅한 경우는 1500℃에서 30분 열처리한 경우 752.3 MPa, 1시간 열처리한 경우 609.2 MPa로 감소하였으나, 2시간에서는 1090.2 MPa, 5시간에서는 1104 MPa로 약 1.4 배 파괴 강도가 증가되었음을 알 수 있었다. 한편 일반 소다 유리를 코팅한 시편에서는 1500℃에서 30분 열처리 한 경우 575.6 MPa, 1시간 열처리 한 경우 1025.8 MPa, 2시간에서는 912.7 MPa, 5시간에서는 778.4 MPa로 1시간에서 최대치를 보이고 있고, 코팅하지 않은 알루미나에 비하여 약 1.3배의 파괴강도 증가를 얻을 수 있었다. 또한 생체적합성에 필수적인 apatite 형성능력을 검토하기 위하여 PBS용액에서 3~10일 동안 침적하여 표면생성물을 관찰한 결과 생체 활성 유리로 코팅한 시편에서는 많은 인산나트륨이 생성 된 것을 발견할 수 있었으나, 일반 소다 유리로 코팅한 시편에서는 거의 발견을 할 수 없었다. 한편 SBF용액의 침전 후의 결과를 보면 45S5 생체유리로 코팅한 알루미나의 표면에서 Hydroxyapatite의 형성을 볼 수 있고 시간이 지남에 따라 Hydroxyapatite의 형성이 잘되는 것을 확인 할 수 있었다. 반면 소다유리로 코팅한 시편의 표면에서는 코팅하지 않은 알루미나의 표면과 크게 다른 점을 찾을 수 없고 소다유리는 Hydroxyapatite가 형성되지 않고 표면에 NaCl결정만이 관찰되었다. 따라서 생체 유리 코팅 알루미나가 임플란트 재료로 적절 할 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The restoration of human tooth was increasingly adopted in the field of broken and decay tooth for the ethical improvement. Instead of metal and polymers, the ceramic was interested in the tooth restoration. which shows more biocompatibility or ethics.
Thus, the glass coated ceramics was studied widely in order to increase the fracture strength.
In this experiment, the bending strength of alumina coated with bio glass 45S5 and soda lime glass. was measured using universial testing machine. The bending strength of as recevied alumina was 772.1 MPa, but the bending strength of alumuna coated with bio glass 45S5 was slightly decreased and then increased to 1104 MPa with increasing heat treatment time from 30 min to 5hrs at 1500℃.
In contrast to time, the benefit strength of soda lime glass coated alumina was rapidly increased to 1025.8 MPa at 1hr heat treatment. but the strength was dereased to 912.7 MPa, 778.4MPa at 2hrs, 5hrs heattreatment. The hydroxyapatite was formed at the surface of bio glass coated alumina in simulated body fluids at 3 to 10days immersion. However there is no apatite formation at the surface of soda lime glass coated aluminarod the same conditions. Thus it is concluded that bio glass coated alumina is more suitable for the replacement of metal implant in dental application.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 이론적배경 = 4
• 1. Alumina = 4
• 2. Bioglass = 6
• 3. hydroxyapatite = 18
• 4. 유리침적 알루미나의 기계적 성질 = 24
• Ⅲ. 실험방법 = 25
• 3-1. 봉상알루미나 절단 및 표면 연마 = 27
• 3-2. 열팽창계수 측정 = 27
• 3-3. 알루미나 glass 코팅 및 굴곡 강도 측정 = 28
• 3-4. PBS(Phosphate Buffer Saline solution)제조 = 32
• 3-5. SBF(Simulated body fluid)제조 = 32
• 3-6. 알루미나 시편의 XRD 와 SEM 조사 = 34
• Ⅳ. 결과 및 고찰 = 35
• 4-1. 알루미나, 45S5 생체 유리, 소다 유리의 열팽창 계수 = 35
• 4-2. 알루미나의 입자크기 = 37
• 4-3. glass코팅에 따른 강도변화 = 37
• 4-4. 45S5 생체유리 코팅 전후의 XRD 분석결과 = 44
• 4-5. 45S5 와 소다 유리 코팅 알루미나의 열처리 시간에 따른 표면 조직 = 46
• 4-6. 1400℃ 열처리에서 나타나는 알루미나 표면 변화 = 47
• 4-7. PBS와 SBF 침적후의 45S5 생체 유리와 소다 유리 코팅 Alumina 표면의 morphology 변화 = 51
• 4-8. PBS침적 후의 XRD 분석결과 = 56
• Ⅳ. 결론 = 57
• References = 58
• Abstract = 62
• 감사의 글 = 64