칼슘실리케이트 기반 실러의 물리화학적 특성에 열 적용이 미치는 영향

Abstract

연구목적 : 본 연구의 목적은 열을 적용하였을 때, 칼슘실리케이트 기반 근관 실러 (Calcium Silicate-Based Sealer, CSBS)의 물리화학적 특성을 에폭시 레진 기반 근관 실러 (Epoxy Resin-Based Sealer, ERBS)와 비교하여 열 적용이 재료 안정성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 실험 재료 및 방법 : 칼슘실리케이트 기반 근관 실러인 BioRoot Flow, BioRoot RCS, AH Plus Bioceramic과 에폭시 레진 기반 근관 실러인 AH Plus에 열을 적용하기 위해 제조사의 지침에 따라 혼합한 후, 2 mL 플라스틱 튜브에 넣고 온도 조절 수조에서 각각 37℃와 100℃가 될 때까지 온도를 조절하여 30초간 유지하였다. 물리적 특성은 ISO Standard (ISO 6876:2012)에 따라 흐름성, 피막도, 경화시간, 용해도를 평가하였다. 열 적용에 의한 실러의 중량 손실량은 열중량분석기 (Thermal Gravimetric Analysis, TGA)를 이용하여 평가하였다. 화학적 특성을 보기 위해 pH 변화와 유도 결합 플라즈마 분광법 (Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer, ICP-OES)을 이용하여 칼슘 이온 방출량을 평가하였다. 푸리에 적외선 분광법 (Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)을 이용하여 실러의 화학적 구조 변화를 관찰하고, 에너지분산형 X선 분석장치 (Energy Dispersive X-ray Spectrometer, EDX)가 장착된 전계 방사형 주사전자현미경 (Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)을 이용하여 열 적용에 의한 실러의 표면 및 성분 특성을 평가하였다. 통계 분석은 SPSS software를 통해 물리화학적 특성인 흐름성, 피막도, 경화시간, 용해도, 칼슘 이온 방출량을 실러 종류와 가열 온도에 따라 일원 분산 분석 (One-way ANOVA), 대응 표본 T 검정 (Paired Sample T-test)을 사용하여 비교 평가하였다. 또한, 시간에 따라 실러의 pH에 미치는 영향을 평가하기 위해 Mauchly’s test를 사용하여 구형성 가정을 검정하고, 반복 측정 분산 분석 (Repeated Measures ANOVA)을 사용하여 평가하였다. 결과 : 열 적용에 따른 실러의 흐름성을 평가한 결과, 100℃로 열 적용 후 AH Plus Bioceramic의 흐름성이 37℃의 결과와 비교 시 유의하게 감소하였다 (p<0.05). 열 적용에 따른 실러의 피막도를 평가한 결과, 100℃로 열 적용 후 BioRoot RCS의 피막도는 37℃의 결과와 비교 시 유의하게 증가하였다 (p<0.05). 열 적용에 따른 실러의 경화시간을 평가한 결과, 100℃로 열 적용 후 BioRoot Flow, BioRoot RCS, AH Plus Bioceramic, AH Plus의 경화시간은 37℃의 결과와 비교 시 유의하게 감소하였다 (p<0.05). 용해도를 평가하기 위해 두 가지 침지 용액인 증류수 (Distilled water)와 인산 완충 생리식염수 (Phosphate-Buffered Saline, PBS)를 사용하여 평가하였다. 증류수와 PBS에서 100℃로 열 적용 후 BioRoot RCS의 용해도가 37℃의 결과와 비교 시 유의하게 감소하였다 (p<0.05). 실러 그룹 간 용해도는 37℃와 100℃의 증류수와 PBS에서 BioRoot RCS, AH Plus Bioceramic, BioRoot Flow, AH Plus 순으로 높았으며, 실러 그룹 간 유의한 차이가 있었다 (p<0.05). ISO Standard (ISO 6876:2012)에 따라서는 AH Plus는 가열 온도에 상관없이 용해도 표준값을 준수하였고, CSBS인 BioRoot Flow, BioRoot RCS, AH Plus Bioceramic은 ISO Standard에서 권장하는 표준값인 3%를 초과하였다. 열중량 분석기를 이용하여 열 적용에 의한 실러의 중량 손실을 평가한 결과, 100℃ 지점에서 BioRoot Flow, BioRoot RCS, AH Plus Bioceramic, AH Plus 순으로 높은 질량 손실량을 보였다. 두 가지 침지 용액인 증류수와 Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS)에서 pH 변화를 평가한 결과, CSBS는 증류수와 HBSS에서 모두 알칼리성을 유지하였다. 100℃로 열 적용한 실러를 1일 차와 28일 차에 증류수에서 pH를 측정한 결과, BioRoot RCS는 pH가 유의하게 감소하였다 (p<0.05). 100℃로 열 적용한 실러를 1일 차와 28일 차에 HBSS에서 pH를 측정한 결과, BioRoot RCS, AH Plus Bioceramic은 pH가 유의하게 감소하였고, BioRoot Flow는 28일 후에 유의하게 감소하였다 (p<0.05). AH Plus는 열적용 전, 후 pH에 유의한 차이가 없었다 (p>0.05). 실러의 칼슘 이온 방출량을 평가한 결과, 100℃에서 BioRoot Flow, BioRoot RCS의 칼슘 이온 방출량은 37℃에서의 결과와 비교 시 유의하게 감소하였다 (p<0.05). 실러 그룹 간 칼슘 이온 방출량을 평가한 결과, BioRoot RCS가 가장 높은 칼슘 이온 방출량을 보였고, BioRoot Flow, AH Plus Bioceramic, AH Plus 순으로 높았다 (p<0.05). FT-IR 분석 결과, 실험에 사용된 모든 실러는 고온에서 화학 구조의 변화가 관찰되지 않았다. SEM image 분석 결과, AH Plus와 비교하여 CSBS에서 훨씬 더 다공성임을 보였고, 열을 적용하였을 때, BioRoot Flow와 BioRoot RCS에서 표면 형태에 변화가 발생하였다. 결론 : CSBS의 열 안전성을 평가하기 위해 AH Plus와 비교한 결과, AH Plus가 물리적 특성에서 가장 안정적인 실러임을 보였으나, CSBS와 비교하여 낮은 pH와 칼슘 이온 방출량을 나타냈다. BioRoot Flow는 CSBS 중에서 고온에서 상대적으로 안정적인 물리적 특성을 나타내며, 28일의 실험 동안 높은 pH를 유지하였다. AH Plus Bioceramic 또한 열 적용 후 BioRoot Flow와 함께 물리적으로 안정적인 특성을 나타냈지만, BioRoot Flow와 비교하여 더 높은 용해도와 CSBS 중 가장 낮은 pH를 보였다. BioRoot RCS는 혼합 후 1일 차에 가장 높은 pH와 가장 높은 칼슘 이온 방출량을 보였으나, 고온에서 피막도 증가, 용해도, pH, 칼슘 이온 방출량 감소 등의 특성이 변형될 가능성이 있으므로 열 충전법으로 사용 시 주의가 필요할 것으로 사료된다. ;This study aimed to evaluate the effect of heat application on material stability by comparing the physicochemical properties of a Calcium Silicate-Based Sealer (CSBS) with an Epoxy Resin-Based Sealer (ERBS) when heat is applied. To apply heat to the CSBS (BioRoot Flow, BioRoot RCS, and AH Plus Bioceramic) and the ERBS (AH Plus), they were mixed according to the manufacturer's instructions, placed in 2 mL plastic tubes, and placed in a temperature-controlled water bath until the temperature reached 37℃ and 100℃, respectively, and held for 30 seconds. Physical properties were evaluated according to ISO Standard (ISO 6876:2012) for flow, film thickness, setting time, and solubility. In addition, the weight loss of the sealer due to heat application was evaluated using Thermal Gravimetric Analysis (TGA). For chemical properties, pH changes and Calcium ion release were evaluated using Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometer (ICP-OES). Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) was used to observe the chemical structure changes of the sealers, and a Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM) equipped with an Energy Dispersive X-ray Spectrometer (EDX) was used to evaluate the surface and component properties of the sealer upon thermal application. Statistical analysis was performed using SPSS software to evaluate the physicochemical properties of flow, film thickness, setting time, solubility, and Calcium ion release as a function of sealer type and heating temperature using One-Way ANOVA and Paired Sample T-test. In addition, the sphericity assumption was tested using Mauchly's test to evaluate the effect of the sealer on pH over time and assessed using Repeated Measures ANOVA. When evaluating the Flow of the sealers upon heat application, the Flow of AH Plus Bioceramic after heat application at 100℃ was significantly reduced compared to the results at 37℃ (p<0.05). In contrast, the Flow of BioRoot Flow, AH Plus did not show significant differences before and after heat application (p>0.05). BioRoot RCS was cured at 100℃, and Flow could not be measured. When evaluating the Film thickness of the sealers according to heat application of BioRoot RCS after heat application at 100℃ was significantly increased compared to the result at 37℃ (p<0.05). In contrast, the Film thickness of BioRoot Flow, AH Plus Bioceramic, and AH Plus did not show significant differences before and after heat application (p>0.05). When evaluating the Setting time of the sealers following heat application, the Setting time of BioRoot Flow, BioRoot RCS, AH Plus Bioceramic, and AH Plus after heat application at 100℃ was significantly reduced compared to the results at 37℃ (p<0.05). Solubility was evaluated using two immersion solutions, distilled water and Phosphate-Buffered Saline (PBS). In Distilled water and PBS, the Solubility of BioRoot RCS was significantly reduced after heat treatment to 100℃ compared to the results at 37℃ (p<0.05). In contrast, the Solubility of BioRoot Flow, AH Plus Bioceramic, and AH Plus did not show significant differences before and after heat treatment (p>0.05). Solubility among sealer groups was highest for BioRoot RCS under all conditions tested, followed by AH Plus Bioceramic, BioRoot Flow, and AH Plus (p<0.05). According to the ISO Standard (ISO 6876:2012), AH Plus complied with the solubility standard regardless of the heating temperature. In contrast, the CSBS BioRoot Flow, BioRoot RCS, and AH Plus Bioceramic exceeded the standard value of 3% recommended by the ISO Standard. Using a TGA to evaluate the weight loss of the sealers due to heat application, the highest mass loss was observed at 100℃, followed by BioRoot Flow, BioRoot RCS, AH Plus Bioceramic, and AH Plus. The pH change was evaluated in two immersion solutions, Distilled water and Hank's Balanced Salt Solution (HBSS), and CSBS remained alkaline in both distilled water and HBSS. When pH was measured in Distilled water on days 1 and 28 after the sealers were heat applied at 100℃, BioRoot RCS showed a significant decrease in pH (p<0.05), while BioRoot Flow, AH Plus Bioceramic, and AH Plus showed no significant difference in pH before and after heat application (p>0.05). When the sealers were heat applied at 100℃, the pH of BioRoot RCS, AH Plus Bioceramic, and BioRoot Flow decreased significantly on day 1 and day 28 as measured by HBSS (p<0.05). AH, Plus showed no significant difference in pH before and after heat application (p>0.05). When evaluating the Calcium ion release of the sealers, the calcium ion release of BioRoot Flow and BioRoot RCS at 100℃ was significantly reduced compared to the results at 37℃ (p<0.05). When evaluating the Calcium ion release among sealer groups, BioRoot RCS showed the highest calcium ion release, followed by BioRoot Flow, AH Plus Bioceramic, and AH Plus (p<0.05). FT-IR analysis showed that all the sealers tested were heat resistant within the temperature range used in this study, as no changes in chemical structure were observed upon exposure to high temperatures. SEM analysis showed significantly more porosity in CSBS than AH Plus, and changes in surface morphology occurred in BioRoot Flow and BioRoot RCS when the heat was applied. The above test results show that AH Plus is the most stable sealer in terms of physical properties, even at high temperatures, in compliance with ISO standards. Among the CSBS, BioRoot Flow showed relatively stable physical properties at high temperatures and maintained the most elevated pH over the 28 day test. AH Plus Bioceramic also exhibited physically stable properties along with BioRoot Flow after heat application but had higher solubility and the lowest pH of the CSBS compared to BioRoot Flow. BioRoot RCS showed the most elevated pH and highest calcium ion release 1 day after mixing. Still, caution should be exercised when using it as a thermal fill due to the potential for altered properties such as increased film thickness and decreased solubility, pH, and calcium ion release at elevated temperatures.