오슬로(Osslo Inc.) 박형석 대표가 개발한 세계 최초의 귀금속 백금족 팔라듐을 기반한 Pd-Ag-In 합금의 안정화 기술이 세계 치과의사들의 관심을 고조시키고있다.
최근 금값은 많이 오른 상태고 앞으로도 내릴 기미는 보이지 않는다. 그렇다고 치과에서 환자에게 가격이 싼 비 귀금속(산소와 잘 반응하는 금속)의 중금속(몸에서 배출되지 않으며 해로운 금속)인 니켈을 이용한 합금이 좋다고만 할 수는 없다. 환자부담을 줄이면서 금합금 만큼 인체에 안전하고 니켈합금만큼은 아니지만 금합금보다 충분히 저렴한 치과용 합금이 필요하다는 요구는 오랫동안 전 세계 치과 의료계의 화두였다.
구강 내 사용될 합금 소재는 구강내의 전기, 열, 화학, 압력 등의 에너지 환경에서도 오랫동안 사용되기 위해서는 여러가지 물리, 화학적 성질이 요구된다. 강도와 경도가 너무 강해서도, 너무 약해서도 안 된다. 이러한 물리, 화학적 특성에 적합한 금속은 인류가 구강 내에 2,000여년 전 부터 사용하였다고 하는 귀금속의 황금이다.
금(Au)이 치과 보철용 합금소재로서 오래도록 사랑 받았던 이유는 쉽게 부식되지 않는 귀금속(산소와 잘 반응하지 않는 금속)의 특성과 음식의 섭취과정에서 교합압(아랫이와 윗이와의 충돌로 발생하는 압력)을 완화할 수 있는 충분한 연전성을 가졌기 때문이다. 다만, 금의 너무 높은 연전성의 단점을 보완하기 위해 은(Ag)과 구리(Cu)를 혼합하여 금합금(금은동합금)으로 사용되고 있다. 이 합금은 치아 모양에 맞게 가공해도 녹(부식)과 변색이 없고, 음식물을 씹는 압력에 적절한 강도와 경도를 가진 장점이 있으나 비싼 가격이 단점이다.
완벽한 치과 보철소재로서의 백금을 원료로 한 합금기술, 안전성, 긴 수명, 가격 등을 모두 충족
일본이 2차 세계대전 때 금을 전쟁자금으로 사용하기 위해 치과 치료에 사용되는 금의 소비를 줄일 목적으로 개발하여 지금까지도 가장 대중적으로 사용되는 치과용 합금 소재인 니켈은 여느 비귀금속에 비해 부식이 적고 저렴하다. 하지만 치과금속의 3대 중금속에 속하여 금속환경으로서 최악인 구강 내에서 안전성을 장담할 수 없는데다 설치 부위가 넓을수록 쇠 맛이 느껴지며 니켈에 민감한 환자에게는 잇몸 세포를 자극하고 알레르기를 일으켜 구강건강에 좋지 않은 결과를 초래한다.
이에 따라 유럽 각국(니켈합금의 사용금지), 일본(팔라듐합금을 의료보험화) 등의 선진국은 국가차원에서 가능한 사용을 하지 않도록 정부정책을 수립해 오고 있다. 하지만, 니켈합금의 소비를 감소시키는 것은 금합금의 소비를 증가시키는 결과를 가져오며, 이는 환자의 부담을 가중시킨다. 금보다 저렴하고 구강 내에서 보다 안전한 귀금속 백금족 팔라듐합금의 필요성은 몇 십년간 부각되어 왔다. 이리하여 백금족 팔라듐 합금기술의 개발을 위한 노력은 70여년의 과정을 거쳐 왔지만 강도, 변색, 열팽창, 주조성 등의 문제를 박형석 대표 이전까지는 완벽하게 극복하지 못하였다.
이러한 백금계 합금 개발 시초는 히틀러 시대의 금속학자들이었다. 일본이 2차 세계대전 당시 금의 치과용 소재의 대체로서 니켈을 연구하였듯이, 독일의 히틀러 또한 동일한 목적으로 귀금속 백금족 팔라듐(Pd)을 이용한 합금개발을 진행했었다. 하지만, 히틀러의 금속학자들과 치과 의료진들은 소재 합성과 생체실험을 거듭했으나 성과를 거두지 못했고, 승전국인 미국이 연구를 이어받아, 이후 1970년대 당시의 금값 폭등에 대체할 치과용합금소재로서 백금족 팔라듐합금을 연구하기 시작한 이후, 70년대 후반부터 치아 내에 비교적 안정적으로 장착할 수는 있었지만 적변 현상과 낮은 강도 등으로 인하여 시술 받은 이들의 거부감이 심했다.
또한 미국의 합금 회사 젠센사가 80년대 중반 새롭게 Pd-Ag합금을 기반한 전혀 다른 합금베이스를 출시하여 전 세계에 판매되었으며, 현재도 사용되고 있는 소재가 되어있다. 하지만 일부는 아직도, ISO(치과용 합금 소재의 세계 통합기준)에 부적합 판정을 받았을 뿐 아니라 모든 이전의 베이스들은 캐스팅 크라운 시술 및 낮은 강도 등의 특성으로 한계를 가지고 있었으며, 현재도 Pd-Ag-In 베이스 합금의 한계를 극복하지 못하고 개발 당시인 80년대 기술 수준에서 크게 나아지지 못했다.
게다가 한국의 치과 합금 기술은 해외의 기술을 답습하는 형식이었으나, 이제는 한국에서도 개발의 시초였던 히틀러의 금속학자들이 완성하지 못한 Pd-Ag-In베이스 치과용 합금을 안정화 시켜, 현존하는 합금 기술 중 인체에 안전성과 긴 수명, 가격 경쟁력까지 갖춘 기술을 보유하게 되었다.
세계 최초 ’황(sulfur) 제어 금속학’ 이론을 완성한 백금 합금 기술로 경제적.안전성 소재의 완성
치과치료는 한 번의 시술로 치아 건강을 좌우하고 더욱이 재시술시 자연 치아에 좋지 않은 영향을 주기에 소재 선택에 신중해야 한다. 자연치아와 동일한 색상을 내는 심미보철 치료에 사용되는 세라믹 소재의 사용은 파절 위험이 높아, 사용기간이 짧으며, 경도가 자연치아보다 높아 대합치(상하 상대치아)에는 좋지 않다.
이를 보완하기 위해 15여년간 독일, 일본, 미국 등의 치과재료학자들이 무기화합물과 유기화합물을 결합하여 자연치아의 충격완화기능과 강한 파절강도 성능, 쉬운 기공작업과 구강 내 보수가 가능한 뉴세라진(복합유기무기화합물)을 개발해 완성하였다.
하지만 그와 결합되어야할 합금을 완성하지 못하여 구강 내 적용이 미진했었다. 이러한 뉴세라진과 합금간 화학적 결합을 하도록 하며, 충분한 강도를 지닌 제품이 ‘오슬로 캐스팅크라운’이다. 우수한 기술을 가진 그들이 그 복잡한 유기무기화합물을 개발하면서 어찌하여 그와 결합될 합금을 개발하지 못하였는지 아이러니하지만, 어쨌든 대한민국의 치과용 합금 소재전문기업인 ㈜인선M&Dt의 박형석 대표가 치과치료의 창조적 신화의 장을 열었다고 해도 과언은 아니다.
또한 팔라듐(Pd)은 액체 상태에서 한 개의 분자가 수소 800개와 결합함으로써, 주조성능에 단점을 가져와 치과용 보철소재로서 사용이 까다롭다. 이러한 단점을 극복할 수 있는 유일한 방법은 Pd-Ag 베이스 내에 In의 첨가이다. 하지만 In의 첨가는 다시 강도의 감소, 흡착변색, 열팽창의 증가, 편석현상, 알러지의 발생 등의 문제를 다시 야기한다.
이러한 문제의 극복이 70여년간 극복되지 못한 치과금속학의 난제였다. 하지만, 박형석 대표는 “이러한 문제를 식약청허가, 3년간의 일반치과 임상 및 2년간의 서울대보철과 임상, 특허 3건을 기반한 ‘오슬로캐스팅크라운’과 ‘오슬로세라믹크라운’을 통하여 극복되었다”고 말한다.
박형석 대표는 이러한 기술을 완성하기까지 목표를 정한 2005년부터 시작하여 임상을 마무리한 2013년까지 9년이라는 기간 동안 수많은 어려움이 있었다고 한다. 자금상의 한계, 밤샘연구로 인한 체력의 한계 등, 하지만 가장 어려웠던 것은 금속학적 이론이나 논문이 존재하지 않아, 스스로 그 답을 찾아야 했던 점과 6년이라는 기간을 통해 완성한 기술을 식약청허가까지 받았지만, 알아보는 이가 없어, 3년이란 세월을 다시 임상과정을 위해 보내야 했던 시간이라고 한다. 이제는 국내 및 세계의 의료계가 하나 둘 손을 내밀기 시작하였다. 그의 집념으로 시작부터 완성까지 9년 만에 빛을 보게 되었다.
