방석호 교수팀, 환자 맞춤형 인공 보철물을 위한 지르코니아 3D 프린팅 기술 연구 발표

화학공학/고분자공학부 방석호 교수 연구팀이 경희대학교 유태경 교수, (주)쓰리디컨트롤즈 장경준 박사 공동 연구팀과 함께 지르코니아 기반 3D 프린팅 기술의 임상적 적용 가능성을 다룬 종합 서평(Review) 논문을 발표했다고 밝혔다.

손상된 뼈나 치아를 대체하는 인공 보철물을 만드는 기존 방식은 덩어리 형태의 재료를 깎아내는 방식이 주로 사용되었다. 하지만 이 방식은 재료의 손실이 크고, 환자마다 다른 복잡한 입체 구조를 오차 없이 정밀하게 만드는 데 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결할 핵심 대안으로 ‘지르코니아 기반 3D 프린팅’ 기술에 주목했다. 지르코니아는 충격에 견디는 힘이 매우 뛰어나고 인체에 해가 없는 대표적인 의료용 세라믹 소재다.

공동 연구팀은 지르코니아를 활용해 환자의 몸에 딱 맞는 맞춤형 구조를 정밀하게 찍어내는 3D 프린팅 기술의 장점을 체계적으로 정리했다. 특히 세라믹 소재로 3D 프린팅을 진행할 때 빛이 흩어지는 현상이나, 열을 가해 형태를 잡는 과정에서 발생하는 미세한 결함을 줄이기 위한 실질적인 공정 해결책을 제시했다. 아울러 뼈 조직과 잘 결합하고 가해지는 힘을 균등하게 분산시키는 첨단 입체 구조 설계 기법도 다각도로 분석했다.

연구팀은 실험실 수준의 연구를 넘어 실제 병원에서 환자 치료에 안전하게 쓰이기 위해서는 공정의 표준화와 제품의 일관된 품질 확보, 그리고 장기간 사용 시의 내구성 검증이 필수적이라고 강조했다. 이번 연구는 기초 세라믹 공학 원리부터 첨단 의료 장비 적용까지를 하나의 흐름으로 명쾌하게 연결해 낸 연구로 평가받는다.

방석호 교수는 “이번 연구는 지르코니아 3D 프린팅을 통한 환자 맞춤형 의료기기 제조의 가능성을 종합적으로 제시한 연구”라며 “소재 제어부터 공정 최적화까지의 표준화 기준을 정립하여 실제 임상 현장에서 활용될 수 있는 고품질 인공 보철물 상용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편, 이번 다기관 공동 연구에는 본교 이동현 박사후연구원과 경희대 이혜인 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, (주)쓰리디컨트롤즈 장경준 박사, 경희대 유태경 교수, 화학공학/고분자공학부 방석호 교수가 공동 교신저자로 이름을 올렸다. 연구 결과는 학술지 인용 보고서(JCR) 상위 0.2%에 속하는 화학 분야 최고 권위 학술지인 ‘케미컬 리뷰스(Chemical Reviews, IF: 64.2)’에 게재되었다.

※ 논문명: Development and Prospects of Zirconia 3D Printing for Artificial Prosthesis Applications

※ 학술지: Chemical Reviews

※ 논문링크: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5c00650