하이드록시애퍼타이트의 방향성과 상피집이 법랑질의 응력집중에 미치는 영향

Abstract

법랑질은 매우 높은 강도를 가진 생체 물질이며, 치아의 가장 윗부분에 위치하고 있다. 법랑질 내부는 미네랄 성분인 하이드록시애퍼타이트 다발들이 계층적인 구조를 이루고 있다. 이러한 법랑질의 구조적 형태는 치아에 강한 외력이 작용할 때 발생하는 충격이 치아를 구성하는 다른 조직으로 전달되는 것을 효과적으로 차단한다. 본 연구에서는 마이크로 관점에서의 법랑질의 계층적인 구조와 성분을 세밀하게 고려한 단위격자 모델을 생성하였고, 해석을 수행하였다. 특히, 기존 해석 연구에서 간과되었던 프리즘 막대 주위 상피집의 존재를 본 연구에서 고려함으로써 상피집의 유무에 따른 법랑질 단위격자 모델의 거동을 살펴보았다. 법랑질 내부 방향성에 따른 응력 분포를 가시화 하였을 때 외력이 가해지는 위치 및 방향에 따라 특정 지점에서 응력 집중 현상이 발생하는 것을 확인 하였다. 이 지점에서의 응력 값은 상피집이 있는 모델에서 단위격자 종단면에 수직으로 외력이 가해졌을 때 1.3%, 횡 단면에 수직으로 외력이 가해졌을 때 5.2%, 그리고 종단면에 전단력이 가해졌을 때 11.16% 감소하였다. 특히, 상피집의 물성을 변화시켰을 때의 최대 응력 감소 수치는 외력이 가해진 위치 및 방향에 따라 각각 4.6%, 62%, 67.91% 감소하였다. 따라서 상피집이 법랑질에 횡 방향으로의 외력 또는 종단면에서의 전단력이 가해졌을 때 큰 완충 역할을 하는 것을 알 수 있었다.