최성환 교수(연세치대 교정과)와 홍진기 교수(연세대 공과대학 화공생명공학과) 연구팀이 최근 투명교정장치 친환경 신소재를 개발했다.

연구팀에 따르면 의료용 소재는 성공적인 치료를 위해 인체 조직과 동일한 점탄성(Viscoelasticity)을 유지하면서도, 높은 힘을 견디고 유연성을 갖춰야 하며, 인체 미생물에 의한 오염에도 강해야 한다.

이 중 바이오플라스틱은 재활용과 생분해가 가능한 친환경적 특성으로 주목받고 있었으나, 의료용 소재로 활용될 만큼의 점탄성, 내구성, 유연성, 그리고 미생물 내성을 동시에 만족시키기에는 기술적 한계가 있었다. 이 가운데 기존 투명교정장치는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG) 등으로 제작돼 심미적으로 우수하지만, 치료를 위해서 한 환자당 평균 100~120개 정도의 장치를 각각 1주일 정도만 사용하고, 전량 폐기해야 하는 단점이 있었다.

이에 최성환, 홍진기 교수 연구팀은 누에고치에서 추출한 실크 피브로인을 이용한 친환경 바이오 플라스틱을 대안으로 제시했다. 아울러 이 신소재를 투명교정장치로 활용해 동물 실험에서 그 기능성을 검증했다.

새롭게 개발된 바이오플라스틱은 기존 PETG보다 치아이동을 위한 힘을 55.7% 더 효과적으로 발휘했다. 대표적 충치균인 스트렙토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)를 80% 감소시켰고, 치아 주위 세균성 바이오필름의 주된 세균인 베일로넬라(Veillonella atypica)와 엔테로코쿠스 파이칼리스(Enterococcus faecalis)의 발생 또한 90% 이상 감소시켰다. 또한, 사용된 실크를 72%까지 재추출해 새로운 장치를 제작할 수 있었다.

최성환 교수는 “아직 개선해야 할 많은 한계점이 있으나 새롭게 개발된 바이오플라스틱을 더욱 발전시킬 수만 있다면 실제 임상에서 사용 가능한 환경 친화적인 투명교정장치 개발에 중요한 전환점이 될 것”이라고 말했다. 

이번 연구는 한국연구재단(NRF), 과학기술정보통신부(MSIT), 국방기술진흥연구소(KRIT), 교육부, 산업통상자원부(MOTIE), 연세대의 지원을 받아 진행됐으며, 연구 결과는 재료 과학 분야의 국제 최고 권위 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 14.7)’에 게재됐다.