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KR101283780B1 - 타이타늄 임플란트 및 그의 제조 방법 - Google Patents

타이타늄 임플란트 및 그의 제조 방법 Download PDF

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KR101283780B1
KR101283780B1 KR1020110119694A KR20110119694A KR101283780B1 KR 101283780 B1 KR101283780 B1 KR 101283780B1 KR 1020110119694 A KR1020110119694 A KR 1020110119694A KR 20110119694 A KR20110119694 A KR 20110119694A KR 101283780 B1 KR101283780 B1 KR 101283780B1
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washing
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이민호
박형호
박일송
이유리
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전북대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 타이타늄 임플란트 및 그의 제조방법에 의해 제조된 임플란트에 관한 발명이다. 구체적으로는 양극산화단계에 의해 나노튜브 층이 형성된 타이타늄 임플란트를 제1인산수소나트륨(NaH2PO4) 수용액, 제2인산수소나트륨(Na2HPO4) 수용액 또는 제1인산암모늄 수용액((NH4)H2PO4)에 제 1 침적한다. 그 후 상기 임플란트를 다시 Ca(OH)2 포화수용액에 제 2 침적한다. 상기 제 1침적과 제 2 침적을 반복하여 행한다. 이러한 제1 침적과 제 2 침적을 거친 나노튜브 층이 형성된 타이타늄 임플란트는 수산화인회석(HA, hydroxyapatite)의 생성을 촉진하여 골유착성이 증진되고 생체적합성이 향상된 임플란트가 제공된다.

Description

타이타늄 임플란트 및 그의 제조 방법{Titanium implant and preparation method thereof}
본 발명은 타이타늄 임플란트 및 그의 제조방법에 관한 발명이다.
임플란트는 생체 내에 매식되어 소기의 기능을 발휘하는 생체 매식용 의료기구이다. 따라서 임플란트는 반복되는 하중 및 순간적인 압력에도 견딜 수 있는 기계적 강도를 지니고 있어야 함은 물론, 생체 친화성(biocompatibility), 화학적 적합성(chemical compatibility) 등의 조건을 만족해야 한다.
따라서 임플란트 재료 중 현재 가장 많이 사용되고 있는 재료는 생체적합성이 뛰어난 타이타늄과 일부의 타이타늄 합금 등이다. 타이타늄은 비중이 낮아서 다른 금속재료에 비해 상대적으로 가볍지만 다른 금속과의 합금으로 제조되거나 적절한 처리과정을 거치면 강도가 향상될 수 있고 또한 공기 중이나 수중에서 매우 치밀하고 재형성 능력이 뛰어난 부동태 산화 피막을 형성하여 매우 큰 부식저항성을 갖는다. 또한, 골 내에 매식되었을 때 골과의 유착(osteointegration)이 일어나는 장점이 있으므로 현재 임플란트 소재로서 가장 널리 사용되고 있다.
그러나 대기 중에서 자연적으로 생성된 산화 피막층은 두께가 지나치게 얇고 치밀하지 못하여 공식(pitting corrosion) 등이 발생하기 쉬운 단점이 있다. 이와 같은 이유로 타이타늄 임플란트의 표면에 치밀한 부동태 피막을 형성함과 함께 골과의 결합 촉진 및 응력분산을 유도하기 위하여 다양한 표면 처리 방법이 도입되고 있다.
기계적인 유지력의 증진을 위해 나사선의 형성, 샌드 블라스팅(sand blasting) 처리, 전기화학적 산화 등이 행해지고, 내식성이 우수한 피막층 형성과 함께 골과의 결합특성을 개선하기 위하여 양극산화, 플라즈마 용사, 알카리 처리, 이온 주입 등의 표면처리가 행해지고 있다.
이중 양극산화처리에 의해서 이산화티타늄 나노튜브 구조의 피막층을 형성하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 방법은 전해질 수용액 중에서 타이타늄을 전기화학적으로 처리하여 타이타늄 표면에 완전하게 자기정렬 형태를 갖춘 치밀한 이산화티타늄 나노튜브층을 형성하는 방법으로서, 표면형상에 관계없이 균일한 두께의 산화피막층을 얻을 수 있고, 전압과 전류, 전해질 조성 및 pH 등의 인자를 조절함으로써 나노튜브의 길이와 직경을 어느 범위에서 조절할 수 있을 뿐만 아니라 경제적인 장점도 갖추고 있다.
그리하여 최근에는 이러한 나노튜브 층에 생체활성을 부여하고 골유착을 더욱 촉진하는 효과가 부여될 수 있도록 하려는 연구가 활발하다.
본 발명에 따른 타이타늄 임플란트 및 그의 제조방법에 의해 제조된 타이타늄 임플란트를 생체에 매식하게 되면, 표면에 코팅된 인산칼슘이 매개가 되어 수산화인회석(HA, Hydroxyapatite) 생성을 가속화함으로써 골유착을 촉진하고 생체적합성이 더욱 개선된 임플란트를 제공하게 된다.
본 발명에 따른 타이타늄 임플란트는 타이타늄 소재의 임플란트 바디와 상기 임플란트 바디의 표면에 형성된 수산화 인회석 코팅층 및 상기 임플란트 바디의 표면의 타이타늄이 산화되어 이산화티타늄(TiO2) 나노튜브 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 이산화티타늄 나노튜브 층 상에 형성된 인산칼슘층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 타이타늄 임플란트는 타이타늄 소재의 임플란트 바디와 상기 임플란트 바디의 표면의 타이타늄이 산화되어 이산화티타늄(TiO2) 나노튜브 층 및 상기 이산화티타늄 나노튜브 층 상에 형성된 인산칼슘층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 임플란트 바디의 표면에 형성된 수산화 인회석 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 타이타늄 소재가 타이타늄 합금인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 타이타늄 임플란트 제조방법은 타이타늄(Ti) 또는 타이타늄 합금 소재의 임플란트 바디의 표면을 산화시킴으로써, 임플란트 바디의 표면에 이산화타이타늄(TiO2) 나노튜브 층을 형성하는 단계 및 상기 이산화타이타늄(TiO2) 나노튜브가 표면에 형성된 임플란트 바디의 표면에 인산 칼슘 층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한 상기 이산화타이타늄(TiO2) 나노튜브 형성 전에 상기 임플란트 바디에 RBM(Resorbable blasted media) 처리 또는 SLA(Sandblast Large grit Acid etch) 처리를 하는 것을 포함한다.
또한 상기 인산칼슘을 형성하는 단계는 나노튜브를 형성하는 단계를 거친 임플란트를 제1인산수소나트륨(NaH2PO4) 수용액, 제2인산수소나트륨(Na2HPO4) 수용액 또는 제1인산암모늄 수용액((NH4)H2PO4)으로 이루어지는 군 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 수용액에 침적하는 제 1 침적 단계와 상기 제 1 침적 단계를 거친 임플란트를 증류수로 세척하는 제 1 세척 단계와 상기 제 1세척 단계를 거친 임플란트를 Ca(OH)2 포화수용액에 침적하는 제 2 침적 단계와 상기 제 2 침적 단계를 거친 임플란트를 증류수로 세척하는 제 2 세척 단계 및 상기 제 2 세척 단계를 거친 임플란트를 상기 단계들로 반복하는 단계를 포함한다.
또한 상기 인산칼슘을 형성하는 단계는 상기 제 1세척 단계를 거친 임플란트를 Ca(OH)2 포화수용액에 침적하는 제 1침적 단계와 상기 제 1 침적 단계를 거친 임플란트를 증류수로 세척하는 제 1 세척 단계와 나노튜브를 형성하는 단계를 거친 임플란트를 제1인산수소나트륨(NaH2PO4) 수용액, 제2인산수소나트륨(Na2HPO4) 수용액 또는 제1인산암모늄 수용액((NH4)H2PO4)으로 이루어지는 군 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 수용액에 침적하는 제 2 침적 단계와 상기 제 2 침적 단계를 거친 임플란트를 증류수로 세척하는 제 2 세척 단계 및 상기 제 2 세척 단계를 거친 임플란트를 상기 단계들로 반복하는 단계를 포함한다.
또한 상기 제1인산수소나트륨(NaH2PO4) 수용액, 제2인산수소나트륨(Na2HPO4) 수용액 또는 제1인산암모늄 수용액((NH4)H2PO4)의 농도는 0.01 내지 0.5M인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 타이타늄 임플란트는 골유착을 촉진하고 생체적합성이 향상된 타이타늄 임플란트이다.
또한, 본 발명에 따른 타이타늄 임플란트를 제조하는 방법은 골유착을 촉진하고 생체적합성이 향상된 타이타늄 임플란트를 제조하는 방법이다.
도 1은 본 발명에 따른 타이타늄 임플란트의 FE-SEM 사진이다.
도 2a는 실시예에서 사용한 타이타늄 임플란트의 기계가공한 표면을 × 2천배의 배율로 관찰한 FE-SEM 사진이다.
도 2b는 실시예에서 시행한 수산화인회석(HA, hydroxyapatite) 코팅 처리한 타이타늄 임플란트의 표면을 × 2천배의 배율로 관찰한 FE-SEM 사진이다.
도 3a는 실시예에서 시행한 양극산화단계 처리 후 표면을 × 5천배의 배율로 관찰한 FE-SEM 사진이다.
도 4a 내지 도 4b는 실시예에서 시행한 양극산화 처리 후 표면에 생성된 나노튜브층을 파괴시켜 튜브 형상을 × 10만배의 배율로 관찰한 사진이다.
도 5a는 비교예 1의 표면을 × 5천배로 관찰한 FE-SEM 사진이고, 도5b는 도 5a의 A점을 × 5만배로 관찰한 FE-SEM 사진이다.
도 6a는 실시예의 표면을 × 5천배로 관찰한 FE-SEM 사진이고, 도 6b는 도 6a의 B점을 × 5만배로 관찰한 FE-SEM 사진이다.
도 7은 실시예와 비교예 2의 임플란트를 제거할 때 그 회전력을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8a는 비교예 2에 따른 임플란트를 제거한 후 이러한 임플란트 시편의 표면을 FE-SEM으로 관찰한 사진이고, 도 8b는 실시예에 따른 임플란트를 제거한 후 이러한 임플란트 시편의 표면을 FE-SEM으로 관찰한 사진이다.
이에 본 발명자들은 상기 종래기술을 향상시키기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 양극산화에 의해 임플란트 표면에 이산화티타늄 나노튜브 층을 형성한 후 석회화 반복 처리를 통해 인산칼슘층을 형성하는 단계를 시행하였다. 이러한 방법으로 제조된 임플란트를 생체에 매식하게 되면 석회화 반복 처리 단계에 의해 형성된 인산칼슘층이 매개가 되어 수산화인회석(HA, Hydroxyapatite)를 생성하게 되고, 이로 인해 골유착이 촉진되며 생체 적합성이 더욱 향상되는 것을 확인하여, 타이타늄 임플란트 및 그의 제조방법에 의해 제조된 임플란트에 관한 본 발명을 완성하였다.
구체적으로 본 발명은 먼저 양극산화단계를 수행하는데, 양극산화 단계 전에 골과의 접촉면적을 보다 높이기 위해 RBM(Resorbable blasted media) 처리 또는 SLA(Sandblast Large grit Acid etch) 처리가 포함 될 수 있다. 또한 양극산화 단계 전에 혹시라도 있을 수 있는 산화막을 제거하기 위해 산세처리가 포함 될 수 있다. 이러한 양극산화단계는 불화 암모늄과 물을 함유하는 글리세롤 용액을 전해질 수용액으로 하여 수행된다. 이때, 양극은 이산화티타늄(TiO2) 나노튜브층이 형성될 임플란트의 재료 즉, 타이타늄 또는 타이타늄 합금으로 하고, 음극은 백금, 텅스텐 및 은으로 이루어진 군 중에서 선택된 어느 하나를 사용한다.
상기 양극산화단계에 의해 형성된 이산화티타늄 나노튜브층에 인산칼슘을 코팅하기 위해 제1인산수소나트륨 수용액, 제2인산수소나트륨 수용액 또는 제1인산암모늄 수용액으로 이루어지는 군 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상과 수산화칼슘 포화수용액을 사용하여 석회화 반복 처리 단계를 시행한다.
상기 양극산화단계에서 불화암모늄의 양은 바람직하게는 0.3~2 중량부가 바람직하고, 상기 물의 양은 10~30 중량부가 바람직하다. 상기 불화암모늄의 농도가 0.3 중량부 미만이거나 2 중량부 이상이면 나노튜브 구조가 불완전해진다. 상기 물의 양이 10 중량부 미만이거나 30 중량부 이상이 되면 임플란트 표면에 생성된 나노튜브의 길이가 지나치게 길어져서 임플란트의 준비와 식립 과정에서 손상이 일어날 수 있다.
또한 양극산화 단계의 반응 조건은 정전압 정전류 모드에서 진행되며, 전류밀도는 5 내지 50mA/㎠의 일정한 전류밀도로 최종전압은 10~50V에 이르도록 하고, 최종전압 조건은 10분 내지 2시간 동안 유지하도록 한다.
또한 상기 양극산화단계에서 양극으로 사용되는 타이타늄 또는 타이타늄 합금은 CNC(Computeried Numerical Control)선반에 의한 기계가공이 용이할 뿐만 아니라, 다른 금속에 비해 상대적으로 가벼우며, 다른 금속과의 합금으로 제조되거나 적절한 처리과정을 거치면 강도가 향상될 수 있다. 또한, 공기 중이나 수중에서
매우 치밀하고 재형성능력이 뛰어난 부동태 산화피막층을 형성하여 매우 큰 부식저항성을 가지며, 골 내에 매식되었을 때 골유착(osteointegration)성이 높아 골과의 결합이 잘 일어나는 장점이 있어 바람직하다. 한편, 타이타늄 합금으로는 Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-15Mo, Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr 또는 Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr으로 이루어진 군중에서 선택된 어느 하나를 사용 할 수 있다.
또한 상기 양극산화단계에 있어서, 상기 전해질 용액에 정전류 조건에서 정전압을 흘려주면 인가 전압에 상응하는 두께의 얇은 산화피막층이 형성된다. 그 후 전해질 용액에 포함되어 있는 가용성 불소화합물에서 유리된 불소 이온의 분해작용으로 표면이 활성화되면서 다수의 공극(pore)들이 생성되고, 이후 전류의 소폭 상승과 공극들 상호간의 간섭으로 인해 전류를 동등하게 공유하면서 평형상태에서 높은 자기정렬 형태를 갖춘 치밀한 구조의 나노튜브로 성장한다.
상기 석회화 반복 처리 단계는 제1인산수소나트륨(NaH2PO4) 수용액, 제2인산수소나트륨(Na2HPO4) 수용액 또는 제1인산암모늄 수용액((NH4)H2PO4)으로 이루어지는 군 중에서 선택된 하나의 수용액에 상기 양극산화단계에 의해 이산화티타늄 나노튜브 층이 형성된 임플란트를 10 내지 60초간 제 1침적한 후 상기 임플란트를 다시 증류수에 5 내지 30초 동안 제 1 세척한다. 그 후 상기 임플란트를 다시 Ca(OH)2 포화수용액에 10 내지 60초간 제 2침적한 후 상기 임플란트를 다시 증류수에 5 내지 30초간 제 2세척한다. 그 후 제 1침적, 제 1세척, 세2 침적, 제 2세척의 순서로 상기 과정을 반복하여 시행한다. 상기 석회화 반복 처리 시 상기 제 1 침적과 상기 제 2 침적의 순서는 바뀔 수도 있다.
상기 석회화 반복 처리 단계에서 제1인산수소나트륨(NaH2PO4) 수용액, 제2인산수소나트륨(Na2HPO4) 수용액 또는 제1인산암모늄 수용액((NH4)H2PO4)의 농도는 0.01-0.5 M이 바람직하다. 상기 제1인산수소나트륨(NaH2PO4) 수용액, 제2인산수소나트륨(Na2HPO4) 수용액 또는 제1인산암모늄 수용액((NH4)H2PO4)의 농도가 0.01 M 이하 이거나 0.5 M 이상이 되면 임플란트 표면에 인산칼슘이 과도하게 생성되어 이산화티타늄 나노튜브 층이 TiO2 층에 너무 두껍게 코팅되거나 치밀하게 결합되지 못해서 임플란트 식립 과정시 손상이 일어날 수 있다.
또한 상기 석회화 반복 처리 단계에서 제1인산수소나트륨(NaH2PO4)수용액, 제2인산수소나트륨(Na2HPO4) 수용액 또는 제1인산암모늄 수용액((NH4)H2PO4)으로 이루어지는 군 중에서 선택된 하나의 수용액과 Ca(OH)2 포화수용액의 온도는 50-90℃를 유지하며, 상기 석회화 반복 처리 단계에서 상기 과정의 반복은 10 내지 100회의 범위에서 실시한다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 :
골과의 접촉 면적을 보다 넓히기 위해 임플란트에 양극산화 처리 전에 수산화인회석(HA, hydroxyapatite) 코팅을 실시한다. 수산화인회석(HA, hydroxyapatite) 코팅을 위해 직경 2 mm Ⅹ 길이 4 mm의 타이타늄 임플란트 30개를 준비한 다음 생체흡수성의 평균입경 100-150㎛와 90㎛ 이하의 비율이 50:50 중량부가 되도록 혼합 수산화인회석(HA, hydroxyapatite) 분말을 4기압의 압력에서 분사처리 하였다. 이후 혹시라도 있을 수 있는 산화막을 제거하기 위해 20% HNO3 수용액으로 10분간 산세처리 한 다음 아세톤과 알코올 용액에서 각각 5분간 초음파 세척하여 건조하였다. 그 후 HNO3, HF, H2O를 12:7:81의 중량부로 혼합한 용액에서 10초 동안 다시 산세처리 하였다.
그 후 양극산화 단계로서 DC 정전원 장치의 양극과 음극에 각각 준비한 임플란트 시편과 백금판을 연결하였다. 두 전극이 약 20㎜ 떨어진 위치에서 서로 마주하도록 전해질 용액 중에 위치시켰다. 그 후 20㎃/㎠의 전류밀도 조건에서 전압을 20V까지 올린 후 정전압 조건에서 1시간 동안 유지하였다. 전해질 용액은 글리세롤 79g과 이에 대한 20중량부 3차 증류수와 1중량부의 NH4F를 혼합하여 준비하였다.
그 후 석회화 반복 처리를 위해 100 mL의 0.05M NaH2PO4수용액을 준비하여 온도를80℃가 되도록 유지하였으며, 100 mL 부피의 Ca(OH)2포화 수용액을 준비하여 온도를 100℃가 되도록 유지하였다. 그 후 석회화 반복 처리 단계는 먼저 80℃의 0.05M NaH2PO4수용액에 1분간 제 1 침적하였다. 그 후 25℃의 탈 이온수에 5초간 제 1 세척한다. 그 후 100℃의 Ca(OH)2의 포화수용액에 1분간 제 2 침적하였다. 그 후 25℃의 탈 이온수에 5초간 제 2 세척하였다. 이러한 석회화 반복 처리 단계는 상기 과정을 20회 반복하여 실시하였다.
그 후 양극산화 단계를 통해 형성된 이산화티타늄(TiO2) 나노튜브 층의 구조적 안정화 및 석회화 반복 처리 단계를 거친 임플란트 표면의 불순물을 제거하기 위해 임플란트를 전기로 (Ajeon Industrial Co, Ltd, Korea) 에 넣고 승온속도를 10 ℃/min으로 하여 500℃까지 올린 다음 2시간 동안 유지하였다.
비교예 :
비교예 1
0.05M NaH2PO4 수용액과 Ca(OH)2 포화수용액을 준비한 다음 임플란트를 실시예와 같이 동일한 시간 동안 침적하되, 석회화 처리 단계를 반복하지는 않았으며, 나머지 단계는 실시예의 경우와 동일하게 수행하였다.
비교예 2
임플란트를 상기 실시예에서 수행한 양극산화단계 및 석회화 반복 처리 단계를 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예와 같이 수산화인회석(HA, Hydroxyapatite) 코팅 및 산세처리와 동일한 방법을 통하여 그 표면을 처리하였다.
실험예 :
< 실험예 1> 실시예와 비교예 1의 수산화인회석 ( HA , Hydroxyapatite ) 석출 여부에 따른 생체활성도 비교 실험
석회화 반복 처리 단계 시행 유무에 따른 수산화인회석(Hydroxyapatite, HA)의 석출 양상 및 이에 따른 생체적합성을 비교하기 위하여 실시예와 비교예 1에 따른 임플란트를 가지고 아래의 실험을 수행하여 비교하였다.
구체적으로는 생체적합성을 조사하기 위해 pH와 무기이온의 농도를 인간의 혈장과 유사한 농도로 조절한 용액(simulated body fluid: SBF)에 3일간 침적한 다음 수산화인회석(HA, hydroxyapatite)의 석출 양상을 조사하였다. 모든 시편은 120℃에서 20분 동안 고압멸균처리한 다음 SBF에 침적하였으며, 37℃, 5% CO2 분위기 배양기에서 5일간 유지하였다. SBF는 Hanks 용액(H2387, Sigma Chemical Co, USA)에 칼슘 클로라이드 디하이드레이트(calcium chloride dehydrate) 0.185 g/L, 마그네슘 설페이트(magnesium sulfate) 0.09767 g/L, 소디움 하이드로젠 카르보네이트(sodium hydrogen carbonate) 0.350 g/L를 첨가하여 제조하였으며, 1N HCl 수용액을 사용하여 pH를 7.4로 조절하였다.
아래 표 1은 본 실험에 따른 비교예 1과 실시예 1의 표면에 대한 EDS(energy dispersive spectroscopy) 분석 결과이다.
Figure 112011090664315-pat00001
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 뼈의 기본 성분인Ca와 P의 농도는 비교예 1에 비해 실시예 1에서 크게 증가된 결과를 보였다.
또한 이러한 실험을 수행한 뒤의 실시예와 비교예 1에 따른 임플란트를 전계방사주사전자현미경 (Field Emission Scanning Electron Microscope: FE-SEM, S800, Hitachi, Japan)을 통해 관찰하였다.
도 5a는 비교예 1의 표면을 × 5천배로 관찰한 FE-SEM 사진이고, 도5b는 도 5a의 A점을 × 5만배로 관찰한 FE-SEM 사진으로서, 비교예 1에서는 기지의 이산화티타늄 나노튜브 층이 관찰될 뿐 뚜렷한 수산화인회석(HA, hydroxyapatite)의 석출 양상은 관찰되지 않았다.
반면에 도 6a는 실시예의 표면을 × 5천배로 관찰한 FE-SEM 사진이고, 도 6b는 도 6a의 B점을 × 5만배로 관찰한 FE-SEM 사진으로서, 실시예에서는 수산인회석(HA, hydroxyapatite)의 석출 초기에 나타나는 돌기상의 구조가 전체 표면에 걸쳐서 생성된 양상이 관찰되었다.
그러므로 이러한 결과로 볼 때 석회화 반복 처리 단계를 실시한 실시예의 경우는 비교예 1에 비해 수산화인회석(Hydroxyapatite, HA)을 임플란트 표면에 생성시키는 효과가 있음을 알 수 있었다. 그러므로 실시예의 경우가 비교예 1의 경우보다 생체적합성이 높다는 사실을 알 수 있었다.
< 실험예 2> 실시예와 비교예 2의 임플란트 매식 후 제거시 회전력 ( Torque ) 측정을 통한 골유착성 비교 실험
실시예에 따라서 준비한 임플란트 8개를 가지고 골과의 결합능을 시험하기 위해 4마리의 쥐(rat)의 양쪽 경골 골간(tibia diaphysis)의 원심쪽에 식립하였다. 케타민(ketamine)과 자일라진(xylazine)을 각각 80~100 ㎎/㎏과 10~20 ㎎/㎏ 주사하여 전신마취를 시행하고, 에피네프린(epinephrine, 1:100,000)이 첨가된 2% 리도카인(lidocaine)으로 수술 부위의 부가적인 국소마취를 시행하였다. 해당 수술 부위의 털을 면도하여 제거하고 베타딘 스크럽(betadine scrub)을 사용하여 소독한 다음 전층판막으로 거상하였다. 임플란트 매식 부위를 직경 1.5 ㎜ 수술용 드릴로 깊이 4 ㎜까지 관통하고서 임플란트를 식립하였다. 임플란트 식립 후 연조직을 흡수성 봉합사로 봉합하고 아모사실린(amoxicillin) 항생제를 경구내로 1 ㎖/㎏ 투약하였다. 4주가 경과하였을 때 시험동물을 희생시킨 후 0.1 N㎝의 정밀도를 갖는 디지털 토크 게이지(9810P, Aikoh Engineering Co, Japan)를 사용하여 임플란트를 제거할 때의 회전력(torque)를 측정하였다.
도 7은 본 실험에 따라 실시예와 비교예 2의 임플란트를 제거할 때 그 회전력을 측정한 결과이다. 이에 따르면, 비교예 2에서는 10.8± 3.7 N?㎝를, 실시예에서는 28.1± 2.4 N?㎝롤 보였다. 이를 통해 실시예와 비교예 2 상호간에 통계학적으로 유의한 차이를 보임을 확인 할 수 있었다(P<0.01). 그러므로 실시예의 경우 식립한 임플란트를 제거할 때 더 높은 회전력이 필요하며, 이를 통해 실시예의 경우가 비교예 2의 경우보다 골유착성이 증대된 것임을 알 수 있다.
< 실험예 3> 실시예와 비교예 2의 표면응집성 비교 실험
또한 상기 실험예 2에 따른 실험 수행 뒤의 실시예와 비교예 2에 따른 임플란트를 전계방사주사전자현미경 (Field Emission Scanning Electron Microscope: FE-SEM, S800, Hitachi, Japan)을 통해 관찰하였다. 즉, 도 8a는 비교예 2에 따른 임플란트를 제거할 때의 회전력을 측정한 후, 이러한 임플란트 시편의 표면을 FE-SEM으로 관찰한 사진이고, 도 8b는 실시예에 따른 임플란트를 제거할 때의 회전력을 측정한 후 제거한 임플란트 시편의 표면을 FE-SEM으로 관찰한 사진이다. 비교예 2에 따른 경우에 제거한 임플란트 표면에서는 신생골이 임플란트 시편으로부터 파절된 양상을 보였지만, 실시예에 따른 경우에는 제거한 임플란트 표면의 파절에도 불구하고 임플란트 표면에 신생골이 부착 및 응집되어 있는 양상을 보였다. 즉 석회화 반복 처리 단계가 포함된 실시예에 따라 임플란트를 제조하는 경우는 비교예 2에 따라 임플란트를 제조하는 경우보다 표면처리 된 물질과 임플란트간의 표면응집성이 향상된 것임을 알 수 있었다.
< 실험예 4> 실시예와 비교예 2의 EDS 실험 결과에 따른 생체적합성 비교 실험
상기 실험예 2에 따른 실험 수행 후, 실시예와 비교예 2에 대한 EDS 실험을 진행하였다. 아래의 표 2는 그 결과를 나타낸 것이다.
Figure 112011090664315-pat00002
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, Ca 및 P의 농도는 실시예 1이 비교예 2에 비해서 높게 나타남을 확인 할 수 있었다. 그러므로 실시예의 경우가 비교예 2의 경우보다 생체적합성이 높은 것이라는 것을 확인 할 수 있었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (10)

  1. 타이타늄 소재의 임플란트 바디;
    수산화 인회석 코팅층;
    상기 임플란트 바디의 표면의 타이타늄이 산화되어 형성된 이산화티타늄(TiO2) 나노튜브층; 및
    인산칼슘층;을 포함하며,
    상기 임플란트 바디의 표면에 수산화 인회석 코팅층, 이산화티타튬 나노튜브층 및 인산칼슘층이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 타이타늄 임플란트.
  2. 삭제
  3. 타이타늄 소재의 임플란트 바디;
    상기 임플란트 바디의 표면의 타이타늄이 산화되어 형성된 이산화티타늄(TiO2) 나노튜브층; 및
    인산칼슘층;을 포함하며
    상기 임플란트 바디의 표면에 상기 이산화티타늄 나노튜브층 및 인산칼슘층이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 타이타늄 임플란트.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 타이타늄 소재가 타이타늄 합금인 것을 특징으로 하는 타이타늄 임플란트.
  6. (a) 타이타늄(Ti) 또는 타이타늄 합금 소재의 임플란트 바디의 표면을 산화시킴으로써, 임플란트 바디의 표면에 이산화타이타늄(TiO2) 나노튜브 층을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 이산화타이타늄(TiO2) 나노튜브가 표면에 형성된 임플란트 바디의 표면에 인산 칼슘 층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 타이타늄 임플란트 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 이산화타이타늄(TiO2) 나노튜브 형성 전에 상기 임플란트 바디에 RBM(Resorbable blasted media) 처리 또는 SLA(Sandblast Large grit Acid etch) 처리를 하는 것을 특징으로 하는 타이타늄 임플란트 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 인산 칼슘 층을 형성하는 단계는
    (a) 나노튜브를 형성하는 단계를 거친 임플란트를 제1인산수소나트륨(NaH2PO4) 수용액, 제2인산수소나트륨(Na2HPO4) 수용액 또는 제1인산암모늄 수용액((NH4)H2PO4)으로 이루어지는 군 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 수용액에 침적하는 제 1 침적 단계;
    (b) 상기 제 1 침적 단계를 거친 임플란트를 증류수로 세척하는 제 1 세척 단계;
    (c) 상기 제 1세척 단계를 거친 임플란트를 Ca(OH)2 포화수용액에 침적하는 제 2 침적 단계;
    (d) 상기 제 2 침적 단계를 거친 임플란트를 증류수로 세척하는 제 2 세척 단계; 및
    (e) 상기 제 2 세척 단계를 거친 임플란트를 상기 (b) 내지 (e) 단계로 반복하는 단계;
    를 특징으로 하는 타이타늄 임플란트 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 인산 칼슘 층을 형성하는 단계는
    (a) 상기 제 1세척 단계를 거친 임플란트를 Ca(OH)2 포화수용액에 침적하는 제 1침적 단계;
    (b) 상기 제 1 침적 단계를 거친 임플란트를 증류수로 세척하는 제 1 세척 단계;
    (c) 나노튜브를 형성하는 단계를 거친 임플란트를 제1인산수소나트륨(NaH2PO4) 수용액, 제2인산수소나트륨(Na2HPO4) 수용액 또는 제1인산암모늄 수용액((NH4)H2PO4)으로 이루어지는 군 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 수용액에 침적하는 제 2 침적 단계;
    (d) 상기 제 2 침적 단계를 거친 임플란트를 증류수로 세척하는 제 2 세척 단계; 및
    (e) 상기 제 2 세척 단계를 거친 임플란트를 상기 (b) 내지 (e) 단계로 반복하는 단계;
    를 특징으로 하는 타이타늄 임플란트 제조방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 제1인산수소나트륨(NaH2PO4) 수용액, 제2인산수소나트륨(Na2HPO4) 수용액 또는 제1인산암모늄 수용액((NH4)H2PO4)의 농도는 0.01 내지 0.5M인 것을 특징으로 하는 타이타늄 임플란트의 제조방법.
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