KR20100122783A

KR20100122783A - 치과용 임플란트의 표면개질 후 생체활성화를 위한 하이드록시아파타이트 코팅법

Info

Publication number: KR20100122783A
Application number: KR1020090041856A
Authority: KR
Inventors: 최한철
Original assignee: 최한철
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-11-23
Anticipated expiration: 2029-05-13
Also published as: KR101042405B1

Abstract

본 발명은 임플란트 표면에 마이크로포아를 형성하는 단계; 상기 마이크로포아가 형성된 임플란트 표면에 나노튜브를 형성하는 단계; 치아회분말을 이용하여 나노튜브 표면에 코팅할 타겟을 제조하는 단계; 상기 제조된 치아회분말 또는 인공제조된 HA를 이용하여 EB-PVD방법으로 임플란트 표면을 코팅하는 단계;로 이루어지는 치과용 임플란트의 표면개질 후 생체활성화를 위한 하이드록시아파타이트 코팅법을 제공하기 위한 것으로, 이처럼 본 발명은 임플란트 표면에 마이크로포아와 나노튜브를 2스텝으로 형성하고 발거된 치아를 이용하거나 인공제조한 HA를 이용하여 EB-PVD법으로 코팅함으로써 치과임플란트용 표면개질을 통하여 생체적합성을 증가시켜 시술기간을 단축하고 사용기간을 최대한 연장할 수 있도록 하는 매우 유용한 발명인 것이다.

임플란트, 표면개질, 양극산화, 생체활성, 하이드록시아파타이트, 코팅법

Description

치과용 임플란트의 표면개질 후 생체활성화를 위한 하이드록시아파타이트 코팅법{HA coating methods after two-step surface modification of dental implant for bioactivity}

본 발명은 치과용 임플란트의 표면개질 후 생체활성화를 위한 하이드록시아파타이트 코팅법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발거된 치아를 이용하여 스퍼터링용 타겟을 제조하여 임플란트 표면에 2스텝으로 마이크로포아와 나노튜브를 형성하고, 치아회분말이나 인공 HA를 코팅함으로써 생체적합성과 골 융합을 한층 증가시켜 치과시술시간을 단축하고 영구히 구강 내에 매식(埋植)할 수 있는 치과용 임플란트 표면 개발에 관한 것이다.

최근 경제적인 수준이 향상되어 치아보철용으로 임플란트 시술을 원하는 환자가 크게 증가하고 있으며, 이에 따라 치과 임플란트의 수요가 크게 증가하고 있다.

그러나 아직까지도 치과용 임플란트의 표면개질의 문제점 때문에 고가의 임 플란트의 표면에 하이드록시아파타이트(HA; hydroxyapatite) 코팅을 이용하여 임상적으로 생체적합성을 개선해 오고 있으며, 지금도 국외나 국내에서 연구를 계속해 오고 있지만 임상적으로 사용된 임플란트 표면에서 HA의 박리현상으로 그 수명이 크게 감소되는 문제점이 제기되고 있다.

또한 기존의 thermal spray법이나 Solgel법, 양극산화법 등을 통하여 연구되고 있으나, 이들의 문제점은 임상적으로 사용시 박리 되는 문제점을 안고 있었다.

현재까지 사용되고 있는 주요 표면처리기술로는 PVD(Physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), IBED(ion beam enhanced deposition) 및 Ion Implantation법 등으로 각종 치과용소재의 내마모성, 내식성 및 내산화성 향상과 생체적합성 개선에 널리 쓰이고 있다.

특히 상기 thermal spray 방법은 현재 상업적으로 바이오 세라믹을 임플란트에 코팅할 때 많이 이용되는 방법이다. 그러나 마이크로 크랙(microcrack), 코팅층과 임플란트 표면의 낮은 결합력, 높은 온도에서 노출에 의한 상변화, 불균일한 코팅 밀도 그리고 불규칙적인 미세구조 제어 등의 단점을 가지고 있으며 이러한 문제들 때문에 이식실패의 결과를 나타나고 있다.

최근 시판하고 있는 생체용 임플란트의 표면 개질은 먼저 표면에 알루미나분말이나 HA분말을 이용하여 macro거칠기를 부여하고 양극산화법에 의한 micro거칠기를 부여하여 골과의 반응을 쉽게 하도록 처리하고 있으며, 임플란트 시술의 가장 대두되는 문제는 골과의 결합시간을 단축하고 그 계면에서 밀착하는 강도를 필요로 한다.

이를 위하여 종래에는 HA를 thermal spray법으로 표면에 분사하여 코팅처리를 하고 있으나 계면에서의 박리현상 때문에 임플란트의 실패원인이 되고 있다.

또 최근에는 양극산화법에 의한 표면처리에 대한 연구가 진행되고 있으며, 특히 나노튜브형성표면에 전기화학적인 방법으로 HA를 코팅하고 있는 단계까지 연구가 진행되었다. 이러한 전기화학적 전착법을 이용한 HA 코팅방법이 많은 연구자들에 의하여 행하여지고 있으며, 실행온도가 낮기 때문에 원하지 않는 재료의 상변화를 피할 수 있다. 그러나 복잡한 모양과 두께 조절이 용이하며 다른 공정에 비하여 제조단가가 낮긴 하지만, 이들 연구는 전기화학적인 방법에 의해 인공 HA를 코팅하는 방법이어서 인체에 해로운 잔류물이 나노튜브에 남아있게 되는 등의 단점을 갖는다.

따라서 본 발명에서는 이를 개선하기 위하여 표면에 세포의 종류에 따라 마이크로크기의 마이크로포아와 나노크기의 나노튜브를 양극산화법을 이용하여 표면처리한 후, 생체활성화 물질인 HA를 EB-PVD법으로 코팅하여 표면에서 박리되는 현상을 최소화할 수 있는 코팅법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이처럼 본 발명은 임플란트 표면에 마이크로포아와 나노튜브를 2스텝으로 형성하고 발거된 치아를 이용하거나 인공제조한 HA를 이용하여 EB-PVD법으로 코팅함으로써 치과임플란트용 표면개질을 통하여 생체적합성을 증가시켜 시술기간을 단축하고 사용기간을 최대한 연장할 수 있는 매우 유용한 효과를 갖는다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 치과용 임플란트의 표면개질 후 생체활성화를 위한 하이드록시아파타이트 코팅법은 임플란트 표면에 마이크로포아를 형성하는 단계; 상기 마이크로포아가 형성된 임플란트 표면에 나노튜브를 형성하는 단계; 치아회분말을 이용하여 나노튜브 표면에 코팅할 타겟을 제조하는 단계; 상기 제조된 치아회분말 또는 인공제조된 HA를 이용하여 EB-PVD방법으로 임플란트 표면을 코팅하는 단계;로 이루어진다.

이하 본 발명의 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

(1) 합금제조

진공아-크멜팅로를 이용하여 4종류의 합금을 제조하되, 본 발명에서는 Ti(balance)에 대하여 Ta, Zr, Nb의 중량비를 달리하여 구성한다.

(a) 67wt%Ti-30wt%Ta-3wt%Zr

(b) 65wt%Ti-30wt%Ta-15wt%Zr

(c) 67wt%Ti-30wt%Nb-3wt%Zr

(d) 65wt%Ti-30wt%Nb-15wt%Zr

(2) 2스텝 양극산화(two-step anodization)

① 1단계: 마이크로포아 형성

전해액: 1M H₃PO₄

직류전압, 전류: 180V, 30mA(정전류)

시간: 20min, 150min

전극: 양극(시편), 음극(백금)

② 2단계: 나노튜브 형성

전해액: 1M H₃PO₄ + 0.8% NaF

직류전압: 5~10V 10mA(정전류) 20V까지 상승 ⇒ 20V(정전압 유지)

시간: 120min

전극: 작업전극(시편), 보조전극(백금), 기준전극(포화칼로멜)

(3) HA 코팅용 치아회분말 타겟 제조

소성: 1350℃/3hr

물성: 기공율 24.5%(196.6 1500℃)

비중: 2.35(2.45℃)

소성수축율: -5%

원주: 손으로 가공 (2hr) 50mm

가공은 diamond paste

세척: 초음파 30min

건조 110℃ 에서 26hr

(4) EB-PVD방법에 의해 HA를 임플란트 표면 코팅하기 위한 조건

[도 1]은 개발합금의 표면사진으로, (a)67wt%Ti-30wt%Ta-3wt%Zr, (b)65wt%Ti-30wt%Ta-15wt%Zr, (c)67wt%Ti-30wt%Nb-3wt%Zr, (d)65wt%Ti-30wt%Nb-15wt%Zr 합금의 표면사진이며, Zr함량이 증가하면 need-like형의 침상 조직으로 바뀐다.

[도 2]는 개발합금의 표면에 마이크로포아 형성사진으로, (a)67wt%Ti-30wt%Ta-3wt%Zr, (b)65wt%Ti-30wt%Ta-15wt%Zr, (c)67wt%Ti-30wt%Nb-3wt%Zr, (d)65wt%Ti-30wt%Nb-15wt%Zr 합금의 표면사진이며, 표면에 형성된 산화티탄피막에 고전압으로 인가됨으로 인한 표면에 마이크로 포아가 잘 형성되었다.

[도 3]은 개발합금의 표면에 나노튜브 형성사진으로, (a)67wt%Ti-30wt%Ta-3wt%Zr, (b)65wt%Ti-30wt%Ta-15wt%Zr, (c)67wt%Ti-30wt%Nb-3wt%Zr, (d)65wt%Ti-30wt%Nb-15wt%Zr 합금의 표면사진이며, 사진에서 나노튜브의 형성이 직경 백 nm의 크기로 형성되었으며, (a)에서 Ti합금에서 나타나는 나노튜브가 α상과 β상에 상을 따라서 형성된다. 두께는 500nm정도로 형성된다.

[도 4]는 개발합금의 표면에 2스텝으로 형성된 마이크로포아 및 나노튜브 형성사진으로, 65wt%Ti-30wt%Ta-15wt%Zr 합금을 (a)는 500배, (b)는 1,000배, (c)는 30,000배 및 (d)50,000배로 관찰한 것으로, (a)의 저배율로 보는 마이크로포아가 잘 형성되었으며, 그 내부에는 (d)와 같이 나노튜브가 형성되어 아주 우수한 생체활성화에 필요한 표면을 제공할 수 있다.

[도 5]는 치아회분말 타겟 제조사진으로, 나노튜브 표면에 코팅할 치아회분말을 이용하여 제조된 타겟이며, EB-PVD용 타겟으로 표면에 결함이 없고 아주 우 수한 타겟을 사용하였다.

[도 6] 2스텝 표면의 치아회분말 코팅표면으로, (a)67wt%Ti-30wt%Ta-3wt%Zr, (b)65wt%Ti-30wt%Ta-15wt%Zr, (c)67wt%Ti-30wt%Nb-3wt%Zr, (d)65wt%Ti-30wt%Nb-15wt%Zr 합금의 표면사진이며, 치아회분말 타겟을 이용하여 EB-PVD방법으로 코팅한 결과 마이크로포아-나노튜브 표면에 HA(hydroxyapatite)가 잘 코팅되어 골과의 융합을 잘 할 수 있도록 되었다.

이처럼 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

도 1 - 개발합금의 표면사진

도 2 - 개발합금의 표면에 마이크로포아 형성사진

도 3 - 개발합금의 표면에 나노튜브 형성사진

도 4 - 개발합금의 표면에 2스텝으로 형성된 마이크로포아 및 나노튜브 형성사진

도 5 - 치아회분말 타겟 제조사진

도 6 - 2스텝 표면의 치아회분말 코팅표면

Claims

임플란트 표면에 마이크로포아를 형성하는 단계;

상기 마이크로포아가 형성된 임플란트 표면에 나노튜브를 형성하는 단계;

치아회분말을 이용하여 나노튜브 표면에 코팅할 타겟을 제조하는 단계;

상기 제조된 치아회분말 또는 인공제조된 HA를 이용하여 EB-PVD방법으로 임플란트 표면을 코팅하는 단계;

로 이루어짐을 특징으로 하는 치과용 임플란트의 표면개질 후 생체활성화를 위한 하이드록시아파타이트 코팅법.
제1항에 있어서,

상기 임플란트는 진공아-크멜팅로를 이용하여 제조되되, 67wt%Ti-30wt%Ta-3wt%Zr, 65wt%Ti-30wt%Ta-15wt%Zr, 67wt%Ti-30wt%Nb-3wt%Zr, 65wt%Ti-30wt%Nb-15wt%Zr 중 어느 하나의 합금으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 치과용 임플란트의 표면개질 후 생체활성화를 위한 하이드록시아파타이트 코팅법.