KR101409304B1 - 임플란트, 특히 치과용 임플란트 - Google Patents

임플란트, 특히 치과용 임플란트 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 적어도 부분적으로 뼈에 삽입하기 위한 친수성 표면을 가진 금속 임플란트, 특히 치과용 임플란트, 및 상기 임플란트의 제조 방법을 개시한다. 향상된 골유착을 위해 특히 유리한 친수성 표면은 적어도 일부 영역을 약알칼리성 용액 중에서 단시간 처리될 경우, 활용될 수 있다. 이러한 우수한 골유착 성질은, 선택적으로는 물질 제거에 의한 기계적 표면 개질 및/또는 화학적 표면 개질이 선행된 후, 적어도 뼈 및/또는 연질 조직에 노출된 표면 중 노출된 영역을 알칼리성 용액 중에서 화학적으로 개질하는 방법으로 달성될 수 있다.
Figure R1020097003496
치과용 임플란트, 친수성 표면, 접촉각, 골유착, 알칼리성 용액, 연마성 표면 개질, 라만 스펙트럼

Description

임플란트, 특히 치과용 임플란트 {IMPLANT, IN PARTICULAR DENTAL IMPLANT}
본 발명은 뼈 속으로 적어도 부분적으로 삽입시키기 위한 친수성 표면을 구비한 금속성 임플란트, 바람직하게는 치과용 임플란트, 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
인체의 경질 및/또는 연질 조직의 상처 부위 또는 손상 부위는 자가 유래의 경질 및/또는 연질 조직을 이용하여 복구하는 것이 최선책이다. 다양한 이유로 인하여 이러한 것이 항상 가능하지는 않으므로, 여러 경우에 임시적(생분해성 또는 수술 후 제거가능) 또는 영구적 대체 소재로서 합성 물질을 사용한다.
경질 및/또는 연질 조직에 고착되어 있는 임플란트는 사고, 사용, 결핍이나 질환으로 인해 손상되었거나, 또는 다른 이유로 퇴화된 근골격 시스템의 부위(구체적으로는 씹는 기관의 부위를 포함)의 임시적 또는 영구적 대체물 또는 지지체 역할을 한다. 임플란트는 일반적으로 화학적으로 안정된 합성 물질로 정의되며, 플라스틱 대체물로서 또는 기계적 보강용으로 신체 내에 도입된다(참고 문헌예: Roche Lexikon Medizin, Urbgan & Fisher (Publs.); 제5판, 2003년). 신체에서의 지지 및 대체 기능은 기계적 특징 및 임플란트 설계에 의거하여 결정된다. 따라서, 예를 들어 고관절 및 무릎 관절용 보철(prosthesis), 척추 임플란트 및 치과용 임플란트는 임상적으로 오랜 기간 동안 성공적으로 사용되어 왔다.
임플란트의 고착 및 임플란트 표면과 인접 조직간의 계면에서의 임플란트의 적합성(compatibility)을 위해, 임플란트 표면은 매우 중요하다. 따라서, 여러 가지 측정 결과, 매끄러운 표면을 가진 임플란트는 사용된 기본재와 거의 독립적으로, 뼈에 매우 약하게 앵커링되는 반면(불량한 골유착(osteointegration)), 구조화된 표면(structured surface)을 가진 임플란트는 주위의 경질 또는 연질 조직과 양호한 기계적 연결 및, 표면의 대응하는 디자인에서는 또한 양호한 생물학적 연결을 이룬다(참고 문헌: Titanium in Medicine, Material Science, Surface Science, Engineering, Biological Responses and Medical Applications Series: Engineering Materials, Brunette, D.M.; Tengvall, P.; Textor, M.; Thomsen, P. (Eds.)).
충분한 결합에 필요한 시간은 임플란트에 있어서 중요하고 중심적인 특성으로서, 골유착 시간이라고 지칭되고, 또는 치과용 임플란트 분야에서도 골유착(osseointegration) 시간이라 지칭된다. 이와 같이, 상기 시간은 골 물질이 충분한 힘을 가지고, 임플란트 표면과 내구성 있게 연결될 때까지, 즉 임플란트 표면 내에 사실상 일체화될 때까지 경과되는 시간이라고 기술된다.
표면 처리를 위해서는 다양한 방법이 사용되며, 그와 관련된 문헌의 예로는, A Guide to Metal and Plastic Finishing (Maroney, Marion L.; 1991); Handbook of Semiconductor Electrodeposion (Applied Physics, 5)(Pandey, R.K., et al.; 1996); 표면 마감 처리 시스템: Metal and Non-Metal Finishing Handbook-guide (Rudzki, George J.; 1984); Titanium in Medicine, Material Science, Surface Science, Engineering, Biological Responses and Medical Applications Series: Engineering Materials, (Brunette, D.M.; Tengvall, P.; Textor, M.; Thomsen, P. (Eds.)); 및 Materials and Processes for Surface and Interface Engineering (NATO Asi Series. Series E, Applied Sciences, 115, Pauleau, Ives (Editor) 1995); 및 본 명세서에 인용된 참고 문헌들이 있다.
임플란트의 골유착은 표면 토폴로지(surface topology) 이외에도 표면의 화학적 코팅 또는 개질(modification)에 의해 영향을 받을 수 있다. 그 때문에 임플란트는 칼슘 이온 및 인산염 이온을 함유하는 수용액 중에서 코팅될 수 있다. 얻어지는 표면은 2개의 인산칼슘 상인 수산인회석(hydroxylapatite) 및 브러시석(brushite)으로 구성된다. 이 코팅은 수술 후 6∼10주 이내에 신생 골에 의해 임플란트 표면 상에 직접 대체되어, 임플란트의 매우 양호한 치유성 결합을 생성한다(Zeggel P, Bioactive Calcium Phosphate Coatings for Dental Implants, International Magazine Of Oral Implantology, 1/2000).
엘링슨(Ellingsen)은 티타늄 임플란트 상에 플루오라이드를 사용한 최적화 조면(rough surface)의 직접적인 개질은 뼈의 치유 과정을 위해 유리한 것으로 논문에 기술하고 있다(Ellingsen, J.E. et al., Improved Retention and Bone to Implant Contact with Fluoride Modified Titanium Implants Int. J. Oral Maxillofac Implants (2004); Vol.19, p.659-666).
티타늄 임플란트 상의 화학적으로 활성인 친수성 임플란트 표면은 질소 분위 기에서 매우 정교한 보존 공정(conservation process)에 의해 제조될 수 있다. 상기 표면을 염화나트륨 용액 중에 보존하면 친수성 특성이 보존된다. 그러한 표면은 골유착 공정을 가속화시키게 되어 골유착의 초기 상에서 보다 높은 임플란트 안정성을 가져온다(Ferguson S.J. et al., Biomechanical evaluation of the interfacial strength of chemically modified sandblasted and acid-etched titanium surface, Journal of Biomedical Materials Research Part A Volume 78A, Issue 2, pages 291-297). 친수성 표면에 관한 동물 실험 결과 동일한 표면 토포그래피(topography)에서 소수성 표면에 비해 유의적으로 더 높은 골-임플란트 접촉이 나타난다(Buser D. et al., Enhanced Bone Apposition to a Chemically Modified SLA Titanium Surface, J. Dent. Res. 83(7) 529-533 (2004)). 여기에 기재된 친수성 특성은 기술적으로 정교한 방식으로만 생성되고, 특별한 보관 방법에 의해 보존될 수 있으며, 공기와 장기간 접촉해 있는 동안 표면은 소수성 상태로 된다. 또한, 제조와 포장을 위한 고비용 및 염수 용액에서의 제한된 보관 시간은 이 기술의 문제점이다.
특허 문헌 JP 2000-060958로부터, 제1 단계에서 우선 임플란트를 농도가 5 mole/l인 고농도 수산화나트륨으로 처리한 다음, 열을 가하여 소결시키고, 제2 단계에서 50℃보다 높은 온도에서 10분 내지 3일에 걸친 시간 동안 농도가 0.1∼20 mole/l 범위인 수산화칼슘으로 처리하고, 이어서 충분히 세척하는 단계를 포함하는 방법이 알려져 있다. 이렇게 해서 인회석(apatite)으로 생각되는 것이 표면에 생성되는데, 이것은 임플란트의 결합에 있어서 유리한 효과를 나타내는 것으로 생각 된다.
본 발명의 목적 중 하나는, 종래 기술의 단점을 극복하고, 친수성 표면을 가지며 경질 및 연질 조직에 신속하고도 지속성 있게 고착됨으로써 양호한 골유착을 나타내는 임플란트를 제안하는 것이다. 따라서 구체적으로는, 뼈와 같은 경질 조직 및/또는 연질 조직 내로 적어도 부분적으로 삽입하기 위한 바람직한 구조의 화학적으로 개질된 표면을 가진 개선된 임플란트로서 금속성인 임플란트를 제안한다. 또한, 그에 따른 적합한 제조 방법을 제공한다. 이러한 과제의 해법은, 적어도 구간별(section-wise) 화학적으로 개질되고 그에 따라 친수성인 표면이 알칼리성 표면 처리 결과로 얻어짐으로써 달성된다. 따라서, 이러한 과제는 본 발명에 따라, 특정적으로 처리된 임플란트의 표면에 의해 해결되고, 상기 표면은 특정한 구조를 가지며, 상기 처리는 임플란트의 전체 표면뿐 아니라 부분적 구간에 대해서 수행될 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 우선적으로 임플란트는 금속성 소재를 토대로 하는 것에 관한 것이다. 표면에서의 알칼리성 처리의 보조 하에 세라믹 기재의 임플란트를 친수화(hydrophilize)하는 것도 가능하다. 이 태양은 사실상 별도의 태양으로 간주되어야 하고, 종래 기술에서 기술되지 않은 것으로 본 발명의 특징을 가진다. 그러므로, 친수성 표면을 가지며, 적어도 구간별로 알칼리 방식으로 처리되거나, 또는 화학적 개질의 결과인, 세라믹 임플란트를 제공할 수도 있다. 따라서, 이하에 기재되는 모든 실시예는, 예를 들면 산화지르코늄이나 산화알루미늄 또는 그에 대응하는 혼합물을 기재로 하는 임플란트와 같이 세라믹 소재에 대해서도 마찬가지로 이용될 수 있다.
친수성 및 소수성이라 함은 표면의 습윤성(wettability)을 기술하는 것이다. 따라서, 표면이 습윤가능한 경우에 그 표면은 친수성인 것으로 기술되고, 비습윤인 경우는 소수성이라고 지칭된다. 친수성 또는 소수성 특징은 접촉각을 측정함으로써 정량적으로 판정될 수 있다. 여기서, 접촉각이란 고체 물질의 표면 상에 액적(fluid drop)이 그 표면에 대해 형성하는 각도로 정의된다. 유체로서 물을 사용할 경우, 90° 미만의 접촉각인 경우에 그 표면은 친수성이라 지칭되고, 90°보다 큰 접촉각인 경우에 소수성이라고 지칭된다. 친수성 표면을 가진 임플란트는 양호하고 신속한 골유착을 나타낸다(참고 문헌: Ferguson SJ. Broggini N, Wieland M, de Wild M, Rupp F, Geis-Gerstorfer J, Cochran DL, Buser D.: Biomedical evaluation of the interfacial strength of a chemically modified sandblasted and acid-etched titanium surface; J Biomed mater Res A. 2006 Aug; 78(2)291-7, 및 Rupp F, Scheideler L, Olshanska N, de Wild M, Wieland M, Geis-Gerstofer J.: Enhancing surface free energy and hydrophilicity through chemical modification of microstructured titanium implant surfaces; J Biomed Mater Res A. 2006 Feb; 76(2): 323-34).
따라서, 본 발명의 핵심은 특정적으로 금속 기재의 임플란트뿐 아니라 세라믹 기재의 임플란트도, 표면에 대한 특정한 알칼리성 처리를 이용하여 개질됨으로써 향후에도 우수한 골유착을 나타낼 수 있다는 놀라운 사실이 입증된 점에 있다. 이와 같이 친수화된 표면의 골유착은, 샌드 블라스팅 및 에칭에 의해 마크로- 및 마이크로-조도(roughness)만이 제공된, 단순히 블라스트 처리되고 산-에칭된 표면 및/또는 특히 금속 표면에 대한 대응 값보다 양호한 것으로 나타나 있다.
따라서, 상기 임플란트는 알칼리 처리에 의해 표면에서 개질되고, 여기서 특히 바람직하게는 알칼리 용액 중에서 처리하는 동안, 필수적으로는 배타적으로 표면의 친수화가 수행된다. 알칼리 용액 중에서의 처리는 특히 전압을 접속하지 않고 수행되는데, 다시 말하면 임플란트가 단순히 용액에 침지된다. 상기 표면 처리에 의해, 부가적 정교하게 보관하지 않고도 소정 시간 동안 친수성인 상태로 유지되는 친수성 표면이 얻어진다. 다시 말하면, 알칼리성 처리에 의해 알칼리 용액으로부터 예컨대 음이온이나 양이온만을 기본 재료 내에 도입하는 것 또는 사실상 토포그래피컬 연마(abrasion)를 실시하는 것에 관한 것이 아니고, 특정적으로 친수성 표면을 얻기 위해, 실제로 알칼리 용액에 의해 표면의 친수성을 변화시키는 화학적 공정을 이용하는 것에 관한 것이다.
실제로, 본 발명에 따라 제조된 표면은 종래 기술에 따라 강알칼리성 용액(일반적으로 5M-20M 범위의 수산화물 용액)으로 처리한 것에 비해, 본질적으로 어떠한 토폴로지컬 또는 토포그래피컬 구조적 변화를 나타내지 않으며, 이것은 알칼리성 처리에 기인할 수 있다.
표면의 친수화는 바람직하게는 완전히 알칼리성 분위기에서 수행된다. 알칼리성 분위기는 수계 또는 유기 알칼리성 용액일 수 있다. 상기 표면 처리는 가능하게는 토포그래피를 생성하기 위해 기계적 및 화학적 연마 처리와 결합될 수 있다.
예를 들어 인회석의 부가적 또는 후속적 코팅은 필요하지 않고, 바람직하게는 존재하지 않는다.
또한, 종래 기술과는 대조적으로, 고온에서의 후처리(예컨대 600℃에서 수 시간 동안의 처리) 또는 정교한 린싱(rinsing)(예컨대 초음파 배스에서)은 필요하지 않다. 이것은, 예를 들어 티타늄과 같이 기계적 성질을 상실할 수 있는 냉간-성형 소재(cold-shaped material)에 있어서 특히 유리하다.
바람직하게는, 하나 이상의 알칼리-수산화물(특히 NaOH)의 수용액 또는 유기 용액이 관련되고, 여기서 바람직하게는 0.05M∼0.1M 범위의 총 농도가 사용된다.
대안적 또는 부가적으로, 스트론튬을 사용할 수도 있다. 따라서, 수산화스트론튬을 함유한 수용액 또는 유기 용액이 관련되고, 바람직하게는 0.05M∼0.1M 범위의 Sr-농도가 사용된다.
친수성 표면 또는 알칼리 방식으로 개질된 표면은, 임플란트에 금속 또는 금속 산화물로 된 코팅이 형성되어 있을 경우, 또는 바람직하게는 임플란트가 필수적으로 완전히 금속으로 구성되어 있을 경우 특히 유리한 것으로 나타난다. 이와 관련하여, 강조해야 할 것은 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 탄탈, 니오븀 등을 비롯하여 이러한 금속으로 형성된 합금(이하 참조)으로 된 임플란트의 표면은, 산소와 접촉한 후, 즉 예를 들면 공기에 노출되었을 때, 즉시 대응하는 산화물로 된 얇은 표면층을 형성한다는 사실이다. 티타늄-임플란트는 예를 들어 Ti2O3 및 TiO로 된 작은 구성 부분을 구비한 티타늄(IV)-이산화물(TiO2)의 박층을 가진다. 이하에서 금속성 임플란트 또는 그의 표면을 언급할 경우, 이는 또한 그러한 산화물층을 포함하는 것이다. 상기 금속은 다양한 형태인 것일 수 있고, 이것들은 종래 기술로부터 알려져 있다. 예를 들면, ISO 5832에 따른 순수한 티타늄으로 구성되는 금속을 사용할 수 있다. 이와는 달리, ISO 5832에 따른 임플란트 스틸로 알려져 있는 금속을 사용할 수 있다. 또한, 티타늄 이외에 알루미늄 및/또는 바나듐 및/또는 니오븀을 포함하는 티타늄 합금을 사용할 수 있다. 코발트 크롬 합금, 코발트 크롬 몰리브덴 합금, 코발트 크롬 텅스텐 니켈 합금 및 코발트 니켈 크롬 몰리브덴 티타늄 합금을 기재로 하는 금속을 사용할 수도 있다. 또한, 탄탈이나 마그네슘과 같은 금속 또는 탄탈이나 마그네슘을 기재로 하는 합금도 가능하다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 임플란트는 치과용 임플란트로서, 그 표면은 뼈 및/또는 연질 조직에 노출되어 있는 삽입된 상태에서 적어도 구간별로 친수화되어 있다. 친수화된 표면은 토포그래피 방식으로 예비 구성된 표면 상에 생성될 수 있다. 이것은 샌드-블라스팅된 표면 및/또는 에칭에 의해 개질된 표면일 수 있다. 또한, 본 발명은 앞에 기재되어 있는 임플란트의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 가능하게는 앞선 연마성 표면 개질 후, 적어도 뼈 및/또는 연질 조직에 노출되어 있는 부위에서, 알칼리성 표면 처리의 도움을 받아, 특히 마크로- 및 마이크로-조도(예컨대, 용융 염에서도)를 생성하기 위해, 금속(또는 세라믹)으로 된 임플란트가 표면-개질되는(surface-modified) 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 방법은 뼈와 같은 경질 조직 및/또는 연질 조직 내로 적어도 부분적 삽입을 위한 친수성 표면을 가진 금속성 임플란트의 제조 방법으로서, 상기 방법은 뼈와 같은 경질 조직 및/또는 연질 조직 내로 부분적 삽입하도록 지정된 영역에서, 가능하게는 앞선 기계적 및/또는 화학적으로 연마성 표면 개질 후, 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물, 또는 이들 수산화물의 혼합물의 수용액 또는 유기 용매 중에서, 0.005M∼0.5M 범위의 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물의 총 농도로 단시간 처리하는 것을 특징으로 한다. 이 범위의 농도가 바람직하지만, 하한은 0.008M일 수도 있고, 바람직하게는 0.01M일 수 있다. 상한에 관해서는, 0.4M 또는 0.3M일 수 있고, 0.2M 또는 0.1M의 상한, 또는 특히 0.07M 또는 0.05M이 바람직하다. 상기 하한 및 상한은 상응하여 조합될 수 있다.
제1 바람직한 실시예는 앞에서 기술한 바와 같이, 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물 처리 단계에서 금속 산화물이 표면에서 개질되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 수산화칼륨 및/또는 수산화나트륨과 같은, 필수적으로 알칼리 수산화물의 알칼리성 용액이 사용된다. 전형적으로 5% 미만 또는 심지어 2% 미만 범위의, 다른 염(염뿐 아니라 바람직하게는 앞에서 언급한 것들)으로 된 작은 구성 부분이 친수화 조건의 정착을 위해 부가적으로 존재할 수 있다.
바람직하게는, 상기 알칼리성 용액은 배타적으로 하나 이상의 상기 수산화물로 구성되는 수용액이다.
또 다른 바람직한 실시예는, 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물, 또는 이들 수산화물의 혼합물의 수용액 중에서, 0.05M∼0.1M 범위의 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물의 총 농도로 단시간 처리하는 것을 특징으로 한다. 일반적으로, 상기 처리는 예를 들면 1초 내지 30분 범위의 비교적 짧은 시간 동안에 수행되는 것이 바람직하다. 상기 처리는 2초 내지 10분, 바람직하게는 5초 내지 120초, 특히 바람직하게는 5초 내지 30초 범위의 시간 동안에 이루어질 수도 있다.
상기 처리를 -10∼110℃ 범위, 바람직하게는 10∼30℃ 범위의 온도에서, 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물, 또는 이들 수산화물의 혼합물의 수용액 중에서 이루어지도록 하는 것도 바람직하다.
또 다른 바람직한 실시예는, 상기 수용액이 수산화나트륨의 용액인 것을 특징으로 한다. 0.01∼0.1몰, 바람직하게는 0.01∼0.07몰의 수용액 중에서, 상기 처리가 -10∼100℃, 특히 10∼30℃ 범위(예컨대, 실온)에서 수행되는 것이 바람직하다.
이미 언급한 바와 같이, 상기 방법은 상승된 온도에서의 후처리 및/또는 린싱에 의한 후처리를 실시하지 않고 수용액으로 처리한 후, 임플란트 표면을 보관 및/또는 포장 및/또는 삽입할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시예는 보관 방법으로서, 상기 임플란트 표면을 알칼리성 용액 중에서 수용액으로 처리한 후 보관 및 포장하는 것을 특징으로 하는 보관 방법에 관한 것이다. 상기 알칼리성 용액은 바람직하게는 배타적으로 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물의 용액, 또는 바람직하게는 농도가 0.0001∼0.9몰인 이들 용액의 혼합물, 특히 바람직하게는 수산화나트륨의 수용액일 수 있다.
또 다른 실시예는, 수용액 중에서 처리하기 전에, 블라스트-처리 형태의 기계적 연마성 표면 개질이 수행되고, 특히 샌드-블라스팅에 의해, 바람직하게는 평균 입경이 0.05∼0.25mm 또는 0.25∼0.5mm인 산화알루미늄 입자를 이용하여, 특히 바람직하게는, 1∼10 bar, 바람직하게는 1∼6 bar, 특히 바람직하게는 2∼5 bar의 압력으로 수행되는 것을 특징으로 한다. 대안적 또는 부가적으로, 수용액 중에서의 처리 이전 및 가능하게는 상기 기계적 연마성 표면 개질 이후에, 바람직하게는 실온보다 높은 온도에서, 특히 바람직하게는 진한 황산 및/또는 염화수소산 및/또는 플루오르화수소산 및/또는 질산 또는 이들의 혼합물로 처리함으로써, 화학적 표면 개질을 수행할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 방법은, 상기 수용액이 임플란트용 침지 배스로서 사용되기에 앞서, 특히 상기 용액으로부터 탄산염이 제거되도록 탈기(degassing)되는 것을 특징으로 한다. 이러한 탄산염 제거 상태를 유지하기 위해, 상기 용액은 바람직하게는 사용될 때까지 불활성 가스 분위기 하에 보관될 수 있다.
표면의 개질을 더욱 향상시키기 위해, 추가로 상기 처리 시 용액 중에 적어도 시간 간격을 두고 일반적으로 초음파 장치를 연결할 수 있다. 상기 용액을 수용한 용기를 초음파 배스의 벽에 고정하면 충분할 수 있고, 바람직하게는 임플란트를 침지하기 위한 용액을 수용한 용기를 초음파 배스 내에 침지한다. 일반적으로, 상기 처리 시 상기 배스를 기계적으로 진동시키는 것이 유리한 것으로 나타난다. 이와는 달리, 통상적으로 치과 의사들의 실행(예를 들면 치아 세척용)에서 활용되는 압전식 초음파 휴대형 장치를 사용할 수 있고, 그러한 장치는 배스에 침지되거나 용기에 고정된다.
대안적 또는 부가적으로, 상기 용액 중에서 처리하기 전 및/또는 도중 및/또는 이후에 임플란트를 UV 광으로 조사할 수도 있다.
특정한 물질에 있어서, 장기간 보관 후 친수성 표면을 지속적으로 보장하는 것은 용이하지 않은 것으로 밝혀져 있다. 따라서, 본 발명은 또한, 가능하게는 앞선 기계적 및/또는 화학적 연마성 표면 개질 후, 선택적으로(강제적은 아님) 앞에 기재된 바와 같은 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물의 수용액 또는 유기 용액 중에서 처리된 임플란트를 무균 방식으로 포장하고, 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물의 총 농도가 앞에 기재된 바와 같이 0.005M∼0.5M 범위인 상태로 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물 또는 이들 수산화물의 혼합물의 수용액 또는 유기 용액을 수용하는 용기와 함께 포장하는 방법에 관한 것이다. 이어서, 상기 임플란트는 패키지로부터 제거된 후, 신체에 삽입되기 직전에 앞에 기재된 방법에 의해 용기 내에서 처리된 다음 삽입될 수 있다.
이미 처리되거나 아직 처리되지 않은 임플란트의 보관은 암소에서 이루어질 경우에 일반적으로 유리할 수 있다. 따라서, 상기 용기가 임플란트를 광으로부터 보호하는 용기인 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은 또한, 부품의 키트라는 의미에서, 하나 이상의 (무균적으로) 포장된 임플란트, 특히 바람직하게는 치과용 임플란트를 수용하는 컴비네이션 패키지(combination package)로서, 상기 임플란트는 가능하게는 앞선 기계적 및/또는 화학적 연마성 표면 개질 처리된 것, 및/또는 선택적으로 앞에 기재된 바와 같은 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물의 수용액 또는 유기 용액 중에서 처리된 것이고, 상기 패키지는 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물의 총 농도가 0.005M∼0.5M인 알칼리- 및/또는 알칼리-토금속-수산화물, 또는 이들 수산화물의 혼합물의 무균적으로 포장된 수용액 또는 유기 용액, 즉 필수적으로 전술한 방법과 관련하여 사용되는 용액을 구비한 하나 이상의 용기를 추가로 수용하는 컴비네이션 패키지에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 컴비네이션 패키지는, 상기 용기가 0.008∼0.4몰의 농도, 바람직하게는 0.01∼0.1몰, 특히 바람직하게는 0.01∼0.07몰인 수산화나트륨 수용액을 수용하고, 이 용액은 가능하게는 상기 용액으로부터 CO2를 제거하기 위해, 병입(bottling) 전에 불활성 가스로 린스처리되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 뼈와 같은 경질 조직 및/또는 연질 조직 내로 적어도 부분적으로 삽입하기 위한, 친수성 표면을 가진 금속성(또는 세라믹) 임플란트로서, 상기 친수성 금속 산화물 표면이 적어도 구간별로는 알칼리 방식, 바람직하게는 약 알칼리 방식으로 개질되는 것을 특징으로 하는 임플란트에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 뼈와 같은 경질 조직 및/또는 연질 조직 내로 적어도 부분적으로 삽입하기 위한, 전술한 방법에 의해 제조가능하거나 제조된 친수성 표면을 가진 금속성(또는 세라믹) 임플란트에 관한 것이다. 상기 임플란트는 바람직하게는 적어도 표면에서 또는 바람직하게는 전체적으로 금속 산화물 및/또는 금속으로 구성된다.
상기 임플란트는 가능하게는 부가적으로 알루미늄 및 니오븀과 합금을 형성하고/하거나 이 합금이 니오븀 대신에 바나듐을 함유하는, 바람직하게는 티타늄 및/또는 산화티타늄을 함유한다.
바람직하게는, 상기 임플란트는 치과용 임플란트이고, 그 표면은 삽입된 상태에서 뼈 및/또는 연질 조직에 노출되어 알칼리 방식으로 친수화된다.
상기 친수성 표면은 바람직하게는 적어도 구간별로 마크로-조도를 가지며, 특히 샌드-블라스팅에 의해 개질되고 마이크로-도조를 가지며, 특히 산-에칭된다.
또한, 본 발명은 특히 전술한 바와 같이 제조된 임플란트의 치과용 임플란트로서의 용도, 특히 크라운 스터브(crown stub), 스레드화 피스(threaded piece), 나사 및/또는 핀으로서의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 종속 청구항에 기재되어 있다.
도 1은 사용된 알칼리성 용액의 농도에 대한 표면 친수화(접촉각)의 의존도를 나타내는 도면이다.
도 2는 추가로 안정화 처리하지 않고 공기 중에 보관한 후 사용된 알칼리성 용액의 농도에 대한 표면 친수화(접촉각)의 의존도를 나타내는 도면이다.
도 3은 알칼리성 분위기에서 보관한 후 사용된 알칼리성 용액의 농도에 대한 표면 친수화(접촉각)의 의존도를 나타내는 도면이다.
도 4는 2개의 상이한 소재- 및 표면 임플란트 형태로 수행된 실험의 생체 내 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 미처리 샘플(U) 및 JP 2000-060958에 따른 비교 샘플(V)에 대한 XPS-측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 NaOH-처리된 샘플에 대한 XPS-측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 Sr(OH)2-처리된 샘플에 대한 XPS-측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 a) 미처리 샘플(U); b) JP 2000-060958에 따른 샘플(V); c) 본 발명에 따른 NaOH로 처리된 샘플; 및 d) 본 발명에 따른 Sr(OH)2로 처리된 샘플에 대한 티타늄의 범위에서의 XPS-측정 결과를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 JP 2000-060958에 따른 비교 샘플의 라만(Raman)-스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 NaOH-처리된 샘플의 라만-스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 Sr(OH)2-처리된 샘플에 대한 라만-스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 12는 비교를 위한 라만-스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 13은 혈액과 임플란트의 습윤 상태의 사진으로서, a)는 본 발명에 따라 처리되지 않은 임플란트이고, b)는 본 발명에 따라 처리된 임플란트이다.
본 발명은 특히 금속성 소재뿐 아니라 세라믹 소재로부터 제조되는 임플란트의 표면을 화학적으로 개질하는 가능성을 기술한다. 표면 개질의 목표는 경질 조 직 내로 임플란트의 보다 양호한 고착, 경질 조직과 임플란트 표면간의 보다 양호한 결합, 연질 조직과 임플란트 표면간의 보다 양호한 결합, 및 임플란트 표면과 경질 조직 및/또는 연질 조직간의 계면에 대한 임플란트 표면의 보다 양호한 상호작용을 얻는 것이다.
바람직하게는, 본 발명은, 경질 및/또는 연질 조직에 고착되어, 저작 기구를 포함하는 근골격 시스템의 사고로 인해, 사용으로 인해, 결핍으로 인해, 또는 질환으로 인해 손상되거나 또는 퇴화된 부위, 특히 대응하는 치아 영역뿐 아니라 심미적 측면의 임시적 또는 영구적 대체물 또는 지지체 역할을 하는 임플란트에 관한 것이다. 따라서, 예를 들면 고관절 및 무릎 관절용 보철, 척추 임플란트 및 치과용 임플란트는 임상적으로 오랜 기간 동안 사용되어 왔다. 개선된 골유착 특성 문제는 각각 본 발명에 따라 임플란트의 (금속 산화물) 표면의 대응하는 표면 처리에 의해 해결되는데, 여기서 상기 처리는 임플란트의 전체 표면뿐 아니라 임플란트 표면의 부분적 영역에 걸쳐 수행될 수 있다. 그러한 표면 처리에 의해, 바람직하게는 티타늄 및 그의 합금과 같은 금속이 경질 및/또는 연질 조직에 보다 양호하게 일체화되는 것이 보장된다.
예를 들어 치과용 임플란트를 뼈에 구조적 및 기능적으로 고착시키는 것은 일반적으로 마크로-조도 및/또는 가능하게는 부가적 마이크로-조도를 적용함으로써 달성된다. 마크로-조도는 예를 들면 기계적 블라스팅 공정에서 얻어지고, 후속적 마이크로-조도는 예를 들어 플라즈마 기법에 의한 부가적 공정, 또는 표면 상의 화학적 에칭에 의한 감쇄 공정(subtractive process)에서 얻어진다. 뼈에 임플란트 가 고착되는 정도는 기계적 측정에 의해 판정될 수 있다. 많은 테스트 결과, 뼈에 임플란트를 충분히 고착시키는 것은 임플란트의 표면 조건, 특히 임플란트 표면에서의 조도 및 화학적 환경에 크게 의존하는 것으로 나타났다.
본 발명은 임플란트의 보다 양호한 골유착을 위한 특정의 신규 생성된(a를 위한 화학적 분위기) 친수성 표면으로서 금속, 바람직하게는 티타늄 및 그의 합금으로 제조되는 친수성 표면을 기술한다. 본 발명에 따른 이러한 생물학적으로 효과적인 표면은 알칼리성 용액을 이용하여, 바람직하게는 예를 들어 추가의 기계적 컨디셔닝과 구조화(structuring), 그릿 블라스팅(grit blasting), 샌드 블라스팅 및/또는 후속 또는 선행의 화학적 처리, 예컨대 산류에 의한 에칭과의 조합으로, 또는 그러한 공정들의 조합에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 표면은 예를 들면 원하는 조도 또는 텍스쳐를 각각 표면에 적용함으로써 제조될 수 있다. 임플란트는 특히 임플란트 표면을 그릿-블라스팅하거나 샌드-블라스팅하고/하거나 플라즈마 기술을 이용하여 구조화하고, 후속적으로 대응하는 친수성 표면이 얻어질 때까지 알칼리성 용액을 사용한 화학적 공정으로 상기 표면을 처리함으로써 제조될 수 있다.
언급한 바와 같이, 임플란트는 각각 염기 또는 수계 또는 유기 알칼리성 용액으로 처리된다. 브뢴스테드(Broensted)의 정의에 따른 염기는 양성자를 탈취하는 화합물이다. 루이스(Lewis)에 따르면, 염기는 미결합 전자쌍 또는 전자-농후한 다중 결합을 가진 분자 또는 이온이다. 염기의 강도는 예를 들면 pKb-값에 우선하여 정의될 수 있다.
그러나, 염기 또는 알칼리성 용액은 놀라울 정도로 판정된 농도 범위에서 임플란트 표면의 안정적인 친수화를 위해 본 발명의 측면에서 이제까지 응용된 바가 없다.
놀랍게도, 특히 금속을 기재로 하는 임플란트에 있어서, 알칼리성 용액은 표면의 탁월한 친수화를 가져오는 것으로 나타나는데, 이것은 각각 뼈 또는 연질 조직에서의 일체화에 유리하다. 바람직하게는, 표면은 본 발명의 적용에서 수산화나트륨의 용액으로 친수화된다. 그러나, 수산화물의 용액을 사용하는 것 이외에, 다양한 수산화물을 기재로 하는 용액을 사용할 수도 있다.
예를 들면, 바람직하게는 수산화칼륨 또는 수산화나트륨의 알칼리성 수용액은 특히 적합한 것으로 나타나고, 이때 농도는 0.0001몰 내지 0.9몰 범위, 바람직하게는 0.001몰 내지 0.1몰 범위로 설정된다. 농도를 0.01∼0.07M 범위로 선택하면 특히 적합한 것으로 판명된다. 특히 상기 성분들의 약한 알칼리성 용액의 경우, 상기 처리는 바람직하게는 -10℃∼100℃, 특히 10℃∼30℃ 범위의 온도에서 수행된다.
일반적으로 말할 수 있는 것은, 전형적으로 농도가 0.001∼0.09M, 바람직하게는 0.01∼0.09M, 보다 바람직하게는 0.01∼0.07M 범위인 알칼리성 용액을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 표면은 2초 내지 1시간, 바람직하게는 5초 내지 10분, 특히 5초 내지 1분의 시간에 걸쳐, 예를 들면 배스(bath)의 형태로 알칼리성 용액에 적어도 부분적으로 노출된다. 실제로 알칼리성 용액에 의한 임플란트의 충분한 친수화를 보장하기 위해서, 바람직하게는 1시간 미만, 보다 바람직하게는 5초 이상의 처리 지속 시간이 사용된다.
이와 같이 전처리된 임플란트를 이용하여, 경질- 및 연질 조직에 대한 견고한 결합을 생성할 수 있다.
임플란트의 실험적 제조:
실시예 1
직경이 3.5mm이고 길이가 10mm인 스크류 형태의 치과용 임플란트의 공통 성형체(common form)를 cp 등급 4의 티타늄으로부터 제조했다. 다음으로, 약 4 bar의 압력으로 Al2O3 입자를 사용하여 상기 임플란트를 샌드-블라스팅함으로써 뼈에 삽입될 표면에 마크로-조도를 형성했다. 계속해서, 마이크로-구조를 얻기 위해서, 상기 조면화된 표면을 고온에서 염화수소산과 황산의 혼합물로 에칭했다. 에칭 후, 임플란트를 순수/탈이온수로 처리한 다음, 탈이온수로 세척하고 헹구었다. 이어서, 상기 임플란트를 0.05M NaOH 수용액에 10초 동안 침지시켰다. 표면을 통풍 건조한 후, 물방울로 완전히 습윤시킴으로써, 표면이 친수성으로 거동한다는 것을 정성적으로 판정할 수 있었다.
실시예 2
직경이 3.5mm이고 길이가 10mm인 스크류 형태의 치과용 임플란트의 공통 성형체를 cp 등급 4의 티타늄으로부터 제조했다. 다음으로, 약 4 bar의 압력으로 Al2O3 입자를 사용하여 상기 임플란트를 샌드-블라스팅함으로써 뼈에 삽입될 표면에 마크로-조도를 형성했다. 계속해서, 마이크로-구조를 얻기 위해서, 상기 조면화된 표면을 고온에서 염화수소산과 황산의 혼합물로 에칭했다. 에칭 후, 임플란트를 순수/탈이온수로 처리한 다음, 탈이온수로 세척하고 헹구었다. 이어서, 상기 임플란트를 0.05M NaOH 수용액에 10초 동안 침지시켰다. 표면을 통풍 건조한 후, 상기 임플란트를 실온에서 대기 중에 4주일간 보관했다. 이어서, 물방울로 완전히 습윤시킴으로써, 표면이 친수성으로 거동한다는 것을 정성적으로 판정할 수 있었다.
실시예 3
직경이 3.5mm이고 길이가 10mm인 스크류 형태의 치과용 임플란트의 공통 성형체를 cp 등급 4의 티타늄으로부터 제조했다. 다음으로, 약 4 bar의 압력으로 Al2O3 입자를 사용하여 상기 임플란트를 샌드-블라스팅함으로써 뼈에 삽입될 표면에 마크로-조도를 형성했다. 계속해서, 마이크로-구조를 얻기 위해서, 상기 조면화된 표면을 고온에서 염화수소산과 황산의 혼합물로 에칭했다. 에칭 후, 임플란트를 순수/탈이온수로 처리한 다음, 탈이온수로 세척하고 헹구었다. 이어서, 상기 임플란트를 0.05M NaOH 수용액에 10초 동안 침지시켰다. 계속해서, 상기 임플란트를 실온에서 0.01M NaOH 수용액 중에 4주일간 보관했다. 용액으로부터 CO2를 제거하여 보관하는 동안 탄산염의 형성을 피하기 위해 미리 NaOH 용액을 N2로 린스하였다. 이어서, 물방울로 완전히 습윤시킴으로써, 표면이 친수성으로 거동한다는 것을 정성적으로 판정할 수 있었다.
실시예 4
직경이 15mm인 플레이트렛(platelet) 형태의 티타늄을 cp 등급 4의 티타늄으로부터 제조했다. 이어서, 약 4 bar의 압력으로 Al2O3 입자를 사용하여 샌드-블라스팅함으로써 상기 샘플 본체의 표면에 마크로-조도를 형성했다. 계속해서, 마이크로-구조를 얻기 위해서, 상기 조면화된 표면을 고온에서 염화수소산과 황산의 혼합물로 에칭했다. 에칭 후, 상기 샘플 본체를 순수/탈이온수로 처리한 다음, 탈이온수로 세척하고 헹구었다. 계속해서, 샘플 본체를 다양한 농도의 NaOH 수용액 중에 약 10초 동안 침지시켰다. 표면을 40분 동안 통풍 건조한 후, 접촉각을 측정함으로써, 상기 농도에서 소수성 거동으로부터 친수성 거동으로의 전환이 일어나는 것을 정성적으로 판정할 수 있었다.
도 1은 사용된 알칼리성 수용액의 농도에 대한 표면 친수화(접촉각)의 의존성을 나타낸다. 약 0.005M이라는 전혀 예상 밖의 낮은 농도에서 출발하여, 실질적인 효과가 나타나고, 이러한 예상 밖의 낮은 농도로 인해 후처리 없이 처리가 가능하다는 것으로 밝혀졌다. 후처리(린싱, 가열 등)는 통상적으로 1M 이상의 농도에서 필요하다.
실시예 5
직경이 15mm인 플레이트렛 형태의 티타늄을 cp 등급 4의 티타늄으로부터 제조했다. 이어서, 약 4 bar의 압력으로 Al2O3 입자를 사용하여 샌드-블라스팅함으로써 상기 샘플 본체의 표면에 마크로-조도를 형성했다. 계속해서, 마이크로-구조를 얻기 위해서, 상기 조면화된 표면을 고온에서 염화수소산과 황산의 혼합물로 에칭 했다. 에칭 후, 상기 샘플 본체를 순수/탈이온수로 처리한 다음, 탈이온수로 세척하고 헹구었다. 계속해서, 샘플 본체를 다양한 농도의 NaOH 수용액 중에 약 10초 동안 침지시켰다. 표면을 통풍 건조한 후, 상기 임플란트를 암소에서 30%의 습도 및 실온 상태로 대기 중에서 4주일간 보관했다. 계속해서, 접촉각을 측정함으로써, 상기 농도에서 소수성 거동으로부터 친수성 거동으로의 전환이 일어나는 것을 정성적으로 판정할 수 있었다.
도 2는 대기 중에서 상기와 같은 보관 후, 사용된 알칼리성 용액의 농도에 대한 표면 친수화(접촉각)의 의존성을 나타낸다.
실시예 6
직경이 15mm인 플레이트렛 형태의 티타늄을 cp 등급 4의 티타늄으로부터 제조했다. 이어서, 약 4 bar의 압력으로 Al2O3 입자를 사용하여 샌드-블라스팅함으로써 상기 샘플 본체의 표면에 마크로-조도를 형성했다. 계속해서, 마이크로-구조를 얻기 위해서, 상기 조면화된 표면을 고온에서 염화수소산과 황산의 혼합물로 에칭했다. 에칭 후, 상기 샘플 본체를 순수/탈이온수로 처리한 다음, 탈이온수로 세척하고 헹구었다. 계속해서, 샘플 본체를 다양한 농도의 NaOH 수용액 중에 약 10초 동안 침지시켰다. 계속해서, 상기 임플란트를 실온에서 0.01M NaOH 수용액 중에 4주일간 보관했다. 용액으로부터 CO2를 제거하여 보관하는 동안 탄산염의 형성을 피하기 위해 미리 NaOH 용액을 N2로 린스하였다. 이어서, 샘플을 배스로부터 꺼내어 40분간 건조했다. 계속해서, 접촉각을 측정함으로써, 상기 농도에서 소수성 거동 으로부터 친수성 거동으로의 전환이 일어나는 것을 정성적으로 판정할 수 있었다.
도 3은 알칼리성 분위기에서 보관 후, 사용된 알칼리성 용액의 농도에 대한 표면 친수화(접촉각)의 의존성을 나타낸다.
실시예 7
직경이 3.5mm이고 길이가 10mm인 스크류 형태의 치과용 임플란트의 공통 성형체를 산화지르코늄으로부터 제조했다. 원통형 세라믹 블랭크(blank)로부터 주로 그라인딩에 의해, 실제로 알려져 있는 기계적 세라믹 처리 방식으로 블랭크 형상을 만들었다. 다음으로, 약 3 bar의 압력으로 중간 입경이 0.1∼0.15mm인 Al2O3 입자를 사용하여 샌드-블라스팅함으로써 뼈에 삽입될 표면에 마크로-조도를 형성했다. 계속해서, 상기 조면화된 표면(마크로-조도)을 KOH:NaOH의 비가 1:1인 용융염 상태의 수산화칼륨과 수산화나트륨의 혼합물을 사용하여 190℃보다 높은 온도에서 약 30시간 동안 처리했다. 에칭 후, 임플란트를 초음파 중 순수/탈이온수로 처리한 다음, 탈이온수로 세척하고 헹구었다.
계속해서, 상기 임플란트를 0.05M NaOH 수용액에 10초 동안 침지시켰다. 계속해서, 상기 임플란트를 실온에서 0.01M NaOH 중에 4주일간 보관했다. 용액으로부터 CO2를 제거하여 보관하는 동안 탄산염의 형성을 피하기 위해 미리 NaOH 용액을 N2로 린스하였다. 이어서, 물방울로 완전히 습윤시킴으로써, 표면이 친수성으로 거동한다는 것을 정성적으로 판정할 수 있었다.
실시예 8
직경이 3.5mm이고 길이가 10mm인 스크류 형태의 치과용 임플란트의 공통 성형체를 산화지르코늄으로부터 제조했다. 원통형 세라믹 블랭크(blank)로부터 주로 그라인딩에 의해, 실제로 알려져 있는 기계적 세라믹 처리 방식으로 블랭크 형상을 만들었다. 다음으로, 약 3 bar의 압력으로 중간 입경이 0.1∼0.15mm인 Al2O3 입자를 사용하여 샌드-블라스팅함으로써 뼈에 삽입될 표면에 마크로-조도를 형성했다. 계속해서, 상기 조면화된 표면(마크로-조도)을 KOH:NaOH의 비가 1:1인 용융염 상태의 수산화칼륨과 수산화나트륨의 혼합물을 사용하여 190℃보다 높은 온도에서 약 30시간 동안 처리했다. 에칭 후, 임플란트를 초음파 중 순수/탈이온수로 처리한 다음, 탈이온수로 세척하고 헹구었다. 에칭 후, 임플란트를 순수/탈이온수로 처리한 다음, 탈이온수로 세척하고 헹구었다.
계속해서, 상기 임플란트를 0.05M NaOH 수용액에 10초 동안 침지시켰다. 계속해서, 상기 표면을 통풍 건조 후, 임플란트를 실온에서 대기 중에 4주일간 보관했다. 계속해서, 물방울로 완전히 습윤시킴으로써, 표면이 친수성으로 거동한다는 것을 정성적으로 판정할 수 있었다.
실시예 9
cp 등급 4의 티타늄으로부터 티타늄 재질의 치과용 임플란트를 제조했다. 다음으로, 약 4 bar의 압력으로 Al2O3 입자를 사용하여 상기 임플란트를 샌드-블라스팅함으로써 상기 임플란트의 표면에 마크로-조도를 형성했다. 계속해서, 마이크로-구조를 얻기 위해서, 상기 조면화된 표면을 고온에서 염화수소산과 황산의 혼합 물로 에칭했다. 에칭 후, 임플란트를 순수/탈이온수로 처리한 다음, 탈이온수로 세척하고 헹구었다. 계속해서, 상기 임플란트를 추가로 처리하지 않고 하나씩 포장했다. 이어서, 별도로 0.005∼0.5M, 바람직하게는 0.005∼0.07M 범위의 다양한 농도를 가진 NaOH 수용액이 들어 있는 무균 상태로 밀폐된 용기를 사용하여 상기 포장체를 컴비네이션 패키지 내에 한꺼번에 포장했다. 여기서, 용기의 크기와 충전물(filling)은, 포장 해체 후 임플란트가 용기 내에 놓여질 수 있고, 계속해서 침지 시 테두리 밖으로 용액이 누출되지 않은 상태로 소정 기간 동안 용기 내에 유지되며 상기 침지된 임플란트는 처리될 영역과 함께 용액 내에 세워진 상태로 완전히 놓여질 수 있도록 선택된다. 이러한 컴비네이션 패키지(부품의 키트)는 이어서 수주일의 기간 동안 보관되었다.
사용하기 직전에(예를 들면, 수술실에서), 상기 임플란트의 포장을 해체하고, 용기를 개방(덮개의 제거)한 다음, 임플란트를 용기 내에 놓고, 약 10∼30초 동안 처리될 영역과 함께 임플란트를 완전히 용액 내에 침지시킨다. 수분 동안 표면을 (선택적으로)통풍 건조한 후, 물방울로 완전히 습윤시킴으로써, 표면이 친수성으로 거동한다는 사실, 및 여전히 습기가 있거나 건조된 임플란트가 인체 내에 삽입될 수 있는 상태에 있음을 정성적으로 판정할 수 있었다.
그런데, 먼저 NaOH 용액을 컴비네이션 패키지 내의 팽대부(ampulla)에 넣는 것, 그리고 먼저 상기 용액을 최종 사용자가 제공한 용기 내에 주입하는 것을 생각할 수도 있다.
실시예 10
cp 등급 4의 티타늄으로부터 티타늄 재질의 치과용 임플란트를 제조했다. 다음으로, 약 4 bar의 압력으로 Al2O3 입자를 사용하여 상기 임플란트를 샌드-블라스팅함으로써 상기 임플란트의 표면에 마크로-조도를 형성했다. 계속해서, 마이크로-구조를 얻기 위해서, 상기 조면화된 표면을 고온에서 염화수소산과 황산의 혼합물로 에칭했다. 에칭 후, 임플란트를 순수/탈이온수로 처리한 다음, 탈이온수로 세척하고 헹구었다. 계속해서, 상기 임플란트를 추가로 처리하지 않고 하나씩 포장했다. 이어서, 별도로 0.005∼0.5M, 바람직하게는 0.005∼0.07M 범위의 다양한 농도를 가진 NaOH 수용액이 들어 있는 무균 상태로 밀폐된 용기를 사용하여 상기 포장체를 컴비네이션 패키지 내에 한꺼번에 포장했다. 여기서, 용기의 크기와 충전물은, 포장 해체 후 임플란트가 용기 내에 놓여지거나 기구에 의해 유지될 수 있고, 계속해서 침지 시 테두리 밖으로 용액이 누출되지 않은 상태로 소정 시간 동안 용기 내에 유지되며 상기 침지된 임플란트는 용액 내에 세워진 상태로 부분적으로 또는 완전히 놓여질 수 있도록 선택된다. 이러한 컴비네이션 패키지(부품의 키트)는 이어서 수주일의 기간 동안 보관되었다. 사용하기 직전에(예를 들면, 수술실에서), 상기 임플란트의 포장을 해체하고, 용기를 개방(덮개의 제거)한 다음, 임플란트를 용기 내에 놓고, 약 10∼30초 동안 임플란트를 부분적으로 또는 완전히 용액 내에 침지시킨다. NaOH가 담긴 용기를 초음파 배스에서 초음파 여기(ultrasound excitation)에, 그리고 처리 시에 (가능하게는 일반적인 기계적 진동에) 노출시킨다. 수분 동안 표면을 (선택적으로) 통풍 건조한 후, 물방울로 완전히 습윤시킴으 로써, 표면이 친수성으로 거동한다는 사실, 및 여전히 습기가 있거나 건조된 임플란트가 인체 내에 삽입될 수 있는 상태에 있음을 정성적으로 판정할 수 있었다.
표면의 인상적인 변화는 이들 샘플에서 혈액으로 습윤시킴으로써 입증되었고, 상기 습윤은 표면에서 처리되지 않은 임플란트에 비해 건조되지 않은 임플란트에 대해 사진으로 포착되었다(도 13 참조).
실시예 11
실시예 10에 따라 cp 등급 4의 티타늄으로부터 티타늄 재질의 치과용 임플란트를 제조하고 후처리했다. 그러나, 이번에는 NaOH가 담긴 용기를 처리 시 초음파 배스에서의 초음파 여기에 노출시키지 않고 UV 방사선에 노출시킨다. 수분 동안 표면을 (선택적으로) 통풍 건조한 후, 물방울로 완전히 습윤시킴으로써, 표면이 친수성으로 거동한다는 사실, 및 여전히 습기가 있거나 건조된 임플란트가 인체 내에 삽입될 수 있는 상태에 있음을 정성적으로 판정할 수 있었다.
실시예 12
직경이 3.5mm이고 길이가 10mm인 스크류 형태의 치과용 임플란트의 공통 성형체를 cp 등급 4의 티타늄으로부터 제조하고, 뼈에 삽입할 표면을 실시예 10에 따라 처리했다. 수분 동안 표면을 (선택적으로) 통풍 건조한 후, 물방울로 완전히 습윤시킴으로써, 표면이 친수성으로 거동한다는 사실, 및 여전히 습기가 있거나 건조된 임플란트가 인체 내에 삽입될 수 있는 상태에 있음을 정성적으로 판정할 수 있었다.
실시예 13
직경이 15mm인 디스크를 cp 등급 4의 티타늄으로부터 제조했다. 다음으로, 약 4 bar의 압력으로 Al2O3 입자를 사용하여 상기 디스크를 샌드-블라스팅함으로써 임플란트에 대비되는, 뼈에 삽입할 상기 표면에 마크로-조도를 형성했다.
계속해서, 마이크로-구조를 얻기 위해서, 상기 조면화된 표면을 고온에서 염화수소산과 황산의 혼합물로 에칭했다. 에칭 후, 임플란트를 순수/탈이온수로 처리한 다음, 탈이온수로 세척하고 헹구었다.
계속해서, 어떤 의미에서는 비교 실험(V)으로서, 상기 티타늄 디스크의 일부를 앞에서 언급한 JP 2000-060958에 따라 처리했다. 이를 위해서, 샘플을 밀폐된 용기 내에서 50℃에서 24시간 동안 1:1 비율의 1.5M NaOH와 1.5M KOH의 혼합물 중에 침지시키고, 이어서 200℃에서 3시간 동안 하소했다. 프로브를 냉각시킨 후, JP 2000-060958에 따라 10 mM Ca(OH)2 용액 중에 80℃에서 1시간 동안 침지시키고, 계속해서 탈이온수로 단시간 헹구고 건조했다. 이렇게 해서 JP 2000-060958에 따라 처리된 샘플에 대해 XPS 및 라만 스펙트로스코피 테스트를 실시했다.
앞에 기재된 바와 같이 제조된 티타늄 디스크의 다른 부분에 대해서 본 발명에 따른 처리를 실시했다(실시예 10 참조). 이를 위해서, 6개의 티타늄 디스크를 동시에 0.01M; 0.05M; 0.005M의 NaOH 농도로 각각 10초 동안 처리(침지)했다. 또한, 6개의 티타늄 디스크를 동시에 상기 농도의 Sr(OH)2로 각각 10초 동안 처리(침지)했다. 이를 위해서, 각각 NaOH 또는 Sr(OH)2 용액을 수용한 용기를 각각 스위치 켜진 초음파 배스에 위치시켰다. 이렇게 해서 본 발명에 따라 처리된 샘플에 대해 서 또한 XPS 및 라만 스펙트로스코피 테스트를 실시하고 JP 2000-060958에 따라 처리된 샘플의 결과와 비교했다.
테스트 결과, 본 발명에 따른 친수화 처리와, JP 2000-060958에 따른 화학적 및 구조적 표면 변화 처리 사이에는 예상된 바와 같이 뚜렷한 차이가 나타났다. 각각의 샘플을 2개의 상이한 지점에서 측정하는 XPS 측정의 정량화 결과, 하기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 표면의 화학적 조성에서의 명확한 차이를 나타낸다.
표 1: XPS 측정의 정량적 분석
Figure 112009010599827-pct00001
본 발명에 따라 처리된 샘플은 JP 2000-060958에 따라 처리된 샘플보다 표면 상에서 현저히 더 많은 티타늄을 나타내며, 본 발명의 처리에 따르면, 표면 상에서 상당한 비율의 Na 또는 Sr을 가지는데, 그러한 비율은 JP 2000-060958에 따른 티타늄 디스크의 표면에는 존재하지 않는다.
대조적으로, JP 2000-060958에 따라 처리된 샘플은 표면 상에 유의적으로 높은 비율의 Ca를 가진다.
XPS 스펙트럼 자체를 도 5 내지 도 8에 나타낸다. 도 5는 비-친수화(미처리) 샘플과 비교하여 JP 2000-060958에 따라 처리된 샘플의 스펙트럼을 나타낸다. 도 6은 본 발명에 따라 NaOH로 처리된 샘플의 스펙트럼을 나타내고, 도 7은 본 발명에 따라 Sr(OH)2로 처리된 샘플의 스펙트럼을 나타낸다. 이미 정량화로부터 명백한 Ca와 관련한 차이가 명확히 나타나 있으며, 또한 티타늄에 있어서의 상이한 결합 에너지도 나타나 있다.
따라서, 티타늄에 대해 상세한 스펙트럼을 추가로 측정했다. 도 8에서, JP 2000-060958에 따른 표면 처리는 타타늄의 화학적 환경을 변화시키게 된다는 것을 명확히 볼 수 있다.
대조적으로, 본 발명에 따라 표면 처리된 샘플은, 도면에도 나타나 있는 비-친수화(미처리) 표면에 대해서와 마찬가지로 티타늄의 화학적 환경에 어떠한 변화도 나타내지 않는다.
라만 스펙트로스코피에 의한 실험도 본 발명에 따른 친수화 처리와 JP 2000-060958에 따른 화학적 및 구조적 표면 변화 처리 사이의 차이를 나타낸다.
도 9(JP 2000-060958)의 비교 프로브 1-1 및 1-2의 스펙트럼에서, 261 cm-1, 433 cm-1, 663 cm-1, 및 899 cm-1에서 광폭의 피크가 나타난다. 이것들은 산화티타늄의 결정상에 기인한다고 할 수 없고, 또한 분명히 탄산칼슘, 티탄산칼슘 또는 심지 어 인회석에도 기인한다고 할 수 없다(JP 2000-060958에 기재된 것과 반대로). 그것은 아마도 비정질 산화티타늄에 관련된 것으로 생각된다.
대조적으로, 도 10 및 11에서 알 수 있는 바와 같이, 친수화된 샘플의 스펙트럼에서는 라만 피크가 전혀 검출되지 않는다. 따라서, 그 샘플들의 표면 상에서는 라만-활성 화합물을 검출할 수 없다.
JP 2000-060958에 따라 처리된 샘플의 라만 스펙트럼은 일바적으로 친수화된 샘플의 라만 스펙트럼과 상이하고, 도 12에서 알 수 있는 바와 같이 서로 비교될 수 있다.
생체 내 테스트:
친수성 표면을 가진 모든 예시적으로 제조된 샘플들(실시예 1 내지 13)에 있어서, 골유착이 양호하게 이루어진 것으로 나타났다. 또한, 연질 조직(예를 들면, 검) 상의 양호한 일체화도 나타나 있다. 도 4는 두 가지 상이한 소재와 표면 임플란트 형태로 수행된 두 가지 실험의 대응 결과를 나타낸다. 상기 실험에서, 직경이 4.2mm이고 길이가 8mm이며, 본 발명에 따라 본질적으로 상기 실시예 1(도 4의 좌측, 측정 1)에 따라 제조된 표면을 가진 티타늄 임플란트와, 상기와 동일한 치수이고 플라즈마-화학적으로 애노드 방식으로 산화된 표면을 가진(도 4의 우측, 측정 2) 티타늄 임플란트의 치과용 임플란트를 비교했다. 플라즈마-화학적으로 애노드 방식으로 산화된 표면은 상업적으로 매우 보편적이고 흔히 사용되는 임플란트의 표면에 해당한다. 2주일 동안의 치유 후, 제거 토크를 판정했는데, 이것은 뼈로부터 성장되어 있는(grown-in) 임플란트를 이완시키기 위해 필요한 것이다. 도 4에 나 타나 있는 바와 같이, 새로운 임플란트의 내부 성장이 더 양호한 것으로 검출되었다.
조직학적 측정(histological measurement)은 또한, 본 발명에 따라 처리되지 않은 임플란트에 비해 명백히 더 양호한 접촉 영역(BIC, 뼈와 임플란트의 접촉)을 나타낸다.

Claims (42)

  1. 경질 조직 또는 연질 조직 내로 적어도 부분적으로 삽입하기 위한 친수성 표면을 가진 금속성 임플란트의 제조 방법으로서,
    경질 조직 또는 연질 조직 내로 부분적 삽입을 위해 제공되는 하나 이상의 영역에 대해, 미리 기계적 또는 화학적 연마성 표면 개질(abrasive surface modification)을 실시한 후, 총 농도가 0.005M∼0.5M 범위인 알칼리-수산화물(akali-hydroxide), 알칼리-토금속-수산화물(alkaline-earth-hydroxide) 또는 이들 수산화물의 혼합물의 수용액 또는 유기 용액 중에서 처리하는 단계를 포함하고, 상기 처리는 10∼30℃의 온도에서 1초~30분 동안 실시되는, 임플란트의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 용액이 1종 이상의 알칼리-수산화물의 수용액 또는 유기 용액이고, 상기 용액의 총 농도가 0.05M∼0.1M 범위인, 임플란트의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용액이 수산화스트론튬의 수용액 또는 유기 용액이고, 상기 용액의 총 농도가 0.05M∼0.1M 범위인, 임플란트의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리-수산화물 또는 알칼리-토금속-수산화물로 처리하는 단계에서, 금속 산화물이 금속성 임플란트의 표면에서 개질되는, 임플란트의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    알칼리성의 상기 용액이 1종 이상의 상기 수산화물로 구성되는 수용액인, 임플란트의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 처리는, 총 농도가 0.05M∼0.1M 범위인 알칼리-수산화물 또는 알칼리-토금속-수산화물 또는 이들 수산화물의 혼합물의 수용액 중에서 수행되는, 임플란트의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 처리가 2초∼10분 범위의 시간 동안 수행되는, 임플란트의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용액이 수산화나트륨의 용액인, 임플란트의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 용액이 0.008∼0.4M의 농도를 가진 수산화나트륨의 용액인, 임플란트의 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임플란트 표면이 상기 수용액으로 처리된 후, 상승된 온도에서의 후처리 또는 린싱에 의한 후처리가 전혀 실시되지 않은 상태로, 보관 또는 포장되는, 임플란트의 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용액이 상기 임플란트용 침지 배스(immersion bath)로서 사용되기 전에 탈기(degassing)되는, 임플란트의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리를 실시하는 동안, 적어도 간헐적으로 초음파를 상기 용액에 적용하는, 임플란트의 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용액 중에서 처리하기 이전 또는 도중 또는 이후에 상기 임플란트를 UV 광으로 조사하는, 임플란트의 제조 방법.
  16. 제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용액으로 처리한 후 상기 임플란트 표면을 알칼리성 용액 중에 보관하고 포장하는, 임플란트의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 알칼리성 용액이 알칼리-수산화물의 용액, 알칼리-토금속-수산화물의 용액, 또는 이들 용액의 혼합물인, 임플란트의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 알칼리성 용액이 0.0001∼0.9M의 농도를 가진 수산화나트륨의 용액인, 임플란트의 제조 방법.
  19. 제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용액 중에서 처리하기 이전에, 블라스팅-처리의 형태로 기계적 연마성 표면 개질을 수행하는, 임플란트의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 수용액 중에서 처리하기 이전 및 기계적 연마성 표면 개질 이후에, 화학적 표면 개질을 수행하는, 임플란트의 제조 방법.
  21. 제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임플란트를, 무균적으로 포장하고, 총 농도가 0.005M∼0.5M인 알칼리-수산화물, 알칼리-토금속-수산화물, 또는 이들 수산화물의 혼합물의 수용액 또는 유기 용액을 수용하는 용기(container)와 함께 컴비네이션 패키지(combination package) 내에 포장하고, 상기 임플란트를 인체 내에 삽입하기 직전에 상기 패키지로부터 해체한 후 제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 상기 용기 내에서 상기 임플란트를 처리하는, 임플란트의 제조 방법.
  22. 하나 이상의 무균적으로 포장된 금속성 임플란트 및
    총 농도가 0.005∼0.5M인 알칼리-수산화물, 알칼리-토금속-수산화물 또는 이들 수산화물의 혼합물의 무균적으로 포장된 수용액 또는 유기 용액을 수용한 하나 이상의 용기
    를 포함하는 컴비네이션 패키지.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 용기는 0.008∼0.4M의 농도를 가진 수산화나트륨의 용액을 수용하는, 컴비네이션 패키지.
  24. 경질 조직 또는 연질 조직 내로 적어도 부분적으로 삽입하기 위한 친수성 표면을 가진 금속성 임플란트로서,
    상기 금속성 임플란트의 친수성의 표면은 적어도 구간별로(section-wise) 알칼리성 방식으로 개질되어 있는, 금속성 임플란트.
  25. 경질 조직 또는 연질 조직 내로 적어도 부분적으로 삽입하기 위한 친수성 표면을 가진 금속성 임플란트로서,
    제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 금속성 임플란트.
  26. 삭제
  27. 제25항에 있어서,
    상기 임플란트의 적어도 표면 또는 상기 임플란트 전체가 금속 산화물 또는 금속으로 구성되어 있는 금속성 임플란트.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 임플란트가 티타늄 또는 산화티타늄을 함유하고, 상기 티타늄 또는 산화티타늄은 알루미늄 및 니오븀과의 합금 또는 알루미늄 및 바나듐과의 합금을 포함하는, 금속성 임플란트.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 임플란트가 치과용 임플란트이며, 삽입된 상태에서 뼈 또는 연질 조직에 노출되는 상기 임플란트의 표면은 알칼리성 방식으로 친수화되어 있는, 금속성 임플란트.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 친수성 표면이 적어도 영역별로(area-wise) 마크로-조면화(macro-rough)되어 있는, 금속성 임플란트.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 임플란트는 치과용 임플란트로 사용되고, 상기 치과용 임플란트는 크라운 스터브(crown stub), 스레드화 피스(threaded piece), 나사 또는 핀을 포함하는, 금속성 임플란트.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 처리가 5초∼120초 범위의 시간 동안 수행되는, 임플란트의 제조 방법.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 처리가 5초∼30초 범위의 시간 동안 수행되는, 임플란트의 제조 방법.
  34. 제8항에 있어서,
    상기 용액이 0.01∼0.1M의 농도를 가진 수산화나트륨의 용액인, 임플란트의 제조 방법.
  35. 제8항에 있어서,
    상기 용액이 0.01∼0.07M의 농도를 가진 수산화나트륨의 용액인, 임플란트의 제조 방법.
  36. 제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용액이 상기 임플란트용 침지 배스(immersion bath)로서 사용되기 전에 탈기(degassing)되고, 사용될 때까지 불활성 가스 분위기에서 보관되는, 임플란트의 제조 방법.
  37. 제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용액 중에서 처리하기 이전에, 샌드 블라스팅(sand blasting)에 의해, 평균 입경이 0.05∼0.25mm인 산화알루미늄 입자를 이용하여, 1∼10 bar의 압력에서, 블라스팅-처리의 형태로 기계적 연마성 표면 개질을 수행하는, 임플란트의 제조 방법.
  38. 제19항에 있어서,
    상기 수용액 중에서 처리하기 이전 및 기계적 연마성 표면 개질 이후에, 진한 황산, 염화수소산, 플루오르화수소산, 질산 또는 이들의 혼합물로 처리함으로써, 화학적 표면 개질을 수행하는, 임플란트의 제조 방법.
  39. 제19항에 있어서,
    상기 수용액 중에서 처리하기 이전 및 기계적 연마성 표면 개질 이후에, 실온보다 높은 온도에서, 진한 황산, 염화수소산, 플루오르화수소산, 질산 또는 이들의 혼합물로 처리함으로써, 화학적 표면 개질을 수행하는, 임플란트의 제조 방법.
  40. 제22항에 있어서,
    제1항 내지 제6항 또는 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조된 하나 이상의 무균적으로 포장된 임플란트를 포함하는, 컴비네이션 패키지.
  41. 제23항에 있어서,
    상기 용기는 0.01∼0.1M의 농도를 가진 수산화나트륨의 용액을 수용하는, 컴비네이션 패키지.
  42. 제23항에 있어서,
    상기 수산화나트륨의 용액은, 상기 용액으로부터 CO2를 제거하기 위해 병입(bottling)하기 전에 불활성 가스로 린스 처리된, 컴비네이션 패키지.
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