KR101458018B1 - 항균 기능을 향상시킨 치과용 보철물 제조방법 - Google Patents

Abstract

티타늄 재질의 소재에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 티타늄 재질의 소재의 표면에 티타니아 나노튜브를 형성하고, 티타니아 나노튜브의 특정 위치에 코팅을 수행할 수 있는 코팅 방법 및 이를 이용한 치과용 보철물 제조방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 티타늄 재질의 치과용 소재를 마련하고 형상을 가공하는 형상 가공 단계; 형상이 가공된 치과용 소재를 양극 산화 방법으로 표면에 티타니아 나노 튜브를 형성하는 표면 개질 단계; 및 표면이 개질된 치과용 소재를 은나노 입자를 포함하는 전해질 용액에 침지시키고 전원을 인가하여 티타니아 나노 튜브에 은나노 입자를 코팅하는 은나노 입자 코팅 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 보철물 제조방법을 제공한다.

Description

항균 기능을 향상시킨 치과용 보철물 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF ANTIBIOTIC DENTAL PROSTHESIS}

본 발명은 티타늄 재질의 소재에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 티타늄 재질의 소재의 표면에 티타니아 나노튜브를 형성하고, 티타니아 나노튜브의 특정 위치에 코팅을 수행할 수 있는 코팅 방법 및 이를 이용한 치과용 보철물 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 임플란트(implant)는 원래 인체조직이 상실되었을 때, 회복시켜 주는 대치물을 의미하지만, 치과에서는 인공으로 만든 치아 대체물을 식립하는 것을 말한다. 상실된 치근(뿌리)을 대신할 수 있도록 인체에 거부 반응이 없는 티타늄(titanium)등으로 만든 치근을 이가 빠져나간 치조골에 심은 뒤, 인공치아를 고정시켜 치아의 기능을 회복하도록 하는 시술이다.

일반 보철물이나 틀니의 경우, 시간이 지나면 주위 치아와 뼈가 상하지만 치과용 임플란트 보철물은 주변 치아조직을 상하지 않게 하며, 자연 치아와 기능이나 모양이 같으면서도 충치가 생기지 않으므로 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한 치과용 임플란트 보철물은 단일 결손치 수복은 물론이거니와 부분 무치아 및 완전 무치아 환자에게 의치의 기능을 증진시키고 치아보철 수복의 심미적인 면을 개선시킨다. 나아가 주위의 지지골 조직에 가해지는 과도한 응력을 분산시킴은 물론 치열의 안정화에 도움을 준다.

이와 같이 치과에서 행하는 치과용 임플란트 보철물 시술은 잇몸뼈, 즉 치조골에 픽스처를 매식하는 수술과정과, 심겨진 픽스처에 어버트먼트를 연결하여 치아 대체물을 장착하는 보철과정으로 구분된다.

본 발명은 치과용 보철물의 티타늄 합금 재질의 소재에 항균 기능성 코팅 등을 수행하여 기능성을 향상시킨 치과용 보철물 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

관련 선행 기술로는 대한민국 공개특허 제10-2009-0048078호 (공개일자 2009년 5월 13일) '치과용 임플란트장치' 가 있다.

본 발명의 목적은 티타늄 합금 재질인 치과용 보철물이 향상된 항균 성능을 가지도록 할 수 있는 치과용 보철물 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 항균 성능을 향상시킴과 동시에 치과용 보철물에 골드(Glod) 색상을 부여하고 내부식성을 증진시킬 수 있는 치과용 보철물 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 티타늄 재질의 치과용 소재를 마련하고 형상을 가공하는 형상 가공 단계; 형상이 가공된 치과용 소재를 양극 산화 방법으로 표면에 티타니아 나노 튜브를 형성하는 표면 개질 단계; 및 표면이 개질된 치과용 소재를 은나노 입자를 포함하는 전해질 용액에 침지시키고 전원을 인가하여 티타니아 나노 튜브에 은나노 입자를 코팅하는 은나노 입자 코팅 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 보철물 제조방법을 제공한다.

상기 표면 개질 단계 이후에, 상기 표면이 개질된 치과용 소재를 건조시켜 티타니아 나노 튜브 내부에 공기가 채워지도록 하는 튜브 건조 단계;를 수행하고, 상기 은나노 입자 코팅 단계를 수행함으로써, 티타니아 나노 튜브의 상부에만 은나노 입자가 코팅되도록 할 수 있다.

다른 방식으로 상기 표면 개질 단계 이후에, 상기 표면이 개질된 치과용 소재를 건조시키지 않고 상기 전해질 용액에 침지하여 상기 은나노 입자 코팅 단계를 수행함으로써, 티타니아 나노 튜브의 전체에 은나노 입자가 코팅되도록 할 수도 있다.

또 다른 방식으로 상기 표면 개질 단계 이후에, 상기 표면이 개질된 치과용 소재를 건조시키지 않은 상태로 상기 전해질 용액에 침지하고 상기 은나노 입자 코팅 단계를 수행하되, 펄스 전압 형태의 전원을 공급하여 은나노 입자가 티타니아 나노 튜브의 하부에 코팅되도록 할 수도 있다.

추가적으로, 상기 은나노 입자 코팅 단계 이후에 TiN을 코팅하는 질화티타늄 코팅 단계를 더 포함할 수도 있다.

이 때, 상기 질화티타늄 코팅 단계는 상기 티타니아 나노 튜브의 상부에 코팅되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 상기 질화티타늄 코팅 단계를 상기 티타니아 나노 튜브가 TiN 빔에 대하여 30~60도 범위의 각만큼 틸트된 상태에서 수행하는 방법으로 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 치과용 보철물 제조방법은 티타늄 합금 재질인 치과용 보철물의 표면을 티타니아 나노튜브로 개질한 후, 티타니아 나노튜브에 은나노 입자를 코팅할 수 있는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 티타니아 나노튜브의 특정 부분에만 은나노 입자를 코팅할 수 있는 방법을 제공함으로써, 은나노 입자의 농도와 분포를 조절할 수 있게 해준다. 이를 통해 치과용 보철물의 생체적합성 및 항균효과를 조절할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 골드 색상을 나타내는 TiN 을 티타니아 나노튜브에 국부적으로 코팅함으로써, 은나노 입자의 항균 성능을 유지하면서 TiN 코팅으로 인한 내부식성 향상과 색상 부여의 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 항균 기능을 향상시킨 치과용 보철물 제조방법을 나타낸 공정순서도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 치과용 보철물의 코팅 상태를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 치과용 보철물의 코팅 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 치과용 보철물의 코팅 상태를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 치과용 보철물의 코팅 상태를 나타낸 단면도임.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 항균 기능을 향상시킨 치과용 보철물 제조방법에 관하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 항균 기능을 향상시킨 치과용 보철물 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.

본 발명에서 치과용 보철물이라 함은, 어버트먼트, 픽스처, 크라운 등 치과용 보철물을 구성하는 부품들을 통칭하는 것이다. 대표적으로는 어버트먼트가 되겠지만, 어버트먼트에 한정되는 것은 아니고 픽스처, 크라운 등의 부품들에도 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 치과용 보철물 제조방법은 형상 가공 단계(S10)와, 표면 개질 단계(S20)와, 은나노 입자 코팅 단계(S30)를 포함한다.

형상 가공 단계(S10)는 티타늄 합금 재질의 소재를 절삭 가공, 연삭 가공 등의 방법으로 형상을 가공하는 단계이다. 기계적인 가공을 통해 티타늄 합금 재질의 원소재를 원하는 형상으로 가공한 후, 후속 공정을 수행하게 된다.

형상 가공 단계(S10)는 CAD/CAM을 이용하여 자동화 작업으로 수행될 수 있고, 숙련공에 의하여 수작업으로 진행될 수도 있고, 자동화 작업 후 추가적으로 수작업을 하는 방법으로도 진행될 수 있다.

표면 개질 단계(S20)는 티타늄 합금 재질의 표면을 개질하여, 코팅의 분포와 밀도를 조절할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 발명에서 표면 개질 단계(S20)는 티타늄 합금의 표면을 티타니아 나노 튜브로 개질한다. 티타늄 합금의 표면이 티타니아 나노 튜브가 되면 표면적이 증가되어 은 나노 입자의 코팅 면적을 증가시킬 수 있으며, 은 나노 입자가 티타니아 나노튜브 내부에 형성되도록 함으로써 은 나노 입자의 부착력을 증가시키는 효과도 가져온다.

티타늄 합금의 표면을 티타니아 나노튜브로 개질하기 위해서 양극산화 방법을 사용할 수 있다.

양극산화 방법은 직류전압인가장치와 양극산화 전해질 용액을 이용하는 것으로, 티타늄 합금을 양극에 연결하고, 백금을 음극에 연결한 후 양극산화 전해질 용액에 침지한 상태에서 직류전압을 인가함으로써, 티타늄 합금의 표면을 티타니아 나노튜브로 개질 할 수 있다.

다음으로 은 나노 입자 코팅 단계(S30)를 수행하게 된다.

은 나노 입자 코팅 단계(S30)는 은 나노 입자를 포함하는 전해질 용액에 표면 개질 단계를 거친 치과용 보철물을 침지시키고, 전원을 인가하여 은 나노 입자가 티타니아 나노튜브에 코팅되도록 한다.

전해질 용액에 포함되는 은 나노 입자는 1~100nm 크기를 가지는 것을 사용할 수 있다. 100nm 를 초과하는 경우 티타니아 나노튜브 속에 들어갈 수 없다.

코팅방법으로는 전기화학증착법(Electrochemical deposition)을 사용할 수 있다. 양극에 백금판, 음극에 개질된 치과용 보철물(티타니아 나노튜브로 표면 개질된 티타윰 합금) 을 걸고 전기를 인가한다. 이는 양극산화법과 극성을 반대로 하고 전원을 인가하는 것이다.

은나노 입자의 제조방법으로는 AgNO₃ 전해질 용액 속에서 펄스 직류 전기를 걸어 은나노 입자를 생성시키면서 타켓 표면에 부착시키는 전기 화학증착법, AgNO₃ 를 자외선(UV) 조사를 이용한 은나노입자 환원법을 사용할 수 있으며, 기 제조된 은나노 입자를 이용하여 전기화학 상술한 바와 같이 전기화학증착법으로 코팅할 수도 있다.

이 때, 구체적인 방법에 따라 은 나노 입자의 분포 위치와 농도 등을 조절할 수 있다.

본 발명은 티타니아 나노튜브의 상부, 하부 또는 전체에 선택적으로 은 나노 입자를 코팅할 수 있는 방법을 제공한다.

티타니아 나노튜브에 은나노 입자를 코팅한 후, 은나노 입자가 티타니아 나노튜브에 잘 고정되도록 열처리를 하는 것이 바람직하다. 열처리는 질소 분위기에서 400~550℃ 온도에서 60~180분 열처리 하는 것이 바람직하다. 열처리는 은나노 입자 코팅 전에 수행할 수도 있다.

그리고, 본 발명은 은 나노 입자 코팅 단계(S30) 이후에, 선택적으로 질화티타늄 코팅 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.

질화티타늄 코팅 단계(S40)는 내부식성 향상의 효과와 골드 색상 부여의 효과를 가지는 TiN을 국부적으로 코팅하는 것으로, 은 나노 입자의 용출에 지장을 주지 않도록 수행된다. 이에 관한 상세한 내용으 도 5를 참조하여 후술한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 치과용 보철물의 코팅 상태를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 제1실시예는 은 나노 입자를 티타니아 나노 튜브의 상부에 코팅하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 티타니아 나노 튜브(100)의 상부라 함은 도 2에서 알 수 있듯이 티타니아 나노 튜브의 개구된 부분을 의미하게 된다.

은 나노 입자의 코팅은 상술한 바와 같이, 은 나노 입자를 포함하는 전해질 용액에 티타니아 나노 튜브로 개질된 합금 소재를 침지시킨 후 전원을 인가하는 방법을 사용하게 되는데, 상부에만 은 나노 입자를 코팅하기 위해서는 티타니아 나노 튜브의 내부로 은 나노 입자가 침투하지 못하도록 해야 한다.

이를 위해, 본 발명은 티타니아 나노 튜브로 개질된 소재를 건조하여 티타니아 나노 튜브의 내부에 공기가 채워지도록 한 후, 그 상태에서 은 나노 입자가 포함된 전해질 용액에 침지시키면 티타니아 나노 튜브 내의 공기 때문에 전해질 용액이 티타니아 나노 튜브의 내부로 침투하지 못하게 된다. 따라서, 은 나노 입자(110)의 코팅이 티타니아 나노 튜브(100) 상부에만 이루어지게 된다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 치과용 보철물의 코팅 상태를 나타낸 단면도이다.

제1실시예와 달리 제2실시예는 티타니아 나노 튜브(100)를 건조시키지 않고, 그대로 은 나노 입자를 포함하는 전해질 용액에 침지시키고 전원을 인가하면, 은 나노 입자(110)가 티타니아 나노 튜브(100)의 내부까지 침투할 수 있으므로, 티타니아 나노 튜브(100) 전체에 은 나노 입자(110)가 코팅된다.

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 치과용 보철물의 코팅 상태를 나타낸 단면도이다.

제3실시예는 티타니아 나노 튜브(100)의 하부에 은 나노 입자(110)를 코팅하는 것을 특징으로 한다.

제3실시예는 제2실시예와 마찬가지로 양극산화로 제작된 티타니아 나노 튜브(100)를 건조시키 않고 바로 은 나노 입자를 포함하는 전해질 용액에 침지시키고 전원을 인가하여 은 나노 입자(110)를 코팅하되, 인가되는 전원의 형태를 펄스로 전압을 인가한다.

펄스로 전압을 인가하게 되면 은 나노 입자가 강하게 표면을 때리게 되어 티타니아 나노 튜브의 하부에 은 나노 입자가 많이 코팅되게 된다.

펄스 전압은 1~100V 범위인 것이 바람직하다. 펄스 전압이 1V 미만인 경우 코팅 밀도가 너무 낮으며, 100V를 초과하면 티타니아 나노 튜브가 손상되는 문제점이 발생한다.

이렇게 본 발명은 은 나노 입자를 티타니아 나노 튜브의 상부, 하부 또는 전체에 코팅할 수 있는 방법을 제공한다.

그리고, 본 발명은 은 나노 입자 코팅 이외에 추가적을 질화티타늄 코팅 단계를 더 수행할 수 있다.

질화티타늄(TiN)은 골드 색상을 나타내므로, 치과용 보철물에 골드 색상을 부여하는 효과를 가져온다.

또한, TiN은 내부식성이 높아 치과용 보철물의 내부식성을 향상시키는 효과를 가져온다.

도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 치과용 보철물의 코팅 상태를 나타낸 단면도이다.

질화티타늄 코팅 단계는 은나노 입자 코팅 단계 이후에 수행된다.

상기 질화티타늄 코팅 단계는 상기 티타니아 나노 튜브의 상부에 국부적으로 질화티타늄 코팅층(120)이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

질화티타늄을 전체적으로 코팅하게 되면, 은 나노 입자 코팅 위를 질화티타늄 코팅이 덮어 버리게 되어, 은 나노 입자가 외부로 용출되지 못하게 된다. 은 나노 입자의 용출이 없으면 은 나노 입자로 인한 항균 성능을 기대할 수 없게 된다.

티타니아 나노 튜브의 하부에만 질화티타늄을 코팅하기 위한 방법을 구체적으로 살펴보면, 치과용 보철물 소재의 표면에 형성되는 티타니아 나노 튜브에 대하여 TiN 빔이 30~60도 범위의 각만큼 틸트 시키고 TiN 빔을 가하게 되면, TiN 이 티타니아 나노 튜브의 내부로는 침투하지 못하게 되어 TiN 코팅이 티타니아 나노 튜브의 상부에만 이루어지게 된다.

S10 : 형상 가공 단계
S20 : 표면 개질 단계
S30 : 은나노 입자 코팅 단계
S40 : 질화티타늄 코팅 단계
100 : 티타니아 나노 튜브
110 : 은 나노 입자
120 : TiN 코팅층

Claims (7)

1. 티타늄 재질의 치과용 소재를 마련하고 형상을 가공하는 형상 가공 단계;
   형상이 가공된 치과용 소재를 양극 산화 방법으로 표면에 티타니아 나노 튜브를 형성하는 표면 개질 단계; 및
   표면이 개질된 치과용 소재를 은나노 입자를 포함하는 전해질 용액에 침지시키고 전원을 인가하여 티타니아 나노 튜브에 은나노 입자를 코팅하는 은나노 입자 코팅 단계;를 포함하며
   상기 표면 개질 단계 이후에,
   상기 표면이 개질된 치과용 소재를 건조시키지 않은 상태로 상기 전해질 용액에 침지하고 상기 은나노 입자 코팅 단계를 수행하되, 펄스 전압 형태의 전원을 공급하여 은나노 입자가 티타니아 나노 튜브의 하부에 코팅되도록 하는 것을 특징으로 하는 치과용 보철물 제조방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 은나노 입자 코팅 단계 이후에
   TiN을 코팅하는 질화티타늄 코팅 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 보철물 제조방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 질화티타늄 코팅 단계는 상기 티타니아 나노 튜브의 상부에 코팅되도록 하는 것을 특징으로 하는 치과용 보철물 제조방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 질화티타늄 코팅 단계는 상기 티타니아 나노 튜브가 TiN 빔에 대하여 30~60도 범위의 각만큼 틸트된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 치과용 보철물 제조방법.

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