KR101460976B1

KR101460976B1 - 표면이 코팅되어 생체 친화성이 향상된 치과용 임플란트 및 이의 제조 방법

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Publication number: KR101460976B1
Application number: KR20140087629A
Authority: KR
Inventors: 장일석; 김효원; 김수경; 송주동; 엄태관; 최규옥; 이해신
Original assignee: 오스템임플란트 주식회사
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2014-11-13

Abstract

본 발명은 임플란트 표면에 코팅되어, 임플란트 표면의 친수성, 혈액 친화성, 골 형성 촉진능을 향상시킬 수 있는 임플란트 표면 코팅용 조성물을 제공하고, 이를 사용하여 생체 친화성 및 생체 적합성이 향상된 치과용 임플란트의 제조방법과 이러한 방법으로 제조된 치과용 임플란트에 관한 것으로, 본 발명에서 제시된 임플란트 코팅용 조성물이 코팅된 치과용 임플란트는 표면의 친수성, 혈액친화성 및 골-계면력이 향상되고, 임플란트가 식립된 주변부의 골 형성이 증가되는 장점이 있으며, 치과용 임플란트의 생체 친화성 또는 생체 적합성이 크게 향상되는 효과가 있다.

Description

표면이 코팅되어 생체 친화성이 향상된 치과용 임플란트 및 이의 제조 방법{Surface coated dental implant with improved biocompatibility and preparation method thereof}

본 발명은 임플란트 코팅용 조성물을 사용하여 임플란트 표면을 코팅함으로써, 임플란트의 친수성, 혈액친화성, 골 형성 촉진능 및 골계면 결합력과 같은 생체 친화성이 향상된 치과용 임플란트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임플란트 코팅용 조성물을 사용하여 전처리된 임플란트 표면에 코팅함으로써, 생체 친화성 또는 생체 적합성이 향상된 치과용 임플란트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

고령화 사회의 진전에 따라 삶의 질이 사회적 이슈로 등장하고 있고 건강에 대한 관심도 세분화되고 있으며, 특히 구강건강이 전신건강에 직접적인 영향을 주고 있으나 가령화(加齡化)에 따른 치아 상실은 불가피하다.

치아 상실시 저작기능이 제대로 되지 않아 음식물 섭취 제한뿐만 아니라 소화기능 장애, 얼굴의 변형과 부정확한 발음으로 인해 대인관계에도 지장을 주기 때문에 치아 상실의 해결방법으로 틀니, 브릿지 등 보철치료 방법이 주를 이루었으나, 근래에는 자연치에 근접한 치료방법인 임플란트 시술이 등장하였으며, 소비자들의 소득수준 향상, 치의학 치과기술의 발전으로 임플란트 시술이 치아상실의 보편적 치료방법으로 인식되고 있는 실정이다.

치과용 임플란트는 인간의 턱뼈 위에 인공치아를 영구적으로 이식시키기 위해 사용하는 것으로서, 턱뼈와 인공치아를 연결시키고 음식의 저작(詛嚼)시 발생하는 하중을 감당, 분산시켜 실제 치아와 동일한 역할을 할 수 있고, 기존의 의치(義齒)에 비하여 더욱 안정한 치아로서의 역할을 하도록 기계적으로 제작된다. 따라서 임플란트는 인간의 생체조직에 대하여 매우 안정적인 생체친화 재료를 사용하여야 하며 부작용 및 기타 화학, 생화학적 반응성이 없는 것이어야 한다. 또한 반복되는 하중 및 순간적인 압력의 부과에도 변형 및 파괴되지 않도록 기계적 강도가 매우 높아야 하기 때문에 적당한 소재를 선택하는 것이 매우 까다롭다.

임플란트의 적절한 소재로서 다양한 금속 및 합금이 개발, 시도되었으나 티타늄(Ti) 금속이나 그 합금을 주로 이용하고 있다(Larry L. Hench, "Bioceramics", J. Am. Ceram. Soc. 81 [7] 1705-1728, 1998). 티타늄 또는 그 합금은 가공이 용이할 뿐만 아니라 인간의 생체조직에 대한 높은 생체친화성, 높은 기계적 강도 및 생체 불활성을 갖는 장점이 있다. 그러나 Ti 및 그 합금 자체는 인체에 이식시 골과의 결합시간이 길고, 이식 후 장시간 지나면 금속 이온이 생체로 녹아 들어가는 단점이 있다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 이들 재료의 표면을 적절히 처리함으로써 골결합을 강화할 수 있는 기술들이 개발되어 사용되고 있다(공개특허 제2013-0022252호). 특히 골융합(Osseointegration)에 있어서 중요한 결정인자로 임플란트의 표면처리 방식이 지적되어 왔으며, 이와 관련하여 선반 가공에 의한 매끈한 표면처리 방식이 골과의 우수한 생체 적합성과 조직 안정성 때문에 가장 오랜 역사를 가지고 오랜기간 동안 임플란트 시술에 적용되어 왔다.

그러나 골 밀도가 낮은 골에서의 성공률을 개선하기 위해 임플란트의 표면 특성을 개선시키려는 노력이 대두되었으며, 불규칙한 표면을 가진 임플란트가 빠른 골 성장과 우수한 기계적 접착에 효과가 있으며, 불규칙하고 거친 표면을 갖는 임플란트가 평활한 표면을 갖는 임플란트에 비해 더 많은 골접촉률을 보임이 보고된 바 있다.

임플란트 표면의 진화된 양상을 살펴보면 1세대는 평활한 표면을 갖는 임플란트, 2세대 임플란트는 피막 표면을 갖는 임플란트로서 수산화인회석 피막(hydroxyapatite coating, HA)과 티타늄 분사 피막(Titanium Plasma Spray, TPS)으로 나누어 볼 수 있다. RBM(Resorbable Blasted Media blasting) 표면을 갖는 임플란트는 3세대에 속하며, 흡수성 매질로 블라스팅 기법을 이용하여 임플란트의 거칠기를 증가시켰다. 상기 블라스팅 방법은 표면에 분사되는 입자의 영향으로 표면적이 증가되어 요철 효과로 임플란트 계면 골결합력이 증가되며 거친 표면에 세포의 반응이 활성화되는 장점을 갖는다.

그러나, 현재 많이 사용되고 있는 임플란트 표면처리방식인 상기 RBM이나 인체 산성물질로 표면 처리한 생체 친화성이 높은 SLA(Sandblast Large grit Acid etch)등의 표면처리 방식 경우, 표면처리공정 후 제품이 공기 중에 노출되었을 때, 제품 표면에 산화층이 성장하고 탄화수소등의 다양한 오염원의 흡착이 일어나 화학적으로 안정한 상태로 변화하면서 소수화되는 문제가 있다. 즉, 이렇게 소수화된 표면은 체액 및 혈액에 대한 젖음성이 낮기 때문에 임플란트 매식 후 뼈와 융합되는 전반적인 과정을 방해하여 임플란트가 안정되는 기간을 연장시키는 단점이 있다.

한편, 미국 특허공보 제6702855호에는 티타늄 임플란트의 조면화된 표면의 친수성을 개선시키는 방법으로서 염산, 황산, 질산 등과 같은 무기산을 이용하여 화학적으로 에칭(etching)시키는 방법이 개시되어 있으며, 여러 문헌에서 티타늄 표면의 소수화로 인한 단점을 극복하기 위해 금속표면의 친수성을 부여하는 방법으로 플라즈마 처리(라디오-주파수 글로 방전; Radio-Frequency Glow Discharge(RFGD), O2 등), 광 조사(자외선, 자외선-오존 등)방식을 언급하고 있다. 그러나, 이를 적용했을 경우 티타늄 표면을 초친수화시키는 것은 가능하나, 친수성을 일정 기간 이상 유지하고, 골 결합의 속도와 품질의 향상 측면에서는 여전히 한계가 존재한다.

공개특허 제2013-0022252호 미국 특허공보 제6702855호

Larry L. Hench, "Bioceramics", J. Am. Ceram. Soc. 1998, 81(7), 1705-1728.

이에 본 발명에서는 임플란트 표면에 코팅되어, 임플란트 표면의 친수성, 혈액 친화성, 골 형성 촉진능을 향상시킬 수 있는 임플란트 표면 코팅용 조성물을 제공하고, 이를 사용하여 생체 친화성 및 생체 적합성이 향상된 치과용 임플란트의 제조방법과 이러한 방법으로 제조된 치과용 임플란트를 제시하고자 한다.

따라서 본 발명의 목적은 하기 [화학식 1]로 표시되는 화합물 또는 이의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 화합물을 유효성분으로 포함하는 임플란트 코팅용 조성물을 사용하여 임플란트 표면을 코팅하는 방법 및 이러한 표면 코팅 조성물이 코팅되어 생체친화성과 생체적합성이 향상된 치과용 임플란트를 제공하는 것이다.

[화학식 1]

상기 [화학식 1]에서 a는 -PO(OH)₂ 또는 -SO₂(OH) 이다.

본 발명의 다른 목적은 (a) 임플란트의 표면을 조면화하는 전처리하는 단계; 및 (b) 상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물 또는 이의 염을 유효성분으로 포함하는 임플란트 코팅용 조성물을 상기 (a)의 전처리 단계에서 조면화 처리된 임플란트 표면에 코팅함으로써, 임플란트의 친수성, 혈액친화성, 골 형성 촉진능 및 골계면 결합력과 같은 생체 친화성 또는 생체 적합성이 향상된 치과용 임플란트 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 제시하는 치과용 임플란트는 하기 [화학식 1]으로 표시되는 화합물 또는 이의 염을 유효성분으로 포함하며, 치과용 임플란트 표면에 코팅되는 조성물의 농도는 0.05 ~ 0.5 M이고, pH는 5 ~ 9인 것을 특징으로 하며, 더욱 바람직한 pH 범위는 6 ~ 8이다.

[화학식 1]

상기 [화학식 1]에서 a는 -PO(OH)₂ 또는 -SO₂(OH) 이다.

이렇게 임플란트 표면에 코팅되는 상기 [화학식 1]으로 표시되는 화합물 또는 이의 염은 치과용 임플란트 표면에 1 ㎍/㎟ ~ 1 ㎎/㎟의 양으로 코팅되는 것이 바람직하며, 상기 [화학식 1]의 화합물은 N-Tris(hydroxymethyl)methyl-3-aminopropanesulfonic acid(이하, 'TAPS'라 한다)인 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에서 사용되는 치과용 임플란트 코팅 조성물에는 TAPS 또는 이의 염이 유효성분으로 포함되는데, pH 5 ~ 9, 더욱 바람직하게는 6 ~ 8의 범위에서 0.05 ~ 0.5 M의 농도로 포함되며, 치과용 임플란트 표면에 코팅될 경우에는 1 ㎍/㎟ ~ 1 ㎎/㎟의 양이 코팅된다.

본 발명의 다른 실시 형태로는 치과용 임플란트의 제조방법이 있으며, (a) 치과용 임플란트의 표면을 블라스팅 및 산처리 단계를 거쳐 조면화 시키는 전처리 단계; 및 (b) 상기 [화학식 1]으로 표시되는 화합물 또는 이의 염을 유효성분으로 포함하는 조성물을, (a)의 전처리 단계에서 전처리된 임플란트 표면에 코팅하는 단계;를 포함한다.

본 발명에서 제시된 임플란트 코팅용 조성물이 코팅된 치과용 임플란트는 표면의 친수성, 혈액친화성 및 골-계면력이 향상되고, 임플란트가 식립된 주변부의 골 형성이 증가되는 장점이 있으며, 치과용 임플란트의 생체 친화성 또는 생체 적합성이 크게 향상되는 효과가 있다.

도 1은 코팅된 치과용 임플란트의 접촉각 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 코팅된 치과용 임플란트의 혈액 친화성 측정 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 코팅된 치과용 임플란트의 골계면 결합력을 측정한 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 코팅된 치과용 임플란트의 골계면 형태계측학적 평가를 위한 μCT 촬영 결과이다.

본 발명의 [화학식 1]로 표시되는 화합물은 그 자체, 이의 염 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염의 형태로 사용될 수 있다. 상기에서 ‘약학적으로 허용가능한'이란 생리학적으로 허용되고 인간에게 투여될 때, 통상적으로 알레르기 반응 또는 이와 유사한 반응을 일으키지 않는 것을 말하며, 상기 염으로는 약학적으로 허용 가능한 유리산(free acid)에 의하여 형성된 산 부가염이 바람직하다.

[화학식 1]

상기 [화학식 1]에서 a는 -PO(OH)₂ 또는 -SO₂(OH) 이다.

상기 유리산으로는 유기산과 무기산이 사용될 수 있으며, 상기 유기산으로는 구연산, 초산, 젖산, 주석산, 말레인산, 푸마르산, 포름산, 프로피온산, 옥살산, 트리플로오로아세트산, 벤조산, 글루콘산, 메타술폰산, 글리콜산, 숙신산, 4-톨루엔술폰산, 글루탐산 및 아스파르트산 등이 포함되지만, 특별히 이들로 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 무기산으로는 염산, 브롬산, 황산 및 인산 등이 포함되지만, 역시 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

상기 [화학식 1]로 표시되는 화합물이 치과용 임플란트 코팅용 물질로 사용하기에 적합한지 여부를 확인하기 위해 다양한 코팅 조성물을 사용한 비교 실험을 수행하였으며, 비교를 위해 사용된 물질로 TMP(Thiamine monophosphate), FA(Folic acid), MDP(Methylene diphosphonic acid) 등을 사용하였다.

본 발명의 [화학식 1]을 사용하여 디스크 형태의 임플란트 시편 표면이 코팅된 경우에는, 3년의 가속 노화 조건(55 ℃에서 18주 방치)을 거친 이후에도 다른 비교 물질이 코팅된 경우에 비해 매우 낮은 접촉각을 보였으며, 이는 이러한 코팅된 화합물이 임플란트 표면의 친수성을 매우 증가시킨다는 것을 의미한다(후술되는 도 1 참조).

또한, 픽스쳐 형태의 임플란트 시편으로 혈액친화성을 측정한 결과, 본 발명의 [화학식 1]의 화합물로 코팅된 임플란트가 3년의 가속 노화 조건에도 다른 비교 물질이 코팅된 경우에 비해 매우 높은 혈액친화성을 나타내었으며(후술되는 도 2 참조), 픽스쳐 형태의 임플란트 시편으로 골-계면력(Interfacial force)을 in vivo 로 측정한 결과 역시 비교 물질을 사용한 경우에 비해 우수한 골-계면력을 나타내었다(후술되는 도 3 참조).

본 발명의 임플란트 코팅용 조성물은 압착, 압축, 가압접촉, 패킹, 압박, 굳힘 등의 방법을 사용하여, 퍼티, 페이스트, 주형 가능한 스트립, 블록, 칩 등의 형태로 성형되어 사용될 수 있고, 화학적 첨가물을 이용하여 겔, 분말, 페이스트, 정제, 펠렛 등의 형태로 사용될 수도 있으나, 수용액의 형태로 사용되는 것이 바람직하다.

수용액의 형태로 사용될 경우에는, 임플란트 표면에 코팅되는 코팅용 조성물의 농도는 0.05 ~ 0.5 M이고, pH는 5 ~ 9인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 6 ~ 8의 범위를 사용할 수 있으며, 임플란트 표면에 1 ㎍ ~ 1 ㎎/㎟의 양으로 코팅되는 것이 바람직하다. 농도가 0.05 M 미만일 경우에는 임플란트 표면에 코팅되는 양이 너무 적어 생체 친화성 향상 효과가 나타나지 않을 수 있으며, 농도가 0.5 M 이상인 경우에는 높은 점도로 인해 전체 표면에 고른 코팅이 되기 어렵고, 형성된 두터운 코팅층은 진동, 낙하에 의한 장기적인 탈락 안정성 감소등의 문제점이 발생된다.

또한 상기 수용액 형태의 코팅용 조성물의 경우 pH는 약산성 내지 약염기성을 포함하는 중성영역인 5 ~ 9 또는 6 ~ 8의 범위가 바람직한데, pH 5 미만의 산성일 경우에는 임플란트 Base 표면인 타이타늄 표면을 산화시킬 수 있는 문제점이 있고, pH 9 초과의 염기성인 경우에는 코팅용 조성물 자체의 물질 안정성을 떨어뜨리는 문제점이 발생하므로 바람직하지 아니하다.

상기 [화학식 1]의 화합물의 구체적인 형태로, [화학식 2]와 같은, N-Tris(hydroxymethyl)methyl-3-aminopropanesulfonic acid(TAPS)를 들 수 있으며, 이들의 염이 포함된다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 치과용 임플란트 코팅 조성물에는 TAPS 또는 이의 염이 유효성분으로 포함되고, pH가 5 ~ 9의 범위에서 0.05 ~ 0.5 M의 농도로 포함되며, 치과용 임플란트 표면에 코팅될 경우에는 임플란트 단위 면적당 1 ㎍ ~ 1 ㎎/㎟의 양으로 코팅되는 것이 바람직하다.

[화학식 2]

코팅되는 양이 1 ㎍ 미만인 경우에는 임플란트 표면 전체를 커버하지 못하는 문제점이 있고, 1 ㎎/㎟의를 초과하는 양으로 코팅될 경우에는 두터운 코팅층이 형성되므로 유통시 진동등에 의한 탈락등의 문제점이 발생될 수 있으므로, 바람직하지 아니하다.

또한, 이러한 수용액의 형태로 임플란트 표면 코팅에 사용될 경우에는 생물학적 활성물질을 추가로 첨가하여 사용할 수 있는데, 상기 생물학적 활성물질로 골 성장을 촉진하는 성장인자, 골 조직 형성 증진을 유도하는 펩타이드와 단백질, 피브린, 골 형태 형성인자, 골 성장제, 화학요법제, 항생제, 진통제, 비스포스포네이트, 스트론툼염, 불소염, 마그네슘염 및 나트륨염 등이 사용될 수 있다.

상기 성장인자로는 BMP(bone morphogenic protein), PDGF(Platelet-derived growth factor), TGFbeta(Transgenic growth factor), IGF-I(Insulin-like growth factor), IGF-II, FGF(Fibroblast growth factor) 및 BGDF-II(beta-2-microglobulin) 등이 있으며, 상기 골 조직 형성 증진 펩타이드와 단백질로는 RGD 시퀀스를 포함하는 각종 펩타이드와 콜라겐 및 피브로노젠과 같은 각종 단백질 등을 들 수 있다.

골 형태 형성인자로는 오스테오칼신(osteocalcin), 본사이알로프로테인(bonesialo protein), 오스테오제닌(osteogenin), BMP 등이 사용될 수 있는데, 상기 골 성장제는 인체에 무해하고 골 성장을 촉진하는 물질이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 골 형성을 증진시키는 핵산, 골 형성을 억제하는 물질의 길항제 등이 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시 형태로는 (a) 임플란트의 표면을 조면화 시키는 전처리 단계; 및 (b) 상기 본 발명의 임플란트 코팅용 조성물을 상기 (a) 단계에서 전처리 한 임플란트 표면에 코팅하는 단계;를 포함한다.

상기 (a) 단계는 본 발명의 임플란트 코팅용 조성물로 코팅하기 전 임플란트의 표면을 전처리하는 단계로서, 당업계에 공지된 다양한 전처리 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 흡수성 분사 입자를 사용하여 표면처리 하는 RBM(Resorbable Blasting Media)법, 알루미늄 블라스팅 후 산에서 식각하는 SA(Sand-blasted Large grit, and Acid etched) 표면처리법, 자외선 조사, 300℃ 이상의 온도에서 열처리, 또는 양극산화(anodizing), 산처리 및 염기처리 후 열처리 등이 있는데, 이중 바람직하게는 자외선 조사 또는 SA(Sand-blasted Large grit and Acid etched) 표면처리법 등이 있으며, 가장 바람직하게는 이 두가지를 모두 실시하는 전처리 단계를 고려할 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용되는 임플란트의 재질로는, 특별히 제한되지 아니하고 공지된 임플란트 재질 모두 가능하며, Glass, ITO 등의 Ceramic 과 PU, PTFE 등의 합성 고분자와 금속 계열로 SiO₂, Pt, St, 티타늄, 티타늄 합금 등을 들 수 있다. 바람직하게는 티타늄 또는 티타늄 합금이 사용될 수 있으며, 앞서 언급한 전처리(표면처리) 단계에서, 티타늄 혹은 티타늄 합금 재질의 임플란트에 질산 용액을 이용하여 표면에 있는 수산화탄소를 제거할 수도 있다.

상기 질산 용액은 4 v/v% 내지 60 v/v% 정도가 바람직하며, 표면의 친수성 특성 및 형상에 따라 이러한 질산 용액 세정 공정은 생략될 수 있다. 질산 세정 후에는 표면의 잔류 질산을 제거하기 위해서 증류수로 표면을 세척하는 것이 바람직하며, 질산 용액 세정 공정이 생략된 표면에서는 증류수 표면 세척 과정이 생략될 수 있으나, 불순물 제거를 위해 알코올 세척단계에 이어서 사용될 수 있다.

상기 (b) 단계는 본 발명의 임플란트 코팅용 조성물을 사용하여 임플란트 표면을 코팅하는 단계로, 구체적인 임플란트 표면 코팅 방법은 물리적, 화학적 코팅 방법을 들 수 있다. 구체적인 예로 펄스레이저증착법(PLD), 스파터링증착법(sputtering), 화학기상증착법(CVD), 딥코팅법(dip coating), 스핀 코팅법(spin coating), 도금법(plating), 3차원 플라즈마건증착법(3D plasma gun deposition) 등을 들 수 있다. 이러한 코팅 방법 외에도 본 발명의 코팅용 조성물은 임플란트 표면에 단순 도포 과정을 거쳐 건조시킴으로써, 코팅 단계가 수행될 수 있다. 이때 상온 건조 시간은 약 1 내지 24시간 일 수 있고, 더 바람직하게는 6시간 내지 20시간 일 수 있다.

일반적으로 자외선 조사 공정이나 SA 처리 공정은 골유착을 유도하는 것으로 알려져 있지만, 처리 후 일정 시간이 지나면 생체적합성이 떨어진다는 단점이 있다. 하지만, 본 발명의 코팅용 조성물을 사용하여 표면 코팅된 임플란트의 경우, 장기간의 시간이 지나도 임플란트의 생체 친화성이 유지되거나 증진되는 장점을 갖는 특징이 있다.

이하에서는 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 살펴보기 위해 실시예와 도면을 참조하여 설명하고자 한다. 다만, 이러한 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위와 이의 균등 범위에 대해서 본 발명의 기술적 사상이 보호되어야 한다.

[ 실시예 1]

치과용 임플란트 표면의 전처리 및 코팅용 조성물의 건조 코팅층 형성

사용된 시편은 티타늄(CP Ti Gr4, Siwon company, USA)을 임플란트 전용 정밀 CNC(CINCOM. L20VIII, Japan)에서 직경 10 mm, 두께 1 mm의 디스크 형태 및 screw가 없는 직경 1.5 mm, 길이 1.5 mm의 픽스쳐(fixture) 형태로 가공한 후, 입자 크기 50 ㎛의 Al₂O₃ 분말을 사용하여 블라스트 압력 5 기압으로 30 초간 블라스팅한 후, 혼합산 수용액을 이용한 산처리법을 이용하여 임플란트 표면의 macro- & micro-morphology를 부여하였다.

상기 전처리를 끝낸 후, 임플란트를 세척하였다. 산부식 처리된 치과용 타이타늄 임플란트를 에탄올로 30 분간 그리고 증류수로 30 분간 초음파 세척한 다음 건조시켰다.

상기 공정을 거친 임플란트에 플라즈마 1 분 혹은 자외선 5 분을 처리하여 표면에 흡착 및 안정화된 오염원을 제거하였고, 상기 표면에 0.1 M 농도의 TMP, FA, MDP, TAPS 수용액을 pH 7로 조절한 후, 일정량 균일하게 도포한 후 상온에서 건조하여 0.5 mg/mm² 코팅량이 되도록 제조하였다. 이러한 방법으로 제조된 TMP, FA, , MDP, TAPS 수용액이 코팅된 임플란트를 하기 [실시예 2]에서 사용하였다.

[ 실시예 2]

코팅된 임플란트의 친수성 확인을 위한 접촉각 측정

앞서 [실시예 1]에서 제조된 코팅된 임플라트 표면의 친수성 측정을 위해 Sessile drop method를 이용하였다. 접촉각 측정에 앞서, [실시예 1]에서 제작된 TMP, FA, MDP, TAPS 코팅된 타이타늄 디스크를 가속노화 조건(55°C)에서 18주간(가속노화 3년) 방치한 후, 가속노화된 각각의 디스크에 증류수를 각각 10 ml씩 떨어뜨려 표면과 증류수와의 접촉각을 측정 하였다. 정확한 접촉각의 측정을 위해, 동영상 카메라가 부착된 장비(Contact angle measurement, Surface Tech, Korea)로 사진을 촬영하여, 사진에서 좌우 접촉값을 측정 후 평균값(Contact angle)을 구하였다.

이때, 양성 대조군으로는 표면 코팅이 이루어지지 않은 제조 직후의 SA disk, 음성 대조군으로 표면 코팅이 이루어지지 않은 상태로 가속노화된 SA disk를 사용하였다.

도 1의 실험 결과에서 확인할 수 있듯이, 18주(가속노화 3년) 가속노화의 경우 접촉각이 121°인 음성 대조군에 비해 TMP, FA, MDP, TAPS 코팅 실험군의 증류수의 접촉각이 각각 약 0°, 12°, 60° 0°로 접촉각이 낮아져 코팅표면의 친수성이 향상됨을 알 수 있다.

[ 실시예 3]

표면 코팅된 임플란트의 혈액 젖음성 측정

[실시예 1]에서 제작된 표면이 코팅된 치과용 임플란트를 가속노화 조건(55°C)에서 18주간 방치한 다음, 혈액친화성을 확인하기 위해 micropig 혈액에 상기 임플란트를 3 분 동안 약 3 mm 담지한 후, 임플란트 표면을 타고 올라오는 혈액의 높이로 혈액젖음성을 확인하였다.

이때, 양성 대조군으로는 제조 직후의 상기 물질들이 코팅되지 않는 SA 임플란트를 사용하였고, 음성 대조군으로 상기 물질을 코팅하지는 않고 가속노화 조건을 거친 SA 임플란트를 사용하였다.

도 2의 실험 결과에서 확인되는 바와 같이, 가속노화된 TMP, FA, MDP 또는 TAPS가 코팅된 치과용 임플란트들이 음성 대조군인 SA 임플란트에 비해 혈액 젖음성이 높음을 확인할 수 있었다. 음성 대조군인 SA 임플란트의 경우 3분 동안 임플란트 표면을 타고 올라오는 혈액의 높이가 1.5 mm인 반면에, TMP, FA, MDP 및 TAPS의 경우 각각 6 mm, 4 mm, 3 mm, 8.5 mm로 혈액 젖음성이 크게 향상되었음을 확인할 수 있었다.

이러한 혈액 젖음성 측정을 통해, 표면이 코팅된 임플란트 표면의 혈액 친화성이 가속노화 3년의 조건에도 향상됨을 알 수 있으며, 특히 음성 대조군 대비 TAPS로 표면이 코팅된 임플란트가 혈액 친화성이 크게 향상됨을 확인할 수 있다.

[ 실시예 4]

표면이 코팅된 임플란트의 골-계면 결합력 측정 ( In vivo )

앞서 [실시예 1]에서 제조된 TMP, FA, MDP 또는 TAPS가 코팅된 치과용 임플란트 중에서 [실시예 3]을 통해 혈액 친화성이 우수한 것으로 확인된 TMP, FA, TAPS가 코팅된 임플란트에 대해 가속노화 조건(55°C)에서 18주간(가속노화 3년) 방치한 후, 임플란트와 골-계면 결합력을 확인하였다.

임플란트와 골-계면 결합력을 측정하기 위해 가토의 경골에 상기 표면이 코팅된 임플란트를 식립하고, 14 일의 골형성 기간 경과 후에 비틀림 제거력(removal torque) 측정을 하였다.

양성 대조군으로는 제조 직후의 표면 코팅되지 않은 SA 임플란트를 사용하였고, 음성 대조군으로 표면이 코팅되지 않은 상태로 동일 기간동안 가속노화된 SA 임플란트를 사용하였다.

도 3의 결과에서 알 수 있듯이, 18주(가속노화 3년) 동안의 가속노화를 거쳐도 음성 대조군에 비해 TMP, FA 또는 TAPS가 표면 코팅된 임플란트 실험군의 경우, 비틀림 제거력이 각각 약 131 %, 110 %, 148 %의 범위로 골-계면 결합력이 향상됨을 알 수 있다. 특히 TAPS가 표면 코팅된 임플란트의 경우 양성 대조군인 제조 직후의 SA의 골계면 결합력과 거의 동등하거나 오히려 약간 향상되었음을 알 수 있다.

[ 실시예 5]

표면 코팅된 치과용 임플란트의 골계면 형태 계측학적 평가

[실시예 1]에서 제조된 TMP, FA, MDP 또는 TAPS가 코팅된 치과용 임플란트 중에서 [실시예 4]의 비틀림 제거력이 높았던 TMP 또는 TAPS가 코팅된 임플란트를 선정하여, 가속노화 조건(55°C)에서 18주간(가속노화 3년) 방치한 후, 골계면의 형태계측학적 평가를 진행하였다.

골-계면의 형태 계측학적 평가를 위해, micro pig 하악에 상기 TMP 또는 TAPS가 표면 코팅된 임플란트를 식립한 후, 16 일간의 골 형성기간이 지난 후에 μCT 촬영을 통해 형태 계측학적 평가를 실시하였다.

양성 대조군으로는 제조 직후의 표면 코팅되지 않은 SA 임플란트를 사용하였고, 음성 대조군으로 상기 표면 코팅 조성물이 코팅되지 않고 동일 기간 동안 가속노화된 SA 임플란트를 사용하였다.

도 4의 결과에서 확인될 수 있듯이, 18주간의 가속노화에도 불구하고, TAPS가 표면 코팅된 치과용 임플란트의 경우가, TMP 코팅된 임플란트 및 음성 대조군에 비해 임플란트 주변부의 Bone 형성 정도가 크게 증가했음을 알 수 있다.

Claims

하기 [화학식 1]으로 표시되는 화합물 또는 이의 염을 유효성분으로 포함하는 조성물이 표면에 코팅된, 치과용 임플란트.
[화학식 1]

상기 [화학식 1]에서 a는 -PO(OH)₂ 또는 -SO₂(OH) 이다.
제1항에 있어서,
상기 조성물의 농도는 0.05 ~ 0.5 M이고, pH는 5 ~ 9인 것을 특징으로 하는, 치과용 임플란트.
제1항에 있어서,
상기 [화학식 1]으로 표시되는 화합물 또는 이의 염은 치과용 임플란트 표면에 1 ㎍/㎟ ~ 1 ㎎/㎟의 양으로 코팅된 것을 특징으로 하는, 치과용 임플란트.
제1항에 있어서,
상기 조성물은, N-Tris(hydroxymethyl)methyl-3-aminopropanesulfonic acid 또는 이의 염을 포함하는 것을 특징으로 하는, 치과용 임플란트.
(a) 치과용 임플란트의 표면을 블라스팅 및 산처리 단계를 거쳐 조면화 시키는 전처리 단계; 및
(b) 하기 [화학식 1]으로 표시되는 화합물 또는 이의 염을 유효성분으로 포함하는 조성물을, (a)의 전처리 단계에서 전처리된 임플란트 표면에 코팅하는 단계;를 포함하는 치과용 임플란트의 제조방법.
[화학식 1]

상기 [화학식 1]에서 a는 -PO(OH)₂ 또는 -SO₂(OH) 이다.
제5항에 있어서,
상기 조성물의 농도는 0.05 ~ 0.5 M이고, pH는 5 ~ 9인 것을 특징으로 하는, 치과용 임플란트의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 [화학식 1]으로 표시되는 화합물 또는 이의 염은 치과용 임플란트 표면에 1 ㎍/㎟ ~ 1 ㎎/㎟의 양으로 코팅된 것을 특징으로 하는, 치과용 임플란트의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 임플란트 코팅용 조성물은, N-Tris(hydroxymethyl)methyl-3-aminopropanesulfonic acid 또는 이의 염을 포함하는 것을 특징으로 하는, 치과용 임플란트의 제조방법.