KR101905072B1 - Orthopedic or dental metal complex for promoting angiogenesis by production of reactive oxygen species - Google Patents

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Abstract

활성 산소 종의 생성에 의해 혈관 신생을 촉진시키는 정형외과 및 치과용 금속 복합체, 및 이를 이용한 방법에 관한 것으로, 일 양상에 따른 혈관 신생을 촉진하는 정형외과 및 치과용 금속 복합체 및 이를 이용한 방법에 의하면 활성 산소 종에 의한 혈관 신생을 촉진하여 정형외과 및 치과용 금속 복합체가 사용된 주변 조직의 골막 및 뼈를 효과적으로 재생시키고 치료기간을 단축시킬 수 있다. 상기 금속 복합체는 기존의 의료용 임플란트에 적용시켜 바로 이용 가능하다.The present invention relates to an orthopedic and dental metal complex which accelerates angiogenesis by the production of active oxygen species, and a method of using the same. According to one aspect of the present invention, there is provided an orthopedic and dental metal complex for promoting angiogenesis, It is possible to effectively regenerate the periosteum and bones of the surrounding tissues in which the orthopedic and dental metal complexes are used and to shorten the treatment period by promoting angiogenesis caused by active oxygen species. The metal composite can be used directly in existing medical implants.

Description

활성 산소 종의 생성에 의해 혈관 신생을 촉진시키는 정형외과 및 치과용 금속 복합체{Orthopedic or dental metal complex for promoting angiogenesis by production of reactive oxygen species}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an orthopedic or dental metal complex for promoting angiogenesis by the production of reactive oxygen species

활성 산소 종의 생성에 의해 혈관 신생을 촉진시키는 정형외과 및 치과용 금속 복합체, 및 이를 이용한 방법에 관한 것이다.To an orthopedic and dental metal complex which promotes angiogenesis by the production of active oxygen species, and a method using the same.

골절 등의 치료를 위해 정형외과적으로 금속판 등이 사용되는 경우 필연적으로 골막 손상 및 소실이 발생하게 된다. 이러한 골막 손상 등은 골절부 불유합, 금속 파괴 및 골수염의 원인이 된다. 따라서 골 유합 과정에서의 골막의 재생 및 보존은 골절 치료의 핵심요소 중 하나이다. 골막을 최대한 보존하기 위한 다양한 수술 기법이 개발되었지만, 제한적인 골절 형태 및 부위에만 적용이 가능하였다.If a metal plate is used orthopedically for the treatment of fractures, perforation damage and loss will inevitably occur. These periosteal injuries are the cause of nonunion of the fracture, metal fracture, and osteomyelitis. Therefore, regeneration and preservation of periosteum during bone union is one of the key factors of fracture treatment. Various surgical techniques have been developed to maximize preservation of the periosteum.

한편, 활성 산소 종(reactive oxygen species: ROS)의 다양한 생리학적 기전에 대한 연구가 진행되어, ROS의 혈관 신생을 촉진하는 효과가 밝혀졌다. 그러나, 기존의 ROS를 생성시키기 위한 기술들은 ROS 생산을 위해 빛 또는 전기 에너지와 같은 외부의 에너지 공급이 필요하였고, 과도한 ROS의 생산은 오히려 세포의 사멸을 초래하여, ROS 생산 시스템을 생체 내에 적용하는데에 어려움이 있었다.On the other hand, various physiological mechanisms of reactive oxygen species (ROS) have been studied, and it has been found that the effect of promoting angiogenesis of ROS is promoted. However, existing techniques for generating ROS require external energy supply such as light or electric energy for production of ROS, and excessive production of ROS results in cell death rather than application of ROS production system in vivo There was a difficulty.

이에 본 발명자들은, 외부의 에너지 공급 없이 자연적으로 ROS를 발생시키는 금속 복합체를 발명하였고, 상기 금속 복합체가 주변 조직의 혈관 신생을 촉진하여 골막 및 골 재생에 효과적임을 입증하여, 본 발명의 금속 복합체가 정형외과용 금속 복합체로서 유용하게 사용될 수 있음을 확인하였다. 또한, 치과에서 손실된 치아를 수복하는 치과용 임플란트에도 본 발명의 금속복합체가 동일한 기전으로 사용될 수 있다.Therefore, the inventors of the present invention invented a metal complex which naturally generates ROS without external energy supply, and proved that the metal complex is effective for regeneration of periosteum and bone by promoting angiogenesis of peripheral tissues. Thus, It can be used as a metal complex for orthopedic surgery. In addition, the metal complex of the present invention can be used with the same mechanism in a dental implant that restores a tooth lost in a dentistry.

일 양상은 혈관 신생을 촉진하는 정형외과 및 치과용 금속 복합체를 제공한다.One aspect provides orthopedic and dental metal complexes that promote angiogenesis.

다른 양상은 금속 복합체를 이용하여 활성 산소 종을 발생시키는 방법을 제공한다.Another aspect provides a method of generating active oxygen species using a metal complex.

다른 양상은 혈관 신생을 촉진하는 정형외과 및 치과용 금속 복합체를 제조하는 방법을 제공한다.Another aspect provides a method of making orthopedic and dental metal complexes that promote angiogenesis.

일 양상은 혈관 신생을 촉진하는 금속 복합체를 제공한다.One aspect provides a metal complex that promotes angiogenesis.

상기 금속 복합체는,In the metal composite,

제1 금속을 포함하는 양극(anode); 및An anode comprising a first metal; And

제2 금속 층을 포함하는 상기 양극과 전기적으로 연결되는 음극(cathode)을 포함할 수 있다.And a cathode electrically connected to the anode including the second metal layer.

상기 금속 복합체는 정형외과 및 치과용으로 신체에 삽입되는 것일 수 있다.The metal complex may be inserted into the body for orthopedic surgery and dentistry.

상기 금속 복합체는 신체에 삽입되어 체액, 혈액, 림프액, 조직액, 체액, 세포 내액, 또는 세포 외액과 접촉하는 것일 수 있다.The metal complex may be inserted into the body and brought into contact with body fluid, blood, lymph fluid, tissue fluid, body fluid, intracellular fluid, or extracellular fluid.

용어 "혈관 신생(angiogenesis)"은 세포에 산소 및 영양분을 공급하기 위해 기존 혈관으로부터 새로운 혈관을 생성하는 기작을 의미할 수 있다. The term " angiogenesis " may mean a mechanism by which new blood vessels are generated from existing blood vessels to supply oxygen and nutrients to the cells.

용어 "양극(anode)"은 음극에 비하여 높은 전위를 가지고 산화 반응으로 전자를 생성하여 음극에 전자를 빼앗기는 전극을 의미할 수 있다. The term " anode " may refer to an electrode having a higher potential than a cathode and generating electrons in an oxidation reaction to deprive electrons from the cathode.

용어 "음극(cathode)"은 양극에 비하여 낮은 전위를 가지고 양극의 전자를 흡수하여 환원 반응이 일어나는 전극을 의미할 수 있다. 상기 음극은 -0.2 V vs. Ag/AgCl 이하의 전압, 1 μA/cm2이상의 전류 밀도 조건하에 산소환원반응(Oxygen reduction reaction, ORR)을 통하여, ROS를 생성시키거나, 또는 생성을 촉진시키는 것일 수 있다. 상기 ROS가 생성되는 장소는 체액, 혈액, 림프액, 조직액, 체액, 세포 내액, 또는 세포 외액, 또는 전해질 용액일 수 있다.The term " cathode " may refer to an electrode having a lower potential than the anode and absorbing electrons from the anode to cause a reduction reaction. The negative electrode is -0.2 V vs.. It may be possible to generate ROS or to promote production by an oxygen reduction reaction (ORR) under a voltage of Ag / AgCl or less and a current density of 1 μA / cm 2 or more. The place where the ROS is generated may be a body fluid, blood, lymph fluid, tissue fluid, body fluid, intracellular fluid, extracellular fluid, or electrolytic solution.

상기 "전기적으로 연결"된 것은 각 전극 사이에 전자가 이동할 수 있도록 연결된 것을 의미하여, 직접적인 전극 간의 접촉 및 전도체 등을 통한 간접적인 연결을 모두 포함한다.The " electrically connected " means that the electrodes are connected so that electrons can move between the electrodes, and includes both direct electrode contact and indirect connection through a conductor or the like.

상기 제1 금속은 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Fe, Si, Ti, V, Sn, Zn, Li, Sr, Ba, Nb, Ta, W, Co, Ni, Cu, Ag, Bi, Se, Ge, Ga, B, Be, As, Zr 또는 이들의 합금, 또는 이들에 준하는 금속을 포함할 수 있다.The first metal may be at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Fe, Si, Ti, V, Sn, Zn, Li, Sr, Ba, Nb, Ta, W, Co, , Se, Ge, Ga, B, Be, As, Zr, alloys thereof, or metals based thereon.

상기 제2 금속은 티타늄 및 티타늄 합금, 스테인리스강을 비롯한 철강 합금, 코발트 및 코발트-크롬 합금을 포함하는 코발트 합금, 니켈-티타늄 합금, 귀금속 (Au, Ag, Pt, Pd) 또는 이들의 합금, 또는 이들에 준하는 금속을 포함할 수 있다.The second metal is selected from the group consisting of titanium and titanium alloys, steel alloys including stainless steel, cobalt alloys including cobalt and cobalt-chromium alloys, nickel-titanium alloys, noble metals (Au, Ag, Pt, Pd) And may include metals similar to these.

상기 제2 금속은 제1 금속보다 이온화 경향이 작은 것일 수 있다.The second metal may have a lower ionization tendency than the first metal.

상기 음극은 산화 제2 금속 층을 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 음극은 산화 제2 금속 층 이외에도 질화물 또는 다른 촉매 코팅 층을 더 포함하는 것일 수 있다.The cathode may further comprise a second metal oxide layer. The cathode may further comprise a nitride or other catalyst coating layer in addition to the oxidized second metal layer.

상기 산화 금속 층의 형성 방법은 양극 처리(anodizing), 열처리 (Thermal processing), 산소 플라즈마 처리(oxygen-plasma treatment), 그리고 아크 산화(micro arc oxidation)/플라즈마 전해산화(plasma electrolytic oxidation) 를 포함할 수 있다.The method of forming the metal oxide layer may include anodizing, thermal processing, oxygen-plasma treatment, and arc oxidation / plasma electrolytic oxidation. .

상기 "양극 처리"는 금속을 전해질 용액 중에서 양극에 놓고 전기를 통하게 하면, 금속의 양극에 전기적 인력으로 산소 음이온을 이동시키고 이들이 금속 표면을 산화시켜 표면에 산화 금속 층을 생성시키는 것을 의미할 수 있다. 이로서, 상기 금속은 내식, 내마모, 발색, 염색, 및 전기 절연 등의 효과를 가질 수 있다. 양극 처리로 인해 생성된 산화 금속 층은 ORR의 촉매이지만 필요 이상으로 두꺼워질 경우 전자의 이동을 방해하므로, 이의 두께에 따라 상기 금속 복합체의 음극에서의 ORR 반응이 조절될 수 있다.The " anodizing " means that when the metal is placed on the anode in the electrolyte solution and electricity is passed through it, the oxygen anion is transferred to the anode of the metal by an electrical force and they oxidize the metal surface to produce a metal oxide layer on the surface . As a result, the metal may have effects such as corrosion resistance, abrasion resistance, color development, dyeing, and electrical insulation. The metal oxide layer generated by the anodic treatment is a catalyst of the ORR, but when it is thicker than necessary, the movement of the electrons is disturbed, so that the ORR reaction in the cathode of the metal complex can be controlled according to the thickness thereof.

상기 제1 금속 및 제2 금속은 표면에 코팅층을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 코팅층은 코팅 원소의 옥사이드, 하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시하이드록사이드, 코팅 원소의 옥시카보네이트, 또는 코팅 원소의 하이드록시카보네이트의 코팅 원소 화합물을 포함할 수 있다. 상기 코팅층을 이루는 화합물은 비정질 또는 결정질일 수 있다. 상기 코팅층에 포함되는 코팅 원소로는 Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Fe, Si, Ti, V, Sn, Zn, Li, Sr, Ba, Nb, Ta, W, Co, Ni, Cu, Ag, Bi, Se, Ge, Ga, B, Be, As, Zr 또는 이들의 합금을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제1 금속 및 제2 금속은 상기 화학식들로 표시되며 코팅층이 없는 상기 제1 금속 및 제2 금속과 상기 화학식들로 표시되며 코팅층을 추가적으로 포함하는 제1 금속 및 제2 금속의 합금을 포함할 수 있다.The first metal and the second metal may further include a coating layer on the surface. The coating layer may comprise an oxide, a hydroxide of a coating element, an oxyhydroxide of a coating element, an oxycarbonate of a coating element, or a coating element compound of a hydroxycarbonate of a coating element. The compound forming the coating layer may be amorphous or crystalline. As the coating element included in the coating layer, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Fe, Si, Ti, V, Sn, Zn, Li, Sr, Ba, Nb, Ta, , Ag, Bi, Se, Ge, Ga, B, Be, As, Zr or alloys thereof. The first metal and the second metal are expressed by the above-described chemical formulas, and the alloy of the first metal and the second metal having no coating layer and the first metal and the second metal represented by the above formulas, .

상기 금속 복합체는 외부의 에너지 공급 없이 활성 산소 종을 생성시키는 것인 금속 복합체일 수 있다.The metal complex may be a metal complex that generates active oxygen species without external energy supply.

상기 "외부의 에너지 공급"은 외부로부터 빛, 전압, 및 전류와 같이 전자의 방출을 유도할 수 있는 에너지의 공급을 의미할 수 있다.The " external energy supply " may mean the supply of energy that can induce the emission of electrons such as light, voltage, and current from the outside.

"활성 산소 종(reactive oxygen species: ROS)"은 산소 원자를 포함하는 화학적으로 활성화 상태에 있는 분자를 의미하며, ·O2-, H2O2, O·, ·OH, 및 ·O2H를 포함할 수 있다.&Quot; Reactive oxygen species (ROS) " means a molecule that is in a chemically active state, including oxygen atoms, and may include O2-, H2O2, O, OH, and O2H.

상기 금속 복합체의 음극으로부터 생성되는 활성 산소 종의 단위 시간당(1시간) 발생 속도는 1, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 μM/h 이상일 수 있고, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 45, 40, 35, 30, 25, 24, 23, 22, 21, 20 μM/h 이하일 수 있다. The generation rate of active oxygen species generated from the cathode of the metal complex per unit time (1 hour) may be 1, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 μM / , 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 45, 40, 35, 30, 25, 24, 23, 22, 21, 20 μM / h.

상기 금속 복합체의 음극으로부터 생성되는 활성 산소 종의 단위 시간당(1시간) 발생 분자 수는 2, 5, 10, 20, 30 nmol 이상일 수 있고, 200, 180, 160, 140, 120, 100, 80, 60, 40, 30 nmol 이하일 수 있다.The number of molecules generated per unit time (1 hour) of reactive oxygen species generated from the negative electrode of the metal complex may be 2, 5, 10, 20, 30 nmol or more, and 200, 180, 160, 140, 120, 60, 40, 30 nmol or less.

상기 금속 복합체의 음극으로부터 생성되는 활성 산소 종의 단위 시간당(1시간) 발생 분자 수는 단위 면적(1 mm2)당 5, 10, 20, 30, 40, 50 pmol 이상일 수 있고, 1000, 800, 600, 400, 200, 100, 80, 60 pmol 이하일 수 있다.The number of molecules generated per unit time (1 hour) of reactive oxygen species generated from the negative electrode of the metal complex may be 5, 10, 20, 30, 40, 50 pmol or more per unit area (1 mm 2) , 400, 200, 100, 80, 60 pmol or less.

상기 금속 복합체의 음극으로부터 생성되는 활성 산소 종은 그 주변의 활성 산소 종의 농도를 1, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 μM 이상으로 유지시킬 수 있는 속도, 또는 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 45, 40, 35, 30, 25, 24, 23, 22, 21, 20 μM/h 이하로 유지시킬 수 있는 속도로 생성되는 것일 수 있다.The active oxygen species generated from the negative electrode of the metal complex can be maintained at a concentration of 1, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, Or at a rate that can be maintained at or below 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 45, 40, 35, 30, 25, 24, 23, 22, Lt; / RTI >

일 구체예에서, 일정한 농도의 활성 산소 종은 주변 세포의 혈관 신생을 촉진하여 골막 및 골 주변 조직의 재생에 효과적임을 확인하였다. 이러한 활성 산소 종의 농도는 활성 산소 종의 발생 속도와 금속 복합체 주변의 세포의 상태, 질병의 종류, 질병의 진행 정도, 환자의 성별, 연령, 체중, 인종 등에 따라 달라질 수 있다. In one embodiment, certain concentrations of active oxygen species have been shown to promote angiogenesis in peripheral cells and are effective in regenerating periosteum and bone surrounding tissue. The concentration of the active oxygen species may be varied depending on the generation rate of the active oxygen species, the state of the cells around the metal complex, the type of disease, the progress of disease, the sex, age, body weight and race of the patient.

상기 산화 제2 금속 층의 두께는 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 nm 이상일 수 있고, 1000, 900, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 200, 180, 160, 140, 120, 100, 90, 80, 70, 60, 50 nm 이하, 또는 100, 90, 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 μm 이하 일 수 있다.The thickness of the second metal oxide layer may be 1, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 nm, 70, 600, 500, 400, 300, 200, 180, 160, 140, 120, 100, 90, 80, 70, 60, 50 nm or 100, 90, 80, 70, 30, 20, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 μm or less.

상기 산화 제2 금속 층은 음극의 서로 다른 부위에 2개 이상 형성될 수 있다. 상기 서로 다른 부위에 형성된 산화 제2 금속 층은 서로 다른 두께를 갖는 것일 수 있다. 서로 다른 두께를 갖는 산화 제2 금속 층은 서로 다른 농도의 활성 산소 종을 생성시키므로, 음극의 부위에 따라 생성되는 활성 산소 종의 양을 조절할 수 있다.The second metal oxide layer may be formed on two or more different portions of the cathode. The second metal oxide layers formed on the different portions may have different thicknesses. Since the oxidized second metal layer having different thicknesses generates active oxygen species at different concentrations, the amount of active oxygen species generated depending on the region of the negative electrode can be controlled.

상기 음극은 산화 제2 금속 층상에 형성된 촉매 금속 층을 더 포함할 수 있다.The cathode may further comprise a catalytic metal layer formed on the oxidized second metal layer.

상기 촉매 금속은 Au, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Fe, Si, Ti, V, Sn, Zn, Li, Sr, Ba, Nb, Ta, W, Co, Ni, Cu, Ag, Bi, Se, Ge, Ga, B, Be, As, Zr 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.Wherein the catalyst metal is selected from the group consisting of Au, Mg, Al, Co, K, Na, Ca, Fe, Si, Ti, V, Sn, Zn, Li, Sr, Ba, Nb, Ta, W, Co, Bi, Se, Ge, Ga, B, Be, As, Zr or alloys thereof.

상기 촉매 금속층의 형성 방법은 스퍼터링에 의한 증착, 이온 환원을 통한 흡착, 나노입자의 스핀 코팅(spin coating) 및 드랍 캐스팅(drop-casting)을 포함할 수 있다.The method of forming the catalytic metal layer may include deposition by sputtering, adsorption through ion reduction, spin coating of nanoparticles, and drop-casting.

상기 "스퍼터링"은 진공 증착법의 일종으로, 낮은 진공도에서 플라스마를 발생시켜 이온화된 아르곤 등의 기체가 Au등의 금속과 충돌하여 그 금속 입자를 튕겨나오게 하고, 튕겨나온 금속 입자는 코팅될 기판 등에 다시 충돌하여 클러스터, 입자, 또는 막을 만드는 것을 의미할 수 있다. 상기와 같이 생성된 막을 박막이라고 한다. 상기와 같이 형성된 클러스터, 입자 또는 막은 양극으로부터 방출되는 전자를 흡수하여 음극에서의 환원 반응을 저해할 수 있으므로, 상기 박막 층의 두께 조절을 통해 음극에서의 ORR 반응이 조절될 수 있다.The " sputtering " is a kind of vacuum deposition method in which a plasma is generated at a low degree of vacuum so that a gas such as ionized argon collides with a metal such as Au to repel the metal particles, and the repelled metal particles are re- Collision to create a cluster, particle, or film. The film thus formed is referred to as a thin film. The cluster, particle or film formed as described above may absorb electrons emitted from the anode to inhibit the reduction reaction at the cathode, so that the ORR reaction at the cathode can be controlled by controlling the thickness of the thin film layer.

상기 촉매 금속 층의 두께는 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2.0 nm 이상일 수 있고, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 24, 23, 22, 21, 20 nm 이하일 수 있다.The thickness of the catalytic metal layer may be 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, , 100, 90, 80, 70, 60, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 24, 23, 22, 21, 20 nm.

상기 촉매 금속 층은 음극의 서로 다른 부위에 2개 이상 형성될 수 있다. 상기 서로 다른 부위에 형성된 Au 층은 서로 다른 두께를 갖는 것일 수 있다. 서로 다른 두께를 갖는 촉매 금속 층은 서로 다른 농도의 활성 산소 종을 생성시키므로, 음극의 부위에 따라 생성되는 활성 산소 종의 양을 조절할 수 있다.At least two catalyst metal layers may be formed on different portions of the cathode. The Au layers formed on the different portions may have different thicknesses. Since the catalytic metal layers having different thicknesses produce different concentrations of active oxygen species, the amount of reactive oxygen species generated according to the sites of the negative electrodes can be controlled.

다른 양상은 금속 복합체를 이용하여 활성 산소 종을 발생시키는 방법을 제공한다.Another aspect provides a method of generating active oxygen species using a metal complex.

상기 방법은, The method comprises:

제1 금속을 포함하는 양극 및 제1 금속보다 이온화 경향이 작은 제2 금속을 포함하는 음극을 전기적으로 연결하는 단계를 포함할 수 있다.And electrically connecting the anode including the first metal and the cathode including the second metal having a lower ionization tendency than the first metal.

이온화 경향이 서로 다른 금속을 연결하는 경우, 이온화 경향이 높은 금속에서 산화 반응으로 인해 발생한 전자가 이온화 경향이 낮은 금속으로 이동하여 환원 반응에 이용될 수 있다. 따라서 상기 환원 반응에 의해 산소가 환원되어 활성 산소 종이 생성될 수 있다.When metals having different ionization tendencies are connected to each other, electrons generated by the oxidation reaction in a metal having a high ionization tendency can be transferred to a metal having a low ionization tendency and used for a reduction reaction. Therefore, oxygen can be reduced by the reduction reaction to produce active oxygen species.

상기 방법에서, 최초 Mg의 부피 및 부식속도를 고려하면 활성 산소 종은 금속의 연결 직후부터 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30분 이상, 또는 1시간, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 7시간, 9시간, 12시간, 24시간, 36시간, 48시간, 60시간, 72시간, 100시간, 200시간, 300시간, 400시간, 500시간, 600시간, 700시간, 800시간, 900시간, 1000시간 이상, 또는 1일, 2일, 3일, 4일, 5일, 6일, 7일, 8일, 9일, 10일, 11일, 12일, 13일, 14일 이상, 또는 1주, 2주, 3주, 4주, 5주, 6주, 7주, 8주, 9주, 10주, 11주, 12주 이상, 또는 1개월, 2개월, 3개월, 4개월, 5개월, 6개월, 7개월, 8개월, 9개월, 10개월, 11개월, 12개월 이상의 시간 동안 생성될 수 있다. 이는 손상부의 초기 재생 단계에 작용하는 본 발명의 특성을 고려할 때 혈관 형성 및 이를 통한 조직 재생 유도에 충분한 시간이다. In the above method, considering the initial Mg volume and corrosion rate, the active oxygen species may be added for 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30 minutes or 1 hour, 2 hours, 3 hours, 4 hours Hours, 5 hours, 7 hours, 9 hours, 12 hours, 24 hours, 36 hours, 48 hours, 60 hours, 72 hours, 100 hours, 200 hours, 300 hours, 400 hours, 500 hours, 600 hours, 700 hours, 800 hours, 900 hours, 1000 hours or more, or 1 day, 2 days, 3 days, 4 days, 5 days, 6 days, 7 days, 8 days, 9 days, 10 days, 11 days, 12 days, 14 days or more, or 1 week, 2 weeks, 3 weeks, 4 weeks, 5 weeks, 6 weeks, 7 weeks, 8 weeks, 9 weeks, 10 weeks, 11 weeks, 12 weeks or more, or 1 month, 2 months, 3 Months, 4 months, 5 months, 6 months, 7 months, 8 months, 9 months, 10 months, 11 months, 12 months or more. This is sufficient time to induce angiogenesis and tissue regeneration therethrough, taking into account the characteristics of the present invention acting in the initial regeneration phase of the lesion.

활성 산소 종의 생성 시간의 조절에 따라 음극 주변의 활성 산소의 농도를 조절할 수 있다.The concentration of active oxygen around the cathode can be controlled by controlling the generation time of the active oxygen species.

상기 촉진하는 방법에서 언급된 용어 또는 요소 중 상기 금속 복합체에 대한 설명에서 이미 언급된 것은 그와 같은 것으로 이해된다.It is to be understood that what has already been mentioned in the description of the metal complex among the terms or elements mentioned in the promoting method.

다른 양상은 혈관 신생을 촉진하는 정형외과 및 치과용 금속 복합체를 제조하는 방법을 제공한다.Another aspect provides a method of making orthopedic and dental metal complexes that promote angiogenesis.

상기 방법은, The method comprises:

제1 금속을 포함하는 양극을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.And then producing a positive electrode comprising the first metal.

제2 금속을 포함하는 음극을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.And a negative electrode comprising a second metal.

상기 제2 금속을 산화시켜 산화 제2 금속 층을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.And oxidizing the second metal to form a second metal oxide layer.

상기 산화 제2 금속 층에 촉매 금속 층을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.And forming a catalytic metal layer on the oxidized second metal layer.

상기 양극 및 음극을 전기적으로 연결하는 단계를 포함할 수 있다And electrically connecting the anode and the cathode to each other

상기 제조하는 방법에서 언급된 용어 또는 요소 중 상기 금속 복합체 또는 촉진하는 방법에 대한 설명에서 이미 언급된 것은 그와 같은 것으로 이해된다.It is to be understood that what has already been mentioned in the description of the metal complex or the method of promoting among the terms or elements mentioned in the above-mentioned method of manufacturing.

일 양상에 따른 혈관 신생을 촉진하는 정형외과 및 치과용 금속 복합체 및 이를 이용한 방법에 의하면 활성 산소 종에 의한 혈관 신생을 촉진하여 정형외과 및 치과용 금속 복합체가 사용된 주변 조직의 골막 및 뼈를 효과적으로 재생시키고, 치료시간을 단축시킬 수 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided an orthopedic and dental metal composite which promotes angiogenesis, and a method using the same, which promotes angiogenesis caused by reactive oxygen species to effectively enhance the periosteum and bone of peripheral tissues using orthopedic and dental metal complexes Regenerated, and the treatment time can be shortened.

도 1a는 집속 이온 빔(focused ion beam)으로 제작된 Ti/TiO2/Au 플레이트의 TEM 이미지이다.
도 1b는 Ti/TiO2/Au 플레이트의 각 층의 HR-TEM 이미지 및 고속 푸리에 변환이미지이다.
도 1c는 Au, TiO2, 및 Ti 영역의 구면 수차 보정 STEM 모드에서의 점 EDX 스펙트럼을 나타낸다.
도 1d는 Ti/TiO2/Au층의 단면의 구면 수차 보정 STEM 이미지와 그 일부분을 확대한 점 EDX 분석 결과를 나타낸다.
도 1e는 XPS, 및 도 1f는 원자력 현미경 (atomic force microscopy)으로 측정한 결과를 나타낸다.
도 1f는 Ti/TiO2/Au 플레이트 표면의 AFM 이미지를 나타낸다.
도 1g는 Ti/TiO2/Au 플레이트의 산소(O), 티타늄(Ti), 및 금(Au) 원자 비율의 XPS 깊이 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2a는 각각 O2-포화 PBS 버퍼에서 Mg vs. Ag/AgCl, 및 Ti/TiO2/Au vs. Ag/AgCl의 전압을 방전 전류 밀도에 대한 함수로서 나타낸 그래프이다.
도 2b는 N2-포화 PBS 버퍼에서 Mg vs. Ag/AgCl, 및 Ti/TiO2/Au vs. Ag/AgCl의 전압을 방전 전류 밀도에 대한 함수로서 나타낸 그래프이다.
도 2c는 O2-포화 PBS 버퍼에서 Ti/TiO2/Au vs. Mg 전압을 다양한 방전 전류 밀도에 대한 함수로서 나타낸 그래프이다.
도 3a는 O2 및 N2 포화 PBS 용액에서 Ti/TiO2/Au 플레이트의 CV를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3b는 -0.4 V vs. Ag/AgCl 전압을 거는 벌크-전기분해 과정 동안 Ti/TiO2/Au 플레이트로부터 생성되는 H2O2의 농도 및 패러데이 효과를 나타내는 그래프이다.
도 3c는 O2-포화 PBS 버퍼에서, 순환 속도 400, 625, 900, 1225, 및 1600 rpm에서의 Ti/TiO2/Au 플레이트의 선형 스윕 전압 전류 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 3d는 Ti/TiO2/Au 플레이트에 적용된 전압에 대한 함수로서 Koutecky-Levich 그래프를 나타낸다.
도 4a는 EBM-2 배지내에서 Mg와 Ti/TiO2/Au가 금속 도관에 의해 연결된 경우(검은색) 및 대조군으로서 연결되지 않은 경우(빨간색)에 생성되는 H2O2의 농도를 나타내는 그래프이다.
도 4b는 PBS 버퍼내에서 Mg와 Ti/TiO2/Au가 금속 도관에 의해 연결된 경우(검은색) 및 대조군으로서 연결되지 않은 경우(빨간색)에 생성되는 H2O2의 농도를 나타내는 그래프이다.
도 5a는 Mg-Ti/TiO2/Au 시스템의 혈관 신생에 대한 효과를 측정하는 실험을 나타내는 모식도이다.
도 5b는 Mg 및 Ti/TiO2/Au가 금속 도관으로 연결된 또는 분리된 금속 복합체에서 배양된 HUVEC, 및 양성 대조군 및 음성 대조군 세포의 혈관 형성을 나타내는 형광이미지이다.
도 5c는 Mg 및 Ti/TiO2/Au가 금속 도관으로 연결된 또는 분리된 금속 복합체에서 배양된 HUVEC, 및 양성 대조군 및 음성 대조군 세포의 단위 면적당 생성된 혈관 가지의 수를 측정한 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 5d는 Mg 및 Ti/TiO2/Au가 금속 도관으로 연결된 또는 분리된 금속 복합체에서 배양된 HUVEC, 및 양성 대조군 및 음성 대조군의 8시간 및 24시간 배양 후 HUVEC의 DNA 함량을 PicoGreen 분석 법으로 정량적 분석한 결과를 나타낸다.
도 6은 양성 대조군, 음성 대조군, 및 상대적으로 높은 농도의 H2O2 100μM에 30분간 노출된 HUVEC의 배양 후 관 형성 정도를 나타내는 이미지이다(스케일 바 = 500μm).
도 7a는 양극 처리 전위에 따라 다양하게 생성되는 여러 TiO2층의 두께에서의 방전 시간에 따른 H2O2의 농도를 DPD/POD로 정량측정한 결과를 나타내고, 도 7b는 방전 시간이 60분일 때, 양극 처리 전위에 따른 H2O2의 농도를 나타낸다.
도 8a는 Au 스퍼터링 시간에 따라 다양하게 형성되는 여러 Au층의 두께에서의 방전 시간에 따른 H2O2의 농도를 DPD/POD로 정량측정한 결과를 나타내고, 도 8b는 스퍼터링 시간이 20초, 및 방전 시간이 60분일 때 금 플라즈마 전류에 따른 H2O2의 농도를 나타낸다.
도 9a는 각각 다른 두께의 TiO2층을 갖는 Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체의 모식도이다.
도 9b는 부위별로 다른 두께의 TiO2층을 갖는 Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합 임플란트의 응용예이다.
도 10a는 Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체를 이용한 임플란트 제조의 모식도를 나타낸다.
도 10b는 Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체를 이용하여 제조된 임플란트의 이미지이다.
도 10c는 Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체를 이용하여 제조된 임플란트를 HUVEC 세포가 포함된 EBM-2 배지에서 함께 배양하는 것을 나타내는 이미지이다.
도 10d는 HUVEC 세포가 Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체를 이용하여 제조된 임플란트 시제품에 접촉한 시간에 따른 단위 면적당 혈관 가지 형성 수를 나타내는 그래프이다.
도 10e는 Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체를 이용하여 제조된 임플란트 시제품에 접촉한 시간에 따른 HUVEC 세포의 혈관 형성을 형광 현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 11은 Ti-6Al-4V 코인에 순수 아연 바를 삽입 후 Hanks 용액에 넣어 5일(120시간)간 액침 시험(immersion test)을 실시한 결과를 나타낸다.
도 12는 Ti-6Al-4V 나사에 순수 아연 바를 삽입 후 PBS 버퍼에서 ROS 발생량을 평가한 결과를 나타낸다.
1A is a TEM image of a Ti / TiO 2 / Au plate fabricated with a focused ion beam.
Figure 1b is an HR-TEM image, and a fast Fourier transform image of the individual layers of Ti / TiO 2 / Au plate.
Fig. 1C shows a point EDX spectrum in the spherical aberration correction STEM mode of the Au, TiO 2 , and Ti regions.
FIG. 1D shows the EDX analysis result of magnifying the spherical aberration correction STEM image of the cross section of the Ti / TiO 2 / Au layer and a part thereof.
FIG. 1E shows the XPS, and FIG. 1F shows the results measured by atomic force microscopy.
1F shows an AFM image of a Ti / TiO 2 / Au plate surface.
FIG. 1G is a graph showing the results of XPS depth analysis of oxygen (O), titanium (Ti), and gold (Au) atomic ratios of a Ti / TiO 2 / Au plate.
FIG. 2A is a graph showing the changes in the Mg vs. Mg concentration in O 2 -saturated PBS buffer. Ag / AgCl, and Ti / TiO 2 / Au vs. Ag / AgCl as a function of discharge current density.
Figure 2b is N 2 - Mg in the saturation vs. PBS buffer Ag / AgCl, and Ti / TiO 2 / Au vs. Ag / AgCl as a function of discharge current density.
2c is O 2 - Ti / TiO 2 / Au vs. saturation in PBS buffer Mg voltage as a function of various discharge current densities.
3A is a graph showing the results of CV measurement of a Ti / TiO 2 / Au plate in an O 2 and N 2 saturated PBS solution.
FIG. Graphs showing the concentration and the Faraday effect of H 2 O 2 produced from Ti / TiO 2 / Au plates during bulk-electrolysis with Ag / AgCl voltage.
3C is a graph showing the linear sweep voltage curves of Ti / TiO 2 / Au plates at O 2 -saturated PBS buffer at circulation rates of 400, 625, 900, 1225, and 1600 rpm.
Figure 3d shows a Koutecky-Levich graph as a function of the voltage applied to the Ti / TiO 2 / Au plate.
4A is a graph showing the concentration of H 2 O 2 produced when Mg and Ti / TiO 2 / Au are connected by a metal conduit (black) in the EBM-2 medium and when not connected as a control (red) to be.
FIG. 4B is a graph showing the concentration of H 2 O 2 produced in the PBS buffer when Mg and Ti / TiO 2 / Au are connected by a metal conduit (black) and when not connected as a control (red).
5A is a schematic diagram showing an experiment for measuring the effect on the angiogenesis of the Mg-Ti / TiO 2 / Au system.
FIG. 5B is a fluorescence image showing HUVECs cultured in metal complexes in which Mg and Ti / TiO 2 / Au are connected by metal conduits or in separated metal, and angiogenesis of positive and negative control cells.
5C is a graph showing data on the number of HUVECs cultured in metal complexes in which Mg and Ti / TiO 2 / Au are connected by metal conduits or in separated metal complexes, and the number of vascular branches generated per unit area of positive control and negative control cells .
FIG. 5d shows quantitative DNA content of HUVECs cultured in metal complexes in which Mg and Ti / TiO 2 / Au are connected by metal conduits or in separate metal complexes, and HUVECs after 8 and 24 hours of culture of positive and negative controls, The results of the analysis are shown.
FIG. 6 is an image (scale bar = 500 μm) showing the degree of tube formation after incubation of positive control, negative control, and HUVEC exposed to 100 μM H 2 O 2 for 30 min at a relatively high concentration.
FIG. 7A shows the result of quantitatively measuring the concentration of H 2 O 2 with DPD / POD according to the discharge time at various thicknesses of various TiO 2 layers, which are variously generated according to the anodizing potential. FIG. Represents the concentration of H 2 O 2 with anodizing potential.
FIG. 8A shows the results of quantitatively measuring the concentration of H 2 O 2 with DPD / POD depending on the discharge time at various thicknesses of Au layers formed by Au sputtering time, FIG. 8B shows a result of sputtering time of 20 seconds, And the H 2 O 2 concentration according to the gold plasma current when the discharge time is 60 minutes.
9A is a schematic diagram of a Mg-Ti / TiO 2 / Au metal composite having TiO 2 layers of different thicknesses.
FIG. 9B is an application example of a Mg-Ti / TiO2 / Au metal composite implant having TiO 2 layers of different thicknesses at different sites.
FIG. 10A is a schematic view of the manufacture of an implant using a Mg-Ti / TiO 2 / Au metal composite.
10B is an image of an implant manufactured using a Mg-Ti / TiO 2 / Au metal composite.
FIG. 10C is an image showing that the implants prepared using the Mg-Ti / TiO 2 / Au metal composite are cultured together in EBM-2 medium containing HUVEC cells.
FIG. 10D is a graph showing the number of blood vessel branching per unit area according to the contact time of the HUVEC cells with the implant prototype manufactured using the Mg-Ti / TiO 2 / Au metal complex.
FIG. 10E is an image obtained by observing the angiogenesis of HUVEC cells by fluorescence microscope according to the contact time with the implant prototype manufactured using the Mg-Ti / TiO 2 / Au metal complex.
FIG. 11 shows the result of immersion test for 5 days (120 hours) in a Hanks solution after inserting a pure zinc bar into a Ti-6Al-4V coin.
12 shows the results of evaluating the amount of ROS generated in a PBS buffer after inserting a pure zinc bar into a Ti-6Al-4V screw.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

제조예Manufacturing example 1.  One. TiTi // TiOTiO 22 /Au 음극의 제조/ Au Au cathode manufacturing

마그네슘을 양극(anode), 및 산화 Ti 합금을 음극(cathode)으로 사용하는 산소 환원 반응(Oxygen reduction reaction: ORR)의 촉매능이 향상된 Ti/TiO2/Au 금속 복합체를 제조하였다.A Ti / TiO 2 / Au metal complex with improved catalytic performance of an oxygen reduction reaction (ORR) using magnesium as an anode and an oxidized Ti alloy as a cathode was prepared.

구체적으로, 1.7 M의 아세트산 내에서 Ti 판(2.0 mm 두께, 99.7% 순도, Sigma Aldrich)에 10V 전압을 30초간 적용하여 양극산화 처리하였다. 이후 마그네트론 스퍼터링 증착 기계를 이용하여 챔버 압력 2 X 10-6 Torr에서 20초간 2 mA의 전류를 흐르게 하고 상기 양극 처리된 Ti에 Au 스퍼터링을 수행하였다. 상업적으로 구매한 Mg(99.9%, Yinguang)을 추가적인 정제 없이 양극 물질로 이용하였다. Specifically, an anodic oxidation treatment was performed by applying a 10 V voltage for 30 seconds to a Ti plate (2.0 mm thickness, 99.7% purity, Sigma Aldrich) in 1.7 M acetic acid. Thereafter, a current of 2 mA was applied for 20 seconds at a chamber pressure of 2 × 10 -6 Torr using a magnetron sputtering deposition machine, and the anodized Ti was subjected to Au sputtering. Commercially purchased Mg (99.9%, Yinguang) was used as an anode material without further purification.

실시예Example 1.  One. TiTi // TiOTiO 22 /Au 금속 복합체의 3층 구조 확인/ Au metal composite

상기 제조예 1에서 제조된 형성된 Ti/TiO2/Au 금속장치의 음극의 국부 구조(local structure)를 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여 관찰하였다.The local structure of the cathode of the formed Ti / TiO 2 / Au metal device manufactured in Production Example 1 was observed using a transmission electron microscope (TEM).

구체적으로, 고-해상도 투과 전자 현미경(High-resolution transmission electron microscopy: HR-TEM) 및 구면 수차 보정 주사 투과 전자 현미경(Cs-corrected scanning transmission electron microscopy: STEM)분석이 FEI Titan 80-300 현미경을 300 keV에서 작동시켜 수행되었다. TEM 분석을 위한 Ti/TiO2/Au의 단면은 집속-이온-빔(focused ion beam)(Helios NanoLab 600, FEI)을 사용하여 만들었다. 점 에너지 분산형 X-선(energy dispersive X-ray: EDX) 분석이 구면 수차 보정 STEM 모드(Cs-corrected STEM mode)에서 수행되었고, 3개의 다른 층 영역으로부터의 스펙트럼이 얻어졌다. 방전 후 부식된 Mg의 SEM 이미지는 Quantata 3D FEG(FEI, Netherland)로 얻었다. Ti/TiO2/Au 플레이트 표면의 AFM 이미지는 XE-100(Park systems, korea)의 비-접촉 모드에서 얻었다. 0.4 Hz 스캔 속도의 동작 환경으로 세팅되었다. X-레이 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy: XPS) 스펙트럼을 플레이트 표면에 대하여 통과 에너지(pass energy) 30 eV 및 각 단계 당 0.1 eV씩 조절하여 얻었다. 모든 결합 에너지는 C 1s(284.5 eV)를 기준으로 계산되었다. 플레이트 표면으로부터 80 nm의 깊이의 XPS 깊이 분석은 1 nm 단위의 단계적인 표면 에칭(etching)을 통해 수행되었다.Specifically, a high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) and a Cs-corrected scanning transmission electron microscopy (STEM) analysis were carried out using an FEI Titan 80-300 microscope keV. The cross-sections of Ti / TiO 2 / Au for TEM analysis were made using a focused ion beam (Helios NanoLab 600, FEI). An energy dispersive X-ray (EDX) analysis was performed in a Cs-corrected STEM mode and spectra were obtained from three different layer regions. SEM images of the corroded Mg after discharge were obtained with Quantata 3D FEG (FEI, Netherland). AFM images of the Ti / TiO 2 / Au plate surface were obtained in the non-contact mode of the XE-100 (Park systems, korea). It was set to the operating environment of 0.4 Hz scan rate. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) spectra were obtained by adjusting the pass energy to 30 eV for each plate and 0.1 eV for each step. All bond energies were calculated based on C 1s (284.5 eV). XPS depth analysis at a depth of 80 nm from the plate surface was performed by stepwise surface etching in 1 nm increments.

도 1a는 집속 이온 빔으로 제작된 Ti/TiO2/Au 플레이트의 TEM 이미지를 나타낸다. Au, TiO2, 및 Ti의 3개의 구별되는 영역이 명확하게 관찰되었다. 상기 음극의 가장 상층 표면에 약 3 nm의 Au 클러스터가 무정형의 20 nm 두께 TiO2 층에 잘 증착되어 있는 것이 나타났다. FIG. 1A shows a TEM image of a Ti / TiO 2 / Au plate fabricated with a focused ion beam. Three distinct regions of Au, TiO 2 , and Ti were clearly observed. Au clusters of about 3 nm in thickness were deposited on the amorphous 20 nm thick TiO 2 layer on the uppermost surface of the cathode.

도 1b는 상기 3개의 영역의 HR-TEM 이미지 및 이의 고속 푸리에 변환(fast Fourier transforms: FFT)을 나타낸다. Ti 및 Au 부위의 격자 무늬가 하얀색 및 노란색 화살표로 표시되어 있다. Au 클러스터의 격자 간격은 각각 0.230 nm 및 205 nm이다. Figure IB shows HR-TEM images of the three regions and their fast Fourier transforms (FFT). The grid patterns of the Ti and Au regions are indicated by white and yellow arrows. The lattice spacing of Au clusters is 0.230 nm and 205 nm, respectively.

도 1c는 구면 수차 보정 STEM 모드에서의 Au, TiO2, 및 Ti 영역의 점 EDX 스펙트럼을 나타낸다. 약 3 nm의 Au 클러스터 부근에서는 Au의 해당 EDX 피크가 발견되었으며, 무정형의 20 nm 두께 TiO2 층에는 Ti과 O의 EDX 피크가, 정형 Ti 플레이트에서는 Ti의 EDX 피크가 각각 나타났다. EDX 스펙트럼 상에서 나오는 작은 Cu 피크는 Cu TEM-그리드로 인한 것이다. 1C shows the point EDX spectra of the Au, TiO 2 , and Ti regions in the spherical aberration correction STEM mode. The EDX peaks of Au were found near the Au clusters of about 3 nm. The EDX peaks of Ti and O were observed in the amorphous 20 nm thick TiO2 layer and the EDX peaks of Ti were observed in the orthotopic Ti plate. The small Cu peak emerging from the EDX spectrum is due to the Cu TEM-grid.

도 1d는 Ti/TiO2/Au층의 단면의 구면 수차 보정 STEM 이미지와 그 일부분을 확대한 점 EDX 분석 결과를 나타낸다. 잘 정렬된 세 층의 구조를 확인할 수 있다.FIG. 1D shows the EDX analysis result of magnifying the spherical aberration correction STEM image of the cross section of the Ti / TiO 2 / Au layer and a part thereof. Three well-ordered structures can be identified.

도 1e는 XPS, 및 도 1f는 원자력 현미경(atomic force microscopy)으로 측정한 결과를 나타낸다. 표면 XPS 결과 Au 클러스터의 Au 4d 및 4f 피크가 나타나는 것을 확인하였으며 (도 1e), 원자 현미경 결과에서 나타나는 약 3 nm 높이를 갖는 클러스터는 증착한 Au 클러스터로 기인한다 (도 1f). 또한, 깊이 방향으로 에칭(etching)을 하며 측정한 XPS 결과, 표면에 약 3 nm 크기의 Au 클러스터가 존재하며, 깊이 방향으로 순차적으로 비정형 TiO2, 정형 Ti가 있는 것을 확인할 수 있다 (도 1g). 뚜렷한 Au 4d 및 4f 피크와 함께 Ti 상에 잘 증착된 약 3 nm 높이의 Au 클러스터를 확인할 수 있다.FIG. 1E shows the XPS, and FIG. 1F shows the results measured by atomic force microscopy. Surface XPS results showed Au 4d and 4f peaks of the Au clusters (Fig. 1e), and clusters with a height of about 3 nm from the Atomic Microscopy results are attributed to the deposited Au clusters (Fig. 1f). Also, it can be confirmed from the XPS results obtained by etching in the depth direction that Au clusters having a size of about 3 nm are present on the surface, and atypical TiO2 and Ti are sequentially present in the depth direction (FIG. 1G). Au clusters of about 3 nm in height deposited on the Ti phase with distinct Au 4d and 4f peaks can be identified.

실시예Example 2. Mg- 2. Mg- TiTi // TiOTiO 22 /Au 금속 복합체의 전기 화학적 특성 확인/ Au Metal Complexes

Mg와 상기 제조예 1에서 제조된 Ti/TiO2/Au 금속 복합체 시스템의 전기 화학적 특성이 pH 7.4인 PBS에서 O2의 존재 또는 부존재하에서 평가되었다. The electrochemical properties of Mg and the Ti / TiO 2 / Au metal composite system prepared in Preparation Example 1 were evaluated in presence or absence of O 2 in PBS of pH 7.4.

구체적으로, 3-전극 전기 화학적 전지 시스템을 이용하여 Mg-Ti/TiO2/Au 금속 장치 시스템의 전기 화학적 특성을 분석하였다. Ag/AgCl 기준 전극(BASi Ag/AgCl/3M NaCl)이 이용되었다. 전기 화학적 특성은 O2 및 N2 포화 PBS 버퍼(1X, pH=7.4, Gibco, Life technology)내에서 37℃에서 전위 가변기를 이용하여 분석되었다. 각 버퍼는 고순도의 O2(99.999 %) 또는 N2(99.999 %)를 적어도 각각의 측정이 시작되기 전 2시간 동안 버블링시켜 각각의 기체로 포화시켰다. 측정이 진행되는 도중에도 O2 공급 흐름을 유지시켜 O2 포화 상태를 유지하였다. 전극 전위는 하기의 방정식을 이용하여 RHE 스케일로 변환되었다: E(NHE) = E(Ag/AgCl) + 0.059 X pH + 0.197 V. O2 및 N2 포화 PBS 버퍼 내의 Mg vs. Ag/AgCl, Ti/TiO2/Au vs. Ag/AgCl, 및 Mg vs. Ti/TiO2/Au 전압은 방전 전류 밀도의 함수로서 스캔 속도 0.005 mA/cm2s에서 기록되었다. 또한, Mg vs. Ti/TiO2/Au 의 방전 성능은 2-전극 구성을 이용하여 일정한 방전 전류 밀도(0.05 mA/cm2, 0.10 mA/cm2, and 0.20 mA/cm2)하에서 최대 0.5 mAh 방전 용량까지 측정되었다.Specifically, the electrochemical characteristics of the Mg-Ti / TiO 2 / Au metal system were analyzed using a 3-electrode electrochemical cell system. An Ag / AgCl reference electrode (BASi Ag / AgCl / 3M NaCl) was used. Electrochemical properties were analyzed using a potentiostat at 37 ° C in O 2 and N 2 saturated PBS buffer (1 ×, pH = 7.4, Gibco, Life technology). Each buffer was saturated with each gas by bubbling high purity O 2 (99.999%) or N 2 (99.999%) for at least 2 hours before beginning each measurement. During the course of the measurement, the O 2 feed flow was maintained to maintain the O 2 saturation. The electrode potential was converted to a RHE scale using the following equation: E (NHE) = E (Ag / AgCl) + 0.059 X pH + 0.197 V Mg vs. Et in O 2 and N 2 saturated PBS buffer. Ag / AgCl, Ti / TiO 2 / Au, etc. Ag / AgCl, and Mg < / RTI > The Ti / TiO 2 / Au voltage was recorded at a scan rate of 0.005 mA / cm 2 s as a function of discharge current density. In addition, Mg. Discharge performance of Ti / TiO 2 / Au was measured up to 0.5 mAh discharge capacity under a constant discharge current density (0.05 mA / cm2, 0.10 mA / cm2, and 0.20 mA / cm2) using a two-electrode configuration.

도 2a는 각각 O2-포화 PBS 버퍼에서 Mg vs. Ag/AgCl, 및 Ti/TiO2/Au vs. Ag/AgCl의 전압을 측정하여 방전되는 전류밀도에 대한 함수로서 나타낸 것이다. Mg vs. Ag/AgCl의 전압은 약 -1.5V 로 유지되며 약 1.0 mA/cm2 전류가 방전되었다. 상기와 같은 일정한 전압은 지배적인 양극 반응이 Mg가 Mg2 + 이온으로 산화되는 것임을 나타낸다. 상기 Mg 양극의 전압과는 대조적으로, Ti/TiO2/Au vs. Ag/AgCl의 전압은 방전되는 전류 밀도가 0 에서 1.0 mA/cm2 로 증가하는 동안 점차적으로 -0.2V 에서 -1.2V까지 떨어지는 것이 관찰되었고, 특히 약 0.6 mA/cm2의 전류 밀도에서는 급격한 전압 감소가 나타났다. 상기와 같은 방전 전류 밀도에 따른 전압의 변화는 음극 반응이 전류 밀도의 변화에 따라 변화하였음을 나타낸다. 이와 같은 결과로부터, pH 7.4인 PBS 버퍼 내의 -0.2 V 부터 -1.2V(vs. Ag/AgCl)까지의 환원 반응으로 고려될 수 있는 것은 하기와 같다: H2O2 또는 H2O로의 산소 환원 반응(0.59V 및 0.065V(vs. Ag/AgCl)), 또는 수소 발생(-0.64 V vs. Ag/AgCl). 상기 3개의 반응의 이론적인 환원 전위에 기초하면, ORR이 낮은 방전 전류에서 주요한 반응이고, 수소 발생 반응은 높은 방전 전류에서 주요한 반응이다. 방전 전류에 따라 감소되는 Ti/TiO2/Au vs. Ag/AgCl 전압 때문에, 전체적인 Ti/TiO2/Au vs. Mg 전압은 Ti/TiO2/Au vs. Ag/AgCl 전압과 유사하게 방전 전류의 증가에 따라 감소한다. FIG. 2A is a graph showing the changes in the Mg vs. Mg concentration in O 2 -saturated PBS buffer. Ag / AgCl, and Ti / TiO 2 / Au vs. Ag / AgCl voltage as a function of current density discharged. Mg. The voltage of Ag / AgCl was maintained at about -1.5 V and the current of about 1.0 mA / cm 2 was discharged. Such a constant voltage indicates that the dominant anodic reaction is that Mg is oxidized to Mg 2 + ions. In contrast to the voltage of the Mg anode, Ti / TiO 2 / Au vs.. Voltage of the Ag / AgCl was observed that a discharge current density is gradually falling from -0.2V while increased from 0 to 1.0 mA / cm 2 to -1.2V, especially in the current density between about 0.6 mA / cm 2 abrupt voltage Reduction. The change of the voltage according to the discharge current density as described above indicates that the negative electrode reaction has changed with the change of the current density. From these results, it can be considered that a reduction reaction from -0.2 V to -1.2 V (vs. Ag / AgCl) in PBS buffer at pH 7.4 is as follows: oxygen reduction with H 2 O 2 or H 2 O (0.59 V and 0.065 V (vs. Ag / AgCl)), or hydrogen evolution (-0.64 V vs. Ag / AgCl). Based on the theoretical reduction potential of the three reactions, ORR is the main reaction at low discharge currents, and the hydrogen generation reaction is the main reaction at high discharge currents. It is reduced according to the discharge current Ti / TiO 2 / Au vs. Due to the Ag / AgCl voltage, the overall Ti / TiO 2 / Au vs.. The Mg voltage is Ti / TiO 2 / Au vs.. It decreases with increasing discharge current, similar to Ag / AgCl voltage.

도 2b는 N2-포화 PBS 버퍼에서 Mg vs. Ag/AgCl, 및 Ti/TiO2/Au vs. Ag/AgCl의 전압을 측정하여 방전되는 전류밀도에 대한 함수로서 나타낸 것이다. O2 포화 조건 하에서의 Ti/TiO2/Au vs. Ag/AgCl 전압이 전류 밀도 약 0.6mA/cm2에서 -1.0 V까지 급격하게 떨어지는 것과는 대조적으로, N2-포화 PBS 용액에서의 전압은 상대적으로 낮은 전류밀도인 0.1mA/cm2에서 -1.0V까지 떨어지는 것이 관찰되었다. 버퍼 내의 O2의 존재 여부에 따라 낮은 전류 밀도 영역에서 전압 값이 달라지는 결과는, 전류가 방전되는 동안 음극에서 ORR이 발생한다는 것을 확실하게 나타낸다. 그러나 방전 전류가 0.6 mA/cm2 초과일 때는, 버퍼 내의 O2의 존재 여부와는 상관없이 상기 Ti/TiO2/Au vs. Ag/AgCl 의 전압이 유사한 값을 나타내었다. 결론적으로 높은 방전 전류에서는 수소 발생 반응이 주요 반응임을 확인하였다.Figure 2b is N 2 - Mg in the saturation vs. PBS buffer Ag / AgCl, and Ti / TiO 2 / Au vs. Ag / AgCl voltage as a function of current density discharged. Ti / TiO 2 / Au vs. O 2 saturation condition. In contrast to the Ag / AgCl voltage abruptly dropping from the current density of about 0.6 mA / cm 2 to -1.0 V, the voltage in the N 2 -saturated PBS solution was reduced from a relatively low current density of 0.1 mA / cm 2 to -1.0 V . ≪ / RTI > The result of varying the voltage value in the low current density region depending on the presence or absence of O 2 in the buffer clearly indicates that the ORR occurs at the cathode during current discharge. However, the discharge current is 0.6 mA / cm 2 than it indicates the presence of the O 2 in the buffer regardless of Ti / TiO 2 / Au vs. The Ag / AgCl voltages showed similar values. As a result, it was confirmed that hydrogen generation reaction was the main reaction at high discharge current.

도 2c는 O2-포화 PBS 버퍼 내의 Ti/TiO2/Au vs. Mg 전압을 다양한 전류 밀도에 대한 함수로서 나타낸 것이다. 일정하게 방전되는 전류 밀도에서의 전압 프로필은 O2-포화 PBS 버퍼 내에서 전체적인 출력 전압(output voltage)이 0.05 mAh 용량(capacity)까지 유지될 수 있음을 나타낸다. 0.05 mA/cm2에서 0.20 mA/cm2까지 전류 밀도가 증가하면, 전체적인 출력 전압이 1.35 V에서 0.8 V까지 감소하였다.FIG. 2C shows a comparison of Ti / TiO 2 / Au vs. O 2 in an O 2 -saturated PBS buffer. Mg voltage as a function of various current densities. The voltage profile at constant current dissipation indicates that the overall output voltage in an O 2 -saturated PBS buffer can be maintained at 0.05 mAh capacity. As the current density increases from 0.05 mA / cm 2 to 0.20 mA / cm 2 , the overall output voltage decreases from 1.35 V to 0.8 V.

이러한 결과는 Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체가, 방전 전류 밀도의 조절에 따라서, 즉 시간에 따라 음극에서 자연스럽게 ORR이 발생하도록 조절하는 것이 가능함을 나타낸다.These results indicate that it is possible to control the Mg-Ti / TiO 2 / Au metal complex so that ORR occurs naturally in the cathode according to the control of the discharge current density, that is, the time.

실시예Example 3.  3. TiTi // TiOTiO 22 /Au에서 From Au ORR이ORR 발생하는 음극 환원 반응의 확인 Identification of Cathodic Reduction Reaction

Ti/TiO2/Au에서의 반응이 어떤 종류의 환원 반응인지 구체적으로 확인하기 위해, 하기와 같은 실험을 진행하였다.In order to confirm exactly what type of reduction reaction the reaction in Ti / TiO 2 / Au is, the following experiment was carried out.

Ti/TiO2/Au 플레이트의 순환 전압 전류(cyclic voltammetry: CV) 곡선을 얻기 위해, Ti/TiO2/Au 플레이트, Mg 플레이트 및 Ag/AgCl 전극을 각각 작용 전극, 상대 전극 및 기준 전극으로서 사용하였다. CV 곡선은 O2 및 N2-포화 PBS 내에서 스캔 속도 5 mV/초로, 0.5 V 에서 -0.5 V (vs. Ag/AgCl)까지 기록되었다. 모든 전기 화학적 테스트 전에, 용액 저항(solution resistance)이 측정되었고, 그에 따라 모든 데이터를 iR-보상(iR-compensated)하였다.Ti / TiO 2 / Au plates, Mg plates and Ag / AgCl electrodes were used as working electrode, counter electrode and reference electrode, respectively, to obtain a cyclic voltammetry (CV) curve of the Ti / TiO 2 / . CV curves were recorded in O 2 and N 2 -saturated PBS at a scan rate of 5 mV / sec, from 0.5 V to -0.5 V (vs. Ag / AgCl). Prior to all electrochemical testing, solution resistance was measured and all data was iR-compensated accordingly.

도 3a는 O2 및 N2 포화 PBS 용액에서 Ti/TiO2/Au 플레이트의 CV 측정 결과를 나타낸다. O2-포화 조건하에서. Ti/TiO2/Au의 명백한 환원 및 산화 피크가 약 -0.3 V 및 0.1 V (vs. Ag/AgCl)에서 각각 나타났다. 반면 미약한 전류가 N2-포화 조건하의 비슷한 전압에서 관찰되었다. 상기와 같은 전기 화학적 양상의 차이는 버퍼 내의 O2의 존재에 의존적인 것이며, Ti/TiO2/Au에서 ORR이 발생한다는 것을 더욱 명백히 확인할 수 있었다.FIG. 3A shows the CV measurement result of Ti / TiO 2 / Au plate in O 2 and N 2 saturated PBS solution. Under O 2 -saturated conditions. The apparent reduction and oxidation peaks of Ti / TiO 2 / Au were observed at about -0.3 V and 0.1 V (vs. Ag / AgCl), respectively. On the other hand, a weak current was observed at similar voltages under N 2 -saturated conditions. The difference in electrochemical behavior as described above is dependent on the presence of O 2 in the buffer, and it can be more clearly confirmed that ORR occurs in Ti / TiO 2 / Au.

실시예Example 4. Mg- 4. Mg- TiTi // TiOTiO 22 /Au 금속 복합체에서 외부 전압의 공급 없이도 / Au metal complex without the need for external voltage HH 22 OO 22 end 발생되는지 여부의 확인  Determining if it Occurs

Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체에 어떠한 외부의 전압 또는 전류의 공급 없이도 H2O2가 생성되는지 여부를 확인하였다. 구체적으로 약 230 mm2의 표면적을 갖는 상기 Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체를 2 ml 부피의 EBM-2 배지 또는 PBS 버퍼에 넣고 생성되는 H2O2의 양을 측정하였다.It was confirmed whether or not H 2 O 2 was produced in the Mg-Ti / TiO 2 / Au metal composite without any external voltage or current. Specifically, the Mg-Ti / TiO 2 / Au metal complex having a surface area of about 230 mm 2 was placed in a 2 ml volume of EBM-2 medium or PBS buffer, and the amount of H 2 O 2 produced was measured.

도 4a 및 4b는 Mg와 Ti/TiO2/Au가 금속 도관에 의해 연결된 경우(검은색) 및 대조군으로서 연결되지 않은 경우(빨간색)에 생성되는 H2O2의 농도를 나타내는 것으로, 도 4a는 EBM-2 배지(endothelial growth basal medium), 및 도 4b는 PBS 버퍼내에서 실험한 결과를 나타낸다. 상기 실험은 외부의 전압원 없이 실시되었으며, 양극 및 음극이 금속 도관으로 연결된 후, DPD-POD 방법으로 H2O2 생성량을 결정하였다.Figures 4a and 4b show the concentration of H 2 O 2 produced when Mg and Ti / TiO 2 / Au are connected by a metal conduit (black) and not connected as a control (red) EBM-2 medium (endothelial growth basal medium), and Figure 4b shows the results of experiments in PBS buffer. The experiment was carried out without an external voltage source, and the amount of H 2 O 2 produced was determined by the DPD-POD method after the anode and cathode were connected to the metal conduit.

도 4a에서 볼 수 있듯이, 시간이 지날수록 금속 도관에 의해 연결된 금속 복합체로부터의 H2O2 생성량이 증가하였으며, 30분 후 17μM에 도달하였다. 반면 30분 후 대조군에서의 H2O2의 생성량은 거의 무시할만한 수준(<5μM)이었다. 대조군에서의 H2O2의 생성은 자연적인 Mg의 부식 때문에 생긴 Mg 표면에서의 H2O2의 생성 때문인 것으로 추측된다.As can be seen in Figure 4a, the amount of H 2 O 2 produced from the metal complexes connected by metal conduits increased over time and reached 17 μM after 30 min. On the other hand, the amount of H 2 O 2 produced in the control group after 30 minutes was almost negligible (<5 μM). The formation of H 2 O 2 in the control group is presumed to be due to the formation of H 2 O 2 on the Mg surface due to the natural Mg corrosion.

도 4b와 같이, PBS 버퍼 내에서는 비록 EBM-2의 경우와 비교하여 상대적으로 높은 수준의 H2O2의 생성이 관찰되었지만, EBM-2에서의 실험 결과와 전체적으로 유사한 결과가 관찰되었다. 이러한 H2O2의 농도 차이는 H2O2의 형성에 영향을 미치는 PBS와 EBM-2의 다른 화학적 조성 때문인 것으로 추측된다.As shown in FIG. 4B, although a relatively high level of H 2 O 2 production was observed in the PBS buffer as compared with the case of EBM-2, overall results were similar to those of EBM-2. Concentration difference in the H 2 O 2 is assumed to be due to different chemical composition that affect the formation of H 2 O 2 PBS with EBM-2.

실시예Example 5. Mg- 5. Mg- TiTi // TiOTiO 22 /Au 금속 복합체의 혈관 신생 촉진 효과의 확인/ Au Metal Complexes to Promote Angiogenesis Promoting Effect

Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체의 H2O2 생성 효과에 기초하여, 이의 혈관 신생 효과를 확인하였다.The angiogenic effect of Mg-Ti / TiO 2 / Au metal complex was confirmed based on the effect of H 2 O 2 production.

먼저 HUVEC(C2517; Lonza) 세포가 내피 세포 성장 배지-2(endothelial growth medium-2: EGM-2)(CC-3162; Lonza)내에서 37℃, 5% CO2 습윤 대기하에서 배양되었다. 4 내지 6 계대의 HUVEC가 실험에 사용되었다. HUVEC 혈관 형성 분석을 위해, 적절한 수의 HUVEC가 포함된 EBM-2 배지가 Mg 및 Ti/TiO2/Au 금속 복합체가 전기적으로 연결 또는 분리된 시스템으로 사전 도입되었다. 상기 Mg-Ti/TiO2/Au 시스템에 HUVEC가 노출된 상태의 배양 시간에 따라 H2O2 생성량이 조절될 수 있다. Mg-Ti/TiO2/Au 시스템의 제거 후, HUVEC는 EBM-배지 상층액을 제거하기 위해 원심분리 되었고 이후 다시 새로운 배지로 재현탁 되었다. 이후, H2O2-자극된 HUVEC가 성장 인자-감소화된(growth factor-reduced) Matrigel® (354230, Corning)이 코팅된 96-웰 플레이트(CC-3156, Lonza)에 성장 인자의 첨가 없이 분주되었다. 상기 Matrigel® 코팅된 웰은 하기의 프로토콜에 따라 제조되었다. Matrigel®은 4℃에서 얼음 위에서 하룻밤 동안 해동되었고 세럼 없는 배지(serum free-media)에 1:1 비율로 희석되었다. 75 μl의 희석된 Matrigel®이 96-웰 플레이트 각각에 첨가되었고 세포 분주 전에 37℃에서 30분간 배양되었다. H2O2 자극된 HUVEC는 코팅된 96-웰 플레이트 상에 100 μl EBM-2 배지 내 1.5x104세포/웰의 밀도로 분주되었다. H2O2에 의한 자극 없이 성장 인자가 첨가된 EBM-2 배지상에서 배양된 HUVEC는 양성 대조군으로서, 성장 인자 없이 EBM-2 배지상에서 배양된 HUVEC는 음성대조군으로서 사용되었다. HUVEC의 증식 형태는 여러 시간(3, 8 및 24시간)에서 위상차 현미경으로 관찰되었다. 다양한 세포 형태가 8시간에서 관찰되었고, 이후 그 시료를 칼세인-AM 염색(C3 100MP, Invitrogen)하였다. 칼세인-AM 염색을 위해, 2μM 칼세인-AM이 PBS 내에서 제조되었고, HUVEC는 염식 시약과 함께 30분간 배양되었다. 살아있는 세포는 형광 현미경(Zeiss Axio Vert.A1)에서 초록색으로 시각화되어 나타난다. CLS 형성 동안의 정량적 데이터를 추출하기 위해, 시료(n=5, 각 그룹)의 5개의 비-중첩 영역(50x)을 얻었다. 영역당 혈관의 수는 수동적으로 계수하였다. First, HUVEC (C2517; Lonza) cells were cultured in an endothelial growth medium-2 (EGM-2) (CC-3162; Lonza) at 37 ° C in a humidified atmosphere of 5% CO 2 . Four to six passages of HUVEC were used in the experiments. For HUVEC angiogenesis analysis, EBM-2 medium containing an appropriate number of HUVECs was pre-introduced into a system in which Mg and Ti / TiO 2 / Au metal complexes were electrically connected or separated. The amount of H 2 O 2 produced can be controlled by the incubation time of the HUVEC in the Mg-Ti / TiO 2 / Au system. After removal of the Mg-Ti / TiO 2 / Au system, the HUVECs were centrifuged to remove the EBM-medium supernatant and then resuspended in fresh medium. Thereafter, H 2 O 2 -stimulated HUVECs were grown in 96-well plates (CC-3156, Lonza) coated with growth factor-reduced Matrigel ® (354230, Corning) It was busy. The Matrigel ® coated wells were prepared according to the following protocol. Matrigel ® was thawed on ice overnight at 4 ° C and diluted 1: 1 in serum free-media. 75 μl of diluted Matrigel ® was added to each of the 96-well plates and incubated for 30 min at 37 ° C before cell division. H 2 O 2 -stimulated HUVECs were dispensed onto coated 96-well plates at a density of 1.5 × 10 4 cells / well in 100 μl EBM-2 medium. HUVEC cultured on EBM-2 medium supplemented with growth factors without H 2 O 2 stimulation was used as a negative control, and HUVEC cultured on EBM-2 medium without growth factor was used as a negative control. The proliferative morphology of HUVEC was observed by phase contrast microscopy at several hours (3, 8 and 24 hours). Various cell morphologies were observed at 8 h, after which the samples were stained with Calcein-AM (C3 100 MP, Invitrogen). For calcine-AM staining, 2 [mu] M calcein-AM was prepared in PBS and HUVEC was incubated with the saline reagent for 30 minutes. Live cells are visualized in green under a fluorescence microscope (Zeiss Axio Vert. A1). To extract quantitative data during CLS formation, five non-overlapping regions 50x of samples (n = 5, each group) were obtained. The number of blood vessels per area was manually counted.

서로 다른 배양 시간에 따른 HUVEC 세포의 증식 및 생존 비율에 대한 H2O2의 영향을 결정하기 위해 2 x 104세포/웰 HUVEC 세포가 24웰 플레이트에 분주되었다. 상기 분주된 세포 그룹은 5, 15, 30, 및 60분간 EBM-2 배지에서 배양되었다. 동시에, H2O2의 자극 없이 EGM-2 또는 EBM-2 배지에서 배양된 군은 양성 또는 음성 대조군으로 사용되었다. 상기한 분주 8시간 및 24시간 후 HUVEC는 세포 용해 버퍼를 이용하여 용해되었다. 각 그룹의 DNA 함량은 Quant-iT™ PicoGreen® 분석 키트(P11496; Invitrogen)를 이용하여 정량적으로 분석되었다. 상기 시료들은 형광 파장(여기 파장: 485nm, 방출 파장: 525nm)에서 형광 마이크로 플레이트 리더(Infinite 200pro, Tecan, Switzerland)를 사용하여 형광 측정되었다. 전류 데이터의 통계적 분석은 Graph prism 5 프로그램을 이용한 편도 분산 분석(ANOVA)과 Tukey's 사후 비교를 통하여 수행되었다. 통계적 유의성은 *(p<0.05), **(p<0.01), 및 ***(p<0.001)로 각각 결정되었다.2 x 10 4 cells / well HUVEC cells were plated in 24-well plates to determine the effect of H 2 O 2 on the proliferation and survival rate of HUVEC cells at different incubation times. The divided cell groups were cultured in EBM-2 medium for 5, 15, 30, and 60 minutes. At the same time, the group cultured in EGM-2 or EBM-2 medium without H 2 O 2 stimulation was used as a positive or negative control. After 8 hours and 24 hours of the above-mentioned division, HUVEC was dissolved using a cell lysis buffer. The DNA content of each group was quantitatively analyzed using the Quant-iT ™ PicoGreen® Assay Kit (P11496; Invitrogen). The samples were subjected to fluorescence measurement using a fluorescent microplate reader (Infinite 200 pro, Tecan, Switzerland) at a fluorescent wavelength (excitation wavelength: 485 nm, emission wavelength: 525 nm). Statistical analysis of the current data was performed through ANOVA and Tukey's post-mortem analysis using the Graph prism 5 program. Statistical significance was determined as * (p <0.05), ** (p <0.01), and *** (p <0.001), respectively.

도 5a는 상기 실험을 수행하는 방식을 나타내는 모식도이다. 도 5b는 Mg 및 Ti/TiO2/Au가 금속 도관으로 연결된 또는 분리된 금속 복합체에서 배양된 HUVEC, 및 양성 대조군 및 음성 대조군 세포의 관 형성을 나타내는 형광이미지이다. 도 5b에서와 같이, 30분간 금속 도관으로 연결된 금속 복합체에 노출되어, 약 16μM 농도의 H2O2로 자극된 HUVEC 세포는 이후 Matrigel® 플레이트에서의 8시간 동안의 배양 후 성장 인자가 첨가된 양성 대조군에 비해서도 가장 뚜렷한 혈관 형성을 나타냈다. 반면 금속 도관으로 연결되지 않은 Mg 및 Ti/TiO2/Au 금속 복합체하에서 배양되었던 HUVEC는 음성 대조군과 유사한 정도의 관 형성을 나타냈다. 이를 통해 금속 도관으로 연결된 Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체가 성장 인자 없이도 혈관 신생을 촉진할 수 있음을 확인하였다.5A is a schematic diagram showing a manner of performing the above experiment. FIG. 5B is a fluorescence image showing HUVECs cultured in metal complexes in which Mg and Ti / TiO 2 / Au are connected by metal conduits or in isolated metal, and tube formation of positive and negative control cells. As in FIG. 5b, HUVEC cells exposed to a metal complex connected by a metal conduit for 30 minutes, stimulated with H 2 O 2 at a concentration of about 16 μM, were then cultured on a Matrigel ® plate for 8 hours, The most prominent angiogenesis was observed compared to the control group. On the other hand, HUVEC, which was cultured under Mg and Ti / TiO 2 / Au metal complexes not connected with metal conduits, showed similar degree of tubular formation as the negative control group. It was confirmed that the Mg-Ti / TiO 2 / Au metal complex connected to the metal conduit can promote angiogenesis without growth factors.

도 5c는 상기 실험의 다섯 번의 독립적인 반복 시행으로부터 얻은 단위 면적당 생성된 혈관 가지의 수를 측정한 데이터를 나타낸다. T1 및 T2는 각각 Mg 및 Ti/TiO2/Au가 연결된 금속 복합체 및 연결되지 않은 금속 복합체에서 HUVEC가 30분간 배양된 경우를 나타낸다. T1에서는 평균적으로 23개의 혈관 가지가 생성되었으며, T2 및 음성 대조군에서는 5개 미만의 혈관 가지 형성이 관찰되어, 현저한 차이가 있었다.Figure 5c shows data from a number of vascular branches generated per unit area from five independent, repeated iterations of the experiment. T1 and T2 represent the case where HUVEC was incubated for 30 minutes in metal complexes and metal complexes in which Mg and Ti / TiO 2 / Au are connected, respectively. On average, 23 vessels were produced in T1, and less than 5 vessels were observed in T2 and negative control groups.

도 5d는 T1, T2, 양성 대조군 및 음성 대조군의 8시간 및 24시간 배양 후 HUVEC의 DNA 함량을 PicoGreen 분석 법으로 정량적 분석한 결과를 나타낸다. T1의 경우에서 HUVEC 세포의 양이 T2 및 음성 대조군에 비하여 유의미하게 증가한 것을 확인할 수 있다.FIG. 5D shows the results of quantitative analysis of DNA content of HUVECs after 8 and 24 hours culture of T1, T2, positive control and negative control by PicoGreen analysis. In the case of T1, the amount of HUVEC cells was significantly increased compared to T2 and negative control.

실시예Example 6.  6. HH 22 OO 22 of 농도에 따른 세포에 미치는 영향 확인 Determination of effect on cell by concentration

H2O2는 일반적으로 높은 농도에서는 세포 독성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 따라서 상기 실시예 5와 같은 방법으로 H2O2의 농도만 변화시킨 경우 이것이 세포에 어떤 영향을 미치는지를 확인하였다. H 2 O 2 is generally known to exhibit cytotoxicity at high concentrations. Therefore, it was confirmed how the effect of H 2 O 2 was changed when the concentration of H 2 O 2 was changed in the same manner as in Example 5.

도 6은 성장 인자가 첨가된 양성 대조군, 음성 대조군, 및 상대적으로 높은 농도의 H2O2 100μM에 30분간 노출된 HUVEC의 Matrigel®상에서의 배양 후 혈관 형성을 나타내는 이미지이다. 도 6에서 확인할 수 있듯이, 100μM의 높은 농도의 H2O2에 노출된 HUVEC는 혈관 신생이 촉진되지 못하고, 오히려 세포 수가 감소되는 결과를 나타냈다. 이는 상기 실시예 5에서 확인한 바와 같이 약 16μM의 H2O2 농도에서 혈관 신생이 촉진된 것과는 매우 상반되는 결과였다.Figure 6 is an image showing angiogenesis after incubation on Matrigel ( R) of HUVECs exposed for 30 min to 100 uM H 2 O 2 at a relatively high concentration of positive control, negative control plus growth factor. As can be seen in FIG. 6, HUVEC exposed to H 2 O 2 at a high concentration of 100 μM did not stimulate angiogenesis, but rather decreased cell numbers. This was in contrast to the fact that the angiogenesis was promoted at an H 2 O 2 concentration of about 16 μM as confirmed in Example 5 above.

실시예Example 7. Mg- 7. Mg- TiTi // TiOTiO 22 /Au 금속 복합체의 / Au metal complex HH 22 OO 22 생성량 조절 Production control

(1) (One) TiOTiO 22 층의Layer 두께에 따른  Thickness HH 22 OO 22 발생양Occurrence amount 조절 control

Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체에서 발생되는 H2O2의 농도를 조절하기 위하여 TiO2의 두께에 따른 H2O2 발생양을 측정하였다.In order to control the concentration of H 2 O 2 generated in the Mg-Ti / TiO 2 / Au metal complex, the amount of H 2 O 2 generated according to the thickness of TiO 2 was measured.

도 7a는 양극 처리 전위에 따라 다양하게 생성되는 여러 TiO2층의 두께에서의 방전 시간에 따른 H2O2의 농도를 DPD/POD로 정량측정한 결과를 나타내고, 도 7b는 방전 시간이 60분일 때, 양극 처리 전위에 따른 H2O2의 농도를 나타낸다. 즉, 양극 처리 전위에 따라 다르게 형성된 TiO2층의 두께에 따라 동일한 방전 시간에서도 다른 농도의 H2O2가 생성됨을 확인하였다.FIG. 7A shows the result of quantitatively measuring the concentration of H 2 O 2 with DPD / POD according to the discharge time at various thicknesses of various TiO 2 layers, which are variously generated according to the anodizing potential. FIG. Represents the concentration of H 2 O 2 with anodizing potential. That is, it was confirmed that different concentrations of H 2 O 2 were produced at the same discharge time depending on the thickness of the TiO 2 layer formed differently depending on the anode treatment potential.

따라서, TiO2층의 두께 조절에 따라 H2O2 생성 농도를 조절할 수 있음을 확인하였다. 50 V 전위에서 30초간 양극산화처리를 하여 약 90 nm 정도의 무정형 TiO2 층을 형성한 경우, Mg 양극과 결합하고 5분 이후에 16μM의 H2O2을 자발적으로 발생시키는 것을 확인하였다.Therefore, it was confirmed that the concentration of H 2 O 2 can be controlled by adjusting the thickness of the TiO 2 layer. When an amorphous TiO 2 layer of about 90 nm was formed by anodic oxidation treatment at 50 V potential for 30 seconds, it was confirmed that 16 μM of H 2 O 2 was spontaneously generated after 5 minutes of binding to the Mg anode.

(2) (2) Au층의Au layer 두께에 따른  Thickness HH 22 OO 22 발생양Occurrence amount 조절 control

Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체에서 발생되는 H2O2의 농도를 조절하기 위하여 Au 층의 두께에 따른 H2O2 발생양을 측정하였다.In order to control the concentration of H 2 O 2 generated in the Mg-Ti / TiO 2 / Au metal complex, the amount of H 2 O 2 generated according to the thickness of the Au layer was measured.

도 8a는 Au 스퍼터링 시간에 따라 다양하게 형성되는 여러 Au층의 두께에서의 방전 시간에 따른 H2O2의 농도를 DPD/POD로 정량측정한 결과를 나타내고, 도 8b는 스퍼터링 시간이 20초, 및 방전 시간이 60분일 때 금 플라즈마 전류에 따른 H2O2의 농도를 나타낸다. 도 8에서와 같이, 즉, 스퍼터링의 조건에 따라 다르게 형성된 Au층의 두께에 따라 동일한 방전 시간에서도 다른 농도의 H2O2가 생성됨을 확인하였다. 20 nm 두께의 TiO2 층 위에 10 mA의 전류 밀도에서 20초 동안 Au를 증착한 경우, Mg 양극과 결합한 지 5분 이후에 약 16μM 누적 농도의 H2O2를 발생시키는 것을 확인하였다. FIG. 8A shows the results of quantitatively measuring the concentration of H 2 O 2 with DPD / POD depending on the discharge time at various thicknesses of Au layers formed by Au sputtering time, FIG. 8B shows a result of sputtering time of 20 seconds, And the H 2 O 2 concentration according to the gold plasma current when the discharge time is 60 minutes. As shown in FIG. 8, it was confirmed that different concentrations of H 2 O 2 were produced at the same discharge time depending on the thickness of the Au layer formed differently according to the conditions of the sputtering. When Au was deposited for 20 seconds at a current density of 10 mA on a 20 nm thick TiO2 layer, it was confirmed that H 2 O 2 was generated at a cumulative concentration of about 16 μM after 5 minutes of bonding with the Mg anode.

(3) 서로 다른 두께를 갖는 별개의 (3) a separate &lt; RTI ID = 0.0 &gt; TiOTiO 22 layer 형성에 따른  Due to formation HH 22 OO 22 발생양Occurrence amount 조절 control

Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체의 위치에 따른 H2O2 발생양 조절을 위해 도 9a와 같은 금속 복합체를 고안하였다.A metal complex as shown in FIG. 9A was designed to control the amount of H 2 O 2 generation depending on the position of the Mg-Ti / TiO 2 / Au metal complex.

상기 실시예 6에서 확인한 바와 같이, 90 nm TiO2층에서 발생하는 H2O2가 200 nm TiO2층에서 발생하는 H2O2보다 높은 것을 이용하여, 각각 도 9a와 같이 각각 90 nm 및 200 nm 두께의 별개의 TiO2층을 갖는 Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체를 제조하였다.As was confirmed in Example 6, by using H 2 O 2 generated in the 90 nm TiO 2 layer higher than H 2 O 2 generated in the 200 nm TiO 2 layer, 90 nm and 200 Mg / Ti / TiO 2 / Au metal complexes having different TiO 2 layers were prepared.

그 결과, H2O2는 90 nm TiO2층 부위에서 200 nm의 부위에 비해서 1.5 배 이상의 H2O2가 선택적으로 발생하는 것을 확인하였다. 이는 도 9b와 같이 손상된 특정 조직을 목표로 각기 다른 농도의 H2O2를 발생시키는 선별적 조직재생 유도형 임플란트의 개발로 응용 가능하다.As a result, H 2 O 2 was confirmed to have more than 1.5 times the H 2 O 2 selectively generated compared to the area of 200 nm in 90 nm TiO 2 layer region. This can be applied to the development of a selective tissue regeneration inducing type implant that generates H 2 O 2 at different concentrations aiming at a specific tissue damaged as shown in FIG. 9B.

실시예Example 8. Mg- 8. Mg- TiTi // TiOTiO 22 /Au 금속 복합체를 이용한 임플란트 제조 및 이의 혈관 신생 효과/ Au Metal Composite and Its Vascular Neovascularization Effect

Mg-Ti/TiO2/Au 금속 복합체의 혈관 신생 효과를 바탕으로, 도 10a 및 10b와 같이 신규한 Ti-기반 임플란트 시제품을 제조하였다. 10 V의 전압에서 30 초간 양극산화를 진행하여, 약 20 nm 두께의 TiO2 층을 형성하고, 그 이후 약 3nm 크기의 Au cluster를 증착하였다. EBM-2 배지에서 이 임플란트 시제품은 15분 후에 약 15 μM의 H2O2를 발생시키는 것을 확인하였다. 특히, Mg 실린더는 물리적으로 스크류-형태의 Ti-6-4 합금 내부에 통합되었다. 상기 Ti-6-4 합금은 정형외과 및 치과용 임플란트에 사용되는 일반적인 재료이다. 상기 Ti 합금의 표면은 제조예 1에서와 같은 방법으로 산화되었고, Au로 증착되었다. 별도의 금속 도관 등에 의한 Mg 및 Ti의 연결 없이도, Mg에서 발생한 전자는 Ti의 표면으로 쉽게 이동 가능하다. 상기 제조된 임플란트 시제품은 HUVEC를 포함하는 EMB-2 배지에서 그 혈관 형성 효과가 테스트되었다.Based on the angiogenic effects of the Mg-Ti / TiO 2 / Au metal complex, novel Ti-based implant prototypes were prepared as shown in FIGS. 10a and 10b. Anodic oxidation was carried out at a voltage of 10 V for 30 seconds to form a TiO2 layer with a thickness of about 20 nm and thereafter an Au cluster with a size of about 3 nm was deposited thereon. In EBM-2 medium, the implant prototype was found to generate about 15 μM H 2 O 2 after 15 min. In particular, the Mg cylinder was physically integrated within the screw-shaped Ti-6-4 alloy. The Ti-6-4 alloy is a common material used in orthopedic and dental implants. The surface of the Ti alloy was oxidized in the same manner as in Production Example 1, and was deposited with Au. Electrons generated in Mg can be easily transferred to the surface of Ti without the connection of Mg and Ti by a separate metal conduit or the like. The prepared implant prototype was tested for its angiogenic effect in EMB-2 medium containing HUVEC.

도 10c는 상기 임플란트 시제품이 들어있는 채로 배양되는 EBM-2 배지를 나타낸다. 도 10d는 HUVEC 세포가 상기 임플란트 시제품에 접촉한 시간에 따른 단위 면적당 혈관 가지 형성 수를 나타내는 그래프이다. 도 10e는 상기 임플란트 시제품에 접촉한 시간에 따른 HUVEC 세포의 혈관 형성을 형광 현미경으로 관찰한 이미지이다(스케일바 = 500 μm). 음성 대조군에 비하여 상기 임플란트 시제품에 의하여 자극된 HUVEC의 높은 수준의 혈관 형성이 관찰되었고, 특히 15분간 상기 임플란트 시제품과 접촉하여 배양된 경우에서 혈관 형성이 가장 많이 관찰되었다.Figure 10C shows EBM-2 medium in which the implant prototype is incubated. FIG. 10D is a graph showing the number of blood vessel branching per unit area according to the time of contact of the HUVEC cells with the implant prototype. FIG. FIG. 10E is an image (HUVEC) of blood vessel formation observed with a fluorescent microscope (scale bar = 500 μm) according to the time of contact with the implant prototype. High level of angiogenesis of HUVEC stimulated by the implant prototype was observed compared to the negative control, and angiogenesis was most frequently observed in the case of incubation for 15 minutes in contact with the above implanted prototype.

제조예Manufacturing example 2. 아연을 이용한 금속 복합체의 제조 2. Preparation of metal complex using zinc

상기 제조예 1에 기재된 것과 같은 방법으로, 마그네슘을 대신하여 양극으로서 아연을 이용하여 금속 복합체를 제조하였다.A metal complex was prepared in the same manner as described in Preparation Example 1, except that zinc was used as a positive electrode instead of magnesium.

실시예Example 9. 아연을 이용한  9. Using zinc 액침Immersion 시험 결과 Test result

아연이 신체에 삽입된 후 2주 이상 유지될 수 있는지 여부를 확인하기 위해, Ti-6Al-4V 코인에 순수 아연 바를 삽입 후 Hanks 용액에 넣어 5일(120시간)간 액침 시험(immersion test)을 실시하였다. To determine if zinc could be held for more than 2 weeks after insertion into the body, a pure zinc bar was inserted into the Ti-6Al-4V coin and immersed in Hanks solution for 5 days (120 hours) Respectively.

그 결과 도 11과 같이, 5일간의 액침 시험에도 불구하고 80% 이상의 아연이 잔류하는 것으로 나타났다. 도 11의 가운데 부분의 금속이 아연, 이를 둘러싸고 있는 부분이 Ti-6Al-4V 합금이며, 상단의 점선은 아연의 초기 표면을 나타낸다.As a result, as shown in Fig. 11, even though the immersion test was conducted for 5 days, it was found that at least 80% of zinc remained. The metal in the middle portion of FIG. 11 is zinc and the portion surrounding it is a Ti-6Al-4V alloy, and the dotted line at the top represents the initial surface of zinc.

실시예Example 10. 아연을 포함하는 금속 복합체를 이용한 활성 산소 발생량 측정 10. Measurement of active oxygen production using metal complex containing zinc

상기 실시예 4에 기재된 방법과 유사하게, Ti-6Al-4V 디스크(Φ10×2T)에 아연 바를 삽입하여 PBS 버퍼 용액 (2 ml)에서의 활성산소 발생량을 3회 반복 측정하였다.Similar to the method described in Example 4, the amount of active oxygen generated in the PBS buffer solution (2 ml) was measured three times by inserting a zinc bar into a Ti-6Al-4V disk (? 10 x 2T).

그 결과, 도 12와 같이 3회의 시험 모두 PBS 버퍼 중에서 H2O2의 생성량이 증가하는 것을 관찰하였다. 특히 30분 후의 H2O2의 농도가 평균 약 33 μM 정도로 측정되어, Mg에 비교하여 더 우수한 효과를 나타내었다.As a result, it was observed that the amount of H 2 O 2 produced in the PBS buffer increased in all three tests as shown in FIG. Especially, the concentration of H 2 O 2 after 30 minutes was measured to be about 33 μM on the average, and the effect was more excellent than that of Mg.

Claims (21)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 금속을 포함하는 양극을 제조하는 단계;
제2 금속을 포함하는 음극을 제조하는 단계;
상기 제2 금속을 산화시켜 산화 제2 금속 층을 형성시키는 단계;
상기 산화 제2 금속 층에 Au 층을 형성시키는 단계; 및
상기 양극 및 음극을 전기적으로 연결하는 단계를 포함하고, 상기 연결하는 단계는 상기 음극 내부에 상기 양극이 통합된 형태로 연결시키는, 금속 복합체를 제조하는 방법으로서,
상기 산화 제2 금속 층은 두께가 20 nm 내지 10 μm이고,
상기 Au 층은 두께가 1.5 nm 내지 25 nm인 방법.
Producing a positive electrode comprising a first metal;
Producing a negative electrode comprising a second metal;
Oxidizing the second metal to form a second metal oxide layer;
Forming an Au layer on the oxidized second metal layer; And
And electrically connecting the positive electrode and the negative electrode, wherein the connecting step connects the positive electrode into the negative electrode in an integrated manner, the method comprising:
The second metal oxide layer has a thickness of 20 nm to 10 mu m,
Wherein the Au layer has a thickness of from 1.5 nm to 25 nm.
청구항 20에 있어서, 상기 산화 제2 금속 층을 형성시키는 단계는, 두께가 서로 다른 별개의 산화 제2 금속 층을 서로 다른 부위에 형성시키는 단계인 것인 방법.21. The method of claim 20, wherein forming the second metal oxide layer comprises forming separate second metal oxide layers having different thicknesses on different portions.
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