KR101972122B1 - 표면 형태학적 특성 및 골 유착성이 개선된 치과용 임플란트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 개시 내용에서는 표면 거칠기가 형성된 임플란트(구체적으로 픽스쳐(fixture))의 표면을 자외선 조사 및 특정 표면 처리액을 이용한 일련의 처리 과정을 거치도록 함으로써 개선된 표면 형태학적 특성 및 골 유착성을 나타내는 친수성 치과용 임플란트의 제조방법이 기재된다.

Description

표면 형태학적 특성 및 골 유착성이 개선된 치과용 임플란트의 제조방법{Method for Preparing Dental Implants with Improved Surface Morphology and Osseointegration}

본 개시 내용은 표면 형태학적 특성 및 골 유착성이 개선된 치과용 임플란트의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은 표면 거칠기가 형성된 임플란트(구체적으로 픽스쳐(fixture))의 표면을 자외선 조사 및 특정 표면 처리액을 이용한 일련의 처리 과정을 거치도록 함으로써 개선된 표면 형태학적 특성 및 골 유착성을 나타내는 친수성 치과용 임플란트의 제조방법에 관한 것이다.

치과용 임플란트는 치아가 파손되었거나 손실되었을 때 악골에 매식하여 치근역할을 하는 매식물로 상부 구조물 및 픽스쳐가 결합된 일체구조물을 의미하는 바, 이를 이용하여 치아가 결손된 부위에 소실된 자연 치아를 대신하여 상, 하악골에 픽스쳐 또는 매식체(fixture)를 식립하고 안정적으로 구강의 기능과 치아의 기능을 회복시킬 수 있다. 치아 기능의 손실은 음식물의 섭취에 큰 불편함을 유발할 뿐만 아니라, 소화 기능의 장애, 기형 등의 부가적인 문제점을 유발하는 만큼, 최근에는 임플란트가 보편적인 치료 방안으로 널리 인식되고 있다.

임플란트를 이용한 시술 또는 치료를 통하여 치아 본연의 기능 및 심미적 기능을 회복하기 위하여는 임플란트와의 긴밀한 골 유착이 요구된다. 이와 관련하여, 광학 현미경 상에서 기능하는 임플란트와 살아있는 골 조직 간 연 조직의 개재 없이 직접적인 구조적 및 기능적 결합을 이루는 상태를 "골 유착" 또는 "골 융합"으로 정의할 수 있다.

임플란트의 기능 회복과 안정적인 골 유착에 영향을 주는 요소로서 임플란트의 재질, 디자인, 표면특성, 골량 및 골질, 외과적 시술, 하중 조건과 환자의 구강 환경 등을 예시할 수 있다. 따라서, 임플란트는 구강 내 치조골에 이식되는 경우에 생체 조직에 대한 생체친화성(biocompatibility)이 양호한 재료를 선택하여 생체조직과 생화학적으로 부작용이 없는 재료를 선택할 필요가 있다. 이러한 관점에서, 임플란트 재질로서 티타늄(또는 티타늄 합금), 코발트 합금, 스테인레스 스틸, 백금, 이리듐, 니오븀, 탄탈륨 등과 같은 금속 재료를 사용할 수 있다.

상기 예시된 금속 중 티타늄(Ti) 또는 티타늄 합금은 생체친화성, 부식저항성, 강도(strength), 강인성(toughness) 및 내구성이 양호한 특성을 갖고 있다. 특히, 임플란트 재료로 사용될 경우, 용해 속도가 느리고 용해산물은 화학적으로 불활성이기 때문에 골의 성장을 허용하여 골과의 계면에서 골 유착 반응을 유도할 수 있다. 그러나, 티타늄 또는 티타늄 합금은 일반적으로 생체 불활성으로 인하여 골 유착 또는 골 조직과의 직접적인 결합은 이루어지지 않는다.

상술한 문제점으로 인하여, 생체활성을 갖는 재료를 금속성 임플란트 표면에 코팅을 하는 등의 표면처리를 통하여 임플란트에 생체활성을 부여하는 방식으로 임플란트의 성공률을 높이고 치유기간을 단축하기 위한 다양한 시도가 이루어져 왔다. 이와 같이 티타늄 또는 티타늄 합금 표면에 활성을 부여하는 표면처리는 치조골 내에서 염증의 유발 없이 빠른 골 유착이 일어나도록 유도할 수 있기 때문에 치조골에 고정되는 기간을 감소시킬 수 있다.

최근, 나노 기술의 급격한 발전으로 인하여 임플란트 소재 분야에서 티타늄 등의 금속 표면에 나노구조의 산화물 층을 형성하는 방법이 연구되어 왔다. 예를 들면, 균일한 나노튜브 TiO₂ 층은 골과 접촉하는 비표면적을 넓혀주므로 골 유착에 유리하게 작용하는 것으로 보고되고 있으며, 수산화인회석(Hydroxyapatite, HAp) 코팅법에 의한 골 유착 반응은 티타늄 표면과 코팅층 간에 강력한 결합이 곤란하기 때문에 두꺼운 피막 층에서 박리되는 경향을 나타내는 점이 알려져 있다.

택일적으로, HAp 코팅법과 유사한 효과를 갖고, 얇은 피막층을 형성할 수 있는 석회화 순환처리법이 이용되고 있고, 화학적 산처리, 미세입자를 이용한 분사처리, 양극산화처리, 플라즈마 분사처리 등의 표면처리를 통하여 임플란트와 골의 경계면에서 혈병(blood clot)의 형성을 안정화하며, 골모세포(Osteoblast cell)의 분화를 촉진시키며, 또한 시술 후 초기에 임플란트 주변의 골 치유를 향상시키는 기술도 보고된 바 있다. 그러나, 이러한 방식은 표면처리 이후에 산화층의 성장, 각종 오염 성분의 흡착 등에 의하여 친수성이 감소됨으로써 필연적으로 골 유착성을 저하시키게 된다. 이러한 문제점을 완화시키기 위하여, 샌드 블라스팅과 같은 전처리를 수행한 후에 당류, 단백질류 등의 친수성기(예를 들면, 히드록시기, 카르복시기, 아미노기, 설폰산기 등)를 갖는 유기화합물 및 금속염을 함유하는 혼합 용액으로 표면처리하는 방법(국내특허번호 제1404632호), 글리세롤, 솔비톨, 자일리톨 등의 당 알코올을 함유하는 용액으로 표면처리하는 방법(국내특허번호 제1304217호) 등이 알려진 바 있다. 또한, 폴리에틸렌글리콜(PEG)와 같이 양쪽 끝단에 제 1 작용기를 갖는 생체적합성 선형고분자에 고리형 분자를 이용하여 유사 폴리로탁산을 형성하고, 이를 제1 작용기와 반응하는 제2 작용기를 갖는 캡핑 분자와 화학적으로 결합시켜 폴리오탁산으로 전환시킨 후에 캡핑 분자 내 제2 작용기와 반응하는 재3의 작용기가 도입된 임플란트 베이스와 결합하여 가수분해 방식으로 결합시키는 기술(국내특허공개번호 제2012-133588호)도 개발되었다.

그러나, 종래에 보고된 방안이 골 유착성에 있어서 어느 정도 양호한 결과를 제공하고 있음에도 불구하고, 시술 기간을 감소시키기 위하여 초기 골 유착성(또는 세포 부착성) 등을 더욱 높이고, 또한 임플란트의 식립 효과를 높이기 위하여는 픽스쳐의 표면 또는 외관이 균일할 필요가 있다. 더 나아가, 전술한 종래 기술 중 일부는 표면 처리 과정에서 복잡한 처리 또는 결합 반응 단계를 수반하고 있는 바, 보다 간편한 방식으로 개선 사항을 구현할 필요가 있다.

본 개시 내용의 구체예에서는 종래의 임플란트의 표면 처리 기술에 비하여 개선된 특성, 구체적으로 친수성 및 안정성이 양호할 뿐만 아니라, 균일한 표면 처리 표면이 형성됨으로써 우수한 골 유착성을 나타내는 임플란트를 보다 간편하게 제조하기 위한 표면 처리방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구체예에 따르면,

a) 표면 거칠기가 형성된 임플란트를 제공하는 단계;

b) 상기 표면 거칠기가 형성된 임플란트에 대하여 자외선(UV) 조사 처리를 수행하는 단계;

c) (i) 수용성 칼슘 이온(Ca²⁺) 소스 및 (ii) 700 내지 1500의 분자량(M_w)을 갖는 폴리에틸렌글리콜을 함유하는 수계(aqueous) 표면 처리액에 상기 자외선 조사 처리된 임플란트를 접촉 또는 침지시켜 표면 처리하는 단계; 및

d) 상기 표면 처리된 임플란트를 40 내지 95℃에서 건조시키는 단계;

를 포함하고,

여기서, 표면 처리액 중 칼슘 이온 소스의 함량은 0.07 내지 0.4 중량%, 그리고 폴리에틸렌글리콜의 함량은 0.4 내지 2 중량% 범위인, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법이 제공된다.

예시적 구체예에 따르면, 상기 표면 처리액 내 칼슘 이온 소스 : 폴리에틸렌글리콜의 중량 비는 1 : 3 내지 17의 범위일 수 있다.

예시적 구체예에 있어서, 상기 단계 a)의 임플란트는 티타늄 또는 티타늄 합금 재질일 수 있다.

예시적 구체예에 있어서, 상기 칼슘 이온 소스는 CaCl₂일 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 c)는 30 내지 60℃의 온도로 조절된 표면 처리액 내에서 수행될 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 c)는 500 내지 800 rpm의 교반 조건 하에서 수행될 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 상기 표면 거칠기가 형성된 임플란트의 표면 조도(Ra)는 0.5 내지 4.5 ㎛의 범위일 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 a)는 입자분사법, 흡수성 분사 매질법, 산 에칭법, 알칼리 에칭법, 티타늄 플라스마 스프레이법, SLA(sandblasted, large grit, acid etched) 처리법, 양극 산화법, 레이저 표면가공법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의하여 수행될 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 b)는 30 내지 90분 동안 15 내지 40 mW/㎠의 강도의 자외선(UV)을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 b)에서 사용되는 자외선의 파장은 150 내지 300 nm 범위일 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 폴리에틸렌글리콜의 평균 히드록시기 수는 100 내지 120 mg KOH/g 범위일 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 상기 친수성 표면을 갖는 임플란트의 표면에 존재하는 칼슘의 량(원소 기준)은 적어도 1 중량%일 수 있다.

본 개시 내용의 구체예에 따른 임플란트의 제조방법은 증가된 친수성을 나타낼 뿐만 아니라, 거칠기가 형성된 임플란트의 픽스쳐 전체에 걸쳐 칼슘 및 폴리에틸렌글리콜이 조합하여 균일하게 분포된 표면을 형성함으로써 종래의 임플란트 표면 처리 기술에 비하여 골 유착성 또는 초기 세포 부착성을 개선할 수 있고, 더 나아가 이러한 개선점을 간편한 방식으로 구현할 수 있는 장점을 제공한다. 따라서, 향후 광범위한 상용화가 기대된다.

도 1은 친수성 임플란트를 제조하는 일련의 과정을 예시적으로 도시하는 공정 순서도이고;
도 2는 티타늄계 임플란트의 픽스쳐(fixture) 외관을 예시적으로 보여주는 사진이고;
도 3은 친수성 임플란트에 의하여 골 유착이 개선되는 메커니즘을 개략적으로 보여주는 도면이고;
도 4a 및 도 4b 각각은 실시예에서 SLA 처리된 임플란트 및 표면 처리된 임플란트의 SEM 사진이고;
도 5는 실시예에서 (a) SLA 처리된 임플란트 및 (b) 표면 처리된 임플란트 각각에 대한 친수성(젖음성) 테스트 결과를 보여주는 사진이고;
도 6은 실시예에서 SLA 처리된 임플란트 및 표면 처리된 임플란트 각각의 표면에 부착된 조골세포를 염색한 사진이고;
도 7은 실시예 1에서와 동일한 표면 처리 조건 하에서 UV 조사 시간을 변화시키면서 제조된 임플란트의 외관 분석 및 친수성 분석 결과를 보여주는 도면이고;
도 8은 실시예 1에서와 동일한 표면 처리 조건 하에서 표면 처리액 내 침지 시간 및/또는 침지 온도를 변화시키면서 제조된 임플란트의 외관을 보여주는 사진이고;
도 9는 실시예 1에서와 동일한 표면 처리 조건 하에서 표면 처리액 내 폴리에틸렌글리콜의 함량(투입량)을 변화시키면서 제조된 임플란트의 외관을 보여주는 사진이고;
도 10은 실시예 1에서와 동일한 표면 처리 조건 하에서 표면 처리액 내 염화칼슘의 함량(투입량)을 변화시키면서 제조된 임플란트의 외관을 보여주는 사진이고;
도 11은 실시예 1에서와 동일한 표면 처리 조건 하에서 표면 처리 후 건조 조건을 변화시키면서 제조된 임플란트의 외관을 보여주는 사진이고;
도 12는 실시예 1에서와 동일한 표면 처리 조건 하에서 표면 처리액 내 성분을 변화시키면서 제조된 임플란트의 외관을 보여주는 사진이고;
도 13은 실시예 1에서와 동일한 표면 처리 조건 하에서 표면 처리액 내 구성 성분을 변화시키면서 제조된 임플란트 각각에 대하여 조골세포 부착 테스트를 수행한 결과를 보여주는 사진이고; 그리고
도 14는 실시예 1에서와 동일한 표면 처리 조건 하에서 표면 처리액 내 성분을 변화시키면서 제조된 임플란트 각각에 대하여 흡광도 테스트에 의한 정량적인 세포 부착 특성을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 개별 구성에 관한 세부 사항은 후술하는 관련 기재의 구체적 취지에 의하여 적절히 이해될 수 있다.

본 명세서에 있어서, 어떠한 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 별도의 언급이 없는 한, 다른 구성 요소 및/또는 단계를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

도 1은 친수성 임플란트를 제조하는 일련의 과정을 예시적으로 도시한다.

상기 도면을 참조하면, 먼저 표면 거칠기가 형성된 임플란트가 제공된다. 이때, 도 2에서 예시된 바와 같이 표면 거칠기가 형성되기 전의 임플란트는 티타늄계 임플란트일 수 있는 바, 구체적으로 순수 티타늄 또는 티타늄 합금 재질일 수 있다. 예시적으로, 티타늄 합금은 (i) 티타늄(Ti)과 (ii) 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 지크코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 주석(Sn), 탄탈륨(Ta) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 금속의 조합으로 이루어질 수 있다. 티타늄 합금의 구체적인 예는 Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr, Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr, Ti-29Nb-13Ta-2Sn, Ti-29Nb-13Ta-4.6Sn, Ti-29Nb-13Ta-6Sn, Ti-16Nb-13Ta-4Mo, Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.2Si, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si, Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.5Mo-0.3Si, Ti-6Al-3Sn-4Zr-0.5Mo-0.5-Si, Ti-4Al-4Mo-2Sn-0.5Si, Ti-4Al-4Mo-4Sn-0.5Si, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo, Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.2Si, Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al 또는 Ti/Pd일 수 있다.

일 구체예에 따르면, 임플란트 표면에 표면 거칠기를 형성함으로써 임플란트의 표면적은 증가하게 되며, 그 결과 표면에 형성된 다양한 사이즈의 포어가 스폰지와 유사한 네트워크 구조를 형성할 수 있다. 이러한 표면 거칠기 형성 방법으로 당업계에서 공지된 방법을 적용할 수 있는 바, 예를 들면 입자분사법, 흡수성 분사 매질법, 산 에칭법, 알칼리 에칭법, 티타늄 플라스마 스프레이법(TPS), SLA(sandblasted, large grit, acid etched) 처리법, 양극 산화법, 레이저 표면가공법으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택하여 적용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 SLA 처리법을 적용할 수 있다.

이와 관련하여, SLA 처리법은 전형적으로 티타늄 합금 표면에 세라믹 입자(예를 들면, 알루미나 및/또는 티타니아)를 분사처리(large grit sand blasting)하여 마이크론 수준의 표면 조도를 형성하고, 이후 산 에칭(acid etching)에 의하여 보다 미세한 마이크론 수준의 표면 조도를 추가적으로 형성하는 방식이다. 그 결과, 티타늄계 임플란트의 표면적은 증가하게 되는 바, 표면에 형성된 다양한 사이즈의 포어가 스폰지와 유사한 네트워크 구조를 형성할 수 있다. 그 결과, 후속 표면 처리액에 표면 처리 효과를 증대시킬 수 있고, 골과 임플란트의 접촉을 촉진함으로써 치료 기간을 단축하는데 기여하게 된다.

특정 구체예에 따르면, 표면 거칠기는 SLA 처리법에 의하여 수행될 수 있는 바, 하기의 예시적 방법을 통하여 수행될 수 있다:

먼저, 샌드블라스팅을 위하여 세라믹 입자, 구체적으로 알루미나 입자를 티타늄계 임플란트의 표면에 분사한다. 이때, 세라믹 입자의 평균 입경(사이즈)은, 예를 들면 약 100 내지 550 ㎛, 구체적으로 약 140 내지 500 ㎛, 보다 구체적으로 약 180 내지 425 ㎛ 범위일 수 있다. 또한, 분사 압력은, 예를 들면 약 1 내지 10 atm, 구체적으로 약 2 내지 7 atm, 보다 구체적으로 약 3 내지 5 atm 범위일 수 있다. 이를 위하여 당업계에서 알려진 샌드블라스팅 장비를 사용할 수 있는 바, 상기 장비는 가압된 공기 회로에 연결되어 세라믹 그릿(grit)을 분사하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 샌드블라스팅에 의하여 티타늄계 임플란트의 생체적합성은 어느 정도 증가하게 되며, 후속적으로 임플란트(구체적으로 티타늄계 임플란트)의 표면을 가압 공기, 및/또는 초음파를 이용하여 세척 또는 세정할 수 있다.

후속적으로, 산 조성물을 이용하여 샌드블라스팅된 티타늄 표면을 처리하는 과정이 수행되는 바, 산 조성물은 염산, 황산 및/또는 질산을 함유할 수 있다. 전술한 샌드블라스팅 및 산 에칭 조건은 예시적 목적으로 제공되는 것으로, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

그 다음, SLA의 후 처리 공정으로서 잔여 산 성분을 제거하기 위하여 세척하고, 초음파에 의하여 세정한 다음, 건조시키는 단계를 수행할 수 있다.

일 구체예에 따르면, 표면 거칠기가 형성된 임플란트의 표면 조도(Ra)는, 예를 들면 약 0.5 내지 4.5 ㎛, 구체적으로 약 1 내지 4 ㎛, 보다 구체적으로 약 2 내지 3 ㎛ 범위일 수 있다. 이와 관련하여, 표면 조도가 지나치게 큰 경우에는 지지(supporting) 기능 약화 및 이온 누출(ionic leakage)의 증가를 유발할 수 있다. 반면, 표면 거칠기가 일정 수준 미만에서는 세포 부착성을 개선하는데 적합한 표면적을 얻기 곤란하거나, 후속 표면 처리 단계에서 표면 처리액 내 유효 성분을 고정하는데 불리할 수 있다. 따라서, 적정 수준의 표면 조도를 갖도록 거칠기를 형성하는 것이 유리할 수 있다.

예시적으로, 표면 거칠기가 형성된 임플란트의 표면은 여전히 낮은 수준의 친수성을 나타내는 바, 이의 수접촉각은, 예를 들면 약 80° 이상, 구체적으로 약 85° 이상, 보다 구체적으로 약 95°이상일 수 있다. 이와 동시에, 표면 거칠기가 형성된 임플란트 표면의 수접촉각은 약 110° 이하, 보다 구체적으로 약 105° 이하의 값을 나타낼 수 있다. 이와 같이, 높은 수접촉각을 갖는 상태에서 임플란트가 식립될 경우에는 불충분한 골 유착성을 유발하게 될 것이다.

자외선(UV) 조사

도 1을 참조하면, 일 구체예에서는 표면 거칠기가 형성된 임플란트의 표면이 자외선 조사, 구체적으로 고에너지 자외선 조사를 이용하여 처리될 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 조사되는 자외선의 파장은, 예를 들면 약 150 내지 300 nm, 구체적으로 약 170 내지 280 nm, 보다 구체적으로 약 180 내지 270 nm 범위일 수 있다. 이러한 파장 대역의 자외선은 오존의 형성 및 분해를 동시에 유도함으로써 임플란트 표면에 존재하는 화학적 결합을 분해시킬 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 자외선 조사 강도는, 예를 들면 약 15 내지 40 mW/㎠, 구체적으로 약 20 내지 35 mW/㎠, 보다 구체적으로 약 24 내지 30 mW/㎠ 범위 내에서 조절할 수 있다. 자외선 조사 강도는 조사 시간에 영향을 미칠 수 있는 바, 상술한 범위의 자외선 조사 강도에서 조사 시간은, 예를 들면 약 30 내지 90분, 구체적으로 약 40 내지 80분, 보다 구체적으로 약 45 내지 70분의 범위 내에서 정하여질 수 있다. 다만, 이러한 조사 시간은 예시적인 것으로, 자외선 파장, 조사 강도 등에 따라 변경 가능하다.

본 구체예에 있어서, 자외선 조사 처리는 임플란트 표면을 보다 친수화하고, 표면에 존재하는 각종 불순물을 제거함으로써 후속 표면 처리액에 의한 처리 시 균일한 표면을 제공하는데 기여할 수 있다. 더 나아가, 자외선 조사 처리에 의하여 후속 표면 처리액의 침적 이후의 임플란트 표면이 대기와 장기간 접촉하더라도 지속적으로 친수성을 유지할 수 있도록 한다.

표면 처리액에 의한 임플란트의 표면 처리

도시된 구체예에 따르면, 자외선 조사 처리된 임플란트는 표면 처리액과 접촉 또는 침지에 의하여 개선된 골 유착성을 제공하는 표면을 형성할 수 있다.

일 구체예에 따르면, 표면 처리액은 수계 매질(구체적으로 수용액)을 기반으로 하며, 이에 수용성 칼슘 이온(Ca²⁺) 소스 및 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 함유한다.

이때, 수용성 칼슘 이온은 표면 처리액의 침지 후 임플란트 표면 전체에 걸쳐 고정 또는 부착될 수 있는데, 이의 소스의 전형적인 예는 염화칼슘(CaCl₂)일 수 있다. 다른 수용성 칼슘 염에 비하여 염화칼슘을 사용하는 이유는 비독성일 뿐만 아니라 골 유착에 연계되는 조골세포의 부착력이 좋기 때문이다. 본 발명이 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, 양 하전된 칼슘 이온은 티타늄과 Asp 사이의 브릿지로 작용함으로써 펩타이드(Ti-1)가 티타늄의 표면(음 하전됨)에 고정 또는 부착되도록 하며, 이후 이러한 프로세스는 다른 잔류 단백질(예를 들면, Lys)이 티타늄 표면에 부착되는 것을 촉진하는 것으로 판단된다.

표면 처리액 내 칼슘 이온 소스의 함량 또는 농도에 따라 최종 제조되는 임플란트의 표면 균일성을 비롯한 궁극적으로 골 유착에 중대한 영향을 미칠 수 있다. 구체적으로, 표면 처리액 내 칼슘 이온 소스의 함량은, 예를 들면 약 0.07 내지 0.4 중량%, 구체적으로 약 0.1 내지 0.25 중량%, 보다 구체적으로 약 0.13 내지 0.2 중량% 범위 내에서 조절될 수 있다. 칼슘 이온 소스의 함량이 지나치게 낮은 경우(예를 들면, 칼슘 이온 소스 없이 PEG만을 첨가한 경우)에는 임플란트 표면 외관에는 중대한 영향을 미치지 않으나, 임플란트 표면에 존재하는 칼슘이 원하는 수준 미만의 량으로 존재하여 조골세포 부착력이 감소되는 문제점을 유발할 수 있다. 반면, 칼슘 이온 소스의 함량이 지나치게 높은 경우에는 표면 불균일성을 유발할 수 있는 바, 이는 칼슘 이온 소스가 PEG와 함께 표면 거칠기가 형성되어 있는 임플란트 표면의 포어에 충진되기는 하나, 과도한 량으로 존재할 경우에는 오히려 표면 균일성을 저하시킴으로써 골 유착성을 저하시키는 요인으로 작용하기 때문이다. 따라서, 표면 처리액 내 칼슘 이온 소스의 첨가량은 전술한 범위 내에서 적절히 조절할 필요성이 있다.

한편, 표면 처리액은 칼슘 이온 소스와 함께 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 함유한다. 이와 관련하여, PEG는 임플란트 표면이 보다 양호한 생적합성(bio-compatibility)를 갖도록 할 뿐만 아니라, 높은 친수성 및 세포 막 융합성, 염증세포 부착 감소(peri-implantits) 등의 기능을 수행할 수 있다. 본 구체예에 있어서 사용되는 PEG는 종래에 임플란트의 표면 처리 성분으로 사용된 다른 알코올(예를 들면, 글리세롤)을 사용할 경우, 어느 정도 친수성을 확보할 수 있음에도 불구하고 여전히 불균일한 표면을 유발하는 점과 구별되며, PEG를 칼슘 이온 소스와 조합함에 따라 친수성, 표면 균일성 등을 일거에 개선하여 보다 양호한 골 유착 효과를 달성할 수 있다. 특히, 표면 처리액 내에 칼슘 이온 소스만을 함유하고 PEG를 함유하지 않은 경우, 친수성 개선 효과를 달성할 수는 있으나, 균일한 임플란트 표면을 얻을 수 없고, 기대되는 골 유착성 개선 효과가 현저히 감소하는 점은 주목할 만하다.

예시적 구체예에 따르면, 표면 처리액 내 PEG는 당업계에서 알려진 방법에 따라 제조된 것일 수 있다. 일 예로서, 다양한 개시제를 사용하여 에틸렌 옥사이드를 음이온성 또는 양이온성 중합 반응에 의하여 제조될 수 있는 바, 하기의 일반식 1로 표시될 수 있다.

[일반식 1]

여기서, n은 중합도로서 분자량에 따라 정하여질 수 있는 바, 전형적으로 400 내지 2000 범위일 수 있다.

일 구체예에 따르면, 표면 처리액 내 PEG의 함량은, 예를 들면 약 0.4 내지 2 중량%, 구체적으로 약 0.7 내지 1.8 중량%, 보다 구체적으로 1 내지 1.5 중량% 범위일 수 있다. 특히, PEG 함량이 지나치게 적거나 많은 경우에는 임플란트 표면 균일성과 같은 형태학적 특성이 저하되는 만큼, 전술한 함량 범위 내에서 적절히 조절할 필요가 있다.

또한, 예시적 구체예에 따르면, PEG에 존재하는 히드록시기는 친수성에 영향을 미치는 만큼, 적정한 평균 히드록시기 수는, 예를 들면 약 100 내지 120 mg KOH/g, 구체적으로 약 105 내지 115 KOH/g, 보다 구체적으로 약 108 내지 113 KOH/g 범위를 갖는 것일 수 있다.

이때, 주목할 점은 PEG의 분자량이 표면 처리된 임플란트의 성상에 중대한 영향을 미친다는 것이다. 즉, PEG의 분자량에 따라 표면 균일성, 더 나아가 골 유착능이 유의미한 수준으로 변화하게 된다. 이와 관련하여 PEG의 분자량(M_w)은, 예를 들면 약 700 내지 1500, 구체적으로 약 800 내지 1300, 보다 구체적으로 약 900 내지 1200 범위 내일 수 있다. PEG 분자량이 지나치게 큰 경우, 전술한 함량 범위 내에서 칼슘 이온 소스와 PEG의 조합을 함유하는 표면 처리액을 사용하더라도 임플란트 표면의 균일성을 확보하기 곤란할 수 있다. 또한, PEG 분자량이 일정 수준에 미달할 경우에는 표면 균일성은 개선할 수 있다 해도 세포 부착성의 개선 정도는 만족스럽지 않을 수 있다. 따라서, 상술한 분자량 범위의 PEG를 사용하는 것이 유리할 수 있다.

본 발명이 특정 이론에 구속되는 것은 아니지만, PEG 분자량이 표면 처리 시 성상 얼룩 및 조골세포 부착력에 영향을 미치기 때문에 적정량의 칼슘 이온 소스와 조합된다 해도 특정 범위의 분자량을 갖는 PEG를 사용하지 않으면 골 유착에 적합한 임플란트 표면의 형태학적 특성 및 생체적합성을 얻기 곤란한 것으로 설명할 수 있다.

한편, 예시적 구체예에 따르면, 표면 처리액 내 칼슘 이온 소스 및 PEG 각각이 전술한 함량 범위 내로 존재한다 해도 이들 간의 비율을 적정한 수준으로 조절하는 것이 요구될 수 있다. 이는 칼슘 이온 소스와 PEG가 상호 영향을 미치며 함께 표면 거칠기가 형성된 임플란트 표면의 포어에 부착하기 때문에 표면 균일성 등의 외관, 골 유착성 등에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 상기의 점을 고려할 때, 칼슘 이온 소스 : 폴리에틸렌글리콜의 중량 비는, 예를 들면 1 : 약 3 내지 17, 구체적으로 1 : 약 4 내지 12 보다 구체적으로 1 : 약 6 내지 10 범위일 수 있다. 이와 같이 칼슘 이온 소스와 PEG 간의 비율을 적절히 조절하기 위하여, 예시적 구체예에서는 표면 처리액은 칼슘 이온 소스를 함유하는 수용액 및 PEG 용액을 각각 준비하여 전체 표면 처리액 내 칼슘 이온 소스 및 PEG 각각의 함량, 그리고 이들 간의 비율에 따라 조합하는 방식으로 제조될 수 있다

한편, 표면 처리액 제조 시, 염화칼슘 수용액인 경우, pH 6 내지 7의 중성을 나타내지만 PEG를 투입하는 순간 이온화되어 pH 4 내지 5의 산성을 나타내는 바, 이는 조골세포 활성 감소, 그리고 ALP 활성 및 유전자 발현을 감소시킴으로써 골의 무기질화를 지연, 억제시킬 수 있다. 더욱이, 파골세포를 활성화시켜 골 소실까지도 유발될 수 있다. 따라서, 초기 골 형성능 및 생체적합성이 증진되도록 중성의 pH 범위로 조정할 필요가 있다. 이를 위하여, 염기 성분, 구체적으로 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 이의 혼합물을 첨가할 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 상술한 염기 성분을 첨가하여 pH 6 내지 8, 구체적으로 pH 6.5 내지 7.5 범위, 보다 구체적으로 대략 pH 7로 조정할 수 있다. 특정 구체예에서, pH 조절을 위한 염기 성분은 수용액 형태로 첨가 가능하며, 이때 몰 농도는, 예를 들면 약 0.05 내지 0.2 M, 구체적으로 약 0.08 내지 0.15 M, 보다 구체적으로 약 0.1 내지 0.12 M 범위일 수 있다.

예시적 구체예에 따르면, 앞서 자외선 조사 처리된 임플란트는 표면 처리액 내에 침지시키는 방식으로 처리될 수 있다. 이와 관련하여, 침지 과정 중 표면 처리액의 온도는, 예를 들면 약 30 내지 60℃, 구체적으로 약 35 내지 55℃, 보다 구체적으로 약 40 내지 50℃ 범위 내에서 조절될 수 있다. 또한, 침지 시간은, 예를 들면 약 2 내지 60분, 구체적으로 약 3 내지 30분, 보다 구체적으로 약 4 내지 15분의 범위 내에서 상용화 등에 적합한 시간을 선정할 수 있다. 이러한 침지 조건은 최종 임플란트의 표면 균일성 등에 영향을 미치는 바, 특히 소정 요구 범위에 미치지 못할 경우에는 임플란트 외관의 개선 효과는 저하될 수 있다. 다만, 침지 시간은 피처리물인 임플란트의 성상, 표면 처리액의 조성 등을 고려하여 변경 가능하다.

또한, 침지 과정은 교반 하에서 수행되는 것이 표면 처리의 효율성 면에서 유리할 수 있다. 즉, 단순히 임플란트를 정치되어 있는 표면 처리액 내에 침지하는 정도로는 원활한 처리 효과(표면 외관, 친수성 등)를 달성하기 곤란할 수 있다. 이때, 교반 조건(또는 속도)은, 예를 들면 약 500 내지 800 rpm, 구체적으로 약 550 내지 750 rpm, 보다 구체적으로 약 600 내지 720 rpm 범위 내에서 정하여질 수 있는 바, 이러한 범위는 표면 처리에 유의미한 영향을 미치기는 하나 반드시 전술한 수치 범위로 한정될 필요는 없으며, 임플란트의 표면 성장, 표면 처리액의 조성 등을 고려하여 변경될 수 있다.

표면 처리된 임플란트의 건조

수계 표면 처리액에 의한 표면 처리 단계를 수행한 후에 얻어지는 임플란트는 건조 단계를 거치게 된다. 일 구체예에 있어서, 건조 단계는 단지 임플란트 표면에 존재하는 수분을 제거하기 위한 통상의 후처리 공정에 그치는 것이 아니라, 표면 처리되어 임시로 임플란트 표면의 포어 내에 충진된 표면 처리 성분이 견고하게 고정되어 유연하면서도 균일한 표면을 제공함으로써 골 유착 효과를 증가시킬 수 있다.

이를 위하여, 예시적 구체예에 따르면, 건조 온도는, 예를 들면 약 40 내지 95℃, 구체적으로 약 50 내지 90℃, 보다 구체적으로 약 70 내지 85℃ 범위 내에서 정하여질 수 있다. 건조 온도가 일정 수준에 미달할 경우에는 임플란트의 처리 표면의 균일성을 확보하는데 한계가 존재할 수 있는 만큼, 전술한 범위 내에서 적절히 조절하는 것이 유리할 수 있다. 또한, 건조는 소정 시간 이상에 걸쳐 수행되는 한, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전형적으로 약 30 내지 240분, 보다 전형적으로 약 50 내지 150분 범위 내에서 적절히 조절 가능하다.

친수성 임플란트의 성상

이상에서 기재된 일련의 처리 과정을 통하여 임플란트의 표면은 높은 친수성을 나타낼 수 있다. 예시적으로, 개선된 친수성은 수접촉각으로 표현 가능한 바, 이러한 임플란트의 수접촉각은, 예를 들면 약 30° 미만, 구체적으로 약 20° 미만, 보다 구체적으로 약 10° 미만일 수 있다.

한편, 친수성 임플란트는 표면 처리액 내 유효 성분이 다수의 포어 내에 균일하게 충진된 형태로 존재할 수 있다. 이때, 친수성 임플란트의 표면은 PEG로부터 유래하는 탄소 및 산소, 칼슘 이온 소스로부터 유래하는 칼슘 및 염소(염화물인 경우), 그리고 임플란트 재질(티타늄 또는 이의 합금 재질)을 포함할 수 있다. 이 경우, 임플란트 표면에 존재하는 칼슘의 량은 원소 기준으로, 예를 들면 적어도 약 1 중량%, 구체적으로 약 1.1 내지 3 중량%, 보다 구체적으로 약 1.2 내지 2 중량%, 특히 구체적으로 약 1.3 내지 1.6 중량% 범위일 수 있다. 이처럼, 임플란트 표면에 소정 이상으로 존재하는 칼슘 이온이 균일하게 존재함으로써, 낮은 농도의 칼슘으로 인해 세포가 사멸되는 것을 방지하는 장점을 확보할 수 있다.

그 결과, 해당 친수성 임플란트를 시술한 후, 구강 내 골 유착이 현저히 개선될 수 있는 바, 이에 대한 메커니즘은 도 3에 나타낸 바와 같다.

상기 도면을 참조하면, 일련의 표면 처리에 의하여 표면 거칠기가 형성된 임플란트의 친수성이 증가하게 될 뿐만 아니라, 식립되는 임플란트(특히, 픽스쳐) 전체에 걸쳐 칼슘 이온 소스와 폴리에틸렌글리콜을 함유하는 표면 처리 물질이 균일하게 코팅되어 세포 부착성이 개선됨으로써 골 유착성(특히, 초기 세포 부착성)이 개선되는 것으로 볼 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1

본 실시예에서 사용된 재료 또는 물질, 그리고 기기는 하기와 같다.

사용 재료 또는 물질

- 표면 처리 전 티타늄계 임플란트 픽스쳐로서 IS-III active Fixture(IS34010AP, ㈜네오바이오텍, KOREA)를 사용하였다.

- 염화칼슘(CaCl₂)으로 Cat No. 746495-500G(Sigma-Aldrich, USA)를 사용하였다.

- PEG 1000은 PEG #1000(M_w: 약 1000; YAKURI CEHMICALS Co.,LTD, JAPAN)를 사용하였다.

기기

- UV 조사장치는 제품 명 AC-6(AHTECH, Korea)를 사용하였다.

- 교반기는 제품 명 HR-200(CAS Korea, Korea)를 사용하였다.

- 전자저울로서 제품 명 RCT B SA0(IKA, Germany)를 사용하였다.

- 건조기로서 제품 명 WOF-W105(대한과학, Korea)을 사용하였다.

- 초순수 제조기로서 제품 명 Direct-Q3(Millipore, Germany)을 사용하였다.

- 주사전자현미경로서 제품 명 JSM-6510(JEOL, Japan)을 사용하였다.

- 에너지분산분광분석기로서 제품 명 INCA x-act(Oxford instrument, England)를 사용하였다.

- 배양도립현미경으로서 제품 명 TS100-F(Nikon Instrument Korea, JAPAN)를 사용하였다.

임플란트의 표면 처리

티타늄계 임플란트 픽스쳐에 대한 SLA 처리를 위하여, 노즐과 픽스쳐 표면 사이의 간격 3㎝를 두고 평균입경 70 ㎛ 세라믹 입자를 3 atm으로 분사 처리한 다음, 순수에 넣고 10분 동안 초음파 세척하였으며, 압축 공기로 건조시켰다. 그 다음, 염산 및 황산의 혼합산 수용액을 이용한 산처리법에 의하여 픽스쳐 표면에 매크로-마이크로 포어를 형성하였다. 후속적으로 증류수로 초음파 세척 후 건조시킴으로써 SLA 처리된 픽스쳐를 얻었으며, 이의 표면 상태를 도 4a에 나타내었다.

상기 도면에 따르면, 티타늄계 픽스쳐의 표면에 다수의 포어가 형성됨(거칠기가 형성됨)을 확인할 수 있다.

그 다음, SLA 처리된 티타늄계 픽스쳐를 지그에 삽입하였고, 픽스쳐가 삽입된 지그를 UV 조사 장치에 위치시켜 45분 동안 자외선(UV)을 조사하였다(자외선 조사 강도: 27 mW/㎠).

이와 별도로, 비이커에 12.5 mM의 CaCl₂ 수용액 3.5L 및 PEG 1000 용액 35 mL를 혼합하여 1시간 동안 교반하여 수계 표면 처리액을 제조하였다. 이때, 표면 처리액 내 CaCl₂의 함량은 0.14 중량%, 그리고 PEG의 함량은 1.18 중량%이었다(CaCl₂ : PEG는 1 : 8임(중량 기준)).

교반이 완료된 표면 처리액에 0.1 M의 NaOH를 1.8mL 첨가하여 표면 처리액의 pH를 6.2으로 조정하였다.

이후, 표면 처리액에 자외선 조사된 임플란트 픽스쳐를 720 rpm의 교반 속도 및 45℃의 조건에서 5분 동안 침지시켰고, 이를 꺼내어 80℃ 온도로 설정된 건조기 내에서 1시간 동안 건조시켰다.

건조된 임플란트 픽스쳐의 표면의 SEM 사진을 도 4b에 나타내었다. 상기 도면에 따르면, 도 4a와 같은 SLA 처리된 임플란트의 표면 성상은 유지되면서 표면 처리액 내 코팅 물질이 균일하게 코팅되어 있음을 확인할 수 있다.

또한, 최종 제조된 임플란트 픽스쳐의 표면 조성을 측정하였는 바, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

원소	함량(중량%)
탄소(C)	26.46
산소(O)	19.80
염소(Cl)	2.98
칼슘(Ca)	1.56
티타늄(Ti)	49.20

상기 표에 따르면, 표면 처리된 티타늄계 임플란트의 표면은 1 중량% 이상의 칼슘(원소)이 함유되어 있음을 알 수 있다.

표면 처리된 임플란트의 친수성 평가

- 본 실시예에서 제조된 임플란트의 혈액친화성을 확인하기 위하여 초순수에 약 3 mm 정도 침지시킨 후, 임플란트 표면을 타고 올라오는 높이로 친수성을 평가하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5a는 SLA 처리된 임플란트에 대한 친수성 테스트 결과를 보여주는 한편, 도 5b는 표면 처리된 임플란트에 대한 친수성 테스트 결과를 보여준다. 상기 도면에서 확인할 수 있듯이, 실시예에 따른 친수성 임플란트 샘플은 SLA 처리된 임플란트 샘플 대비 친수성이 현저히 향상되었음을 확인할 수 있다.

표면 처리된 임플란트의 세포 부착성 평가

앞서 제조된 임플란트(실시예) 및 SLA 처리만을 수행한 임플란트(대조군) 각각에 대하여 세포 부착성을 평가하였다. 2가지 임플란트 샘플 각각에 조골세포(MG63 cell)를 1 X10⁴ cell/100 ㎕로 부착하였다. 3 시간 경과 후, 조골세포가 샘플 각각에 대하여 부착되는 정도를 크리스탈 바이올렛(crystal violet) 염색법을 이용하여 ELISA Reader 595 nm에서 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2 및 도 6에 나타내었다.

	흡광도(평균)
대조군	0.217
실시예	0.415

상기 표에 따르면, 실시예에 따른 임플란트 샘플이 SLA 처리된 임플란트에 비하여 초기 세포 부착성이 유의미한 수준으로 증가하였다. 이는 친수성 증가뿐만 아니라, 임플란트 표면에 존재하는 다수의 포어에 표면 처리액의 칼슘 이온 및 PEG가 균일하게 도포 또는 충진되어 세포의 초기 부착능을 개선할 수 있음을 의미한다. 특히, 도 6에 나타난 바와 같이, 실시예에 따른 임플란트 표면에 염색된 조골세포가 균일하게 부착되어 있어 있는 바, 이는 골 유착성을 효과적으로 증가시킴을 지시한다.

실시예 2

본 실시예에서는 표면 처리 과정 중 특정 조건이 임플란트의 성상에 미치는 영향을 평가하였다. 이와 관련하여 평가 방법 및 평가 기준은 하기 표 3과 같다.

항목	평가방법	규격
외관	현미경을 이용하여 x60 배율로 관찰함	표면이 균일하여야 함
친수성	샘플을 증류수에 담그고, 증류수가 올라오는 시간을 측정함	나사산 끝까지 증류수가 올라오는 시간이 25초 이내
표면 형태	주사전자현미경으로 표면 관찰	표면 처리 성분이 SLA 처리된 임플란트 표면의 포어를 균일하게 충진해야 함
표면 성분	에너지 분광분석기로 성분 검출	원재료 및 도포물질 성분만 검출되어야 함
세포 독성	세포 형태를 배양도립현미경으로 관찰함	세포모양이 긴 가지 형태로 바닥에 붙어있어야 함

자외선(UV) 조사 시간에 의한 영향

자외선(UV) 조사 시간을 변화시키면서 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 친수성 임플란트 샘플을 제조하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다.

상기 도면을 참조하면, UV 조사 시간이 일정 수준 미만인 경우에는 임플란트 표면 외관 및 친수성 모두 개선할 수 없었고, 고정된 자외선 강도 조건 하에서 소정 시간 동안 UV 처리를 수행할 필요가 있음을 시사한다. 본 실시예에서 UV 조사시간은 적어도 30분을 초과할 필요가 있는 것으로 판단된다. 다만, 일정 조사시간 이상에서는 외관 및 친수성에 미치는 영향이 미미한 만큼, 지나치게 긴 조사시간을 설정할 경우, 상용화 관점에서는 바람직하지 않을 것으로 판단된다.

표면 처리액 내 임플란트 샘플의 침지 조건에 의한 영향

침지 단계에서 표면 처리액의 온도(침지 온도) 및 침지 시간을 다양하게 변화시키면서 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 친수성 임플란트 샘플을 제조하였다. 그 결과를 도 8에 나타내었다.

상기 도면에 따르면, 침지 온도가 상온(No. 1-3)에서는 표면 처리액에 의하여 친수성은 확보할 수 있으나, 불균일한 표면 외관이 관찰되었다. 반면, 침지온도를 45℃로 설정한 경우, 1분 동안 침지시킨 임플란트(No. 4)에서는 불균일한 외관이 관찰되었으나, 이를 초과하는 침지 시간(No. 5 및 6)에서는 임플란트 외관 및 친수성 모두 개선됨을 확인하였다.

표면 처리액 내 PEG의 함량에 의한 영향

표면 처리액 중 CaCl₂의 함량을 고정시키고 PEG의 함량을 다양하게 변화시키면서 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 친수성 임플란트 샘플을 제조하였다. 그 결과를 도 9에 나타내었다.

상기 도면에 따르면, 표면 처리액 내 PEG 함량이 소정 범위에 미달하거나 초과할 경우, 또는 CaCl₂ 대비 지나치게 적거나 많은 량으로 함유된 경우에는 균일한 임플란트 표면 외관을 얻을 수 없었다. 더욱이, 표면 처리액 내 PEG 함량이 소정 수준에 미달하는 경우(No. 1)에는 표면이 불균일할 뿐만 아니라, 친수성 역시 감소되는 현상이 관찰되었다.

표면 처리액 내 CaCl ₂ 의 함량에 의한 영향

표면 처리액 중 PEG 함량을 고정시키고 CaCl₂ 함량을 다양하게 변화시키면서 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 친수성 임플란트 샘플을 제조하였다. 그 결과를 도 10에 나타내었다.

상기 도면에 따르면, 임플란트의 친수성은 표면 처리액 내 PEG가 소정 함량으로 함유되는 경우, 칼슘 이온의 함량에 대한 의존성은 상대적으로 낮은 것으로 판단된다. 다만, 표면 처리액 중 칼슘 이온의 농도가 소정 범위에 미달할 경우에는 표면 균일성 또는 외관에는 바람직하지 않은 영향을 미치지는 않았으나, 임플란트 표면에 존재하는 Ca의 함량이 골 유착성의 개선에 요구되는 수준에 미달하게 된다. 다만, 칼슘 이온의 농도가 지나치게 클 경우, 임플란트 표면에 존재하는 Ca의 함량을 1% 이상으로 증가시킬 수 있으나, 오히려 표면 외관에는 바람직하지 않은 영향을 미치는 것으로 판단된다.

건조 조건에 의한 영향

표면 처리액 내에서 임플란트의 침지 과정을 거친 후 수행되는 건조 단계의 조건(건조 온도 및 건조 시간)을 변화시키면서 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 친수성 임플란트 샘플을 제조하였다. 그 결과를 도 11에 나타내었다.

상기 도면을 참조하면, 상온 건조 시 건조 시간에 관계 없이 임플란트 표면의 외관은 불균일하거나 친수성이 저하된 반면, 80℃의 건조 온도에서는 소정 시간 이상에서 건조를 수행하면 외관 특성 및 친수성 모두 개선시킬 수 있었다.

실시예 3

표면 처리액의 구성 성분에 따른 영향

본 실시예에서는 수계 표면 처리액의 구성 성분을 변화시키면서 실시예 1에서와 동일한 절차에 따라 친수성 임플란트 샘플을 제조하였다. 그 결과를 도 12에 나타내었다. 또한, 세포부착성(조골세포 부착성)을 평가한 결과를 도 13 및 도 14에 나타내었다.

상기 도면에 따르면, 표면 처리액 내 PEG의 분자량이 지나치게 적은 경우(No. 1), 임플란트 표면 외관의 균일성 및 친수성 면에서는 개선된 결과를 제공하였다. 그러나, 세포 부착성 면에서는 비교적 낮은 수준을 나타내었다.

반면, PEG 분자량이 지나치게 큰 경우(No. 3-4), 친수성은 개선되었으나 임플란트 표면은 불균일하였다. 더욱이, 세포 부착 평가 결과, 실시예(No. 2)에 비하여 현저히 낮은 결과가 얻어졌다.

한편, PEG 대신에 글리세롤만을 첨가한 경우(No. 5), 외관 균일성 및 세포 부착성 면에서 실시예에 비하여 현저히 저하된 결과를 나타내었다. 또한, CaCl₂만을 함유한 경우(No. 6)에는 임플란트의 친수성은 어느 정도 개선할 수 있으나, 표면 균일성 및 세포부착성에 있어서는 실시예에 비하여 낮은 수준이었다. 더 나아가, PEG 1000만을 함유하는 경우(No. 7), 표면 균일성 및 친수성은 개선할 수 있으나, 실시예와 동일한 분자량의 PEG를 사용함에도 불구하고 낮은 세포 부착성을 나타내었다(도 14 참조). 이는 실시예에서와 같이 특정 분자량의 PEG 및 칼슘이온 소스를 조합할 때 임플란트의 친수성, 표면 균일성 및 골 유착성(세포 부착성)을 모두 개선하는 상승 효과가 도출됨을 시사한다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (16)

1. a) 표면 거칠기가 형성된 임플란트를 제공하는 단계;
   b) 상기 표면 거칠기가 형성된 임플란트에 대하여 자외선(UV) 조사 처리를 수행하는 단계;
   c) (i) 수용성 칼슘 이온(Ca²⁺) 소스 및 (ii) 700 내지 1500의 분자량(M_w)을 갖는 폴리에틸렌글리콜을 함유하는 수계(aqueous) 표면 처리액에 상기 자외선 조사 처리된 임플란트를 접촉 또는 침지시켜 표면 처리하는 단계; 및
   d) 상기 표면 처리된 임플란트를 40 내지 95℃에서 건조시키는 단계;
   를 포함하고,
   여기서, 표면 처리액 중 칼슘 이온 소스의 함량은 0.07 내지 0.4 중량%, 그리고 폴리에틸렌글리콜의 함량은 0.4 내지 2 중량% 범위인, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 표면 처리액 내 칼슘 이온 소스 : 폴리에틸렌글리콜의 중량 비는 1 : 3 내지 17의 범위인 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계 a)의 임플란트는 티타늄 또는 티타늄 합금 재질인 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 칼슘 이온 소스는 CaCl₂인 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 단계 c)는 30 내지 60℃의 온도로 조절된 표면 처리액 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 단계 c)는 500 내지 800 rpm의 교반 조건 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 표면 거칠기가 형성된 임플란트의 수접촉각은 85° 이상인 한편, 상기 친수성 표면을 갖는 임플란트의 수접촉각은 30° 미만인 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 표면 거칠기가 형성된 임플란트의 표면 조도(Ra)는 0.5 내지 4.5 ㎛의 범위인 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 단계 a)는 입자분사법, 흡수성 분사 매질법, 산 에칭법, 알칼리 에칭법, 티타늄 플라스마 스프레이법, SLA(sandblasted, large grit, acid etched) 처리법, 양극 산화법, 레이저 표면가공법으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 단계 b)는 30 내지 90분 동안 15 내지 40 mW/㎠의 강도의 자외선(UV)을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 단계 b)에서 사용되는 자외선의 파장은 150 내지 300 nm 범위인 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
12. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌글리콜의 평균 히드록시기 수는 100 내지 120 mg KOH/g 범위인 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 친수성 표면을 갖는 임플란트의 표면에 존재하는 칼슘의 량(원소 기준)은 적어도 1 중량%인 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 단계 c)의 표면 처리액은 pH가 6 내지 8의 범위로 조정된 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 표면 처리액의 pH는 0.05 내지 0.2 M의 농도를 갖는 염기 수용액을 첨가하여 조절되는 것을 특징으로 하는, 친수성 표면을 갖는 임플란트 제조방법.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따라 제조되는 친수성 임플란트.

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