KR102265511B1 - Method for treating surface of Titanium Substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타이타늄 또는 타이타늄 합금을 포함하는 기재에 질소(N2) 가스를 공급하여 질화 표면을 형성하는 단계; 및 상기 질화 표면이 형성된 기재에 인산(H3PO4) 및 불산(HF) 중 적어도 하나를 포함하는 전해액 상에서 양극 산화시켜 다공층을 형성하는 단계를 포함하는, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법에 관한 것이다. The present invention comprises the steps of supplying nitrogen (N 2 ) gas to a substrate including titanium or a titanium alloy to form a nitrided surface; And it relates to a surface treatment method of a titanium substrate, comprising the step of forming a porous layer by anodizing the substrate on which the nitrided surface is formed in an electrolyte solution containing at least one of phosphoric acid (H 3 PO 4 ) and hydrofluoric acid (HF). .

Description

타이타늄 기재의 표면 처리 방법{Method for treating surface of Titanium Substrate}Method for treating surface of Titanium Substrate

본 발명은 타이타늄 기재의 표면 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for surface treatment of a titanium substrate.

치료 또는 성형의 목적으로, 임플란트, 치과용 임플란트, 스텐트, 나사, 골 대체물 등의 의료용 임플란트를 삽입한다. 하지만, 이 의료용 임플란트는 체내에 삽입되었을 때, 외부 물질로 체내에 인식되어 출혈과 혈액 손실을 방지하기 위해 응고기전이 활성화되거나 이물 반응이 발생한다. 또한 의료용 이식물은 영구적으로 생체조직과 접촉하게 되므로 표면의 적합성과 생체내 친화성 모두 가져야 한다.For therapeutic or cosmetic purposes, medical implants such as implants, dental implants, stents, screws, and bone substitutes are inserted. However, when this medical implant is inserted into the body, it is recognized as an external substance in the body, and a coagulation mechanism is activated or a foreign body reaction occurs in order to prevent bleeding and blood loss. In addition, since medical implants are in permanent contact with living tissues, they must have both surface compatibility and in vivo compatibility.

최근에 기존의 임플란트의 골유착을 향상시키기 위해, 하나는 임플란트 바이오 소재, 임플란트 디자인, 표면처리, 표면에너지, 표면화학작용 등과 같은 방법으로 임플란트 골유착성을 높이는 방법이고, 다른 하나는 생체 조직에서 골유착을 최적화하기 위해서 낮은 수준의 레이저요법이나, 발광다이오드를 이용하여 광생체조절을 하는 방법이 개발되고 있다(한국등록출원 제 1845813호).Recently, in order to improve the osseointegration of existing implants, one is a method to increase implant osseointegration by methods such as implant biomaterials, implant design, surface treatment, surface energy, surface chemistry, etc. In order to optimize osseointegration, low-level laser therapy or a method of photobiological control using light emitting diodes is being developed (Korea Registration Application No. 1845813).

또한, 식립된 임플란트가 구강 내에 노출되면 2주 내에 치주염을 유발하는 세균의 군락(colony)이 형성되고, 4주 내에 치은연하 세균총이 완성되어 임플란트 실패로 이어질 수 있다.In addition, when the implant is exposed in the oral cavity, a colony of bacteria causing periodontitis is formed within 2 weeks, and the subgingival flora is completed within 4 weeks, which may lead to implant failure.

따라서 의료용 임플란트의 표면에 대하여 구강내 세균 번식을 억제함과 동시에, 생체활성물질을 고정화 시키는 유효한 방법이 요구된다.Therefore, there is a need for an effective method for inhibiting bacterial growth in the oral cavity and immobilizing a bioactive material on the surface of a medical implant.

이에 본 발명은, 구강내 세균 번식을 억제하고 치주조직의 세포 활성을 증가시킬 수 있는 표면 처리된 임플란트를 고안하였다.Accordingly, the present invention devised a surface-treated implant capable of inhibiting bacterial growth in the oral cavity and increasing the cell activity of periodontal tissue.

본 발명의 일 목적은 스트렙토코쿠스 무탄스 (Streptococcus mutans) 또는 포르피로모나스 진지발리스 (Porphyromonas gingivalis)와 같은 구강 내에 존재하는 유해 세균의 부착을 억제시키면서, 동시에 치은섬유아세포 또는 조골세포와 같은 치주조직의 부착 및 증식을 증가시킬 수 있는 타이타늄 기재의 표면 처리 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is Streptococcus mutans ( Streptococcus mutans ) or Porphyromonas gingivalis ) While inhibiting the adhesion of harmful bacteria present in the oral cavity, such as, at the same time, periodontal cells such as gingival fibroblasts or osteoblasts An object of the present invention is to provide a method for treating a surface of a titanium substrate capable of increasing tissue adhesion and proliferation.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical task to be achieved by the present invention is not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.

이하, 본원에 기재된 다양한 구현예가 도면을 참조로 기재된다. 하기 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 위해서, 다양한 특이적 상세사항, 예컨대, 특이적 형태, 조성물 및 공정 등이 기재되어 있다. 그러나, 특정의 구현예는 이들 특이적 상세 사항 중 하나 이상 없이, 또는 다른 공지된 방법 및 형태와 함께 실행될 수 있다. 다른 예에서, 공지된 공정 및 제조 기술은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않게 하기 위해서, 특정의 상세사항으로 기재되지 않는다. "한 가지 구현예" 또는 "구현예"에 대한 본 명세서 전체를 통한 참조는 구현예와 결부되어 기재된 특별한 특징, 형태, 조성 또는 특성이 본 발명의 하나 이상의 구현예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸친 다양한 위치에서 표현된 "한 가지 구현예에서" 또는 "구현예"의 상황은 반드시 본 발명의 동일한 구현예를 나타내지는 않는다. 추가로, 특별한 특징, 형태, 조성, 또는 특성은 하나 이상의 구현예에서 어떠한 적합한 방법으로 조합될 수 있다.Hereinafter, various embodiments described herein are described with reference to the drawings. In the following description, various specific details are set forth, such as specific forms, compositions and processes, and the like, for a thorough understanding of the present invention. However, certain embodiments may be practiced without one or more of these specific details, or in conjunction with other known methods and forms. In other instances, well-known processes and manufacturing techniques have not been described in specific detail in order not to unnecessarily obscure the present invention. Reference throughout this specification to “one embodiment” or “an embodiment” means that a particular feature, form, composition, or characteristic described in connection with the embodiment is included in one or more embodiments of the invention. Thus, references to "in one embodiment" or "an embodiment" in various places throughout this specification do not necessarily refer to the same embodiment of the invention. Additionally, the particular features, forms, compositions, or properties may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.

본 발명 내 특별한 정의가 없으면 본 명세서에 사용된 모든 과학적 및 기술적인 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 당 업자에 의하여 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.Unless specifically defined in the present invention, all scientific and technical terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

본 발명에서 "스트렙토코쿠스 무탄스(Streptococcus mutans)"는 그람 양성 통성균으로서, 구강 내에서 흔히 발견되며 섬모를 가지고 있어 다른 세균보다 치아 표면이나 조직에 부착이 용이해 초기 세균막을 주로 형성한다. 스트렙토코쿠스 무탄스에 의해 형성된 세균막은 치은 하방까지 축적되며, 상호 작용을 통하여 'red complex'라고 불리는 Porphyromonas gingivalis, Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Fusobacterium nucleatum 등과 같은 세균 부착을 유도하여 후기 군락 형성을 용이하게 한다. In the present invention, " Streptococcus mutans " is a Gram-positive facultative bacteria, commonly found in the oral cavity, and has cilia, so it is easier to attach to the tooth surface or tissue than other bacteria, and mainly forms an initial bacterial film. The bacterial film formed by Streptococcus mutans accumulates down to the subgingival and facilitates late colonization by inducing adhesion of bacteria such as Porphyromonas gingivalis , Aggregatibacter actinomycetemcomitans , and Fusobacterium nucleatum called 'red complex' through interaction.

본 발명에서 "포르피로모나스 진지발리스(Porphyromonas gingivalis)"는 그람 음성균으로서 치주염 환자의 치주낭에서 흔히 발견되며, 임플란트주위염이 진행된 골유합부위에서도 관찰할 수 있다. 포르피로모나스 진지발리스는 숙주의 다양한 조직이나 세포에 침입하여 증식하므로 구강 내 포르피로모나스 진지발리스의 부착은 병원성을 이끌 수 있다. 구강에서 주로 발견되어 치주 질환과 관련이 있는 것으로 알려져 있지만, 상부위장관, 기도, 큰창자 등에서도 발견되고, 여성의 세균성 질염과도 관련이 있다.In the present invention, " Porphyromonas gingivalis " is a Gram-negative bacterium, commonly found in the periodontal pockets of periodontitis patients, and can be observed in the osseointegration site where peri-implantitis has progressed. Since Porphyromonas gingivalis invades and proliferates in various tissues or cells of the host, adhesion of Porphyromonas gingivalis in the oral cavity may lead to pathogenicity. It is mainly found in the oral cavity and is known to be related to periodontal disease, but it is also found in the upper gastrointestinal tract, airways, and large intestine, and is also associated with bacterial vaginosis in women.

본 발명에서 "임플란트 주위염"이란 임플란트 표면에 형성된 세균막(biofilm)에 의해 발생하는 치주염과 비슷한 염증이다. 세균막은 여러 가지 세균총으로 이루어져 있으며, 표면에 타액 단백질이 부착되면서 획득피막(acquired pellicle)을 형성한다. 임플란트와 잇몸뼈가 유착(ankylosis)되어, 자연치아와 달리 잇몸뼈를 보호해 주는 치주인대가 존재하지 않는다. 이 때문에, 임플란트 주변에 음식물 잔사가 남아있거나, 치태 또는 치석을 잘 제거해주지 않는다거나 강한 저작력이 가해질 경우에 자연치아보다 더 쉽게 염증이 생길 수 있다. 임플란트는 자연 치아와 달리 혈관과 신경조직이 없기 때문에 특별한 증상을 느끼지 못한 채로 골조직의 손상이 심하게 진행될 확률이 높다. 이 염증이 골조직까지 확산되면 골소실이 일어난다. 따라서 임플란트 표면에 세균막의 형성을 억제하는 것은 임플란트 유지에 매우 중요하다.In the present invention, "peri-implantitis" is inflammation similar to periodontitis caused by a biofilm formed on the implant surface. The bacterial membrane is composed of various bacterial flora, and an acquired pellicle is formed as salivary proteins are attached to the surface. Unlike natural teeth, there is no periodontal ligament that protects the gum bone as the implant and the gum bone are agglutinated (ankylosis). For this reason, if food residues remain around the implant, plaque or tartar is not removed well, or if strong masticatory force is applied, inflammation may occur more easily than natural teeth. Unlike natural teeth, implants do not have blood vessels and nerve tissue, so there is a high probability that bone tissue damage will be severe without feeling any special symptoms. When this inflammation spreads to the bone tissue, bone loss occurs. Therefore, suppressing the formation of a bacterial film on the implant surface is very important for maintaining the implant.

본 발명에서 "그래핀(graphene)"은 벌집 모양으로 배열되어 있는 탄소들의 하나의 층을 의미한다. 2차원 평면형태를 가지고 있으며, 두께는 0.2nm(1nm은 10억 분의 1m) 즉 100억 분의 2m 정도로 엄청나게 얇으면서 물리적·화학적 안정성도 높다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하며, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높다. 또 탄성이 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다. 탄소나노튜브보다 균일한 금속성을 갖고 있다. 그래핀은 비교적 소수성이고, 통상적으로 초임계 이산화탄소를 이용하여 일어날 수 있는 흑연의 박락에 의해, 또는 미세기계적 절단에 의해, 또는 탄화규소 또는 소정의 금속 기재(substrate) 상에서의 에피택시 성장에 의해 형성된다. 그래핀은 또한 대기압 전자파 플라즈마 반응기에서 아르곤 플라즈마 내로 에탄올의 액적을 통과시킴으로써 기상에서 형성될 수도 있다(문헌 [Dato et al., "Substrate-Free Gas-Phase Synthesis of Graphene Sheets", Nano Lett., Vol. 8, pp. 2012-2016, 2008] 참조).In the present invention, "graphene" means one layer of carbons arranged in a honeycomb shape. It has a two-dimensional planar shape, and its thickness is 0.2 nm (1 nm is 1 billionth of a meter), that is, it is extremely thin, about 2 billionths of a meter, and has high physical and chemical stability. It conducts electricity 100 times better than copper and can move electrons 100 times faster than single crystal silicon, which is mainly used as a semiconductor. The strength is more than 200 times stronger than steel, and the thermal conductivity is more than twice that of diamond, which boasts the highest thermal conductivity. In addition, it has excellent elasticity and does not lose its electrical properties even when stretched or bent. It has more uniform metallic properties than carbon nanotubes. Graphene is relatively hydrophobic and is typically formed by exfoliation of graphite, which can occur using supercritical carbon dioxide, or by micromechanical cleavage, or by epitaxial growth on silicon carbide or certain metal substrates. do. Graphene can also be formed in the gas phase by passing droplets of ethanol into an argon plasma in an atmospheric pressure electromagnetic plasma reactor (Dato et al., "Substrate-Free Gas-Phase Synthesis of Graphene Sheets", Nano Lett., Vol. 8, pp. 2012-2016, 2008]).

본 발명에서 “그래핀 유도체”는 산소와 같은 이종원자 또는 탄소 격자 내 구조적 결함이 부분 도입된, 흑연성 결합을 가지는 구조를 포함한다. 일반적으로, 그래핀 유도체이라는 용어는 또한 나노튜브, 나노버드, 풀러렌, 나노-피포드, 엔도풀러렌, 나노-오니온, 산화그래핀, 레이스형 탄소, 및 구조적 또는 화학적 결함을 함유할 수 있는 기타 비그래핀 형태의 흑연성 탄소와 같은 구조를 포함하기도 한다.In the present invention, "graphene derivative" includes a structure having a graphitic bond in which heteroatoms such as oxygen or structural defects in the carbon lattice are partially introduced. In general, the term graphene derivative also includes nanotubes, nanobuds, fullerenes, nano-pepods, endofullerenes, nano-onions, graphene oxide, lacy carbon, and others that may contain structural or chemical defects. It also contains structures such as graphitic carbon in the non-graphene form.

본 발명에서 "치은섬유아세포(gingival fibroblast)"는 치과용 임플란트 주위 연조직을 구성하는 대표적인 세포를 지칭한다. 치은섬유아세포가 임플란트에 대하여 접착 정도가 증가하고 증식이 증가할수록 임플란트가 생체에 안정되게 안착될 수 있도록 돕는다.In the present invention, "gingival fibroblast" refers to a representative cell constituting the soft tissue surrounding the dental implant. As the degree of adhesion of gingival fibroblasts to the implant increases and proliferation increases, it helps the implant to be stably seated in the living body.

본 발명의 일 구현 예에 따르면, 타이타늄 또는 타이타늄 합금을 포함하는 기재에 질소(N2) 가스를 공급하여 질화 표면을 형성하는 단계; 및 상기 질화 표면이 형성된 기재에 인산(H3PO4) 및 불산(HF) 중 적어도 하나를 포함하는 전해액 상에서 양극 산화시켜 다공층을 형성하는 단계를 포함하는, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, the step of supplying nitrogen (N 2 ) gas to a substrate including titanium or a titanium alloy to form a nitrided surface; and anodizing the substrate on which the nitrided surface is formed in an electrolyte solution containing at least one of phosphoric acid (H 3 PO 4 ) and hydrofluoric acid (HF) to form a porous layer. .

본 발명에서 상기 질화 표면을 형성하는 단계는 진공 분위기 하에서 상기 타이타늄 또는 타이타늄 합금을 포함하는 기재에 질소 가스를 공급하며 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the forming of the nitrided surface may be performed while supplying nitrogen gas to the substrate including the titanium or titanium alloy under a vacuum atmosphere, but is not limited thereto.

본 발명에서 상기 질화 표면을 형성하는 단계는 900 내지 1100 ℃의 온도 하에서 수행될 수 있다. 본 발명에서 상기 질화 표면의 형성 시, 수행 온도가 900 ℃ 미만인 경우에는 질화 처리로 내부의 온도가 낮아 경도가 낮게 형성된다는 문제점이 있고, 수행 온도가 1100 ℃ 초과인 경우에는 내소착성 및 내식성의 면에서 열화된다는 문제점이 있다.In the present invention, the step of forming the nitrided surface may be performed at a temperature of 900 to 1100 °C. In the present invention, when the nitridation surface is formed, when the operating temperature is less than 900 ° C, there is a problem in that the internal temperature is low due to the nitriding treatment and thus the hardness is formed low, and when the execution temperature is 1100 ° C. There is a problem that the surface is deteriorated.

본 발명에서 상기 질화 표면을 형성하는 단계는 1 내지 12 시간, 바람직하게는 2 내지 6 시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the step of forming the nitrided surface may be performed for 1 to 12 hours, preferably 2 to 6 hours, but is not limited thereto.

본 발명에서 상기 다공층을 형성하는 단계는 10 내지 30 V, 바람직하게는 20V의 전압을 인가하여 40 내지 80분간 수행될 수 있다. 본 발명에서, 양극산화 시 상기 전압 또는 시간의 범위 미만으로 수행되는 경우에는 얇은 비다공성으로 형성되거나, 또는 그래핀 도포 후에 멀버리 형상의 코팅층을 수득할 수 없다는 문제점이 있을 수 있고, 상기 전압 또는 시간의 범위를 초과하여 수행되는 경우에는 국부응력 및 불균일한 양극산화막 두께로 인해 전압 강하가 일어난다는 문제점이 있을 수 있다.Forming the porous layer in the present invention may be performed for 40 to 80 minutes by applying a voltage of 10 to 30 V, preferably 20V. In the present invention, when the anodization is carried out below the range of the voltage or time, there may be a problem that it is formed in a thin non-porous form, or that a Mulberry-shaped coating layer cannot be obtained after applying graphene, and the voltage or If it is performed over the time range, there may be a problem in that a voltage drop occurs due to local stress and non-uniform anodization film thickness.

본 발명에서 상기 다공층을 형성하는 단계 후에 상기 다공층이 형성된 기재에 플라즈마를 처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. After the step of forming the porous layer in the present invention may further include the step of treating the plasma to the substrate on which the porous layer is formed, but is not limited thereto.

본 발명에서 상기 플라즈마는 대기압 플라즈마일 수 있다. In the present invention, the plasma may be atmospheric pressure plasma.

본 발명에서 상기 플라즈마는 메탄, 아르곤 또는 이들의 혼합 가스의 운반 가스 분위기 하에서 발생될 수 있다. In the present invention, the plasma may be generated under a carrier gas atmosphere of methane, argon, or a mixture thereof.

본 발명에서 상기 운반 가스는 2 내지 10 L/min 유량속, 바람직하게는 3 내지 5 L/min의 유량속으로 주입될 수 있다. In the present invention, the carrier gas may be injected at a flow rate of 2 to 10 L/min, preferably 3 to 5 L/min.

본 발명에서 상기 플라즈마는 2 내지 10분, 바람직하게는 4 내지 8분 동안 처리될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the plasma may be treated for 2 to 10 minutes, preferably 4 to 8 minutes, but is not limited thereto.

본 발명에서 상기 플라즈마를 처리하는 단계 후에 플라즈마가 처리된 기재에 그래핀 또는 그래핀 유도체를 코팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, after the plasma treatment, the step of coating graphene or a graphene derivative on the plasma-treated substrate may be further included, but the present invention is not limited thereto.

본 발명에서 상기 다공층 표면은 멀버리 형상, 즉 뽕나무 열매의 오디 형상을 나타내도록 형성된다. 보다 구체적으로는, 상기 다공층 표면은 지름이 큰 기공과 지름이 작은 기공이 산재해 있는 현상으로 형성된다. In the present invention, the surface of the porous layer is formed to exhibit a Mulberry shape, that is, a mulberry shape of a mulberry fruit. More specifically, the surface of the porous layer is formed by a phenomenon in which pores having a large diameter and pores having a small diameter are interspersed.

본 발명에서 상기 다공층은 크게 2가지 종류의 크기인 대기공 및 소기공을 포함하여 형성된다. 상기 다공층에서 대기공의 평균 크기는 50-100㎛일 수 있고, 소기공의 평균 크기는 25-30nm일 수 있다. In the present invention, the porous layer is formed to include large pores and small pores of two types of sizes. The average size of the air pores in the porous layer may be 50-100㎛, the average size of the small pores may be 25-30nm.

본 발명에서 상기 다공층은 10000nm2 단위 면적(즉, 가로 및 세로의 크기가 100nm인 경우)당 소기공을 2 내지 8개, 바람직하게는 3 내지 7개, 보다 바람직하게는 평균 5개 포함할 수 있다.In the present invention, the porous layer has 2 to 8, preferably 3 to 7, and more preferably 5 small pores per 10000 nm 2 unit area (that is, when the horizontal and vertical sizes are 100 nm). can

본 발명의 표면 처리 대상으로, 상기 타이타늄 또는 타이타늄 합금을 포함하는 기재는 치아 임플란트용인 것이 바람직하다.As a surface treatment object of the present invention, it is preferable that the substrate including titanium or titanium alloy is for dental implants.

본 발명에 따른 타이타늄 기재의 표면 처리 방법에 의하는 경우 치아 임플란트용으로 사용될 수 있는 타이타늄 기재의 표면에 구강 내에 존재하는 유해 세균으로 예를 들면, 스트렙토코쿠스 무탄스 (Streptococcus mutans) 또는 포르피로모나스 진지발리스 (Porphyromonas gingivalis) 세균 부착을 방지할 수 있다. In the case of the surface treatment method of the titanium substrate according to the present invention, harmful bacteria present in the oral cavity on the surface of the titanium substrate that can be used for dental implants, for example, Streptococcus mutans or Porphyromonas Gingivalis ( Porphyromonas gingivalis ) It can prevent bacterial adhesion.

본 발명에 따른 타이타늄 기재의 표면 처리 방법에 의하는 경우 치아 임플란트용으로 사용될 수 있는 타이타늄 기재의 표면에 치은섬유아세포 및/또는 조골세포의 부착 및 증식을 증가시켜 세포 활성을 증가시킬 수 있다.According to the surface treatment method of the titanium substrate according to the present invention, it is possible to increase the cell activity by increasing the adhesion and proliferation of gingival fibroblasts and/or osteoblasts to the surface of the titanium substrate that can be used for dental implants.

본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 본 발명의 타이타늄 기재의 표면 처리 방법으로 처리된 타이타늄 기재를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a titanium substrate treated by the surface treatment method of the titanium substrate of the present invention.

본 발명에서 상기 타이타늄 기재는 치아 임플란트용인 것이 바람직하다.In the present invention, the titanium substrate is preferably for dental implants.

본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 본 발명의 표면 처리된 타이타늄 기재를 포함하는 치아 임플란트를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a dental implant comprising the surface-treated titanium substrate of the present invention.

본 발명에 따른 표면처리 방법은 타이타늄 기재의 표면에 스트렙토코쿠스 무탄스 (Streptococcus mutans) 또는 포르피로모나스 진지발리스 (Porphyromonas gingivalis)와 같은 구강내 존재하는 유해 세균의 부착을 억제시키면서, 동시에 치은섬유아세포 또는 조골세포와 같은 치주조직을 부착 및 증식을 증가시켜, 이와 같이 처리된 타이타늄 기재를 치아 임플란트로 사용하는 경우 치주외과 처치 후 효과적이며 안정적인 치유과정을 진행시키는 효과가 있다.The surface treatment method according to the present invention inhibits the adhesion of harmful bacteria present in the oral cavity, such as Streptococcus mutans or Porphyromonas gingivalis, to the surface of a titanium substrate, and at the same time, gingival fibers By increasing the adhesion and proliferation of periodontal tissues such as blasts or osteoblasts, when the treated titanium substrate is used as a dental implant, there is an effect of advancing an effective and stable healing process after periodontal surgery.

도 1은 본 발명에 따라 질화 후, 양극산화 처리 시간을 달리한 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 X-ray 광전자 분광 분석기를 이용하여 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 스트렙토코쿠스 무탄스 (Streptococcus mutans)에 대한 각각 살아있는 박테리아 및 죽은 박테리아의 부착 평가를 나타내는 그래프이다.
도 4는 포르피로모나스 진지발리스 (Porphyromonas gingivalis)에 대한 각각 살아있는 박테리아 및 죽은 박테리아의 부착 평가를 나타내는 그래프이다.
도 5는 치은섬유아세포 L-929 세포의 부착 및 증식 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 조골세포 MC3T3-E1 세포의 부착 및 증식 평가 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a scanning electron microscope photograph in which an anodization treatment time is changed after nitridation according to the present invention.
2 is a graph showing the results of analysis using an X-ray photoelectron spectrometer.
Figure 3 is a graph showing the evaluation of the adhesion of live bacteria and dead bacteria to Streptococcus mutans, respectively.
Figure 4 is a graph showing the evaluation of the adhesion of live bacteria and dead bacteria to Porphyromonas gingivalis, respectively.
5 is a graph showing the evaluation results of adhesion and proliferation of gingival fibroblasts L-929 cells.
6 is a graph showing the evaluation results of adhesion and proliferation of osteoblast MC3T3-E1 cells.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by the following examples. However, the following examples are only illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example

재료준비 및 실험방법Material preparation and test method

타이타늄 시편 준비Titanium Specimen Preparation

티타늄 디스크(ASTM Grade Ⅳ, Kobe Steel Co., Kobe, Japan)(T)를 직경 15mm, 두께 3mm로 준비하였다. 이 티타늄 디스크를 연마기(Labopol-5, Struers, Denmark)에서 #600 SIC 연마지로 연마하고, 아세톤, 에탄올, 증류수로 각각 20분씩 초음파 세척 후 건조하였다. A titanium disk (ASTM Grade Ⅳ, Kobe Steel Co., Kobe, Japan) (T) was prepared with a diameter of 15 mm and a thickness of 3 mm. The titanium disk was polished with #600 SIC abrasive paper in a polishing machine (Labopol-5, Struers, Denmark), and was dried after ultrasonic cleaning for 20 minutes each with acetone, ethanol, and distilled water.

질화 표면 형성Nitrided surface formation

준비된 시편에 진공질화로(Mirae Thermotec, Daegu, Korea)를 이용하여 진공분위기의 공정온도 1020℃에서 N2 가스를 4시간 동안 공급 후 냉각시켜 (N) 질화 표면을 형성하였다. Using a vacuum nitriding furnace (Mirae Thermotec, Daegu, Korea) to the prepared specimen, N 2 gas was supplied at a process temperature of 1020° C. in a vacuum atmosphere for 4 hours and then cooled to form a (N) nitrided surface.

양극산화 공정Anodizing process

다공성 표면을 형성하기 위해 1M의 H3PO4 + 1.5wt% 플루오린화수소산(hydrofluoric acid) 전해액에서 20V 전압을 인가하여 60분간 양극산화를 시행하였다. 양극에는 티타늄 시편을, 음극에는 백금판을 연결하고 시편과 백금판이 약 10mm 간격이 되도록 하였다. 연결된 시편과 백금판을 전해액에 침적하고 1분 후에 20V의 전압을 인가하여 60분간 양극산화 하였다. To form a porous surface, anodization was performed for 60 minutes by applying a voltage of 20V in 1M H 3 PO 4 + 1.5wt% hydrofluoric acid electrolyte. A titanium specimen was connected to the positive electrode and a platinum plate was connected to the negative electrode, and the specimen and the platinum plate were spaced about 10 mm apart. The connected specimen and the platinum plate were immersed in the electrolyte, and after 1 minute, a voltage of 20V was applied and anodized for 60 minutes.

플라즈마 처리Plasma treatment

메탄 및 아르곤의 혼합가스를 4L/min의 유량으로 질화 및 양극산화 처리한 다공성 표면에 적용하였다. 대기압플라즈마를 (PGS-300 Expantech Co. Suwon. Korea)를 6분 동안 사용하였다. (G) 그래핀 유도체를 코팅하였다. A mixed gas of methane and argon was applied to the porous surface treated with nitridation and anodization at a flow rate of 4 L/min. Atmospheric pressure plasma (PGS-300 Expantech Co. Suwon. Korea) was used for 6 minutes. (G) The graphene derivative was coated.

표면 형태 분석surface morphology analysis

표면 형태는 진공 상태에서 주사전자현미경(FE-SEM S-4700, Hitachi horiba, Japan)을 이용하여 관찰하였다. 표면의 화학적 조성 및 결합상태는 X-ray 광전자 분광 분석기(XPS, VG Mulrilab 2000, Thermo scientific, UK)을 이용하여 분석하였다. The surface morphology was observed using a scanning electron microscope (FE-SEM S-4700, Hitachi horiba, Japan) in a vacuum state. The chemical composition and bonding state of the surface were analyzed using an X-ray photoelectron spectrometer (XPS, VG Mulrilab 2000, Thermo scientific, UK).

박테리아 부착 및 증식 평가Assessment of bacterial attachment and proliferation

스트렙토코쿠스 무탄스 (Streptococcus mutans) 24시간 및 포르피로모나스 진지발리스 (Porphyromonas gingivalis) 48시간 세균 배양 후 시편 상의 배양액을 제거하였다. 그 후, PBS (phosphate buffered saline) 용액을 이용하여 2번 세척하여 부착하지 않은 균을 제거하였다. 시편에 형광시약 (SYTO9: dH2O = 1.5 ㎕: 1 ml)을 200㎕씩 분주한 후 인큐베이터에 15분동안 배양하여 형광도 측정기(ELISA reader: ELx 800UV, Bio-Tek Instrument.Ine, Winooski, VT, USA)를 이용하여 정량 분석하였다. 세포 부착 및 증식 평가는 생쥐 섬유아세포인 L-929세포와 생쥐의 조골세포주 MC3T3-E1 세포(MC3T3-E1 Subclone 4. ATCC CRL2593, Pockville, MD, USA)를 10% 소태아혈청(fetal bovine serum; FBS)과 100U/ml 페니실린이 포함된 α-MEM (α-Minimum Esential Medium, Dulbeco's modified Eagle's medium, Gibco-BRL, Grand Island, NY, USA)배지와 함께 37℃, 5% CO2 배양기(Forma Series Ⅱ 3111 Water Jacketed CO2 Incubator, Thermo Scientific, USA)에서 배양하였다. 시편을 24-웰 플레이트에 넣고 준비된 세포를 2 Х 104 cell/ml씩 분주하였다. 시편과 세포액이 담긴 웰 플레이트는 37℃, 5% CO2 배양기 내에서 24시간과 72시간 동안 배양한 후, 각 플레이트에 WST-8시약 (EZ-Cytox Itsbio, Inc, Seoul, Korea)을 100㎕씩 분주하고 다시 배양하였다. 또한, 96-웰 플레이트에 100㎕씩 옮겨 흡광도 측정기(ELISA reader: ELx 800UV, Bio-Tek Instrument.Ine, Winooski, VT, USA)를 이용하여 450nm에서 흡광도를 측정하였다. 통계 분석은 SPSS 21.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하였다. 모든 결과는 (p<0.05) 수준에서 유의성을 검정하였다. 실험군은 조건에 따라 4군으로 나누었다 (표 1 참고). Streptococcus mutans ( Streptococcus mutans ) 24 hours and Porphyromonas gingivalis ( Porphyromonas gingivalis ) After 48 hours of bacterial culture, the culture medium on the specimen was removed. Thereafter, the non-adherent bacteria were removed by washing twice with a PBS (phosphate buffered saline) solution. After aliquoting 200 μl of a fluorescent reagent (SYTO9: dH 2 O = 1.5 μl: 1 ml) to the specimen, incubated in an incubator for 15 minutes, followed by a fluorescence meter (ELISA reader: ELx 800UV, Bio-Tek Instrument. Ine, Winooski, VT, USA) was used for quantitative analysis. For cell adhesion and proliferation evaluation, mouse fibroblast L-929 cells and mouse osteoblast line MC3T3-E1 cells (MC3T3-E1 Subclone 4. ATCC CRL2593, Pockville, MD, USA) were mixed with 10% fetal bovine serum; FBS) and 100U/ml penicillin-containing α-MEM (α-Minimum Essential Medium, Dulbeco's modified Eagle's medium, Gibco-BRL, Grand Island, NY, USA) medium with 37℃, 5% CO 2 incubator (Forma Series) II 3111 Water Jacketed CO2 Incubator, Thermo Scientific, USA). The specimens were placed in a 24-well plate and the prepared cells were aliquoted by 2 Х 10 4 cell/ml. The well plate containing the specimen and cell solution was incubated for 24 hours and 72 hours in a 37°C, 5% CO 2 incubator, and then 100 μl of WST-8 reagent (EZ-Cytox Itsbio, Inc, Seoul, Korea) was added to each plate. was aliquoted and incubated again. In addition, 100 μl of each was transferred to a 96-well plate and absorbance was measured at 450 nm using an absorbance meter (ELISA reader: ELx 800UV, Bio-Tek Instrument. Ine, Winooski, VT, USA). Statistical analysis was performed using SPSS 21.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). All results were tested for significance at the (p <0.05) level. The experimental group was divided into 4 groups according to conditions (refer to Table 1).

실험군experimental group 처리process TT 타이타늄titanium NN 질화 처리(nitride)Nitride MM 질화 처리 + 양극 산화처리Nitriding + Anodizing GG 질화 처리 + 양극 산화처리 + 그래핀Nitriding + Anodizing + Graphene

본 발명에서, 표면 처리되지 않은 타이타늄으로 실시한 실험군은 'T' 군으로 표시하고, 질화 표면 형성된 타이타늄으로 실시한 실험군은 'N' 군으로 표시하며, 질화 표면 형성 후 양극 산화 공정 처리한 타이타늄으로 실시한 실험군은 'M' 군으로 표시하며, 질화 표면 형성 후 양극 산화 공정 처리하고 나서 플라즈마 처리하여 그래핀 유도체를 코팅한 타이타늄으로 실시한 실험군은 'G' 군으로 표시하였다.In the present invention, the experimental group performed with untreated titanium is indicated by a 'T' group, the experimental group performed with titanium with a nitrided surface is indicated by 'N', and the experimental group performed with titanium treated with an anodizing process after forming a nitrided surface is indicated by the 'M' group, and the experimental group performed with titanium coated with graphene derivatives by plasma treatment after formation of the nitrided surface and then anodizing process is indicated by the 'G' group.

결과result

표면 특성 평가 Surface property evaluation

질화 후 양극산화 처리 시간을 달리하여, 주사전자현미경(FE-SEM S-4700, Hitachi horiba, Japan)을 이용하여 관찰하였다. 그 결과, 양극산화 처리 1시간차(60분)에서 "멀버리 표면(Mulberry surface)"을 확인할 수 있었다(도 1). 구체적으로 평균 크기가 50-100㎛인 대기공과 평균 크기가 25-30nm인 소기공이 산재하여 분포해 있었고, 특히 소기공의 경우 10000 nm2 단위 면적 당 평균 5개를 포함하는 것을 확인할 수 있었다.After nitriding, the anodization treatment time was varied, and observation was made using a scanning electron microscope (FE-SEM S-4700, Hitachi horiba, Japan). As a result, "Mulberry surface" was confirmed at 1 hour difference (60 minutes) of anodization (FIG. 1). Specifically, large pores with an average size of 50-100 μm and small pores with an average size of 25-30 nm were scattered and distributed, and in particular, it was confirmed that the small pores contained an average of 5 per 10000 nm 2 unit area.

주사전자현미경(FE-SEM S-4700, Hitachi horiba, Japan)을 이용하여 관찰한 결과 다양한 크기를 갖는 다공성 표면을 확인하였다. X-ray 광전자 분광 분석기(XPS, VG Mulrilab 2000, Thermo scientific, UK)를 이용하여 분석한 결과 그래핀 코팅한 표면에서 그래핀의 특징적인 피크인 C를 관찰할 수 있었다(도 2). As a result of observation using a scanning electron microscope (FE-SEM S-4700, Hitachi horiba, Japan), porous surfaces having various sizes were confirmed. As a result of analysis using an X-ray photoelectron spectrometer (XPS, VG Mulrilab 2000, Thermo scientific, UK), it was possible to observe C, a characteristic peak of graphene, on the graphene-coated surface ( FIG. 2 ).

세균 부착 평가Bacterial adhesion assessment

스트렙토코쿠스 무탄스 (Streptococcus mutans)의 부착을 정량 분석한 결과, T 군과 비교하였을 때 M 군에서 살아있는 박테리아 상대 형광 단위(live bacteria relative fluorescence units)가 유의하게 감소한 것을 확인할 수 있었다(도 3(a)). 또한, 죽은 박테리아 상대 형광 단위(dead bacteria relative fluorescence units)에서는 유의하게 증가한 것을 확인할 수 있었다(p<0.05)(도 3(b)). 본 발명에 따라 처리한 실험군인 G군에서 살아있는 박테리아와 죽은 박테리아 모두에서 부착이 적은 것을 확인하였다. As a result of quantitative analysis of the adhesion of Streptococcus mutans , it was confirmed that live bacteria relative fluorescence units were significantly reduced in group M compared to group T (Fig. 3 (Fig. 3). a)). In addition, it was confirmed that there was a significant increase in the dead bacteria relative fluorescence units ( p <0.05) (Fig. 3(b)). In the experimental group treated according to the present invention, group G, it was confirmed that the adhesion was small in both live and dead bacteria.

포르피로모나스 진지발리스 (Porphyromonas gingivalis)의 부착을 정량 분석한 결과, T 군과 비교하였을 때 M 군에서 살아있는 박테리아 상대 형광 단위(live bacteria relative fluorescence units)가 유의하게 감소한 것을 확인할 수 있었다(도 4(a)). 또한, 죽은 박테리아 상대 형광 단위(dead bacteria relative fluorescence units)에서는 유의하게 증가한 것을 확인할 수 있었다(p<0.05)(도 4(b)). 본 발명에 따라 처리한 실험군인 G군에서 살아있는 박테리아와 죽은 박테리아 모두에서 부착이 적은 것을 확인하였다. As a result of quantitative analysis of the adhesion of Porphyromonas gingivalis , it was confirmed that live bacteria relative fluorescence units were significantly reduced in group M compared to group T (Fig. 4). (a)). In addition, it was confirmed that there was a significant increase in dead bacteria relative fluorescence units ( p <0.05) (Fig. 4(b)). In the experimental group treated according to the present invention, group G, it was confirmed that the adhesion was small in both live and dead bacteria.

세포 활성 평가Cell activity evaluation

치은섬유아세포 L-929 세포의 부착 및 증식 평가 결과, 본 발명에 따라 처리한 실험군인 G 군에서 세포 활성이 유의하게 증가한 것을 확인할 수 있었다(p<0.05)(도 5).As a result of evaluation of adhesion and proliferation of gingival fibroblasts L-929 cells, it was confirmed that cell activity was significantly increased in group G, which is the experimental group treated according to the present invention ( p <0.05) ( FIG. 5 ).

조골세포 MC3T3-E1 세포의 부착 및 증식 평가 결과, 본 발명에 따라 처리한 실험군인 G 군에서 세포 활성을 유의하게 증가한 것을 확인하였다(p<0.05)(도 6).As a result of evaluation of adhesion and proliferation of osteoblast MC3T3-E1 cells, it was confirmed that cell activity was significantly increased in group G, which is the experimental group treated according to the present invention ( p <0.05) ( FIG. 6 ).

정리하면, 본 발명의 실시예에 따른 타이타늄 임플란트의 표면처리 방법에 의하면, 스트렙토코쿠스 무탄스 (Streptococcus mutans) 또는 포르피로모나스 진지발리스 (Porphyromonas gingivalis)와 같은 구강내 존재하는 유해 세균의 부착을 억제시키면서, 동시에 치은섬유아세포 또는 조골세포와 같은 치주조직을 부착 및 증식을 증가시켜 치주외과 처치 후 효과적이며 안정적인 치유과정을 진행시키는 효과가 있음을 확인하였다.In summary, according to the surface treatment method of the titanium implant according to the embodiment of the present invention, the adhesion of harmful bacteria present in the oral cavity, such as Streptococcus mutans or Porphyromonas gingivalis ) It was confirmed that there was an effect of advancing an effective and stable healing process after periodontal surgery by increasing the adhesion and proliferation of periodontal tissues such as gingival fibroblasts or osteoblasts while suppressing them.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail a specific part of the present invention, for those of ordinary skill in the art, this specific description is only a preferred embodiment, and it is clear that the scope of the present invention is not limited thereto. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (19)

타이타늄 또는 타이타늄 합금을 포함하는 기재에 질소(N2) 가스를 공급하여 질화 표면을 형성하는 단계; 및
상기 질화 표면이 형성된 기재에 인산(H3PO4) 및 불산(HF)을 포함하는 전해액 상에서 양극 산화시켜 다공층을 형성하는 단계를 포함하는, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법으로,
상기 질화 표면을 형성하는 단계는 900 내지 1100 ℃의 온도 하에서 수행되며,
상기 다공층을 형성하는 단계는 10 내지 30 V의 전압을 인가하여 40 내지 80분간 수행되고,
상기 다공층은 대기공 및 소기공을 포함하여 형성되며,
상기 다공층에서 대기공의 평균 크기는 50-100㎛이고,
상기 다공층에서 소기공의 평균 크기는 25-30nm인, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법.
Forming a nitrided surface by supplying nitrogen (N 2 ) gas to a substrate including titanium or a titanium alloy; and
A method for surface treatment of a titanium substrate, comprising the step of anodizing the substrate on which the nitrided surface is formed in an electrolyte solution containing phosphoric acid (H 3 PO 4 ) and hydrofluoric acid (HF) to form a porous layer,
The step of forming the nitrided surface is carried out under a temperature of 900 to 1100 ℃,
The step of forming the porous layer is performed for 40 to 80 minutes by applying a voltage of 10 to 30 V,
The porous layer is formed including large pores and small pores,
The average size of the air pores in the porous layer is 50-100㎛,
The average size of the small pores in the porous layer is 25-30nm, the titanium substrate surface treatment method.
제 1 항에 있어서,
상기 질화 표면을 형성하는 단계는 진공 분위기 하에서 상기 타이타늄 또는 타이타늄 합금을 포함하는 기재에 질소 가스를 공급하며 수행되는, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법.
The method of claim 1,
The step of forming the nitrided surface is performed while supplying nitrogen gas to the substrate including the titanium or titanium alloy under a vacuum atmosphere, the surface treatment method of a titanium substrate.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 질화 표면을 형성하는 단계는 1 내지 12 시간 동안 수행되는, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법.
The method of claim 1,
The step of forming the nitrided surface is performed for 1 to 12 hours, a method for treating a surface of a titanium substrate.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 다공층을 형성하는 단계 후에 상기 다공층이 형성된 기재에 플라즈마를 처리하는 단계를 추가로 포함하는, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법.
The method of claim 1,
After the step of forming the porous layer, the method for treating a surface of a titanium substrate further comprising the step of treating the plasma on the substrate on which the porous layer is formed.
제 6 항에 있어서,
상기 플라즈마는 대기압 플라즈마인, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법.
7. The method of claim 6,
The plasma is atmospheric pressure plasma, a method of treating a surface of a titanium substrate.
제 6 항에 있어서,
상기 플라즈마는 메탄, 아르곤 또는 이들의 혼합 가스의 운반 가스 분위기 하에서 발생되는, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법.
7. The method of claim 6,
The plasma is generated under a carrier gas atmosphere of methane, argon, or a mixture thereof, a method for treating a surface of a titanium substrate.
제 8 항에 있어서,
상기 운반 가스는 2 내지 10 L/min 유량속으로 주입되는, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법.
9. The method of claim 8,
wherein the carrier gas is injected at a flow rate of 2 to 10 L/min.
제 6 항에 있어서,
상기 플라즈마는 2 내지 10분 동안 처리되는, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법.
7. The method of claim 6,
The plasma is treated for 2 to 10 minutes, a method of treating a surface of a titanium substrate.
제 6 항에 있어서,
상기 플라즈마를 처리하는 단계 후에 플라즈마가 처리된 기재에 그래핀 또는 그래핀 유도체를 코팅하는 단계를 추가로 포함하는, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법.
7. The method of claim 6,
After the plasma treatment, the method for treating a surface of a titanium substrate further comprising coating graphene or a graphene derivative on the plasma-treated substrate.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 다공층은 10000nm2 단위 면적당 소기공을 2 내지 8개 포함하는, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법.
The method of claim 1,
The porous layer is 10000nm 2 A method of treating a surface of a titanium substrate comprising 2 to 8 small pores per unit area.
제 1 항에 있어서,
상기 타이타늄 또는 타이타늄 합금을 포함하는 기재는 치아 임플란트용인, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법.
The method of claim 1,
The substrate comprising titanium or a titanium alloy is for dental implants, a method of surface treatment of a titanium substrate.
제 1 항, 제 2 항, 제4항, 제 6 항 내지 제 11 항, 제 15 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법으로 처리된 타이타늄 기재. A titanium substrate treated with the method for surface treatment of a titanium substrate according to any one of claims 1, 2, 4, 6 to 11, and 15 to 16. 제 17 항에 있어서,
상기 타이타늄 기재는 치아 임플란트용인, 타이타늄 기재.
18. The method of claim 17,
The titanium substrate is for dental implants, a titanium substrate.
제 1 항, 제 2 항, 제4항 제 6 항 내지 제 11 항, 제 15 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른, 타이타늄 기재의 표면 처리 방법으로 처리된 타이타늄 기재를 포함하는 치아 임플란트.A dental implant comprising a titanium substrate treated with the method for surface treatment of a titanium substrate according to any one of claims 1, 2, 4, 6 to 11, and 15 to 16.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5452744B1 (en) * 2013-02-26 2014-03-26 株式会社昭和 A method for producing a surface-treated metal titanium material or titanium alloy material, and a surface treatment material.
KR20180076716A (en) * 2016-12-28 2018-07-06 전남대학교산학협력단 Method for treating surface of Titanium implant

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101510538B1 (en) * 2013-10-11 2015-04-08 주식회사 포스코 Method for surface modification of titanium using graphene and the titanium for implant using thereof

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