KR102399423B1 - Manufacturering of orthodontic mini screw and method of surface treatment - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an orthodontic mini screw and a manufacturing method thereof. More specifically, the orthodontic mini screw comprises: a head part; and a body integrally formed with the head part and including a threaded part and a screw thread protruding from a surface of the threaded part. Also, surfaces of the head part and body are coated with a plurality of protruding titanium dioxide nanotube layers and a calcium phosphate layer formed on the titanium dioxide nanotube layers, wherein the calcium phosphate layer is filled with strontium ranelate. The orthodontic mini screw as described above maximizes bioactivity with the bone by forming flutes to increase a specific surface area while reducing a length of the body and widening a diameter thereof, and prevents initial shaking and frequent loosening of the screw. The orthodontic mini screws are surface-treated with a low-temperature calcification circulation treatment technique after anodization so as to form a dense and durable calcium phosphate layer. Also, the orthodontic mini screws are filled with strontium ranelate, which inhibits bone resorption and promotes bone production, thereby preventing activities of osteoclasts which become more active when the mini screw made of titanium are implanted in human bones. Furthermore, the orthodontic mini screws show an effect of dramatically improving a success rate of orthodontic procedures by promoting bioactivity between titanium implants and bones.

Description

교정용 미니스크류의 제조 및 그 표면처리 방법 {MANUFACTURERING OF ORTHODONTIC MINI SCREW AND METHOD OF SURFACE TREATMENT}Manufacture of orthodontic mini screw and method for surface treatment thereof

본 발명은 교정용 미니스크류 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극산화 후 석회화순환처리기법으로 표면처리를 하여 치밀한 아파타이트 상의 인산칼슘층을 형성하고, 골흡수의 억제 및 생성을 촉진하는 작용을 하는 스트론튬 라넬레이트를 탑재처리하였다. 티타늄 소재 미니스크류를 구개부에 식립하면 안정화되며 초기에 파골세포에 의해 식립부 주위의 손상된 뼈가 흡수되고 이후 조골세포가 신생골을 생성하며 미니스크류가 안정화되는데, 이 과정에서 초기에 스크류의 나사부가 헐거워지고 가벼운 하중에도 흔들림이 일어나 탈락할 수 있고 흔들림 과정에서 주위의 골과 조직에 손상을 주어 상기의 과정이 반복되며 미니스크류가 탈락하여 교정치료가 지연되는 경우가 발생하고 있다. 이외에도 나사부가 길 경우 치근을 관통하거나 파절이 일어나거나 하는 부작용도 발생한다. 본 발명은 미니스크류의 식립 후 초기의 흔들림으로 인한 탈락을 억제하고 관통으로 인해 치근의 흡수가 일어나는 문제점을 억제하기 위해 나사부의 길이를 크게 줄이고 또한 플루트를 형성하여 기계적인 유지력은 높이고, 또한 나노튜브를 형성하고 여기에 생체활성 물질이나 약물을 탑재하여 골과 조기에 유착이 일어나도록 유도하고 플루트 부위에서 얻어진 골유합에 의해 기계적인 유지력과 함께 화학적인 유지력을 얻음으로써 교정치료의 성공률을 획기적으로 개선하는 교정용 미니스크 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an orthodontic miniscrew and a method for manufacturing the same, and more particularly, to form a dense calcium phosphate layer on apatite by anodizing and then surface treatment using a calcification cycle treatment technique, and to inhibit and promote bone resorption. It was loaded with working strontium ranelate. When a titanium miniscrew is placed in the palate, it is stabilized. At the beginning, the damaged bone around the implantation area is absorbed by osteoclasts, and then osteoblasts generate new bone and the miniscrew is stabilized. Even if it is loose and light load, it can be shaken and fall off. During the shaking process, the surrounding bones and tissues are damaged, so the above process is repeated, and the orthodontic treatment is delayed due to the mini screw falling off. In addition, if the screw part is long, side effects such as penetrating the tooth root or fracture may occur. The present invention greatly reduces the length of the threaded portion and forms a flute in order to suppress the drop-off due to the initial shaking after the implantation of the miniscrew and to suppress the problem of the absorption of the root due to penetration, thereby increasing the mechanical holding force, and also nanotubes. It is a method that dramatically improves the success rate of orthodontic treatment by forming a bone structure and loading it with bioactive substances or drugs to induce early adhesion to the bone, and obtain mechanical and chemical retention by bone union obtained from the flute site. It relates to an orthodontic mini-sk and a method for manufacturing the same.

교정용 미니스크류는 치아의 교정과정에서 치근부, 잇몸, 구개골 등에 식립하여 견고한 교정력을 얻는 고정나사(set screw)를 말한다. 교정용 미니스크류는 치아의 교정과정에서 필수적인 고정력을 얻기 위하여 도입이 되었지만 미니스크류가 주로 사용되는 부위는 치근과 치주인대를 포함하는 치조골의 해부학적인 특성 때문에 깊게 식립할 수 없는 한계가 있고 또한 나사의 길이에 대한 제한이 따른다. 또한 수요자(환자)의 피질골이 얇은 경우에는 교정치료의 과정에서 흔들려서(wobbling) 뽑혀 탈락하는 경우도 빈번하게 발생하였다.Orthodontic mini screw refers to a set screw that obtains strong orthodontic power by placing it in the root, gum, palate, etc. during the orthodontic process. Orthodontic miniscrews were introduced to obtain essential fixation power in the course of orthodontic treatment, but the areas where miniscrews are mainly used are limited in that they cannot be deeply implanted due to the anatomical characteristics of the alveolar bone including the root and periodontal ligament. There are restrictions on the length. In addition, when the cortical bone of the consumer (patient) was thin, it was frequently pulled out due to wobbling during orthodontic treatment.

임상현장에서 가장 빈번하게 사용하는 미니스크류는 나사부 길이만 6 mm 이상이 식립되고 있다. 그러나 골과 유착이 되지 않은 상태이므로 식립부 주위에서 동통을 야기하거나, 상악구치부의 경우 치근부 윗부분에 위치하는 상악동을 관통하는 등의 원인이 될 뿐만 아니라 미니스크류의 반복되는 움직임으로 인해 식립부 주위에서 심각한 염증이 진행되어 식립부 주변 골의 약화현상이 발생하였다.The most frequently used miniscrews in the clinical field are implanted with a thread length of 6 mm or more. However, since there is no adhesion with the bone, it causes pain around the implantation site, or in the case of the maxillary molars, it penetrates the maxillary sinus located above the root of the tooth. Severe inflammation progressed at the site, resulting in weakening of the bone around the implantation site.

이에 환자의 불편감을 줄이고 안정적인 고정력을 얻으며 탈락과 파절빈도를 낮추기 위해 다양한 연구 개발이 이뤄지면서 유지력을 증가시키기 위하여 나사부의 직경 증가, 나사부에 표면적 증대를 위한 플루트(Flute)의 형성 등이 검토되었고, 최근 생체활성 표면처리에 의해 골유합을 유도하거나 또는 비스포스포네이트계 약물로 처리하여 파골세포의 기능을 떨어뜨려서 식립 초기의 골흡수를 억제함으로써 식립 초기의 유지력을 높이거나 하는 방식이 고려되면서 기존의 나사부 길이가 6 mm 이상이던 것을 3 mm 수준으로 감소시키고자 하는 연구들이 지속적으로 이루어져 왔다.Accordingly, various research and development were conducted to reduce patient discomfort, obtain stable fixation, and reduce the frequency of drop-off and fracture. In order to increase the holding force, the diameter of the screw part increased, and the formation of a flute to increase the surface area of the screw part was reviewed. Recently, as a method of inducing bone union by bioactive surface treatment or treating with a bisphosphonate drug to decrease the function of osteoclasts to suppress bone resorption at the initial stage of implantation, thereby increasing the retention force at the initial stage of implantation, the length of the existing thread has been reduced. Studies to reduce the size of 6 mm or more to the level of 3 mm have been continuously conducted.

교정용 미니스크류는 잘 알려진 바와 같이 치과보철 수복용 임플란트에 비하여 가격이 저렴하고 시술단계가 단순하여 즉시 부하(immediate loading)가 가능하다는 장점이 있으나 치과보철 수복용의 골유착성 임플란트에 비하여 무려 10%가 넘는 수준의 실패율이 발생되었는데 이의 대부분은 초기 고정력 확보의 불량에서 기인하였다. 또한 미니스크류 고정력 확보 실패 유형의 대부분이 시술 후 1~2개월 이내에 발생하는데, 그 요인으로 교정용 미니스크류는 일반 치과보철용 임플란트와 달리 비교적 골의 두께가 얇은 치조골, 구개골 등에 사용되기 때문이다. 이에 따라 취약한 사용 환경을 감안하여 교정용 미니스크류의 형상 개선, 적절한 길이와 두께 및 조기 골유합의 유도를 위한 방법들과 함께 미니스크류의 식립 후 스크류가 안정화되는 과정에서 초기 골흡수에 기여하는 파골세포의 기능을 저하시킴으로써 식립부 주위의 골흡수를 억제하는 것이 유지력 개선에 효과적이라는 연구 단계에 도달하였다.As is well known, orthodontic miniscrews have the advantages of being cheaper than dental prosthetics and restoration implants and have the advantage of immediate loading due to a simple procedure. The failure rate of more than % occurred, most of which was due to the failure of securing the initial fixation force. In addition, most of the types of failure to secure the fixation power of the miniscrew occur within 1 to 2 months after the procedure. This is because orthodontic miniscrews are used for alveolar and palatine bones, which have relatively thin bones, unlike general dental implants. Accordingly, in consideration of the weak use environment, osteoclasts contributing to the initial bone resorption in the process of stabilizing the screw after implantation of the miniscrew together with methods for improving the shape of the orthodontic miniscrew, appropriate length and thickness, and inducing early bone union It has reached the research stage that inhibiting bone resorption around the implantation site is effective in improving retention by reducing the function of the implant.

한편, 사람이 살아가면서 골격을 이루는 골에 손상이 일어나면 자연적으로 손상된 뼈를 흡수하여 제거하는 파골세포와 새로운 뼈를 만들어 내는 조골세포가 균형을 이루면서 골격이 유지된다. 하지만 고령화되면 이들의 균형이 깨어져서 골이 약화되거나 골다공증이 발생하기도 한다. 누구나 인정하듯이 티타늄과 일부의 티타늄 합금에서는 자발적으로 생성되는 비반응성의 부동태피막(TiO2 산화층)으로 인해 생체 불활성을 나타낸다. 상기의 산화층(TiO2)은 기본적으로 열악한 생체 환경에서 임플란트가 생분해되는 현상을 막아주는 장점이 있으나 생체 불활성으로 인해 골유합이 일어나기까지 오랜 기간이 소요되는 단점이 있다. 이는 교정치료를 위해 미니스크류를 삽입하면 치료 환경에 따라 수개월 또는 그 이상의 기간이 소요될 수도 있다. 또한 선천적으로 골이 약하거나 고령 환자들의 경우는 물론이고 실제 임상에서는 환자들 사이의 개인차도 많아서 시술자의 입장에서 현실적으로 전혀 예측이 불가능한 문제로 인해 미니스크류가 탈락하여 실패로 이어지기도 하는 문제가 있다.On the other hand, when damage occurs in the bones that make up the skeleton during human life, the osteoclasts that naturally absorb and remove the damaged bones and osteoblasts that create new bones balance and maintain the skeleton. However, as they age, their balance is disturbed, which may lead to weakened bones or osteoporosis. As everyone admits, titanium and some titanium alloys show bioinertness due to the spontaneously generated non-reactive passive film (TiO 2 oxide layer). The oxide layer (TiO 2 ) basically has the advantage of preventing the biodegradation of the implant in a poor living environment, but has a disadvantage in that it takes a long time for bone union to occur due to bioinertness. It may take several months or more depending on the treatment environment when the mini screw is inserted for orthodontic treatment. In addition, in the case of patients with congenitally weak bones or elderly patients, there are also individual differences between patients in actual clinical practice.

종래 한국공개특허 제2019-0003266호는 몸체 표면에 SLA(Sand-blasted, Large-grit, Acid-etched) 처리되어 다수의 기공이 형성된 교정용 미니스크류에 대해 개시하고 있으나, SLA 방식의 표면처리는 미크론 수준에서 표면적을 증가시켜서 표면에너지를 높이는 측면은 있지만 기본적으로 표면층을 뒤덮고 있는 산화층은 생체불활성이므로 빠른 골형성이 요구되는 미니스크류에서 고정력을 확보하는데 한계가 있다.Conventional Korean Patent Application Laid-Open No. 2019-0003266 discloses an orthodontic miniscrew in which a number of pores are formed by sand-blasted, large-grit, acid-etched (SLA) treatment on the body surface, but the surface treatment of the SLA method is not Although there is an aspect of increasing the surface energy by increasing the surface area at the micron level, there is a limit to securing the fixation force in the miniscrew that requires rapid bone formation because the oxide layer covering the surface layer is basically inert to the body.

따라서 치과 및 정형외과 등의 보철 수복용 임플란트 뿐만이 아니라 짧은 기간에 골과의 긴밀한 유지력을 확보해야 하는 교정용 미니스크류의 경우에는 우수한 초기 고정력을 얻기 위해 나사부의 표면을 나노튜브 구조로 만들어서 생체활성 물질을 탑재하거나 또한 식립부 주위의 초기의 골흡수에 영향을 미치는 파골세포의 기능을 억제하거나 또는 신생골의 생성을 유도하는 조골세포의 활성을 촉진하는 것이 요구된다.Therefore, in the case of dental and orthopedic implants as well as orthodontic miniscrews that require close retention with bone in a short period of time, the surface of the screw is made of a nanotube structure to obtain excellent initial fixation, so that bioactive materials In addition, it is required to suppress the function of osteoclasts affecting the initial bone resorption around the implantation site or to promote the activity of osteoblasts that induce the generation of new bone.

한국공개특허 제2019-0003266호(2019.01.09. 공개)Korea Patent Publication No. 2019-0003266 (published on 2019.01.09.)

본 발명의 하나의 목적은 나사부의 몸체 길이는 줄이고 직경을 증가시키면서도 표면적과 기계적인 유지력을 높이기 위해 플루트를 형성함으로써 나사의 초기 흔들림과 잦은 탈락을 기계적으로 억제하는 교정용 미니스크류 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a mini-screw for orthodontic treatment that mechanically suppresses initial shake and frequent drop-off of the screw by forming a flute to increase the surface area and mechanical retention while reducing the body length of the screw and increasing the diameter, and a method for manufacturing the same. will provide

본 발명의 다른 하나의 목적은 양극산화처리하여 나노튜브 TiO2 층을 형성한 후 석회화 순환처리기법으로 표면처리를 하여 표면에 생체활성을 보이는 치밀하고 견고한 인산칼슘층을 형성하여 빠른 골유착을 유도함으로써 조기 부하가 가능한 표면처리의 방법에 관한 것이다.Another object of the present invention is to induce rapid osseointegration by forming a dense and strong calcium phosphate layer showing bioactivity on the surface by anodizing to form a nanotube TiO 2 layer and then surface-treating it using a calcification cycle treatment technique. By doing so, it relates to a method of surface treatment that enables early loading.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 미니스크류 식립부의 초기 유지력을 높이는 치밀골의 골흡수의 억제 및 골생성의 촉진작용을 하는 스트론튬 라넬레이트를 탑재함으로써 티타늄 소재인 미니스크류가 사람 뼈에 식립될 때 식립부 주위의 초기 골흡수를 억제하여 초기 고정력의 저하를 억제하고 또한 조골세포의 활성을 촉진하여 빠른 골유합을 유도한 교정용 미니스크류 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to mount strontium ranelate, which suppresses bone resorption of dense bone and promotes bone formation, to increase the initial holding power of the mini-screw implantation part, so that the mini-screw made of titanium is implanted when the mini-screw is implanted in human bone. An object of the present invention is to provide a miniscrew for orthodontic treatment that inhibits the decrease in initial fixation force by suppressing the initial bone resorption around the bone and induces rapid bone union by promoting the activity of osteoblasts and a method for manufacturing the same.

본 발명의 목적은 헤드부 및 상기 헤드부와 일체로 형성되고, 나사부 및 상기 나사부의 표면에 돌출된 나사산을 포함하는 몸체로 이루어지며, 상기 헤드부 및 몸체의 표면은 복수개의 이산화티타늄 나노튜브층 및 상기 이산화티타늄 나노튜브층 상에 형성된 아파타이트 상 인산칼슘층으로 코팅되어 있고, 상기 인산칼슘층에는 스트론튬 라넬레이트가 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 교정용 미니스크류를 제공함에 의해 달성된다.An object of the present invention is a head portion and a body integrally formed with the head portion, comprising a screw portion and a thread protruding from the surface of the screw portion, wherein the surface of the head portion and the body is a plurality of titanium dioxide nanotube layers and an apatite-phase calcium phosphate layer formed on the titanium dioxide nanotube layer, wherein strontium ranelate is mounted on the calcium phosphate layer.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 몸체는 평균 직경이 1.4 내지 3 밀리미터이고, 길이가 3.3 내지 8.0 밀리미터이며, 나사부 몸체의 가로방향에 대한 세로홈인 플루트가 형성되는 것으로 한다.According to a preferred feature of the present invention, the body has an average diameter of 1.4 to 3 millimeters, and a length of 3.3 to 8.0 millimeters, and a flute that is a vertical groove with respect to the transverse direction of the threaded body is formed.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 이산화티타늄 나노튜브층은 직경이 200 내지 500 나노미터이고, 평균길이가 500 내지 2000 나노미터인 것으로 한다.According to a more preferred feature of the present invention, the titanium dioxide nanotube layer has a diameter of 200 to 500 nanometers and an average length of 500 to 2000 nanometers.

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 인산칼슘층은 두께가 1 내지 5 마이크로미터인 것으로 한다.According to a more preferred feature of the present invention, the thickness of the calcium phosphate layer is 1 to 5 micrometers.

또한, 본 발명의 목적은 미니스크류를 양극 산화시켜 상기 미니스크류의 표면에 이산화티타늄 나노튜브층을 형성하는 양극산화단계, 상기 양극산화단계를 통해 이산화티타늄 나노튜브층이 형성된 미니스크류의 표면에 순환처리에 의해 인산칼슘층을 형성하고 불순물의 제거와 인산칼슘층의 안정화를 위해 400~600℃ 범위에서 열처리하여 아파타이트 상의 인산칼슘층을 형성하는 인산칼슘층형성단계 및 표면에 형성된 인산칼슘층에 스트론튬 라넬레이트를 탑재하는 약물충전단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교정용 미니스크류의 제조방법을 제공함에 의해서도 달성될 수 있다.Another object of the present invention is to anodize the miniscrew to form a titanium dioxide nanotube layer on the surface of the miniscrew, and to circulate on the surface of the miniscrew on which the titanium dioxide nanotube layer is formed through the anodization step. A calcium phosphate layer forming step of forming a calcium phosphate layer by treatment and heat treatment at 400 to 600° C. to form a calcium phosphate layer on apatite for removal of impurities and stabilization of the calcium phosphate layer, and strontium in the calcium phosphate layer formed on the surface It can also be achieved by providing a method of manufacturing the orthodontic miniscrew, characterized in that it comprises a drug filling step of loading ranelate.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 양극산화단계와 상기 인산칼슘층형성단계 사이에는 상기 양극산화단계를 통해 이산화티타늄 나노튜브층이 형성된 미니스크류를 실리카 수용액에 침지한 후에 건조하는 실리카수용액처리단계가 더 진행되는 것으로 한다.According to a preferred feature of the present invention, between the anodizing step and the calcium phosphate layer forming step, there is a silica solution treatment step of immersing the miniscrew on which the titanium dioxide nanotube layer is formed through the anodizing step in an aqueous silica solution and then drying it. make it more advanced.

본 발명의 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 인산칼슘층형성단계는 상기 양극산화단계를 통해 이산화티타늄 나노튜브층이 형성된 미니스크류를 인산수소나트륨 수용액에 침지하고 건조한 후에, 수산화칼슘 수용액에 침지시키는 과정을 반복하여 이루어지는 것으로 한다.According to a more preferred feature of the present invention, in the calcium phosphate layer forming step, the miniscrew on which the titanium dioxide nanotube layer is formed through the anodizing step is immersed in an aqueous sodium hydrogen phosphate solution, dried, and then the process of immersing in an aqueous calcium hydroxide solution is repeated. to be done by

본 발명의 더욱 바람직한 특징에 따르면, 상기 인산수소나트륨 수용액에 침지는 80 내지 100℃의 온도에서 30 내지 90초 동안 이루어지는 것으로 한다.According to a more preferred feature of the present invention, the immersion in the sodium hydrogen phosphate aqueous solution shall be made for 30 to 90 seconds at a temperature of 80 to 100 ℃.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 수산화칼슘 수용액에 침지는 80 내지 100℃의 온도에서 30 내지 90초 동안 이루어지는 것으로 한다.According to an even more preferred feature of the present invention, the immersion in the aqueous calcium hydroxide solution shall be made for 30 to 90 seconds at a temperature of 80 to 100 ℃.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 반복은 20 내지 30회로 이루어지는 것으로 한다.According to an even more preferred feature of the present invention, the repetition is assumed to consist of 20 to 30 times.

본 발명의 더욱 더 바람직한 특징에 따르면, 상기 약물충전단계는 상기 인산칼슘층형성단계를 통해 인산칼슘층이 형성된 미니스크류에 스트론튬 라넬레이트를 포함하는 수용액 또는 산성 용액에 침지와 동결건조를 1~10회 또는 그 이상으로 반복하여 이루어지는 것으로 한다.According to an even more preferred feature of the present invention, in the drug filling step, the miniscrew having a calcium phosphate layer formed through the calcium phosphate layer forming step is immersed in an aqueous or acidic solution containing strontium ranelate and freeze-dried 1 to 10. It shall be repeated several times or more.

본 발명에 따른 교정용 미니스크류 및 그 제조방법은 몸체의 길이는 줄이고 직경을 넓히면서도 플루트를 형성하여 비표면적을 증가시킴으로써 골과의 기계적인 유지력을 극대화하여 나사의 초기 흔들림과 잦은 풀림을 방지하는 교정용 미니스크류를 제공하는 것을 나타낸다.The orthodontic miniscrew and its manufacturing method according to the present invention reduce the length of the body and increase the diameter while forming the flute to increase the specific surface area, thereby maximizing the mechanical holding force with the bone to prevent the initial shaking and frequent loosening of the screw. It represents providing a mini screw for calibration.

또한, 양극산화 후 석회화순환처리기법으로 표면처리를 하여 치밀하고 견고하게 부착된 생체활성의 인산칼슘층을 형성하고, 골흡수의 억제 및 생성 촉진 작용을 하는 스트론튬 라넬레이트를 충전하므로서 티타늄 소재인 미니스크류가 사람 뼈에 식립될 때 더 활발해지는 파골세포의 활동을 막고 나아가 티타늄 식립체와 골의 생체활성도를 촉진하여 교정시술의 성공률을 획기적으로 개선하는 교정용 미니스크류를 제공하는 탁월한 효과를 나타낸다.In addition, after anodizing, the surface is treated with the calcification cycle treatment technique to form a dense and firmly attached bioactive calcium phosphate layer, and strontium ranelate, which inhibits bone resorption and promotes formation, is filled with the titanium material mini. It has an excellent effect of providing an orthodontic mini-screw that dramatically improves the success rate of orthodontic surgery by preventing the more active osteoclast activity when the screw is inserted into human bone and further promoting the bioactivity of the titanium implant and bone.

도 1은 본 발명에 따른 교정용 미니스크류를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시에에 따른 교정용 미니스크류의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시에에 따른 교정용 미니스크류의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4 내지 5는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 3 내지 4를 통해 제조된 미니스크류의 표면을 FE-SEM으로 촬영하고, 미니스크류 표면에 존재하는 원소농도를 에너지분산형 X-선 분광분석기(EDS)로 분석하여 나타낸 사진이다.
도 6 내지 7은 본 발명의 실시예 2 및 비교예 5 내지 6을 통해 제조된 미니스크류의 표면을 FE-SEM으로 촬영하고, 미니스크류 표면에 존재하는 원소농도를 에너지분간분광분석기(EDS)로 분석하여 나타낸 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1과 비교예 1 내지 4를 통해 제조된 미니스크류의 표면 성분을 XRM으로 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 3 내지 4를 통해 제조된 미니스크류의 식립 후 파절 토크 값을 측정하여 나타낸 그래프이다.
1 is a cross-sectional view showing a mini-screw for calibration according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the orthodontic mini-screw according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a mini-screw for correction according to another embodiment of the present invention.
4 to 5 are images of the surfaces of the miniscrews prepared in Example 1 and Comparative Examples 3 to 4 of the present invention by FE-SEM, and the element concentration present on the surface of the miniscrew is measured using an energy dispersive X-ray spectrometer. (EDS) is a picture analyzed and shown.
6 to 7 are images of the surfaces of the miniscrews prepared in Example 2 and Comparative Examples 5 to 6 of the present invention by FE-SEM, and the element concentration present on the surface of the miniscrew was measured using an energy differential spectrometer (EDS). This is a picture that has been analyzed.
8 is a graph showing the surface components of the miniscrews prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 of the present invention measured by XRM.
9 is a graph showing fracture torque values of miniscrews manufactured according to Example 1 and Comparative Examples 3 to 4 of the present invention after installation.

이하에는, 본 발명의 바람직한 실시예와 각 성분의 물성을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention and the physical properties of each component will be described in detail, which is intended to describe in detail enough that a person of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily carry out the invention, This does not mean that the technical spirit and scope of the present invention is limited.

본 발명에 따른 교정용 미니스크류는 아래 도 1에 나타낸 것처럼, 헤드부 및 상기 헤드부와 일체로 형성되고, 나사부 및 상기 나사부의 표면에 돌출된 나사산을 포함하는 몸체로 이루어진다.As shown in FIG. 1 below, the orthodontic mini-screw according to the present invention is formed integrally with a head part and the head part, and consists of a body including a screw part and a thread protruding from the surface of the screw part.

상기 몸체는 나사부 및 상기 나사부의 표면에 돌출된 나사산을 포함하며, 표면에 플루트(Flute)를 형성하여 기계적인 유지력을 높일 수 있다. 또한 기존의 미니스크류에 비해 차별화된 표면처리 기술을 제공함으로써 생체활성도가 우수하여 구개골, 치근, 잇몸 등 비교적 골이 얇은 부위에 식립될 때 단시간에 안착이 되어 초기에 흔들리지 않고 빠른 고정력을 확보할 수 있다. 아울러 이산화티타늄 나노튜브층에 석회화 순환처리를 하여 인산칼슘층을 형성하고 열처리를 통하여 불순물을 제거하고 인산칼슘층을 안정화하여 골유사 아파타이트의 석출을 유도한다. 또한 이산화티타늄 나노튜브층에 골유사 인산칼슘층을 석출하고 그 표면상에 스트론튬 라넬레이트 약물을 탑재시킴으로써 식립초기 미니스크류가 안정되기 전에 파골세포의 기능을 억제시켜 식립부 주위 골의 약화로 인한 유지력 저하 및 조골세포의 활성을 촉진시켜 신생골의 생성을 높여서 성공률(%)을 획기적으로 증가시킬 수 있다. The body includes a screw portion and a screw thread protruding from the surface of the screw portion, and by forming a flute on the surface, it is possible to increase the mechanical holding force. In addition, by providing a differentiated surface treatment technology compared to the existing miniscrews, it has excellent bioactivity, so that when it is implanted in relatively thin areas such as the palatine bone, tooth root, and gums, it is seated in a short time, so it is not shaken at the beginning and fast fixing power can be secured. there is. In addition, a calcium phosphate layer is formed by performing calcification cycle treatment on the titanium dioxide nanotube layer, impurities are removed through heat treatment, and the calcium phosphate layer is stabilized to induce precipitation of bone-like apatite. In addition, by depositing a bone-like calcium phosphate layer on the titanium dioxide nanotube layer and loading a strontium ranelate drug on the surface, the function of osteoclasts is suppressed before the miniscrew is stabilized in the initial stage of implantation, thereby maintaining the retention power due to weakening of the bone around the implantation site. It is possible to dramatically increase the success rate (%) by increasing the generation of new bone by promoting the reduction and activation of osteoblasts.

또한, 상기 몸체는 평균 직경이 1.8 내지 3 밀리미터이고, 길이가 3 내지 8 밀리미터이다.Further, the body has an average diameter of 1.8 to 3 millimeters and a length of 3 to 8 millimeters.

상기 미니스크류의 재질은 생체활성 기능을 만족하며 초기 고정성을 확보할 수 있는 티타늄 또는 티타늄 합금인 것일 수 있다. The material of the miniscrew may be titanium or a titanium alloy that satisfies a bioactive function and can secure initial fixability.

상기 미니스크류의 표면은 생체적합성을 향상시키기 위해 복수개의 산화티타늄 나노튜브층 및 상기 이산화티타늄 나노튜브층 상에 형성된 인산칼슘층으로 코팅된 것일 수 있다. 상기 이산화티타늄(TiO2) 나노튜브층은 상기 미니스크류의 표면에 복수개로 균일하게 돌출된 형태로 환자의 생체나 뼈 내부에서 임플란트가 분해되는 현상을 방지하는 역할을 할 수 있다.The surface of the miniscrew may be coated with a plurality of titanium oxide nanotube layers and a calcium phosphate layer formed on the titanium dioxide nanotube layer to improve biocompatibility. The titanium dioxide (TiO 2 ) nanotube layer has a plurality of uniformly protruding shapes on the surface of the miniscrew, and may serve to prevent the decomposition of the implant in the patient's living body or inside the bone.

상기 이산화티타늄 나노튜브층은 두께가 200 내지 500 나노미터이고, 튜브의 평균 길이는 500 내지 2000 나노미터이며, 외경의 평균 직경이 60 내지 180 나노미터인 것일 수 있다. The titanium dioxide nanotube layer may have a thickness of 200 to 500 nanometers, an average length of the tube of 500 to 2000 nanometers, and an average outer diameter of 60 to 180 nanometers.

상기 이산화티타늄 나노튜브층은 외경의 평균직경이 커질 경우 인산칼슘의 석출에 유리할 수 있다. 반대로 상기 이산화티타늄 나노튜브층은 길이가 2000 나노미터 이상으로 길어질 경우 미니스크류의 식립 과정에서 표면처리한 피막층이 과도하게 손상될 수 있다.The titanium dioxide nanotube layer may be advantageous in precipitation of calcium phosphate when the average diameter of the outer diameter is increased. Conversely, when the titanium dioxide nanotube layer has a length of 2000 nanometers or more, the surface-treated film layer may be excessively damaged during the mini-screw installation process.

상기 인산칼슘층의 두께가 5 마이크로미터 미만이면 미니스크류의 식립과정에서 표면처리하여 석출한 인산칼슘층이 크게 손상되지 않고 또한 플루트 내부에 석출된 인산칼슘은 식립과정에서 손상되지 않으므로 초기 고정력의 상승을 유도할 수 있다. If the thickness of the calcium phosphate layer is less than 5 micrometers, the calcium phosphate layer deposited by surface treatment during the insertion of the miniscrew is not significantly damaged, and the calcium phosphate deposited inside the flute is not damaged during the placement process, so that the initial fixing force is increased. can induce

상기 인산칼슘층은 상기 이산화티타늄 나노튜브층의 내부 및 외부와 주변 표면에 형성될 수 있으며, 상기 이산화티타늄 나노튜브층에 침투 결합이 되며 치밀하게 석출이 되어 생체활성을 촉진시킬 수 있다. 또한 상기 이산화티타늄 나노튜브층에 인산칼슘의 석출 없이 스트론튬 라넬레이트를 탑재처리할 경우 그 자체로도 파골세포의 기능을 떨어뜨리고 조골세포의 활성을 높여서 골 흡수를 억제하여 신생골 생성을 촉진할 수 있다.The calcium phosphate layer may be formed on the inner, outer, and peripheral surfaces of the titanium dioxide nanotube layer, and penetrate into the titanium dioxide nanotube layer and densely precipitate to promote bioactivity. In addition, when strontium ranelate is mounted on the titanium dioxide nanotube layer without calcium phosphate precipitation, the function of osteoclast itself is reduced and osteoblast activity is increased to suppress bone resorption, thereby promoting new bone formation. .

상기 스트론튬 라넬레이트는(strontium ranelate)는 파골 전구세포로부터 파골세포로의 분화를 억제하고 파골세포의 골흡수를 억제하며 조골전구세포의 증식과 조골세포로의 분화를 촉진하여 결과적으로 골흡수의 억제와 골생성의 촉진 작용을 동시에 일으키는 효과가 있다.The strontium ranelate inhibits the differentiation of osteoclasts from osteoclasts into osteoclasts, suppresses osteoclast bone resorption, and promotes osteoblast proliferation and differentiation into osteoblasts, resulting in inhibition of bone resorption. and osteogenesis promoting effect at the same time.

또한, 본 발명에 따른 교정용 미니스크류의 제조방법은 미니스크류를 양극 산화시켜 상기 미니스크류의 표면에 이산화티타늄 나노튜브층을 형성하는 양극산화단계(S101), 상기 양극산화단계(S101)를 통해 이산화티타늄 나노튜브층이 형성된 미니스크류의 표면에 인산칼슘층을 형성하는 인산칼슘층형성단계(S103) 및 상기 인산칼슘층형성단계(S103)를 통해 미니스크류의 표면에 형성된 인산칼슘층에 스트론튬 라넬레이트를 충전하는 약물충전단계(S105)로 이루어진다.In addition, the method for manufacturing the orthodontic miniscrew according to the present invention includes an anodizing step (S101) of anodizing the miniscrew to form a titanium dioxide nanotube layer on the surface of the miniscrew, and the anodizing step (S101). Strontium ranel is formed on the calcium phosphate layer formed on the surface of the miniscrew through the calcium phosphate layer forming step (S103) and the calcium phosphate layer forming step (S103) of forming a calcium phosphate layer on the surface of the miniscrew on which the titanium dioxide nanotube layer is formed. It consists of a drug filling step (S105) of charging the rate.

상기 양극산화단계(S101)는 미니스크류를 양극 산화시켜 상기 미니스크류의 표면에 이산화티타늄 나노튜브층을 형성하는 단계로, 이때, 상기 미니스큐류는 상기 교정용 미니스크류에 기재된 내용과 같이 몸체 표면에 플루트를 형성될 수 있는데, CNC 자동선반(cincom L20)을 사용하여 몸체의 평균 직경이 1.8 내지 3 밀리미터이고, 길이가 2 내지 3.5 밀리미터이며, 표면에 플루트(Flute)가 형성된 형태로 가공할 수 있다.The anodizing step (S101) is a step of anodizing the miniscrew to form a titanium dioxide nanotube layer on the surface of the miniscrew, wherein the miniscrew is formed on the body surface as described in the orthodontic miniscrew. A flute can be formed on the surface. Using a CNC automatic lathe (cincom L20), the average diameter of the body is 1.8 to 3 millimeters, the length is 2 to 3.5 millimeters, and it can be machined in a form in which a flute is formed on the surface. there is.

상기 양극산화단계(S101)에서 미니스트류의 표면에 이산화티타늄 나노튜브층을 형성하는 단계는 상기와 같은 과정을 통해 플루트가 형성된 미니스크류와 음극을 전해액에 침지한 후 양극 산화시켜 상기 미니스크류의 표면 상에 이산화티타늄 나노튜브층을 형성하는 과정으로 이루어질 수 있으며, 상기 이산화티타늄 나노튜브층은 상기 플루트가 형성된 미니스크류의 전체 또는 나사부를 양극 산화시켜 형성할 수 있다.The step of forming the titanium dioxide nanotube layer on the surface of the mini-screws in the anodizing step (S101) is to immerse the fluted mini-screw and the negative electrode in an electrolyte solution through the same process as above, and then anodize the mini-screw. The titanium dioxide nanotube layer may be formed by anodizing the entire or threaded portion of the miniscrew on which the flute is formed.

상기 양극 산화는 다른 방법에 비해 간편하여 제조 시간을 단축시키는 이점이 있다. 상기 양극 산화는 정전압 및 정전류 모드에서 전류밀도 5 내지 50 mA/㎠의 전류 밀도로 최종전압 10 내지 40 V에 이르도록 하고 최종전압 조건에서 5분 내지 2시간 동안 유지하여 산화시킬 수 있다. 상기 양극 산화는 티타늄 또는 티타늄 합금을 양극으로 하고, 백금(Pt), 텅스텐(W) 및 은(Ag)으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 음극으로 하여 전해질 용액에서 양극을 산화시킬 수 있다.The anodic oxidation has the advantage of shortening the manufacturing time because it is simple compared to other methods. The anodic oxidation can be oxidized by reaching a final voltage of 10 to 40 V at a current density of 5 to 50 mA/cm 2 in constant voltage and constant current mode, and maintaining the final voltage for 5 minutes to 2 hours. The anodic oxidation may be performed by using titanium or a titanium alloy as an anode and using one selected from the group consisting of platinum (Pt), tungsten (W) and silver (Ag) as a cathode to oxidize the anode in an electrolyte solution.

상기 전해질 용액은 글리세롤(glycerol), 불산(HF), 불화암모늄(NH4F) 산성불화암모늄(NH4HF2), 플루오린화나트륨(NaF) 및 물(H2O)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 사용할 수 있다. 바람직하게는 글리세롤(glycerol), 불화암모늄(NH4F) 및 물(H2O)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있으며, 가장 바람직하게는 글리세롤(glycerol), 불화암모늄(NH4F) 및 물(H2O)의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 혼합물은 글리세롤 100 중량부에 불화암모늄(NH4F) 0.3 내지 2 중량부 및 물(H2O) 5 내지 30 중량부를 혼합하여 이루어지는데, 이때, 불화암모늄(NH4F)의 혼합량이 0.3 중량부 미만이거나 2 중량부를 초과하는 경우 형성되는 나노튜브층의 구조가 불완전해질 수 있다.The electrolyte solution is one selected from the group consisting of glycerol (glycerol), hydrofluoric acid (HF), ammonium fluoride (NH 4 F) acid ammonium fluoride (NH 4 HF 2 ), sodium fluoride (NaF) and water (H 2 O) More than one species can be used. Preferably, it may be at least one selected from the group consisting of glycerol (glycerol), ammonium fluoride (NH 4 F) and water (H 2 O), most preferably glycerol (glycerol), ammonium fluoride (NH 4 F) and water (H 2 O). The mixture is made by mixing 0.3 to 2 parts by weight of ammonium fluoride (NH 4 F) and 5 to 30 parts by weight of water (H 2 O) to 100 parts by weight of glycerol, wherein the mixing amount of ammonium fluoride (NH 4 F) is 0.3 When it is less than 2 parts by weight or more than 2 parts by weight, the structure of the formed nanotube layer may be incomplete.

또한, 상기 물(H2O)의 양이 5 중량부 미만이면 나노튜브층의 직경이 지나치게 감소될 수 있고, 30 중량부를 초과하게 되면 나노튜브층의 직경 대비 길이가 지나치게 길어져서 임플란트 시술 시 나노튜브층의 손상이 일어날 수 있다.In addition, if the amount of water (H 2 O) is less than 5 parts by weight, the diameter of the nanotube layer may be excessively reduced, and if it exceeds 30 parts by weight, the length compared to the diameter of the nanotube layer becomes too long, so that when implantation is performed, nano Damage to the tube layer may occur.

상기 양극 산화에서 음극은 백금(Pt), 텅스텐(W) 및 은(Ag)으로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것일 수 있으나, 통상의 양극 산화에 사용되는 음극전극이라면 그 사용에 제한은 없다.In the anodic oxidation, the negative electrode may be one selected from the group consisting of platinum (Pt), tungsten (W) and silver (Ag), but if it is a negative electrode used for general anodization, there is no limitation on its use.

상기 양극과 음극의 간격은 10~50 mm일 수 있고, 바람직하게는 20 내지 30 밀리미터 일 수 있으며, 전압은 10 내지 50 V일 수 있다. 또한 상기 양극 산화의 반응시간은 10 내지 180 분일 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 60 분 동안 전기화학반응을 시켜 미니스크류의 표면에 복수개의 돌출된 이산화티타늄 나노튜브층을 형성할 수 있다. 또한 상기 이산화티타늄 나노튜브층의 원활한 형성 및 구조개선을 위해서 산화처리 시 상기 미니스크류를 회전 또는 좌우로 움직일 수 있다.The distance between the positive electrode and the negative electrode may be 10 to 50 mm, preferably 20 to 30 mm, and the voltage may be 10 to 50 V. In addition, the reaction time of the anodization may be 10 to 180 minutes, and preferably, the electrochemical reaction may be performed for 30 to 60 minutes to form a plurality of protruding titanium dioxide nanotube layers on the surface of the miniscrew. In addition, in order to smoothly form the titanium dioxide nanotube layer and improve the structure, the miniscrew may be rotated or moved left and right during oxidation treatment.

상기 인산칼슘층형성단계(S103)는 상기 양극산화단계(S101)를 통해 이산화티타늄 나노튜브층이 형성된 미니스크류의 표면에 인산칼슘층을 형성하는 단계로, 미니스크류의 표면에 형성된 이산화티타늄 나노튜브층을 보다 견고하고 치밀하게 하고 생체활성도를 향상시키기 위해 진행된다.The calcium phosphate layer forming step (S103) is a step of forming a calcium phosphate layer on the surface of the miniscrew on which the titanium dioxide nanotube layer is formed through the anodizing step (S101), and the titanium dioxide nanotube formed on the surface of the miniscrew. It proceeds to make the layer more firm and dense and to improve bioactivity.

상기 인산칼슘층형성단계(S103)는 상기 양극산화단계(S101)를 통해 이산화티타늄 나노튜브층이 형성된 미니스크류를 인산수소나트륨 수용액에 침지하고 건조한 후에, 수산화칼슘 수용액에 침지시키는 과정을 반복하여 이루어지는데, 상기 인산수소나트륨 수용액에 침지는 80 내지 100℃의 온도에서 30 내지 90초 동안 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 수산화칼슘 수용액에 침지는 80 내지 100℃의 온도에서 30 내지 90초 동안 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 반복은 20 내지 30회로 이루어지는 것이 바람직하다.The calcium phosphate layer forming step (S103) is performed by repeating the process of immersing the miniscrew on which the titanium dioxide nanotube layer is formed through the anodizing step (S101) in an aqueous sodium hydrogen phosphate solution, drying it, and then immersing it in an aqueous calcium hydroxide solution. , The immersion in the sodium hydrogen phosphate aqueous solution is preferably made at a temperature of 80 to 100 ℃ for 30 to 90 seconds, the immersion in the aqueous calcium hydroxide solution is preferably made for 30 to 90 seconds at a temperature of 80 to 100 ℃, The repetition is preferably made 20 to 30 times.

상기와 같이 20 내지 30회 반복되는 석회화 순환처리를 통해 인산칼슘층을 형성되면, 인산칼슘층이 형성된 미니스크류를 450 내지 550℃의 온도에서 1 내지 3 시간 동안 안정화하는 과정을 진행하는 것이 바람직하다.When the calcium phosphate layer is formed through the calcification cycle repeated 20 to 30 times as described above, it is preferable to perform a process of stabilizing the miniscrew having the calcium phosphate layer formed at a temperature of 450 to 550° C. for 1 to 3 hours. .

또한, 상기 인산수소나트륨 수용액에 침지하는 과정과 상기 수산화칼슘 수용액에 침지하는 과정 사이에는 인산수소나트륨 수용액에 침지된 미니스크류를 탈이온수에 2 내지 8초 동안 세척하는 과정을 더 진행할 수 있다.In addition, between the immersion in the sodium hydrogen phosphate aqueous solution and the immersion in the calcium hydroxide aqueous solution, the process of washing the miniscrew immersed in the sodium hydrogen phosphate aqueous solution in deionized water for 2 to 8 seconds may be further performed.

또한, 상기 수산화칼슘 수용액에 침지하는 과정 이후에는 다시 인산수소나트륨 수용액에 침지하기 전에 수산화칼슘 수용액에 침지된 미니스크류를 탈이온수에 2 내지 8초 동안 세척하는 과정을 더 진행할 수 있다.In addition, after the process of immersion in the aqueous calcium hydroxide solution, the miniscrew immersed in the aqueous calcium hydroxide solution before being immersed in the aqueous sodium hydrogen phosphate solution may be further washed in deionized water for 2 to 8 seconds.

상기와 같이 인산수소나트륨 수용액에 침지한 후에, 수산화칼슘 수용액에 침지하는 과정은 20 내지 30회가 반복되는데, 상기와 같이 20 내지 30회 동안 석회화 순환처리를 함으로써 인산칼슘층의 두께가 증가하고 동시에 생체활성도를 증가시킬 수 있다. 이때, 상기 연속 공정의 횟수가 20회 미만이면 상기 이산화티타늄 나노튜브층의 표면 상에 인산칼슘층이 고르게 형성되지 않을 수 있고, 반대로 30회 초과이면 인산칼슘층의 두께가 두꺼워져 스트론튬 라넬레이트 약물을 충전시키는 것이 어려울 수 있다.After immersion in sodium hydrogen phosphate aqueous solution as described above, the process of immersion in calcium hydroxide aqueous solution is repeated 20 to 30 times. activity can be increased. At this time, if the number of the continuous process is less than 20 times, the calcium phosphate layer may not be formed evenly on the surface of the titanium dioxide nanotube layer. Charging can be difficult.

또한, 상기 안정화의 과정은 인산칼슘층이 형성된 미니스크류에 상기 스트론튬 라넬레이트 약물이 충진될 수 있는 여건을 조성하며, 불순물을 제거하기 위해 수행될 수 있다.In addition, the stabilization process may be performed in order to create a condition in which the strontium ranelate drug can be filled in the miniscrew on which the calcium phosphate layer is formed, and to remove impurities.

상기 약물충전단계(S105)는 상기 인산칼슘층형성단계(S103)를 통해 미니스크류의 표면에 형성된 인산칼슘층에 스트론튬 라넬레이트를 충전하는 단계로, 상기 인산칼슘층형성단계(S103)를 통해 인산칼슘층이 형성된 미니스크류를 1 내지 10 mg/mL의 스트론튬 라넬레이트 수용액에 침적한 후에 건조하는 과정을 5 내지 7회 반복하여 이루어지는 것이 바람직하다.The drug filling step (S105) is a step of filling the calcium phosphate layer formed on the surface of the miniscrew through the calcium phosphate layer forming step (S103) with strontium ranelate. Preferably, the miniscrew having the calcium layer formed thereon is immersed in an aqueous solution of 1 to 10 mg/mL of strontium ranelate and then dried by repeating the process 5 to 7 times.

또한, 상기 양극산화단계(S101)와 상기 인산칼슘층형성단계(S103) 사이에는 상기 양극산화단계(S101)를 통해 이산화티타늄 나노튜브층이 형성된 미니스크류를 실리카 수용액에 침지한 후에 건조하는 실리카수용액처리단계(S102)가 더 진행될 수도 있는데, 상기 양극산화단계(S101)를 통해 이산화티타늄 나노튜브층이 형성된 미니스크류를 질량농도가 0.5%인 실리카 수용액에 4 내지 6분, 바람직하게는 5분 동안 침지한 후에 37℃의 온도가 유지되는 전열기구(OF-12GW, Jeio Tech, Daejeon, Korea)에서 1시간 이상 건조하는 과정으로 이루어진다.In addition, between the anodizing step (S101) and the calcium phosphate layer forming step (S103), the miniscrew having the titanium dioxide nanotube layer formed through the anodizing step (S101) is immersed in an aqueous silica solution and then dried in an aqueous silica solution The treatment step (S102) may be further proceeded, and the miniscrew on which the titanium dioxide nanotube layer is formed through the anodization step (S101) is placed in an aqueous silica solution having a mass concentration of 0.5% for 4 to 6 minutes, preferably for 5 minutes. After immersion, it consists of a process of drying for at least 1 hour in an electric heater (OF-12GW, Jeio Tech, Daejeon, Korea) maintained at a temperature of 37°C.

이하에서는, 본 발명에 따른 교정용 미니스크류의 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 교정용 미니스크류의 물성을 실시예를 들어 설명하기로 한다.Hereinafter, the method for manufacturing the orthodontic miniscrew according to the present invention and the physical properties of the orthodontic miniscrew manufactured through the manufacturing method will be described with reference to examples.

<실시예 1><Example 1>

(1) 몸체 표면에 플루트가 형성된 미니스크류의 제조(1) Manufacture of mini screw with flutes formed on the body surface

Ti-6Al-4V ELI합금봉(KodentInc, DBA TMS, USA)을 사용하여 헤드부의 평균 직경이 0.5 mm이고, 길이는 265 mm이고, 몸체의 직경 24 ㎜이고, 길이가 35 ㎜인 미니스크류 시편을 제작하였다. 그 다음 CNC 자동선반(cincom L20)을 이용하여 상기 미니스크류 몸체에 하나의 플루트를 형성하되, 홈의 너비가 1 mm 였고, 세로방향의 길이는 17 mm였다.Using a Ti-6Al-4V ELI alloy rod (KodentInc, DBA TMS, USA), a miniscrew specimen having an average diameter of 0.5 mm, a length of 265 mm, a body diameter of 24 mm, and a length of 35 mm produced. Then, one flute was formed on the miniscrew body using a CNC automatic lathe (cincom L20), and the width of the groove was 1 mm and the length in the longitudinal direction was 17 mm.

(2) 양극 산화처리(2) Anodizing treatment

상기 (1)에서 제조된 풀루트가 형성된 미니스크류 시편의 표면에 생성된 산화피막층의 제거를 위해 HNO3 12 중량부, HF 7 중량부 및 정제수 잔량으로 이루어진 용액에 미니스크류 시편을 10초 동안 침지하고 세척 후 건조한 후에, 20 중량%의 정제수와 1.5 중량%의 NH4F을 함유하는 글레세롤(glycerol) 용액에서 전압 20 V, 전류밀도 20 ㎃/㎠로 60분 동안 양극산화처리하고, 양극산화처리된 미니스크류 시편을 3차 증류수 중에서 1분간 초음파 세척한 다음 50℃ 건조기에서 24시간 동안 건조하였다.In order to remove the oxide film layer formed on the surface of the flute-formed miniscrew specimen prepared in (1) above, the miniscrew specimen was immersed in a solution consisting of 12 parts by weight of HNO 3 , 7 parts by weight of HF, and the remaining amount of purified water for 10 seconds. After washing and drying, anodizing for 60 minutes at a voltage of 20 V and a current density of 20 mA/cm 2 in a glycerol solution containing 20% by weight of purified water and 1.5% by weight of NH 4 F, the positive electrode The oxidized miniscrew specimen was ultrasonically cleaned in tertiary distilled water for 1 minute and then dried in a dryer at 50° C. for 24 hours.

양극 산화 처리된 미니스크류의 표면은 두께가 350 nm이고, 평균 길이가 760 nm이며, 외경의 평균 직경이 110 nm인 이산화티타늄 나노튜브층이 형성되었다.On the surface of the anodized miniscrew, a titanium dioxide nanotube layer having a thickness of 350 nm, an average length of 760 nm, and an average outer diameter of 110 nm was formed.

(3) 저온 석회화 순환처리(3) Low-temperature calcification cycle treatment

상기 (2)에서 양극 산화처리를 통해 이산화티타늄 나노튜브층이 형성된 미니스크류를 90℃에서 0.05M NaH2PO4 수용액 3g/500mL과 0.0077M Ca(OH)2 수용액 0.41g/500mL에 각각 1분을 주기로 침적하는 방식으로 20회 동안 석회화 순환처리(cyclic pre-calcification treatment)를 하였다. 석회화 순환처리 후 상기 미니스크류의 이산화티타늄 나노튜브층 상에 80nm 두께의 인산칼슘층이 형성되었다. 그 다음 인산칼슘층이 형성된 미니스크류를 전기로(Ajeon Industrial Co, Ltd, Korea)에 투입하고 10℃/min의 승온 속도로 500℃까지 가열한 후에 2시간 동안 유지하여 구조적 안정화를 시키고 불순물을 제거하였다.The miniscrew with the titanium dioxide nanotube layer formed through the anodization treatment in (2) above was added to 3 g/500 mL of 0.05M NaH 2 PO 4 aqueous solution and 0.41 g/500 mL of 0.0077M Ca(OH) 2 aqueous solution at 90° C. for 1 minute, respectively. Cyclic pre-calcification treatment was performed for 20 times in a periodic deposition method. After the calcification cycle treatment, an 80 nm-thick calcium phosphate layer was formed on the titanium dioxide nanotube layer of the miniscrew. Then, the mini-screw with the calcium phosphate layer formed thereon was put into an electric furnace (Ajeon Industrial Co, Ltd, Korea), heated to 500°C at a temperature increase rate of 10°C/min, and maintained for 2 hours to achieve structural stabilization and to remove impurities. did

(4) 스트론튬 라넬레이트 약물의 침지(4) Immersion of strontium ranelate drug

스트론튬 라넬레이트를 증류수에 2 mg/mL의 농도로 희석한 다음 상기 인산칼슘층이 형성된 미니스크류를 희석된 약물에 10분 동안 침적하고, 질소가스로 동결건조하는 과정을 6회 반복하여 스트론튬 라넬레이트가 충전된 교정용 미니스크류를 제조하였다.After diluting strontium ranelate to a concentration of 2 mg/mL in distilled water, the miniscrew with the calcium phosphate layer formed thereon was immersed in the diluted drug for 10 minutes, and the process of freeze-drying with nitrogen gas was repeated 6 times to obtain strontium ranelate. Calibration miniscrews filled with was prepared.

<실시예 2><Example 2>

상기 실시예 1과 동일하게 진행하되, 상기 (3)에서 0.0099M Ca(OH)2 수용액을 사용하고, 상기 (4)에서 스트론튬 라넬레이트를 증류수에 3 mg/mL의 농도로 희석하여 스트론튬 라넬레이트가 충전된 교정용 미니스크류를 제조하였다.Proceed in the same manner as in Example 1, except that in (3), a 0.0099M Ca(OH) 2 aqueous solution was used, and in (4), strontium ranelate was diluted to a concentration of 3 mg/mL in distilled water to obtain strontium ranelate. Calibration miniscrews filled with was prepared.

<비교예 1><Comparative Example 1>

양극 산화 및 석회화 순환처리를 전혀 실시하지 않은 미처리한 미니스크류를 준비하였다.Untreated miniscrews that were not subjected to anodic oxidation and calcification cycle treatment were prepared.

<비교예 2><Comparative Example 2>

양극산화 후 석회화 순환처리를 전혀 실시하지 않은 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 미니스크류를 제조하였다.A mini screw was manufactured in the same manner as in Example 1, except that no calcification cycle treatment was performed after anodization.

<비교예 3><Comparative Example 3>

석회화 순환처리후 스트론튬 라넬레이트를 충전하지 않은 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 미니스크류를 제조하였다.A mini screw was prepared in the same manner as in Example 1, except that strontium ranelate was not charged after the calcification cycle treatment.

<비교예 4><Comparative Example 4>

상기 비교예 2의 미니스크류의 표면에 이산화티타늄 나노튜브층을 형성한 후에 0.05M NH4H2PO4 수용액과 Ca(OH)2와 Sr(OH)2이 0.0077:0.0033으로 혼합된 수용액에 20회 순환처리하여 인산칼슘층이 형성된 미니스크류를 제조하였다.After the titanium dioxide nanotube layer was formed on the surface of the miniscrew of Comparative Example 2, 0.05M NH 4 H 2 PO 4 aqueous solution and Ca(OH) 2 and Sr(OH) 2 were mixed in an aqueous solution of 0.0077:0.0033 20 A miniscrew having a calcium phosphate layer formed thereon was prepared by cyclic cycle treatment.

<비교예 5><Comparative Example 5>

석회화 순환처리후 스트론튬 라넬레이트를 충전하지 않은 것을 제외하고, 상기 실시예 2와 동일하게 실시하여 미니스크류를 제조하였다.A mini screw was prepared in the same manner as in Example 2, except that strontium ranelate was not charged after the calcification cycle treatment.

<비교예 6><Comparative Example 6>

상기 비교예 2의 미니스크류의 표면에 이산화티타늄 나노튜브층을 형성한 후에 0.05M NH4H2PO4 수용액과 Ca(OH)2와 Sr(OH)2이 0.0099:0.0011으로 혼합된 수용액에 20회 순환처리하여 인산칼슘층이 형성된 미니스크류를 제조하였다.After forming the titanium dioxide nanotube layer on the surface of the miniscrew of Comparative Example 2, 0.05M NH 4 H 2 PO 4 aqueous solution and Ca(OH) 2 and Sr(OH) 2 were mixed in an aqueous solution of 0.0099:0.0011 20 A miniscrew having a calcium phosphate layer formed thereon was prepared by cyclic cycle treatment.

상기 실시예 1 및 비교예 3 내지 4를 통해 제조된 미니스크류의 FE-SEM (계방사주사전자현미경, Field Emission Scanning Electron Microscope, S4800, Hitachi, Japan) 사진을 촬영하고, 스크류 표면에 존재하는 원소농도를 에너지분산분광분석기(EDS)로 분석하여 아래 도 4 내지 5에 나타내었다.FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope, S4800, Hitachi, Japan) photos of the miniscrews prepared in Example 1 and Comparative Examples 3 to 4 were taken, and elements present on the screw surface The concentration was analyzed with an energy dispersive spectrometer (EDS) and shown in FIGS. 4 to 5 below.

아래 도 4 내지 5에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1 및 비교예 3 내지 4를 통해 제조된 미니스크류는 저온 석회화 순환처리 후 이산화티타늄 나노튜브층 상에 인산칼슘층이 형성된 것을 알 수 있다.As shown in FIGS. 4 to 5 below, it can be seen that in the miniscrews prepared in Examples 1 and 3 to 4 of the present invention, a calcium phosphate layer was formed on the titanium dioxide nanotube layer after low-temperature calcification cycle treatment.

또한, 상기 실시예 2 및 비교예 5 내지 6을 통해 제조된 미니스크류의 FE-SEM (계방사주사전자현미경, Field Emission Scanning Electron Microscope, S4800, Hitachi, Japan) 사진을 촬영하고, 스크류 표면에 존재하는 원소농도를 에너지분산분광분석기(EDS)로 분속하여 아래 도 6 내지 7에 나타내었다.In addition, FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope, S4800, Hitachi, Japan) of the miniscrews prepared in Example 2 and Comparative Examples 5 to 6 were photographed and present on the screw surface. The element concentration was divided by an energy dispersive spectrometer (EDS), and is shown in FIGS. 6 to 7 below.

아래 도 6 내지 7에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 2 및 비교예 5 내지 6을 통해 제조된 미니스크류는 저온 석회화 순환처리 후 이산화티타늄 나노튜브층 상에 인산칼슘층이 형성된 것을 알 수 있다.As shown in FIGS. 6 to 7 below, it can be seen that the miniscrews prepared in Example 2 and Comparative Examples 5 to 6 of the present invention had a calcium phosphate layer formed on the titanium dioxide nanotube layer after low-temperature calcification cycle treatment.

또한, 상기 실시예 1과 비교예 1 내지 4의 미니스크류를 성분을 XRM으로 측정하여 아래 도 8에 나타내었다.In addition, the components of the miniscrews of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 were measured by XRM and are shown in FIG. 8 below.

{(a)비교예 1, (b) 비교예 2, (c) 비교예 3, (d) 비교예 4, (e) 실시예 1}{(a) Comparative Example 1, (b) Comparative Example 2, (c) Comparative Example 3, (d) Comparative Example 4, (e) Example 1}

아래 도 8에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1의 경우는 스트론튬 라넬네이트가 주로 표층에만 집중 형성되어 있어서 Sr 피크가 관찰되지만 (d)비교예 4의 경우에는 스트론튬 라넬네이트가 표면층 전체에 분산되어 있기 때문에 Sr 피크가 관찰되지 않는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 8 below, in Example 1 of the present invention, strontium ranelnate was mainly concentrated on the surface layer, so that the Sr peak was observed. (d) In Comparative Example 4, strontium ranelnate was dispersed throughout the surface layer. Therefore, it can be seen that the Sr peak is not observed.

또한, 실시예 1 및 비교예 3 내지 4를 통해 제조된 미니스크류를 200 내지 225g의 수컷 쥐(Wistar rats; 12 weeks old)의 양측 경골(tibia)에 식립하고, 파절 토크 값을 측정하여 아래 도 9에 나타내었다.In addition, the miniscrews prepared in Example 1 and Comparative Examples 3 to 4 were placed in the tibia of both sides of male rats (Wistar rats; 12 weeks old) weighing 200 to 225 g, and the fracture torque value was measured in the figure below. 9 is shown.

{단, 상기 식립은 전신마취 하에 양측 경골 골간(diaphysis) 내측면(mesial) 부위에 식립전층판막을 노출하여 bicortical 임플란트 bed 형성 후, 나사산이 피질골 내에 안착될 때까지 self-tapping 과정을 통해 식립하고, 흡수성 봉합사로 봉합 후, 항생제와 소염제를 경구투약하면서 2주와 4주 후 각각 9마리씩을, thiopental을 과용량 투약하여 희생시켰다.{However, the implantation is performed under general anesthesia by exposing the full-thickness valves on the inner side of the diaphysis of both sides to form a bicortical implant bed, and then placing it through a self-tapping process until the screw thread is seated in the cortical bone. , After suturing with absorbable sutures, and after oral administration of antibiotics and anti-inflammatory drugs, 9 animals were sacrificed after 2 and 4 weeks, respectively, by overdosing with thiopental.

식립 2주와 4주째에 쥐를 희생시킨 후 매식부를 노출시키고, 식립부를 고정하고 디지털 토크 게이지를 연결한 다음 반시계 방향으로 돌려서 결합계면의 파절 토크 값을 측정하였다.}After sacrificing rats at the 2nd and 4th weeks of implantation, the implanted part was exposed, the implanted part was fixed, a digital torque gauge was connected, and the fracture torque value of the bonding interface was measured by turning it counterclockwise.}

아래 도 9에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예 1을 통해 제조된 미니스크류는 식립 후에 우수한 파절 토크 값을 나타내는 것을 알 수 있는데, 이는 동일한 ㅈ조건에서 실시예 1이 우수한 골유착성을 나타내는 것을 보여주는 것이다.As shown in FIG. 9 below, it can be seen that the miniscrew manufactured according to Example 1 of the present invention exhibited excellent fracture torque values after implantation, which shows that Example 1 exhibited excellent osseointegration under the same conditions. will be.

따라서, 본 발명에 따른 교정용 미니스크류 및 그 제조방법은 몸체 길이는 줄이고 직경을 넓히면서도 플루트를 형성하여 비표면적을 증가시킴으로써 골과의 생체활성도를 극대화하고 나사의 초기 흔들림과 잦은 풀림을 방지하는 교정용 미니스크류를 제공한다.Therefore, the orthodontic miniscrew and its manufacturing method according to the present invention maximize the bioactivity with bone and prevent the initial shaking and frequent loosening of the screw by increasing the specific surface area by forming a flute while reducing the body length and increasing the diameter. A mini screw for calibration is provided.

또한, 양극산화 후 저온 석회화순환처리기법으로 표면처리를 하여 치밀하고 견고한 인산칼슘층을 형성하고, 골흡수의 억제 및 생성 촉진 작용을 하는 스트론튬 라넬레이트를 충전하므로서 티타늄 소재인 미니스크류가 사람 뼈에 식립될 때 더 활발해지는 파골세포의 활동을 막고 나아가 티타늄 식립체와 골의 생체활성도를 촉진하여 교정시술의 성공률을 획기적으로 개선한다.In addition, after anodizing, the surface is treated with a low-temperature calcification cycle treatment technique to form a dense and strong calcium phosphate layer, and strontium ranelate, which inhibits bone resorption and promotes formation, is filled with the titanium material miniscrew to human bones. It prevents the activity of osteoclasts that become more active when implanted, and further improves the success rate of orthodontic treatment by promoting the bioactivity of the titanium implant and bone.

S101 ; 양극산화단계
S102 ; 실리카수용액처리단계
S103 ; 인산칼슘층형성단계
S105 ; 약물충전단계
S101; anodization step
S102; Silica aqueous solution treatment step
S103; Calcium phosphate layer formation step
S105 ; drug filling stage

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 미니스크류를 양극 산화시켜 상기 미니스크류의 표면에 이산화티타늄 나노튜브층을 형성하는 양극산화단계;
상기 양극산화단계를 통해 이산화티타늄 나노튜브층이 형성된 미니스크류를 실리카 수용액에 침지한 후에 건조하는 실리카수용액처리단계
상기 실리카수용액처리단계를 통해 실리카 수용액에 침지 후 건조한 미니스크류의 표면에 인산칼슘층을 형성하고 형성한 인산칼슘층의 불순물 제거와 안정화 및 아파타이트의 석출 유도를 위한 인산칼슘층형성단계; 및
상기 인산칼슘층형성단계를 통해 미니스크류의 표면에 형성된 인산칼슘층에 스트론튬 라넬레이트를 탑재하는 약물충전단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교정용 미니스크류의 제조방법.
anodizing step of anodizing the miniscrew to form a titanium dioxide nanotube layer on the surface of the miniscrew;
Silica solution treatment step of immersing the miniscrew on which the titanium dioxide nanotube layer is formed through the anodizing step in an aqueous silica solution and then drying
Forming a calcium phosphate layer on the surface of the dried miniscrew after immersion in an aqueous silica solution through the silica aqueous solution treatment step, removing impurities and stabilizing the formed calcium phosphate layer, and forming a calcium phosphate layer for inducing precipitation of apatite; and
and a drug filling step of loading strontium ranelate on the calcium phosphate layer formed on the surface of the miniscrew through the calcium phosphate layer forming step.
삭제delete 청구항 5에 있어서,
상기 인산칼슘층형성단계는 상기 양극산화단계를 통해 이산화티타늄 나노튜브층이 형성된 미니스크류를 인산수소나트륨 수용액에 침지하고 건조한 후에, 수산화칼슘 수용액에 침지시키는 과정을 반복하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 교정용 미니스크류의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The calcium phosphate layer forming step is performed by repeating the process of immersing the miniscrew on which the titanium dioxide nanotube layer is formed through the anodizing step in an aqueous sodium hydrogen phosphate solution, drying it, and then immersing it in an aqueous calcium hydroxide solution. Screw manufacturing method.
청구항 7에 있어서,
상기 인산수소나트륨 수용액에 침지는 80 내지 100℃의 온도에서 30 내지 90초 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 교정용 미니스크류의 제조방법.
8. The method of claim 7,
A method of manufacturing a miniscrew for correction, characterized in that the immersion in the sodium hydrogen phosphate aqueous solution is performed at a temperature of 80 to 100° C. for 30 to 90 seconds.
청구항 7에 있어서,
상기 수산화칼슘 수용액에 침지는 80 내지 100℃의 온도에서 30 내지 90초 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 교정용 미니스크류의 제조방법.
8. The method of claim 7,
A method of manufacturing a miniscrew for correction, characterized in that the immersion in the aqueous calcium hydroxide solution is performed at a temperature of 80 to 100° C. for 30 to 90 seconds.
청구항 7에 있어서,
상기 반복은 20 내지 30회로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교정용 미니스크류의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The method of manufacturing a miniscrew for correction, characterized in that the repetition is made up of 20 to 30 times.
청구항 5에 있어서,
상기 약물충전단계는 상기 인산칼슘층형성단계를 통해 인산칼슘층이 형성된 미니스크류를 1 내지 10 mg/mL의 스트론튬 라넬레이트 수용액 또는 산성 수용액에 침지한 후에 건조하는 과정을 5 내지 7회 반복하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 교정용 미니스크류의 제조방법.
6. The method of claim 5,
In the drug filling step, the miniscrew having a calcium phosphate layer formed through the calcium phosphate layer forming step is immersed in 1 to 10 mg/mL of strontium ranelate aqueous solution or an acidic aqueous solution, followed by drying by repeating the process 5 to 7 times. A method of manufacturing a mini-screw for orthodontic treatment, characterized in that.
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