KR102480199B1 - Selective coating method of apatite using laser and selective coating device of that - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아파타이트 피막 형성 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 레이저의 촛점 위치를 조절하여 나사산과 나사골에 각기 다른 두께의 아파타이트 피막을 형성하는 방법 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming an apatite film and an apparatus therefor, and more specifically, to a method for forming an apatite film having different thicknesses on a screw thread and a screw bone by adjusting a focal position of a laser and an apparatus using the same.
의료용 금속 소재로 가장 널리 사용되는 티타늄계 합금은 낮은 탄성률과 생체 적합성이 뛰어난 내식성 등 기존에 사용되던 생체용 금속에 비해 우수한 것으로 보고되고 있다. 그러나 생체불활성하기 때문에 골형성을 직접적으로 유도하지 않으며, 골결합을 이루기 위해 상당한 치료시간이 오래 걸리고, 자연적으로 형성된 산화분말은 두께가 얇아 소실이 빨리 진행되어 인접한 골 조직의 재생을 이끌어내지 못하는 등의 문제점들을 가지고 있다.Titanium-based alloys, which are most widely used as medical metal materials, are reported to be superior to previously used biomaterials, such as low elastic modulus and excellent biocompatibility and corrosion resistance. However, since it is bioinactive, it does not directly induce bone formation, and it takes a considerable amount of treatment time to achieve bone synthesis, and the naturally formed oxidized powder is thin and disappears quickly, so it does not lead to regeneration of adjacent bone tissue. has problems with
따라서, 상기의 문제점인 임플란트가 골과 직접적인 결합을 하지 못하는 것을 해결하고, 골 결합 기간을 단축시키기 위해서 이완되는 단점을 해결하기 위해 임플란트 표면처리를 통하여 생체활성도를 부여하고 있다. 임플란트의 주재료로 사용되는 티타늄의 표면에 물리, 화학적으로 표면처리를 실시하여 생체활성을 더욱 향상시킴으로써 임플란트를 인체에 식립 후 치유기간을 단축시키고 있으며, 더 효과적인 표면처리를 위한 연구는 지속적으로 진행되고 있는 실정이다.Therefore, in order to solve the above problem that the implant cannot be directly combined with bone and to solve the disadvantage of relaxation in order to shorten the bone bonding period, bioactivity is given through implant surface treatment. Physical and chemical surface treatment is performed on the surface of titanium, which is used as the main material of implants, to further improve bioactivity, thereby shortening the healing period after implant placement in the human body. Research for more effective surface treatment is continuously being conducted. There is a situation.
이때, 티타늄의 표면에 표면처리를 하는 물질로서 하이드록시아파타이트가 사용되고 있다. 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite, 수산화인회석)는 인체의 경조직을 구성하는 기본적인 성분으로 골조직의 이식이나 골 재생 재료로써도 활용되고 있다. 하이드록시아파타이트의 화학구조는 Ca10(PO4)6(OH)2로 사람의 치아 법랑질 내의 하이드록시아파타이트는 대략 1-2 ㎜ 두께의 최외각 법랑질에 주로 분포되고 있다. 이러한 하이드록시아파타이트는 재광화 효과를 나타낼 수 있어서 탈회된 법랑질의 미세 공극을 직접 메워주는 기능을 나타낸다고 알려져 있다.At this time, hydroxyapatite is used as a material for surface treatment on the surface of titanium. Hydroxyapatite (hydroxyapatite) is a basic component constituting the hard tissue of the human body and is also used as a material for bone tissue transplantation or bone regeneration. The chemical structure of hydroxyapatite is Ca10(PO4)6(OH)2, and hydroxyapatite in human tooth enamel is mainly distributed in the outermost enamel of about 1-2 mm thickness. It is known that such hydroxyapatite can exhibit a remineralization effect and thus exhibit a function of directly filling microscopic pores of demineralized enamel.
이에 티타늄 등의 기재의 표면에 표면처리를 통하여 하이드록시아파타이트를 피막하기 위하여 양극산화(Anodizing), 졸-겔법(Sol-gel), 플라즈마분사(Plasma spraying), 화학기상증착법(CVD) 및 플라즈마 전해 산화(PEO-Plasma Electrolytic Oxidation)등 다양한 방법이 사용되고 있다.Therefore, in order to film hydroxyapatite on the surface of a substrate such as titanium through surface treatment, anodizing, sol-gel method, plasma spraying, chemical vapor deposition (CVD) and plasma electrolysis Various methods such as oxidation (PEO-Plasma Electrolytic Oxidation) are used.
먼저, 양극산화(Anodizing)는 외부전원을 이용하여 금속 표면에 산화물 및 금속염을 비교적 두껍게 형성시키는 방법으로 산화층을 형성시키고자 하는 금속을 양극에 설치하고, 다른 불용성 금속을 음극에 접촉시켜 전해액 내에 전류를 흐르게 하는 것으로 양극산화를 하기 위해 전류를 걸게 되면 아주 낮은 전압에서 금속의 수산화물이 미세한 막을 형성하며, 약 10V 의 전압이 걸리게 되면 금속 산화층이 형성된다. 그러나 일단 산화층이 형성되면 저항이 증가되어 금속 산화층에 내부 응력이 집중되고, 70V에서 산화층이 파괴되며, 다시 전압을 올려주면 제2 의 다공성 산화층이 형성되는데 이러한 공정중에 스파크가 발생하게 되며, 강제적으로 전기를 걸어 산화층을 형성하므로 전기효율이 나쁘고, 스파크가 난 국소부위는 열응력을 받아 티타늄 물성에 나쁜 영향을 줄뿐만 아니라 접착력이 떨어져 최종 물성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.First, anodizing is a method of forming oxides and metal salts relatively thickly on the surface of a metal using an external power source. The metal for which an oxide layer is to be formed is installed on the anode, and another insoluble metal is brought into contact with the cathode so that current in the electrolyte solution When an electric current is applied for anodization by flowing a metal hydroxide at a very low voltage, a fine film is formed, and when a voltage of about 10V is applied, a metal oxide layer is formed. However, once the oxide layer is formed, the internal stress is concentrated in the metal oxide layer due to the increase in resistance, the oxide layer is destroyed at 70V, and when the voltage is raised again, a second porous oxide layer is formed. During this process, sparks are generated, forcibly Since the oxide layer is formed by applying electricity, the electrical efficiency is poor, and the local area where the spark is generated receives thermal stress, which not only adversely affects the physical properties of titanium, but also has a problem of deteriorating final physical properties due to poor adhesion.
졸-겔법(Sol-gel)은 피막막을 제조하기 위해서 알코올, 물 및 산 등에 의해 가수분해, 중합반응에 의하여 겔(gel)로 되는 용액을 제조하는 것으로 균질한 용액을 비교적 낮은 점도의 상태로 기재에 피막하여, 기재 위에서 겔화시켜 막으로 하는 것으로 졸-겔법을 응용하는 dip-coating 등과 같은 습식 피막법은 저온 공정이며, 면적에 관계없이 피막 할 수 있고, 막의 두께 및 미세구조를 제어할 수 있는 장점이 있으나 결정화를 위한 후열처리 공정이 부가되고, 평판 형상의 피막형성이 제한되며, 피막이 모재와의 충분한 결합력을 가지기 위해서 접착력을 강하게 하기 위한 접착제가 중간층에 삽입되어야 하는 단점이 있다.The sol-gel method (Sol-gel) prepares a solution that becomes a gel by hydrolysis and polymerization with alcohol, water, acid, etc. to produce a film, and describes a homogeneous solution in a relatively low viscosity state. The wet coating method, such as dip-coating, which applies the sol-gel method, is a low-temperature process, and can be coated regardless of the area, and the thickness and microstructure of the film can be controlled. Although there are advantages, there are disadvantages in that a post-heat treatment process for crystallization is added, formation of a plate-shaped film is limited, and an adhesive for strengthening adhesion must be inserted into the intermediate layer in order for the film to have sufficient bonding strength with the base material.
플라즈마분사(Plasma spraying)는 열 분무 중의 한 분야로 모재(substrate) 위에 금속과 비금속 재료인 세라믹과 같은 녹는점이 높은 물질을 용융된 상태 혹은 반 용융된 상태로 용착하는 공정을 말한다. 모재의 재질 및 크기에 제한이 없으며 모재에 변형을 초래하지 않고, 현장 시공이 가능하며, 후막피막이 가능하고, 피막두께 조절이 용이하다는 점과 피막재료의 종류가 다양하다는 점이 장점이나 조직에 기공률이 06~15%까지 나타나며 금속적 결합이 아니 기계적인 결합으로 티타늄의 세라믹 피막 시 충격에 약하다는 단점이 있고, 모재와의 접합성이 약하기 때문에 임플란트 적용이 어려운 실정이다.Plasma spraying is one of the fields of thermal spraying, and refers to a process of depositing a material with a high melting point, such as metal and non-metallic ceramic, in a molten or semi-molten state on a substrate. There are no restrictions on the material and size of the base material, no deformation of the base material, on-site construction is possible, thick film coating is possible, the film thickness is easy to control, and the types of coating materials are diverse. 06 to 15%, and it is not a metallic bond, but a mechanical bond, so it has the disadvantage of being weak against impact when titanium is coated with ceramic, and it is difficult to apply implants because of its weak bonding with the parent material.
플라즈마 전해 피막 표면처리는 전해액 내에 침지한 금속 소재의 표면에 미세 방전을 유도함으로써 치밀하고 기계적 안정성이 뛰어난 피막층을 형성시키는 표면처리 방법이다. 이처럼 플라즈마 전해 피막법에 의해 형성된 피막층의 특성은 전해액을 포함한 다양한 공정 변수에 의해 제어되며, 특히 티타늄 및 티타늄 합금에 있어 전해액 조건 및 전류밀도의 양은 피막층의 형성 및 물성에 미치는 가장 중요한 인자이다. 이때 사용되는 전해액은 인산칼륨, 인산나트륨, 인산글리세롤, 주산염 계열로 하는 것이 일반적이다. 그러나 이와 같은 첨가제는 일반적으로 전기 전도도와 pH를 높여 플라즈마 전해산화 공정을 원활하게 하는 역할을 하지만, 하이드록시아파타이트와 반응하여 순도를 낮추고 다른 화합물을 형성할 수 있으며, 이에 따라 임플란트의 표면에 하이드록시아파타이트의 결정성(crystallinity) 및 피막층 내 함유량이 매우 적은 문제점이 있다.Plasma electrolytic coating surface treatment is a surface treatment method for forming a dense and mechanically stable coating layer by inducing micro-discharges on the surface of a metal material immersed in an electrolyte. As such, the properties of the coating layer formed by the plasma electrolytic coating method are controlled by various process variables including the electrolyte, and in particular, the electrolyte conditions and the amount of current density in titanium and titanium alloys are the most important factors affecting the formation and physical properties of the coating layer. The electrolyte solution used at this time is generally potassium phosphate, sodium phosphate, glycerol phosphate, or acid salt series. However, such additives generally play a role in facilitating the plasma electrolytic oxidation process by increasing electrical conductivity and pH, but may react with hydroxyapatite to lower the purity and form other compounds, thereby forming hydroxyapatite on the surface of the implant. There are problems in crystallinity of apatite and very low content in the film layer.
본 발명은 레이저의 촛점 위치를 조절하여 나사산과 나사골에 각기 다른 두께로 아파타이트 피막을 형성하는 방법 및 이를 이용한 장치의 제공을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method of forming an apatite film with different thicknesses on a screw thread and a screw bone by adjusting the focal position of a laser and a device using the same.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 방법은, (a) Ca2+ 이온 및 PO4 3-이온을 포함하는 아파타이트 형성용 전구체 용액에 임플란트용 기재를 담지하는 단계; (b) 상기 전구체 용액 내에 담지된 상기 임플란트용 기재에 레이저빔을 조사하는 단계; (c) 상기 레이저빔의 촛점을 상기 임플란트용 기재의 특정 부분에 위치시켜 나사산 부분과 나사골 부분에 도달하는 레이저빔의 에너지 밀도 차이를 발생 시키는 단계; 및 (d) 상기 레이저빔이 조사된 영역에 상기 전구체 용액 내 Ca2+이온 및 PO4 3- 이온의 반응이 활성화되면서 아파타이트 피막을 형성하는 단계를 포함한다.In order to solve the above problems, a method for forming a selective apatite film using a laser according to the present invention includes (a) supporting a substrate for implant in a precursor solution for forming apatite containing Ca 2+ ions and PO 4 3- ions. step; (b) irradiating a laser beam to the implant substrate supported in the precursor solution; (c) positioning the focus of the laser beam on a specific part of the substrate for implantation to generate a difference in energy density of the laser beam reaching the screw thread part and the screw bone part; and (d) forming an apatite film on the region irradiated with the laser beam while activating the reaction of Ca 2+ ions and PO 4 3- ions in the precursor solution.
이때, 상기 (c) 단계는, 상기 레이저빔의 촛점을 상기 임플란트용 기재의 나사산 부분에 위치시키는 것이 바람직하다.At this time, in the step (c), it is preferable to place the focus of the laser beam on the threaded portion of the substrate for implantation.
또한, 상기 (d) 단계는, 상기 임플란트용 기재를 축 방향으로 일정 속도로 회전시키되, 나사산의 진행 속도에 맞추어 레이저빔을 스캔하는 방식으로 진행하는 것이 바람직하다.In addition, the step (d) is preferably performed in a manner in which the substrate for implant is rotated in the axial direction at a constant speed and the laser beam is scanned according to the progress speed of the screw thread.
한편, 상기 (b) 단계는, 상기 나사산의 정상에 수직으로 접하도록 조사되는 제1 레이저빔에 의해 수행되는 단계 및 상기 나사산의 비탈 방향으로 조사되는 제2 레이저빔에 의해 수행되는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, the step (b) may include a step performed by a first laser beam irradiated so as to vertically contact the top of the screw thread and a step performed by a second laser beam irradiated in an inclined direction of the screw thread. can
아울러, 상기 (b) 단계는, 상기 제2 레이저빔이 조사되는 반대편 나사선의 비탈면에 조사되는 제3 레이저빔 의해 수행되는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the step (b) may further include a step performed by a third laser beam irradiated on an inclined surface of a screw thread opposite to the irradiated second laser beam.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 장치는, Ca2+ 이온 및 PO4 3-이온을 포함하는 아파타이트 형성용 전구체 용액을 수용하는 용액 수용부; 상기 전구체 용액 내에 담지된 임플란트용 기재에 레이저빔을 조사하는 레이저 조사부; 및 상기 전구체 용액 내에 담지된 임플란트용 기재를 회전시키는 기재 회전부를 포함한다.In order to solve the above problems, an apparatus for forming a selective apatite film using a laser according to the present invention includes a solution accommodating unit for accommodating a precursor solution for forming apatite containing Ca 2+ ions and PO 4 3- ions; a laser irradiation unit for irradiating a laser beam to the implant substrate supported in the precursor solution; and a substrate rotating unit configured to rotate the implant substrate supported in the precursor solution.
이때, 상기 레이저 조사부는, 레이저빔의 촛점을 상기 임플란트용 기재의 특정 부분에 위치시켜 나사산 부분과 나사골 부분에 도달하는 레이저빔의 에너지 밀도 차이를 발생 시키는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the laser irradiation unit generates a difference in energy density of the laser beam reaching the screw thread portion and the screw bone portion by locating the focus of the laser beam on a specific portion of the substrate for implantation.
또한, 상기 레이저 조사부는, 상기 레이저빔의 촛점을 상기 임플란트용 기재의 나사산 부분에 위치시킬 수 있다.In addition, the laser irradiation unit may position the focus of the laser beam on a threaded portion of the substrate for implantation.
한편, 상기 기재 회전부는, 상기 레이저빔이 상기 나사산 부분을 스캔하도록 상기 임플란트용 기재를 축 방향으로 일정 속도로 회전시키되, 나사산의 진행 속도에 맞추어 전진시키는 것이 바람직하다.Meanwhile, the substrate rotating unit rotates the substrate for implant at a constant speed in an axial direction so that the laser beam scans the screw thread portion, and it is preferable to advance the substrate according to the progress speed of the screw thread.
아울러, 상기 레이저 조사부는, 상기 나사산의 정상에 수직으로 접하도록 레이저빔을 조사하는 제1 레이저; 상기 나사산의 비탈면 방향으로 레이저빔을 조사하는 제2 레이저빔; 및 상기 제2 레이저의 레이저빔이 조사되는 반대편 나사선의 비탈면에 레이저를 조사하는 제3 레이저를 포함할 수 있다.In addition, the laser irradiation unit, a first laser for irradiating a laser beam so as to vertically contact the top of the screw thread; a second laser beam for irradiating a laser beam in the direction of the inclined surface of the screw thread; and a third laser for radiating a laser to an inclined surface of the spiral opposite to which the laser beam of the second laser is irradiated.
본 발명에 따른 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 방법에 의하면,According to the selective apatite film formation method using a laser according to the present invention,
첫째, 나사산의 특정 부분에 레이저빔의 촛점을 위치시키므로 나사산의 나사 골 부분에보다 두터운 아마타이트 피막의 형성이 가능하다.First, since the laser beam is focused on a specific part of the screw thread, it is possible to form a thicker amatite film on the screw valley part of the screw thread.
둘째, 복수의 레이저를 이용하여 나사산의 정상 부분 또는 나사 골 부분에 레이저빔의 에너지 밀도를 높일수 있으므로 필요에 따라 특정 부분에 보다 두터운 아마타이트 피막의 형성이 가능하다. Second, since the energy density of the laser beam can be increased at the top of the screw thread or the screw valley by using a plurality of lasers, it is possible to form a thicker amatite film on a specific part if necessary.
도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 장치의 블록도이다.
도 3은 레이저빔의 밀도 차이에 의해 나사산에 선별적 두께로 아타파이트 피막이 형성되는 것을 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예로서, 레이저빔의 밀도 차이에 의해 나사산에 선별적 두께로 아타파이트 피막이 형성되는 것을 설명한다.
도 5는 레이저빔의 밀도 차이에 의해 나사 골 부분에 선별적 두께로 아타파이트 피막이 형성되는 것을 설명한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 레이저빔의 밀도 차이에 의해 나사 골 부분에 선별적 두께로 아타파이트 피막이 형성되는 것을 설명한다.1 is a flowchart illustrating a method of selectively forming an apatite film using a laser according to the present invention.
2 is a block diagram of an apparatus for forming a selective apatite film using a laser according to the present invention.
3 illustrates the formation of an atapite film at a selective thickness on a screw thread by a difference in density of a laser beam.
4 illustrates the formation of an atapite film at a selective thickness on a screw thread by a difference in density of a laser beam as another embodiment of the present invention.
5 illustrates the formation of an atapite film with a selective thickness in the screw valley portion due to the difference in the density of the laser beam.
FIG. 6 illustrates the formation of an atapite film with a selective thickness in a screw valley portion by a difference in density of a laser beam as another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. At this time, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are indicated by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, in the accompanying drawings, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 장치의 블록도이고, 도 3은 레이저빔의 밀도 차이에 의해 나사산에 선별적 두께로 아타파이트 피막이 형성되는 것을 설명하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예로서, 레이저빔의 밀도 차이에 의해 나사산에 선별적 두께로 아타파이트 피막이 형성되는 것을 설명하는 도면이고, 도 5는 레이저빔의 밀도 차이에 의해 나사 골 부분에 선별적 두께로 아타파이트 피막이 형성되는 것을 설명하고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 레이저빔의 밀도 차이에 의해 나사 골 부분에 선별적 두께로 아타파이트 피막이 형성되는 것을 설명한다.1 is a flow chart explaining a selective apatite film forming method using a laser according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a selective apatite film forming apparatus using a laser according to the present invention, and FIG. 3 is a laser beam density It is a view explaining that an atapite film is formed at a selective thickness on a screw thread due to a difference, and FIG. 4 is another embodiment of the present invention, showing that an atapite film is formed at a selective thickness on a screw thread due to a difference in the density of a laser beam. FIG. 5 explains the formation of an atapite film with a selective thickness on the screw trough portion by the difference in the density of the laser beam, and FIG. 6 is another embodiment of the present invention, This explains the formation of an atapite film with a selective thickness on the screw bone portion.
먼저, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 장치(1000)에 대해 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 아파타이트 피막 형성 장치(1000)는 레이저 조사부(100), 용액 수용부(200) 및 기재 회전부(300)를 포함한다.First, an apparatus 1000 for forming a selective apatite film using a laser according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 6 . An apatite film forming apparatus 1000 according to the present invention includes a
용액 수용부(200)는 Ca2+ 이온 및 PO4 3-이온을 포함하는 아파타이트 형성용 전구체 용액(W)을 수용한다.The solution accommodating
레이저 조사부(100)는 전구체 용액(W)에 담지된 임플란트용 기재(I)에 레이저빔(L)을 조사한다. 레이저빔(L)의 에너지에 의해 Ca2+ 이온 및 PO4 3-이온을 포함하는 아파타이트 형성용 전구체 용액(W)이 반응하여 임플란트용 기재(I)의 표면에 아파타이트가 생성된다.The
기재 회전부(300)는 전구체 용액(W) 내에 담지된 임플란트용 기재(I)를 회전시킨다. 기재 회전부(300)는 임플란트용 기재(I)를 고정하는 브라켓(310)을 포함하는 형태를 가진다. 도시에서는 브라켓(310)이 임플란트용 기재(I)의 나사 부분을 고정하는 것 처럼되어 있으나, 이는 간결한 도시를 위한 것 뿐으로서, 브라켓(310)의 형태 및 회전 방식은 임플란트용 기재(I)의 형태에 따라 다양한 방식으로 실시될 수 있다.The
본 발명은 임플란트용 기재(I)의 나사산(N)의 나사 골 부분에 더 두터운 아파타이트 피막(A)을 형성시키기 위한 것으로서, 레이저빔(L)의 밀도 차이를 이용하는 특징을 가진다. 즉, 필요에 따라서 나사산 부분 또는 나사 골 부분을 선택적으로 두텁게 할 수 있다.The present invention is for forming a thicker apatite film (A) on the screw bone portion of the screw thread (N) of the substrate (I) for implantation, and has a feature of using the difference in density of the laser beam (L). That is, the thread portion or the thread portion may be selectively thickened as needed.
레이저 조사부(100)는 레이저빔(L)의 촛점을 임플란트용 기재(I)의 특정 부분(즉, 나사산(N)의 정상(도 3참조) 또는 나사산(N)의 나사골(도 5참조)에 위치시켜 나사산 부분과 나사골 부분에 도달하는 레이저빔의 에너지 밀도 차이를 발생 시킨다. The
도 3의 실시 형태의 경우 나사산(N)의 정상에서는 레이저빔(L)의 에너지 밀도가 높으므로, 아파타이트 피막(A)의 생성율이 높고, 나사산(N)의 골 부분에서는 레이저빔(L)이 분산되어 에너지 밀도가 낮아지므로 아파타이트 피막(A)의 생성율이 낮아 얇은 두께로 층착되게 된다.In the case of the embodiment of FIG. 3 , since the energy density of the laser beam L is high at the top of the screw thread N, the generation rate of the apatite film A is high, and the laser beam L is Since it is dispersed and the energy density is lowered, the generation rate of the apatite film (A) is low, so that it is deposited with a thin thickness.
도 5의 실시 형태의 경우 나사산(N)의 나사 골 부분에서 레이저빔(L)의 에너지 밀도가 높으므로, 아파타이트 피막(A)의 생성율이 높아 골 부분에서 두텁게 증착되고, 나사산(N)의 나사산에서는 레이저빔(L)이 분산되어 에너지 밀도가 낮아지므로 아파타이트 피막(A)의 생성율이 낮아 얇은 두께로 층착된다.In the case of the embodiment of FIG. 5 , since the energy density of the laser beam L is high in the screw valley of the screw thread N, the production rate of the apatite film A is high, so it is deposited thickly in the valley, and the screw thread of the screw thread N In , since the laser beam (L) is dispersed and the energy density is lowered, the generation rate of the apatite film (A) is low and deposited with a thin thickness.
기재 회전부(300)는 아파타이트 피막(A)이 나사산(N)의 모든 면을 따라 생성시키기 위해-즉, 모든 나사산 면을 레이저빔(L)에 노출시키기 위해, 임플란트용 기재(I)를 나사의 축 방향으로 일정 속도로 회전 시킨다. 이로 인하여 레이저빔(L)이 나사산 부분(360°) 회전하는 것 처럼 스캔할 수 있다.The
기재 회전부(300)는 임플란트용 기재(I)를 전진시키는 방식으로 동작할 수 있다. 레이저 조사부(100)가 고정되고 기재 회전부(300)는 임플란트용 기재(I)를 360°회전시켜가며 전진하는 방식으로 아파타이트 피막(A)을 형성할 수 있다.The
단순하게는 기재 회전부(300)는 임플란트용 기재(I)를 360°회전시키기만 하고, 레이저 조사부(100)가 레이저빔(L)의 위치를 옮겨 스캔하는 방식으로 실시될 수도 있다.Simply, the
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 레이저 조사부(100)는 복수개의 레이저빔(L1, L2, L3)을 사용하여 나사산 부분과 나사골 부분에 도달하는 레이저빔의 에너지 밀도 차이를 발생 시킬 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the
도 4 및 도 6을 참조하면, 레이저 조사부(100)는 제1 레이저(110), 제2 레이저(120) 및 제3 레이저(130)를 포함한다.Referring to FIGS. 4 and 6 , the
제1 레이저(110)는 나사산(N)의 정상에 수직으로 접하도록 레이저빔(L1)을 조사하도록 배치되고, 제2 레이저(120)는 나사산(N)의 비탈면 방향으로 레이저빔(L2)을 조사하도록 배치되고, 제3 레이저(130)는 나사산(N)의 반대편 비탈면 방향으로 레이저빔(L3)을 조사하도록 배치될 수 있다.The
나사산(N)의 정상부분에 세 개의 레이저빔(L1, L2, L3)이 중첩되어 이 부분의 아마타이트 피막(A)을 두껍게 생성할 수 있다. 도 4 및 도 6에서는 3개의 레이저(110, 120, 130)를 도시하였으나, 실시 형태에 따라서는 두 개의 레이저(120, 130)만을 사용하는 방식으로 레이저 조사부(100)를 구현할 수도 있다.Three laser beams L1, L2, and L3 are overlapped on the top of the screw thread N to create a thick amatite film A at this portion. Although three
도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 방법을 설명하는 순서도이다. 도 2 내지 도 6에서 설명된 선별적 아파타이트 피막 형성 장치(1000)를 시계열적으로 구현한 경우에도 본 실시에에 해당하므로 레이저 조사부(100), 용액 수용부(200) 및 기재 회전부(300)에 대하여 설명된 부분은 본 실시예에서도 그대로 적용된다.1 is a flowchart illustrating a method of selectively forming an apatite film using a laser according to the present invention. Even when the selective apatite film forming apparatus 1000 described in FIGS. 2 to 6 is implemented time-sequentially, it corresponds to the present embodiment, so The part described about is also applied as it is to this embodiment.
일 실시예에 따른 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 방법은 임플란드 기재(I) 탐지 단계(S100), 레이저빔 조사 단계(S200), 레이저 빔의 밀도차이 발생 단계(S300) 및 아파타이트 피막 형성 단계(S400)를 포함한다.A method of selectively forming an apatite film using a laser according to an embodiment includes the steps of detecting an implant substrate (I) (S100), irradiating a laser beam (S200), generating a difference in density of a laser beam (S300), and forming an apatite film. (S400) is included.
S100 단계에서, Ca2+ 이온 및 PO4 3-이온을 포함하는 아파타이트 형성용 전구체 용액(W)에 임플란트용 기재(I)를 담지한다.In step S100, the substrate for implantation (I) is supported in the precursor solution (W) for forming apatite containing Ca 2+ ions and PO 4 3- ions.
구체적으로는, 기재 회전부(300)에 임플란트용 기재(I)를 거치하고, 용액 수용부(200)에 아파타이트 형성용 전구체 용액(W)을 주입하는 방식으로 S100 단계가 수행된다.Specifically, step S100 is performed by placing the implant substrate I on the
이어서, S200 단계에서, 전구체 용액(W) 내에 담지된 임플란트용 기재(I)에 레이저빔을 조사한다.Subsequently, in step S200, a laser beam is irradiated to the implant substrate (I) supported in the precursor solution (W).
이어서, S300 단계에서, 레이저빔(L)의 촛점을 임플란트용 기재(I)의 특정 부분(나사산(N)의 정상 또는 나사골 부분)에 위치시켜 나사산(N) 부분과 나사골 부분에 도달하는 레이저빔(L)의 에너지 밀도 차이를 발생시킨다.Subsequently, in step S300, the focus of the laser beam L is placed on a specific portion of the base material I for implantation (the top of the screw thread N or the screw bone portion) to reach the screw thread portion N and the screw bone portion. (L) causes an energy density difference of
이어서, S400 단계에서, 레이저빔(L)이 조사된 영역에 전구체 용액(W) 내 Ca2+이온 및 PO4 3- 이온의 반응이 활성화되면서 아파타이트 피막(A)이 형성된다.Subsequently, in step S400, the reaction of Ca 2+ ions and PO 4 3- ions in the precursor solution (W) is activated in the region irradiated with the laser beam (L), thereby forming an apatite film (A).
이때, S300 단계에서, 레이저빔(L)의 촛점을 임플란트용 기재(I)의 나사산(N) 부분에 위치시키는 것이 바람직하다.At this time, in step S300, it is preferable to position the focus of the laser beam (L) on the screw thread (N) portion of the substrate (I) for implantation.
이때, S400 단계에서, 임플란트용 기재(I)를 축 방향으로 일정 속도로 회전시키되, 나사산(N)의 진행 속도에 맞추어 레이저빔(L)을 스캔하는 방식으로 진행하는 것이 바람직하다.At this time, in step S400, it is preferable to rotate the substrate for implantation (I) in the axial direction at a constant speed, and scan the laser beam (L) according to the traveling speed of the screw thread (N).
한편, 도 4에서 설명되는 바와 같이, S200 단계에서 나사산(N)의 정상에 수직으로 접하도록 조사되는 제1 레이저빔(L1)에 의해 수행되는 단계 및 나사산(N)의 비탈 방향으로 조사되는 제2 레이저빔(L2)에 의해 수행되는 단계를 포함하고, 제2 레이저빔(L2)이 조사되는 반대편 나사선(N)의 비탈면에 조사되는 제3 레이저빔(L3) 의해 수행되는 단계를 더 포함할 수 있다. On the other hand, as described in FIG. 4, in step S200, the step performed by the first laser beam L1 irradiated so as to vertically contact the top of the screw thread N and the second irradiated in the inclined direction of the screw thread N. It includes a step performed by 2 laser beams (L2), and further includes a step performed by a third laser beam (L3) irradiated on the inclined surface of the screw N opposite to which the second laser beam (L2) is irradiated. can
설명의 편의를 위해서 레이저빔 조사 단계(S200), 레이저 빔의 밀도차이 발생 단계(S300) 및 아파타이트 피막 형성 단계(S400)를 구분하여 기재하였으나, 레이저빔(L)의 조사가 시작되면 Ca2+ 이온 및 PO4 3-이온을 포함하는 아파타이트 형성용 전구체 용액(W)이 활성화 되어 이온 반응에 의해 아파타이트 피막(A)에 형성되므로, S200 단계, S300 단계 및 S400 단계는 동시에 진행되는 단계이다.For convenience of description, the laser beam irradiation step (S200), the laser beam density difference generation step (S300), and the apatite film forming step (S400) are separately described, but when the laser beam L is irradiated, Ca 2+ Since the precursor solution for forming apatite (W) containing ions and PO 4 3- ions is activated and formed on the apatite film (A) by ion reaction, steps S200, S300, and S400 are concurrent steps.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.Embodiments of the present invention disclosed in this specification and drawings are only presented as specific examples to easily explain the technical content of the present invention and help understanding of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is obvious to those skilled in the art that other modified examples based on the technical idea of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.
1000 : 아파타이트 피막 형성 장치
100 : 레이저 조사부
200 : 용액 수용부
300 : 기재 회전부
W : 전구체 용액 I : 임플란트용 기재
A : 아파타이트 피막 L : 레이저빔
N : 나사산1000: Apatite film forming device
100: laser irradiation unit
200: solution receiving unit
300: base rotation unit
W: precursor solution I: substrate for implant
A: Apatite film L: Laser beam
N: thread
Claims (10)
상기 전구체 용액 내에 담지된 임플란트용 기재에 레이저빔을 조사하는 레이저 조사부; 및
상기 전구체 용액 내에 담지된 임플란트용 기재를 회전시키는 기재 회전부를 포함하고,
상기 레이저 조사부는,
레이저빔의 촛점을 상기 임플란트용 기재의 특정 부분에 위치시켜 나사산 부분과 나사골 부분에 도달하는 레이저빔의 에너지 밀도 차이를 발생 시키는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 장치.a solution accommodating unit accommodating a precursor solution for apatite formation including Ca 2+ ions and PO 4 3- ions;
a laser irradiation unit for irradiating a laser beam to the implant substrate supported in the precursor solution; and
A substrate rotation unit for rotating the implant substrate supported in the precursor solution,
The laser irradiator,
A selective apatite film forming device using a laser, characterized in that the laser beam is focused on a specific part of the substrate for implantation to generate a difference in energy density of the laser beam reaching the screw thread part and the screw bone part.
상기 레이저 조사부는,
상기 레이저빔의 촛점을 상기 임플란트용 기재의 나사 골 부분에 위치시키는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 장치.The method of claim 6,
The laser irradiator,
A selective apatite film forming device using a laser, characterized in that the focus of the laser beam is located on the screw valley portion of the substrate for implantation.
상기 기재 회전부는,
상기 레이저빔이 상기 나사산 부분을 스캔하도록 상기 임플란트용 기재를 축 방향으로 일정 속도로 회전시키되, 나사산의 진행 속도에 맞추어 전진시키는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 장치.The method of claim 8,
The substrate rotating part,
Selective apatite film forming apparatus using a laser, characterized in that the laser beam rotates the substrate for implant at a constant speed in the axial direction so that the laser beam scans the screw thread portion, and advances it according to the progress speed of the screw thread.
상기 레이저 조사부는,
상기 나사산의 정상에 수직으로 접하도록 레이저빔을 조사하는 제1 레이저;
상기 나사산의 비탈면 방향으로 레이저빔을 조사하는 제2 레이저빔; 및
상기 제2 레이저의 레이저빔이 조사되는 반대편 나사선의 비탈면에 레이저를 조사하는 제3 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 선별적 아파타이트 피막 형성 장치.The method of claim 6,
The laser irradiator,
A first laser that irradiates a laser beam so as to vertically contact the top of the screw thread;
a second laser beam for irradiating a laser beam in the direction of the inclined surface of the screw thread; and
A selective apatite film forming apparatus using a laser, characterized in that it comprises a third laser for irradiating a laser on the inclined surface of the spiral opposite to which the laser beam of the second laser is irradiated.
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