KR19990081889A

KR19990081889A - 의학적이식구의 표면변형방법및 그 제조 물품

Info

Publication number: KR19990081889A
Application number: KR1019980705601A
Authority: KR
Inventors: 이도석; 아툴 나그라스
Original assignee: 이도석; 이텍스 코퍼레이션
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 1999-11-15
Also published as: WO1997026026A2; AU1835097A; US5843289A; WO1997026026A3; EP0880369A2; AU725983B2; US6582470B1; JP2000503571A; NZ331008A

Abstract

의학적 이식에 적합한 다공성의 티타늄 표면을 얻기 위한 방법이 제공되었다. 티타늄 표면은 반응성 플라즈마 가스로 이루어진 플라즈마에 노출되어 있고, 이 반응성 플라즈마 가스는 반응성 에칭요소와 스퍼터링 가스로 이루어져 있다. 플라즈마 상태는 티타늄 표면을 수정하기에 효율적이며 표면 다공성을 제공한다. 플라즈마상태는 티타늄 표면을 비균일하게 스퍼터하고 에칭하기에 효율적이다.

Description

의학적이식구의 표면변형방법 및 그 제조 물품(The method of surface modification of medical implants and the manufacturing article)

본 발명은 1996년 1월 22일자 출원되었으며 유사하게 "의학적 이식구의 표면변형"이라고 명칭붙여진 미국 특허출원 제 08/589,409의 일부계속출원이다.

순수한 상태의 티타늄이나 혹은 몇 퍼센트의 알루미늄이나 바나디움이 포함된 합금형태의 티타늄이 무릎이나 엉덩이 척추관절에 있어서 뼈 이식을 위한 금속으로 사용되어 왔다. 티타늄은 일반적으로 그 기계적 특성과 생물학적 적합성으로 보편적으로 사용되어왔다. 그러나 티타늄은 뼈와의 직접적인 화학적 결합을 하지 못하고 있기 때문에 이러한 이유로 가끔 이식의 실패라던가 혹은 이식의 느슨함 등 문제를 유발하여 왔다.

표면이 거친 그리고 구멍이 있는 이식구의 표면은 뼈와 뼈시멘트로 하여금 표면 구멍에 침투하도록하여 이상적으로 이식구와의 강력한 기계적 결합을 제공하도록 하였다.

특정한 형태를 구비하고 있는 불규칙한 그리고 거친 이식구의 표면은 효과적으로 뼈의 내부성장을 촉진시켜주며 나아가 직접적으로 뼈와의 결합을 이루게 하여 장기간 이식구의 안정성을 제공한다. 유럽특허 제038 8576호는 대략 10-20㎛의 구멍크기를 가진 큰 거친 표면을 가지고 있으면서 아울러 그 위에 형성된 것으로서 대략 2㎛의 크기보다도 작은 구멍으로서 미세구멍이 형성되어 있는 것이 바람직하다고 지적하고 있다.

그러므로 거친 정도가 크고 그리고 미세한 다공을 구비한 이식구 표면이 대단히 바람직하며 효과적으로 뼈의 내부성장과 고정을 촉진시킨다.

이러한 두 가지 형태의 표면은 또한 뼈시멘트rk 이식구을 뼈에 고착시키는 데 사용될 때에도 매우 유용하다(예를 들면 폴리메틸(메타크릴레이트(methacrylate)).

미세한 구멍과 큰 구멍의 바람직한 밸런스를 유지하는 것은 쉬운 것이 아니었다.

현재 이식구의 표면변형은 두개의 현저한 그룹으로 분류될 수 있는 데 즉 (a) 거친 그리고 또는 다공물질을 코팅함으로서 얻을 수 있는 표면변형 그리고 (b) 벌크 이식표면처리에 의한 표면 변형이 있다.

종래 기술에서 알려진 대로 다공 코팅재는 거친, 금속섬유의 형태로 있는 티타늄 선으로부터 무작위로 생산된 확산 결합된 금속 섬유코팅재를 포함한다.

이식구 표면 위의 구형의 티타늄 금속분말 또는 비드의 압력신터링 역시 거대구멍을 만드는 데 사용되어져 왔다(미국 특허번호 제4,644,942).

열 플라스마 스프레이처리도 역시 다공의 코팅을 만들기 위해 사용되어져 왔다(미국 특허 제4,542,539). 상업적으로 순수한 티타늄 또는 티타늄 합금분말은 부분적으로 플라스마 플레임에 용융되고, 녹여진 입자는 고속으로 이식표면에 충격을 가한다. 이러한 분말은 급속하게 표면에서 식게 되고 그리고 이식금속에 고착하여 거친 표면을 형성하게 된다.

종래의 기술에서 보고되고 있는 다른 다공 코팅은 구멍이 뚫어져 있는 금속호일을 견고한 금속내부에 부가하는 것이다(미국 특허번호 3,905,777).

상기 소개한 바의 모든 종래 기술장치에 있어서 금속의 내부와 다공의 표면사이에 공유접촉이 결과적으로 야기된다. 이식구장치로서 사용되기 위하여서는 코팅재와 이식구 기질 사이의 접촉은 강하고 안정적이지 않으면 안된다.

이식구 삽입 또는 이식구의 오랜 사용 후에 결합의 실패는 결과적으로 주변조직에게 오염의 원천이 될 수 있는 느슨한 금속입자를 발생시키게 되고 따라서 결국 이식의 실패를 유발하게 된다.

금속이식장치에 거친 표면을 가능하게 하는 아직 언급하지 아니한 또다른 방법은 견고한 금속내부의 표면에 직접적인 처리를 하는 것이다. 미국 특허등록 제 4,865,603호는 한가지 표면처리방법을 제시하고 있는 데 여기서는 외부표면이 일련의 기계적인 공정을 받도록 하고 있으며 이것은 결과적으로 복잡한 표면 형태를 발생시킨다. 선택된 전원과 펄스지속의 레이저 빔이 또한 이식표면에 움푹한 구멍을 만드는 데 사용되어 왔다. (미국 특허번호 제 5,246,530). 정밀한 위치정렬장치가 이러한 방법 양자에 이식구를 처리하는 데에 있어서 필요하다.

레이저 가공에 있어서 불합리한 점은 그것은 뼈의 내부성장을 위해 큰 구멍을 제공하는 데 그치고 있다는 점이다. 마지막으로 유럽특허 388 576은 수산처리방법을 제시하고 있는 데 이것은 뼈의 내부성장을 위해 이식구 위에 거칠고 다공의 표면을 이루기 위하여 사용되어 왔다. 그런데 수산화 티타늄 그리고 다른 바람직하지 아니한 표면물질이 산화금속반응의 결과로서 형성되었다.

그러므로 뼈 내부 성장을 위해 적당한 표면을 제공하도록 할 수 있는 그리고 강력하고 구조적인 통합성을 소유할 수 있고 또 표면오염으로부터 해방될 수 있는 효과적인 표면 변형 기술을 제공할 필요가 생기게 되었다.

티타늄을 포함한 표면의 플라스마 처리는 그 동안 알려져 있었고, 반도체 분야에서 사용되어 왔는데, 기본적으로는 반도체 장치에서 티타늄-텅스텐 층의 에칭제거를 위하여 사용되어 왔던 것이다. Lin 등에게 허가된 미국 특허 번호 5,164, 331 그리고 kitcher 등에게 허가된 4,203,800특허를 참조하면 좋을 것이다.

이러한 자료는 반도체 장치에서 하층을 노출시키는 TiW 합금의 제거에 초점을 두고 있는 것이다.

이 물질은 전체 노출된 표면에 걸쳐 일정하고, 공평한 비율로 바람직하게 제거된다. 나아가 결과로서 나타나는 표면은 바라는 바대로 부드럽고 평평하다. 이러한 그리고 다른 유사한 종래 기술방법은 단지 표면특성을 변화시키기 위하여 또는 특히 거칠고 구멍이 많은 표면을 제공하기 위한 목적일 뿐, 덩어리 티타늄 작업소재의 표면을 다루는 공정에 대해 숙고된 것은 아니다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 이식구 장치로서 사용하기에 적합한 구멍을 가진 물품의 제조방법과 그 구멍을 가진 물품을 제공하려는 것이다.

본 발명의 목적은 이식구 장치 위 구멍의 표면에 고도의 구조적 통합성을 제공하려는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명의 목적은 이식구 장치의 다공 표면에 표면오염의 형성 없이 그리고 고도의 표면 순수함을 제공하려는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 큰 그리고 미세한 거침을 나타내는 다공표면을 가진 물품을 제조하는 방법과 그 물품을 제공하려는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 큰 거침과 미세 다공을 가진 다공표면을 형성하기 위하여 이식구 표면을 변형시키기 위한 공정을 사용하고 있는 데 이렇게 함으로서 뼈조직를 만드는 표면구조에 가까워진다.

본 발명의 방법은 티타늄표면을 활성 에칭 요소와 그리고 스퍼터링 이온을 포함하는 반응 플라스마 가스로 이루어지는 플라스마에 노출시키는 것을 포함한다.

미리 정해진 플라스마 조건이 티타늄표면을 변형시키기 위해서 그리고 표면 다공을 제공하기 위하여 사용된다.

본 발명은 또한 티타늄표면을 활성에칭요소와 스퍼터링(sputtering) 가스를 포함하는 반응 플라스마 가스로 구성된 플라스마에 노출시키는 것을 포함하고 있다. 미리 정해진 플라스마 조건은 비균일 에칭과 비균일 티타늄표면의 스퍼터링 효과를 발생하도록 하는 데 사용된다. 티타늄은 상업적으로 순수한 티타늄이나 혹은 티타늄 합금이다.

여기서 사용되는 단어로서 “비균일 에칭 비율”과 “비균일 스퍼터비율”이라는 단어가 있는 데, 이것은 일정하지 않거나 혹은 평평하지 아니한 에칭 그리고/또는 스퍼터비율(지정학적 비균일성)을 뜻한다. 그것은 추가적으로 시간에 따른 변수인 비율을 포함하고 있다(일시적 비균일성).

여기서 사용되는 단어로서 "반응 플라스마 가스"는 플라스마 챔버(chamber)내로 도입되는 가스혼합체와 그곳으로부터 생성되어 나온 플라스마 가스, 양자를 포함하는 것을 뜻한다. 그러므로 반응 플라스마 가스는 활성 에칭요소와 그로부터 형성되는 할로겐 가스를 포함하고 있는 데, 즉 반응 플라스마 가스는 마찬가지로 플라스마에 내재되있는 스퍼터링가스와 그리고 플라스마에서 그로부터 발생된 충격이온을 언급하고 있는 것이다.

바람직한 실시 예에서, 플라스마 조건은 티타늄 표면 위에 스퍼터(sputter)된 요소를 재 침전시키는 데 효과적이다. 또다른 바람직한 실시 예에서 플라스마 조건은 표면을 플라스마에 노출하는 동안에 티타늄 표면 위에 흡착된 산소를 스퍼터시켜 버리는 데 효과적이다.

또다른 바람직한 실시예에 있어서, 스퍼터링 표적은 플라즈마에 도입되어 있는 데 상기 스퍼터링표적은 마스킹(masking)요소로 구성되어 있는 바, 이 마스킹요소는 표면의 반응 플라스마 가스에의 노출동안 티타늄 표면 위에 위치된다.

이 플라스마는 작업소재의 합금 요소의 마스킹 성질을 이용하는 데 또는 작업소재위에 인가된 표면사이의 일정치 않는 에칭비율을 이용하는 데 효과적이다.

본 발명은 이식구의 벌크(bulk) 성질 위에 아무런 오염이나 저하된 효과 없이도 거침 그리고/또는 미세다공의 이식구 표면을 제공한다.

본 발명의 이점은 거친 다공의 표면이 이식금속과 일체화 하며 그리고 이러한 방법을 사용하여서도 아무런 화학적 부산물이나 인공산물이 형성되지 않는 데 있다.

이 물질은 금속의 접착면을 구성하며 표면은 대략 1-15 마이크로 메타의 길이를 가진 실 모양의 요소로 구성되는데, 실 모양의 요소는 일단이 기질과 일체적으로 통합되어 있고 실질적으로 기질로부터의 외부방향으로 연장되어 있다.

물품은 융합된 모양에 의하여 특징 지워지는 실 모양의 요소에 의하여 특징 지워지거나 혹은 기질로부터의 말단점에 융합되게 보이는 궁형모양에 의하여 특징 지워지는 실 모양의 요소에 의하여 특징 지워진다.

본 발명의 구체적 실시예에서, 실 모양의 요소는 대략 1-40 실 모양 요소/㎛²의 밀도를 가진 채로 접착면에 위치하고 있다. 본 발명의 또다른 실시예에 따르면 궁형 실 모양의 요소는 대략 0.01-10 궁형들/㎛²의 궁형밀도로서 기질에 위치하고 있다.

본 발명의 또 다른 구체적 실시예에 따르면 실 모양 요소는 쐐기나 벽의 모양을 가지도록 하기 위하여 접착면에 위치하여 정렬되어 있다.

쐐기나 벽은 인접 쐐기나 벽으로부터 대략 0.5㎛에서 2㎛ 사이의 거리간격을 두고 서로 떨어져 있다.

본 명세서에서 사용되는 단어인“다공”은 평평하지 아니한 표면을 지칭하거나 그렇지 않으면 밀집표면과 그리고 복잡한 표면형태를 나타내는 표면을 뜻한다. 그것은 종래의 통상적으로 사용되던 의미의 실제적 "기공”의 존재를 요구하는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용된 "실 모양"이라는 단어는 실질적으로 기질표면으로부터 외부방향으로 연장된 동그란, 평평한 또는 테이프와 같이 생긴 긴 모양을 가리키고 있다. 개별적인 실 모양의 모습은 자유롭게 서있거나 혹은 융합된 것일 수 있고 또한 그렇지 아니하면 마지막 표면구조에서 덩어리 져 있을 수도 있다. 융합된 또는 덩어리져진 실 모양체 구조는 발명장치의 표면의 표면 형태를 제공해주고 있다.

거칠게 된 표면 그리고 표면의 미세다공은 표면적을 넓히는 역할을 한다. 그러한 증가된 표면적은 역시 화학적으로 생물학적인 코팅재(예를 들면 히드로인회석(hydroxyapatite))를 위한 이상적인 접착면을 제공하며 그렇게 함으로서 코팅재의 이식표면에의 고착력을 증가시킨다.

나아가 잘려진 그리고 깊이 에칭된 간격을 가진 평평하지 않은 표면형태는 의학적 이식을 안정화하기 위하여 그리고 또 뼈 내부성장을 증가시키도록 하기 위하여 호스트 장소와의 물리적 상호작용을 위한 근원이 된다.

그러므로 본 발명의 방법은 본 발명에서 정의된 공정의 변수조절에 의하여 쉽게 비 티타늄표면에도 적용할 수가 있을 것이다.

본 발명은 의학적 장치와 같은 금속물품의 표면을 변형시기는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 뼈의 내부성장도를 높이고 그래서 이식구와 결합된 강한 기계적 뼈를 형성 할 수 있는, 바람직한 거친 표면과 미세구멍이 많은 표면모양을 형성하기 위한 이식구표면의 처리에 관한 것이다.

본 발명에 대한 좀더 완벽한 이해를 위해 첨부된 도면에 대한 간단한 설명을 하자면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시에서 사용된 플라스마장치의 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 1,000배 확대 현미경사진이다.

도 3은 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 12,000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 4는 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 10,000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 5는 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 10000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 6은 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 10000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 7은 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 10,000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 8은 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 10000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 9는 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 10,000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 10은 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 5,000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)으로서 표면의 마스크된 미처리장소를 보여주는 사진이다.

도 11은 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 10,000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 12는 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 25,000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 13은 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 25,000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 14는 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 25,000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 15는 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 10,000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 16은 본 발명에 따른 처리후의 티타늄표면을 10,000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 17은 본 발명에 따른 처리전의 티타늄표면을 5,000배 확대한 주사전자 현미경 사진(SEM)이다.

도 18은 개의 실험이식에서 6개월 후에 여러 가지 이식구에 뼈 접촉(%)을 보여주고 있는 그래프이다.

본 발명은 뼈의 내부성장을 유발하는 데 최적인 거칠게 된, 실 모양 또는 다공의 표면을 가진 물품을 제공하기 위하여 반응 플라스마 에칭공정을 사용한다. 이식장치는 바람직하게는 티타늄으로 만들거나 혹은 바나듐(vanadium) 또는/그리고 알루미늄과 합금된 티타늄합금으로 만들어져 있다.

아래설명이 진행되면서 잘 알게 되겠지만, 상기 공정은 적당한 반응 플라스마 요소와 플라스마조건의 선택으로서 다른 금속의 표면처리에도 쉽게 적용할 수 있을 것이다.

플라스마는 대전된 가스(또는 구름)이며 소스가스(source gas)나 혹은 증기의 자극에 의하여 형성되는 집합행태를 보이는 중성 입자이다.

반응 플라스마는 많은 화학적으로 활성화 대전된(이온의) 그리고 중성(기본적인)요소를 발생시킨다. 이러한 대전된 그리고 중성의 요소는 원래의 소스가스보다도 더 활동적인 부식제이다. 작업소재의 표면 위에서의 활동적인 중성 및 이온요소의 반응은 표면의 장소를 에칭하고, 제거한다. 나아가 이식작업소재의 표면에서의 이온의 물리적 타격은 (예를 들면. 스퍼터핑(sputtering)은 더욱 더 에칭비율을 높이게 된다. 그러므로 “반응 플라스마” 공정에서 물리적인 이온의 스퍼터링과 활동적인 중성의 그리고 이온의 요소에 의한 건조화학에칭이 일어나게 된다.

반응에칭이나 혹은 분산에 의하여 자유스러워진 표면원자들 모두가 즉시 시스템으로부터 제거되지는 않는다. 그리고 조건이 바람직하다면 티타늄표면의 원자의 상당한정도의 재침전이 일어나게 된다.

또 나아가, 노출된 표면 위의 존재하는 다른 원자들은 다른 비율로 반응 화학적 에칭 또는 물리적 분산을 진행하게 된다. 그러므로 에칭비율과 재침전 비율은 반응 플라스마 피드 구성물, 작업소재 구성물, 가스압력, 플라스마전원, 케이블의 외장을 가로지르는 바이어스전압, 반응기구조, 작업소재치수 및 공정시간을 조절함으로서 통제 할 수 가 있다.

의학적 이식장치에의 적용을 위해서, 에칭모드는 더이상의 오염균를 작업소재의 표면에 도입하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 그러므로 본 발명에 따르면, 불소 또는 염소를 함유한 소스가스가 활동적인 에칭 불소 또는 염소 요소를 발생시키는 데 사용될 수 있다. 활성요소는 그러므로 급진적 또는 대전된 요소이다. 비록 아이오다인(iodine) 함유 가스가 티타늄을 에칭하기 위하여 사용되오고 있지 않지만 이것은 다른 금속표면을 다루는 데 있어서는 매우 유용하게 사용될 수 있다.

티타늄은 시스템에 의하여 배출되어 나온 휘발성의 다양한 티타늄할로겐을 형성하기 위하여 염소(Cl)그리고 불소(F) 기의 활성 부식제요소와 반응한다.

예를 들면, 사염화티타늄(TiCL₄)은 135℃의 증발 온도를 가지고 있다 그리고 사불화티타늄(TiF₄)은 주변압력에서 285℃의 승화온도를 가지고 있다. 낮은 압력작용조건하에서 이들 휘발성 할로겐화물은 주변의 온도에서 증발해버릴 것이다. 그러므로 모든 부산물이 급속하게 작업소재표면으로 제거되면서도 아무런 불순물이 에칭 공정에 의하여 작업소재에 도입되지 않는다

광범한 범위의 불소 그리고 염소함유화합물이 활성염소 또는 불소요소를 발생시키기 위하여 사용될 수 있을 것이다. 적당한 화합물은 단지 예로서 드는 것이지만 이를테면 CF₄, Cl₂, BCl₃, SF₆, CHF₃, CHCL₃XeF₂CCl₄그리고 프레온11(Freon11),프레온12(Freon12), 프레온13(Freon 13), 그리고 프레온115(Freon 115)와 같은 상업적으로 유용한 탄화플루오르(fluorocarbons)를 포함할 수 있을 것이다.

두개 그리고 그 이상의 화합물이 반응기의 혼합물을 발생시키기 위하여 또는 변하는 플라스마조건에 따라 입자반응기의 응집을 변화시키기 위하여 사용될 수가 있을 것이다.

활성에칭요소들은 더 무거운 충돌 또는 스퍼터링이온과 조합하여, 그리고 선택적으로 산소나 헬륨 또는 질소와 같은 가벼운 원소와 조합하여 사용될 수 있을 것이다. 불활성가스의 충돌이온 그리고/ 또는 역시 복합반응이온들이 더더욱 더 낮은 온도에서 티타늄할로겐화물의 형성과 승화의 과정을 높인다. 이온충돌은 그들이 충돌되거나 혹은 표면을 떠나기 위한 충분한 에너지로 나눠지면서 표면에 형성된 금속할로겐화물의 제거를 돕는다.

이것은 습한 화학적 에칭과정(예를 들면 미네랄산욕(浴)에 대비될 수 있을 것인데 습한 화학적 에칭과정에서는 에칭후 화학적 부산물이 표면에 남아 있게 되고 그것은 작업소재표면을 오염시키기도 한다.

무거운 충돌이온을 발생시킬 수 있는 스퍼터링가스는 작업소재표면의 물리적 스퍼터링에 의하여 반응에칭을 증가시키기 위하여 반응플라스마가스에 포함되어 있다. 적당한 충돌 이온들은 더 무거운 불활성 가스로부터 발생될 수도 있는 데 예를 들면 Xe, Kr 그리고 Ar 혹은 더 무거운 반응할로겐 화합물 이를테면, 단지 예로 드는 것이지만 BCl₃, XeF₂, SF₆, 등으로부터 발생될 수도 있다.

반응할로겐 혼합물은 물론 반응염소 또는 반응불소요소의 원천이 될 수 있다.

추가의 더 가벼운 가스들이 반응 플라스마에 포함될 수 있는데 이를테면 그러한 가스로는 헬륨과 질소를 들 수 있다. 이들 이온들은 반응에칭가스의 이온 재조합에 영향을 끼친다. 산소는 플라스마 가스의 에칭비율을 변형시키기 위하여 반응 플라스마 가스에 추가될 수 있을 것이다. 산소는 불소-기반의 플라스마들의 에칭비율에 영향을 주지는 못할 것이다. 그러나 그것은 염소-기반의 플라스마의 에칭 비율을 후퇴시킨다. 그러므로 산화물이 작업소재표면의 표면위에 형성된 경우 에칭은 방해를 받게 된다.

위에서 묘사한 바 있는 반응플라스마 가스는 본발명에서 제공하는 방법에 따라서 작업소재의 표면을 다루는 데 사용될 수 있을 것이며 그러므로 실모양의 하부구조를 갖는 거친 표면을 얻을 수가 있을 것이다.

도 1에 개략적으로 묘사한 바와 같이, 작업소재(10)는 처음 초음파적으로 표면으로부터 너덜너덜한 입자를 제거하기 위하여 적당한 용제(예를 들면 아세톤이나 알콜)를 사용하여 세척되며 완전히 건조된다.

그런 다음 작업소재는 적당한 홀더(11)에 고정되어진다음 진공챔버(12)에 위치된다. 홀더(11)와 작업소재(10)는 비전원전극과 전기적결합의 반응챔버의 내부에 안치되거나 또는 그들은 플라스마구름의 중앙앞에 위치되는 데, 예를 들면 보다 바람직하게는 비전원 전극과 전기적인 결합을 유지하면서 선에 의하여 매달리거나 하는 방법으로 놓여진다.

작업소재는 회전되거나 그렇지 않으면 에칭작업동안에 움직이는 것으로 기대된다. 챔버는 진공펌프(미도시)에 의하여 약 5 X 10^-5torr 정도까지 진공상태로 된다. 염소(chloro-) 또는 불소(fluoro-) 함유가스와 스퍼터링가스(또는 다른 선택적인 가스)는 각각의 주입구(13)(14)에 의하여 챔버로 도입된다. 챔버 내부의 압력은 대략 5 와 대략 100 X 10^-3torr사이에서 유지된다. 플라스마(16)는 챔버내부에서 플라스마 전원소스(17)에 의하여 점화되고 창조된다.

플라스마는 고속이온과 중성자를 포함하고 있다. 이들 이온들은 작업소재의 표면을 충돌하며 물리적 스퍼터링(표면으로 부터의 원자제거)를 유발시킨다. 반응이온과 중성자는 화학적으로 표면을 에칭한다.

반응가스는 정지되고 그런 다음 챔버 내부는 O₂플라스마로서 세척된다. 작업소재는 그런 다음 챔버에서 제거되고 그런 다음 표면에 남아있는 기타 잔류물과 오염물질을 제거하기 위하여 초음파욕(浴)으로 세척된다. 그 결과로 도 2에서 보이는 바와 같은 전자현미경사진(10,000배 확대)에서 보이는 바와 같은 형태를 가진 표면이 얻어진다.

표면은 역시 산호(coral)의 또는 캔설로스(cancellous) 뼈의 모양을 가진 것으로 역시 묘사될 수 있는 데 이는 뼈 대체물질로서의 바람직한 속성을 가지고 있는 것으로 인식되어진다.

표면에서의 연장된 열려진 연결 때문에 표면은 거대표면지역이라는 특징을 갖게 된다.

작업소재는 바람직하게는 의학적 이식구장치이다.

표면형태의 다양성은 본 발명의 방법에 의하여 생겨질 수 있다. 얻을 수 있는 표면형태의 배열은 실 모양 단위 하위구조로부터 추출되는 것으로 가장 잘 묘사된다. 에칭변수의 주어진 일련의 조건으로서 실모양 요소 또는 하부구조의 특징적인 패턴을 구성하는 형태가 관찰된다. 실모양요소 또는 하부구조는 단일적으로 기질표면위에 집단화되는 데 그 특징적인 문양을 예를 들면 엷은판, 예를 들면 주름잡힌 울타리, 또는 봉우리 같은 것 또는 예를 들면 산호 또는 스폰지 같은 모양을 갖게 된다.

실 모양 하부구조는 덩어리져서 나타나며 서로 융합하여 준 규칙적인 형태적 어셈블리를 이루는 데 이것은 물품표면에 깊게 에칭된 지역 또는 간격사이에 산재되어 있다.

주어진 표면형태는 실 모양 하부구조의 규모에 따라서 기술될 수가 있는 데, 실 모양 융합의 정도와 성질 그리고 형태적인 어셈블리내에 덩어리짐 그리고 깊게 에칭된 간격의 크기와 넓이로 묘사될 수 있다.

본 발명에 의하여 생성될 수 있는 전형적인 표면 형태의 다양성은 아래 기술하였으며 그 그림은 도 2에서부터 도 16에 걸쳐서 나타나고 있다.

이러한 형태적 묘사는 단지 기술하는 것뿐이며 어떠한 경우이건 간에 구조가 실질적으로 어떻게 형성된 것인지를 포함하는 것으로 간주되지는 않는다.

특히 "융합된" 또는 "융합"이라는 단어는 최초의 하위단위 실이 개별적으로 형성되었다가 그리고 나서 연속적으로 융합되었다는 것을 포함하고 있는 것은 아니다.

실 모양 구조

실 모양 구조는 도 3에 예시되어 있는 데, 이것은 본 발명의 플라스마 에칭방법에 의하여 준비된 평면티타늄플레이트의 표면의 주사전자현미경사진(SEM)이다.

이 그림에 있어서, 특별히 현저한 실 모양 같은 구조(50)는 대략 .05-0.5㎛의 직경에 대략 1-3㎛의 길이를 가진 것으로 관찰된다.

이러한 실 모양 물품표면위에 1-4/㎛²의 밀도로서 현존하고 있다. 현미경에서의 많은 실 모양은 작은 실 모양 하부단위(비록 거기에는 이것이 실제로 어떻게 만들어졌지를 대표하고 있지는 않지만)의 융합으로 구성되어진 모습을 가지고 있으며 어떤 것은 리본 같은 모양을 가지고 있는 데 이는 예를 들면 도 14에서 볼 수 있다.

융합의 정도는 표면이 더 밀집된 일련의 봉우리모양으로 나타나는 범위까지가 될 수 있는 데, 그러나 이것은 봉우리 벽위의 실 모양 모양을 가지고 있으며 도 12에서 이를 볼 수 있다. 실 모양 요소는 이식구표면의 낮은 봉우리(52)(0.1-0.9㎛)에서 나타난다.

봉우리 져진 기질표면위의 실 모양 하부구조의 조합은 의료적인 이식구의 뼈통합을 위해 바람직하다고 여겨져 온 큰 그리고 미세한 표면거침의 조합을 제공하여 주고 있다.

융합된 모양

본 발명에 따른 에칭에 뒤이어 관찰되는 많은 표면 모양은 광범위하게 융합된 실 모양의 덩어리로서 나타난다.

도 4는 에칭된 봉합이식의 꼬리로부터 얻은 것으로 예를 들면 스큐류우에서 얻어진 것이다. 에칭은 비전원전극위에 안치된 그 머리가 비전원전극위에 놓여진 그 헤드샘플로서 실시예1과 2에서 묘사된 바와 같이 실시되었다.

실모양 하부구조는 명백하게 볼 수 있다. 이 샘플에 있어서, 실 모양(60)은 대략 2-5/㎛²의 밀도에 있으며 외관상 더욱 리본과 같은 형상이 되는 경향이 있다. 더 큰 구조(61)는 기초(62)에서 위로부터 길이로 대략 - 1㎛정도 돌출된 자유끝(64)과 융합된 리본같은 실 모양(60)으로 나타나 있다.

도 5는 덩어리진 실모양(70)(2-4㎛의 길이, 4-10/㎛²)이 그들의 전 길이를 통해서 오직 기질표면으로부터의 말단에 돌출된 범프(72) 또는 쇼트팁과 융합된 것을 보여주고 있다.

도 5에서 실모양의 하부구조는 때때로 기초에 가까운 기질표면의 가까운 지역에서 비융합되고 있지만 그러나 구조(76)와 같은 구멍이나 군형을 이루는 팁에서나 또는 말단지역에서는 융합된 것을 보여주고 있다.

궁형

도 8과 관련하여 궁형형태는 구멍이나 움푹한 곳(80)으로서 명백해지는 데 이것은 말초적으로 융합된 실 모양 하부구조로 정의되는 데 이것은 구멍이나 움푹 패인 곳에서 특별히 현저하거나 비융합된 실 모양 하부구조가 있는 중앙의 장소를 가진 말단적으로 융합된 실모양의 하부구조로 특징지워지는 표면조립체에서 발생한다.

구멍은 1㎛에서 바람직하게는 0.5㎛까지 범위에 있으며 보다 바람직하게는 0.05에서 .5㎛까지의 범위이다. 궁형은 지배적인 형태적 모양이거나 그것은 자주 일어나게 된다.

궁형은 예를 들면 82에서와 같이 양 사이드가 벌려지게 될 것이거나 그렇치 않으면 예를 들어 84와 같이 움푹들어간 것 같은 표면 모양을 형성하기 위하여 한쪽의 사이드가 닫혀진다.

궁형은 처리된 항목의 살아있는 조직과의 상호작용을 촉진시키기 위한 최적의 구조로서 믿어지게 될 것이며 그래서 본 발명에 물품에서 바람직한 표면모양이 될 것이다.

도 6은 흩트려진 궁형 형태(궁형밀도= .005-.06 궁형/㎛²)를 대표하고 있으며 반면에 도 2는 밀집된 형태로 궁형된 것의 미세사진으로서 바람직한 구체적실시예이다(궁형밀도= .01-10 궁형/㎛²),

덩어리짐.

물품의 표면모양은 나아가 융합된 실 모양 요소의 “덩어리짐패턴”의 기능으로서 묘사된다.

특히 실모양의 요소는 덩어리질 수 있으며 또는 예를들면 선형으로 배열되어 도 7에서와 같이 엷은 층과 같은 표면형태(90)를 생기게 한다. 이러한 모양에 있어서의 표면은 겹쳐진 깊게 에칭된 갭(96) (0.25-2.0㎛깊이)을 가진 융합된 실 모양(94)의 줄(92)로서 특징 지워진다. 다른 경우에 있어서, 덩어리진 실 모양(100)은 잎사귀형으로 나타나며 그리고 매우 넓은 (1-4㎛)의 깊게 에칭된 간격(102)으로 불규칙하게 분리되어 있다(도 8 참조).

깊게 에칭된 간격들.

어떤 형태들에서는 깊게 에칭된 간격이 봉우리사이나 혹은 덩어리진 실 모양 형태를 가진 줄 사이에 위치하고 있다. 일반적으로 이러한 간격은 실 모양 봉우리의 기초에 기초에 까지 밑으로 연장되어 있으며 에칭과정의 깊이의 최고의 범위를 나타내어준다. 깊은 에칭된 간격의 생산을 달성케 해주는 변수는 즉; 긴 에칭시간, 높은 RF 전원 그리고 표면구조이다.

깊이.

실 모양 표면형태는 1에서 15㎛의 깊이(바깥구석에서부터 에칭되지 아니한 견고한 티타늄기초까지 측정된 것으로) 준비될 수 있다. 위에서 설명한 바의 여러 가지의 형태적 모양은 사용된 특정에칭변수에 따른 다양한 밀도에서 존재하게 된다.

호스트에서의 주변뼈와 결합시키도록 생물학적장치를 고정시키기 위해서는 아래 기재한 표면변수들이 특히 유용한 것으로 발견할 수가 있었다.

선 모양 하위구조

선 길이: 2-3㎛

선 직경: 0.1-0.5㎛

선 밀도 : 1-40㎛²

선 궁형밀도: .01-10 궁형/㎛²

선 덩어리 : 특별하게 덩어리짐이 없는 균등성

깊게 에칭된 간격 : 아무런 지배적인 패턴이 없는 1-2㎛

에칭에 이어서 표면은 더 표면 형태를 바꾸도록 후 처리된다. 에칭 가공 후처리는 산, 열, 침식, 두 번째의 플라스마 에칭 또는 입자, 액체, 고체 또는 젤과의 코팅을 포함하지만 이것들에게 꼭 한정되지는 않는다. 특별히 유용한 에칭 후가공은 칼슘인산(calcium phosphate)표면으로 작업소재를 코팅하는 것이다.

칼슘인산은 현존하는 하나 또는 그 이상의 칼슘인산을 갖는 무정형 또는 결정구조에 적용되어질 수 있다. 본 발명의 물품은 바람직하게는 의학적 이식이다.

뼈와 접촉하고 그리고 본 발명에 의해 제공된 뼈통합을 향상시키기 위한 의학적 장치 이식 요소는 니-티비알(knee-tibial), 힙-페모랄(hip-femoral), 니-페모랄(knee-femoral), 힙-엑서타뷸라(hip-acetabular), 니-파테랄(knee-patellar)와 같은 연결 치완 성분을 개선시키는 장점을 제공하게 된다.

트로마장치의 고정을 위한 스큐류우, 오소패딕(orthopedic) 이식구의 고정을 위한 스큐류우 그리고 패디클(pedicle) 스큐류우와 같은 치아와 오소패딕(orthopedic) 스큐류우는 모두 현재의 발명에 의하여 아주 이점을 가지게 처리 될 수 있을 것이다. 다른 오소패딕(orthopedic) 고정구는 스피널 인터바디 퓨전과 Kirshner선을 위한 케이지(cage) 포함하고 있다.

본발명의 거친 표면을 구비하고 있는 의학적 이식장치는 PMMA 또는 히드록시아파타이트(hydroxyapatite) 뼈 시멘트와 같은 오소패딕(orthopedic) 시멘트의 사용을 통해서 이식장소에 고정될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 시멘트는 완전히 재흡수가능하게되며 또는 환자 자신의 뼈로서 대체될 수 있다. 바람직한 그러한 시멘트는 Lee 등이 출원인인 공개된 PCT 출원 제 PCT/US96/07273호에 잘 묘사되어 있다.

보다 나은 가스혼합체의 비율, 가스압력, 플라스마전원 그리고 처리시간에 대한 통제에 의하여 교차 결합된 다공성을 가진 표면이 생산될 수 있다. 이러한 그리고 다른 처리변수는 비규칙적인 스퍼터링과 그리고 비규칙적인 표면의 에칭비율을 달성하기 위하여 미리 정해진 값으로 조정될 수 있다.

에칭과 스퍼터링율은 입자경계선, 불순물, 순간적인 이온에너지, 중성요소 밀도, 가스압력과 같은 변수들의 복수의 기능이다. 그러나 이것에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 다공의 표면을 형성하기 위한 선택적인 에칭비율을 달성하기 위하여 (순간적인 이온에너지, 가스압력, 전원인입 등을 변경함에 의하여) 에칭비율을 조절하는 것이 가능하다는 것을 인식하였다. 에칭비율이 너무 높거나 너무 낮으면 다공의 표면이 형성되지 않는다. 예를 들어 낮은 가스압력에서는 이온에너지는 높으며, 스퍼터링된 분자의 중성요소와의 충돌은 매우 드물게 일어나게 된다. 이러한 것은 더 높은 에칭비율의 결과를 낳는다. 역으로 높은 가스압력에서는 충돌은 스퍼터링된 원자의 중대한 재위치의 결과를 가져오면서 더욱 자주 일어나게 된다. 그러므로 에칭비율은 낮고 표면은 부드럽게 된다. 선택적인 에칭 비율은 이 두개의 극 사이에 위치한다.

에칭비율과 표면에칭프로파일비율은 또한 활성요소의 응집의 기능인데 예를 들면 플라스마에서 Cl와 F 가 그것이다. 플라스마 가스 구성은 특히 반응가스 스퍼터링가스에 대한 반응가스비율은 그리고 플라스마전원은 이러한 활성요소의 응집을 결정한다. 반응이온 플라스마전원 소스(source)의 통상적인 작동주파수는 대략 13.56 MHz에서의 RF전원이다(산업적인 용도에 사용되는 주파수), 그러나 낮은(100-300 KHz) 그리고 높은(마이크로파 -2.45 GHz)주파수는 또는 플라스마전원 소스로도 사용될 수 있다. RF 플라스마는 낮은 가스압력에서 플라스마를 발생시키는 데 더욱 효과적인데 , 이것은 더욱 높은 외장전압(sheath voltages)을 주며 그러므로 높은 폭발에너지(bombardment energies)를 주게된다.

고 에너지 폭발은 특히 금속산화물과 같은 표면을 절연시키는 데 유용하다.

아래에서 기술되는 과정에 한정하지 아니하고 신규의 스폰지와 같은 본발명의 다공표면구조(도 2에서 도시함)는 작업소재표면의 비규칙적인 스퍼터링 그리고 에칭비율로부터 결과된다고 믿어지고 있다. 이것은 반응 플라스마 에칭동안 발생하는 아래의 과정중 하나 또는 그 이상의 것에 의하여 달성된다.

(a) 작업소재표면위에 스퍼터링된 또는 에칭된 물질의 재침적

(b) 비규칙적 에칭비율로 결과되어지는 작업 소재에서 알루미늄과 바나듐과 같은 합금된 요소와 티타늄의 에칭비율을 달리하는 것

(c) 작업소재 표면에 마스킹효과를 야기하는 배킹 플레이트 원자(backing plate atoms(전형적으로 Al))의 백스퍼터링(backsputtering)

(d) masking효과에 의해 결과되어지는 작업소재의 표면에서 선택적 산화물 형성

마스킹에 의하여 작업소재의 표면은 덮혀지거나 혹은 마스크드되며 그래서 플라즈마가스에 노출되지 아니하는 것을 뜻한다. 마스크는 게이트(gate)와 다른 회로모양을 형성하는 반도체 산업에서 쓰여지고 있다. 마스크는 표면 제거공정에 의하여 영향을 받지 않은 표면 위에 형성된 층으로서 아래의 표면을 보호하게 된다. 본 발명에 있어서 마스킹효과는 보호마스크층의 형성에 의해서가 아니라 플라즈마처리의 모양에 의하여 얻어진다. 이들 처리모양은 본 발명의 미세다공을 얻기 위하여 반응 플라즈마 에칭을 위한 미리 정해진 값으로 세팅되어 있다.

본 발명은 티타늄작업소재의 표면처리동안 통제되는 인자와 동일하다고 인정된다. 미세 다공은 구성과 반응성 플라즈마가스에 대한 선택적 통제, 플라즈마 가스압력, 플라즈마 파워, 작업소재의 구성, 그리고 홀더에 의해 얻어진다.

변수중 하나 또는 둘이상의, 그러나 반드시 모든것이 필수적이지 않은, 것이 현존하며 그리고 어떤 특별한 시스템에서는 미리정해진 값으로 세트된다.

재침전의 비율은 반응 플라즈마 가스압력에 의하여 영향을 받는다. 시스템의 압력이 증가되면서 각종 현존하는 여러 가지 요소도 따라서 올라가게 된다. 플라즈마에 존재하는 이온된 요소는 더욱 플라즈마에 존재하는 다른 입자와 충돌하려는 경향을 가지게 되며 에너지를 잃고 표면으로 떨어지게 된다. 헬륨과 질소와 같은 가스들은 충돌을 증가시키고 스퍼터링요소의 재 침전 비율을 증가시키기 위해 반응 플라즈마 가스에 부가된다(이것은 그들 시스템의 전체압력을 반영한다). 폭발 요소의 에너지와 작업소재 표면으로 이동하는 활성요소의 성향을 증가시킴으로서, 높은 외장전압(sheath voltages) 작업소재 표면에서 Ti제거율을 높일 것이다.

작업소재위의 산소의 존재는 또한 비규칙적 표면변형에 기여하게 된다. 부가하여 잔류산소와 진공실내부의 수증기는 산소를 공급한다. 표면위의 산소는 통상적으로 클로린활성요소에 의하여 에칭되지 않는 패씨베이팅(passivating) 이산화티타늄(TiO₂)의 형태로 현존한다. 패씨베이팅 층은 그밑의 티타늄표면의 반응화학적에칭을 방지하기 위하여 마스크로서 작용한다. 그러므로 클로린 활성요소와 스퍼터링가스를 가지고 있는 반응성 플라즈마가스는 비규칙적 표면에칭을 증가시킨다. 산화물을 포함하고 있는 작업소재에서의 장소는 클로린활성요소에 의하여 에칭되지 않으며 반면에 산소가 중스퍼터링가스(그리고 아래의 티타늄층은 노출된다)에 의하여 제거된 표면사이트는 티타늄할라이드를 형성하기 위하여 반응한다. 표면산소의 스퍼터링이 시간에 따라 일어나기 때문에 하단의 표면은 각각 다른 비율로 에칭된다.

작업소재로서 티타늄합금의 사용은 미세 다공의 미세구조를 마찬가지로 증가시킨다. 비규칙적에칭비율은 티타늄에 견주되는 합금된 금속의 균일하지 않은 에칭비율에 기하여 달성된다. 예를 들면 티타늄, 알루미늄, 그리고 바나듐의 합금은 균일하지 않은 다공구조에 의해 만들어진, Ti보다 빨리 에칭되는 알루미늄과 바나듐을 갖게 될 것이다.

작업소재홀더로부터 백스퍼터링은 또한 균일하지 않는 다공의 표면형성에 이바지한다. 순간적인 이온이 작업소재표면을 폭발할 때 홀더는 역시 이들 이온에 의하여 폭발된다. 이것은 홀더로 부터의 원자를 스퍼터링되게 한다. 이들 백스퍼터링된 원자는 가스 요소와 충돌하고 그리고 작업소재위에 침적된다. 만약 이들 원자가 활성요소에 의하여 쉽게 에칭되지 않는 다면 그들은 작업소재표면이 원자들 주위에서 에칭되나가는 동안 마스크로서 기능하게 될 것이다. 최종적으로 이들 마스킹원자는 폭발 이온에 의하여 튀겨나가게 되고 밑의 표면은 반응에칭에 노출된다. 이 마스킹효과는 미세수준에서 결과적으로 본 발명의 미세 다공을 촉진시키면서 비규칙적 에칭비율을 결과로서 나타낸다.

또한 의도적으로 플라즈마 에칭처리 동안에 홀더보다도 소스로부터의 마스킹요소를 도입하는 것도 본 발명의 범위 안에 해당한다. 예를 들면 두 번째 표적은 그러한 목적으로 챔버에 위치된다.

본 발명은 그러므로 이식구의 벌크속성에 아무런 영향이나 오염이 없는 비규칙적 건화학 에칭과 재침전의 과정이다. 본 발명의 최초의 이득은 거친 다공의 표면이 이식금속과 통합적이라는 것과 그리고 아무런 화학적 부산물이나 가공물도 이 방법을 사용할 경우 만들어지지 않는 다는 것이다.

바람직한 실시예에서, 표면은 모든 표면불순물을 제거하기 위하여 플라즈마 에칭전에 깨끗이 세척된다. 종래의 세척기술이 사용되는데 이를 테면 초음파세척과 그리고 초고진공세척방식이 사용된다.

티타늄은 주변에 노출되었을 때 그 표면에 이산화티타늄(TiO₂)의 얇은층을 형성한다. 클로린가스(Cl₂) 또는 기 요소 Cl은 이러한 이산화티타늄을 에칭하지 않는다. 다만 이러한 내티브옥사이드의 제거없이는 하부의 티타늄은 원하는 다공표면을 창출하기 위하여 에칭될 수 없다. 그러므로 활성 클로린(chlorine) 플라즈마요소을 사용하는 구체적 실시예에 처리는 바람직하게는 패시베이팅 TiO2층이 제거되는 예비 스퍼터링단계를 포함한다.

이러한 과정에서 최초의 스퍼터링과정은 이러한 얇은 산화층을 거의 제거하는 데 사용된다. 스퍼터링단계는 중이온을 사용하여 수행할 수 있는 데 예를 들면 단지 예로서만 드는 것이지만 BCl₃, Ar 그리고 XeF₂가 있다. 불소를 가진 티타튬산화물의 플라즈마에칭은 티타늄산화물층을 제거해 버릴 것이며 그러므로 최소의 산화물 “breakthrough"단계를 필요로 하지 않는다.

몇 가지 구체적 실시예에 거대표면거침 또는 거대 다공은 본 발명의 플라즈마 에칭 표면처리 이전에 작업소재표면위에 형성된다. 표면의 그릿(grit) 또는 샌드블라스팅(sand blasting)은 거대다공을 형성하는 데 사용될 수 있다. 그릿(grit) 또는 샌드블라스팅(sand blasting)은 일반적으로 눈에 보이는 거친표면을 만드는 데 사용되는 방법이다. 부드러운 표면은 물리적으로 표면의 일부를 파내는 고속도의 그릿(grit) 또는 샌드(sand)의 흐름에 노출된다. 이것은 오직 거대다공을 형성할 수 있을 뿐이며 그 효과는 충돌하는 모래나 자갈의 입자크기에 의해 제한을 받게 되기 때문이다. 거대다공은 통상적으로 10 또는 20 마이크론 또는 그 이상의 종류의 표면모양으로서 정의된다. 그것은 그러나 적당한 표면을 제공해주며 그위에 본 발명의 표면처리를 포함한 미세다공을 형성하게 된다.

또다른 구체적 실시예에 있어서, 후속의 에칭처리가 이루어지는 데, 이는 금속이식구와의 생물학적조화성을 진보시키게 된다. 예를 들면 처리된 티타늄작업소재위 다공이 형성된 표면은 표면에서의 생물학적활동력을 높이기 위하여 히드록인회석으로서 코팅된다.

히드록인회석코팅재는 대략 100 옹스트롬(Angstrom)에서 대략 1㎛사이의 두께범위에 있게 된다. 그 두께는 미세다공을 형성하기 위하여 선택되었다. 코팅의 적당한 방법은 표면위에 히드록인회석의 RF 스퍼터링이나 혹은 이온빔 스퍼터링이 될 수 있다. 흥미있는 독자는 이에 대해 좀 더 자세한 정보로 미국 특허 제 5,543,019호에 주의하여 볼 수 있다.

여기에서 설명한 표면을 가진 의학적 이식구는 이상적으로 자연뼈의 내부성장에 맞게 된다. 우수한 뼈 이식구에로의 내부성장은 개에서 실험되었다. 본 발명에 따라 처리된 티타늄 스큐류우는 턱이빨소켓에 이식되었으며 그리고 뼈 내부성장은 내부성장뼈와 스큐류의 표면접촉비율을 백분율로 표시하면서 계속 모니터 되었다.

도 4는 실험실에서 6개월 후에 표면처리된 이식구의 백분율 뼈접합을 설명하는 막대 그래프이다. 스파이크로 특징 지워지는 표면거침을 가진 비교이식구는 오직 38%의 뼈접촉을 보여주는 데 대하여 본 발명에 의한 교차의 다공표면을 가진 이식구는 각각 HA코닝을 가진 또는 갖지 아니한 각각 55%의 뼈접촉과 54%의 뼈 접촉을 보여주고 있는 데 자세한 것을 실시예4에서 참조할 수 있다.

본 발명을 티타늄이 아닌 다른 금속으로 구성된 물품으로 확장 시킬 수 있음을 쉽게 확인할 수 있다.

비티타늄물품에 대한 다공표면을 얻기 위하여 반응에칭을 할 수 있는 활성요소가 선택되었고 그리고 스퍼터링가스와 조합하여 사용되었다. 플라즈마 조건은 다공표면을 형성하기 위하여 선택적인 에칭비율을 얻기 위하여 선택되었다.

본 발명의 표면은 뼈이식분야이외에 다른 분야에서도 사용할 수 있는 것으로 사려된다. 예를들면 표면과 같은 것을 가늠하게 하는 고 표면적/낮은 질량비는 아마도 열 또는 전자방사열과 같은 표면/순간적인 방사 상호작용을 필요로하는 적용에 유용하다. 그것들은 특히 트랜듀서(transducers)로서 유용하다.

본 발명은 아래의 실시 예들을 참조하면 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것인데, 이러한 실시 예들은 단지 예시의 목적으로만 현존하는 것이며 본 발명을 여기에 한정하려고 의도하는 것은 아니다. 나아가 본 발명의 진정할 실체와 범위는 권리 항에서 설명될 것이다.

실시예1

이 것은 평면의 상업적으로 순수한(CP) 티타늄표면을 변형하는 것을 보여주기 위한 실시예이다.

도 17은 가공전의 상업적으로 순수한 티타늄표면의 미세사진으로서 작업소재의 부드러운 모양을 보여주고 있다. 기계적 흔적들이 표면에 자명하게 드러나 있지만, 그외에는 부드럽고 다공이 없는 상태로 유지되어 있다. 이식구는 진공 챔버에 위치되기 전까지 완전히 세척된 상태가 된다. 이식구는 증류수로 깨끗이 헹궈지고, 트리클로로에탄(trichloroethane)에서 초음파적으로 세척되고 톨루엔, 아세톤, 에탄올로 연속적으로 헹궈진다. 그런데 전통적인 고진공세척방법도 사용될 수 있음은 물론이다.

세척후에 이식구는 챔버내 전극홀더위에 놓여진다. 챔버는 닫혀지고 대략 5 x 10^-5torr 의 진공상태를 보여주기 위하여 펌프된다.

챔버는 그런 다음 오염이나 잔류물의 자국을 제거하기 위하여 5분간 산소플라즈마(O₂압력, 200 millitorr; RF 전원, 150W)로 세척된다.

반응이온에칭의 과정은 두단계로 진행되는 데 (a) 산화물돌파("breakthrough")단계와 그리고 (b) 반응이온에칭단계이다. Cl₂와 BCL₃의 반응혼합체가 반응가스로서 신규의 가스 He와 같이 사용되었다.

(a) 산화물돌파

BCL₃(20 sccm) 그리고 Cl₂(10 sccm) 그리고 헬륨(30 sccm)의 혼합체는 챔버에 도입되었고 챔버 안의 압력은 50 밀리토르에서 유지된다(sccm=standard centimeter cube per minute). RF 전원소스는 전압모드에서 동작된다. 전원은 켜지고 플라즈마와 이식작업소재를 가로지르는 외장전압(sheath voltages)은 300V에서 유지된다. 전원은 200 W 처리시간은 단지 30초이다.

(b) 반응에칭

반응혼합체비율은 BCL₃(15sccm), 와 Cl₂(20 sccm)로 바뀌고, 헬륨(He)은 그대로 30 sccm에서 남아 있는다. 압력은 40 millitorr로 감소된다. RF 전원소스는 이제는 파워모드에서 작동된다.

전원은 켜지고 100W에서 유지된다. 외장전압(sheath voltages)은 250V이다. 처리시간은 1시간이다.

에칭이 완료된 후 전원은 꺼지고 챔버는 그 반응가스을 배출시켜서 5 x 10^-5torr의 압력으로 한다. 그런다음 산소(O₂)가 챔버(30 sccm)로 도입되고 챔버안의 압력은 200 millitorr로 맞혀진다.

RF 전원은 켜져서 150 W가 되고 그리고 세척처리시간은 15분이다.

이것은 이식구작업소재의 표면위에 어떠한 잔류 히드로 탄소오염도 제거시킨다. 티타늄작업소재는 그런다음 꺼내서 초음파적으로 세척된다.

도 2는 처리후의 티타늄표면의 미세사진이다. 표면은 다공이 많게 되었으며 표면처리후 평평하지 않게 되었고 스폰지 같은 그리고 산호같은 모양을 띄게 되었다. 미세다공은 직경이 대략 1.0에서 2마이크론 이며 2에서 3마이크론으로 깊이가 파여져 있다. 그러한 거친 그리고 미세다공이 많은 표면은 그런다음 표면에서의 생물학적활동이 크게 높아지도록 극히 얇거나 혹은 두꺼운 HA 코팅재로 거의 코팅된다.

실시예 2

이것은 Ti 합금표면을 변형시키는 것을 보여주는 실시예이다. 바나디움과 알루미늄(Ti-6Al-4V)과의 티타늄 합금으로 만들어진 작업소재는 그것이 진공실내부에 위치되기 전까지 완전히 세척된다. 그 이식구는 증류수로 세척되고 초음파적으로 트리클로로에탄에서 세척되며 그리고 톨루엔, 아세톤, 그리고 에탄올로 연속적으로 헹궈진다.

세척후, 이식구는 챔버 내부의 전극홀더위에 놓여진다. 챔버는 어떤 잔류물과 오염물질의 자국도 없애기 위하여 산소플라즈마(O₂압력, 200 millitorr, RF 전원, 150W)로 세척된다.

반응이온에칭의 과정은 두가지 단계로 진행된다 즉 (a) 산화물돌파단계와 그리고 (b) 실시예 1에서 기술된 바와 같은 반응이온에칭단계이다.

Cl₂그리고 BCl₃의 반응혼합체는 반응가스로서의 신규가스인 He과 함께 사용될 수 있다. 티타늄작업소재에서의 합금된 알류미늄과 바나디움은 교차구멍을 구비한 미세다공표면을 얻기 위하여 표면의 비규칙적 에칭비율을 증가시킨다.

실시예 3

이 실시예는 히드로 인회석코팅된 작업 소재의 준비를 보여주고 있다.

작업소재는 실시예 1 또는 2에서 묘사된 바와 같이 표면 처리되었다. 미세다공표면은 그런다음 미국 특허 제 5,543,019호에서 기술된 바와 같은 얇은 히드로인회석으로 코팅된다. 결과로서 나타나는 항목은 티타늄표면의 다공들을 감소시키지 않을 만큼 충분히 얇은 히드로인회석코팅을 가지고 있다.

실시예 4.

이 실시예는 본발명의 표면에 뼈내부성장을 보여주고 있다.

이 연구의 목적은 의학적이식구의 시험표면이 개에 있어서 생뼈티슈에 충분히 통합되는 비율을 결정하기 위한 것인데 개가 선택된 것은 그것이 역사적으로 이빨 또는 정형외과적연구에 오랫동안 쓰여져 왔기 때문이다. 24마리의 동물이 사용되었는 데 즉 각각 1년생인 3마리의 수캐의 4개 단위 그리고 3마리의 암개의 4개 단위가 사용되었다.

단계 1

하악골 작은 어금니(PM1-PM4)의 양쪽과 최초어금니(M1)의 발치가 수행되었다. 그 과정은 완전한 마취 하에서 그리고 무균외관 조건하에서 실시되었다. 발치에 앞서서 턱 그리고 하악골의 본은 커스텀 트레이와 폴리비닐실로타네의 도움으로 만들어졌다.(Express, #M, Minneapolis-St.Paul)

동물은 악세프로마진(Acepromazine)(1.0 mg/kg i.m.) 과 소디움 페나바비탈(sodium penabarbital(25mg/kg i.m.)로서 마취된다. 동물의 vital sign은 전과정을 통해서 체크되었다. 그런다음 동물을 발바닥에다가 압력을 가하고 그 반응을 측정하는 방법으로 적당한 마취정도를 테스트 받는다.

적당한 마취를 한 후에, 완전히 두꺼운 mucoperiosteal 피부조직판은 #15 견갑골 날과 골작 엘리베이터(periosteal elevator)의 사용으로 아래턱 소구치 근처까지 부어오른다. 치아는 관주를 갖춘 고속 핸드피스의 피슈어(fissure) 공구(burr)를 사용하는 그들의 분기를 통해 분할된다. 분할된 PM1-PM4와 M1치아는 엘리베이터와 핀셋을 사용하여 추출된다. GTAM(Guided Tissue Augmentation Membranes)은 단일 4-0 고어텍스(Gortex) 봉합으로 닫혀진 피부조직판에 의한 상기 추출된 자리로 연이어서 대체된다.(W.L. Gore, Flagstaff, AZ). 비실린(bicilline)(600,000 u,i.m.)은 이부프로펜(Ibuprofen)(400 ㎎/day)

오염과 고통 조절을 위해 수술 후에 각 개에게 비실린(bicilline)(600,000 u,i.m.)은 6일까지 매 48시간마다 그리고 이부프로펜(Ibuprofen)(400 ㎎/day)은 4일까지 투여한다.

회복되는 동안 각 개는 깨어날때까지 회복실에서 모니터된다. 최고조의 치조(alveolar bone) 치료를 얻기 위해 추출 치료기간 후 3개월이 필요하다. 그 동물들은 상기 과정으로 나타난 이빨 손상 때문에 부드러운 식이요법을 지속적으로 유지했다.

단계 2

3마리 개에 대한 각각의 연구집단에 있어서 , 하나의 개에게는 비교적 거친 표면의 티타늄스큐류우 이식구가 주어졌으며, 다른 한마리 개에게는 본 발명의 다공 표면을 가진 티타늄스큐류우 이식구가 주어졌으며 또다른 한마리의 개에게는 본 발명의 다공표면위에 얇은 HA 코팅재를 가진 티타늄 스큐류우 이식구가 주어졌다.

8mm 길이 그리고 3.3 mm직경의 속빈 스큐류우 이식구 (Institute Straumann, AG, Waldenburg Switzeland)는 본 발명의 티타늄 플라즈마 표면처리가 되었다. 칼슘 포스페이트 코팅재는 부가적으로 이러한 이식구의 절반에만 적용되었다.

다음 발치후 3개월 후에 외과적 이식 수술이 실시되었다. 이식침대의 준비에는 중성 조건하에서 외상치료의 외과 테크닉이 사용되었다.. 마취 조항들은 단계 1에서 기술된 것과 같다. 적당한 마취를 얻게 되면 완전히 두꺼운 mucoperiosteal 피부조직판이 치료된 아래턱 발치부위 위로 부어오르고 GTAM이 제거될 것이다.

이식 수술 준비동안, drilling 절차가 400rpm에서 600rpm사이를 오가며 시행되었고 H₂O(물)을 사용한 지속적 냉각이 시행되었다. 양쪽 아래턱에는 8mm 정도 크기의 5개의 이식 수술을 시행할 위치가 준비되었다. 직경 1.4 그리고 2.3mm의 둥근 절삭기에 의해서 치조돌기의 피질 뼈 표면의 투입이 시행되었다.

8mm 이식구는 약한 치조 신경과 혈관을 침해하지않고 우선적인 안전성을 위하여 선택되었다. 직경 3.3mm의 드릴은 부차적으로 최종적 수술 차원에서 사용되었다.

단계 3

연구를 위해서 매 달마다 x-ray 촬영이 행해졌다. 6 달이 지난 후에 그동물들은 희생되었고 시술 부위들은 제거되어 조직학적 검사를 받았다. 도 18은 6개월 후 이식구와 뼈 결합의 정도를 보여주는 도면이다. 본 발명의 상호연결 다공들을 가지고 있는 스크류우들은 비교적 거친 표면에 비해 확실히 더 큰 뼈의 내적성장을 보여준다. 히드록시아파타이트(Hydroxyapatite) 코팅이 되었던, 되지 않았던지에는 상관없이 스크류들 사이에는 거의 차이점이 없었다.

실시예 5

이 예는 실례1에 설명된 대로 사용된 의학적 이식 장치의 사용에 대해 설명하고 있다.

뼈 내부를 채우기 위한 석고가 준비되었다.

상호대칭적 발치와 거친 표면 티타늄 스크류우 이식구들이 실시례 4에 따라 준비되었다.

발치된 자리에는 석고가 채워졌고 이식구가 석고가 굳기 전에 석고 내부로 삽입되었다.

그 이식구는 의치가 끼어 넣어진 스크류우에 접착되는 3개월 동안 치료를 위해 쓰여진다.

실시예 6-12

일련의 티타늄 이식장치들은 실시예 1에 설정된 절차와 아래 표 1에 나타난 조건들을 사용하는 과정에 따라 플라즈마 에칭에 영향을 받는다. 스크류우들은 위쪽으로 뻗은 꼬리를 가지고 플라즈마 집단을 향해 올라가거나 플라즈마 집단 속으로 수평으로 들어간다. 그 결과로 나타난 표면 형태와 장비들이 도 3-12에 나타난다.

실시예 6-12를 위한 매개변수별 표면처리

예번호	과정	지속 시간(분)	BCl₃ _(sccm)	Cl₂ _(sccm)	He/O₂ _(sccm)	R.F전력(W)	전압(V)	압력(mTorr)	샘플 위치	도면:
6	breakthroughetchclean	0:3075:0015:00	20150	15250	303030	100150	300300300	5040200	수직	도 9도 11
7	breakthroughetchclean	0:4560:0015:00	20150	15250	303030	100150	300300300	6080200	수직	도 8
8	breakthroughetchclean	0:3060:0015:00	20100	15250	303030	100150	300300300	5050200	수직	도 16
9	breakthroughetchclean	0:3075:0015:00	20150	15250	303030	225100150	30017575	5040200	수직	도 13도 15
10	breakthroughetchclean	0:3075:0015:00	20100	15250	303030	250100150	300300300	5040200	수직	도 5도 10도 14
11	breakthroughetchclean	0:3060:0015:00	20100	15250	303030	200125150	300275150	5040200	수직	도 4
12	breakthroughetchclean	0:3075:0015:00	20150	15250	303030	18075150	300170175	5040200	기체 내의 수평	도 7

이 실험들은 바람직한 표면 형태를 대상물들에 제공하기위한 본 발명의 방법을 사용함으로써 매우 다양한 표면 형태를 얻을 수있다는 것을 보여준다. 본 발명의 다른 형성물질들은 여기에 나타난 본 발명의 실험과 분류에 대한 고려로부터 나온 수술에 사용된 기술들에 대해서 투명성을 띤다. 그 분류와 실시 예는 다음의 권리들에 의해 나타나는 실제 영역과 본 발명의 정신을 지닌 유일한 사례로 고려되었다.

Claims

금속성 기질, 약 1에서 15 마이크로미터 길이의 금속성 실 모양의 요소들로 이루어진 표면, 금속성 기질과 일단이 결합하고 그 기질로부터 충분히 바깥쪽으로 확장되는 실 모양 요소들로 구성된 물품.
제 1 항에 있어서, 상기 실 모양 요소들이 용융된 상태로 특징지어지는 것을 특징으로 하는 물품.
제 1 항에 있어서, 상기 실 모양 요소들이 기질에서부터 나온 한 말단에서 용융된 상태로 궁형태를 이룸으로써 특징지어지는 것을 특징으로 하는 물품.
제 1 항에 있어서, 상기 물품이 티타튬으로 이루어진 것을 특징으로 하는 물품.
제 1 항에 있어서, 상기 물품이 의학적 이식 장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 물품.
제 1 항에 있어서, 상기 실 모양 요소들은 대략 1-40 실 모양 요소/㎛²의 밀도를 갖는 기질에 위치한 것을 특징으로 하는 물품.
제 3 항에 있어서, 상기 궁형의 실 모양 요소들은 대략 0.01-10 궁형/㎛²의 궁형 밀도를 갖는 기질에 위치한 것을 특징으로 하는 물품.
제 2 항에 있어서, 상기 실 모양의 요소들은 벽이나 쐐기 모습을 갖도록 기질에 위치하고 정렬되는 것을 특징으로 하는 물품
제 8 항에 있어서, 상기 벽이나 쐐기는 대략 0.5㎛에서 2㎛정도의 거리를 두고 주변의 벽이나 쐐기로부터 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 물품.
제 1 항에 있어서, 상기 물품은 티타늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 물품.
제 1 항에 있어서, 상기 티타늄 합금은 알루미늄과 바나디윰으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 요소로 이루어진 것을 특징으로 하는 물품.
제 1 항에 있어서, 상기 실 모양 요소들은 외형상 산호모양 또는 스펀지 모양으로 된 것을 특징으로 하는 물품.
티타늄으로 이루어지고 도 2에 보여지는 표면을 가진 물품.
약 6개월 동안 개의 치조 socket에 투입되었을 때, 그 socket과 38% 이상의 결합률을 보이는, 상호 연결 구멍에 의해 특징지어진 다공성 표면을 가진 의학 이식구.
약 6개월 동안 개의 치조 socket에 투입되었을 때, 그 socket과 50% 이상의 결합률을 보이는, 상호 연결 구멍에 의해 특징지어진 다공성 표면을 가진 의학 이식구.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 물품이 티타늄과 티타튬 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 의학 이식구.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 티타늄 합금은 알루미늄과 바나디윰으로 구성된 그룹으로부터 선택된 요소로 이루어진 것을 특징으로 하는 의학 이식구.
약 6개월 동안 개의 치조 socket에 투입되었을 때, 그 socket과 50% 이상의 결합률을 보이는, 상호 연결 구멍에 의해 특징지어진 다공성 표면을 가진 의학 이식구를 뼈 이식 장소에 주입하는 단계, 뼈통합성장을 위한 충분한 시간과 조건하에서 유지시키는 단계로 이루어진 실험 소재를 처리하는 방법.
활성에칭요소와 스퍼터링이온으로 이루어진 반응성 플라즈마 가스로 이루어진 플라즈마를 제공하는 단계와, (여기에 나타난 플라즈마 조건들은 티타늄 표면을 수정하고 표면 구멍을 형성하기 위하여 미리 결정지어진다);

티타늄 표면을 플라즈마에 노출시키는 단계로 이루어진 티타늄 표면 처리 방법.
활성에칭요소와 스퍼터링이온으로 이루어진 반응성 플라즈마 가스로 이루어진 플라즈마를 제공하는 단계와, (상기 플라즈마는 티타늄 표면에 비균일하게 에칭하고 스퍼터링하는 데 효과적이다);

티타늄 표면을 플라즈마에 노출시키는 단계로 이루어진 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 활성에칭요소들이 염소 또는 불소 활성요소로 이루어진 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 활성 염소 또는 불소요소들은 염소와 불소를 포함하는 가스를 플라즈마에 주입시킴으로서 생성되는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 염소 또는 불소를 포함하는 가스가 CF₄, CL₂, BCL₃, SF₆, CHF₃, CHCL₃, XeF₂, CCL₄, Freon 11, Freon 12, Freon 13, Freon 115와 그 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되어진 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 스퍼터링 이온이 neon, argon, Krypton, xenon, BCl₃, SF₆, 그리고 그 혼합물로 부터 선택된 한 요소를 플라주마에 주입시킴으로서 생성되는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 플라즈마 조건들이 티타늄 표면에 스퍼터된 요소를 침전시는데 효과적인 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 플라즈마 조건들이 티타늄 표면이 플라즈마에 노출된 동안 그 표면에 흡수된 산소를 스퍼터 오프(sputter off)하는데 효과적인 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 반응성 플라즈마 가스에 티타늄 표면이 노출된 동안 그 표면에 침전되는 마스킹요소로 이루어진 스퍼터링 타켓을 플라즈마 안으로 주입하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 반응성 플라즈마 가스가 헬륨, 니트로젠, 산소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 가스를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 티타늄 표면이 상업적으로 순수한 티타늄과 티타늄 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 29 항에 있어서, 상기 플라즈마가 합금 요소들을 티타늄보다 빨리 반응성 에칭시키는데 효과적인 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 플라즈마가 RF 플라즈마로 이루어진 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 플라즈마 소스(source)가 약 100KHz에서 2.45GHz 범위대에서 작동하는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 작업소재의 표면처리에 앞서서 안정된 산소층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,

티타늄 표면을 플라즈마에 노출시키기에 앞서 티타늄 표면을 그릿(grit) 또는 샌드블라스팅(sand blasting)하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 처리된 티타늄 표면이 큰 다공성인 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 티타늄 표면을 플라즈마에 노출시키기 전에 산소 플라즈마로 그 표면을 크리닝(cleaning)하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 처리된 작업소재의 표면에 히드록시아파타이트(hydroxyapatite) 코팅을 적용하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서, 상기 챔버(chamber)가 약 5에서 100 milli torr 범위의 압력에서 유지되는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 처리 방법.
활성에칭요소와 스퍼터링가스로 이루어진 반응성 플라즈마 가스로 이루어진 플라즈마를 제공하는 단계와, (상기 플라즈마는 금속 표면에 비균일하게 에칭하고 스퍼터링하는 데 효과적이다);

금속 표면을 플라즈마에 노출시키는 단계로 이루어진 금속적 표면을 처리하는 방법,
제 39 항에 있어서, 상기 플라즈마 조건들이 질량비에 대해 고 표면적을 갖는 표면을 제공하는 데 효과적인 것을 특징으로 하는 금속적 표면을 처리하는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 실 모양 요소들이 기질 표면에 가까운 곳에서는 용용되고, 그 말단은 뚜렷이 구별되는 것을 특징으로 하는 물품.
제 41 항에 있어서, 상기 실 모양 요소들이 스폰지 또는 팬(fan)의 모양으로 특징지어지는 것을 특징으로 하는 물품.