KR20010018331A - 알칼리 처리에 의한 생체용 임플란트의 생체활성 부여 - Google Patents

알칼리 처리에 의한 생체용 임플란트의 생체활성 부여 Download PDF

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Abstract

내식성 및 인성이 있는 금속재료 특히, 티타늄을 이용한 이식재료가 널리 쓰이고 있으나, 금속재료와 생체와의 표면에서의 반응이 비활성으로 표면에 생체활성을 부여하기 위해 세라믹 코팅을 시도하고 있다. 지금까지의 응용범위는 하이드록시 아파타이트나 생체활성 유리 등을 타타늄 표면에 플라즈마 스프레이(plasma spray)법, 스퍼터링(sputtering)법, 이온주입(ion implantation)법 등이 시도되고 있다. 플라즈마 스프레이 방법은 증착하려는 물질(하이드록시 아파타이트 등)을 순간적으로 10,000℃ 이상으로 가열하여 부분적으로 용융된 입자가 금속에 증착되기 때문에 결과적으로 하이드록시 아파타이트의 성분과 결정성의 제어가 어렵고, 금속기지에 증착된 재료가 오랜기간 후 체내에서 불안정하다. 또한 스퍼터링이나 이온주입법 등은 고가의 장비를 논하지 않아도, 복잡한 형상이나 요철부분에 증착층을 일정하게 피복시키기가 어렵다는 문제점을 안고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 극복하기 위해 고인성을 갖는 티타늄 및 티타늄 합금에 생체활성을 부여할 목적으로 티타늄에 알칼리 처리를 수행하여 그 표면에 알칼리 티탄산염을 형성시킨 후, 체액과 유사한 유사체액에 침적하여 최종적으로 아파타이트를 표면에 형성시켜 생체와의 반응을 활성으로하여 수술 후의 회복기간의 단축과 아울러, 본과 임플란트사이에 견고한 결합을 유도하려는 기술이다.
표면에 알칼리 티탄산염(alkali titanate)의 형성을 목적으로 1.0M∼10.0M의 NaOH 및 KOH를 제조하여 40∼80℃의 온도로 항온조에서 12∼24시간 동안 침지한 후, 티티늄과 증착층의 결합을 견고하게 하기 위하여 5∼10℃/min의 승온속도로 500∼600℃의 온도에서 1∼2시간 유지 후 노냉시켜, 유사체액에 7∼30일간 침지하여 표면에 활성을 부여한다. 이와같이 표면이 생체활성으로 변한 임플란트는 매식초기에 골조직과의 강한 계면부 결합을 유도하여 임플란트의 성공률을 높이고, 또한 수술후의 회복기간이 단축되는 효과를 가져온다.

Description

알칼리 처리에 의한 생체용 임플란트의 생체활성 부여{Development of Bioactive Implant by Alkali Treatment}
본 발명은 생체용 이식재료(Implant)의 표면에 생체활성을 부여하는 것으로서 구체적으로는 정형외과용, 치과용 등의 이식재료에 있어서 타타늄(Titanium) 및 티타늄합금(Ti-6Al-4V)을 알칼리 처리에 의해 표면에 생체활성을 부여하는 방법에 관한 것이다.
이식재료는 생체골과 결합하여 생체내에서 인공재료 표면에 골과 유사한 성질을 갖는 층을 형성하여 수술 후 회복기간을 단축하고, 골과 치밀한 결합을 유지하여야 한다. 이미, 생체활성이 우수한 생체유리(bio-glass), 소결 하이드록시 아파타이트(sintered hydroxyapatite) 및 결정화유리(glass-ceramic)는 임상적으로 응용되고 있다. 그러나 이러한 재료는 파괴인성이 사람의 치밀골에 미치지 못하기 때문에 대퇴골(femoral bone), 경골(tibial bone) 및 치근(root) 등과 같은 높은 하중이 걸리는 부분에서는 문제가 되고 있다.
따라서 내식성 및 인성이 있는 금속재료 특히, 티타늄을 이용하여 이식재료로 쓰이고 있으나, 금속재료와 생체와의 표면에서의 반응이 비활성으로 표면에 생체활성을 부여하기 위해 세라믹 코팅을 시도하고 있다. 지금까지의 응용범위는 하이드록시아파타이트나 생체활성 유리 등을 타타늄 표면에 플라즈마 스프레이(plasma spray)법, 스퍼터링(sputtering)법, 이온주입(ion implantation)법 등이 시도되고 있다.
플라즈마 스프레이 방법은 증착하려는 물질(하이드록시 아파타이트 등)을 순간적으로 10,000℃ 이상으로 가열하여 부분적으로 용융된 입자가 금속에 증착되기 때문에 결과적으로 하이드록시 아파타이트의 성분과 결정성의 제어가 어렵고, 금속기지에 증착된 재료가 오랜기간 후 체내에서 불안정하다.또한 스퍼터링이나 이온주입법등은 고가의 장비를 논하지 않아도, 복잡한 형상이나 요철부분에 증착층을 일정하게 피복시키기가 어렵다는 문제점을 안고 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 극복하기 위해 고인성을 갖는 티타늄 금속에 생체활성을 부여하려는 목적으로 1.0M-10.0M의 NaOH 및 KOH를 제조하여 40∼80℃의 온도로 항온조에서 12∼24시간 동안 침지한 후, 티타늄과 증착층의 결합을 견고하게 하기 위하여 5∼10℃/min의 승온속도로 500∼600℃의 온도에서 1∼2시간 유지 후 노냉시켜, 유사체액에 7∼30일간 침지하여 표면에 활성을 부여한다. 이와같이 표면이 생체활성으로 변한 임플란트는 매식초기에 골조직과의 강한 계면부 결합을 유도하여 임플란트의 성공률을 높이고, 또한 수술후의 회복기간이 단축되는 효과를 가져온다
티타늄 및 티타늄 합금을 다음과 같은 과정으로 표면에 생체활성을 부여한다.
ⓛ 티타늄 및 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)으로 가공된 임플란트를 표면에 산화피막과 불순물을 제거하기 위해 3% HF:6%HNO3로 10∼20초간 산세한다.
② 산세 후 초음파세척기로 아세톤과 증류수에서 각각 10∼20분간 세척한다.
③ 표면에 알칼리 티탄산염(alkali titanate)의 형성을 목적으로 1.0M∼10.0M의 NaOH 및 KOH를 제조하여 40∼80℃의 온도로 항온조에서 12∼24시간 동안 침지한다.
④ 알칼리 처리 후 증류수를 이용 초음파세척기에서 10∼20분간 세척한다.
⑤ 세척한 임플란트를 티타늄과 증착층의 결합을 견고하게 하기 위하여 5∼10℃/min의 승온슥도로 500∼600℃의 온도에서 1∼2시간 유지 후 노냉시킨다.
⑥ 열처리한 임플란트를 멸균처리 후 유사체액에 7∼30일간 침지한다.
⑦ 침지한 시편을 증류수로 세척한 다음 멸균처리하여 밀봉한다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 내식성과 생체적합성 및 인성이 우수한 타타늄과 타타늄 합금에 생체활성을 부여하기 위하여 알칼리 처리를 수행한 후 유사체액에서 그 표면에 아파타이트를 생성시킨다. 이와같이 표면이 생체활성으로 변한 임플란트는 매식초기에 골조직과의 강한 계면부 결합을 유도하여 임플란트의 성공률을 높이고, 또한 수술후의 회복기간이 단축되는 효과를 가져온다.

Claims (1)

  1. 티타늄 및 티타늄 합금에 있어서 표면에 생체활성을 부여하는 방법으로 표면에 알칼리 티탄산염(alkali titanate)을 형성하는 방법으로 1.0M∼10.0M의 NaOH 및 KOH를 제조하여 40∼80℃의 온도에서 12∼24시간 동안 침지하여 알칼리 티탄산염을 형성시키는 단계.
    표면에 알칼리 티탄산염을 형성시킨 임플란트를 티타늄과 증착층의 결합을 견고하게 하기 위하여 5∼10℃/min의 승온속도로 500∼700℃의 온도에서 1∼2시간 유지후 노냉시키는 단계,
    임플란트인 티타늄과 증착층의 결합을 견고하게 하기 위하여 500∼600℃의 온도에서 1∼2시간 유지 후 노냉시킨 임플란트를 멸균처리 후 유사체액에 7∼30일간 침지하여 표면에 아파타이트를 형성시키는 방법.
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