KR20040099176A

KR20040099176A - 티타늄 합금으로 제조된 임플란트에 대한 표면 처리 방법

Info

Publication number: KR20040099176A
Application number: KR1020040034918A
Authority: KR
Inventors: 롭티.테이트; 버크만브루스3세; 타우제로스더블유.; 메이필드로버트엘.
Original assignee: 임플랜트 이노베이션즈, 인코오포레이티드
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2004-11-26
Also published as: JP2004337616A; US20120288828A1; US8251700B2; JP4781639B2; KR101106158B1; CA2467320A1; EP1477141B2; DE602004007427T3; US11015253B2; US20190292666A1; EP1477141A1; US10227697B2; CA2467320C; EP1477141B1; DE602004007427D1; ATE366558T1; DE602004007427T2; US20040265780A1

Abstract

본 발명에 따르면, 티타늄 6Al/4V 합금에는 상업용 순수 티타늄에 형성되는 Osseotite(등록상표) 표면과 유사한 표면 지형이 마련된다. 자연 산화물을 Ti 6Al/4V 합금으로부터 제거한 후, 노출된 금속을 주변 온도 조건에서 비교적 소량의 불산을 함유하는 액상의 염산 수용액과 접촉시킨다.

Description

티타늄 합금으로 제조된 임플란트에 대한 표면 처리 방법{SURFACE TREATMENT PROCESS FOR IMPLANTS MADE OF TITANIUM ALLOY}

본 발명은 일반적으로 예컨대 인체 내에 설치되는 금속 임플란트의 표면에 관한 것이다.

본 발명은 주로 티타늄 합금의 치과 임플란트의 표면에 관한 것이지만, 티타늄 합금으로 제조된 다른 타입의 임플란트에 대한 용례도 있다. 보다 구체적으로, 본 발명은 임플란트 표면과 뼈의 골유착을 개선하여 임플란트의 초기 삽입과 인공 치아의 설치 사이의 시간을 단축시키도록 치과 임플란트에 마련되는 거친 표면에 관한 것이다.

임플란트를 거칠게 하기 위한 다양한 기술이 제안되었으며, 이들 기술은 각각 특유의 표면을 형성한다. 한 가지 기법으로는 임플란트의 표면에 소정의 물질, 예컨대 화학적으로 뼈와 관련이 깊기 때문에 임플란트의 뼈에 대한 접합을 향상시키는 것으로 고려되는 물질인 수산화인회석을 도포하는 것이 있다. 관련 기법에서는, 티타늄 입자를 티타늄 임플란트 상에 분무시켜 그 표면을 거칠게 한다. 또한, 표면에 티타늄 산화물을 첨가하는 양극 산화법도 제안되어 있다. 또한, 표면의 일부를 제거하여 거칠게 하는 것도 실시될 수 있다. 오목부를 형성하기 위하여 그리고 표면의 일부를 깍아내기 위하여 미세 입자로 그릿 블라스팅(grit blasting)하는 것이 제안되어 있다. 다른 방법으로는 거친 표면을 형성하기 위해 산(酸) 에칭을 이용하는 것이 있다. 일부 치과 임플란트의 공급자는 그릿 블라스팅을 행하여 조대(粗大) 거친 표면을 형성한 이후에 산 에칭을 행함으로써 이중 처리된 미세 거친 표면을 형성하는 것을 제안하였다.

치과 임플란트의 제조를 위해 제안된 많은 공정에는 티타늄 표면을 산으로 에칭하는 것이 포함되어 있다. 대부분의 경우에, 대개 무기산의 목록에서 선택하는 것만을 언급하고 있으며, 그 밖의 경우에서는 특정 산이 사용된다. 예컨대, 일본 출원 공개 JP3146679A1호에 개시된 Toho Titanium Co.의 2단계 처리에서는, 먼저 액상의 불산(HF)을 사용하여 표면을 에칭한 이후에, 불산 및 과산화수소의 용액으로 2차 처리한다. 미국 출원 공개 2003/0135282A1호에 개시된 다른 예에서는, 임플란트를 3가지 산(불산, 황산 및 염산)으로 연속 처리한다. 이렇게 에칭된 표면을 사용 전에 플라즈마로 코팅하여 뼈와의 결합을 향상시킨다.

Implant Innovation Inc.,에게 양도되어 있는 미국 특허 제5,603,338호; 제5,876,453호; 제5,863,201호; 및 제6,652,765호를 비롯한 일련의 미국 특허에서는, 특유의 2단계 산 처리가 개시되어 있는데, 이는 Osseotite(등록상표) 표면을 형성하기 위해 치과 임플란트에 사용된다. 제1 산 처리는 액상의 불산을 사용하여"자연 산화물", 즉 티타늄 금속 표면에서 발견되는 티타늄 산화물을 제거한다. 이와 같은 자연 산화물의 제거를 통해 금속 표면을 다른 산으로 에칭하기가 보다 용이해져서, 티타늄 표면의 균일한 에칭이 보장된다. 그 밖의 자연 산화물 제거 방법, 예컨대 플라즈마 처리 등을 사용할 수 있지만, 액상의 불산으로 먼저 처리하는 것이 바람직하다. 제2 산 처리에서는 염산 및 황산의 혼합물을 사용하여 노출된 티타늄 표면을 에칭하는 것이 바람직하다. 비교적 미세한 에칭을 수행하여 산-대-골(peak-to-valley)의 높이를 10 ㎛ 미만으로 한다. 산-대-산의 거리는 대개 약 1 내지 3 ㎛이다. 이러한 Osseotite(등록상표) 표면은 상업적 성공을 거두었으며, 티타늄 임플란트와 뼈의 골유착에 시간을 감소시켰다.

전술한 미국 특허에서는 전자 주사 현미경으로 찍은 티타늄 표면을 보여준다. 표면의 다른 표시 방법으로는 표면 매핑 현미경(SMM)이 있는데, 이 현미경은 피(被)검사 영역의 컴퓨터 생성 3차원 화상을 제공하고, 몇 가지 표면 거칠기의 계산 측정값을 제공한다. 당업자라면 산 처리는 나안(裸眼)으로는 매우 균일한 것으로 보이지만, 예컨대 현미경 사진으로 크게 확대해 보기만 해도 명확히 드러나는 편차를 포함하는 표면을 형성한다는 것을 이해할 것이다. 각 영역은 다른 영역과 정확히 일치하지는 않지만, 그럼에도 불구하고 상기 편차는 작고 전술한 일반적인 한계를 벗어나지 않는다. 처리 공정을 신중히 제어함으로써, 각 임플란트는 실질적으로 동일한 표면을 갖게 된다.

보다 최근에는 상업용 순수 티타늄에서는 상기 2단계 산 처리에 대해 일관된반응이 얻어지지만, 티타늄 합금에서는 동일한 처리 공정이 불균일한 결과물을 형성한다는 것을 확인하였다. 티타늄 합금은 상업용 순수 티타늄에 비해 몇 가지 이점을 갖고 있기 때문에, Osseotite(등록상표) 표면의 지형이 티타늄 합금 표면에 복제된다면 티타늄 합금이 바람직할 것이다. 이러한 목표를 달성하기 위해, 본원의 발명자는 티타늄 합금에 바람직한 표면을 얻기 위해서는 예상외로 상업용 순수 티타늄에 사용되는 공정을 수정할 필요가 있다는 발견하였다. 이러한 새로운 공정을 상세히 후술한다.

도 1a는 상업용 순수 티타늄의 기계 가공된 표면을 보여주는 도면.

도 1b는 도 1a에 도시된 표면을 HF로 처리한 이후의 상태를 보여주는 도면.

도 1c는 순수 티타늄에 Osseotite(등록상표) 표면을 형성하기 위해, 도 1b에 도시된 표면을 HCl 및 H₂SO₄로 에칭한 이후의 상태를 보여주는 도면.

도 1d는 도 1c에 도시된 Osseotite(등록상표) 표면의 표면 맵.

도 1e는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 처리가 Ti 6/4 합금에 미치는 효과를 보여주는 도면.

도 2a 내지 도 2e는 Ti 6/4 합금에 실시하는 몇 가지 에칭 공정을 보여주는 도면.

도 3a 내지 도 3e는 Keller 시약(試藥)과 Kroll 시약으로 에칭한 효과를 보여주는 도면.

도 4a 내지 도 4e는 HCl 만으로 에칭한 에칭한 효과를 보여주는 도면.

도 5a 내지 도 5d는 HCl과 HF의 혼합물로 에칭한 효과를 보여주는 도면.

도 6은 전형적인 치과 임플란트를 보여주는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 임플란트

12 : 나사부

14 : 상부

16 : 헤드부

18 : 목부

티타늄 합금에 Osseotite(등록상표) 표면과 유사한 바람직한 표면 지형을 형성하는 방법은, 티타늄 합금 상의 자연 산화물을 제거하고, 그 후에 그리고 티타늄 합금이 현저히 재산화되기 전에, 표면을 불산 및 염산의 수용액에서 에칭하여 바람직한 표면을 형성한다. 상기 자연 산화물은 약 7.9 내지 9.0 중량%의 불산을 함유한 불산 수용액에 약 40 내치 60초 동안 침지하는 것에 의해 제거될 것이다. 바람직한 실시예에서는, 실온 조건에서 약 0.053 내지 0.105 중량%의 불산(HF)과 약 19 내지 21 중량%의 염산(HCl)을 함유한 산 혼합물로 약 19 내지 21분 동안 표면을 에칭한다. 상기 2가지 산 처리 모두의 조건은 바람직한 표면 지형을 제공하는 동시에 티타늄 금속의 손실을 최소화도록 선택된다.

한 가지 특정 실시예에서, 자연 산화물은 주변 온도 조건에서 8.45 중량%의 HF를 함유한 용액에 45초 동안 침지하는 것에 의해 제거된다. 잔류 산을 제거하기 위해 세정을 실시한 후, 주변 온도 조건에서 0.0845 중량%의 HF와 20 중량%의 HCl을 함유한 용액에 19.5분 동안 임플란트를 침지한다.

상기 2가지 산 처리 모두의 조건은 바람직한 표면 지형을 제공하는 동시에 티타늄 금속의 손실을 최소화도록 선택된다.

한 가지 양태에서, 본 발명은 임플란트의 예정된 영역에 바람직한 표면 지형을 제공하기 위한 전술한 공정에 따라 처리되는 치과 임플란트에 관한 것이다.

티타늄 및 티타늄 합금

다른 금속 및 세라믹이 치과 임플란트에 사용하도록 제안된 바 있지만, 티타늄이 일반적으로 사용되고 있다. 특히, 극소량의 탄소, 철, 산소, 수소 및 질소를 함유하는 상업용 순수 티타늄이 일반적으로 사용되고 있다. 또한, 티타늄 합금은 상업용 순수 등급의 티타늄에 비해 강하기 때문에 티타늄 합금도 사용되고 있다. 일반적으로 사용되는 티타늄 합금의 하나인, Ti/6Al/4V는 6 중량%의 알루미늄과 4 중량%의 바나듐을 함유하고 있으며, 이하에서는 Ti 6/4라 한다.

티타늄 및 그 합금의 특징으로는 강한 점착성을 갖는 티타늄 산화물 피막이 표면에 신속하게 형성되는 것이 있으며, 이러한 특성은 티타늄의 내부식성에 기여한다. 이러한 산화물 피막은 TiO, TiO₂, Ti₂O₃및 Ti₃O₄를 비롯한 다양한 티타늄 산화물의 조합물인 것으로 고려된다. 이는 "자연 산화물" 피막으로 언급된 바 있다. 자연 산화물 피막을 Auger 분광계로 측정한 바에 따르면, 자연 산화물 피막의 깊이는 대개 70 내지 150 Å인 것으로 나타난다.

전술한 바와 같이, 균일하게 거친 표면이 산 에칭에 의해 형성되어야 하는경우, 자연 산화물을 제거하는 것이 중요하다. 대부분의 산은 균일한 거칠기가 얻어질 수 있을 정도로 자연 산화물을 충분히 제거할 수 없다는 것을 경험을 통해 알게 되었다. 티타늄 표면은 대개 표면을 세정하기 위해 불산 및 질산의 혼합물에서 산세(酸洗) 처리된다. 질산 등과 같은 산화성산을 첨가하지 않은 불산만의 수용액은 티타늄 및 그 자연 산화물 피막에 대해 강한 침투성을 갖는다. 묽은 불산 용액에 비교적 짧게 노출시키면 자연 산화물은 제거될 것이다. 자연 산화물을 제거한 이후에 상기 불산은 금속도 소모하기 시작(바람직하지 못한 결과)할 것이기 때문에, 추가적인 침투를 막기 위해 티타늄 임플란트를 산에서 꺼내어 세정한다. 그러나, 잘 알려진 바와 같이 티타늄 금속 표면은 빠르게 산화하기 시작할 것이다. 따라서, 표면을 균일하게 에칭하여 바람직한 표면 지형을 형성하기 위해 티타늄 임플란트를 산 욕조에 침지할 때까지, 상기 노출된 금속 표면은 산소에 노출되지 않도록 보호되어야 한다. 자연 산화물을 제거하는 다른 방법, 예컨대 플라즈마 처리 등이 사용될 수 있지만, 불산을 이용하는 것이 바람직하다.

티타늄이 에칭되는 속도는 불산의 농도에 따라 결정된다. 49 중량%의 불산을 약 15 체적% 함유한 불산 용액이 약 30분 내에 자연 산화물을 완전히 제거할 수 있게 하지만, 극소량의 금속이 소모되는 것으로 확인되었다. 이는 상업용 순수 티타늄 금속의 치과 임플란트를 기계 가공(실 모양의 부분 또는 홈 등과 같은 대규모 구조를 형성)한 이후의 표면과, 그 후에 불산에 노출시켜 자연 산화물을 제거한 표면을 각각 2000X의 배율로 보여주는 도 1a 및 도 1b에 예시되어 있다. 자연 산화물이 제거되고 결정입계 재료의 일부가 제거된 이후에, 상기 기계 가공 흔적은 사라지고 불산은 티타늄 입자를 노출되게 한다.

도 1c에서는, 상업용 순수 티타늄의 표면(자연 산화물을 제거한 후)을 19.55 중량%의 염산과 77.29 중량%의 황산을 함유한 용액으로 60 내지 70℃에서 약 7분 동안 에칭한 표면을 보여준다. 이러한 바람직한 표면의 지형은 골유착을 강화시키는 것으로 임상적으로 입증되었다. 이러한 표면을 갖는 임플란트를 본원의 출원인이 Osseotite(등록상표)라는 상표명으로 판매하고 있다. 이러한 바람직한 표면은 산-대-골의 최대 높이가 10 ㎛ 이하이고 대체적으로 균일하며 날카로운 산의 세트를 구비한다. 산-대-산의 평균 거리는 약 1 내지 3 ㎛이다. 표면 매핑 현미경에 의한 Osseotite(등록상표) 표면의 전형적인 검사 결과가 도 1d에 도시되어 있다.

도 1a 내지 도 1d는 상업용 순수 티타늄의 치과 임플란트에 행하는 공정과 이에 의해 형성되는 결과물을 보여준다. Osseotite(등록상표) 표면은 임플란트의 골유착의 향상에 있어서 임상적인 성공을 거둔 것으로 확인되었으며, 시장에서도 잘 인정받고 있다. 따라서, 본원의 발명자는 동일한 처리를 사용하여 티타늄 합금 Ti 6/4에 동일한 표면 지형을 형성하려고 하였다. 그러나, 본원의 발명자는 상업용 순수 티타늄에서 균일한 결과물을 제공하는 공정이 Ti 6/4 합금에 적용될 때 전술한 특징을 갖는 표면 지형을 형성하지 못한다는 알아차린 후 놀라게 되었다.

다른 에칭 용액을 시험하였다. 일부 예에서는 Osseotite(등록상표)와 유사한 표면이 얻어지지만, 나머지 예에서는 산 에칭이 효과적이 못하였다. 또한, 각 배치(batch)마다 Ti 6/4 합금에 미치는 효과가 달라서, 배치의 적합성을 결정하기 위해서는 모든 배치를 시험하여야 하는 것으로 확인되었다. 이러한 문제점을 더연구한 이후에, 본원의 발명자는 특정한 산 에칭 용액이 Ti 6/4 합금 상에 바람직한 표면을 일관되게 형성할 수 있다는 것을 확인하였다.

Ti 6/4 합금의 산 에칭

도 1e, 도 2c 내지 도 2e, 도 3a 내지 도 3e, 도 4a, 도 4b 및 도 5a 내지 도 5d는 ASTM B348 Grade 23 또는 ASTM F136에 정의된 바와 같이 Ti 6/4 E.L.I. 합금 상에서 일부 산을 시험한 결과를 예시한다. 각 경우에, 임플란트는 표면 상의 자연 산화물을 제거하기 위해 불산 용액에서 동일한 처리를 받는다. 구체적으로 말하면, 임플란트를 실온에서 8.45 중량%의 불산에 침지하였다. 도 1e, 도 2c 내지 도 2e, 도 3a 내지 도 3e, 도 4a, 도 4b 및 도 5a 내지 도 5d에 도시된 에칭 공정의 결과물은, 도 1c에 도시된 것, 즉 19.55 중량%의 염산과 77.29 중량%의 황산을 함유한 용액으로 60 내지 70℃에서 약 7분 동안 산 처리하는 것에 의해 상업용 순수 티타늄 금속에 형성되는 Osseotite(등록상표) 표면과 비교해볼 수 있다.

전술한 실험은 일련의 산 조성물을 이용하여 실시되었으며, 그 결과를 도면에 나타내었다. 상기 산 조성물과 처리 조건을 다음 표에 요약한다.

도면	Ti	자연산화물 제거처리	에칭 산 조성⁽¹⁾
도면	Ti	8.45 중량%의HF	시간분	HF	HCl	H₂SO₄	HNO₃	시간분	온도℃
1C1E	CP6/4	예예	1.01.0	--	19.5519.55	77.2977.29	--	77	60-7060-70
2A	6/4	아니오	-	0.284	1.062	-	2.297	1	61
2B	6/4	아니오	-	0.284	1.062	-	2.297	8	61
2C	6/4	예	0.5	0.284-	1.06219.55	-77.29	2.297-	0.51.0	6161
2D	6/4	예	0.5	0.284-	1.06219.55	-77.29	2.297-	0.57	6161
2E	6/4	예	0.17	0.2841.143	1.062-	--	2.2971.923	1.51.5	61주변온도
3A	6/4	예	1.0	0.284	1.062	-	2.297	7	주변온도
3B	6/4	예	2.5	0.284	1.062	-	2.297	7	주변온도
3C	6/4	예	1.0	0.284	1.062	-	2.297	10	주변온도
3D	6/4	예	2.5	0.284	1.062	-	2.297	10	주변온도
3E	6/4	예	2.5	0.284	1.062	-	2.297	10	주변온도
4A	6/4	예	1.5	-	20	-	-	14	주변온도
4B	6/4	예	1.5	-	20	-	-	21	주변온도
5A	6/4	예	1.0	0.26	20	-	-	20	주변온도
5B	6/4	예	1.0	0.175	20	-	-	20	주변온도
5C	6/4	예	1.0	0.09	20	-	-	20	주변온도
5D	6/4	예	1.0	0.09	20	-	-	20	주변온도
⁽¹⁾중량% 산, 나머지는 물

전반적으로 상기 표는 Ti 6/4 합금 상에 바람직한 표면 지형을 형성하는 데 필요한 산 에칭을 결정하기 위하여 실시된 실험의 진행에 따른 것이다. 도 1c에 도시된 표면을 형성하기 위해, 주변 온도 조건에서 8.45 중량%의 HF를 함유한 용액에 약 1분 동안 노출시켜 상업용 순수 티타늄 상의 자연 산화물을 제거하였다. 잔류 산을 중화시키기 위해 베이킹 소다를 함유한 탈이온수로 세정하고 탈이온수로 더 세정한 후에, 티타늄을 19.55 중량%의 염산과 77.29 중량%의 황산을 함유한 수용액에 60 내지 70℃에서 7분 동안 침지시켜, 균일하게 거친 표면, 다시 말해서 Osseotite(등록상표) 표면을 형성하였다.

도 1e는 동일한 절차를 Ti 6/4 합금에 실시한 경우에 야기되는 놀랄만한 결과를 예시한다. 사진에 나타나 있는 바와 같이, 특유한 Osseotite(등록상표) 표면이 Ti 6/4 합금에 형성되지 않는다. 기계 가공의 흔적도 여전히 눈에 보인다. 만약 Osseotite(등록상표) 표면을 Ti 6/4 표면에 제공하여야 한다면, Ti 6/4 합금에 사용하기 위한 다른 에칭 공정이 필요한 것으로 결론지어진다.

도 2a 내지 도 2e는 공지된 2가지 에칭 산 혼합물을 사용한 경우에 얻어지는 결과를 보여준다. 그 중 하나는 HF, HNO₃및 HCl을 함유한 Keller 용액이고, 다른 하나는 HF 및 HNO₃를 함유한 Kroll 용액이다. 사용된 조성물은 상기 표 1에 나타나 있다. 도 2a 및 도 2b는 비록 약간의 점부식(pitting)이 나타날 수 있지만 Keller 용액만으로는 Osseotite 표면을 형성하지 못한다는 것을 보여준다. 자연 산화물을 제거하기 위한 HF 용액에 의한 예비 처리가 실시되지 않았으므로, 자연 산화물이 Keller 용액의 에칭 시도를 방해한 것이라 추정된다.

도 2c 내지 도 2e는 HF 용액에 의한 예비 처리에 의해 자연 산화물을 제거한 후 티타늄 표면을 2가지 산 용액에 차례대로 노출한 경우에 얻어지는 결과물을 보여준다. 도 2c 및 도 2d에서는, Keller 용액을 사용한 이후에, 화학적으로 순수한 티타늄을 에칭하는 데 유효한 것으로 공지되어 있는 HCl 및 H₂SO₄의 혼합물을 사용하였다. 도 2e에서는, 먼저 Keller 용액을 사용한 이후에, Ti 6/4 합금을 Kroll 용액에 침지하였다. 이들 시험은 모두 도 1c에 도시된 것과 같은 표면 지형을 Ti 6/4 합금에 형성하지 못하였다.

도 3a 내지 도 3e는 자연 산화물을 HF 용액으로 제거하고 Keller 용액을 에칭용으로 사용한 경우에 얻어지는 결과물을 보여주는 것으로, 단 이 때의 온도 조건은 앞서 사용된 61℃가 아니라 주변 온도 조건이다. 이러한 공정은 도 1c의 것과 유사한 표면을 Ti 6/4 합금의 일부 샘플에 제공할 수 있지만, 그 밖의 것(도 3d와 도 3e 비교)에는 형성하지 못하는 것으로 확인되었다. 샘플의 반응에 있어서의 차이는 기계 가공 또는 합금의 온도[즉, 티타늄 합금의 특정 배치(batch)와 연관된 조건]와 연관된 것으로 보인다. 따라서, 추가적인 실험에 착수하였다. 그러나, Keller 용액에 의한 에칭은 유용하고, 또한 Ti 6/4 합금의 품질도 제어할 수 있는 것으로 결론지어진다.

도 4a 및 도 4b는 자연 산화물을 통상적인 방법으로 제거한 후 그 표면을 HCl 용액으로 에칭한 경우에 형성되는 표면을 보여준다. 약간의 점부식이 일어날 수 있지만, HCl만으로는 도 1c의 것과 같은 표면을 형성하기에 충분하지 못하다는 것이 명백하다.

도 5a 및 도 5d는 20 중량%의 HCl 에칭 용액에 소량의 HF를 첨가한 경우에 얻어지는 향상된 결과를 예시한다. 바람직한 표면 지형을 형성하여야 하는 경우에는, 소량의 HF를 사용하여야 하는 것으로 결론지어진다. 도 5c 및 도 5d의 샘플은 기계 가공 및 온도 조건이 서로 다르지만, 도 5c 및 도 5d에 도시된 표면은 동일한 처리를 받아 실질적으로 동일한 표면을 형성한다. 따라서, 상기 공정은 Ti 6/4 합금에 광범위하게 적용할 수 있는 것으로 결론지어진다.

본 발명에 따른 바람직한 공정에서는, 상당량의 금속을 제거하지 않으면서 자연 산화물을 제거하는 데 요구되는 소정 길이의 시간 동안 불산 수용액에 Ti 6/4 합금을 침지한다. 상업적 용례에 적합한 바람직한 용액은 약 7.9 내지 9.0 중량%의 HF를 함유한다. 그러나, 이보다 더 크거나 낮은 농도의 용액을 노출 시간의 적절한 조절하에서 사용할 수 있으며, 이를 통해 자연 산화물을 제거하여, 바람직한 표면 지형을 형성하는 데 요구되는 충분한 에칭을 위하여 표면을 준비한다.

에칭 단계에서는 자연 산화물이 제거되어 있는 Ti 6/4 합금을 실온 조건에서 약 0.053 내지 0.105 중량%의 HF와 약 19 내지 21 중량%의 HCl을 함유한 수용액에 침지시킨다. 상기 용액은 약 20분 이내에 그리고 단지 주변 온도를 이용하는 조건하에서 Ti 6/4 합금에 바람직한 표면 지형을 형성하는 것으로 확인되었다. 게다가, 산의 농도, 온도 및 노출 시간을 약간 조정하여도, 여전히 바람직한 표면을 얻을 수 있는 것으로 여겨진다. 0.005 내지 1.0 중량%의 HF와 10 내지 30 중량%의 HCl이라는 보다 넓은 범위 내에서 동일한 결과가 얻어질 수 있는 것으로 여겨진다.

치과 임플란트

본 발명에 따른 에칭 공정은 다양한 스타일을 갖는 치과 임플란트 표면을 마련하는 데 사용될 수 있다. 전형적인 예가 도 6에 예시되어 있다. 환자의 뼈에 미리 뚫어놓은 구멍에 임플란트(10)를 설치하여 상실 치아의 치근을 대체한다. 나사부(12)는 뼈와 맞물리고, 상부(14)의 적어도 일부는 조직과 접촉한다. 대부분의 경우에, 에칭 공정은 임플란트(10)의 나사부(12)에 적용되는 반면에, 인공 치아 요소와 맞물리는 헤드부(16) 및 목부(18)를 포함하는 도 6에 도시된 상부(14)는 비교적 평활한 상태로 남겨 놓는다. 일부 경우에, 거친 영역이 상기 목 및 헤드의 영역 안까지 상향 연장될 수도 있고, 심지어 임플란트(10)의 상단까지 연장될 수도 있다. 그 밖의 경우에는, 금속과 뼈와의 골유착을 향상시키기 위해 나사부의 일부만을 거칠게 하는 반면에, 나사부 영역의 상부는 비교적 평활한 상태로 남겨 놓는다.

본 발명에 의한 표면 처리 방법에 따르면, 자연 산화물을 Ti 6Al/4V 합금으로부터 제거한 후, 노출된 금속을 주변 온도 조건에서 비교적 소량의 불산을 함유하는 액상의 염산 수용액과 접촉시키는 것에 의하여, Ti 6Al/4V 합금에 상업용 순수 티타늄에 형성되는 Osseotite(등록상표) 표면과 유사한 표면 지형을 형성할 수 있다.

Claims

살아있는 뼈와 접촉하는 Ti 6/4 합금에 균일하게 거친 표면을 형성하는 방법으로서,

(a) 상기 Ti 6/4 합금으로부터 자연 산화물을 제거하여 금속을 노출시키는 단계와;

(b) 이렇게 노출된 금속을 불산 및 염산을 함유한 수용액과 소정의 적절한 시간동안 접촉시켜 바람직한 표면 지형을 형성하는 단계

를 포함하는 표면 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 바람직한 표면 지형은 산-대-골의 높이가 10 ㎛ 미만인 불규칙도를 갖는 거친 표면인 것인 표면 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 거친 표면의 산-대-산 거리는 약 1 내지 3 ㎛인 것인 표면 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 자연 산화물은 상기 Ti 6/4 합금을 불산 수용액과 소정의 적절한 시간동안 접촉시키는 것에 의해 제거되는 것인 표면 형성 방법.
제4항에 있어서, 상기 수용액은 약 7.9 내지 9.0 중량%의 불산을 함유하는것인 표면 형성 방법.
제5항에 있어서, 상기 수용액은 약 0.005 내지 1.0 중량%의 불산과 약 10 내지 30 중량%의 염산을 함유하는 것인 표면 형성 방법.
제6항에 있어서, 상기 수용액은 약 0.0845 중량%의 불산과 약 20 중량%의 염산을 함유하는 것인 표면 형성 방법.
살아있는 뼈와 접촉하는 Ti 6/4 합금에 균일하게 거친 표면을 형성하는 방법으로서,

(a) 상기 합금과 불산 수용액을 소정의 적절한 시간동안 접촉시키는 것에 의해, 상기 Ti 6/4 합금으로부터 자연 산화물을 제거하여 금속을 노출시키는 단계와;

(b) 단계 (a)에서 상기 자연 산화물을 제거한 후에 상기 합금을 세정하는 단계와;

(c) 이렇게 노출된 금속을 불산 및 염산을 함유한 수용액에 실온에서 소정의 적절한 시간동안 접촉시켜 바람직한 표면 지형을 형성하는 단계; 그리고

(d) 단계 (c)에서 사용한 잔류 수용액을 제거하기 위해 (c) 단계에서 형성된 표면을 세정하는 단계

를 포함하는 표면 형성 방법.
제8항에 있어서, 상기 단계 (a)의 수용액은 약 7.9 내지 9.0 중량%의 불산을 함유하는 것인 표면 형성 방법.
제9항에 있어서, 상기 단계 (a)의 수용액은 약 8.45 중량%의 불산을 함유하는 것인 표면 형성 방법.
제8항에 있어서, 상기 단계 (c)의 수용액은 약 0.005 내지 1.0 중량%의 불산과 약 10 내지 30 중량%의 염산을 함유하는 것인 표면 형성 방법.
제11항에 있어서, 상기 단계 (c)의 수용액은 약 0.053 내지 0.105 중량%의 HF와 약 19 내지 21 중량%의 HCl을 함유하는 것인 표면 형성 방법.
제12항에 있어서, 상기 단계 (c)의 수용액은 약 0.0845 중량%의 불산과 약 20 중량%의 염산을 함유하는 것인 표면 형성 방법.
살아있는 뼈와 접촉하는 Ti 6/4 합금의 치과 임플란트로서,

a. 인공 치아 요소를 장착하기 위한 헤드부와;

b. 상기 살아있는 뼈와 맞물리는 나사부; 그리고

c. 상기 헤드부와 상기 나사부 사이에 배치되는 목부

를 포함하고, 상기 나사부를 불산과 염산을 함유한 수용액으로 에칭하여 형성되는 소정의 바람직한 거친 표면이 상기 나사부의 적어도 일부에 마련되는 것인 치과 임플란트.
제14항에 있어서, 상기 에칭 이전에 불산과 염산을 함유한 수용액에 의해 상기 나사부로부터 자연 산화물을 제거하는 것인 치과 임플란트.
제15항에 있어서, 상기 자연 산화물은 상기 나사부와 불산 수용액을 접촉시키는 것에 의해 제거되는 것인 치과 임플란트.
제16항에 있어서, 상기 수용액은 약 7.9 내지 9.0 중량%의 불산을 함유하는 것인 치과 임플란트.
제14항에 있어서, 상기 수용액은 약 0.005 내지 1.0 중량%의 불산과 약 10 내지 30 중량%의 염산을 함유하는 것인 치과 임플란트.
제18항에 있어서, 상기 수용액은 약 0.0845 중량%의 불산과 약 20 중량%의 염산을 함유하는 것인 치과 임플란트.
살아있는 뼈와 접촉하는 Ti 6/4 합금에 균일하게 거친 표면을 형성하는 방법으로서,

(a) 상기 Ti 6/4 합금으로부터 자연 산화물을 제거하여 노출된 금속 표면을 형성하는 단계와;

(b) 이렇게 노출된 금속 표면을 Keller 용액으로 에칭하여 바람직한 표면 지형을 형성하는 단계

를 포함하는 표면 형성 방법.