KR20100076406A - 코팅층 접착강도가 향상된 임플란트 및 그 제조방법 - Google Patents

코팅층 접착강도가 향상된 임플란트 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면거칠기가 조절된 티타늄 또는 티타늄 합금으로 된 임플란트에 수산화 아파타이트(hydroxyapatite ; 이하, "HA"라 함) 분말을 일정두께로 코팅함으로써 치조골과의 결합시간을 단축함과 동시에 결합강도를 높인 임플란트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
상술한 본 발명은, 1.0 ~ 8.0um 범위로 임플란트 표면의 평균거칠기를 조절하는 공정;
수산화 아파타이트(HA)를 일정크기의 분말로 만드는 공정;
상기 수산화 아파타이트(HA) 분말을 질소, 아르곤, 헬륨, 수소 캐리어가스 중 하나 또는 둘 이상의 가스에 실어 10-1 torr 이하로 감압된 진공챔버에서 상기 임플란트 표면에 고속 충돌시켜 30um 이하로 코팅하는 공정;을 포함한다.
임플란트, 수산화 아파타이트, 표면 거칠기, 티타늄, 저탄성,

Description

코팅층 접착강도가 향상된 임플란트 및 그 제조방법{Implant Having Advanced Adhesive Strength of Coating Layer and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 코팅층 접착강도가 향상된 임플란트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 표면거칠기가 조절된 티타늄 또는 티타늄 합금으로 된 임플란트에 수산화 아파타이트(hydroxyapatite ; 이하, "HA"라 함) 분말을 일정두께로 코팅함으로써 치조골과의 결합시간을 단축함과 동시에 결합강도를 높인 임플란트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
임플란트는 결손된 치아를 영구 대체하는 인공치아이므로 실제 음식의 저작시 실제 치아와 동일한 역할을 수행하여야 할 뿐만 아니라 치아에 가해지는 하중을 적절히 분산할 수 있도록 제작되어야 하며 기존 의치에 비하여 안정적인 역할을 담당할 수 있어야 한다.
따라서 인공치아용 임플란트는 구강내 치조골에 이식시 생체조직에 대하여 생체친화성(Biocompatibility)이 매우 우수한 재료를 선택하여 기존 생체조직과의 생화학적인 부작용이 없는 재료를 선택해야만 한다.
임플란트 소재는 다양한 금속 및 합금으로 개발이 시도되었으나, 인간의 생 체조직에 대한 높은 생체친화성, 높은 기계적 강도 및 생체 불활성을 갖는 장점을 갖는 티타늄(Ti) 금속이나 그 합금을 주로 이용하고 있다(L.L.Hench, Bioceramics, J. Am. Ceram, Soc. 81[7] 1705-28 (1998)).
또한, 통상적인 저작운동 뿐만 아니라 단단한 음식의 저작시 반복되는 하중과 순간적인 하중 등에 대하여 변형 및 파괴가 발생하지 않도록 기계적인 강도가 우수하여야 하며, 생체 내에 이식후 임플란트와 치조골 및 치육과 임플란트 사이에 음식찌꺼기 등이 끼어 2차감염이 이루어지지 않고 환자의 시술후 편의성을 위하여 짧은 시간내에 임플란트에 골 유착이 요구되어지며 이러한 요구를 달성하기 위하여서는 기존 생체조직과 골유착성이 우수한 재료를 생체에 이식되어지는 임플란트 표면에 코팅하여야 할 필요성이 있다.
이러한 재료중 HA 결정은 인체내 뼈성분을 구성하고 있는 주요한 성분으로 이제까지 알려진 어떠한 재료보다 생체적합성(biocompatibility)이 우수한 재료로 알려져 있다.
따라서 HA를 다양한 방법을 통하여 코팅함으로써 생체적합성을 높이고 골유착성 및 골유착 기간을 단축시키고자 하는 노력들이 여러 문헌을 통하여 제시되고 있다.
그 중에서도 골유착 강도를 증진시키기 위하여 HA 결정체를 플라즈마(plasma)를 이용하여 용융 분사하여 코팅하는 방법이 이용되고 있으나(M.E.Pons et al, International Thermal Spray Conference, 28-30 May, 2001, Singarpore pp.105), 플라즈마의 고온으로 인하여 HA 결정이 열분해되어 HA 이외의 제 2상(a-TCP, b-TCP, CaO, amorphous)이 생성되는데 이는 임상시험 결과 HA 플라즈마 코팅의 생체적합성을 떨어뜨리는 결과를 야기하기도 하며 임플란트 지지체(통상 Ti-6Al-4V 합금)와 접착강도가 낮아 임플란트 코팅으로는 신뢰성 확보가 어렵다.
이와 더불어 Ti-6Al-4V 합금은 V(바나듐)에 의한 골을 괴사시키는 현상을 보고하고 있으며 탄성계수가 높아서 골과의 기계적인 연동성이 떨어져 임플란트의 내구한계를 저하시키는 단점이 있다.
또한 코팅시 제 2상의 생성과 코팅층의 접착강도를 향상시키기 위하여 초고속용사방법에 의하여 HA 코팅이 시도(K.A.Khor et al, International Thermal Spray Conference, 28-30 May, 2001, Singarpore pp. 245)되기도 하나 플라즈마 코팅에 비하여 열분해도가 저하되고 코팅층의 접착강도는 향상되지만 코팅시 형성된 비정질 상은 SBF(simulated body fluid) 용액에서 선택적으로 녹아 코팅층의 접착강도를 현저히 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.
이와 같이 고온의 열원을 사용하여 HA를 코팅할 경우 원하지 않는 제 2상이 코팅층내에 형성되어 HA 코팅의 생체적합 특성을 떨어뜨리므로 이러한 단점을 보완하고자 SBF 용액내에서 HA를 임플란트 지지체에 직접성장시키는 방법(Journal of Materials Science: Materials in Medicine 14 (2003) pp.539-545)이 시도되고 있으나 지지체와 접착강도가 낮아 아직 연구수준에 머물러 있다.
그러나, HA 코팅된 티타늄 임플란트는 위에서 언급한 바와 같이 고온의 코팅공정으로 인하여 HA 결정이 상분해되어 화학적으로 균일하지 않는 HA 코팅층이 형성되고 생체내에서 장기간이 경과되면 형성된 제 2상들은 생체조직내에서 분해 또는 흡수되어 임플란트 표면에 견고한 골 유착이 어렵다.
또한, 플라즈마로 코팅된 HA 코팅 임플란트의 HA 코팅층은 임플란트와의 접착력이 최대 23 ㅁ 2 MPa 정도에 불과하여 치과에서 요구되는 강하고 치밀한 코팅층을 가진 임플란트로 이용하기에는 적합하지 못하다. 따라서 기존의 HA 임플란트는 우수한 초기 반응성을 가지고 있으나 장기간 동안 임상에 적용하기에는 부적절함이 밝혀져 있다.
본 발명의 목적은 임플란트의 표면을 최적의 표면거칠기로 조절하여 여기에 수산화 아파타이트(HA) 분말을 충돌시켜 코팅함으로써 제 2상이 형성되지 않는 낮은 온도에서 수산화 아파타이트(HA) 코팅층의 접착강도가 높아지도록 함과 동시에 생체친화 특성을 효과적으로 구현하여 환자의 회복속도가 빨라지도록 하기 위함이다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,
1.0 ~ 8.0um 범위로 임플란트 표면의 평균거칠기를 조절하는 공정;
수산화 아파타이트(HA)를 일정크기의 분말로 만드는 공정;
상기 수산화 아파타이트(HA) 분말을 질소, 아르곤, 헬륨, 수소 캐리어가스 중 하나 또는 둘 이상의 가스에 실어 10-1torr 이하로 감압된 진공챔버에서 상기 임플란트 표면에 고속 충돌시켜 30um 이하로 코팅하는 공정;을 포함하는 코팅층 접착강도가 향상된 임플란트의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 임플란트는 순 티타늄 또는 탄성계수 80GPa 이하의 저탄성 티타늄 합금으로 된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 임플란트 표면에 상기 수산화 아파타이트(HA) 분말을 충돌시키는 속도는 초당 100m 이상으로 하고, 상기 코팅두께는 100nm ~ 5um으로 하며, 상기 수산화 아파타이트(HA) 분말의 크기는 100nm ~ 10um으로 한다.
한편, 본 발명은 수산화 아파타이트(HA) 분말을 질소, 아르곤, 헬륨, 수소 캐리어가스 중 하나 또는 둘 이상의 가스에 실어 10-1torr 이하로 감압된 진공챔버에서, 1.0 ~ 8.0um 범위로 평균거칠기가 조절된 표면에 고속 충돌시켜 30um 이하의 코팅층이 형성되도록 한 코팅층 접착강도가 향상된 임플란트를 함께 제공한다.
본 발명에 의하면, 최적의 표면 거칠기로 조절된 티타늄 임플란트 표면에 수산화 아파타이트(HA) 분말을 코팅함으로써 임플란트 표면과 코팅층과의 접착력이 매우 우수해지며, 우수한 수산화 아파타이트의 생체친화 특성을 효과적으로 구현하여 시술후 환자의 회복속도가 단축되는 장점이 있다.
또한, 80GPa 이하의 저탄성 티타늄 합금 임플란트에도 적용함으로써 장기간 사용시에도 치조골과의 기계적인 연동성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 코팅층 접착강도가 향상된 임플란트 및 그 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 임플란트 표면의 평균거칠기를 약 1.0 ~ 8.0um으로 조절한 상태에서 미세한 수산화 아파타이트(HA) 분말을 상기 임플란트 표면에 고속으로 충돌시켜 일정두께의 수산화 아파타이트 코팅층이 형성되도록 하는 것이다.
여기서 가장 특징적인 기술구성은, 상기 수산화 아파타이트(HA) 코팅층이 우수한 접착강도를 가지고 상기 임플란트 표면에 접착되도록 상기 임플란트 표면의 평균거칠기를 1.0 ~ 8.0um로 조절한 것이다.
이와 같이 임플란트 표면이 1.0 ~ 8.0um의 범위로 평균 거칠기가 조절되고 나면, 수산화 아파타이트(HA)를 일정크기의 분말로 만든 후, 상기 수산화 아파타이트(HA) 분말을 질소, 아르곤, 헬륨, 수소 캐리어가스 중 하나 또는 둘 이상의 가스에 실어 10-1 torr 이하로 감압된 진공챔버에서 상기 임플란트 표면에 고속 충돌시켜 30um 이하의 두께로 코팅하는 공정을 거침으로써 임플란트가 완성된다.
상기 각 공정에 대한 소개는 후술할 실시예를 통해 보다 자세하게 설명한다.
상기 임플란트의 소재에는 여러 가지가 있을 수 있으나, 본 발명에서 사용한 임플란트는 순수 티타늄 또는 탄성계수 80GPa 이하의 저탄성 티타늄 합금으로 된 것이다.
이들 금속은 다른 금속에 비하여 상대적으로 가벼우며 다른 금속과의 합금으로 제조되거나 적절한 처리과정을 거치면 기계적 강도가 매우 향상되는 특성이 있다. 여기서, 순 티타늄이란 공업적으로 사용되는 순수 티타늄(Commercially Pure Titanium, CP Ti)을 의미한다.
또한, 순수 티타늄은 생체친화성을 높일 수 있고 저탄성 티타늄 합금으로 탄 성계수 80GPa 이하의 소재를 사용하면 골과의 기계적인 연동성을 높여 골 유착후 장기간 사용시 내구한계를 보다 높일 수 있다.
상기와 같이 표면거칠기가 조절된 임플란트에 하기와 같은 방법으로 수산화 아파타이트(HA) 코팅을 실시한다.
HA 코팅은 수산화 아파타이트(HA) 분말을 100℃ 이하의 질소, 아르곤, 헬륨, 수소 캐리어(Carrier)가스 중 하나 또는 둘 이상의 가스와 함께 부스터펌프 및 로타리 펌프에 의하여 10-1 torr 이하의 낮은 압력이 유지된 진공챔버 안으로 유입되도록 한 후 스프레이노즐을 통하여 매우 빠른 속도로 임플란트 표면에 충돌시켜 30um 이하의 두께로 코팅한다. 상기 수산화 아파타이트 분말의 코팅 두께가 30um를 초과하게 되면 시술 후에 코팅층이 쉽게 박리되는 문제가 있으므로 반드시 30um 이하로 조절되어야 한다.
그리고, 상기 진공챔버에서 수산화 아파타이트 분말의 고속 충돌속도는 초당 100m 이상으로 하는데, 그 이유는 초당 100m 미만이 되면 코팅이 비정상적으로 이루어져 코팅층의 강도가 약해지는 문제점이 발생하므로 상기 수산화 아파타이트 입자의 고속 충돌속도는 초당 100m 이상으로 하는 것이 바람직하다.
도1에는 본 발명에 따라 임플란트에 HA 분말을 코팅하는 장치가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 HA 코팅은 질소탱크(1)에 저장된 캐리어가스(13)가 HA분말이 담겨있는 호퍼(6)를 통과하면서 미립의 HA분말이 캐리어가스(13)와 함께 호퍼(6)를 통하여 진공챔버(9)로 유입된다.
이때, 상기 진공챔버(9)는 부스터펌프(7) 및 로터리펌프(8)에 의하여 매우 낮은 압력이 유지되는데, 이에 따라 호퍼(6)로부터 유입된 캐리어가스(13)와 미세립의 HA분말은 스프레이노즐(12)을 통하여 매우 빠른 속도로 임플란트(10) 표면에 충돌하게 된다.
이와 같이 고속으로 임플란트(10) 표면과 충돌한 미세한 HA 분말은 더욱 미세한 분말로 미세파괴(microfracture)가 되고 이 미세파괴된 HA 분말이 임플란트에 HA 코팅층을 형성하기 시작하고, 2축 콘트롤러(3) 및 컴퓨터(2)를 통하여 2축 이송 및 회전장치(11)를 제어함으로써, HA 코팅층의 두께를 조절한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위한 바람직한 실시예를 제시한다.
본 실시예는 본 발명이 보다 쉽게 이해될 수 있도록 제공되는 것인바, 본 발명이 반드시 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
< 임플란트 표면의 평균거칠기 제어>
임플란트 표면은 일반적으로 자동선반을 이용한 기계가공에 의해 제작된다. 이때 표면 평균 거칠기는 대략 0.2um 수준으로 상대적으로 평평한 상태를 유지한다.
본 발명에서 원하는 높은 HA코팅 결합력을 얻기 위해서는 거듭된 실험을 통해 임플란트 표면을 1.0 ~ 8.0um 범위로 거칠게 제어하는 것이 필요하다는 것을 확인하였다.
표면의 평균거칠기가 1.0um 미만이 되면 HA 코팅층의 결합력이 저하되어 원하는 결합강도를 얻을 수 없고, 특히 8.0um 초과의 표면 거칠기에서는 블라스팅 입자가 임플란트 표면의 효율적인 제거가 어려워지는 관계로 후처리에 대한 문제가 발생한다.
상기 범위의 표면거칠기를 갖는 임플란트를 제조하기 위하여 여러 가지 조건에서 다양한 세라믹입자로 블라스팅(blasting)을 실시하였다.
본 실시예에서는 주로 블라스팅 입자의 생체친화성을 고려하여 HA입자를 이용하여 약 1.2 ~ 2.5um 수준으로 표면거칠기가 조절된 상태에서 시험하였다.
<HA 분말의 제조>
수산화 아파타이트(HA)를 일정크기의 분말로 만들어야 하는데, 티타늄 임플란트 표면에 코팅되는 HA 분말의 크기는 호퍼를 통과한 캐리어가스에 부유하기 위해서 충분히 미세하여야 하며, 그 크기는 거듭된 실험 결과 HA 분말의 크기가 100nm ~ 10um 일 때 캐리어가스의 유속에 의하여 충분히 호퍼로부터 유동하여 진공 챔버내로 유입될 수 있음을 확인하였다.
이러한 범위의 크기를 갖는 HA 분말을 제조하기 위하여 초기 입수한 10 ~ 100 um 범위의 HA 입자를 HA 분말의 크기가 충분히 작아질 때까지 통상의 방법으로 볼밀링(ball milling)하고 볼밀링시간을 조절하여 원하는 크기의 분말분포가 가장 많을 때 볼밀링을 중단하고 그 시간을 최적 볼밀링 시간으로 설정하였다. 본 실시예에서는 54시간 볼밀링하였을 경우 최적의 조건을 나타내었다.
<HA 코팅>
이러한 과정을 거쳐 준비된 HA 분말을 호퍼에 투입하고 부스터펌프 및 로터리펌프를 가동하여 진공챔버를 감압하는데 챔버내의 압력은 10-1 torr 이하면 충분하고, 더 바람직하게는 10-2 ~ 10-3 torr 범위에 도달할 때까지 감압을 실시하는 것이 좋다.
상기 범위에 압력이 도달하면 이 압력이 유지되도록 한 상태에서 유량계를 통하여 10 ~ 100L/min.의 캐리어 가스가 호퍼에 유입되도록 한다. 이에 따라 미세한 HA 분말은 캐리어가스와 함께 진공챔버로 유입된다.
이렇게 유입된 HA 분말은 미세한 홀(hole)을 갖는 스프레이 노즐을 통하여 토출되며 이때 노즐을 전후로 한 압력차이로 인하여 HA 분말은 더욱 가속되어 임플란트 표면에 충돌하여 HA 코팅층을 형성한다.
이렇게 형성되는 HA 코팅층은 2축 콘트롤러(3) 및 컴퓨터(2)를 통하여 2축 이송 및 회전장치(11)를 제어하고 이 제어를 통하여 임플란트에 코팅되는 HA 코팅층의 두께를 조절할 수 있으며 약 50nm ~ 30um까지 코팅두께의 조절이 가능하나 바람직하게는 약 100nm ~ 5um 이내에서 코팅두께를 조절함이 좋다.
이러한 코팅방법은 코팅재에 고온의 열원이 없이도 코팅이 가능한 저온고속충돌 코팅법이다.
<HA 코팅층 분석>
도2는 HA코팅 전의 기계 가공된 티타늄 임플란트 표면을 SEM으로 관찰한 결과이고, 도3은 표면 평균거칠기가 1.2 ~ 2.5um 수준으로 조절된 임플란트 표면을 SEM으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도3과 같이 최적의 표면거칠기로 조절된 임플란트 표면에 코팅된 HA 코팅층의 접착강도를 측정하기 위하여 HA 코팅을 실시하였으며 기계가공된 표면의 접착강도 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
HA 코팅층의 접착강도는 순 티타늄과 저탄성 티타늄에 대해 실시한 결과, 기계 가공된 표면에서는 324 ~ 626 kgf/cm2의 접착강도 범위로 매우 광범위하게 나타났으나 최적의 표면 거칠기로 제어된 임플란트에서는 상대적으로 높은 접착강도인 540 ~ 660 kgf/cm2으로 매우 안정적으로 높은 접착강도를 보임을 알 수 있었다.
특히 저탄성 티타늄 합금 임플란트에 대해서는 610 ~ 675 kgf/cm2 범위로 HA 코팅층의 접착강도가 높을 뿐만 아니라 순 티타늄에 비해서도 안정적으로 높은 접착강도를 확보할 수 있다는 장점이 있다.
표 1. 여러가지 표면 평균거칠기에 따른 HA 코팅층의 접착강도
구분 표면 평균거칠기
(um)		 접착강도
(kgf/cm2)		 탄성계수
(GPa)

실시예
 1.2 ~ 2.5 (저탄성 티타늄 합금) 610 ~ 675 45 ~ 79
4.0 ~ 7.0 (순 티타늄) 570 ~ 660 115
1.2 ~ 2.5 (순 티타늄) 540 ~ 645 115
비교예 0.2 (순 티타늄) 324 ~ 626 115
이와 같이 본 발명의 표면거칠기가 조절된 티타늄에 HA가 코팅된 임플란트는 기존의 기계 가공된 상태의 티타늄 임플란트 표면에 HA 코팅된 것과 비교하여 매우 높은 접착강도를 나타내고 있으며 보다 안정적인 강도수준을 유지한다는 것을 알 수 있다.
또한 탄성계수가 80GPa 이하로 골과의 탄성계수를 유사한 저탄성 티타늄 합금 임플란트를 적용함으로써 골 유착후 기계적인 응력전달 연동성을 높일 수 있어 내구한계가 높은 임플란트용 의료기구의 표면코팅에 유용하게 이용될 수 있음을 확인하였다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변형이 가능한바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.
도1은 본 발명에 따른 임플란트 표면에 수산화 아파타이트를 코팅하는 공정을 설명하기 위한 개략도,
도2는 HA코팅 전의 기계 가공된 티타늄 임플란트 표면을 SEM으로 관찰한 결과를 나타낸 본 발명의 비교도,
도3은 본 발명에 따라 표면 평균거칠기가 1.2 ~ 2.5um 수준으로 조절된 임플란트 표면을 SEM으로 관찰한 결과를 나타낸 참고도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 질소탱크 2 : 컴퓨터
3 : 2축 콘트롤러 4 : 매스플로우메타 컨트롤러
5 : 유량계 6 : 호퍼
7 : 부스터펌프 8 : 로터리펌프
9 : 진공챔버 10 : 임플란트
11 : 2축 이송 및 회전장치 12 : 스프레이노즐
13 : 캐리어가스

Claims (6)

1.0 ~ 8.0um 범위로 임플란트 표면의 평균거칠기를 조절하는 공정;
수산화 아파타이트(HA)를 일정크기의 분말로 만드는 공정;
상기 수산화 아파타이트(HA) 분말을 질소, 아르곤, 헬륨, 수소 캐리어가스 중 하나 또는 둘 이상의 가스에 실어 10-1 torr 이하로 감압된 진공챔버에서 상기 임플란트 표면에 고속 충돌시켜 30um 이하로 코팅하는 공정;
을 포함하는 코팅층 접착강도가 향상된 임플란트의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 임플란트는 순 티타늄 또는 탄성계수 80GPa 이하의 저탄성 티타늄 합금으로 된 것을 특징으로 하는 코팅층 접착강도가 향상된 임플란트의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 임플란트 표면에 상기 수산화 아파타이트(HA) 분말을 충돌시키는 속도는 초당 100m 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 코팅층 접착강도가 향상된 임플란트의 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 코팅두께는 100nm ~ 5um으로 하는 것을 특징으로 하는 코팅층 접착강도가 향상된 임플란트의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 수산화 아파타이트(HA) 분말의 크기는 100nm ~ 10um으로 하는 것을 특징으로 하는 코팅층 접착강도가 향상된 임플란트의 제조방법.
수산화 아파타이트(HA) 분말을 질소, 아르곤, 헬륨, 수소 캐리어가스 중 하나 또는 둘 이상의 가스에 실어 10-1 torr 이하로 감압된 진공챔버에서, 1.0 ~ 8.0um 범위로 평균거칠기가 조절된 표면에 고속 충돌시켜 30um 이하의 코팅층이 형성되도록 한 코팅층 접착강도가 향상된 임플란트.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101249051B1 (ko) * 2010-12-28 2013-03-29 재단법인 포항산업과학연구원 생체친화성 임플란트의 제조방법
KR101274229B1 (ko) * 2011-03-15 2013-06-17 순천대학교 산학협력단 ＨＡ 블라스팅, ＴｉＯ₂ 양극산화 및 ＲＦ마그네트론 스퍼터링에 의한 티타늄 표면 코팅 방법
KR101309218B1 (ko) * 2012-02-22 2013-09-17 재단법인 포항산업과학연구원 생체 친화성 임플란트의 제조방법
KR20200083890A (ko) * 2019-01-01 2020-07-09 광운대학교 산학협력단 치아교정 브라켓 용 에어로졸 증착 된 바이오 세라믹 필름의 구조 및 기계적 특성 평가 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101353338B1 (ko) * 2012-02-07 2014-01-22 재단법인 포항산업과학연구원 생체 친화성 임플란트의 제조방법
KR101385739B1 (ko) * 2012-02-22 2014-04-21 재단법인 포항산업과학연구원 티타늄 임플란트의 표면거칠기 증가방법
KR101861343B1 (ko) 2014-11-28 2018-05-29 주식회사 바이오알파 히드록시아파타이트로 표면을 수식한 폴리에테르에테르케톤

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4818559A (en) * 1985-08-08 1989-04-04 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for producing endosseous implants
KR20070063114A (ko) * 2005-12-14 2007-06-19 주식회사 덴티움 금속 임플란트 및 그 제조방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101249051B1 (ko) * 2010-12-28 2013-03-29 재단법인 포항산업과학연구원 생체친화성 임플란트의 제조방법
KR101274229B1 (ko) * 2011-03-15 2013-06-17 순천대학교 산학협력단 ＨＡ 블라스팅, ＴｉＯ₂ 양극산화 및 ＲＦ마그네트론 스퍼터링에 의한 티타늄 표면 코팅 방법
KR101309218B1 (ko) * 2012-02-22 2013-09-17 재단법인 포항산업과학연구원 생체 친화성 임플란트의 제조방법
KR20200083890A (ko) * 2019-01-01 2020-07-09 광운대학교 산학협력단 치아교정 브라켓 용 에어로졸 증착 된 바이오 세라믹 필름의 구조 및 기계적 특성 평가 방법

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