KR20120105280A - A surface coating method of titanium by ha blasting, tio2 anodizing and gf magnetron sputtering - Google Patents

A surface coating method of titanium by ha blasting, tio2 anodizing and gf magnetron sputtering Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A titanium surface coating method by HA blasting, TiO2 anode oxidation, and RF magnetron sputtering is provided to improve hydrophilic property and reduce elastic modulus of titanium by HA blasting the titanium surface, forming a nanotube TiO2 coating layer on the blasted titanium surface, and then forming an RF magnetron sputtered HA coating layer. CONSTITUTION: A titanium surface coating method by HA blasting, TiO2 anode oxidation, and RF magnetron sputtering comprises the steps of: HA(hydroxyapatite) blasting the surface of titanium, washing, rinsing, and drying the titanium, forming a nanotube TiO2 coating layer on the titanium surface through anode oxidation, and forming an HA coating layer on the titanium surface with the nanotube TiO2 coating layer by RF magnetron sputtering.

Description

HA 블라스팅, TiO₂ 양극산화 및 RF마그네트론 스퍼터링에 의한 티타늄 표면 코팅 방법{A SURFACE COATING METHOD OF TITANIUM BY HA BLASTING, TIO2 ANODIZING AND GF MAGNETRON SPUTTERING}Titanium surface coating method by HA blasting, TiO₂ anodization and RF magnetron sputtering {A SURFACE COATING METHOD OF TITANIUM BY HA BLASTING, TIO2 ANODIZING AND GF MAGNETRON SPUTTERING}

본 발명은 치과 및 정형외과 임플란트 재료로 사용되는 티타늄의 표면 코팅 3방법에 관한 것이다.
The present invention relates to three methods of surface coating of titanium for use as dental and orthopedic implant materials.

상용의 순수한 티타늄(cpTi)은 그의 기계적 강도, 안정성 및 뼈 조직과의 양호한 적합성(compatibility)으로 인하여, 임상 치의학에서 치근(dental root) 임플란트 재료 및 정형외과 임플란트 재료로서 널리 사용되고 있다. 이러한 높은 수준의 생체적합성은 임플란트-뼈 조직 계면에서 골형성(osteogenic) 세포외기질의 형성을 돕는 것으로 여겨지는 cpTi 표면 상에 자연적으로 형성된 안정한 TiO2 층에 기인한다.Commercially pure titanium (cpTi) is widely used as a dental root implant material and orthopedic implant material in clinical dentistry due to its mechanical strength, stability and good compatibility with bone tissue. This high level of biocompatibility is a stable TiO 2 naturally formed on the surface of cpTi that is believed to assist in the formation of osteogenic extracellular matrix at the implant-bone tissue interface. Due to layers.

그러나, 이 TiO2 층은 매우 안정하여 골융합(osseointegration)에 많은 시간이 걸린다. 또한, 임플란트 표면에 대한 뼈 반응은 Ti 표면의 화학적 및 물리적 성질들에 의존하여 임플란트의 내구성에 영향을 미친다. However, this TiO 2 layer is very stable and takes a long time for osseointegration. In addition, bone reactions to the implant surface influence the durability of the implant, depending on the chemical and physical properties of the Ti surface.

따라서, 특정 의학적 적용에 따른 특정 요구들에 따라 티타늄 표면을 조절하고 생체적합성을 증가시키기 위하여 표면 개질에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 아직 만족할 만한 결과를 도출하지 못하고 있는 실정이다.
Therefore, studies on surface modification have been actively conducted to control titanium surface and increase biocompatibility according to specific needs of specific medical applications, but have not been able to obtain satisfactory results.

본 발명은 HA 블라스팅(blasting)된 티타늄 표면에 나노튜브 TiO2 코팅층을 형성시키고, 여기에 RF 마그네트론 스퍼터링된 HA 코팅층이 형성된 치과 및 정형외과용 임플란트 소재로서의 티타늄의 표면 코팅 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a nanotube TiO 2 coating layer on a HA blasted titanium surface, and to provide a surface coating method of titanium as a dental and orthopedic implant material having an RF magnetron sputtered HA coating layer formed thereon. It is done.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 본 발명의 방법에 따라 제조된 HA 블라스팅-나노튜브 TiO2 양극산화층-HA 스퍼터링으로 표면 코팅된 치과 및 정형외과용 임플란트 소재 티타늄을 제공하는 데에 있다.
Another object of the present invention is to provide a dental and orthopedic implant material titanium coated with HA blasting-nanotube TiO 2 anodization layer-HA sputtering prepared according to the method of the present invention.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법을 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a titanium surface coating method comprising the following steps:

(1) 타타늄 표면을 HA(hydroxyapatite)로 블라스팅(blasting)하는 단계;(1) blasting the surface of titanium with HA (hydroxyapatite);

(2) HA 블라스팅된 티타늄 표면에 양극산화로 나노튜브 TiO2 코팅층을 형성시키는 단계; 및(2) Nanotube TiO 2 by anodization on HA blasted titanium surface Forming a coating layer; And

(3) 나노튜브 TiO2 코팅층이 형성된 티타늄 표면에 RF 마그네트론 스퍼터링(RF magnetron sputtering)으로 HA 코팅층을 형성시키는 단계.(3) forming a HA coating layer by RF magnetron sputtering on the titanium surface on which the nanotube TiO 2 coating layer is formed.

상기 방법에서 단계 (1)과 단계 (2) 사이에는 세척, 헹굼 및 건조 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include washing, rinsing and drying between steps (1) and (2).

상기 세척은 초음파 세척인 것이 바람직하다.The washing is preferably ultrasonic cleaning.

상기 세척은 아세톤 및 에탄올의 존재하에서 수행되는 것이 바람직하다.The washing is preferably carried out in the presence of acetone and ethanol.

상기 세척은 5~15분 동안 수행되는 것이 바람직하다.The washing is preferably performed for 5 to 15 minutes.

상기 헹굼은 증류수를 이용하여 20~40분 동안 수행되는 것이 바람직하다.The rinsing is preferably performed for 20 to 40 minutes using distilled water.

상기 단계 (2)의 양극산화는 HA 블라스팅된 티타늄을 양극(anode)으로 사용하고 백금판을 음극(cathod)로 사용하는 것이 바람직하다.In the anodization of step (2), it is preferable to use HA blasted titanium as an anode and a platinum plate as a cathode.

상기 양극과 음극의 거리는 10mm인 것이 바람직하다.The distance between the positive electrode and the negative electrode is preferably 10mm.

상기 단계 (2)의 양극산화는 1.5중량% HF를 함유하는 1M H3PO4 용액하에서 수행되는 것이 바람직하다.The anodization of step (2) is preferably carried out under a 1M H 3 PO 4 solution containing 1.5% by weight HF.

상기 단계 (2)의 양극산화는 실온에서 10분 동안 수행되는 것이 바람직하다.The anodization of step (2) is preferably carried out for 10 minutes at room temperature.

상기 단계 (2)의 양극산화는 20V의 직류 전압하에서 수행되는 것이 바람직하다.The anodization of step (2) is preferably carried out under a DC voltage of 20V.

상기 단계 (2)의 나노튜브는 직경 100nm, 길이 500nm인 것이 바람직하다.The nanotubes of step (2) is preferably 100nm in diameter, 500nm in length.

본 발명의 방법은 상기 단계 (2)와 단계 (3) 사이에 세척 및 건조 단계를 더 포함할 수 있다.The method of the present invention may further comprise a washing and drying step between the step (2) and step (3).

상기 세척은 증류수를 사용하는 것이 바람직하다.The washing is preferably using distilled water.

상기 세척은 10~30분 동안 수행되는 것이 바람직하다.The washing is preferably performed for 10 to 30 minutes.

상기 건조는 100~200℃의 조건에서 수행되는 것이 바람직하다.The drying is preferably carried out under the conditions of 100 ~ 200 ℃.

상기 단계 (3)의 RF 마그네트론 스퍼터링에 사용된 타겟은 HA 분말이 있는 구리 디스크인 것이 바람직하다.The target used for the RF magnetron sputtering of step (3) is preferably a copper disk with HA powder.

상기 단계 (3)의 RF 마그네트론 스퍼터링은 다음의 단계들을 포함하여 수행되는 것이 바람직하다:The RF magnetron sputtering of step (3) is preferably performed by including the following steps:

(1) 스퍼터 챔버를 배기시켜 1×10-5 Torr 미만의 기저압에서 1×10-2 Torr가 될 때까지 고순도 아르곤으로 충전시키는 단계;(1) evacuating the sputter chamber to fill with high purity argon until a 1 × 10 −2 Torr at a base pressure of less than 1 × 10 −5 Torr;

(2) 나노튜브 TiO2 코팅층이 형성된 티타늄 기재 표면을 스퍼터 세정하는 단계;(2) sputter cleaning the surface of the titanium substrate on which the nanotube TiO 2 coating layer was formed;

(3) HA 분말이 있는 구리 디스크 타겟을 스퍼터 세정하는 단계; 및(3) sputter cleaning a copper disk target with HA powder; And

(4) 200W에서 1 내지 15분 동안 침착시키는 단계.(4) depositing at 200 W for 1-15 minutes.

상기 단계 (2) 및 단계 (3)의 스퍼터 세정은 1kV 직류전압 바이어스로 30분 동안 수행하는 것이 바람직하다.The sputter cleaning of steps (2) and (3) is preferably performed for 30 minutes with a 1 kV DC voltage bias.

상기 단계 (4)의 침착은 5×10-3 mbar의 아르곤의 존재하에서 수행되는 것이 바람직하다.The deposition of step (4) is preferably carried out in the presence of 5 × 10 −3 mbar of argon.

상기 단계 (4)의 침착은 100mm의 기재-타겟 거리로 실온에서 제자리(in situ) 침착하는 것이 바람직하다.The deposition of step (4) is preferably deposited in situ at room temperature with a substrate-target distance of 100 mm.

또한, 본 발명은 상기 설명된 본 발명의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 표면이 HA 블라스팅-나노튜브 TiO2 코팅-HA 스퍼터링된 티타늄을 제공한다.The present invention also provides a HA blasted-nanotube TiO 2 coating-HA sputtered titanium characterized in that it is produced by the process of the invention described above.

상기 표면이 HA 블라스팅-나노튜브 TiO2 코팅-HA 스퍼터링된 티타늄은 치과 임플란트용인 것이 바람직하다.It is preferred that the surface is HA blasted-nanotube TiO 2 coated-HA sputtered titanium for dental implants.

상기 표면이 HA 블라스팅-나노튜브 TiO2 코팅-HA 스퍼터링된 티타늄은 정형외과 임플란트용인 것이 바람직하다.
It is preferred that the surface is HA blasted-nanotube TiO 2 coated-HA sputtered titanium for orthopedic implants.

본 발에 의하여 표면 코팅된 티타늄은 우수한 친수성, 감소된 탄성 모듈러스를 가지게 됨으로써, 뼈와 임플란트 장치와의 부조화를 완화시켜 골흡수(resorption)를 감소시키며 골융합(osteointegration)에 걸리는 시간을 줄여주는 효과가 있다.
Titanium coated by the foot has excellent hydrophilicity and reduced modulus of elasticity, which mitigates the mismatch between bone and implant devices, reducing bone resorption and reducing the time to osteointegration. have.

도 1은 나노튜브 TiO2 표면상에 HA 코팅층의 FE-SEM 이미지(×1,000)를 나타내는 사진으로, (a)는 RBM(Resorbable Blasted Media blasting) 표면, (b)는 양극산화된 RBM 표면, (c) 내지 (f)는 각각 1분, 5분, 10분, 15분 동안 HA 코팅된 표면을 나타낸다.
도 2는 나노튜브 TiO2 표면상에 HA 코팅층의 FE-SEM 이미지(×10,000)를 나타내는 사진으로, (a)는 RBM(Resorbable Blasted Media blasting) 표면, (b)는 양극산화된 RBM 표면, (c) 내지 (f)는 각각 1분, 5분, 10분, 15분 동안 HA 코팅된 표면을 나타낸다.
도 3은 나노튜브 TiO2 표면상에 HA 코팅층의 FE-SEM 이미지(×100,000)를 나타내는 사진으로, (a)는 양극산화된 RBM 표면, (b) 내지 (e)는 각각 1분, 5분, 10분, 15분 동안 HA 코팅된 표면을 나타낸다.
도 4는 나노튜브 TiO2 표면상에 HA 코팅의 EDX 데이터를 나타낸 것이다.
도 5는 나노튜브 TiO2 표면상에 HA 코팅의 X-선 분석을 나타낸 것으로, (a)는 HA 코팅 전, (b)는 HA 코팅 후를 나타낸다.
도 6은 나노튜브 TiO2 표면상에 HA 코팅의 XPS 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 7은 PBS 용액 내에서의 시간 경과에 따른 Ca2 + 이온 농도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 PBS 용액 내에서 15일 후 Ca2 + 이온 농도를 나타낸 그래프이다.
1 is a photograph showing a FE-SEM image (× 1,000) of the HA coating layer on the nanotube TiO 2 surface, (a) is a Resorbable Blasted Media blasting (RBM) surface, (b) is an anodized RBM surface, ( c) to (f) represent HA coated surfaces for 1 minute, 5 minutes, 10 minutes and 15 minutes, respectively.
Figure 2 is a photograph showing the FE-SEM image (× 10,000) of the HA coating layer on the nanotube TiO 2 surface, (a) is a RBM (Resorbable Blasted Media blasting) surface, (b) is an anodized RBM surface, ( c) to (f) represent HA coated surfaces for 1 minute, 5 minutes, 10 minutes and 15 minutes, respectively.
FIG. 3 is a photograph showing an FE-SEM image (× 100,000) of an HA coating layer on a nanotube TiO 2 surface, wherein (a) is an anodized RBM surface and (b) to (e) are 1 minute and 5 minutes, respectively. HA coated surface for 10 minutes, 15 minutes.
4 shows EDX data of HA coating on nanotube TiO 2 surface.
Figure 5 shows the X-ray analysis of the HA coating on the nanotube TiO 2 surface, (a) before the HA coating, (b) after the HA coating.
6 shows the XPS spectrum of the HA coating on the nanotube TiO 2 surface.
7 is a graph showing the Ca 2 + ion concentration with the passage of time in the PBS solution.
Figure 8 is a graph showing the 15 days of the Ca 2 + ion concentration in the PBS solution.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 HA-블라스팅된 나노튜브 TiO2 표면상에서 RF 마그네트론 스퍼터링된 HA 코팅 조건을 조절함으로써 나노스케일(nano-scale) HA 코팅 및 나노튜브 TiO2 층들의 장점들을 조합하고자 하였다.The present invention seeks to combine the advantages of nano-scale HA coating and nanotube TiO 2 layers by controlling the RF magnetron sputtered HA coating conditions on the HA-blasted nanotube TiO 2 surface.

따라서, 본 발명은 다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법을 제공한다:Accordingly, the present invention provides a titanium surface coating method comprising the following steps:

(1) 타타늄 표면을 HA(hydroxyapatite)로 블라스팅(blasting)하는 단계;(1) blasting the surface of titanium with HA (hydroxyapatite);

(2) HA 블라스팅된 티타늄 표면에 양극산화로 나노튜브 TiO2 코팅층을 형성시키는 단계; 및(2) Nanotube TiO 2 by anodization on HA blasted titanium surface Forming a coating layer; And

(3) 나노튜브 TiO2 코팅층이 형성된 티타늄 표면에 RF 마그네트론 스퍼터링(RF magnetron sputtering)으로 HA 코팅층을 형성시키는 단계.(3) forming a HA coating layer by RF magnetron sputtering on the titanium surface on which the nanotube TiO 2 coating layer is formed.

상기 방법에서 단계 (1)과 단계 (2) 사이에는 세척, 헹굼 및 건조 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include washing, rinsing and drying between steps (1) and (2).

상기 세척은 아세톤 및 에탄올의 존재하에 5~15분, 바람직하게는 10분 동안 초음파 세척하는 것이 바람직하다.The washing is preferably ultrasonically cleaned for 5-15 minutes, preferably 10 minutes in the presence of acetone and ethanol.

상기 헹굼은 증류수를 이용하여 20~40분, 바람직하게는 30분 동안 수행되는 것이 바람직하다.The rinsing is preferably performed for 20 to 40 minutes, preferably 30 minutes using distilled water.

상기 단계 (2)의 양극산화는 HA 블라스팅된 티타늄을 양극(anode)으로 사용하고 백금판을 음극(cathod)로 사용하는 것이 바람직하고, 양극과 음극의 거리는 10mm인 것이 바람직하다.In the anodization of step (2), it is preferable to use HA blasted titanium as an anode and a platinum plate as a cathode, and the distance between the anode and the cathode is preferably 10 mm.

상기 단계 (2)의 양극산화의 바람직한 구체예로서 1.5중량% HF를 함유하는 1M H3PO4 용액하의 실온에서 10분 동안 20V의 직류 전압하에서 수행되는 것이 바람직하다.As a preferred embodiment of the anodization of step (2), it is preferably carried out under a DC voltage of 20 V for 10 minutes at room temperature under a 1M H 3 PO 4 solution containing 1.5% by weight HF.

상기 단계 (2)의 나노튜브는 직경이 약 100nm, 길이가 약 500nm인 것이 바람직하며, 직경 약 100nm, 길이 500nm의 나노튜브를 함유하는 나노튜브 층이 생성됨으로써 친수성이 현저히 개선되며, 상기 나노튜브층의 감소된 탄성 모듈러스는 뼈와 임플란트 장치 간의 심한 탄성 모듈러스 부조화(mismatch)를 완화시켜 뼈 흡수(resorption)를 감소시킬 수 있다.Preferably, the nanotubes of step (2) have a diameter of about 100 nm and a length of about 500 nm, and a nanotube layer containing nanotubes having a diameter of about 100 nm and a length of 500 nm is generated to significantly improve hydrophilicity. Reduced elastic modulus of the layers can alleviate severe elastic modulus mismatch between the bone and the implant device to reduce bone resorption.

본 발명의 방법은 상기 단계 (2)와 단계 (3) 사이에 세척 및 건조 단계를 더 포함할 수 있다.The method of the present invention may further comprise a washing and drying step between the step (2) and step (3).

바람직한 하나의 구체예로서 상기 세척은 증류수로, 10~30분 동안 수행되는 것이 바람직하고, 상기 건조는 100~200℃의 조건에서 수행되는 것이 바람직하다.As a preferred embodiment, the washing is preferably performed for 10 to 30 minutes with distilled water, and the drying is preferably performed under the conditions of 100 ~ 200 ℃.

상기 단계 (3)의 RF 마그네트론 스퍼터링에 사용된 타겟은 HA 분말이 있는 구리 디스크인 것이 바람직하다.The target used for the RF magnetron sputtering of step (3) is preferably a copper disk with HA powder.

RF 마그네트론 스퍼터링 단계의 바람직한 구체예는 다음과 같은 단계를 통하여 수행될 수 있다:Preferred embodiments of the RF magnetron sputtering step can be carried out through the following steps:

(1) 스퍼터 챔버를 배기시켜 1×10-5 Torr 미만의 기저압에서 1×10-2 Torr가 될 때까지 고순도 아르곤으로 충전시키는 단계;(1) evacuating the sputter chamber to fill with high purity argon until a 1 × 10 −2 Torr at a base pressure of less than 1 × 10 −5 Torr;

(2) 나노튜브 TiO2 코팅층이 형성된 티타늄 기재 표면을 스퍼터 세정하는 단계;(2) sputter cleaning the surface of the titanium substrate on which the nanotube TiO 2 coating layer was formed;

(3) HA 분말이 있는 구리 디스크 타겟을 스퍼터 세정하는 단계; 및(3) sputter cleaning a copper disk target with HA powder; And

(4) 200W에서 1 내지 15분 동안 침착시키는 단계.(4) depositing at 200 W for 1-15 minutes.

바람직한 하나의 구체예로서, 상기 스퍼터 세정은 1kV 직류전압 바이어스로 30분 동안 수행하는 것이 바람직하다.In one preferred embodiment, the sputter cleaning is preferably performed for 30 minutes with a 1kV DC voltage bias.

또한, 바람직한 하나의 구체예로서, 상기 침착은 5×10-3 mbar의 아르곤의 존재하에서 100mm의 기재-타겟 거리로 실온에서 제자리(in situ) 침착하는 것이 바람직하다.Further, preferred as a specific example, the deposition substrate of 100mm in the presence of 5 × 10 -3 mbar of argon-place at room temperature to the target distance (in situ ) is preferably deposited.

본 발명은 상기 설명된 본 발명의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 표면이 HA 블라스팅-나노튜브 TiO2 코팅-HA 스퍼터링된 티타늄을 제공하며, 치과 임플란트 및 정형외과 임플란트용으로 사용될 수 있다.
The present invention provides a HA blasting-nanotube TiO 2 coating-HA sputtered titanium characterized by being produced by the process of the invention described above, which can be used for dental implants and orthopedic implants.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

[[ 실시예Example ]]

1. One. 블라스팅Blasting , , 양극산화Anodization  And 스퍼터링Sputtering 절차 step

직경 15mm 및 두께 3mm의 상용의 순수한 티타늄(ASTM 등급 II, Kobe Steel, Japan) 디스크를 사용하였다. 모든 디스크들의 한 면 상에서 HA-블라스팅(blastiong) 절차를 실시하였다. 아세톤 및 에탄올 중에서 10분 동안 초음파 세척 후 디스크들을 증류수 중에서 30분 동안 헹구고 건조시켰다.Commercial pure titanium (ASTM Grade II, Kobe Steel, Japan) discs of 15 mm diameter and 3 mm thickness were used. HA-blasting procedure was performed on one side of all disks. After ultrasonic cleaning for 10 minutes in acetone and ethanol, the disks were rinsed in distilled water for 30 minutes and dried.

양극산화 기술을 이용하여 나노튜브 TiO2 표면을 제작하였다. 상기 디스크들 및 백금판을 각각 양극(anode) 및 음극(cathod)으로서 사용하였다. 양극과 음극간의 거리는 10mm였다. Cochran 등의 최적화 양극산화 파라미터들에 기초하여 1.5중량% HF를 함유하는 1M H3PO4 용액 중의 실온에서 10분 동안 20 직류 전압(Fine Power F-3005, SG EMD, Korea)을 사용하여 양극산화 절차를 실시하였다. 모든 용액들은 시약 등급 화학물질들 및 증류수를 이용하여 제조하였다. 양극산화 후, 표본을 물에서 20분 동안 세척하고, 200℃ 오븐 내에서 1시간 동안 건조시켰다.Nanotube TiO 2 surfaces were fabricated using anodization technology. The disks and the platinum plate were used as anodes and cathodes, respectively. The distance between the anode and the cathode was 10 mm. Anodization using 20 DC voltage (Fine Power F-3005, SG EMD, Korea) for 10 minutes at room temperature in 1M H 3 PO 4 solution containing 1.5 wt% HF based on optimized anodization parameters such as Cochran et al. The procedure was carried out. All solutions were prepared using reagent grade chemicals and distilled water. After anodization, the samples were washed in water for 20 minutes and dried in a 200 ° C. oven for 1 hour.

HA 코팅 절차는 상업적으로 입수가능한 RF 마그네트론 스퍼터 유닛((hybrid coater system, A-Tech, Korea)을 이용하여 수행하였다. 이 침착 공정에 사용된 타겟 재료는 HA 분말이 있는 구리 디스크(Ca10(PO4)6(OH)2, CERAC, Milwaukee, USA)를 사용하였다. 스퍼터 챔버를 배기시켜 1×10- 5토르(Torr) 미만의 기저압으로하고, 작업 압력인 1×10- 2토르가 달성될때까지 고순도(99.9995%) 아르곤으로 다시 충전시켰다(backfilled). 침착 전, 기재 표면을 먼저 1kV dc 바이어스로 30분 동안 스퍼터 세정하였다. 타겟도 임의의 표면 오염물들을 제거하고 또한 타겟 표면을 활성화시키기 위하여 스퍼터 세정하였다. 200W에서 1, 5, 10 및 15분 동안 침착을 실시하였다. 5×10-3 mbar(5Pa) Ar에서 100mm의 기재-타겟 거리로 실온에서 제위치(in situ) 침착을 수행하였다.
The HA coating procedure was performed using a commercially available RF magnetron sputter unit (hybrid coater system, A-Tech, Korea). The target material used in this deposition process was a copper disk with HA powder (Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2, CERAC, Milwaukee, USA) was used to evacuate the sputtering chamber 1 × 10 -. 5 Torr (Torr) to group the low pressure of less than, and a working pressure of 1 × 10 - 2 Torr is achieved Backfilled with high purity (99.9995%) argon until 30. Prior to deposition, the substrate surface was first sputter cleaned with a 1 kV dc bias for 30 minutes to remove any surface contaminants and also to activate the target surface. Sputter rinse Deposition was carried out for 1, 5, 10 and 15 minutes at 200 W. In situ deposition was performed at room temperature with a substrate-target distance of 100 mm at 5 × 10 −3 mbar (5 Pa) Ar. .

상기 임플란트 장치들의 표면 국소해부학적(topography) 및 화학적 성질들은 치과 및 정형외과 적용에 중요하다. 최근의 증거들은 나노스케일-임플란트 표면에 대한 향상된 세포 및 조직 반응들을 밝혔다. 또 다른 연구에서, 본 발명의 발명자들은 양극산화를 이용하여 나노튜브 구조가 매끄러운 티타늄 상에 제조될 수 있다는 것을 증명하였다. 직경 약 100nm, 길이 500nm의 나노튜브 TiO2 구조를 함유하는 나노튜브 층이 제작되었으며 친수성이 현저히 개선되었다. 상기 나노튜브층의 감소된 탄성 모듈러스는 뼈와 임플란트 장치간의 심한 탄성 모듈러스 부조화를 완화시켜 가능하게는 뼈 흡수를 감소시킬 것으로 예측된다. 티타늄 상에서의 나노튜브층의 형성 메커니즘은 전해질과의 선택적 및 방위적으로(orientationally) 국한된(localized) 용해 및 전기장 보조(assistance)와 관련된다.Surface topography and chemical properties of the implant devices are important for dental and orthopedic applications. Recent evidence has revealed improved cellular and tissue responses to nanoscale-implant surfaces. In another study, the inventors of the present invention demonstrated that nanotube structures can be fabricated on smooth titanium using anodization. Nanotube layers containing nanotube TiO 2 structures of about 100 nm in diameter and 500 nm in length were fabricated and the hydrophilicity was significantly improved. The reduced elastic modulus of the nanotube layer is expected to mitigate severe elastic modulus mismatch between the bone and the implant device, possibly reducing bone absorption. The mechanism of formation of the nanotube layer on titanium is related to selective and orientationally localized dissolution and electric field assistance with the electrolyte.

본 발명에서는 직경 약 100nm 및 길이 500nm의 나노튜브 구조를 포함하는 비교적 균일한 나노튜브층을 1M H3PO4 + 1.5wt% HF 전해질 용액 중에서 거친 RBM 기재들에 무관하게 20V에서 제작하였다. HA 코팅에 사용된 조건은 RF 마그네트론 스퍼터링 조건들에 따라 달라질 수 있다. 나노튜브 TiO2 입구(entrance)를 완전하게 덮지 않도록 200W에서 20분 미만 동안 침적을 수행하였다.
In the present invention, a relatively uniform nanotube layer including a nanotube structure having a diameter of about 100 nm and 500 nm in length was fabricated at 20V regardless of rough RBM substrates in 1M H 3 PO 4 + 1.5 wt% HF electrolyte solution. The conditions used for the HA coating may vary depending on the RF magnetron sputtering conditions. Deposition was performed at 200 W for less than 20 minutes to not completely cover the nanotube TiO 2 entrance.

2. 표면 2. Surface 특징화Characterization

에너지 분산 분광기(EDS)가 있는 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM, JSM-7500F, JEOL, Japan)에 의해 표면들의 형태학을 특징화하였다. 고해상도 X-선 회절(HR-XRD, X'Pert PRO Multi Purpose X-Ray Diffractometer, PANalytical, Holland)을 이용하여 샘플 표면들의 구조를 결정하였다. CuKα X-선 방사(λ=1.540Å) 공급원을 40kV의 튜브 전압 및 40mA의 튜브 전류로 사용하였다. 각 회절 스캔을 단계 크기 0.02°로 매 5초의 증가에 대한 스캔 드웰타임(dwell time)으로 20°내지 50°2θ 사이에서 기록하였다.The morphology of the surfaces was characterized by a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, JSM-7500F, JEOL, Japan) with an energy dispersive spectrometer (EDS). The structure of the sample surfaces was determined using high resolution X-ray diffraction (HR-XRD, X'Pert PRO Multi Purpose X-Ray Diffractometer, PANalytical, Holland). A CuKα X-ray radiation (λ = 1.540 kV) source was used with a tube voltage of 40 kV and a tube current of 40 mA. Each diffraction scan was recorded between 20 ° and 50 ° 2θ with a scan dwell time for every 5 seconds increase with a step size of 0.02 °.

다공성 층 및 HA 침착 표면 모두의 조성도 X-선 광전자방출 분광법(MultiLab 2000, Thermo electron corporation, England)으로 검사하였다. 14.9kV 및 20mA에서 적절한 양극 작동으로 생성된 AlKα X-선(hv=14486.6eV)을 사용하여 스펙트럼들을 기록하였다. 분석 동안, 약 300μm×700μm의 분석 영역 및 샘플 표면에 대해 90°의 테이크오프(take off) 각도로 하이브리드 렌즈 모드(정전기적 및 자성)를 사용하였다. 160eV의 통과(pass) 에너지에서 결합 에너지 0-1300eV 범위에 걸쳐 넓은 에너지 조사 스캔들(wide energy survey scans)을 수득하였다. 20eV의 통과 에너지에서 Cls(278-295eV), O1s(525-540 eV), Ca2p(340-362 eV), Ti2p(450-470 eV) 및 P2p(125-140 eV)에 대해 좁은(narrow) 에너지 조사 스캔들을 기록하였다. 측정된 BE 위치들에 대한 샘플 하전 효과들은 C1s 스펙트럼 엔빌로프(envelope)의 최저 결합 에너지 성분을 285.0 eV로 설정함으로써, 즉 외측(adventitious) 탄소 표면 오염에 대해 일반적으로 허용되는 값으로 설정함으로써 보정하였다.
The composition of both the porous layer and the HA deposited surface was also examined by X-ray photoelectron emission spectroscopy (MultiLab 2000, Thermo electron corporation, England). Spectra were recorded using AlKα X-rays (hv = 14486.6 eV) generated with proper anode operation at 14.9 kV and 20 mA. During the analysis, hybrid lens modes (electrostatic and magnetic) were used with a take off angle of 90 ° for the analysis area and sample surface of about 300 μm × 700 μm. Wide energy survey scans were obtained over a binding energy range of 0-1300 eV at a pass energy of 160 eV. Narrow energy for Cls (278-295 eV), O1s (525-540 eV), Ca2p (340-362 eV), Ti2p (450-470 eV) and P2p (125-140 eV) at a pass energy of 20 eV Survey scandal was recorded. Sample charge effects on the measured BE positions were corrected by setting the lowest binding energy component of the C1s spectral envelope to 285.0 eV, i.e., to a generally acceptable value for adventitious carbon surface contamination. .

FE-SEM은 처리된 표면의 대표적인 표면 형태학을 보여준다. 낮은 배율에서, RBM 표면은 거칠었다[도 1(a)]. RBM의 마이크로-거침화된 표면의 날카로운 가장자리는 양극산화 및 HA 코팅으로 매끄럽게 되었으나 상기 마이크로-거침성은 그대로 유지되었다[도 1(b)]. 이는 티타늄 기재의 표면 거칠기가 상기 양극산화 및 HA 코팅에 의해 제조된 나노튜브 및 HA 코팅층의 형태학 및 크기에 영향을 미치지 않음을 암시한다. 보다 고배율에서, 고도로 정렬된 나노튜브 조직들이 상기 거친 RBM 상에서 관찰되었다[도 2(a)]. 모든 샘플들에서 새롭게 형성된 나노튜브 구조들은 형태학 및 크기 면에서 유사하였다. HA 코팅시간이 증가함에 따라 상기 나노튜브 TiO2 입구들은 HA로 코팅되었다. 이 패턴은 날카로운 가장자리에서 특히 명백하였다[도 2(c,d,e,f)]. 보다 더 높은 배율에서, 고도로 정렬된 나노튜브 조직들이 거친 RBM 상에서 관찰되었다[도 3(a)]. 모든 샘플들에서, 새롭게 형성된 나노튜브 구조들은 형태학 및 크기에서 유사하였다. 직경 100nm의 나노튜브 TiO2 구조의 형성이 관찰되었다[도 3(b)]. 코팅 후, 35~40nm 두께의 HA 코팅층도 상기 나노튜브 TiO2 구조에 대해 유사한 형태학을 갖는 것으로 관찰되었다. 나노튜브 TiO2 입구의 형태학은 코팅시간 증가에 따라 두께에서의 증가를 나타내었다. 코팅시간이 증가됨에 따라 상기 나노튜브 TiO2 입구는 HA로 코팅되었다[도 3(c,d,e,f)]. 15분이 넘는 HA 코팅 후에는, 상기 나노튜브 TiO2 입구 주변의 HA 코팅벽으로 인하여 나노튜브 TiO2 입구는 사라질 것이다.FE-SEM shows a representative surface morphology of the treated surface. At low magnification, the RBM surface was rough (Fig. 1 (a)). The sharp edges of the micro-roughened surface of the RBM were smoothed with anodization and HA coating, but the micro-roughness remained intact (FIG. 1 (b)). This suggests that the surface roughness of the titanium substrate does not affect the morphology and size of the nanotubes and HA coating layers produced by the anodization and HA coating. At higher magnifications, highly aligned nanotube tissues were observed on the coarse RBM (FIG. 2 (a)). The newly formed nanotube structures in all samples were similar in morphology and size. As the HA coating time increased, the nanotube TiO 2 inlets were coated with HA. This pattern was particularly evident at the sharp edges (Fig. 2 (c, d, e, f)). At even higher magnification, highly aligned nanotube tissues were observed on rough RBM (FIG. 3 (a)). In all samples, the newly formed nanotube structures were similar in morphology and size. Formation of a nanotube TiO 2 structure having a diameter of 100 nm was observed (FIG. 3 (b)). After coating, a 35-40 nm thick HA coating layer was observed to have similar morphology for the nanotube TiO 2 structure. The morphology of the nanotube TiO 2 inlet showed an increase in thickness with increasing coating time. As the coating time increased, the nanotube TiO 2 inlet was coated with HA (Fig. 3 (c, d, e, f)). HA after coating it is over 15 minutes, due to the nanotube TiO 2 HA-coated wall surrounding the entrance to the entrance nanotube TiO 2 will disappear.

상기 나노튜브층의 화학 조성은 EDS로 특징화하였으며 이는 티타늄 및 산소의 존재를 검출하였다. 철에 대한 피크는 불순물로서 다양한 양의 철을 포함하는 상용의 순수한 티타늄 표본으로 인한 것이다. 소량의 칼슘 및 인이 검출되었다(도 4).The chemical composition of the nanotube layer was characterized by EDS, which detected the presence of titanium and oxygen. The peak for iron is due to commercially available pure titanium specimens containing varying amounts of iron as impurities. Small amounts of calcium and phosphorus were detected (FIG. 4).

각 샘플의 XRD 패턴으로 모든 샘플들에서 세 개의 가장 강한 피크들이 35.1°, 38.33° 및 40.1°에서 관찰되었으며(도 5), 이들은 티타늄에 대한 ICDD 파일번호 #00-044-1294에서의 25%, 30% 및 100% 강도 피크들에 대해 관찰된 결과들과 일치한다. 이는 TiO2 표면 및 HA 코팅된 나노튜브 TiO2 표면 모두에서의 TiO2 가 무정형이었음을 나타내는 것이다. 또한, HA 코팅된 샘플들에서 상기 HA는 무정형 구조였다.The three strongest peaks in all samples were observed at 35.1 °, 38.33 ° and 40.1 ° with the XRD pattern of each sample (FIG. 5), which was 25% in ICDD file # 00-044-1294 for titanium, Consistent with the results observed for 30% and 100% intensity peaks. This indicates that the TiO 2 was amorphous at both the TiO 2 surface and the HA coated nanotube TiO 2 surface. In addition, the HA was amorphous in the HA coated samples.

상기 나노튜브 TiO2 표면의 티타늄층에 대한 XPS 데이터는 티타늄 및 불소에 추가하여 산소 및 탄소의 존재를 나타내었다(표 1). 이러한 표면 산화물층의 존재는 O1s 스펙트럼 엔빌로프의 고해상능에 의해 확인되었으며, 이는 530.9eV에서 TiO2 로부터의 강한 영향을 명확하게 나타내었다. 나노튜브 TiO2 표면의 고해상도 Ti2p 스펙트럼은 459.3eV에서의 피크들로 인하여 TiO2의 존재를 나타내었다(Ti2p3/2).XPS data for the titanium layer on the nanotube TiO 2 surface showed the presence of oxygen and carbon in addition to titanium and fluorine (Table 1). The presence of this surface oxide layer was confirmed by the high resolution of the O1s spectral envelope, which clearly showed a strong effect from TiO 2 at 530.9 eV. The high resolution Ti2p spectrum of the nanotube TiO 2 surface showed the presence of TiO 2 due to the peaks at 459.3eV (Ti2p3 / 2).

또한, 불소가 상기 나노튜브 TiO2 표면상에서 검출되었다. 표 1에 나타낸 것과 같이, 스퍼터링 후 모든 HA 코팅된 디스크들은 현저한 O1s 및 Ti2P 피크들 및 Ca, P, O 피크들을 나타내었으나 불소는 나타나지 않았다. HA 코팅 후 대응 O1s 스펙트럼 엔빌로프는 530.3eV (TiO2)에서의 강한 피크 및 상기 피크의 고결합 에너지 부분(~532.1 eV)에서의 현저한 숄더(shoulder)의 존재로 인해 표면의 산화물 성질이 확인되었다[도 6(a), 표 1]. 앞서 설명된 것과 같이, 이 숄더는 정상적으로 PO43- 및 OH-로부터의 산소와 연관되었다. Ca2p (347.5 eV) 및 P2p (133.7 eV)의 결합 에너지는 NIST 데이터베이스에서의 HAp의 결합 에너지와 유사하다[도 6(c,d), 표 1]. XPS 분석은 제작된 박막에서 성분들의 화학적 상태가 무정형 HAp의 화학적 상태와 유사하였음을 보여주었다.
In addition, fluorine was detected on the nanotube TiO 2 surface. As shown in Table 1, all HA coated discs after sputtering showed significant O1s and Ti2P peaks and Ca, P, O peaks but no fluorine. The corresponding O1s spectral envelope after HA coating confirmed the oxide properties of the surface due to the presence of a strong peak at 530.3 eV (TiO 2 ) and a prominent shoulder in the high binding energy portion of the peak (˜532.1 eV). 6 (a), Table 1; As described above, this shoulder was normally associated with oxygen from PO4 3- and OH . The binding energy of Ca2p (347.5 eV) and P2p (133.7 eV) is similar to the binding energy of HAp in the NIST database (Figure 6 (c, d), Table 1). XPS analysis showed that the chemical states of the components in the fabricated thin films were similar to those of amorphous HAp.

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스퍼터링된 HA 필름들은 낮은 결정화도를 가지며, 이는 생체 내에서 HA 막의 용해를 가속화시킨다. 또한, 이러한 높은 용해속도는 뼈조직이 이식 후 초기 단계에서 막에 결합할 수 있기 전에 막의 소실을 일으킨다. 이 경우는 나노-스케일 HA 막이 아니라 마이크로-크기 HA 막이다.Sputtered HA films have low crystallinity, which accelerates the dissolution of the HA membrane in vivo. In addition, this high rate of dissolution causes membrane loss before bone tissue can bind to the membrane in the early stages after transplantation. This case is not a nano-scale HA membrane but a micro-size HA membrane.

무정형 HA가 기재를 완전히 커버하지 않고 나노크기로 소량만 존재한다면, 비코팅된 표면에서 원래 기재의 특성들로 인하여 골융합이 일어날 것이다. 또한, 무정형 HA는 무정형 스퍼터링된 막의 보다 높은 용해속도로 인하여 막/SBF 인터페이스에서 보다 강한 과포화(supersaturation)를 유지한다. 이는 생리학적 유체 및 표면 화학 종들간의 이온교환 및 계면에서의 구조적 재배열이 생물학적 분자들의 흡수 또는 세포 부착의 흡수가 수반되는 상태를 이끌 것이다. 생물질 표면에 부착된 세포들은 일부 체액 성분들과 상호작용하고 표면 변화를 일으킨다. 세라믹 표면에 대한 점진적인 변화들은 생물학적으로 균등한 수산화인회석의 합성을 지지한다.If amorphous HA does not completely cover the substrate and only a small amount is present in the nanoscale, osteofusion will occur due to the properties of the original substrate on the uncoated surface. In addition, amorphous HA maintains stronger supersaturation at the membrane / SBF interface due to the higher dissolution rate of the amorphous sputtered membrane. This will lead to a condition where ion exchange and physiological rearrangement at the interface between physiological fluids and surface chemical species is accompanied by uptake of biological molecules or uptake of cell attachment. Cells attached to the surface of the biomass interact with some body fluid components and cause surface changes. Gradual changes to the ceramic surface support the synthesis of biologically equivalent hydroxyapatite.

이 경우에서, 작은 결정들은 생활성 임플란트들을 발달중인 뼈조직 내로 통합시킨다. 상기 무정형 구조는 열처리를 이용하여 결정성 구조로 변화될 수도 있다. TiO2층의 결정성 구조는 인회석의 형성 및 그의 생체적합성에 영향을 미친다.
In this case, small crystals integrate bioactive implants into developing bone tissue. The amorphous structure may be changed into a crystalline structure using heat treatment. The crystalline structure of the TiO 2 layer affects the formation of apatite and its biocompatibility.

3. 용해 실험 및 통계 분석3. Dissolution Experiment and Statistical Analysis

스퍼터링 침착 후, 모든 샘플들을 인산 완충용액(PBS)(Sigma Aldrich (UK)-제품번호 P4417, 0.0027M 염화칼륨, 0.137M 염화나트륨, 0.01M 인산염 완충액)을 담은 별도의 바이알들(바이알 당 샘플 하나) 내에 pH 7.4 및 37℃로 온도조절 제어 환경하에 침지시켰다. SBF로부터의 Ca2 + 농도를 ELISA(Versamax, Molecular Devices, USA)로 5, 10, 15 및 20일 후 제조자 권장사항에 따라 칼슘 시약 세트(Pointe Scientific Inc., Michigan, USA)를 사용하여 측정하였다. 데이터는 모든 실험들에 대해 평균±표준편차(sd)로서 나타내고, Tukey's HSD를 이용한 일방향(One-Way) ANOVA를 이용하여 분석하였다. p-값<0.05는 유의한 것으로 고려되었다.
After sputtering deposition, all samples were placed in separate vials (one sample per vial) containing phosphate buffer (PBS) (Sigma Aldrich (UK) -P. No. P4417, 0.0027M potassium chloride, 0.137M sodium chloride, 0.01M phosphate buffer). It was immersed in a thermostatic control environment to pH 7.4 and 37 ℃. The Ca 2 + concentrations from SBF to ELISA (Versamax, Molecular Devices, USA ) 5, 10, 15 and 20 days in accordance with the manufacturer's recommendations was measured using a calcium reagent set (Pointe Scientific Inc., Michigan, USA ) . The data represents the mean ± a standard deviation (sd), were analyzed by one-way (One-Way) ANOVA using Tukey's HSD for all experiments. p-value <0.05 was considered significant.

각 표면에 대한 용해 시험 결과들은 모든 샘플들 상에 칼슘이 존재함을 밝혔다. Ca2 + 이온 농도는 PBS 중에 용해된 HA로부터 구조적 재배열을 위한 HA를 뺀 값과 같았다. PBS 중의 침지 15일 동안 Ca2 + 이온들의 농도는 증가하였다. 그러나, 15일째 후 Ca2 + 이온들의 농도는 감소되었다. 이는 표면상에서 무정형 HA의 감소 및 15일 동안의 PBS 중 Ca2 + 농도에서의 증가에 의한 재배열 속도에서의 증가로 인한 결과이다. 따라서, 각 샘플의 표면의 최대 용해속도는 15일째에 일어날 수 있다. 추가적으로, 칼슘 농도에서의 증가는 각 시점에서 코팅시간의 증가에 따라 관찰되었다(도 7).Dissolution test results for each surface revealed the presence of calcium on all samples. Ca 2 + ion concentration was as minus the HA for the structural rearrangement from the HA dissolved in PBS. For 15 days immersed in PBS concentration of Ca 2 + ions is increased. However, after 15 days, the concentration of Ca + 2 ions has been reduced. This is a result of an increase in the re-arrangement in the speed of the increase in the reduction of the amorphous HA and for 15 days PBS Ca + 2 concentration on the surface. Thus, the maximum dissolution rate of the surface of each sample can occur on day 15. In addition, an increase in calcium concentration was observed with increasing coating time at each time point (FIG. 7).

15일 째에서 모든 샘플들의 Ca2 + 농도의 최대값을 이용하여 정치 분석을 실시하여 각 샘플에서 HA 용해 양의 유의성을 평가하였다. 모든 코팅군들은 칼슘 농도에서의 현저한 증가를 나타내었다. 다른 코팅군들에 비해 15분 HA 코팅만이 1, 5 및 10분 HA 코팅과 유의차가 있었다(도 8, 표 2).
Subjected to political analysis using the maximum value of Ca 2 + concentrations of all samples in the second 15 days were evaluated for significance of HA dissolution amount in each sample. All coating groups showed a significant increase in calcium concentration. Only 15-minute HA coatings were significantly different from 1, 5 and 10-minute HA coatings compared to other coating groups (FIG. 8, Table 2).

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짧은 기간의 HA 용해로 임플란트의 치료단계에 영향을 미치기 전에 상기 용해 절차가 끝날 수 있다. RF 마그네트론 스퍼터링 조건들은 일정한 HA 용해를 위해 조절되어야만 한다. 표면 상 HA 코팅들의 열처리 또는 양이 조절 인자일 수 있다. 용해 시험 결과, 1, 5, 10 및 15분 CaP 코팅군들 모두에서 RF 마그네트론 스퍼터링에 의한 무정형 HA 코팅은 용해 기간이 15일이 넘도록 길었다. 또한, 용해량은 현저한 증가를 나타내었다. 이는 20분 미만의 코팅시간 후 HA 코팅의 표면이 PBS 중 HA의 일정한 구조적 재배열을 위한 HA 용해를 나타낼 수 있음을 암시한다.
Short dissolution of HA may complete the dissolution procedure before it affects the treatment phase of the implant. RF magnetron sputtering conditions must be adjusted for constant HA dissolution. The heat treatment or amount of HA coatings on the surface may be a controlling factor. As a result of the dissolution test, the amorphous HA coating by RF magnetron sputtering in all 1, 5, 10 and 15 minute CaP coating groups had a dissolution period longer than 15 days. In addition, the amount of dissolution showed a significant increase. This suggests that after a coating time of less than 20 minutes, the surface of the HA coating may exhibit HA dissolution for constant structural rearrangement of HA in PBS.

본 발명은 상기한 실시예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 이와 균등한 것들에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지는 않는다.Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments and the accompanying drawings, other embodiments may be configured within the spirit and scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is defined by the appended claims and equivalents thereof, and is not limited by the specific embodiments described herein.

Claims (24)

다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법:
(1) 타타늄 표면을 HA(hydroxyapatite)로 블라스팅(blasting)하는 단계;
(2) HA 블라스팅된 티타늄 표면에 양극산화로 나노튜브 TiO2 코팅층을 형성시키는 단계; 및
(3) 나노튜브 TiO2 코팅층이 형성된 티타늄 표면에 RF 마그네트론 스퍼터링(RF magnetron sputtering)으로 HA 코팅층을 형성시키는 단계.
Titanium surface coating method comprising the following steps:
(1) blasting the surface of titanium with HA (hydroxyapatite);
(2) Nanotube TiO 2 by anodization on HA blasted titanium surface Forming a coating layer; And
(3) forming a HA coating layer by RF magnetron sputtering on the titanium surface on which the nanotube TiO 2 coating layer is formed.
제 1항에 있어서,
상기 단계 (1)과 단계 (2) 사이에 세척, 헹굼 및 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 1,
Titanium surface coating method further comprising the step of washing, rinsing and drying between the step (1) and step (2).
제 2항에 있어서,
상기 세척은 초음파 세척인 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 2,
The cleaning method of the titanium surface, characterized in that the ultrasonic cleaning.
제 2항에 있어서,
상기 세척은 아세톤 및 에탄올의 존재하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 2,
Wherein said washing is carried out in the presence of acetone and ethanol.
제 2항에 있어서,
상기 세척은 5~15분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 2,
Titanium surface coating method characterized in that the washing is performed for 5 to 15 minutes.
제 2항에 있어서,
상기 헹굼은 증류수를 이용하여 20~40분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 2,
The rinsing is titanium surface coating method, characterized in that performed for 20 to 40 minutes using distilled water.
제 1항에 있어서,
상기 단계 (2)의 양극산화는 HA 블라스팅된 티타늄을 양극(anode)으로 사용하고 백금판을 음극(cathod)로 사용하는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 1,
The anodization of the step (2) is a titanium surface coating method characterized in that using the HA blasted titanium as an anode and a platinum plate as a cathode.
제 7항에 있어서,
상기 양극과 음극의 거리는 10mm인 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
8. The method of claim 7,
The distance between the anode and the cathode is titanium surface coating method, characterized in that 10mm.
제 1항에 있어서,
상기 단계 (2)의 양극산화는 1.5중량% HF를 함유하는 1M H3PO4 용액하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 1,
The anodization of step (2) is titanium surface coating method, characterized in that carried out under 1M H 3 PO 4 solution containing 1.5% by weight HF.
제 1항에 있어서,
상기 단계 (2)의 양극산화는 실온에서 10분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 1,
Titanium surface coating method characterized in that the anodization of step (2) is carried out for 10 minutes at room temperature.
제 1항에 있어서,
상기 단계 (2)의 양극산화는 20V의 직류 전압하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 1,
Titanium surface coating method characterized in that the anodization of step (2) is carried out under a DC voltage of 20V.
제 1항에 있어서,
상기 단계 (2)의 나노튜브는 직경 100nm, 길이 500nm인 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 1,
The nanotube of step (2) is a titanium surface coating method, characterized in that the diameter 100nm, 500nm long.
제 1항에 있어서,
상기 단계 (2)와 단계 (3) 사이에 세척 및 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 1,
Titanium surface coating method further comprising the step of washing and drying between the step (2) and step (3).
제 13항에 있어서,
상기 세척은 증류수를 사용하는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 13,
The washing method of titanium surface coating, characterized in that using distilled water.
제 13항에 있어서,
상기 세척은 10~30분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 13,
Titanium surface coating method characterized in that the washing is performed for 10 to 30 minutes.
제 13항에 있어서,
상기 건조는 100~200℃의 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 13,
The drying is titanium surface coating method, characterized in that carried out under the conditions of 100 ~ 200 ℃.
제 1항에 있어서,
상기 단계 (3)의 RF 마그네트론 스퍼터링에 사용된 타겟은 HA 분말이 있는 구리 디스크인 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
The method of claim 1,
The target used in the RF magnetron sputtering of step (3) is a titanium surface coating method, characterized in that the copper powder with HA powder.
제 1항에 있어서,
상기 단계 (3)의 RF 마그네트론 스퍼터링은 다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법:
(1) 스퍼터 챔버를 배기시켜 1×10-5 Torr 미만의 기저압에서 1×10-2 Torr가 될 때까지 고순도 아르곤으로 충전시키는 단계;
(2) 나노튜브 TiO2 코팅층이 형성된 티타늄 기재 표면을 스퍼터 세정하는 단계;
(3) HA 분말이 있는 구리 디스크 타겟을 스퍼터 세정하는 단계; 및
(4) 200W에서 1 내지 15분 동안 침착시키는 단계.
The method of claim 1,
The RF magnetron sputtering of step (3) comprises the following steps:
(1) evacuating the sputter chamber to fill with high purity argon until a 1 × 10 −2 Torr at a base pressure of less than 1 × 10 −5 Torr;
(2) sputter cleaning the surface of the titanium substrate on which the nanotube TiO 2 coating layer was formed;
(3) sputter cleaning a copper disk target with HA powder; And
(4) depositing at 200 W for 1-15 minutes.
제 18항에 있어서,
상기 단계 (2) 및 단계 (3)의 스퍼터 세정은 1kV 직류전압 바이어스로 30분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
19. The method of claim 18,
The sputter cleaning of steps (2) and (3) is performed for 30 minutes with a 1 kV DC voltage bias.
제 18항에 있어서,
상기 단계 (4)의 침착은 5×10-3 mbar의 아르곤의 존재하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
19. The method of claim 18,
And the deposition of step (4) is carried out in the presence of 5 × 10 −3 mbar of argon.
제 18항에 있어서,
상기 단계 (4)의 침착은 100mm의 기재-타겟 거리로 실온에서 제자리(in situ) 침착하는 것을 특징으로 하는 티타늄 표면 코팅 방법.
19. The method of claim 18,
And wherein the deposition of step (4) is deposited in situ at room temperature with a substrate-target distance of 100 mm.
제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 표면이 HA 블라스팅-나노튜브 TiO2 코팅-HA 스퍼터링된 티타늄.
22. A surface HA blasted-nanotube TiO 2 coating-HA sputtered titanium, characterized in that it is produced by the method of any one of claims 1-21.
제 22항에 있어서,
상기 표면이 HA 블라스팅-나노튜브 TiO2 코팅-HA 스퍼터링된 티타늄은 치과 임플란트용인 것을 특징으로 하는 표면이 HA 블라스팅-나노튜브 TiO2 코팅-HA 스퍼터링된 티타늄.
23. The method of claim 22,
Wherein the surface is HA blasted-nanotube TiO 2 coated-HA sputtered titanium is for dental implants. The surface is HA blasted-nanotube TiO 2 coated-HA sputtered titanium.
제 22항에 있어서,
상기 표면이 HA 블라스팅-나노튜브 TiO2 코팅-HA 스퍼터링된 티타늄은 정형외과 임플란트용인 것을 특징으로 하는 표면이 HA 블라스팅-나노튜브 TiO2 코팅-HA 스퍼터링된 티타늄.
23. The method of claim 22,
Said surface is blasted HA-coated nanotube TiO 2 -HA sputtering titanium is the HA blasted surface, it characterized in that the orthopedic implant Yongin-nanotube TiO 2 coating -HA sputtered titanium.
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