KR20120133659A - Method for treating surface of dental alloy - Google Patents

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(주) 케이제이 메디텍
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Abstract

PURPOSE: A method for treating the surface of dental alloy is provided to use a cathode oxidation method to form nanopores, and to increase activation surface area. CONSTITUTION: In a method for treating the surface of dental alloy Organic compound adhered to the surface the ultrasonic cleaning and distilled water wash are performed to the dental implant and foreign substance are removed and dried. In H_3PO_4 for the formation of the micro-pore in the dental implant surface in which foreign substance is removed as the voltage of 180V with a nanopore. Based on 1M H3PO4 + 0.15 M NaF, electrolyte is positive electrode oxide-treated in an ordinary temperature. By using atmospheric spray method, Ha particles are sprayed and coated on the surface of the implant.

Description

치과용 임플란트의 표면처리방법{METHOD FOR TREATING SURFACE OF DENTAL ALLOY}Surface treatment method of dental implants {METHOD FOR TREATING SURFACE OF DENTAL ALLOY}

본 발명은 치과용 임플란트의 표면처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 치과용 임플란트의 표면에 적용하여 골과의 접합을 최대화할 수 있도록 그 표면에 써멀 스프레이(thermal spray)법으로 하이드록시 아파타이트(hydroxyapatite)를 코팅하여 골과의 융합을 개선하기 위한 치과용 임플란트의 표면처리방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a surface treatment method of a dental implant, and more particularly, to the surface of the dental implant hydroxyapatite (thermal spray) to the surface by thermal spray (thermal spray) to maximize the bonding with the bone hydroxyapatite) to a surface treatment method of a dental implant for improving the fusion with bone.

최근 시술되고 있는 치과용 임플란트는 치과수술용 기구로서 치아의 부분적으로 상실시 보철적으로 인공치아를 만들어 치아를 완성하는데 사용된다. Dental implants, which have been recently performed, are used to make teeth by partially prosthetic prosthetics as a dental surgery tool.

특히 Ti합금과 같은 금속재료를 이용하여 인공치아용 임플란트 , 관절, 그리고, wire, plate, screw와 같은 골절된 뼈의 접합재료의 개발이 추진되고 있다. In particular, the development of joint materials for fractured bones such as implants, joints, and wires, plates, and screws for artificial teeth using metal materials such as Ti alloys is being promoted.

대개 순수한 티타늄은 대기 중에서 공기 및 수분과 접촉하여 수~수십 나노미터의 매우 얇은 산화막(titanium oxide layer)을 형성하여 생체 내에서 부식에 대한 일차적 저항성을 지니기 때문에 우수한 생체친화성을 나타낼 수 있다. 이때 생체재료의 표면은 이식과 동시에 생체계면(biointerface)의 역할을 하게 되어, 일련의 생물학적 반응이 시작되고 진행되는 중요한 장소가 되며 초기에 생체계면에서 일어나는 단백질 흡착이나 염증(inflammation)을 비롯한 다양한 생물학적 반응들은 임플란트의 성패를 좌우할 수 있는 중요한 인자이다. 그러나 티타늄 표면 자체는 생체활성이 없기 때문에 골 생성반응이 느려 치유기간이 길고, 골과 임플란트 사이의 접착력이 약한 단점이 있다. 이러한 결점을 해결하기 위하여 임플란트의 표면적을 늘리고 표면형상을 변화시키거나 물리적, 화학적 표면처리를 통하여 골결합력을 향상시키고자 하는 연구가 진행되고 있으나, 티타늄이 지닌 물질적인 한계를 극복하지 못하고 있다. 따라서 1990년대 이후 골과의 유착율을 높이면서 임플란트 주위골의 흡수를 최소화하고 또 주변 연조직과의 친화성과 결합력을 더 좋게 하기 위한 방법으로 다양한 표면개질 시도가 꾸준히 이루어지고 있다.Pure titanium, usually in contact with air and moisture in the air, forms very thin titanium oxide layers of tens to tens of nanometers, and thus exhibits excellent biocompatibility because of its primary resistance to corrosion in vivo. At the same time, the surface of the biomaterial becomes a biointerface at the same time as the implantation, and thus becomes an important place where a series of biological reactions begin and progress. Responses are an important factor in determining the success or failure of an implant. However, since the titanium surface itself has no bioactivity, the bone formation reaction is slow and the healing period is long, and the adhesion between the bone and the implant is weak. In order to solve these drawbacks, studies have been made to increase the surface area of implants, change the surface shape, or improve bone bonding strength through physical and chemical surface treatment, but do not overcome the material limitations of titanium. Therefore, since the 1990s, various surface modification attempts have been made continuously to minimize the absorption of bone around the implant and to improve the affinity and bonding strength of the surrounding soft tissues.

최근 티타늄 임플란트의 생체적합성을 높이고자 이뤄지는 표면개질법은 열처리 산화법, 진공박막증착법, 솔-젤법 그리고 양극산화법 등과 같이 표면에 표면에 두꺼운 산화막을 형성시킴으로써 부식에 대한 저항성을 높여 생체 반응을 좋게 하는 방법이 사용되고 있으나, 이는 티티늄 표면에 수십 나노미터에서 수백 마이크로미터까지 다양한 두께의 티타늄 산화물(titanium oxide)을 형성시켜 골유착을 증가시킬 수 있는 방법이다. 다른 방법은 부동태 산화막 이외에 새로운 재료나 물질을 티타늄 표면에 붙임으로써 생체계면 및 그 주위에 우수한 생화학적 환경을 조성함으로써 초기 세포 부착을 비롯한 이후 골 형성을 유도하고자 하는 것으로 골의 무기물 성분인 수산화아파타이트(HA, hydroxyapatite)를 비롯한 인산칼슘계 세라믹스(calcium phosphates)나 생체활성 유리(bioactive glass)로 코팅하는 것이다.  Recently, the surface modification method to improve the biocompatibility of titanium implants is to increase the resistance to corrosion by improving the bioactivity by forming a thick oxide film on the surface such as heat treatment oxidation method, vacuum thin film deposition method, sol-gel method and anodization method. Although it is used, it is a method that can increase the bone adhesion by forming a titanium oxide (titanium oxide) of various thickness from tens of nanometers to several hundred micrometers on the titanium surface. Another method, in addition to the passivation oxide, is to induce a good biochemical environment around the biological interface and surroundings by attaching new materials or materials to the titanium surface to induce early cell adhesion and subsequent bone formation. Coating with calcium phosphate-based ceramics (HA), hydroxyapatite (calcium phosphates) or bioactive glass (bioactive glass).

따라서 HA코팅은 생체활성이 높은 재료를 선택하여 화학적 및 생물학적 반응을 제어하는 표면 개질법의 하나라 할 수 있다. 최근에 Ti 및 Ti alloys 소재가 임플란트 및 의료기구 등에 널리 사용되고 있는 이유는 타 금속에 비하여 가볍고 내식성, 생체적합성이 매우 우수하기 때문이다. 그러나 생체조직 및 골조직이 인공 임플란트에 잘 접합(osseointegration)할 수 있도록 하기 위한 임플란트의 표면구조의 변화를 요구하고 있고 생체재료로서의 가장 큰 과학기술적 한계로 지적되고 있다. 골유착은 산부식, 샌드블라스팅(sandblasting) 등 여러 가지 방법으로 연구를 행하고 있지만 최근에는 임상적으로 문제가 많이 발생되고 있다. Therefore, HA coating is one of the surface modification methods to control chemical and biological reactions by selecting materials with high bioactivity. Recently, the reason why Ti and Ti alloys are widely used for implants and medical devices is that they are lighter than other metals, and have excellent corrosion resistance and biocompatibility. However, it is required to change the surface structure of the implant in order to allow the biological tissue and bone tissue to be well bonded to the artificial implant (osseointegration) and has been pointed out as the biggest technological limitation as a biomaterial. Osteoadhesion has been studied by various methods such as erosion, sandblasting, etc., but recently, many clinical problems have occurred.

이처럼 티타늄 산화물이 화학적으로 안정하다면 HA는 생체 내에서 서서히 용출되어 다양한 화학적 생물학적 반응을 일으킬 수 있으며 생체활성(bioactivity) 및 골전도성(osteoconductivity)을 지니고 있다고 알려져 있으며, 조직적합성을 향상시키기 위해 이러한 HA조성을 Ti 임플란트의 표면에 코팅하여 치과용 임플란트 제품을 개발하여 임상적으로 사용되어 HA가 생체적합성이 우수하지만, 전형적인 세라믹 재료이기 때문에 파괴인성이나 파절강도, 그리고 용액 내 균열전파에 대한 저항성 등이 매우 낮고 금속인 Ti표면과 접합성이 낮아 임상적으로 쉽게 실패하는 단점이 있다. If the titanium oxide is chemically stable, HA may be slowly eluted in vivo to cause various chemical and biological reactions, and is known to have bioactivity and osteoconductivity, and such HA composition may be improved to improve histocompatibility. HA is excellent in biocompatibility because it is developed and used clinically by coating dental implants on the surface of Ti implant, but because it is a typical ceramic material, it has very low fracture toughness, fracture strength and resistance to crack propagation in solution. There is a disadvantage in that clinically easy failure due to low adhesion to Ti surface, which is a metal.

즉 플라즈마 스프레이법(plasma spraying)으로 제조된 임플란트표면이 대표적인 예인데 이는 HA분말을 초고온(약 6000-15000℃)에서 녹여 플라즈마 상태로 만들어 티타늄 표면에 분사하여 냉각 후 두꺼운 HA층을 얻는 방법으로 전 세계적으로 많이 이용되었으며 현재도 쓰이고 있지만, 장기간 임상결과에 대한 부정적인 보고가 축적되고 있다. In other words, the implant surface manufactured by plasma spraying is a typical example. It is a method of dissolving HA powder at very high temperature (approximately 6000-15000 ℃), making it into a plasma state, spraying on the surface of titanium, and obtaining a thick HA layer after cooling. Although widely used and still in use worldwide, negative reports of long-term clinical outcomes are accumulating.

가장 큰 문제점으로 지적되는 것은 코팅층이 매우 약하다는 것이다. 이는 코팅층의 두께가 수십?수백 마이크로미터로 상당히 두껍기 때문에 코팅층과 임플란트 기판과의 접착력이 약해지는데 원인이 있다. The biggest problem is pointed out that the coating layer is very weak. This is caused by a weak adhesion between the coating layer and the implant substrate because the coating layer is considerably thick, tens to hundreds of micrometers.

더욱이 초고온의 플라즈마로 용사처리하는 과정에서 HA 결정의 상당 부분이 무정형이나 불안정한 구조로 변화되어 매식 후 피막층의 용해가 일어나거나 피막층과 하부 기판과의 결합계면에서 미세 균열진전이 일어나 피막의 파괴가 일어나는 큰 문제점을 나타내고 있다.
In addition, during the thermal spraying process, a large portion of HA crystals are transformed into amorphous or unstable structure, resulting in dissolution of the coating layer after embedding or microcracking at the interface between the coating layer and the lower substrate. It shows a big problem.

상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명은 신기술의 도입이 필요하게 되었으며 탄소나노포어의 발견 이래로, Ti 나노포어형성에 사용되는 titanium dioxide는 촉매, gas sensing 그리고 부식저항성 물질로 폭넓은 적용 때문에 가장 널리 연구되고 있다. 이를 치과용 임플란트의 표면에 적용하여 골과의 접합을 최대화할 수 있도록 그 표면에 thermal spray법으로 hydroxyapatite를 코팅하여 골과의 융합을 개선하는 것이 본 발명의 특징이다.In order to achieve the object as described above, the present invention requires the introduction of new technologies, and since the discovery of carbon nanopores, titanium dioxide used for forming Ti nanopores is most suitable for a wide range of applications as catalysts, gas sensing and corrosion resistant materials. It is widely studied. It is a feature of the present invention to apply hydroxyapatite to the surface of the dental implant by coating hydroxyapatite on the surface by thermal spray method to maximize the bonding with the bone.

티타니아 나노포어(튜브)는 하이드로써멀 트리트먼트(hydrothermal treatment), 템플릿 어시스턴트 디포지션(template-assistant deposition), 그리고 일렉트로 스피닝(electro-spinning)과 같은 다양한 방법으로 제조될 수 있으며 치과용 임플란트 표면에는 양극산화에 의한 티타니아 나노포어 제조가 가장 효과적인 방법이다. Titania nanopores (tubes) can be manufactured by a variety of methods such as hydrothermal treatment, template-assistant deposition, and electro-spinning. The production of titania nanopores by oxidation is the most effective method.

그러나 H3PO4 와 HF용액에서 길이 1.1㎛의 티타니아 나노포어 배열을 정전압 실험을 통해 제조한다면 티타니아의 표면, 결정성, 결정 크기 그리고 결정구조에 의하여 제어가 가능하기 때문에 치과용 임플란트의 생체적합성을 개선하기 위해서는 나노포어의 크기를 제어하여야만 된다.However, if a Titania nanopore array with a length of 1.1 µm was prepared by constant voltage experiments in H 3 PO 4 and HF solutions, the biocompatibility of dental implants could be controlled by the surface, crystallinity, crystal size, and crystal structure of titania. To improve, you must control the size of the nanopores.

이를 위해 본 발명은 치과용 임플란트 표면에 To this end, the present invention provides a dental implant surface.

1 단계: Ti → Ti4 + + 4e- Step 1: Ti → Ti 4 + + 4e -

2 단계: Ti4 + + 2H2O → TiO2 + 4H+ Step 2: Ti 4 + + 2H 2 O → TiO 2 + 4H +

3 단계: Ti4 + + 2H+ + 6F- → H2TiF6 Step 3: Ti 4 + + 2H + + 6F - → H 2 TiF 6

의 방법을 이용하여 나노포어의 크기를 생체의 적합성에 우수하게 합금원소, 인가전위 및 인가전류를 조절하여 나노포어를 표면에 형성할 수 있도록 하였다.
By using the method of nanopore size to adjust the alloying element, the applied potential and the applied current to suit the biocompatibility to form nanopores on the surface.

하는 기술이다.It is a technique to do.

이를 개선하기위하여 1차로 마이크로포어의 형성을 H3PO4에서 180V의 전압으로 10분이 내에서 처리하고 나노포어처리를 한다. To improve this, the formation of micropores is first performed within 10 minutes with a voltage of 180V in H 3 PO 4 and nanopore treatment.

자연산화피막은 얇고 불안정하기 때문에 인위적으로 그 피막을 두껍게 형성 시키면서, 조직과의 결합에 도움이 될 수 있는 인공 산화피막조직을 형성하는 것이 산화피막 공정 개발의 최종 목표라고 할 수 있다.
Since the natural oxide film is thin and unstable, it is an ultimate goal of developing an oxide film process to artificially form the thick film and to form an artificial oxide film that can help the tissue to be combined.

상기한 바와 같은 본 발명은 양극산화법을 이용하여 표면에 나노포어를 형성함으로써 생체재료의 생체반응 표면적을 증가시키고, 골유착 능력을 증가시키는 중추적인 역할인 산화막의 형성을 촉진할 수 있어 HA막의 분리를 방지할 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
As described above, the present invention can increase the bioreaction surface area of the biomaterial by forming nanopores on the surface by using anodization, and can promote the formation of an oxide film, which is a pivotal role of increasing the ability of bone adhesion. It is a very useful invention that can prevent.

도 1 - 나노포어 형성과정을 도시적으로 표현한 참고도.
도 2 - 20V에서 나노포어 형성된 Ti합금 사진.
도 3 - 나노포어 형성 장치의 모식도.
도 4 - 나노튜브형성(Ti-6Al-4V합금, 10V, 3h) 상태를 보이기 위한 참고 사진.
도 5 - 두 단계 표면처리(양극산화(180V)1M H3 PO4 + 나노튜브형성(10V, 3h) 1M H3PO4 + 1.0 wt% NaF) 후 치과용 임플란트 표면에 나노크기의 튜브와 마이크로 포아가 형성됨을 보이기 위한 참고 사진.
도 6 - 두 단계 표면처리된 임플란트에 HA코팅한 표면 상태를 보이기 위한 참고 사진.
도 7 - 두 단계 표면처리된 표면에 HA코팅한 단면상태를 보이기 위한 참고 사진.
도 8 - 두 단계 표면처리된 표면에 HA코팅한 단면의 성분분석 그래프도.
1 is a reference diagram showing the process of forming nano-pores.
Figure 2-Nanopore formed Ti alloy picture at 20V.
3-Schematic diagram of a nanopore forming apparatus.
Figure 4-reference picture for showing the nanotube formation (Ti-6Al-4V alloy, 10V, 3h) state.
Figure 5-Two step surface treatment (anode oxidation (180V) 1M H 3 PO 4 + nanotubes (10V, 3h) 1M H 3 PO 4 + 1.0 wt% NaF).
Figure 6-Reference photo for showing HA coated surface condition on two-stage surface treated implants.
Figure 7-Reference photo for showing the HA coated cross-sectional state on the surface treated two-step.
8-Component analysis graph of the HA-coated cross section on the surface treated two stages.

이하, 본 발명에 따른 치과용 임플란트의 표면처리방법의 실시예들에 대해 도면들을 참조로 하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the surface treatment method of the dental implant according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 합금의 나노포어 형성과정을 도시적으로 나타낸 것이고, 이들 형성 조건은 평평한 시편에 나노포어를 형성한 것이다. 도 2는 20V에서 나노포어형성된 Ti합금을 촬영한 사진으로, 도 2는 전압을 20V로 하여 Ti 합금표면에 나노포어를 형성시킨 것이다. 도 3은 나노포어 형성을 위한 장치의 모식도이고, 도 4는 시편에 나노튜브형성(Ti-6Al-4V합금, 10V, 3h, 전해액: 1M H3PO4 + 1.0 wt% NaF)된 것으로, 1M H3PO4 + 1.0 wt% NaF 용액에서 처리한 결과 세포가 잘 성장되었음을 알 수 있다. 도 5는 시편의 두 단계 표면처리, 즉 양극산화(180V,1M H3 PO4)와 나노튜브형성(10V, 3h, 1M H3PO4 + 1.0 wt% NaF)에 의해 본 발명 치과용 임플란트 표면에 나노 크기의 튜브와 마이크로 포아가 형성됨을 알 수 있다.Figure 1 shows the nanopore forming process of the alloy, these forming conditions are the nanopores formed on a flat specimen. FIG. 2 is a photograph of a Ti alloy nanopore formed at 20V, and FIG. 2 shows nanopores formed on a Ti alloy surface at a voltage of 20V. Figure 3 is a schematic diagram of a device for nanopore formation, Figure 4 is a nanotube formed on the specimen (Ti-6Al-4V alloy, 10V, 3h, electrolyte: 1M H 3 PO 4 + 1.0 wt% NaF), 1M Treatment with H 3 PO 4 + 1.0 wt% NaF solution showed good growth of the cells. 5 shows the two-step surface treatment of the specimen, i.e. anodization (180V, 1M H 3). PO 4 ) and nanotube formation (10V, 3h, 1M H 3 PO 4 + 1.0 wt% NaF) it can be seen that the nano-sized tube and micropore formed on the dental implant surface of the present invention.

도 6은 도 5에 도시된 바와 같이 시편의 두 단계 표면처리된 본 발명 치과용 임플란트 표면에 HA코팅한 표면을 주사전자현미경으로 관찰한 것으로 코팅이 잘 이루어짐을 알 수 있다.FIG. 6 shows that the coating is performed by observing the HA-coated surface on the dental implant surface of the present invention treated with two-stage surfaces of the specimen as shown in FIG. 5 by scanning electron microscopy.

도 7은 HA의 접착을 강화시키기 위하여 두 단계 표면처리된 표면에 HA를 코팅한 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 것으로 양극산화에 의하여 형성된 포아내부로 HA가 침투하여 코팅됨으로써 접착강도가 증가함을 알 수 있다.FIG. 7 illustrates the scanning electron microscope of the HA coated cross section on the surface treated with the two-stage surface treatment to enhance the adhesion of HA. As a result, HA penetrates into the pores formed by anodization and increases the adhesion strength. Able to know.

도 8은 시편의 두 단계 표면처리 후 HA를 코팅한 후 표면의 성분을 분석하기 위하여 EDS line profile을 하였다. 그 결과 코팅된 부분에서는 Ca와 P가 증가함을 알 수 있다. FIG. 8 shows EDS line profiles to analyze the components of the surface after HA coating after two steps of surface treatment. As a result, it can be seen that Ca and P increase in the coated portion.

상기 첨부한 도면에 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

티타늄은 산화피막이 매우 짧은 시간 내(수천분의 1초 이하)에 표면에 수십㎛의 두께로 산화피막이 형성되어진다. 이 티타늄 산화피막의 중요성은 티타늄 금속 그 자체가 직접 조직(tissue)과 접촉을 하는 것이 아니라, 대기 중에서 형성된 얇은 산화피막을 통하여 접촉을 하기 때문이다. 생체 내에 매식된 티타늄은 얇은 산화피막이 조직과 접촉하게 되므로 이 산화피막이 생체적합성에 중요한 역할을 하게 된다. 표면에 형성된 산화피막(TiO2)은 내식성과 화학물질에 대한 내구성이 우수하고, 유기ㆍ무기 화학반응에 촉매적 역할을 할 수 있으며, 큰 유전상수를 가지고 있으므로 다른 산화물에 비해 더욱 강한 van der Waals 결합을 유도할 수 있다. 따라서 인위적으로 산화피막을 임플란트의 표면에 성장 시켰을 때 그 형상과 두께, 혼입원소 등에 의하여 경조직과의 반응에 많은 영향을 주게 된다.Titanium has an oxide film formed on the surface of an oxide film having a thickness of several tens of micrometers in a very short time (less than a thousandth of a second). The significance of this titanium oxide film is that the titanium metal itself does not come into direct contact with tissue, but rather through a thin oxide film formed in the atmosphere. Titanium embedded in the living body has a thin oxide film in contact with the tissue, so the oxide film plays an important role in biocompatibility. The oxide film (TiO 2 ) formed on the surface has excellent corrosion resistance and durability against chemicals, can play a catalytic role in organic and inorganic chemical reactions, and has a large dielectric constant, which is stronger than other oxides. Binding can be induced. Therefore, when the oxide film is artificially grown on the surface of the implant, the shape, thickness, mixed elements, etc., greatly affect the reaction with the hard tissue.

산화피막을 형성시키는 방법으로 양극산화법에 의한 티타늄 표면에 산화피막을 형성시키는 방법이 있는데, 양극산화법(anodization)은 대기 중에서의 열처리에 의한 산화피막 형성방법(thermal oxidation)이나 화학산화법에 비해 산화피막의 두께와 형상의 조절이 용이하고 재현성이 우수한 장점을 가지고 있다. 양극반응에 의해 형성된 산화피막의 형성기구는 매우 복잡하며 세 구간으로 나눌 수 있지만 두 번째와 세 번째 구간은 같은 기구로 설명이 될 수 있다. 정전류밀도에서 시간에 따른 전압의 변화가 직선적으로 증가하는 구간은 high field ionic conduction 이론에 맞게 양극에서 용출된 티타늄 이온(Ti2 +)이 음이온(OH-,O2 -,전해액 음이온)과 결합을 하여 TiO2를 양극표면에 형성하는 기구이다. 이때 형성된 피막의 두께는 인가된 전압에 비례하며, 치밀한 장벽층 구조를 가진 피막이 형성된다.There is a method of forming an oxide film on the surface of titanium by anodization. Anodization is an oxide film in comparison with thermal oxidation or chemical oxidation by heat treatment in the air. Its thickness and shape can be easily adjusted and have excellent reproducibility. The formation mechanism of the oxide film formed by the anode reaction is very complicated and can be divided into three sections, but the second and third sections can be explained by the same mechanism. Period in which the change in voltage as a function of time increases linearly at the constant current density is the titanium ions eluted from the positive electrode according to the high field ionic conduction theory (Ti 2 +) anion binding and (OH -, electrolyte anions -, O 2) To form TiO 2 on the anode surface. At this time, the thickness of the formed film is proportional to the applied voltage, and a film having a dense barrier layer structure is formed.

두 번째 단계 이상에서는 형성된 치밀한 산화피막은 절연파괴(dielectric breakdown) 현상을 일으키며, 스파킹(sparking)과 함께 산화피막의 두께는 시간에 따라 포물선을 그리며 증가하게 된다. 이 때 형성된 피막은 1 단계에서 형성된 치밀한 산화피막과는 달리 기공(crater)이 많이 형성된다. In the second step or more, the formed dense oxide film causes a breakdown phenomenon, and with the sparking, the thickness of the oxide film increases in a parabolic manner with time. At this time, unlike the dense oxide film formed in the first step is formed a lot of pores (crater).

이 기공은 알루미늄에서 형성되는 기공(pore:수십㎚ 크기)과는 달리 매우 크며(수백㎚-수㎛), 형성기구는 아직까지도 밝혀지지 않은 상태이고 매우 복잡한 것으로 알려져 있다. 일반적으로 간단히 이해하기 쉬운 기구는 산화피막내에 결함(flaws) 부위에서 국부 heating이 일어나 breakdown이 생기고, 고전류가 전극(티타늄 양극)과 전해질을 통해 흐르면서 기공내에 heating된 전해액이 포획되어 고열로 인해 전해액은 증기화 된다. 전기방전에 의해 이온화된 증기와 가속전자들로 구성된 plasma가 액상 내에서 형성이 되며, 이온화 된 산소 가스와 타이타늄은 결합하면서 산화피막을 형성하고, 또 다른 결함부위나 고열로 인해 취약한 부분이 된 breakdown이 일어난 기공(crater) 주위는 계속 sparking이 일어나면서 이러한 현상이 전 티타늄 산화피막 표면에서 지속 되어 다공성의 산화피막을 형성하게 된다. These pores are very large (hundreds of nanometers in size), unlike pores formed in aluminum (hundreds of nanometers in size), and the formation mechanism is still unknown and is known to be very complicated. In general, a simple device that can be easily understood is that local heating occurs at a flaw in the oxide film, causing breakdown, and a high current flows through the electrode (titanium anode) and the electrolyte, and the heated electrolyte is captured in the pores, resulting in high temperature. Vaporize. A plasma composed of ionized vapors and accelerating electrons is formed in the liquid phase, and the ionized oxygen gas and titanium combine to form an oxide film and breakdown that is vulnerable due to another defect or high heat. As sparking continues around the resulting craters, this phenomenon continues on the entire surface of the titanium oxide, forming a porous oxide.

이것은 일반적이 다공성의 산화피막을 형성하는 과정이다. 이를 응용하여 도 3은 양극산화법으로 나노포어 형성 과정을 설명하는 모식도 이다. This is generally the process of forming a porous oxide film. 3 is a schematic diagram illustrating a process of forming nanopores using anodization.

앞에서 설명한 양극산화 공정을 이용하여 낮은 전압으로 산화피막을 형성시킨 후 파괴가 일어나지 않게 낮은 전압을 유지함으로서 산화피막을 성장 시킬 수 있다. 이렇게 형성된 산화피막은 F-이 함유된 전해질에서 지속적인 전압을 가해 주면 F-이온에 의해 TiO2 산화피막에서 화학적 용해가 발생하여 첫 단계로 Ti → Ti4 + + 4e-, 2 단계로 Ti4 + + 2H2O → TiO2 + 4H+, 3 단계로 Ti4 + + 2H+ + 6F- → H2TiF6으로 나노포어를 형성하게 된다.After the oxide film is formed at a low voltage by using the anodization process described above, the oxide film can be grown by maintaining a low voltage to prevent breakage. So the oxide film formed is F - applying a constant voltage in a two-containing electrolyte major surface F - by ion as a first step to the dissolution occurs in the coating TiO 2 oxide Ti → Ti 4 + + 4e - in the step 2 Ti 4 + + 2H 2 O → TiO 2 + 4H +, Ti 4 + + 2H + + 6F in three steps - to form the nano-pores with → H 2 TiF 6.

본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명하기로 한다.
The present invention will be described in more detail by way of examples.

실시예Example

1) 시편의 준비 1) Preparation of Psalms

실험에 사용된 시편은 Ti-6Al-4V ELI, 가공형태의 치과용 임플란트 픽스처( fixture)로 제작하였다. 양극산화 처리 전에 시편은 아세톤과 알콜에서 각각 초음파 세척 및 증류수 세척을 통해 표면에 부착되어 있는 유기물 및 이물질을 제거하고 건조하여 사용하였다. Ti-6Al-4V합금은 치과용 임플란트 fixture는 가공 상태 그대로 사용하였다.
The specimens used in this experiment were fabricated with a Ti-6Al-4V ELI, a dental implant fixture in the form of a machine. Before anodization, the specimen was used by removing and drying organic substances and foreign substances adhering to the surface by ultrasonic washing and distilled water washing in acetone and alcohol, respectively. Ti-6Al-4V alloy was used as a dental implant fixture.

2) 마이크로포아 형성 2) Micropore Formation

1차로 마이크로포어의 형성을 위해 H3PO4에서 180V의 전압으로 10분이내에서 처리하고 나노포어처리를 하였다. 마이크로포아형성실험은 DC power supply (KDP-1500)을 사용하여 하였다. 시편은 양극으로 사용되고, 음극 시편으로는 백금 시편을 사용하였다. 양극과 음극 사이의 거리는 20㎜로 유지하였다. 전해질은 1M H3PO4 를 기본으로 사용하였다.
In order to form the first micropores were treated with a voltage of 180V in H 3 PO 4 within 10 minutes and nanopore treatment. Microporous formation experiments were performed using a DC power supply (KDP-1500). The test piece was used as the positive electrode and the platinum test piece was used as the negative electrode test piece. The distance between the positive electrode and the negative electrode was kept at 20 mm. The electrolyte was based on 1M H 3 PO 4 .

3) 나노포어 형성 3) Nanopore Formation

나노포어형성실험은 DC power supply (KDP-1500)을 사용하였다. 시편은 양극으로 사용되고, 음극 시편으로는 백금 시편을 사용하였다. 양극과 음극 사이의 거리는 20㎜로 유지하였다. 전해질은 1M H3PO4 + 0.15 M NaF를 기본으로 사용 하되 양극산화 실험에서 전해질의 종류 및 농도가 나노포어 형성의 변수가 되기 때문에 추후 실험에서는 전해질의 농도 변화를 고려 할 수 있었다. 모든 양극산화 실험은 상온에서 수행 되며, 실험하는 동안 magnetic stirrer를 사용하여 전해질의 혼합을 유지하였다. 위 설명을 보충하기 위해 양극산화 장치 모식도를 도 3에 나타내었다.
Nanopore formation experiment was performed using DC power supply (KDP-1500). The test piece was used as the positive electrode and the platinum test piece was used as the negative electrode test piece. The distance between the positive electrode and the negative electrode was kept at 20 mm. The electrolyte is based on 1M H 3 PO 4 + 0.15 M NaF, but in the anodization experiment, the electrolyte concentration and concentration can be considered in future experiments because the type and concentration of the electrolyte are variables of nanopore formation. All anodization experiments were performed at room temperature, and the mixture of electrolytes was maintained using a magnetic stirrer during the experiment. In order to supplement the above description, a schematic diagram of the anodizing device is shown in FIG. 3.

4) Hydroxyapatite 코팅4) Hydroxyapatite Coating

대기압 플라즈마 스프레이법을 이용하여 두단계 처리된 임플란트 표면에 대기중에서 HA입자를 분사하여 코팅하였다. 이때 HA분말을 초고온(약 6000-15000℃)에서 녹여 플라즈마 상태로 만들어 티타늄 표면에 분사하고 냉각 후 두꺼운 HA층을 얻을 수 있었다.
Atmospheric pressure plasma spray method was applied to the surface of the implant treated two stages by spraying HA particles in the air. At this time, the HA powder was melted at an ultra-high temperature (about 6000-15000 ° C.), made into a plasma state, sprayed onto the titanium surface, and cooled to obtain a thick HA layer.

상기에는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하고 있지만, 본 발명은 상기에 한정되는 것은 아니고, 청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention. Belongs to the scope of.

Claims (1)

치과용 임플란트를 초음파 세척 및 증류수 세척을 통해 표면에 부착되어 있는 유기물 및 이물질을 제거하고 건조하는 단계와,
상기 이물질이 제거된 치과용 임플란트 표면에 마이크로포어의 형성을 위해 H3PO4에서 180V의 전압으로 나노포어 처리하는 단계와,
상기 나노포어 처리된 치과용 임플란트 표면에 전해질은 1M H3PO4 + 0.15 M NaF를 기본으로 상온에서 양극산화 처리하는 단계와,
상기 양극산화 처리된 치과용 임플란트 표면에 대기압 플라즈마 스프레이법을 이용하여 임플란트 표면에 대기중에서 HA입자를 분사하여 코팅하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 치과용 임플란트의 표면처리방법.













Removing and drying the organic implants and foreign substances adhering to the surface by ultrasonic cleaning and distilled water washing the dental implant,
Nanopore treatment at a voltage of 180 V at H 3 PO 4 to form micropores on the surface of the dental implant from which the foreign substances have been removed;
An electrolyte on the surface of the nano-pored dental implant is anodized at room temperature based on 1M H 3 PO 4 + 0.15 M NaF,
Surface treatment method of a dental implant, characterized in that the anodized dental implant surface by spraying HA particles in the atmosphere on the surface of the implant by using an atmospheric plasma spray method.













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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160006985A (en) * 2014-07-10 2016-01-20 이상훈 method for maunfacturing a frame work
KR20180098513A (en) * 2018-08-28 2018-09-04 전남대학교산학협력단 Method for treating surface of Titanium implant
PL425294A1 (en) * 2015-12-07 2019-02-25 Mishchenko Oleg Nikolaevich Implant

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