KR20160083232A - 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법 - Google Patents

세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 티타니아 임플란트의 처리 방법에 있어서, 환원분위기에서 환원함으로써, 티타니아 임플란트 표면과 내부에 기공을 생성하는 단계; 및 그레인 (grain)간 결합 후 승온함으로써 독립적인 기공을 형성시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 티타니아 임플란트의 표면에서의 세포활성을 보다 향상시킬 수 있는 작용효과가 기대된다.

Description

세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법{Porosity treating method of TiO2 implant for enhancing the reactivity of cell}
본 발명은 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 티타니아 임플란트 처리 방법에 있어서, 환원분위기에서 환원함으로써, 티타니아 임플란트 표면과 내부에 기공을 생성하는 단계; 그레인 (grain)간 결합 후 승온함으로써 독립적인 기공을 형성시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법을 제공한다.
현재 치과 및 정형외과용 임플란트의 적절한 소재로서 다양한 금속 및 합금 개발이 시도 되어 왔으나 아직까지는 티타늄 금속과 그의 합금이 주로 사용 되고 있다.
티타늄 및 티타늄 합금은 가공이 용이할 뿐만 아니라, 인간의 생체 조직에 대한 높은 생체 친화성, 생체 불활성 및 높은 기계적 강도를 보유하는 등 많은 장점을 가지고 있다. 그러나 티타늄 및 티타늄 합금 자체는 인체에 이식시 골과 결합되는 시간이 길고, 이식 후 장시간 지나면 금속 이온이 생체로 녹아 들어가 인체에 악영향을 미칠 수 있는 단점을 가지고 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 티타늄 및 티타늄 합금의 표면에 안정한 TiO2 산화층 형성을 위한 다양한 공정이 적용되고 있으며, 골결합 시간을 단축함과 동시에 강화를 도모하는 기술들이 개발되어 사용되어 왔다. 티타늄 또는 티타늄 합금의 표면에 산화막을 형성하기 위한 대표적인 예로 열산화 공정, 양극산화 (Anodic oxidation) 공정 및 티타니아 산화물 코팅 등이 있다.
이 중 열 산화 공정은 고온에서 산화 처리를 통해 수 nm ~ 수십 ㎛의 일정한 두께의 TiO2 산화막을 형성하는 방법으로, 기존의 티타늄 또는 티타늄 합금 표면에 형성되어 있는 불안정한 자연 산화막에 비해 화학적으로 안정적인 TiO2 산화막 형성이 가능하다. 또한 생체 재료로서 갖추어야 할 조건들, 즉 생체에 대한 친화성 및 화학적 적합성 등을 향상시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 금속 재료와 세라믹 재료의 결합이기 때문에 결정 구조 차이로 인해 TiO2 산화막이 일정 이상의 두께가 되면 티타늄 기판과의 박리가 일어날 수 있으며, 이러한 박리를 방지하기 위해 TiO2 산화막의 두께를 한정 지으면 TiO2 산화막 형성 후의 골결합 증대에도 한계가 발생하게 된다.
양극산화 (Anodic oxidation) 공정은 티타늄 금속을 양극으로 사용하여 전기 화학적으로 티타늄 표면에 TiO2 산화막을 만드는 방법으로 티타늄 금속을 전해액 중에서 전기를 통하면 티타늄 양극으로 물 분자에서 이온화된 산소 음이온이 이동하고 표면의 티타늄 이온과 결합하여 TiO2 산화막을 형성하게 된다. 또한, 양극산화초기에 금속 표면에 산화층이 형성 후 산화물/전해질 계면에서 작은 기공이 형성되고, 이 기공들 주위로 양극산화전류가 집중됨과 동시에 양극산화시간의 증가와 함께 기공들을 중심으로 발열반응을 수반한 전기화학적 반응이 지속적으로 진행되어 기공의 형태를 유지하면서 미세한 관의 형태로 자라 다공성 구조를 가진다. TiO2 산화막 및 기공은 단백질 및 세포 부착의 증가에 영향을 미치게 된다. 또한, 전해액의 종류에 따라 티타늄 기판 표면에 형성되는 산화층의 성분 및 기공의 크기를 조절할 수 있어, 안정한 산화층 및 형성된 기공들을 통해 단백질 및 세포의 부착, 증식, 골 형성을 증대할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 이 또한 티타늄 금속 표면에 TiO2 산화층을 형성시키기 때문에, 열산화와 마찬가지로 결정 구조 차이로 인해 TiO2 산화막이 티타늄 기판에서 박리되는 현상이 발생할 수 있다. 그리고, 전해액 내에서 티타늄 및 티타늄 합금 표면에 산화층 및 기공이 형성되기 때문에 세척 공정 후에도 기공 내부에 오염물들이 남아 있을 수 있다.
TiO2 coating을 통한 티타늄 기판 표면의 TiO2 산화막 형성은 TiO2 산화물 또는 전구체(precursor) 재료를 이용하여 슬러리 및 졸(Sol)을 티타늄 기판에 코팅한 후 열처리하거나 고온에서 분사 융착시키는 Thermal spray를 통해 티타늄 기판 표면에 일정 두께의 산화막을 형성하는 것이다. 그러나 산화물을 이용한 코팅 및 열처리이므로 티타늄 기판과의 결정 구조의 차이로 인해 산화막이 박리 될 수 있다는 단점을 가지고 있다.
또한, TiO2 Sol-gel을 이용하여 coating 및 열처리를 통해 티타늄 표면에 Mesoporous한 구조의 TiO2 산화막을 형성할 수 있다. 티타늄 표면의 형성된 TiO2 산화막은 다공질 구조로 비표면적이 증가하여 세포 활성도에 영향을 미치지만, 티타늄 표면에 TiO2 산화물이 존재하게 되어 티타늄 기판과의 결정 구조의 차이로 인해 산화막이 박리 될 수 있다는 단점을 가지고 있다.
지금까지 열거한 티타늄 및 티타늄 합금 표면에 형성된 산화막은 결정 구조 차이로 인해 박리되는 현상의 문제점을 가지고 있으며, 산화막 형성시 기공 내부에 오염물이 남을 수 있으며, 식립시 뼈와의 마찰로 인해 TiO2 산화층이 박리될 수 있다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 기존의 열산화, 양극산화 (Anodic oxidation) 및 졸-겔 코팅에 의해 형성되는 티타늄 및 티타늄 합금 표면의 TiO2 산화막의 박리되는 문제점을 해결하고, 양극 산화 (Anodic oxidation) 공정에서 기공 내부에 오염물들이 남을 수 있는 문제점을 해결하도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 환원 처리에 의해 형성된 기공들이 재료 내부까지 연결이 되도록 하여 식립시 기공을 통한 영양분이나 혈액의 흐름이 가능하게 하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존의 티타늄과 티타늄 합금에 형성된 TiO2 산화막의 역할에 골대체제에서의 기공 연결 구조를 도입하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 티타니아 임플란트의 표면처리 방법에 있어서, 환원분위기에서 환원함으로써 티타니아 임플란트 표면 및 내부 기공을 생성하는 단계; 및 그레인(grain)간 결합 후 승온됨으로써 독립적인 기공을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법을 제공한다.
티타니아 임플란트 표면에 기공을 생성하는 단계; 또는 독립적인 기공을 형성하는 단계; 이후에 상기 티타니아 임플란트의 표면을 재산화시키는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 티타니아의 제조에 사용되는 분말의 평균 크기는 50nm ~ 10㎛의 범위인 것이 바람직하다.
상기 티타니아의 제조에 사용되는 티타니아의 결정상은 루타일(Rutile), 아나타제(Anatase) 중 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 티타니아의 성형체 제작을 위한 압력은 0.1 ~ 2ton/cm2으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 환원분위기는 수소, 암모니아 가스 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 분위기인 것이 바람직하다.
상기 환원 분위기에서 수소, 암모니아 가스의 농도를 조절하기 위해서 아르곤, 질소를 포함하는 불활성 가스 중에서 선택되는 적어도 어느 하나가 더 사용되는 것이 바람직하다
상기 기공을 생성하는 단계;는 1000 ~ 1300℃의 범위에서 수행되는 것이 바람직하다.
상기 기공을 생성하는 단계;에서 유지 시간은 1 ~ 24시간 범위에서 수행되는 것이 바람직하다.
상기 티타늄 계열 임플란트의 표면을 재산화시키는 단계;는 1150 ~ 1250℃의 범위에서 수행되는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 티타니아 임플란트의 표면에서의 세포활성을 보다 향상시킬 수 있는 작용효과가 기대된다.
또한, 기존의 열산화, 양극산화(Anodic oxidation) 및 TiO2 산화물 코팅에 의해 형성되는 티타늄 및 티타늄 합금 표면의 TiO2 산화막의 박리되는 문제점을 해결하고 환원 분위기에서 일정이상의 온도에서 열처리를 하여, 양극산화(Anodic Oxidation) 공정에서 기공 내부에 오염물들이 남을 수 있는 문제점을 해결하도록 하는 작용효과가 기대된다.
또한, 환원 처리에 의해 형성된 기공들이 재료 내부까지 연결이 되도록 하여 식립시 기공을 통한 영양분이나 혈액의 흐름이 가능하게 하는 작용효과가 기대된다.
또한, 기존의 티타늄과 티타늄 합금에 형성된 TiO2 산화막의 역할에 골대체제에서의 기공 연결 구조를 도입하도록 하여 골대체재로서의 우수한 성능을 확보하도록 하는 작용효과가 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도에 따른 티타니아의 그레인 크기 및 기공크기 변화 및 이를 다시 산화시킨 후의 그레인 크기 및 기공크기 변화를 나타낸 미세구조 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도 및 재산화온도에 따른 티타니아의 기공면적, 평균기공크기분포, 기공율, 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 티타니아를 환원 및 재산화하고, X선 분석하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도 및 재산화온도에 따른 티타니아의 상변화를 나타낸 라만분석 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도 및 재산화온도에 따른 Ti2O3 상의 생성정도를 나타낸 XPS 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도 및 재산화온도에 따른 단백질 흡착능 분석 그래프를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도 및 재산화온도에 따른 세포 부착 분석 그래프를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도 및 재산화온도에 따른 세포 활성도 결과 그래프를 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명을 바람직한 실시예를 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 티타니아 임플란트를 환원하는 방법 자체에 의하여서도 세포 활성을 증가시킬 수 있도록 하였다는 점에서 의의가 있는 것으로서, 세포 활성과 임플란트의 다공성 발현 처리 방법의 유기적 관계에 따라 고도화된 발명이다.
<실험예>
본 발명은 티타니아 임플란트 환원분위기에서 환원함으로써, 티타니아 임플란트 표면 및 내부에 기공을 생성하고, 티타니아 임플란트를 구성하는 그레인간 결합을 유도한 후 승온됨으로써 독립적인 기공을 형성시켜 골대체재로 사용하기 위한 기공구조를 도입하는 것에 관한다.
위 기공생성 후 또는 독립적인 기공형성 후에는 환원된 티타니아 임플란트 표면을 재산화시켜 사용하여도 기공구조의 변화가 없으므로 골대체로서의 사용성능에는 이상이 없다.
본 발명에 있어서 입자 사이즈는 평균 입경이 100nm인 아나타제상(Anatase phase)의 TiO2를 이용하여 SUS mold로 1ton/cm2의 압력으로 성형체를 만들었다.
이러한 아나타제상의 평균입경은 50nm ~ 10㎛ 범위의 것을 사용할 수 있다. 여기서, 상기 하한을 벗어나게 되면, Press 후에 성형체가 쉽게 깨질 수 있으며, 이를 방지하기 위해서는 결합제를 이용할 수 있지만, 열처리 후에도 일부 결합제가 남아서 세포 활성도 감소에 영향을 미칠 수가 있으며, 상기 상한을 벗어나게 되면 환원 공정 후 형성되는 기공 개수 감소 및 상 변화에 영향을 주어 세포 활성도 감소에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 평균 입경은 위 범위에서 그 임계적 의의를 갖는다.
여기서, TiO2 분말은 상기 아나타제 이외에도 루타일(Rutile)을 선택할 수 있으며, 위 두가지를 모두 혼합하여 사용할 수도 있다.
아울러, 성형시 압력은 위 압력뿐 아니라 0.1 ~ 2ton/cm2으로 조절가능하다. 여기서, 상기 하한을 벗어나게 되면, 성형 후 이동시에 성형체의 모양이 쉽게 깨질 수 있으며, 상기 상한을 벗어나게 되면 성형 후 SUS mold 내에서 성형체를 빼낼 때 성형체와 SUS mold가 접촉하는 부분의 마찰로 인해 성형체가 깨어질 수 있다. 그러므로, 압력값은 위 범위에서 그 임계적 의의를 갖는다.
본 발명에 의하여 환원처리 및 재산화처리하고자 하는 실험은 다음 표와 같은 조건하에서 수행하였다.
환원처리 재산화처리
온도(℃) 유지시간(hr) 온도(℃) 유지시간(hr)
OT12 - - 1200 1
R1 1000 6 - -
R2 1100 6 - -
R3 1200 6 - -
R4 1300 6 - -
O3 1000 6 1200 1
O4 1100 6 1200 1
여기서, 환원 처리는 다음과 같은 조건하에서 수행하였다.
사용 장비 : 분위기 전기로
분위기 가스 : 4% H2/Ar(부피비 기준)
Gas flow rate : 0.5L/min
Heating rate : 3℃/min
Holding Time : 6hr
또한, 재산화 처리는 다음과 같은 조건하에서 수행하였다.
사용 장비 : 전기로
분위기 가스 : Air
Heating rate : 5℃/min
여기서, 상기 분위기는 수소, 암모니아 가스 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 이용하여 조절할 수 있다. 여기서는 수소분위기를 사용하였다.
아울러, 상기 수소, 암모니아 가스의 농도를 조절하기 위해서 아르곤의 불활성 가스를 이용할 수 있다. 이는 성형체에 반응하지 않으며 산소와 암모니아 가스 이용시 폭발의 위험성을 줄이기 위해 안정한 농도로 조절하기 위해 불활성 가스를 이용하는 것이다.
<평가예>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 각 환원온도에서 6시간 유지 후 티타니아의 그레인 (grain) 크기 및 기공크기 변화 및 이를 다시 산화시킨 후의 그레인 (grain) 크기 및 기공크기 변화를 나타낸 미세구조 사진이다.
도시된 바와 같이, 환원 온도가 증가함에 따라 그레인 (grain) 크기, 기공크기가 증가하고, 그레인 (grain)의 형상에 변형이 발생됨을 알 수 있다.
환원 온도 1200℃부터 그레인 (grain)끼리 연결이 되어 독립적인 기공들이 형성된다. 1300℃에서는 크레인 크기가 최대가 되었지만, 기공 개수는 오히려 감소하였다. 따라서 기공 형성을 위한 환원온도는 1000 ~ 1300℃의 범위에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 하한을 벗어나게 되면 온도에 의한 그레인 (grain)간의 결합이 약해 그레인 (grain)이 떨어져 나갈 수 있어 형상 유지가 어렵게 되고, 상기 상한을 벗어나게 되면 그레인 (grain)이 커져 기공의 면적, 크기 및 개수가 낮아지게 된다. 따라서 위 온도범위는 기공 크기 및 개수가 감소되지 아니하는 의미에서 그 임계적 의의가 있다.
상기 기공 형성을 위한 각 온도에서의 분위기 유지 시간은 1 ~ 24시간의 범위에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 하한을 벗어나게 되면 그레인 (grain)의 성장 및 연결이 약해 그레인 (grain)이 떨어져 나갈 수 있어 형상 유지가 어렵게 되고, 상기 상한을 벗어나게 되면 그레인 (grain)이 커져 기공의 면적, 크기 및 개수가 낮아서 기공 구조 확보에 어렵게 된다. 따라서 위 환원 분위기에서의 유지 시간범위는 기공 크기 및 개수가 감소되지 아니하는 의미에서 그 임계적 의의가 있다.
상기 기공 형성을 위한 환원 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 하한을 벗어나게 되면 TiO2 환원 반응이 일어나지 않아서 티타니아 임플란트 표면에 기공 형성이 어렵고, 상기 상한의 이상의 가스 순도를 확보하는 것이 어렵다.
한편, 도시된 바와 같이, 이와 같이 환원된 임플란트 시편을 1200℃에서 재산화 처리한 후에도 환원 처리된 시편과 동일한 형상이 유지 됨을 알 수 있다.
상기 티타늄 계열 임플란트의 표면을 재산화시키는 단계;는 1000 ~ 1250℃의 범위에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 하한을 벗어나게 되면 환원 처리된 티타니아 임플란트 표면에 재산화처리를 통해 충분한 Rutile 상의 확보가 어렵게 되고 상기 상한을 벗어나게 되면 온도에 의한 그레인 (grain)성장으로 최적의 기공 구조가 변화하거나 소멸이 될 수 있다. 위 온도는 재산화에도 불구하고, 세포 활성이 향상되는지의 여부에 의해 결정되는 온도이며, 따라서 위 온도에서 임계적 의의가 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도 및 재산화온도에 따른 티타니아의 기공면적, 평균기공크기분포, 기공율, 개수를 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 환원 온도가 증가함에 따라 총 기공면적(Total Pore area), 기공율(Porosity) 감소, 평균기공경(average pore diameter) 증가, 시편 밀도 증가 등의 결과가 도출됨을 알 수 있다. 한편, 환원된 임플란트 시편을 1200℃에서 재산화 처리 후에도 위 공정변수들은 환원 처리된 임플란트 시편과 비슷한 결과로 나타남을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 티타니아를 환원 및 재산화하고, X선 분석하여 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 임플란트의 환원 처리 후 R1, R2는 Rutile peak만 나타나지만 R3, R4에서는 산소가 부족한 형태의 티타늄 산화물 peak가 발견되고 있다. 이러한 산화물은 TiO, Ti2O3, Ti3O5, Ti4O7, Ti5O9 등의 형태로 존재한다.
재산화 처리 후의 결과를 살펴보면, O3, O4 시편으로부터 알 수 있는 바와 같이 다시 Rutile Peak가 나타났다. 그러나, 일부 산소가 부족형태인 TiO Peak도 관찰되었다. 즉, 재산화 후에는 산소의 결합으로 인해 TiO2 Rutile Phase가 확인됨을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도 및 재산화온도에 따른 티타니아의 상변화를 나타낸 라만분석 결과이다.
도시된 바와 같이, 임플란트를 환원 처리한 후 나타난 Peak 450cm-1, 613cm-1은 Rutile Phase에서 나타나는 Peak에 해당된다. 여기서, 환원 온도가 증가함에 따라 Peak Intensity 감소하는 것은 TiO2 내에 기공이 다수 생성됨을 의미하는 것이다. 한편, 이를 재산화 처리한 후 측정된 임플란트에서는 환원 처리 후 보다 Peak Intensity가 높게 나타남을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도 및 재산화온도에 따른 Ti2O3 상의 생성정도를 나타낸 XPS 결과이다.
도시된 바와 같이, 모든 샘플에서 TiO2 Bonding이 나타났으며, 이는 Ti4+로 표현된 피크로부터 알 수 있다. 그러나, 환원 처리 조건에 따라 Ti2O3 bonding의 Intensity가 변화하며, 환원 온도가 증가함에 따라서 Intensity는 증가하였다.
Intensity의 크기는 R1 < OT12 and O4 < O3 < O4 < R2 < R3 < R4의 순서로 표현될 수 있다. 한편, Ti metallic (Ti1+)은 나타나지 않는 것으로 조사되었다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도 및 재산화온도에 따른 단백질 흡착능 분석 그래프를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 모든 샘플에 있어서, OT12 시편과 유의차가 있는 것으로 나타남을 알 수 있다. 즉, 환원 및 재산화 과정에서 단백질 흡착능은 일정 수준 증가하는 것을 알 수 있으며, 이로부터, 일단 환원 처리가 된 이후에는 환원상태 또는 산화상태와 관계없이 단백질 흡착능은 향상한다는 사실을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도 및 재산화온도에 따른 세포 증식능 분석 그래프를 나타낸 것이다. 모든 샘플에 있어서, OT12 시편과 유의차가 있는 것으로 나타남을 알 수 있다. 즉, 환원 및 재산화 과정에서 세포 증식능은 일정 수준 증가하는 것을 알 수 있으며, 이로부터, 일단 환원 처리가 된 이후에는 환원상태 또는 산화상태와 관계없이 세포 증식능이 향상된다는 사실을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라서, 환원온도 및 재산화온도에 따른 세포분화결과 그래프를 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 환원 처리 온도가 증가함에 따라 ALP activity가 증가하였다. 조사된 전 시편에 대하여, OT12 시편의 ALP activity보다 높게 나타났으며, 따라서, 환원 처리가 ALP activity 향상에 이바지하였음을 알 수 있다. 특히, R3, R4, O3, O4에서 다른 시편들에 비해 유의차 있는 결과로 나타남을 알 수 있다.
다음은 본 발명의 산업상 이용가능성을 살펴보기로 한다.
본 발명에 의하여 환원처리된 다공성 세라믹 티타니아는 임플란트 뿐만 아니라 분리막 또는 필러로도 적용될 수 있다.
분리막으로 사용되는 세라믹 막의 제조에는 주로 화학침출(chemical leaching), 고상소결(solid state sintering) 및 졸-겔법 등을 적용하고 있다. 제조공정에 있어서 세라믹 분리막의 지지체는 전통적인 세라믹 제조방법으로 만들어지지만 내부에는 졸겔에 의한 최종 막을 가지게 된다.
일반적인 다공성 세라믹소재의 제조방법은 입자충전법, 전구체법, 졸-겔법 등을 이용하며, 지지체 또는 필터의 제조는 일반적으로 입자충전법을 주로 사용한다. 이 경우 입자의 충전, 분산 등의 조건에 따라 입자간 공극보다 큰 기공결함이 발생할 가능성이 매우 크다.
본 발명에 의한 환원처리된 세라믹 다공체는 지지체로서 추가적인 코팅에 의해 분리성능을 높여 분리막으로 활용되거나 응용에 따라서는 코팅공정 없이 필터로도 사용될 수 있다. 아울러, 본 발명에 의한 환원처리된 다공체의 경우 매우 균일한 기공분포를 확보할 수 있다. 즉, 환원공정 중에 입계의 소멸에 의해 공극이 형성되므로 모든 공극이 연결되는 구조로 입자충전법에서 보다 더 높은 기공연결성이 확보 가능하고, 분리막이나 필터로서의 보다 높은 성능을 확보할 수 있다.
이상 기술한 본 발명의 바람직한 실시예들의 특성은 환원 분위기에서의 환원 온도 및 시간, 환원 분위기 가스의 농도, 환원 공정 후의 재산화 공정에서의 재산화 온도 및 유지 시간에 따라 형성되는 기공 구조, 결정상 등의 최종 성형체의 조건은 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연한 것이다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시 예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (10)

  1. 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법에 있어서,
    환원분위기에서 환원함으로써, 티타니아 임플란트 표면 및 내부 기공을 생성하는 단계;
    그레인(grain)간 결합 후 승온함으로써 독립적인 기공을 형성시키는 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    티타니아 임플란트 표면에 기공을 생성하는 단계; 또는 독립적인 기공을 형성하는 단계;
    이후에 상기 티타니아 임플란트의 표면을 재산화시키는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 티타니아의 제조에 사용되는 분말의 평균 크기는 50nm ~ 10㎛의 범위인 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 티타니아의 제조에 사용되는 티타니아의 결정상은 루타일(Rutile), 아나타제(Anatase) 중 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 티타니아의 성형체 제작을 위한 압력은 0.1 ~ 2ton/cm2인 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 환원분위기는 수소, 암모니아 가스 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 분위기인 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 환원 분위기에서 수소, 암모니아 가스의 농도를 조절하기 위해서 아르곤, 질소를 포함하는 불활성 가스 중에서 선택되는 적어도 어느 하나가 더 사용되는 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기공을 생성하는 단계;는 1000 ~ 1300℃의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기공을 생성하는 단계;에서 유지 시간은 1 ~ 24시간 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 티타늄 계열 임플란트의 표면을 재산화시키는 단계;는 1150 ~ 1250℃의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 세포 반응성 향상을 위한 티타니아 임플란트의 다공성 발현 처리 방법.
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