KR20180106886A - An electrolyte composition containing manganese and silicon in a plasma electrolytic oxidation process and a method for manufacturing dental implants coated by hydroxyapatite containing manganese and silicon ions using the composition - Google Patents

An electrolyte composition containing manganese and silicon in a plasma electrolytic oxidation process and a method for manufacturing dental implants coated by hydroxyapatite containing manganese and silicon ions using the composition Download PDF

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Abstract

The present invention relates to an implant manufacturing method capable of improving bioactivity by forming the surface of a porous oxide film through plasma electrolytic oxidation. The method includes: a titanium alloy preparation step of sequentially polishing, fine-polishing, and cleaning a dental titanium alloy with ultrasonic waves; an injecting step of installing the prepared titanium alloy on the positive pole of an electrolysis chamber and installing platinum on the negative pole thereof, and then, injecting an electrolyte solution; a plasma forming step of forming an oxide film on the titanium alloy by generating plasma by applying constant voltage and current density; and a drying step of washing the oxide film, which has been formed on the titanium alloy through the plasma forming step, with ethanol and distilled water, and then, drying the same.

Description

플라즈마 전해 산화 공정에서 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 조성물 및 그 조성물을 이용하여 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법{An electrolyte composition containing manganese and silicon in a plasma electrolytic oxidation process and a method for manufacturing dental implants coated by hydroxyapatite containing manganese and silicon ions using the composition}TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrolytic composition containing manganese and silicon in a plasma electrolytic oxidation process, and a method for producing dental implants coated with apatite hydroxide containing manganese and silicon ions using the composition. oxidation process and a method for manufacturing dental implants containing hydroxyapatite containing manganese and silicon ions using the composition}

본 발명은 치과용 임플란트 표면에 양극산화법인 플라즈마 전해 산화법(Plasma Electrolytic Oxidation)을 이용하여 망가니즈 이온을 포함하여 뼈의 구성원소인 칼슘과 인이 포함된 다공성 표면을 형성시키는 것으로, 더욱 상세하게는 인체를 이루고 있는 많은 이온중에 세포부착과 골 형성으로부터 중요한 역할을 하는 망가니즈와 실리콘이 함유된 전해질 용액을 사용하여 치과 임플란트 표면에 망가니즈 및 실리콘 이온과 칼슘 및 인이 포함된 다공성 산화 피막의 표면을 플라즈마 전해 산화법으로 형성하여 생체활성을 향상시키는 임플란트 제조방법이며, 그 과정은 치과용 티타늄합금을 순차적으로 연마, 미세연마 및 초음파 세척하는 티타늄합금 준비단계, 상기 준비단계에서 준비된 티타늄합금을 전기분해조 양극에 설치하고, 음극은 백금을 설치한 후 전해질 용액을 투입하는 투입단계, 일정한 전압과 전류밀도를 가하여 플라즈마를 생성시켜 티타늄합금에 산화 피막을 형성하는 플라즈마 형성단계 및 상기 플라즈마 형성단계에서 티타늄합금에 산화피막이 형성된 후 에탄올 및 증류수 세척 후 건조시키는 건조단계를 포함하는 플라즈마 전해 산화 공정에서 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 조성물 및 그 조성물을 이용하여 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a porous surface containing calcium ions and phosphorus, which are components of bone, including manganese ions by using plasma oxidation method (Plasma Electrolytic Oxidation), which is anodic oxidation method, on a surface of a dental implant. More specifically, The surface of the porous oxide film containing manganese and silicon ions and calcium and phosphorus on the surface of the dental implants is removed by using an electrolytic solution containing manganese and silicon, The present invention relates to a method for manufacturing an implant that is formed by a plasma electrolytic oxidation method and improved in biological activity. The process comprises the steps of preparing a titanium alloy for sequentially polishing, fine polishing and ultrasonic cleaning the dental titanium alloy, And the anode is platinum, and then the cathode A plasma forming step of forming a plasma on the titanium alloy by applying a constant voltage and a current density to form an oxide film on the titanium alloy, and an oxidation film formed on the titanium alloy in the plasma forming step, followed by washing with ethanol and distilled water, The present invention relates to an electrolytic composition containing manganese and silicon, and a method for producing dental implants coated with apatite containing manganese and silicon ions by using the composition and a composition thereof in a plasma electrolytic oxidation process including a drying step.

치과 임플란트는 티타늄계 합금을 기계적으로 가공한 후 임플란트의 골내 적합성을 향상시키기 위한 다양한 표면처리를 시행하게 되고, 이러한 표면처리방법에는 산을 이용하는 부식 표면, 티타늄과 수산화 인회석을 이용한 플라즈마 스페레이법, 다공성 소결처리 그리고 양극 산화법 등이 있으며, 이중 양극 산화법은 조골세포의 부착과 골형성이 촉진되는 특징을 가지고 있어 치과용 임플란트 같은 경우에는 양극산화법을 이용한 표면처리 법이 선호되고 있다.The dental implants are subjected to various surface treatments to improve the bone conformity of the implants after mechanical machining of the titanium-based alloys. The surface treatment methods include a corrosion surface using an acid, a plasma sputtering method using titanium and hydroxyapatite, Porous sintering, and anodic oxidation. The anodic oxidation method is characterized in that osteoblast adhesion and osteogenesis are promoted. In the case of dental implants, surface treatment using anodic oxidation method is preferred.

더욱 상세하게 살펴보면 최근 상용화된 대다수의 임플란트는 생체적합도가 높고, 골의 치유, 생성 및 유지에 적합한 표면을 가지고 있다고 여겨지고 있으나, 여전히 불리한 골 상태를 완전히 극복할 수 없다. 한편, 주 재료로 사용되는 티타늄계 합금은 낮은 탄성률과 생체 적합성이 뛰어난 내식성 등 기존에 사용되던 생체용 금속에 비해 우수한 것으로 보고되고 있다. 그러나 생체불활성하기 때문에 골형성을 직접적으로 유도하지 않으며, 골결합을 이루기 위해 상당한 치료시간이 오래 걸리고, 자연적으로 형성된 산화피막은 두께가 얇아 소실이 빨리 진행되어 인접한 골 조직의 재생을 이끌어내지 못하는 등의 문제점들을 가지고 있다.In more detail, the majority of commercially available implants have high biocompatibility and are believed to have a surface suitable for healing, producing and maintaining bone, but still can not completely overcome the adverse bone condition. On the other hand, the titanium-based alloy used as the main material has been reported to be superior to the conventional bio-metals such as low elasticity and excellent biocompatibility and corrosion resistance. However, since it is in vivo inert, it does not directly induce bone formation, takes a long time for treatment to achieve bone connection, and the naturally formed oxide film has a thin thickness, which leads to rapid dissolution and does not lead to regeneration of adjacent bone tissue .

따라서, 상기의 문제점인 임플란트가 골과 직접적인 결합을 하지 못하는 것을 해결하고, 골 결합 기간을 단축시키기 위해서 이완되는 단점을 해결하기 위해 임플란트 표면처리를 통하여 생체활성도를 부여하고 있다. 임플란트의 주재료로 사용되는 티타늄의 표면에 물리, 화학적으로 표면처리를 실시하여 생체활성을 더욱 향상시킴으로써 임플란트를 인체에 식립 후 치유기간을 단축시키고 있으며, 더 효과적인 표면처리를 위한 연구는 지속적으로 진행되고 있는 실정이다. 상기 티타늄 표면처리 중 화학적 표면처리는 양극산화(Anodizing), 졸-겔법(Sol-gel), 플라즈마분사(Plasma spraying), 화학기상증착법(CVD) 및 플라즈마 전해 산화(PEO-Plasma Electrolytic Oxidation)가 있다.Therefore, in order to solve the above-mentioned problem that the implant can not directly bond with the bone, and to relax the shortening period to shorten the period of bone connection, bioactivity is given through the implant surface treatment. By physically and chemically surface-treating the surface of the titanium used as the main material of the implant, the bioactivity is further improved to shorten the period of healing after the implant is placed in the human body. Studies for more effective surface treatment are continuously carried out In fact. The chemical surface treatment during the titanium surface treatment includes anodizing, sol-gel, plasma spraying, chemical vapor deposition (CVD), and plasma-electrolytic oxidation (PEO-Plasma Electrolytic Oxidation) .

상기 양극산화(Anodizing)는 외부전원을 이용하여 금속 표면에 산화물 및 금속염을 비교적 두껍게 형성시키는 방법으로 산화층을 형성시키고자 하는 금속을 양극에 설치하고, 다른 불용성 금속을 음극에 접촉시켜 전해액 내에 전류를 흐르게 하는 것으로 양극산화를 하기 위해 전류를 걸게 되면 아주 낮은 전압에서 금속의 수산화물이 미세한 막을 형성하며, 약 10V 의 전압이 걸리게 되면 금속 산화층이 형성된다. 그러나 일단 산화층이 형성되면 저항이 증가되어 금속 산화층에 내부 응력이 집중되고, 70V에서 산화층이 파괴되며, 다시 전압을 올려주면 제 2의 다공성 산화층이 형성되는데 이러한 공정중에 스파크가 발생하게 되며, 강제적으로 전기를 걸어 산화층을 형성하므로 전기효율이 나쁘고, 스파크가 난 국소부위는 열응력을 받아 티타늄 물성에 나쁜 영향을 줄뿐만 아니라 접착력이 떨어져 최종 물성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.The anodizing method is a method of forming oxide and metal salts relatively thick on a metal surface using an external power source, and a metal to be an oxide layer is formed on the anode and another insoluble metal is brought into contact with the cathode to generate an electric current If an electric current is applied to anodize by flowing, the hydroxide of the metal forms a fine film at a very low voltage, and when a voltage of about 10 V is applied, a metal oxide layer is formed. However, once the oxide layer is formed, resistance is increased, internal stress is concentrated in the metal oxide layer, the oxide layer is destroyed at 70 V, and when the voltage is raised again, a second porous oxide layer is formed. The electric efficiency is poor due to the formation of the oxide layer by applying electricity, and the sparked localized portions are subject to thermal stress, which not only adversely affects the physical properties of titanium, but also adversely affect the final properties.

상기 졸-겔법(Sol-gel)은 코팅막을 제조하기 위해서 알코올, 물 및 산 등에 의해 가수분해, 중합반응에 의하여 겔(gel)로 되는 용액을 제조하는 것으로 균질한 용액을 비교적 낮은 점도의 상태로 기판에 코팅하여, 기판 위에서 겔화시켜 막으로 하는 것으로 졸-겔법을 응용하는 dip-coating 등과 같은 습식 코팅법은 저온 공정이며, 면적에 관계없이 코팅 할 수 있고, 막의 두께 및 미세구조를 제어할 수 있는 장점이 있으나 결정화를 위한 후열처리 공정이 부가되고, 평판 형상의 코팅형성이 제한되며, 코팅이 모재와의 충분한 결합력을 가지기 위해서 접착력을 강하게 하기 위한 접착제가 중간층에 삽입되어야 하는 단점이 있다.The sol-gel method is a method of preparing a solution which becomes a gel by hydrolysis and polymerization reaction with alcohol, water and acid in order to prepare a coating film, and a homogeneous solution is prepared in a relatively low viscosity state The wet coating method, such as dip-coating, which applies the sol-gel method by coating on the substrate by gelling on the substrate, is a low-temperature process and can be coated regardless of the area, and the thickness and microstructure of the film can be controlled However, there is a disadvantage in that a post heat treatment process for crystallization is added, formation of a flat plate coating is restricted, and an adhesive for strengthening the adhesion strength is inserted into the intermediate layer so that the coating has a sufficient bonding force with the base material.

상기 플라즈마분사(Plasma spraying)는 열 분무 중의 한 분야로 모재(substrate) 위에 금속과 비금속 재료인 세라믹과 같은 녹는점이 높은 물질을 용융된 상태 혹은 반 용융된 상태로 용착하는 공정을 말한다. 모재의 재질 및 크기에 제한이 없으며 모재에 변형을 초래하지 않고, 현장 시공이 가능하며, 후막코팅이 가능하고, 코팅두께 조절이 용이하다는 점과 코팅재료의 종류가 다양하다는 점이 장점이나 조직에 기공률이 0.6~15%까지 나타나며 금속적 결합이 아니 기계적인 결합으로 티타늄의 세라믹 코팅 시 충격에 약하다는 단점이 있고, 모재와의 접합성이 약하기 때문에 임플란트 적용이 어려운 실정이다.Plasma spraying refers to a process in which a material having a high melting point, such as a metal and a non-metallic ceramic material, is deposited on a substrate in a molten state or a semi-molten state. There is no restriction on the material and the size of the base material, it is possible to construct on the spot without causing deformation of the base material, it is possible to form a thick film, easy to control the thickness of the coating, and various kinds of coating materials. Is 0.6 to 15%. It is not a metallic bond, but it has a disadvantage that it is weak against impact when titanium is coated with a ceramic by a mechanical bond, and it is difficult to apply an implant because its bonding with a base material is weak.

상기 화학기상증착법(CVD)은 기체혼합물을 고온에서 시료에 노출시킴으로써 표면을 처리하는 방법으로 다양한 반응이 발생하여 기체혼합물의 한개 또는 그 이상의 성분들이 분해되고, 결과적으로 모재에 증착되도록 모재에 증착되는 방법이다. 일반적으로 생체재료들의 응용분야에 있어서 탄탈(tantalum), 몰리브덴(molybdenum), 레늄(rhenium) 또는 흑연(graphite)과 같은 기질에 대한 열분해 탄소코팅을 증착시키는데 이용되는 방법이다.The chemical vapor deposition (CVD) method is a method of treating a surface by exposing a gas mixture to a sample at a high temperature, so that various reactions occur to deposit one or more components of the gas mixture in the base material, Method. Is a method commonly used in the field of biomaterials for depositing pyrolytic carbon coatings on substrates such as tantalum, molybdenum, rhenium or graphite.

상기 플라즈마 전해산화(Plasma Electrolytic Oxidation)는 원리상으로는 양극 산화(anodizing) 처리와 동일하되, 양극 산화는 음극(cathode)에 상대적으로 전기 화학적 안정성이 높은 금속(스케이니리스 스틸 또는 백금 합금 등)을, 양극(anode)에는 마그네슘 등의 산화 반응을 시키고자 하는 금속을 위치시킨다. 플라즈마 전해산화 공정의 경우, 기 형성된 양극 산화층 (또는 유전막)에 통전할 수 있는 전압(dielectric breakdown voltage) 이상의 전압을 가하면, 산화층 내부에서 반응된 가스 (수소 또는 산소 가스)에서는 국부적으로 형성된 강한 전류장에 의해 arc(또는 spark 또는 plasma)가 발생하게 된다. 이들 플라즈마 에너지가 순간 형성된 산화물을 융착시키는 역할을 수행하여, 양극에 위치한 금속의 표면은 양극산화 피막으로 형성된 산화물과는 전혀 다른 매우 치밀하고 단단한 산화물이 형성되는 기술로 전자, 자동차, 의료, 섬유, 해양, 석유화학산업에 이르기까지 광범위한 분야에 적용되고 있는 표면처리 기술이며, 전해질 내에 Ca 및 PO4 이온의 첨가로 인체내 골에 삽입되는 금속 표면에 골과의 결합을 유도하는 산화피막을 형성하여 생체활성을 향상시킴으로써 경제적이면서도 생체 적합도를 높이고 있다. 하지만, 종래 기술에서 가지고 있는 인접한 골조직의 재생을 이끌어 내지 못하는 것과 산화피막의 빠른 소실등의 문제점으로 인한 치료시간 단축등의 문제점들이 일부 개선 되었을뿐 여전히 종래의 문제점들을 내포하고 있다.Plasma electrolytic oxidation is principally the same as anodizing. The anodic oxidation is performed by using a metal (e.g., a sintered steel or a platinum alloy) having a relatively high electrochemical stability with respect to the cathode, The metal to be oxidized, such as magnesium, is placed in the anode. In the plasma electrolytic oxidation process, when a voltage higher than a dielectric breakdown voltage is applied to the pre-formed anodic oxide layer (or dielectric film), a strong current field formed locally in the reacted gas (hydrogen or oxygen gas) An arc (or spark or plasma) is generated. These plasma energy plays a role of fusing momentarily formed oxides, and the surface of the metal located on the anode is formed by a very dense and hard oxide which is completely different from the oxide formed by the anodic oxide film. It is a surface treatment technology applied to a wide range of fields ranging from marine and petrochemical industries. It forms CaO and PO 4 ions in the electrolyte to form an oxide film that induces the bonding of bone to the metal surface inserted into the bone in the human body By improving the bioactivity, the biocompatibility is improved while being economical. However, problems such as shortening of treatment time due to problems such as failure to bring about regeneration of adjacent bone tissue and disadvantages such as rapid disappearance of oxide film, which are possessed in the prior art, have been partially improved, and still have problems.

플라즈마 전해 산화공정으로 임플란트의 표면처리를 하는 선행기술은 한국등록특허 제10-1314073호(2013.10.07.) 베타 삼인산칼슘을 포함하는 산화막으로 코팅된 티타늄 임플란트의 제조방법 및 이에 따라 제조된 티타늄 임플란트로 생체친화물질인 베타 삼인산칼슘을 포함하는 산화막으로 코팅된 골내 임플란트용 티타늄 임플란트의 제조방법으로 인산이온을 포함하는 전해액을 제조하는 단계; 상기 전해액에 하이드록시아파타이트 입자를 분산시키는 단계; 및 상기 하이드록시아파타이트 입자가 분산된 전해액에 티타늄 임플란트를 양극으로 하여 플라즈마 전해산화 코팅을 수행하는 단계를 포함하며 상기 플라즈마 전해산화 코팅을 수행하는 과정에서 상기 전해액의 인산이온과 하이드록시 아파타이트가 반응하여 형성된 베타 삼인산칼슘이 산화막에 포함되는 제조방법 및 티타늄 임플란트를 제공하고 있고, 한국등록특허 제10-1419276호(2014.07.15.) 플라즈마 전해 산화에 의한 코팅 형성방법은 350V 내지600V 범위 전압으로 50mA/ 내지 100 mA/ 범위 전류밀도의 전류를 인가하되 플라즈마 전해 산화 과정 초기에는 이후의 과정 동안 인가되는 전압보다 큰 전압이 인가되며, 플라즈마 전해 산화조 내의 플러스 전극과 마이너스 전극에 대한 전압인가 시 플러스 전압 펄스와 마이너스 전압 펄스 사이의 횟수 비율이, 플라즈마 전해산화 과정으로 초기에는 1:1 내지 2:1의 비율로 인가되며, 과정의 중반 이후 에는 30:1 내지 50:1의 비율로 인가되는 플라즈마 전해 산화에 의한 코팅 형성 방법을 제공하고 있으며, 한국등록특허 제10-1081687호(2011.11.09.) 바이오재료 제조방법은 임플란트용 재료 및 인공뼈용 재료에 관한 것으로, (a)전해조에 인산이수화포타슘(KH2PO4) 및 염화칼슘(CaCl2) 혼합수용액으로 전해질을 형성하는 단계; (b)상기 전해조에 애노드용 티타늄 또는 티타늄 함급 및 상기 티타늄 금속보다 환원전위가 높은 캐소드용 금속을 침지하는 단계; (c)상기 티타늄 금속 및 캐소드용 금속에 일정한 전류와 전압을 인가하여 상기 티타늄 금속에 아크방전을 일으켜서 플라즈마를 생성하는 단계; (d)상기 플라즈마를 이용하여 상기 전해조 내부의 이온물질들로 상기 티타늄 금속의 표면에 수산화인회석(Ca10(PO4)6(OH)2)을 형성하는 단계; (e)염화지르코늄(ZrCl4) 및 상기 (d)단계를 통하여 표면에 수산화인회석이 코팅된 티타늄 금속을 반응용기 내부에 배치하는 단계; 및 (f)상기 반응용기 내부를 가열하여 일정한 가스 분위기에서 상기 염화지르코늄을 기화시켜, 티타늄 금속의 표면에 수산화인회석/산화지르코늄 복합물을 형성하는 단계를 구비하는 바이오재료 제조방법을 제공하고 있다.Prior art for surface treatment of implants by plasma electrolytic oxidation process is disclosed in Korean Patent No. 10-1314073 (Oct. 31, 2013). A method for manufacturing a titanium implant coated with an oxide film containing calcium triphosphate and a titanium implant A method for manufacturing a titanium implant for bone implant coated with an oxide film containing calcium phosphate, which is a biocompatible material, comprises the steps of: preparing an electrolyte solution containing phosphate ions; Dispersing the hydroxyapatite particles in the electrolytic solution; And performing a plasma electrolytic oxidation coating on the electrolyte in which the hydroxyapatite particles are dispersed with a titanium implant as an anode. In the course of performing the plasma electrolytic oxidation coating, the phosphoric acid ions of the electrolyte react with hydroxyapatite The method for forming a coating by plasma electrolytic oxidation is a method in which calcium triethoxide formed is contained in an oxide film and a titanium implant is provided. Korean Patent No. 10-1419276 (Apr. 14, 2014) A voltage higher than a voltage applied during a subsequent process is applied at an initial stage of the plasma electrolysis oxidation process and a positive voltage pulse is applied at a voltage applied to the positive electrode and the negative electrode in the plasma electrolytic oxidation chamber, And the ratio of the number of times between the negative voltage pulse The present invention provides a method for forming a coating by plasma electrolytic oxidation applied at a rate of 1: 1 to 2: 1 initially in a zmaic electrolytic oxidation process and at a rate of 30: 1 to 50: 1 after the middle of the process, (A) an electrolytic bath containing phosphoric acid dihydrate potassium (KH 2 PO 4 ) and calcium chloride (CaCl 2 ); and Forming an electrolyte with a mixed aqueous solution; (b) impregnating the electrolytic bath with titanium or titanium for an anode and a metal for a cathode having a reduction potential higher than that of the titanium metal; (c) applying a constant current and voltage to the titanium metal and the cathode metal to generate an arc discharge on the titanium metal to generate a plasma; (d) forming hydroxyapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) on the surface of the titanium metal with ionic materials within the electrolytic cell using the plasma; (e) placing zirconium chloride (ZrCl 4 ) and titanium metal coated with hydroxyapatite on its surface through the step (d); And (f) heating the inside of the reaction vessel to vaporize the zirconium chloride in a constant gas atmosphere to form a hydroxyapatite / zirconium oxide composite on the surface of the titanium metal.

종래 일반적으로 시판되고 있는 치과용 임플란트의 표면 처리는 표면에 알루미나 분말이나 하이드록시 아파타이트 분말을 이용하여 macro거칠기를 부여하고 염산과 황산용액으로 하는 선처리에 의한 micro거칠기를 부여한 제품들이 시판되고 있다. 상기 선행기술들과 종래 시판되고 있는 제품들을 살펴보면 티타늄 합금 표면에 산화 피막을 형성하되 플라즈마 전해 산화 공정에서 사용되는 전해질 용액에 베타 삼인산칼슘과 인산이수화포타슘(KH2PO4)와 염화칼슘(CaCl2)등을 포함시키고, 전압 및 전류밀도등을 변화 시키는 구성으로 이루어져 종래 티타늄계 합금으로만 이루어진 임플란트 표면에 산화피막이 형성되는 다공성 표면을 형성하여 생체활성을 향상시켜 골세포 부착과 골 결합 성장을 유도를 더욱 빠르게 진행되도록 하고 있으며, 분말에 의한 거칠기를 부여하고 있으나 신지대사 과정 및 뼈를 이루는 원소들로써 상기 전해질 용액에 포함되는 요소들과 종래 기술은 생체 적합성이 부족한 현실이다.Surface treatments of commercially available dental implants are commercially available in which micro roughness is imparted to the surface using alumina powder or hydroxyapatite powder and micro roughness is imparted by pretreatment with hydrochloric acid and sulfuric acid solution. The above prior art and commercially available products are characterized in that an oxide film is formed on the surface of a titanium alloy and potassium triphosphate, potassium phosphate (KH 2 PO 4 ) and calcium chloride (CaCl 2 ) are added to the electrolyte solution used in the plasma electrolytic oxidation process. And changes the voltage and current density. Thus, a porous surface on which an oxide film is formed on the surface of an implant made of a titanium-based alloy is formed to improve bioactivity, thereby inducing bone cell adhesion and bone- And it is a fact that the elements included in the electrolytic solution and the prior art are lacking in biocompatibility.

한국등록특허 제10-1314073호(2013.10.07.)Korean Patent No. 10-1314073 (Oct. 한국등록특허 제10-1419276호(2014.07.15.)Korean Patent No. 10-1419276 (Jul. 15, 2014) 한국등록특허 제10-1081687호(2011.11.09.)Korean Patent No. 10-1081687 (2011.11.09.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래 산을 이용하여 에칭의 경우에는 표면에 잔류하는 산에 의하여 염증반응과 임플란트 표면의 부식의 가능성을 가지고 있으므로 임상적으로 문제를 일으킬 수 있고, 플라즈마 스프레이법은 현재 상업적으로 바이오 세라믹을 임플란트에 코팅할 때 많이 이용되는 방법인데 골 유착의 양이 적다는 단점을 가지고 있으며, 이러한 문제들은 향후 이식 실패라는 좋지않은 결과로 나타나고 있다. 따라서 임플란트 소재로 쓰이는 티타늄계 생체합금에 골 형성에 이로운 이온을 이용하여 산화막을 제공을 통해 임상에서 초기 고정을 높이고, 실패율을 줄이는 목적을 가지는 플라즈마 전해 산화 공정에서 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 조성물 및 그 조성물을 이용하여 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for etching an implant using an acid, which has a possibility of causing an inflammation reaction and corrosion of an implant surface due to an acid remaining on the surface, It is a commonly used method for coating bioceramics commercially on the implant. However, it has a disadvantage that the amount of osseointegration is small, and these problems appear to be a bad result of future implantation failure. Therefore, in the plasma electrolytic oxidation process aiming at increasing the initial fixation and reducing the failure rate in the clinic through the provision of the oxide film by using the ions favorable to bone formation in the titanium based bio-alloy used as the implant material, the electrolyte composition containing manganese and silicon And a method for producing dental implants coated with hydroxyapatite containing manganese and silicon ions using the composition.

상기와 같은 문제점을 해결하고 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 전해 산화 공정에서 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 조성물은 아세트산칼슘(Calcium acetate monohydrate), 글리세로인산 칼슘(Calcium glycerophosphate), 아세트산 망가니즈(Manganese acetate), 메타규산나트륨(Sodium metasilicate nonahydrate) 및 증류수를 포함하여 전해질 용액을 이룬다.In order to solve the above-mentioned problems and to achieve the object, in the plasma electrolytic oxidation process according to an embodiment of the present invention, the electrolyte composition containing manganese and silicon contains calcium acetate monohydrate, calcium glycerophosphate ), Manganese acetate, sodium metasilicate nonahydrate, and distilled water to form an electrolyte solution.

상기 전해질 용액은 망가니즈 이온이 칼슘 이온에 대비 20 mol%, 실리콘 이온이 인 이온에 대비하여 5 mol%가 되도록 아세트산칼슘을 0.12mol L-1, 글리세로인산칼슘은 0.02mol L-1, 아세트산 망가니즈 0.03mol L-1 및 메타규산나트륨 0.001mol L-1로 이루어지는 플라즈마 전해 산화 공정에서 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 조성물을 제공한다.The electrolytic solution was prepared by dissolving 0.12 mol L -1 of calcium acetate, 0.02 mol L -1 of calcium glycerophosphate, 0.02 mol L -1 of manganese ion, 20 mol% of calcium ion, and 5 mol% TKO provides needs 0.03mol L -1 and sodium metasilicate 0.001mol L -1 plasma electrolytic damaged and needs containing silicon oxide in the process electrolyte composition comprising a.

또한, 상기 전해질 조성물을 이용하여 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법은 a) 치과용 티타늄합금을 순차적으로 연마, 미세연마 및 초음파 세척하는 티타늄합금 준비단계(S10); b) 상기 준비단계에서 준비된 티타늄합금을 전기분해조 양극에 설치하고, 음극은 백금을 설치한 후 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 용액을 투입하는 투입단계(S20); c) 일정한 전압과 전류밀도를 가하여 플라즈마를 생성시켜 티타늄합금에 산화 피막을 형성하는 플라즈마 형성단계(S30); 및 d) 상기 플라즈마 형성단계에서 티타늄합금에 산화피막이 형성된 후 에탄올 및 증류수 세척 후 건조시키는 건조단계(S40);를 포함한다. Also, a method for preparing dental implants coated with apatite hydroxide containing manganese and silicon ions using the electrolyte composition comprises: a) a titanium alloy preparation step (S10) of sequentially polishing, fine polishing and ultrasonic washing the dental titanium alloy; ); b) an inputting step (S20) of installing the titanium alloy prepared in the preparation step on the anode of the electrolysis bath, placing the anode on the platinum, and then injecting the electrolytic solution containing manganese and silicon; c) forming a plasma by applying a constant voltage and current density to form an oxide film on the titanium alloy; And d) a drying step (S40) in which an oxide film is formed on the titanium alloy in the plasma forming step, followed by washing with ethanol and distilled water, followed by drying.

상기 연마는 실리콘 카바이드 연마지로 실시하되 100, 600, 800, 1200, 2000 grit로 이루어진 연마지로 단계적으로 연마한다.The polishing is carried out with a silicon carbide abrasive paper, and is polished stepwise with an abrasive paper having 100, 600, 800, 1200, 2000 grit.

상기 미세연마는 0.3㎛ 알루미나 분말을 이용하여 실시하며, 초음파 세척시 상기 알루미나 분말이 남지 않도록 제거한다.The fine grinding is performed using 0.3 mu m alumina powder, and the alumina powder is removed in the ultrasonic cleaning.

상기 전해질 용액은 아세트산칼슘(Calcium acetate monohydrate), 글리세로인산 칼슘(Calcium glycerophosphate), 아세트산 망가니즈(Manganese acetate) 및 메타규산나트륨(Sodium metasilicate nonahydrate)을 증류수에 혼합하여 제조된다.The electrolyte solution is prepared by mixing calcium acetate monohydrate, calcium glycerophosphate, manganese acetate, and sodium metasilicate nonahydrate in distilled water.

상기 전해질 용액 내 망가니즈 이온이 칼슘 이온에 대비 20 mol%, 실리콘 이온이 인 이온에 대비하여 5 mol%가 되도록 아세트산칼슘을 0.12mol L-1, 글리세로인산칼슘은 0.02mol L-1 및 아세트산 망가니즈 0.03mol L-1 및 메타규산나트륨 0.001mol L-1로 이루어진다.0.12 mol L -1 of calcium acetate, 0.02 mol L -1 of calcium glycerophosphate, and 0.02 mol L -1 of manganese ion in the electrolyte solution so that the concentration of manganese ion is 20 mol% relative to calcium ion and 5 mol% 0.03 mol L -1 of manganese and 0.001 mol L -1 of sodium metasilicate.

상기 전압과 전류밀도 및 가용시간은 250~280V, 50~100 mA/㎝-2 및 3분간 실시되는 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법을 제공한다.The voltage, the current density and the usable time are 250 to 280 V, 50 to 100 mA / cm & lt ; " 2 & gt ; for 3 minutes, and coated with apatite containing manganese and silicon ions.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 플라즈마 전해 산화 공정에서 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 조성물 및 그 조성물을 이용하여 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, in the plasma electrolytic oxidation process according to the present invention, an electrolytic composition containing manganese and silicon and a method for producing dental implants coated with apatite containing manganese and silicon ions using the composition and the composition thereof, It has the same effect.

(1) 본 발명은 티타늄계 생체합금에 플라즈마 전해 산화공정을 이용하여 치과용 임플란트 표면 처리함으로써 제조공정 과정이 간편하고, 임플란트 제조 시간 및 치료 기간을 저감시키는 효과가 있다.(1) According to the present invention, the surface of a dental implant is treated with a titanium-based bio-alloy using a plasma electrolytic oxidation process, thereby simplifying the manufacturing process and reducing the manufacturing time and the duration of the implant.

(2) 본 발명은 플라즈마 전해 산화법으로 망가니즈와 실리콘 이온을 복합적인 치환을 통해 생체적합성을 지닌 다공성 산화막을 생성하였으며, 종래 금속 산화막보다 두껍고 치밀한 산화막이 제조된다.(2) According to the present invention, a biocompatible porous oxide film is formed by a complex substitution of manganese and silicon ions by a plasma electrolytic oxidation method, and an oxide film thicker and denser than conventional metal oxide films is produced.

(3) 본 발명은 망가니즈 및 실리콘 이온의 생체활성물질을 포함하여 생체적합성을 빠르게 증가시킴으로써 치과용 임플란트의 초기 고정력을 높여 치료기간을 줄인다.(3) The present invention rapidly increases biocompatibility including manganese and silicon ion bioactive materials, thereby increasing the initial fixing power of dental implants and reducing the treatment period.

(4) 본 발명은 제조 과정의 간편함과 치료기간을 줄임으로써 제조시간 및 제조단가를 현저하게 절감 시킨다.(4) The present invention remarkably reduces manufacturing time and manufacturing cost by reducing the manufacturing process and the treatment period.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 전해 산화 공정에 의해 망가니즈 및 실리콘 이온이 함유된 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 전해 산화 표면처리의 기본 반응도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 망가니즈 및 실리콘 이온이 함유된 용액에서 플라즈마 전해 산화 처리된 티타늄합금 표면의 실사도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 전해 산화 처리된 티타늄합금의 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 결과 그래프이다.
도 5은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 전해 산화 처리된 티타늄합금의 EDS mapping 실사도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 전해 산화에 의한 금속 이온이 용출되는 정도를 평가하는 생체안정화 시험 결과이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 전해 산화 처리된 티타늄합금을 생체 유사 용액에 12시간 침지한 후 표면에 생성된 아파타이트 실사도이다.
1 is a flowchart of a method of manufacturing a dental implant coated with apatite hydroxide containing manganese and silicon ions by a plasma electrolytic oxidation process according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a basic reaction diagram of a plasma electrolytic oxidation surface treatment according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a photograph of a titanium alloy surface treated by plasma electrolytic oxidation in a solution containing manganese and silicon ions according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph of an EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) result of a titanium alloy subjected to plasma electrolytic oxidation according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an actual EDS mapping view of a titanium alloy subjected to plasma electrolytic oxidation according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a biostability test result for evaluating the degree of elution of metal ions by plasma electrolytic oxidation according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an apatite real image generated on the surface of a titanium alloy subjected to plasma electrolytic oxidation according to a preferred embodiment of the present invention after immersing the titanium alloy in a bio-similar solution for 12 hours.

본 발명의 명칭은 "플라즈마 전해 산화 공정에서 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 조성물 및 그 조성물을 이용하여 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법"으로 통상의 기술자가 쉽게 알 수 있도록 구체적인 내용을 기재하고 충분히 유추 가능한 별도의 기재는 생략하며 필요 경우 실시예 및 도면을 기재한다. 또한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 정의된 용어들은 한정 해석하지 아니하며, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있고, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The name of the present invention is an electrolytic composition containing manganese and silicon in a plasma electrolytic oxidation process and a method for producing a dental implant coated with apatite containing manganese and silicon ions using the composition and a conventional technique For the sake of easy understanding, the specific contents are described, and the detailed description which can sufficiently be deduced is omitted, and the examples and drawings are described, if necessary. In addition, terms defined in the present specification and claims are not to be interpreted as limiting, and may be changed according to the intention or custom of the operator, and should be construed in a meaning and a concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명의 일면에 있어서,In one aspect of the present invention,

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 전해 산화 공정에 의해 망가니즈 및 실리콘 이온이 함유된 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 전해 산화 표면처리의 기본 반응도로, 상기 도 1 내지 도 2를 참고하여 하기에 더욱 상세하게 개진한다.FIG. 1 is a flow chart of a method of manufacturing a dental implant in which apatite hydroxide coated with manganese and silicon ions is coated by a plasma electrolytic oxidation process according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross- , Which is a basic reaction diagram of the plasma electrolytic oxidation surface treatment according to the present invention, and will be described in more detail below with reference to FIG. 1 to FIG.

플라즈마 전해 산화 공정의 전해질 조성물에 있어서,In the electrolytic composition of the plasma electrolytic oxidation process,

상기 전해질 조성물은The electrolyte composition comprises

아세트산칼슘(Calcium acetate monohydrate), 글리세로인산 칼슘(Calcium glycerophosphate), 아세트산 망가니즈(Manganese acetate), 메타규산나트륨(Sodium metasilicate nonahydrate) 및 증류수를 포함하여 전해질 용액을 이룬다.The electrolytic solution is made up of calcium acetate monohydrate, calcium glycerophosphate, manganese acetate, sodium metasilicate nonahydrate and distilled water.

상기 전해질 용액은 망가니즈 이온이 칼슘 이온에 대비 20 mol%, 실리콘 이온이 인 이온에 대비하여 5 mol%가 되도록 아세트산칼슘을 0.12mol L-1, 글리세로인산칼슘은 0.02mol L-1, 아세트산 망가니즈 0.03mol L-1 및 메타규산나트륨 0.001mol L-1로 이루어진다.The electrolytic solution was prepared by dissolving 0.12 mol L -1 of calcium acetate, 0.02 mol L -1 of calcium glycerophosphate, 0.02 mol L -1 of manganese ion, 20 mol% of calcium ion, and 5 mol% 0.03 mol L -1 of manganese and 0.001 mol L -1 of sodium metasilicate.

티타늄합금으로 이루어진 치과용 임플란트 제조방법에 있어서,A method of manufacturing a dental implant comprising a titanium alloy,

상기 치과용 임플란트 제조방법은,The dental implant manufacturing method includes:

a) 치과용 티타늄합금을 순차적으로 연마, 미세연마 및 초음파 세척하는 티타늄합금 준비단계(S10);a) preparing a titanium alloy (S10) for sequentially polishing, fine polishing and ultrasonic cleaning the dental titanium alloy;

b) 상기 준비단계에서 준비된 티타늄합금을 전기분해조 양극에 설치하고, 음극은 백금을 설치한 후 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 용액을 투입하는 투입단계(S20);b) an inputting step (S20) of installing the titanium alloy prepared in the preparation step on the anode of the electrolysis bath, placing the anode on the platinum, and then injecting the electrolytic solution containing manganese and silicon;

c) 일정한 전압과 전류밀도를 가하여 플라즈마를 생성시켜 티타늄합금에 산화 피막을 형성하는 플라즈마 형성단계(S30); 및c) forming a plasma by applying a constant voltage and current density to form an oxide film on the titanium alloy; And

d) 상기 플라즈마 형성단계에서 티타늄합금에 산화피막이 형성된 후 에탄올 및 증류수 세척 후 건조시키는 건조단계(S40);를 포함한다.d) forming an oxide film on the titanium alloy in the plasma forming step, followed by washing with ethanol and distilled water, followed by drying (S40).

일반적으로 상용되고 있는 티타늄(Pure-titanium)은 Ti-6Al-4V와 Ti-6Al-4V extra low interstitial(ELI)로 구분되며, 티타늄은 지각을 구성하는 원소로 산소, 규소, 알루미늄, 철, 칼슘, 나트륨, 칼륨 및 마그네슘 원소에 이어서 9번째로 풍부한 원소이며, 비교적 비중이 작아 밀도가 4.5 g/㎤ 으로 스테인레스강(7.95 g/㎤)보다 40% 더 가벼우며 순수 티타늄은 현재 치과영역에서 임플란트 재료로 많이 사용되고 이고, 미세조직은 HCP(α상)으로만 이루어져 있으며, 냉간 가공 영향에 따라 결정립의 직경이 10~150㎛가 되고, 침투형(interstitial solid solution)를 이루어 재료를 강화시킨다.Ti-6Al-4V and Ti-6Al-4V extra low interstitial (ELI) are widely used as the commonly used titanium, and titanium is an element constituting the crust and oxygen, silicon, aluminum, , Is the ninth most abundant element following sodium, potassium, and magnesium. Its density is 4.5 g / ㎤ which is 40% lighter than stainless steel (7.95 g / ㎤) and relatively low specific gravity. And the microstructure is composed of only HCP (alpha phase). The diameter of the crystal grains becomes 10 ~ 150 mu m according to the effect of cold working, and the material is strengthened by forming an interstitial solid solution.

상기 Ti-6Al-4V 합금은 HCP(α상)와 BCC(β상)가 혼재되어 있으며, 미세조직은 열영향에 따라 크게 좌우되며 가공공정에도 영향을 받으며 이것을 β상이 균질상으로 형성되는 1000℃ 이상에서 유지 후 서냉하면, β의 결정 내에 특정 방향으로 침상과 판상의 α상이 석출되며 이를 "Widmanstten" 조직이라하며 β상에서 급냉하면 마르텐사이트(martensite)의 형성도 이루어진다. 보통의 Ti-6Al-4V은 β상 변태온도(Transformation temperature)인 882℃ 가까이 가열하여 가공하며, 미세한 α상의 기지조직과 결정립계에 β상 입자를 석출하기 위해 소둔(annealing)하고, 티타늄은 높은 융점과 열전도율 및 도전율이 낮은 특징이 있어서 882℃의 온도에서 α-Ti이 β-Ti으로 상변태가 일어난다. 그러나 고온의 β-Ti는 급냉을 한다고 해서 β상을 상온에 가져올 수 없으며 침상의 α-Ti 조직이 된다.The Ti-6Al-4V alloy is mixed with HCP (alpha phase) and BCC (beta phase), and the microstructure is largely affected by the heat effect and is also affected by the processing process. When the temperature is maintained at the above temperature, the α phase of the needle and plate is precipitated in a specific direction in the crystal of β, and this is called "Widmanstten" structure. When the β phase is quenched, martensite is formed. The ordinary Ti-6Al-4V is processed by heating at a temperature of about 882 ° C, which is the transformation temperature of the β phase. Annealing is performed to precipitate β-phase grains on a fine α phase matrix and grain boundaries. And low thermal conductivity and electrical conductivity, and α-Ti is transformed into β-Ti at a temperature of 882 ° C. However, high-temperature β-Ti can not bring the β-phase to room temperature by quenching, and it becomes an acicular α-Ti structure.

따라서 티타늄은 우수한 기계적 성질과 생체적합성 때문에 임플란트 재료로 현재 가장 널리 사용되어 지고 있고, 티타늄은 반응성이 매우 높고 공기 또는 체액에 접촉하면 산화되며, 이러한 산화반응이 인체 내에서 부식반응의 저항성을 높여 생체재료로써 바람직하며, 본 발명의 티타늄 합금의 재료로써 Ti-6Al-4V을 이용하는 것이 바람직하다.Titanium is currently the most widely used implant material because of its excellent mechanical properties and biocompatibility. Titanium is highly reactive and oxidizes when contacted with air or body fluids. This oxidation reaction increases the resistance of the corrosion reaction in the body, And it is preferable to use Ti-6Al-4V as the material of the titanium alloy of the present invention.

본 발명에 따른 플라즈마 전해 양극산화 공정 과정을 살펴보면 초기에 치밀한 산화막이 금속의 표면에 생겨 시간이 경과함에 따라 장벽층이 형성되고 인가전압에 비례하여 다공성 표면층이 생성되면서 계속 성장해 나가고, 이러한 산화막층이 형성된 후 플라즈마 방전에 의해 산화막의 생성과 파괴가 반복적으로 이루어질 때 국부적으로 고온의 열이 발생되어 표면에 용해작용이 일어나며 이와 같은 반응의 반복은 인가전압 정지 시 중지되면서 표면의 거칠기가 증가되며, 불균일한 다공성 표면을 가지게 되며, 플라즈마 전해 산화 공정 중 양극에서 일어나는 주용 반응은 하기와 같다.In the plasma electrolytic anodization process according to the present invention, a dense oxide film is initially formed on the surface of the metal, and a barrier layer is formed over time, and the porous surface layer is generated in proportion to the applied voltage and continues to grow. When the generation and destruction of the oxide film are repeatedly performed by the plasma discharge after the formation, localized high temperature heat is generated to cause a dissolving action on the surface. Such repetition of the reaction is stopped when the applied voltage stops and the surface roughness is increased, And the main reaction occurring in the anode during the plasma electrolytic oxidation process is as follows.

첫째, Ti/Ti 산화물 계면에서의 반응First, the reaction at the Ti / Ti oxide interface

Ti → Ti2 + + 4e- Ti - > Ti < 2 + & gt ; + 4e -

둘째, Ti Oxide/electrolyte 계면에서 두 가지 반응으로 나눌 수 있다. 산화물을 형성하기 위하여 산소 이온이 Ti와 반응을 나타내며, 전극표면에 형성된 산소 가스 반응이 나타난다.Second, it can be divided into two reactions at the Ti oxide / electrolyte interface. Oxygen ions react with Ti to form oxides, and an oxygen gas reaction formed on the electrode surface appears.

2H2O → 2O2 - + 4H+ 2H 2 O → 2O 2 - + 4H +

2H2O → O2(gas) + 4H+ +4e- 2H 2 O? O 2 (gas) + 4H + + 4e -

세번째, 최종 반응Third, the final reaction

Ti2 + + 2O2 - → TiO2 + 2e- Ti 2 + + 2O 2 - > TiO 2 + 2e -

전기분해조내 전해질을 포함하는 수용액에 전압을 인가할 경우, 양극의 표면에서는 산소 기체가 발생하거나 금속의 산화반응이 일어나고, 음극에서는 수소기체가 발생하거나 환원 반응이 일어 난다.When a voltage is applied to an aqueous solution containing an electrolyte in an electrolytic bath, oxygen gas is generated at the surface of the anode, oxidation reaction of the metal occurs, hydrogen gas is generated at the cathode, or reduction reaction occurs.

상기 망가니즈(Mn)는 인간의 필수 미량원소로서 동식물에서는 불가결한 원소이며, 녹색식물에서는 망간이 결핍하면 엽록소의 생성이 저하되고, 동물조직내에서는 철과 공존하여 미량이지만 널리 분포하고, 사람에서는 간, 췌장, 털에 많이 존하고 있다. 망간이 결핍하면, 모르모트는 연골의 산성 점액다당류량이 현저히 저하되고, 또한 닭등은 난의 부화율이 저하되며, 병아리의 경우 골격발육이 현저히 저하되는것이 관찰된다. 또한, 정상적인 골격성장 및 발육에 필요하고 신체 내에서 superoxide dismutase와 같은 효소에 중용한 원소로 라디칼 제거에 참여한다. 따라서 망가니즈 이온은 알루미늄과 바나듐보다 독성이 적고 합금에 도핑되었을때에는 생체재료의 부식저항성과 기계적 성질을 증가시킨다. 망가니즈가 제3인산 칼슘(tricalcium phosphate) 생체세라믹에 첨가되어 충분한 세포적합성을 보이고, 티타늄 합금에 망가니즈를 첨가함으로써 세포부착특성을 향상시킨다.The manganese (Mn) is an indispensable element in animals and plants as an essential trace element of human. In manganese deficiency in green plants, the production of chlorophyll decreases and coexists with iron in animal tissues, Liver, pancreas and hair. When manganese is deficient, the amount of acidic mucopolysaccharide of cartilage is significantly lowered in guinea pig, and the egg hatching rate of chicken and the like is lowered, and the skeletal development is remarkably lowered in chick. It also participates in radical elimination by elements essential for normal skeletal growth and development and enzymes such as superoxide dismutase in the body. Thus, manganese ions are less toxic than aluminum and vanadium, and when doped into alloys, they increase the corrosion resistance and mechanical properties of biomaterials. Manganese is added to the tricalcium phosphate bioceramics to exhibit sufficient cell compatibility, and manganese is added to the titanium alloy to improve cell attachment properties.

상기 연마는 실리콘 카바이드 연마지로 실시하되 100, 600, 800, 1200, 2000 grit로 이루어진 연마지로 단계적으로 연마한다.The polishing is carried out with a silicon carbide abrasive paper, and is polished stepwise with an abrasive paper having 100, 600, 800, 1200, 2000 grit.

상기 미세연마는 0.3㎛ 알루미나 분말을 이용하여 실시하며, 초음파 세척은 에틸알콜내에서 10분동안 실시하여 상기 알루미나 분말이 남지 않도록 제거하며, 상기 투입단계에서 전해질 용액은 양전극을 설치전에 투입하여 마그네틱 바를 이용하여 200 rpm으로 교반시키고, 양극과 음극의 두 전극간 거리는 20 ~ 40㎜로 이격시켜 설치하는 것이 바람직하다.The fine polishing is performed using 0.3 mu m alumina powder. Ultrasonic cleaning is performed in ethyl alcohol for 10 minutes to remove the alumina powder. In this step, the electrolyte solution is applied before the positive electrode is installed, It is preferable to stir the mixture at 200 rpm and to dispose the anode and the cathode at a distance of 20 to 40 mm.

상기 전해질 용액은 아세트산칼슘(Calcium acetate monohydrate), 글리세로인산 칼슘(Calcium glycerophosphate), 아세트산 망가니즈(Manganese acetate) 및 메타규산나트륨(Sodium metasilicate nonahydrate)을 증류수에 혼합하여 제조된다.The electrolyte solution is prepared by mixing calcium acetate monohydrate, calcium glycerophosphate, manganese acetate, and sodium metasilicate nonahydrate in distilled water.

상기 전해질 용액 내 망가니즈 이온이 칼슘 이온에 대비 20 mol%, 실리콘 이온이 인 이온에 대비하여 5 mol%가 되도록 아세트산칼슘을 0.12mol L-1, 글리세로인산칼슘은 0.02mol L-1 및 아세트산 망가니즈 0.03mol L-1 및 메타규산나트륨 0.001mol L-1로 이루어진다.0.12 mol L -1 of calcium acetate, 0.02 mol L -1 of calcium glycerophosphate, and 0.02 mol L -1 of manganese ion in the electrolyte solution so that the concentration of manganese ion is 20 mol% relative to calcium ion and 5 mol% 0.03 mol L -1 of manganese and 0.001 mol L -1 of sodium metasilicate.

상기 전압과 전류밀도 및 가용시간은 250~280V, 50~100 mA/㎝-2 및 3분간 실시하되 별도의 냉각시스템을 설치하여 전기분해조 내부 온도를 25℃로 유지하여 플라즈마 전해 산화공정을 실시하고, 산화막 생성후 세척한 뒤 따뜻한 공기를 이용하여 건조하는 것이 바람직하다.The voltage, the current density and the usable time were 250 to 280 V, 50 to 100 mA / cm -2 and 3 minutes, and a separate cooling system was installed to maintain the internal temperature of the electrolytic bath at 25 ° C. It is preferable to dry it after forming an oxide film and then using warm air.

실시예Example :  : 플라즈마plasma 전해 산화 공정에 의해 망가니즈 및 실리콘 이온이 함유된 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조 Manufacture of dental implants coated with hydroxyapatite containing manganese and silicon ions by an electrolytic oxidation process

Ti-6Al-4V disc(grade 5, Timet Co.Ltd, japan diameter; 10㎜, thickness; 3㎜) 시편을 실리콘 카바이드 연마지로 실시하되 100, 600, 800, 1200, 2000 grit로 이루어진 연마지로 단계적으로 연마하고, 0.3㎛입자크기의 산화 알루미늄(Al2O3)으로 미세 연마한 뒤 초음파 세척을 실시한 후 전해질 용액내 망가니즈 이온이 칼슘 이온에 대비 0, 5, 10, 20 mol%으로 하고, 실리콘 이온이 인 이온에 대비하여 5 mol%가 되도록 하기 표 1에 기재된 설계와 같이 아세트산칼슘(Calcium acetate monohydrate), 글리세로인산 칼슘(Calcium glycerophosphate), 아세트산 망가니즈(Manganese acetate) 및 메타규산나트륨(Sodium metasilicate nonahydrate)을 칭량하여 살균 소독된 비이커에 초순수 제조장치의 3차 증류수에 상기 설계된 시약을 넣은 후 교반기에서 마그네틱 바를 이용하여 200 rpm으로 30분이상 교반하여 균질한 용액이 되도록 제조하였다. 제조된 전해용액을 전기분해조 내 충진시키고, 상기 초음파 세척을 마친 상기 시편을 양극에 설치하며, 음극은 백금을 설치한 후 280V, 70mA/㎝-2 및 3분간 인가하여 플라즈마 전해 산화처리를 실시하였다.Ti-6Al-4V disc (grade 5, Timet Co., Ltd., japan diameter: 10 mm, thickness: 3 mm) was used as the abrasive for silicon carbide abrasive paper and graded to 100, 600, 800, Polishing and micronizing with aluminum oxide (Al 2 O 3 ) having a particle size of 0.3 탆, ultrasonic cleaning was carried out, and manganese ions in the electrolytic solution were adjusted to 0, 5, 10 and 20 mol% relative to calcium ion, Ions such as calcium acetate monohydrate, calcium glycerophosphate, manganese acetate, and sodium metasilicate were prepared in the same manner as in the design shown in Table 1, metasilicate nonahydrate) was weighed and placed in a sterilized sterilized beaker at the third distilled water of the ultrapure water production apparatus. The above reagent was put in a distilled water and stirred at 200 rpm for 30 minutes using a magnetic bar in a stirrer to obtain a homogeneous solution It was prepared. The electrolytic solution is manufactured and filled in the electrolyzer, the installation of the specimens finished the ultrasonic cleaning of the anode, cathode electrolytic plasma after installing platinum by applying 280V, 70mA / -2 3 minutes and subjected to oxidation treatment Respectively.

추가로 동일 소재의 티타늄합금으로 이루어진 치과 임플란트를 상기 실시예에서 플라즈마 전해 산화 공정을 실시한 시편과 동일한 조건하에서 산화처리막의 생성을 실시하였다.Furthermore, the dental implants made of the same material of titanium alloy were subjected to the oxidation treatment under the same conditions as those of the specimens subjected to the plasma electrolytic oxidation in the above example.

Figure pat00001
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시험예Test Example 1: Ca(Mg)/P( 1: Ca (Mg) / P ( SiSi ) ) Mol%Mol% 비율에 따른 시편 표면 기공상태 Surface porosity of specimen according to the ratio

상기 실시예에서 플라즈마 전해 산화시킨 시편 및 치과용 임플란트 표면을 전자 현미경으로 측정하되 망가니즈 이온이 칼슘 이온에 대비 5, 10, 20 mol%, 실리콘 이온이 인 이온에 대비하여 5 mol%으로 차이를 주어 처리된 표면의 각 기공상태를 살펴보았다.The surface of the specimens and dental implants subjected to plasma electrolytic oxidation in the above example were measured by electron microscope, and the manganese ions were 5 mol%, 10 mol%, 20 mol%, and 5 mol%, respectively, We examined the pore state of the treated surface.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 망가니즈 및 실리콘 이온이 함유된 용액에서 플라즈마 전해 산화 처리된 티타늄합금 표면의 실사도로 하기에 도 3을 참고하여 상세하게 설명한다.FIG. 3 is a detailed view of the surface of the titanium alloy subjected to the plasma electrolytic oxidation treatment in a solution containing manganese and silicon ions according to a preferred embodiment of the present invention, with reference to FIG. 3. FIG.

도 3은 망가니즈와 실리콘 이온이 함유된 용액에서 플라즈마 전해 산화를 실시한 시편의 표면을 전자현미경 이미지 5,000배로 도시된 실사도로 망가니즈와 실리콘 이온의 산화막 표면에서는 마이크로미터 단위의 크기를 갖는 기공이 균일하게 형성된 것을 알수 있었으며, 망가니즈의 농도의 증가에 따라 더 작은 기공형태를 보여 주었다. 따라서 망가니즈 이온(20Mg/5Si)의 농도가 증가 함에 따라 작은 기공이 많이 생성되는 것을 알수 있었으며 그에 따라서 골접합에 유리한 상태를 만든다는 것을 알 수 있었다.3 is a graph showing the results of plasma electrolytic oxidation in a solution containing manganese and silicon ions. The surface of a specimen was observed at an electron microscope image of 5,000 times. On the oxide film surface of manganese and silicon ions, , And showed smaller pore morphology with increasing concentration of manganese. Therefore, it was found that as the concentration of manganese ions (20Mg / 5Si) was increased, a lot of small pores were formed, and accordingly, it was found that a favorable condition for bone joining was obtained.

시험예Test Example 2:  2: 플라즈마plasma 전해 산화 처리된 티타늄합금 시편의 EDS 및 EDS mapping EDS and EDS mapping of electrolytically oxidized titanium alloy specimens

에너지분산형 분광분석법(EDS:Energy Dispersive X-ray Spectrscopy)은 주사전자현미경 장비에 부가적으로 달린 장비로 사용되는 것으로 주사전자현미경의 전자빔으로 발생되는 샘플의 특정 X선을 수집하여 성분을 분석하는 것이며, 더욱 상세하게는 샘플(실시예에서 플라즈마 전해 산화 처리된 티타늄계 합금 시편)에 전자빔을 주사하면 원자 내 전자가 에너지를 흡수하여 들뜬 상태가 되고 들뜬 전자가 다시 안정화 되면서 특정 X선을 방출하게 되는데, 이때 방출되는 X선은 물질마다 고유한 에너지 값을 가지므로 디텍터를 이용하여 X선을 수집하고, 수집된 X선을 세기 별로 분류하여 샘플에 대한 정성분석을 실시하였다.Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) is used as an additional equipment to the scanning electron microscope equipment. It collects the specific X-rays of the sample generated by the electron beam of the scanning electron microscope and analyzes the components. More specifically, when an electron beam is applied to a sample (a titanium-based alloy specimen subjected to a plasma electrolytic oxidation treatment in the embodiment), electrons in the atom absorb energy to become excited, and the excited electrons are stabilized again, Since the emitted X-rays have a unique energy value for each substance, X-rays are collected using a detector, and the collected X-rays are classified according to intensity to perform qualitative analysis on the samples.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 전해 산화 처리된 티타늄합금의 EDS(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 결과 그래프이고, 도 5은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 전해 산화 처리된 티타늄합금의 EDS mapping 실사도로써 도 4 내지 도 5를 참고하여 하기에 더욱 상세하게 개진한다. FIG. 4 is a graph of an EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) of a titanium alloy subjected to a plasma electrolytic oxidation treatment according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a graph showing the results of a plasma- Titanium alloy EDS mapping actual view, which will be described in more detail below with reference to Figs. 4 to 5.

도 4는 티타늄 합금 산화피막이 형성된 표면에 칼슘, 망가니즈, 인 및 실리콘 이온의 성분을 분석한 EDS 결과로 전해 용액에 사용된 성분이 균등한게 분포되어 있음을 나타냈으며, 도 5는 티타늄계 합금인 시편의 표면에 칼슘, 망가니즈, 인 및 실리콘 이온의 분포를 관찰하기 이한 EDS mapping의 관찰 결과로 역시 플라즈마 전해 공정을 통한 티타늄 합금 표면 전체에 균등하게 분포되었다는 것을 확인하였다.FIG. 4 shows that the components used in the electrolytic solution are uniformly distributed as a result of the EDS analysis of the components of calcium, manganese, phosphorus and silicon ions on the surface of the titanium alloy oxide film, and FIG. As a result of observing the distribution of calcium, manganese, phosphorus and silicon ions on the surface of the specimen, it was confirmed that EDS mapping was also uniformly distributed throughout the surface of the titanium alloy through the plasma electrolytic process.

시험예Test Example 3:  3: 플라즈마plasma 전해  the year before 산화에의한By oxidation 금속 이온이 용출 정도에 의한 생체안전화 Biosafety due to the degree of elution of metal ions

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 전해 산화에 의한 금속 이온이 용출되는 정도를 평가하는 생체안정화 시험 결과도로 하기에 더욱 상세하게 개진한다.FIG. 6 is a more detailed diagram illustrating the result of a biostabilization test for evaluating the degree of elution of metal ions by plasma electrolytic oxidation according to a preferred embodiment of the present invention.

생체안정화 시험은 금속의 이온이 용출되는 정도를 평가하며 부식시험을 토하여 가능하다, 각 시편의 부식거동은 potentiostat(Mdel PARSTAT 2273, EG&G, USA)을 이용하여 구강 내 환경과 유사한 36.5±1℃의 0.9%NaCl에서 실시하며, 더 상세하게는 전기화학적 부식 거동은 제조한 potentiodynamic 방법으로 조사하고, 인가전위는 -1500mV에서 2000mV까지 1.67mV/min의 주사속도로 인가하며, 신체와 유사한 용액인 36.5±1℃의 0.9%NaCl 용액에서 시험을 수행하였다. 분극곡선으로부터 부식전위와 부식전류밀도 및 부동태영역의 전류밀도로 금속의 용출거동을 조사 하였다.The corrosion behavior of each specimen was evaluated by using potentiostat (Mdel PARSTAT 2273, EG & G, USA) at 36.5 ± 1 ° C, similar to the oral environment Of 0.9% NaCl. More specifically, the electrochemical corrosion behavior was examined by the prepared potentiodynamic method. The applied electric potential was applied at a scanning speed of 1.67 mV / min from -1500 mV to 2000 mV, and a body-like solution, 36.5 The test was performed in 0.9% NaCl solution at ± 1 ° C. From the polarization curves, the dissolution behavior of metal was investigated by the corrosion potential, the corrosion current density and the current density in the passivation region.

0, 5, 10 및 20 mol%로 표면 코팅에 대한 해당 값은 각각 (-470 ± 3.0) mV (-650 ± 5.0 ) mV, (-820 ± 4.0) mV 및 (-690 ± 2.0) mV이였고, 망가니즈를 산화막에 첨가하는 농도가 10 mol%에서 관찰 된 Ecorr 값이 낮아졌고, 이는 부식 전위가 망가니즈 함량이 플라즈마 전해 산화 처리 후 망가니즈 이온이 증가함에 따라 감소한 것을 알수 있었다.The values for surface coating were 0, 5, 10 and 20 mol% respectively (-470 ± 3.0) mV (-650 ± 5.0) mV, (-820 ± 4.0) mV and (-690 ± 2.0) , And the Ecorr value observed at a concentration of 10 mol% of manganese added to the oxide film was lowered, indicating that the corrosion potential was decreased with increasing manganese ion after the plasma electrolytic oxidation treatment.

또한, 공극의 활성 부위가 용액으로부터 염소 이온을 함유하기 때문에, 공극이 형성된 표면에 낮은 부식 전위를 나타냄을 확인 하였다It was also confirmed that the active sites of the voids contained chlorine ions from the solution and thus exhibited a low corrosion potential on the voided surfaces

시험예Test Example 4:  4: 플라즈마plasma 전해 산화 처리된 티타늄합금을 생체 유사 용액에  Electrolytically oxidized titanium alloy was added to the bio-similar solution 침지한Immersed 후 표면에 생성된 아파타이트 Apatite generated on the posterior surface

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 플라즈마 전해 산화 처리된 티타늄합금을 생체 유사 용액에 12시간 침지한 후 표면에 생성된 아파타이트 실사도로 실시예 1에서 제조된 티타늄합금 시편을 SBF(simulated body fluid)용액에 침지후 형성되는 아파타이트를 통하여 골 형성에 대한 평가를 실시하였다.FIG. 7 is a graph showing the relationship between the thickness of a titanium alloy sample and the thickness of a simulated body (hereinafter abbreviated as " SBF ") of the titanium alloy sample prepared in Example 1, after immersing the titanium alloy subjected to the plasma electrolytic oxidation treatment according to a preferred embodiment of the present invention in a bio- fluid was prepared by immersing in apatite.

생체 유사 용액은 하기 표 2에 나타난 것처럼 Na+ (142.0 mM), K+ (5.0 mM), Ca2+ (2.5 mM), Cl- (103.0 mM), HCO3 - (10.0 mM), HPO4 - (1.0 mM) 및 SO4 2- (0.5 mM)의 농도를 갖는 용액을 제조하여 200㎖ 씩 비이커에 넣고 인큐베이터에서 구강 내 환경과 유사한 36.5℃±1℃, pH 7.4로 유지하여 시편을 12시간동안 침지한 후 관찰하였다.The biocompatible solution contained Na + (142.0 mM), K + (5.0 mM), Ca 2+ (2.5 mM), Cl - (103.0 mM), HCO 3 - (10.0 mM), HPO 4 - (1.0 mM) and SO 4 2- (0.5 mM) were prepared and placed in a beaker in 200 ml increments. The samples were maintained at 36.5 ° C ± 1 ° C, pH 7.4, similar to the oral environment in an incubator, And observed after immersion.

도 7과 같이 12시간 동안 침지 후 관찰한 결과 짧은 시간내에 티타늄 합금 표면에 생성된 산화피막의 망가니즈와 실리콘 이온이 함유된 표면에 아파타이트가 형성된 것을 알 수 있었다.As shown in FIG. 7, after observation for 12 hours, it was found that apatite was formed on the surface of manganese and silicon ions of the oxide film formed on the surface of the titanium alloy within a short time.

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추가의 일면에 있어서,In a further aspect,

상기 전해질 용액에 은 나노 입자를 첨가하여 은이온을 추가하여 산화막에 항균성을 부여 할 수 있다. 임플란트 식립시 세균 감염등이 일어날 수 있으며, 그로 인해 식립된 임플란트 주위조직에 주위염등이 발생하는데 이는 식립된 임플란트에 골유착이 생성된 부위의 골유착 상실이 특징이고 과도한 교합력이나 감염이 원인으로 알려져 있다. 임플란트 주위조직에서 발생되는 증성 질환으로는 임플란트 점막염증(peri-implant mucositis)과 임플란트 주위염(peri-implantitis)로 크게 나눌 수 있으며 peri-implntitis는 부종, 발적과 탐치시 출혈 등의 특징으로 가지고 있고, peri-implntitis는 보다 광범위한 염증증상을 나타내며 화농과 함께 분화구 모양의 골의 소실이 발생한다.Silver nanoparticles may be added to the electrolyte solution to add silver ions to impart antimicrobial properties to the oxide film. The implant implants may have bacterial infections, which may result in periarticular inflammation in the implanted tissue, which is characterized by osseointegration loss at the site of osseointegration in the implanted implant and is known to be caused by excessive occlusal force or infection have. Implants can be divided into peri-implant mucositis and peri-implantitis, and peri-implantitis is characterized by edema, redness, and hemorrhage. peri-implntitis has a wider range of inflammatory symptoms, with loss of crater-like bone along with pyrogen.

한편, 은 나노 입자의 첨가로 인한 은 이온의 항균메커니즘을 살펴보면 세포막은 인지질 이중층으로 구성되어 있고, 인지질에 결합된 산소가 음이온을 수용하고 있기 때문에 세포막은 전체적으로 음의 하전을 나타내는 특징을 지니고 있고 용출된 은이온은 확산에 의해 세포막에 도달하게 되며, 세포막과 같은 단백질에 흡착과 동시에 세포의 구조를 파괴한다. 세포막 및 효소 등의 단백질에 흡착된 은이온은 단백질 구성 아미노산인 시스틴(cystein)의 수황기(sulfhydrylgroup, -SH)에 결합하여 황화물로 전환 시키고, 단백질 효소의 변형에 의해 에너지 대사장애를 일으킨다. 또한, 미생물에 은 이온이 직접 섭취되어 DNA, RNA, celluara protein, resporatory enzyme등과 결합하여 이동, 성장 및 분열 등을 방해하거나 박테리아의 세포질내에서 대사장애를 일으켜 불활성화 시키며, 세포벽에 삼투압이 작용하여 세포벽을 파괴 시키거나, 세포막에 은이온이 흡착되어 세포질의 음이온의 인지질들이 한쪽으로 몰려드는 비 편재화 현상을 발생시켜 DNA의 복제능력을 상실시킴으로써 미생물을 불 활성화 시킨다.On the other hand, if we look at the antimicrobial mechanism of silver ions due to the addition of silver nanoparticles, the cell membrane is composed of a bilayer of phospholipids. Since oxygen bonded to the phospholipids contains anions, the cell membrane has a characteristic of negative charge as a whole, The silver ions reach the cell membrane by diffusion, adsorbing to the cell membrane and destroying the cell structure. Silver ions adsorbed to proteins such as cell membranes and enzymes bind to the sulfhydryl group (-SH) of cysteine, a protein-forming amino acid, to convert it to sulfide and cause energy metabolism disorders by modification of protein enzymes. In addition, silver ions are directly ingested in microorganisms, and they bind with DNA, RNA, celluara protein, and resporatory enzyme to interfere with movement, growth and division, or cause metabolic disturbances in the cytoplasm of bacteria and inactivate them. It destroys cell walls or adsorbs silver ions on the cell membrane, causing the phospholipids of the cytoplasmic anions to migrate to one side, resulting in inactivation of microorganisms by loss of DNA replication ability.

전해질 용액에 은나노 입자를 0.03mol L-1 더 첨가하여 티타늄계 합금을 플라즈마 전해 산화처리하여 표면에 항균성을 가지고, 망가니즈 및 실리콘 이온에 의하여 골 유착의 효과를 높인다. 0.03 mol L -1 of silver nanoparticles is further added to the electrolyte solution to plasma-electrolytically oxidize the titanium-based alloy to have antimicrobial activity on the surface, thereby enhancing the effect of osseointegration by manganese and silicon ions.

추가로, 본 발명은 DC 전압을 이용하여 상기 기재된 양극 또는 3전극을 사용하여 플라즈마 전해 산화 공정을 실시되나 AC전압을 이용하여도 무방하며, 이때 AC전압은 비대칭 펄스된 전압을 이용할 수 있고, 이러한 비대칭 펄스된 전압을 인가하면 펄스의 포지티브 부분은 전화된 표면을 성정하게 해줄 수 있고, 산화피막이 형성되 층의 성장 공정의 초기 단계에서 전환된 표면은 조밀한 구조를 갖으며, 산화피막층 코팅의 두께가 증가할수록 코팅에는 점점 더 다공성을 띄어 골 접합 속도를 높여줄 수 있고, 양극과 음극에 주어지는 전류 밀도를 비율을 변화시켜 복수번 플라즈마 산화 공정을 실시하여 산화피막의 두께를 증가 시킬 수 있다.Further, in the present invention, the plasma electrolytic oxidation process is performed using the positive electrode or the three electrode using the DC voltage, but an AC voltage may be used. In this case, the AC voltage may use an asymmetrically pulsed voltage, Applying an asymmetric pulsed voltage can cause the positive portion of the pulse to form the converted surface and the oxide layer is formed and the surface converted at the initial stage of the layer growth process has a dense structure and the thickness of the oxide layer coating The thickness of the oxide film can be increased by performing the plasma oxidation process multiple times by changing the ratio of the current density given to the anode and the cathode, and increasing the porosity of the coating by increasing the porosity of the coating.

또한, 앞에서 살펴보았듯이 임플란트에 대한 골아세포의 부착은 임플란트의 표면 특성에 좌우되는데 화학적 조성, 표면에너지, 표면형태가 골아세포의 부착 형태뿐만 아니라 성숙에 중요한 영향을 미치고 있고, 아파타이트의 표면에너지의 증가는 초기 세포 부착과 확장을 증진시키며 그로 인하여 보다 넓은 범위의 골생성을 유도한다. 일반적으로 표면의 화학적 조성과 표면에너지에서의 차이는 친수성의 차이로 나타날 수있으며, 이 친수성은 초기 골아세포의 부착과 분화를 위한 중용한 요소로 작용된다. 따라서 임플란트 표면의 생체 친화성을 증가시키기 위해서 플라즈마 전해 산화 처리된 본 발명의 티타늄 합금의 표면에 자외선, 자외선-오존을 처리하거나, 레이져를 조사하여 임플란트 표면에 친수성을 가질 수 있는 공정을 추가할 수 있다.In addition, the attachment of osteoblasts to the implants depends on the surface characteristics of the implants. Chemical composition, surface energy, and surface morphology have an important influence on maturation as well as osteoblast attachment, The increase promotes early cell adhesion and expansion, thereby inducing a wider range of bone formation. In general, differences in surface chemical composition and surface energy may be due to differences in hydrophilicity, which acts as a moderate factor for early osteoblast attachment and differentiation. Accordingly, in order to increase the biocompatibility of the surface of the implant, ultraviolet rays, UV-ozone may be treated on the surface of the titanium alloy of the present invention which has been subjected to the plasma electrolytic oxidation treatment, or a step of irradiating a laser to add hydrophilicity to the surface of the implant have.

상기 자외선, 자외선-오존을 처리할 때는 본 발명에서 플라즈마 전해 산화공정 후 산화피막이 형성된 뒤 건조단계를 마친 티타늄 합금 표면에 자외선 또는 자외선-오존을 처리하되 5분동안 처리하여 티타늄 합금 표면을 친수화 시키거나, 상기와 동일하게 건조단계를 마친 뒤 CO2 레이저 또는 Er-Cr.YSGG 레이저를 사용하여 생체 친화성을 증가시키되 최근 널리 사용되어지는 Er-Cr.YSGG 레이저를 이용하고 이때, 레이저는 10㎜거리에서 2분동안 100~120 mJ의 에너지와 20Hz 주파수로 설정하는 것이 바람직 하다.In order to treat ultraviolet rays and ultraviolet ray-ozone, an oxide film is formed after the plasma electrolytic oxidation process in the present invention, and ultraviolet rays or ultraviolet ray-ozone is applied to the surface of the titanium alloy after the drying step is finished, and the surface is treated for 5 minutes to hydrophilize the surface of the titanium alloy Or Er-Cr.YSGG laser, which is widely used recently, is used to increase the biocompatibility by using CO 2 laser or Er-Cr.YSGG laser after completion of the drying step as above, It is preferable to set the energy to 100 to 120 mJ and the 20 Hz frequency for 2 minutes at the distance.

상기와 같이 플라즈마 전해 산화로 티타늄합금계 치과용 임플란트 표면에 망가니즈와 실리콘 이온이 함유된 산화피막을 형성시키되 나노구조의 다공성을 주어 나노구조가 넓은 표면적을 제공하여 골유착에 보다 유리하게 적용되고 표면에 형성된 다공성 공간은 단백질 수준에 달하는 다양한 화학물질, 약물, 생체분자 등을 전달하는 통로로 이용되어 특정 부위에만 한정하여 작용하므로 작은 용량의 약물로 큰 효과를 발휘되며, 약물의 독성에서 기인하는 전신적 부작용을 감소시킬 수 있다.As described above, an oxide film containing manganese and silicon ions is formed on the surface of a titanium alloy dental implant by plasma electrolytic oxidation, and nanostructured porosity is imparted to provide a nanostructure with a large surface area, thereby being more advantageously applied to osseointegration The porous space formed on the surface is used as a pathway for transferring various chemical substances, drugs, and biomolecules that reach the protein level, and acts only in a specific region. Therefore, the porous space exhibits a large effect as a small-capacity drug, Systemic side effects can be reduced.

또한, 티타늄계 생체합금에 플라즈마 전해 산화공정을 이용하여 치과용 임플란트 표면 처리함으로써 제조공정 과정이 간편하고, 임플란트 제조 시간 및 치료 기간을 저감시키는 효과가 있고, 플라즈마 전해 산화법으로 망가니즈와 실리콘 이온을 복합적인 치환을 통해 생체적합성을 지닌 다공성 산화막을 생성하였으며, 종래 금속 산호막보다 두껍고 치밀한 산화막을 제조하며, 망가니즈 및 실리콘 이온의 생체활성물질을 포함하여 생체적합성을 빠르게 증가시킴으로써 치과용 임플란트의 초기 고정력을 높여 치료기간을 줄이고, 제조 과정의 간편함과 치료기간을 줄이므로써 제조시간 및 제조단가를 현저하게 절감 시킨다.In addition, the surface of the dental implant is treated with a titanium-based bio-alloy by a plasma electrolytic oxidation process, thereby simplifying the manufacturing process and reducing the implant preparation time and treatment period. The plasma electrolytic oxidation method is effective for reducing manganese and silicon ions Biocompatible porous oxide films were produced by complex substitution. The oxide films were thicker and denser than conventional metal coral membranes, and biocompatibility including manganese and silicon ion bioactive materials was rapidly increased. Thus, the initial dental implants By increasing the fixing force, the treatment period is reduced, and the manufacturing process is simplified and the treatment period is shortened, thereby remarkably reducing the manufacturing time and the manufacturing cost.

본 발명은 2017년 3월 21일 출원한 '플라즈마 전해 산화 공정에서 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 조성물 및 그 조성물을 이용하여 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법'(한국특허 출원번호 제10-2017-0035347호)를 기본으로 하여 본 발명의 국내우선권 주장으로 특허출원한다. 본 발명은 인용된 특허출원 제10-2017-0035347호에 전해질 조성물에 메타규산나트륨(Sodium metasilicate nonahydrate)을 더하여 전해 산화 공정을 실시하여 발명의 기술을 개선하였다.The present invention relates to an electrolytic composition containing manganese and silicon in a plasma electrolytic oxidation process filed on March 21, 2017, and a method for manufacturing dental implants coated with apatite containing manganese and silicon ions (Korean Patent Application No. 10-2017-0035347), and filed a patent as a domestic priority claim of the present invention. The present invention improves on the technique of the invention by applying the electrolytic oxidation process by adding sodium metasilicate nonahydrate to the electrolyte composition in the cited patent application No. 10-2017-0035347.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었지만, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술은 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments and drawings, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Various modifications and variations are possible.

Claims (8)

플라즈마 전해 산화 공정의 전해질 조성물에 있어서,
상기 전해질 조성물은
아세트산칼슘(Calcium acetate monohydrate), 글리세로인산 칼슘(Calcium glycerophosphate), 아세트산 망가니즈(Manganese acetate), 메타규산나트륨(Sodium metasilicate nonahydrate) 및 증류수를 포함하여 전해질 용액을 이루는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전해 산화 공정에서 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 조성물.
In the electrolytic composition of the plasma electrolytic oxidation process,
The electrolyte composition comprises
Wherein the electrolytic solution includes an electrolyte solution including calcium acetate monohydrate, calcium glycerophosphate, manganese acetate, sodium metasilicate nonahydrate, and distilled water. Wherein the electrolyte composition comprises manganese and silicon.
제1 항에 있어서,
상기 전해질 용액은 망가니즈 이온이 칼슘 이온에 대비 20 mol%, 실리콘 이온이 인 이온에 대비하여 5 mol%가 되도록 아세트산칼슘을 0.12mol L-1, 글리세로인산칼슘은 0.02mol L-1, 아세트산 망가니즈 0.03mol L-1 및 메타규산나트륨 0.001mol L-1로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 전해 산화 공정에서 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 조성물.
The method according to claim 1,
The electrolytic solution was prepared by dissolving 0.12 mol L -1 of calcium acetate, 0.02 mol L -1 of calcium glycerophosphate, 0.02 mol L -1 of manganese ion, 20 mol% of calcium ion, and 5 mol% 0.03 mol L -1 of manganese, and 0.001 mol L -1 of sodium metasilicate. 2. The electrolyte composition according to claim 1 , wherein the manganese and silicon are contained in the electrolyte solution.
티타늄합금으로 이루어진 치과용 임플란트 제조방법에 있어서,
상기 치과용 임플란트 제조방법은,
a) 치과용 티타늄합금을 순차적으로 연마, 미세연마 및 초음파 세척하는 티타늄합금 준비단계;
b) 상기 준비단계에서 준비된 티타늄합금을 전기분해조 양극에 설치하고, 음극은 백금을 설치한 후 망가니즈 및 실리콘이 함유된 전해질 용액을 투입하는 투입단계;
c) 일정한 전압과 전류밀도를 가하여 플라즈마를 생성시켜 티타늄합금에 산화 피막을 형성하는 플라즈마 형성단계; 및
d) 상기 플라즈마 형성단계에서 티타늄합금에 산화피막이 형성된 후 에탄올 및 증류수 세척 후 건조시키는 건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법.
A method of manufacturing a dental implant comprising a titanium alloy,
The dental implant manufacturing method includes:
a) a titanium alloy preparation step in which a dental titanium alloy is sequentially polished, micro-polished and ultrasonically cleaned;
b) an injecting step of placing the titanium alloy prepared in the preparation step on an electrolytic bath anode, placing a platinum on the anode, and injecting an electrolyte solution containing manganese and silicon;
c) forming a plasma by applying a constant voltage and current density to form an oxide film on the titanium alloy; And
d) forming an oxidized coating on the titanium alloy in the plasma forming step, and then washing the coated surface with ethanol and distilled water, followed by drying; and d) applying the apatite hydroxide coated with manganese and silicon ions.
제3 항에 있어서,
상기 연마는 실리콘 카바이드 연마지로 실시하되 100, 600, 800, 1200, 2000 grit로 이루어진 연마지로 단계적으로 연마하는 것을 특징으로 하는 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the polishing is performed with a silicon carbide abrasive paper and polished stepwise with an abrasive paper having 100, 600, 800, 1200, and 2000 grit, wherein the apatite is coated with manganese and silicon ions.
제3 항에 있어서,
상기 미세연마는 0.3㎛ 알루미나 분말을 이용하여 실시하며, 초음파 세척시 상기 알루미나 분말이 남지 않도록 제거하는 것을 특징으로 하는 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the fine polishing is performed using 0.3 mu m alumina powder and the alumina powder is removed so as not to be left in the ultrasonic cleaning, wherein the apatite hydroxide coated apatite containing manganese and silicon ions is coated.
제3 항에 있어서,
상기 전해질 용액은 아세트산칼슘(Calcium acetate monohydrate), 글리세로인산 칼슘(Calcium glycerophosphate), 아세트산 망가니즈(Manganese acetate) 및 메타규산나트륨(Sodium metasilicate nonahydrate)을 증류수에 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the electrolytic solution is prepared by mixing calcium acetate monohydrate, calcium glycerophosphate, manganese acetate, and sodium metasilicate nonahydrate in distilled water. The electrolytic solution is prepared by mixing calcium carbonate monohydrate, calcium glycerophosphate, And hydroxyapatite containing silicon ions are coated on the surface of the dental implant.
제6 항에 있어서,
상기 전해질 용액 내 망가니즈 이온이 칼슘 이온에 대비 20 mol%, 실리콘 이온이 인 이온에 대비하여 5 mol%가 되도록 아세트산칼슘을 0.12mol L-1, 글리세로인산칼슘은 0.02mol L-1 및 아세트산 망가니즈 0.03mol L-1 및 메타규산나트륨 0.001mol L-1로 이루어지는 것을 특징으로 하는 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법.
The method according to claim 6,
0.12 mol L -1 of calcium acetate, 0.02 mol L -1 of calcium glycerophosphate, and 0.02 mol L -1 of manganese ion in the electrolyte solution so that the concentration of manganese ion is 20 mol% relative to calcium ion and 5 mol% 0.03 mol L -1 of manganese, and 0.001 mol L -1 of sodium metasilicate. 2. The method according to claim 1 , wherein the manganese and silicon ions are coated with apatite.
제3 항에 있어서,
상기 전압과 전류밀도는 250~280V, 50~100 mA/㎝-2로 및 가용시간을 3분간 실시되는 것을 특징으로 하는 망가니즈 및 실리콘 이온을 함유하는 수산화아파타이트가 코팅된 치과용 임플란트 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the voltage and current density are 250 to 280 V, 50 to 100 mA / cm <" 2 & gt ; , and the dissolution time is 3 minutes, wherein the apatite hydroxide-coated dental implant is coated with manganese and silicon ions.
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