KR20190128553A

KR20190128553A - 금 나노입자로 표면 개질된 의료용 임플란트

Info

Publication number: KR20190128553A
Application number: KR1020190042182A
Authority: KR
Inventors: 손세일; 고완규; 김성준
Original assignee: 의료법인 성광의료재단
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2019-11-18
Also published as: US20210154365A1; KR102281356B1

Abstract

의료용 임플란트 및 의료용 임플란트의 표면 개질 방법에 관한 것이다. 일 양상에 따른 의료용 임플란트에 의하면, 임플란트 몸체의 표면에 금 나노입자를 2층으로 흡착시킬 수 있고, 높은 생체 안정성, 높은 골 분화능을 갖는 효과가 있다.

Description

금 나노입자로 표면 개질된 의료용 임플란트{Medical implants surface modified with gold nanoparticles}

금 나노입자로 표면 개질된 의료용 임플란트에 관한 것이다.

생체삽입형 재료 시장은 크게 치과용, 정형외과용, 및 심혈관용 임플란트 등으로 나눌 수 있다. 임플란트에 사용되는 재료는 크게 금속, 폴리머 및 세라믹 재료로 분류할 수 있다.

생체용 임플란트가 골내에 이식되는 경우, 골유착(osteointegration)이 잘 이루어지도록 하기 위하여 티타늄이나 티타늄 합금 등을 포함하는 금속으로 된 임플란트의 표면에 골과의 결합 촉진을 유도하는 여러가지 표면 처리 방법이 도입되고 있으며, 예를 들면, 티타늄, 티타늄 합금 재질의 임플란트 표면을 생체 친화성 인산 칼슘(calcium phosphate)계 세라믹인 하이드록시아파타이트(hydroxyapatite)로 코팅하여 임플란트의 금속이온 용출을 방지함과 동시에 생체 친화성 및 기계적 강도를 향상시키는 기술, 금속 임플란트의 표면을 거칠게 기계가공하는 기술, 세라믹 입자를 이용하여 블라스팅(blasting)하거나 또는 황산과 염산의 혼합물을 이용하여 표면을 화학적으로 에칭(etching)함으로써 임플란트 표면을 거칠게 하는 기술 등이 알려져 있다. 치과용 임플란트의 경우, 생체활성 물질을 표면에 직접 처리하여 치조골과 치과용 임플란트의 골 융합을 촉진시키는 연구가 진행되고 있다.

그러나, 이러한 기술은 대부분 단순히 표면적을 증가시켜 골 융합을 촉진하는 수동적인 기술로서, 표면 처리에 시간과 비용이 많이 드는 반면 효율성은 현저히 떨어지는 문제점이 있고 생체 안정성 측면에서도 한계가 지적되고 있다.

따라서, 생체 적합성이 우수하고 저비용으로도 능동적으로 골 분화를 촉진할 수 있는 임플란트를 개발할 필요성이 있다.

일 양상은 의료용 임플란트에 관한 것으로, 다층의 금 나노입자를 임플란트 표면에 흡착킴으로써 능동적으로 골 융합, 골 분화를 촉진시키는 임플란트를 제공한다.

다른 양상은 의료용 임플란트를 표면 개질하는 방법을 제공한다.

일 양상은 임플란트 몸체(implant body); 상기 임플란트 몸체 표면의 적어도 일부분에 부착된 금 나노입자 제 1층; 및 상기 금 나노입자 제 1층 표면의 적어도 일부분에 부착된 금 나노입자 제 2층을 포함하는 의료용 임플란트(implant)를 제공한다.

본 명세서에서, 용어 “의료용 임플란트”는 인체의 조직이 상실되었을 때 이를 회복시켜 주는 대체물을 포함하는 것으로서, 의학적 이상을 예방 또는 치료하기 위하여 일시적 또는 영구적으로 포유 동물에 도입되는 의료용 장치 또는 기구들도 모두 포함할 수 있다. 또한, 상기 임플란트에는 피하, 경피 또는 외과적으로 도입되어 동맥, 정맥, 심실 및 심방과 같은 장기, 장기의 조직 또는 내강 내에 남겨지는 임의의 것들도 모두 포함될 수 있다.

상기 의료용 임플란트 몸체는 생체적합성 소재, 예를 들어, 티타늄, 티타늄 합금, 코발트 합금, 스테인리스 스틸, 니티놀, 플래티늄, 이리듐, 나오븀, 탄탈륨, 금, 은, UHMWPE(Ultra High Molecular Weight Polyethylene), PEEK(poly ether ether ketone), 폴리우레탄, 실리콘 엘라스토머, 생체흡수형 폴리머, 산화알루미늄, 지르코늄, 생리적 활성 유리섬유, 실리콘 질소화합물, 칼슘 인산염 또는 카본티타늄일 수 있고, 바람직하게, 티타늄 또는 티타늄 합금일 수 있다. 티타늄 또는 티타늄 합금은 가공이 용이하고, 다른 금속에 비해 상대적으로 가볍고, 생체적합성이 우수하며, 큰 부식 저항성을 갖는다.

본 명세서에서, 용어 “금 나노입자(Gold nanoparticles: GNPs)”는 생체적합성이 우수하여 약물 전달, 바이오센싱, 및 조직 공학 분야에 널리 사용되어 왔다.

상기 금 나노입자는 모양에 따라 고형 나노입자(solid nanoparticles), 나노쉘(nanoshell), 나노케이지(nanocages), 나노와이어(nanowire), 나노튜브(nanotubes) 등의 형태를 가질 수 있다.

상기 금 나노입자는 상업적으로 구입하여 사용하거나, 혹은 당업자에게 공지된 방법으로 합성하여 사용할 수 있다. 상기 금 나노입자는 티올기에 자발적으로 고정화될 수 있는 금 나노입자라면 특별히 제한되는 것은 아니다.

상기 금 나노입자는 세포 내로 이동, 함입되어 골 분화를 촉진할 수 있다.

상기 금 나노입자는 독성이 없어 인체에 이식시 발생할 수 있는 부작용이 없다.

상기 금 나노입자의 크기가 약 10 내지 100nm, 약 50 내지 100nm, 약 10 내지 80nm, 약 25 내지 60nm, 또는 약 30 내지 50nm일 수 있다. 금 나노입자가 상기 범위의 크기를 갖는 경우 세포 내 침투가 용이하여 많은 양의 금 나노입자가 세포 내 함입될 수 있다.

상기 의료용 임플란트는, 임플란트 몸체 표면의 적어도 일부분에 부착된 금 나노입자 제 1층을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 금 나노입자 제 1층은 금 나노입자와 임플란트 몸체의 티올기 사이의 결합에 의해 형성되는 것일 수 있다.

상기 임플란트 몸체의 티올기는 공지된 티올기 형성 방법에 의해서 형성될 수 있고, 예를 들어, 12-Mercaptododecylphosphonic acid(MDPA)를 사용하거나, 임플란트 몸체의 표면 산화막을 알칼리(alkali)와 실란(silane)으로 순차적으로 개질하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 임플란트 몸체의 표면 산화막을 알칼리로 환원시켜 임플란트 몸체의 표면에 히드록시기를 형성하는 단계, 상기 히드록시기를 실란에 의해 티올(thiol)로 개질하는 단계에 의하여 형성될 수 있다.

상기 알칼리는 임플란트 몸체의 표면 산화막(O₂)을 환원시켜 임플란트 몸체의 표면에 히드록시기(-OH)를 형성할 수 있는 화합물이라면 종류가 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 구체예에서, 상기 알칼리는 수산화나트륨일 수 있다.

상기 실란은 임플란트 몸체의 표면에 형성된 히드록시기를 티올화하여 티올기(-SH)를 형성할 수 있는 화합물이라면 종류가 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 구체예에서, 상기 실란은 티올기를 갖는 티올실란, 예를 들어 (3-머캅토프로필)트리메톡시실란일 수 있다.

상기 임플란트 몸체의 표면에 형성된 티올기에 의해서, 티올기에 자발적으로 고정화될 수 있는 금 나노입자가 티올기에 부착되어 금 나노입자 제 1층을 형성할 수 있다.

상기 의료용 임플란트는, 상기 금 나노입자 제 1층 표면의 적어도 일부분에 부착된 금 나노입자 제 2층을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 금 나노입자 제 2층은 금 나노입자와 금 나노입자 제 1층의 티올기 사이의 결합에 의해 형성되는 것일 수 있다.

상기 금 나노입자 제 1층의 티올기는 공지된 티올기 형성 방법에 의해서 형성될 수 있고, 예를 들어, 12-Mercaptododecylphosphonic acid(MDPA)를 사용하거나, 금 나노입자 제 1층의 표면을 알코올과 티올(thiol)로 순차적으로 개질하여 형성된 것일 수 있다.

상기 알코올은 금 나노입자 제 1층 표면에 히드록시기(-OH)를 형성할 수 있는 화합물이라면 종류가 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 구체예에서, 상기 알코올은 무수 에탄올일 수 있다.

상기 티올은 금 나노입자 제 1층 표면에 형성된 히드록시기를 티올화하여 티올기(-SH)를 형성할 수 있는 화합물이라면 종류가 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 구체예에서, 상기 티올은 1,6-헥산디티올일 수 있다.

상기 금 나노입자 제 1층 표면에 형성된 티올기에 의해서, 티올기에 자발적으로 고정화될 수 있는 금 나노입자가 티올기에 부착되어 금 나노입자 제 2층을 형성할 수 있다.

상기 금 나노입자 제 2층을 형성하는 방법과 동일한 방법으로 다수의 금 나노입자 층을 형성할 수 있다.상기 의료용 임플란트는 임플란트 몸체에 형성된 다층의 금 나노입자 층에 의해서 다양한 특성을 나타낸다.

상기 의료용 임플란트는 물 접촉각이 약 40 내지 45°, 약 41 내지 44°, 또는 약 42 내지 43°일 수 있다. 상기 물 접촉각을 가짐으로써 상기 의료용 임플란트의 친수성이 우수하고, 세포의 거동이 우수할 수 있다.

상기 의료용 임플란트는 금 나노입자 부착 전에 비해, 생체 이식시 골 분화능, 또는 골 형성능이 증가된 것일 수 있다.

상기 의료용 임플란트는 표면 성분 분석 결과, 표면이 약 45 내지 50%의 산소를 포함하거나, 약 15 내지 20%의 탄소를 포함하거나, 약 3 내지 8%의 황을 포함하거나, 약 1 내지 5의 규소를 포함하거나, 약 2 내지 4%의 금을 포함할 수 있다. 상기 표면 성분 분석은 XPS 장비(K-Alpha+ spectrometer, ThermoFisher Scientific, East Grinstead, UK)에 의해 측정된 것일 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "골 형성(Osteogenesis)", 또는 “골 분화(osteogenic differentiation)”는 골아세포와, 골전구 세포, 줄기 세포, 및 성숙 골아세포로 분화가능한 다른 세포 유형이 골 이식 임플란트 부위에서의 새로운 골 성장에 기여할 때 일어나는 현상이다. 세포 또는 세포 집단은 이것이 성숙 골아세포로 분화가능할 경우 "골형성성"이라고 한다.

상기 의료용 임플란트는 치과용 임플란트, 심박 조율기, 스텐트, 혈관 이식편, 뇌 조율기, 인공 심장, 포트 카테터, 정형외과용 임플란트, 시각 임플란트, 망막, 유리체, 각막, 두개저재건, 골 대체재, 음경 보형물, 괄약근 보형물, 인공 와우 (cochlear implant), 카테터, 요도 카테터, 호흡 호스, 정맥 카테터, 캐눌러를 포함하는 군으로부터 선택되는 것일 수 있고, 구체적으로는 치과용 임플란트, 또는 정형외과용 임플란트일 수 있다.

상기 정형외과용 임플란트는 척추 임플란트, 엉덩이 관절 임플란트, 척추경 나사못, 쇄기꼴 뼈, 페디클 스크류(pedicle screw), 어깨관절 임플란트, 팔꿈치 임플란트, 추간판 임플란트, 손가락 관절 임플란트, 발목 임플란트, 발가락 관절 임플란트, 무릎 임플란트, 거골하 관절 임플란트, 허리 임플란트, 뼈 융합용 임플란트, 요골두 임플란트, 임플란트의 앵커핀, 두개골용 임플란트, 보정 ?지 (correction wedges), 앵글 임플란트, 골절술 (근위 경골 골절술)용 임플란트, 중족골 수술용 임플란트, 후족부 수술용 임플란트를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 의료용 임플란트는, 생체적합성이 우수하고 독성이 없어 생체 이식용으로 사용하기에 적합하다. 또한, 생체에 이식된 후 골 융합이 잘 이루어지며 골 분화능이 향상된 것이므로 골 형성이 필요한 치과용 또는 정형외과용 임플란트로 사용될 수 있다.

다른 양상은 임플란트 몸체 표면의 적어도 일부분을 티올화하는 단계; 상기 티올화된 임플란트 몸체 표면에 금 나노입자를 결합시켜 금 나노입자 제 1층을 형성하는 단계; 상기 금 나노입자 제 1층 표면의 적어도 일부분을 티올화하는 단계; 및 상기 티올화된 금 나노입자 제 1층 표면에 금 나노입자를 결합시켜 금 나노입자 제 2층을 형성하는 단계를 포함하는 의료용 임플란트를 표면 개질하는 방법을 제공한다.

상기 방법에서, 상기 임플란트 몸체 표면의 적어도 일부분을 티올화하는 단계는 임플란트 몸체의 표면 산화막을 알칼리(alkali)와 실란(silane)으로 순차적으로 개질하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.

상기 방법에서, 상기 금 나노입자 제 1층 표면의 적어도 일부분을 티올화하는 단계는 금 나노입자 제 1층의 표면을 알코올과 티올로 순차적으로 개질하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.

일 양상에 따른 의료용 임플란트에 의하면, 임플란트 몸체의 표면에 금 나노입자를 2층 이상으로 흡착시킬 수 있고, 높은 생체 안정성, 높은 골 분화능을 갖는 효과가 있다.

도 1은 합성한 GNP 용액 (구 형태)을 TEM (H-7100, Hitachi, Japan)과 UV-visible spectrophotometer (UV-1650PC, Shimadzu, Japan)를 이용하여 확인한 결과를 나타낸 도이다(좌: TEM, 우: UV-visible spectrophotometer).
도 2는 실시예 1의 임플란트를 제조하는 각 단계에서 표면 및 친수성을 확인한 결과이다.
도 3은 AFM 장비를 이용하여 실시예 1의 각 단계에서의 티타늄 표면을 3차원적으로 형상화 시켜 나타낸 그림이다.
도 4는 X선 광전자 분광법을 이용하여 실시예 1의 각 단계에서의 티타늄 표면의 성분을 분석한 결과를 타나낸 그래프이다.
도 5는 세포 생존율을 정성적으로 확인한 사진이다.
도 6은 각 그룹에서 골 분화능을 비교하기 위해 ALP 활성을 측정한 그래프이다.
도 7은 각 그룹에서 골 분화능을 비교하기 위해 COL1에 대한 RT-PCR을 수행한 그래프이다.
도 8은 각 그룹에서 골 분화능을 비교하기 위해 Runx2에 대한 RT-PCR을 수행한 그래프이다.
도 9는 각 그룹에서 골 분화능을 비교하기 위해 OPN에 대한 RT-PCR을 수행한 그래프이다.
도 10은 난소절제 모델(OVX)에 HA 스크류(좌) 및 GNP2 스크류(우)를 심고 마이크로 CT를 통해 3차원 분석을 수행한 사진이다.
도 11은 SHAM 모델에 HA 스크류(좌) 및 GNP2 스크류(우)를 심고 마이크로 CT를 통해 3차원 분석을 수행한 사진이다.
도 12는 난소절제 모델(OVX)에 HA 스크류(좌) 및 GNP2 스크류(우)를 심고, 표시된 VOI 내에서 스크류 주변의 조직 내 골 부피 백분율(BV/TV)을 정량한 그래프이다.
도 13은 SHAM 모델에 HA 스크류(좌) 및 GNP2 스크류(우)를 심고, 표시된 VOI 내에서 스크류 주변의 골 표면 밀도(BS (bone surface)/TV)을 정량한 그래프이다.
도 14a는 난소절제 모델(OVX)에 HA 스크류를 심은 군(HA in OVX)에서 지정한 ROI를 나타낸 사진이다.
도 14b는 난소절제 모델(OVX)에 GNP2 스크류를 심은 군(GNP2 in OVX)에서 지정한 ROI를 나타낸 사진이다.
도 14c는 SHAM 모델에 HA 스크류를 심은 군(HA in SHAM)에서 지정한 ROI를 나타낸 사진이다.
도 14d는 SHAM 모델에 GNP2 스크류를 심은 군(GNP2 in SHAM)에서 지정한 ROI를 나타낸 사진이다.
도 15는 난소절제 모델(OVX) 및 SHAM 모델에 HA 스크류 및 GNP2 스크류를 심고, 표시된 ROI 내에서 BIC(Bone to Implant Contact)를 정량한 그래프이다.
도 16은 난소절제 모델(OVX) 및 SHAM 모델에 HA 스크류 및 GNP2 스크류를 심고, 표시된 ROI 내에서 골 부피 백분율 (BV/TV in ROI)을 정량한 그래프이다.

이하에서는 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하고자 하나, 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 본 발명의 범위를 제한하고자 함이 아니다. 아래 기재된 실시예들은 발명의 본질적인 요지를 벗어나지 않는 범위에서 변형될 수 있음은 당 업자들에게 있어 자명하다.

실시예 1: 금 나노입자의 제조

30 nm 크기의 구 형태의 금 나노입자 (Gold nanoparticle: GNP)를 공지된 방법(Gold Nanoparticles Used in Cancer Cell Diagnostics, Selective Photothermal Therapy and Catalysis of NADH Oxidation Reaction, 저자: Huang, Xiaohua, 2006-04-12)에 의해 합성하였고, 구체적인 방법은 다음과 같다.

250 ㎖ 의 2구 플라스크에 100 ㎖ 의 증류수 (DW)와 40 ㎎ 의 Gold (Ⅲ) chloride hydrate (HAuCl₄.3H₂O 99.999%, #254169, Sigma Aldrich)를 넣고, 110℃의 전열기(Hot plate) 위에서 800 RPM으로 교반하였다. 1시간 후, 38.8 mM 의 시트르산삼나트륨 용액 (trisodium citrate solution, #S4641, Sigma Aldrich) 600 ㎕을 상기 용기에 넣고, 15분 후 온도를 상온으로 맞추면서 천천히 식혀주었다. 상온까지 온도가 떨어진 GNP 용액을 미세 여과기 (0.22 ㎛ Millipore filter) 로 여과해서 30 ㎚ 크기의 GNP 를 포함하는 용액 (이하 'GNP 용액'이라 칭함)을 완성하고 냉장보관하였다.

상기와 같이 제조한 금 나노입자의 합성 결과를 분석하였다. 도 1은 합성한 GNP 용액 (구 형태)을 TEM (H-7100, Hitachi, Japan)과 UV-visible spectrophotometer (UV-1650PC, Shimadzu, Japan)를 이용하여 확인한 결과를 나타낸 도이다(좌: TEM, 우: UV-visible spectrophotometer).

도 1에 나타낸 바와 같이, 피크에서 x축의 파장은 522nm이며, 이를 통해 GNP가 합성되었음을 확인하였다.

실시예 2. 금 나노입자가 결합된 임플란트의 제작

상기 실시예 1에서 제조한 금 나노입자가 결합된 티타늄 디스크 시편을 다음과 같이 제작하였다.

2.1. 산화 티타늄 디스크 (TiO ₂ )의 준비

티타늄 원재료 (Grade 4, medyssey, https://www.medyssey.com/)를 둥근 원기둥 형태 (지름 8 mm/두께 1 mm) 로 절단 후에 세척해서 표면이 산화된 티타늄 디스크를 준비하였다.

2.2. 1차 표면개질 - 수산화 티타늄 디스크 (TiOH)의 제조

상기 2.1.에서 제조한 산화 티타늄 디스크 (TiO₂)를 5 N 농도의 NaOH 수용액과 마그네틱 바 (Magnetic Bar) 가 들어있는 2목 둥근 플라스크에 담그고, 60℃ 전열기에서 800~1000 RPM으로 24시간 동안 반응시켜 1차 표면개질을 수행하여 표면에 수산기가 형성된 티타늄 디스크 (이하 '수산화 티타늄 디스크 (TiOH)'라 칭함)를 제조하였다.

제조된 수산화 티타늄 디스크를 세척, 건조하기 위해서, 수산화 티타늄 디스크를 3 차 증류수 (Distilled Water, 3차수, 3DW)에 담근 후 초음파를 이용하여 세척하고, 세척이 끝나면 60℃ 오븐 (Oven) 에서 24 시간 동안 건조하였다. 세척 시 10 분마다 3DW 를 갈아주어 총 5 회 세척하였다.

2.3. 2차 표면개질 - 티올 티타늄 디스크 (TiSH)의 제조

호일로 감싼 70mL 바이얼 (Bial)에 99.8% 의 무수 톨루엔 (Anhydrous Toluene, #244511, Sigma Aldrich) 10 ㎖ 와 티올실란 ((3-Mercaptopropyl) Trimethoxysilane 95%, #175617, Sigma Aldrich)을 200 ㎕ 넣고, 혼합 (Vortex) 해서 실란-톨루엔 용액을 얻었다. 그리고, 상기 실란-톨루엔 용액이 들어있는 바이얼에 1차 표면개질을 통해 제조된 수산화 티타늄 디스크 (TiOH)를 넣고, 60℃ 인큐베이터 (Incubator)에서 100 RPM으로 24 시간 동안 반응시켜 2차 표면개질을 수행하여 표면에 메르캅토기 (SH기)가 형성된 티타늄 디스크 (이하 '티올 티타늄 디스크 (TiSH)'라 칭함)를 제조하였다.

제조된 티올 티타늄 디스크를 다음과 같이 세척, 건조하였다. 상기 티올 티타늄 디스크를 무수 톨루엔 (Anhydrous Toluene)에 넣고 상온에서 10 분간 3 번 세척한 후, 99.9% 무수 에탄올 (Ethyl alcohol, anhydrous, special grade, SAMCHUN) 에 넣고 상온에서 10 분간 3 번 세척한 후, 마지막으로 3차수에 넣고 상온에서 10분간 3번 세척하고, 세척이 끝나면 60℃ 오븐 (Oven) 에서 24 시간 동안 건조하였다.

2.4. 3차 표면개질 - 단층 GNP 티타늄 디스크 (TiGNP1)의 제조

상기 2.3.에서 제조한 티올 티타늄 디스크, 상기 2.1.에서 준비한 GNP 용액 (580 μM) 10 ㎖을 70 ㎖ 바이얼에 넣고 37℃ 인큐베이터 (Incubator)에서 140 RPM으로 48 시간 동안 반응시켜 표면에 골드 나노입자 (GNP)가 결합된 티타늄 디스크 (이하 '단층 GNP 티타늄 디스크 (TiGNP1)'라 칭함)를 제조하였다.

제조된 단층 GNP 티타늄 디스크를 세척하기 위해서, 단층 GNP 티타늄 디스크를 상온에서 3차 증류수에 넣고, 셰이커(Shaker) 를 이용하여 10 분간 3번 세척하였다. 세척이 끝나면 60℃ 오븐(Oven) 에서 24 시간 동안 건조하였다.

2.5. 4차 표면개질 - 티올 단층 GNP 티타늄 디스크 (TiGNP1-SH)의 제조

다층의 GNP를 화학 결합 시키기 위해 금 나노입자 표면에 SH기가 돌출되도록 하였다. 구체적으로, 상기 2.4.에서 제조한 TiGNP1 티타늄 시편을 넣고, 99.9% 무수 에탄올 (Ethyl alcohol, anhydrous, special grade, SAMCHUN) 10 ㎖ 과 1,6-Hexanedithiol (#H12005, Sigma Aldrich) 15.3 ㎕ 이 혼합 (Vortex)된 용액을 70mL 바이얼에 넣는다.그리고 60℃ 인큐베이터 (Incubator)에서 140 RPM으로 48 시간 동안 반응시켰다. 상기와 같은 과정으로 금 나노입자 표면에 '티올 단층 GNP 티타늄 디스크 (TiGNP1-SH)'를 제조하였다.

상기 다층 GNP 티타늄 디스크를 세척하기 위해서, TiGNP2 티타늄 디스크를 상온에서 무수 에탄올에 넣고 셰이커 (Shaker) 를 이용하여 10 분간 3 번 세척하였다. 그리고 3차수에 넣고, 셰이커 (Shaker) 를 이용하여 10 분간 3 번 세척하였다. 세척이 끝나면 60℃ 오븐(Oven) 에서 24 시간 동안 건조하였다.

2.6. 5차 표면개질 - 다층 GNP 티타늄 디스크(TiGNP2)의 제조

상기 티올 단층 GNP 티타늄 디스크, 상기 GNP 용액 (580 μM) 10 ㎖을 70 ㎖ 바이얼에 넣고 37℃ 인큐베이터 (Incubator)에서 140 RPM으로 48 시간 동안 반응시켰다. 상기 반응에 의해서 표면에 금 나노입자가 2층으로 결합된 티타늄 디스크 (이하 '다층 GNP 티타늄 디스크(TiGNP2)'라 칭함)를 제조하였다.

다층 GNP 티타늄 디스크를 세척하기 위해서, 상기 TiGNP2 티타늄 디스크를 상온에서 3차수에 넣고, 셰이커 (Shaker)를 이용하여 10 분간 3 번 세척하였다. 세척이 끝나면 60℃ 오븐(Oven)에서 24 시간 동안 건조하였다.

비교예 1. 하이드록시아파타이트로 표면 개질된 티타늄 시편의 제조

대조군으로, 골 융합 효율이 우수하다고 알려진 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite: HA)로 코팅된 티타늄 시편을 제조하였다. 구체적으로, 산화티타늄(TiO₂) 디스크의 표면을 초박막 HA 코팅 전문 업체 (http://www.medi-m.co.kr/product/product.php?PageNum=2&SubNum=1) 에 의뢰하여 HA 로 코팅하였다. 이하, HA로 코팅된 티타늄 시편은 'TiHA'로 지칭한다.

실험예 1. 금 나노입자로 표면 개질된 임플란트 특성 분석

1.1. 표면의 2차원 구조 및 친수성 분석

생체 이식용 임플란트에서 표면의 젖음성은 세포의 거동에 많은 영향을 준다. 예를 들어, 표면의 친수성이 높을수록 재료 표면에서의 세포 거동에 더 좋은 영향을 준다. 따라서, 상기 다층 GNP 티타늄 디스크(TiGNP2) 및 대조군 TiHA의 표면의 2차원 구조 및 친수성을 평가하였다.

표면의 2차원 구조는 주사전자현미경 (SEM) 장비 (S2300, Hitachi, Japan, x 10,000)를 사용하여 확인하였고, 친수성 평가는 물방울과 재료 표면간의 접촉각을 측정하는 방법으로 평가하였다. 상기 실시예 2의 각 단계에서 표면 및 친수성을 확인한 결과를 도 2에 나타내었다. 스케일바: 500μm.

도 2에 나타낸 바와 같이, 친수성 평가에서, 물방울과 재료 표면의 접촉각이 작을수록 친수성이 높음을 나타낸다. 대조군 및 TiGNP2 표면의 2차원 구조 및 친수성을 확인한 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 대조군인 TiHA의 접촉각은 50.02°±3.83, TiO2는 였고, 59.16°±2.07, TiOH는 46.13°±4.37, TiSH는 90.98°±7.62, TiGNP1은 47.27°±2.87, TiGNP1-SH는 46.81°±3.39, 및 TiGNP2는 42.58°±3.35임을 확인하였다.

골 형성 효율이 높은 것으로 알려진 대조군 TiHA의 접촉각보다 GNP가 흡착된 TiGNP1, TiGNP2의 접촉각이 더 작은 것을 확인하였다. 특히, GNP가 다층으로 흡착된 TiGNP2의 경우, 접촉각이 가장 작으므로, 친수성이 가장 높은 것을 확인하였다.

1.2. 표면의 3차원 구조 분석

상기 다층 GNP 티타늄 디스크 (TiGNP2)의 제조 공정에서 생성되는 티타늄 디스크 및 대조군 (TiHA) 표면의 3차원 구조를 분석하기 위해서, AFM 장비 (PUCOStation STD, NANOS AFM system, NanoInk, Inc., USA)를 이용하였다.

도 3은 AFM(Atomic Force Microscope) 장비를 이용하여 각 단계에서의 티타늄 표면을 3차원적으로 형상화 시켜 나타낸 그림이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, TiGNP2의 3차원 구조를 분석한 결과, 금 나노입자가 2층으로 부착되어있음을 확인하였다.

1.3. 표면의 성분 분석

상기 다층 GNP 티타늄 디스크 (TiGNP2)의 제조 공정에서 생성되는 티타늄 디스크 및 대조군 (TiHA) 표면의 성분을 분석하기 위해서, X선 광전자 분광법 (XPS, K-Alpha, Thermo Scientific, UK) 을 이용하였다. X선 광전자 분광법 결과로 얻은 XPS 원자 농도(%)를 하기 표 1에 나타내었다.

도 4는 X선 광전자 분광법을 이용하여 각 단계에서의 티타늄 표면의 성분을 분석한 결과를 타나낸 그래프이다.

표 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, TiGNP1, 및 TiGNP2의 표면에 금 나노입자가 흡착되었고, TiGNP2의 경우, 금 나노입자가 2층으로 적층되어 금 원자의 농도가 증가하였음을 확인하였다.

실험예 2. 금 나노입자로 표면 개질된 임플란트의 활성 분석

다음과 같이 인 비트로(in vitro) 세포 배양능을 분석하였다.

2.1 세포 증식률 및 세포 생존율 분석

TiGNP2 의 세포 증식률 및 세포 생존율을 분석하기 위해서, 세포는 중간엽 줄기세포(Invitrogen)를 구입하여 계대 배양한 세포를 사용하였고, 다음 5 종류의 플레이트에 대하여 실험을 진행하였다.

그룹 1: Falcon사(社)의 전용 배양 플레이트인 TCP (Tissue Culture Plate, Nunc) 에서 증식 배지만을 사용하여 시료 세포를 증식한 군 ('Plate'라고 표기함).

그룹 2: 플레이트에 TiO₂ (산화 티타늄 디스크 - Grade 4, 티타늄 원재료를 지름 8 mm/두께 1mm로 절단 후에 세척/건조한 것)를 넣고, 증식 배지를 사용하여 시료 세포를 증식한 군 ('TiO₂' 라고 표기함).

그룹 3: TiO₂ 표면에 하이드록시아파타이트 (hydroxyapatite: HA)를 코팅한 후 충분한 세척으로 불순물을 제거 및 건조 후 시료 세포를 증식한 군으로, 티타늄을 플레이트의 웰 안에 넣고 증식시킨 군 ('TiHA' 라고 표기함).

그룹 4: 플레이트에 제조된 TiGNP1 (단층 GNP 티타늄 디스크)을 넣고 증식 배지를 사용하여 시료 세포를 증식한 군 ('TiGNP1' 이라고 표기함).

그룹 5: 플레이트에 제조된 TiGNP2 (다층 GNP 티타늄 디스크)를 넣고 증식 배지를 사용하여 시료 세포를 증식한 군 ('TiGNP2' 라고 표기함).

증식 배지는 MesenPRO RS™ Medium Kit (Invitrogen)을 사용하였다. 임플란트의 표면에 세포의 시딩은, 원하는 양의 세포가 들어 있는 80 μL 의 배지를 개질된 티타늄 표면 위에 물방울 형태로 시딩하였다. 뿌려진 세포가 티타늄 표면 위에 안정적으로 붙을 수 있도록 2 시간 동안 인큐베이터에서 배양하며, 2 시간 이후 1 mL 의 미디어를 더 주어 시딩을 완료하였다.

세포 생존율의 정량적 분석은 CCK KIT-8 (Cell counting kit-8, Dojindo)을 사용하여 수행하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

표 2에서 확인한 바와 같이, 모든 그룹에서 독성이 없었음을 확인하였다.

세포 생존율의 정성적 분석은 Live and dead kit (Invitrogen)를 이용하여 생존 세포 (Green으로 염색)와 사멸 세포 (Red로 염색)를 구별하여 형광 현미경 (x 200)으로 관찰함으로써 수행하였다. 도 5는 세포 생존율을 정성적으로 확인한 사진이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 정성적 분석을 통해서도 모든 그룹에서 독성이 없음을 확인하였다.

다음, 세포 증식률 분석을 위해서, 24 웰 플레이트 (Nunc)에 웰 또는 플레이트 마다 세포를 5 x 10⁴씩 시딩한 후, 총 48 시간 동안 각 그룹의 세포 생존율을 기준으로 다른 그룹들을 비교하여 비율적으로 비교하였고, 그 결과 상기 그룹 중 TiGNP2에서 세포 증식률이 가장 높았음을 확인하였다.

2.2. 골 분화능 분석

TiGNP2 의 골 분화능을 확인하기 위해, 상기 2.1.에서 사용한 세포와 동일한 세포를, 하기 6 가지 그룹에 대하여 실험을 진행하였다.

그룹 1: Falcon사(社)의 전용 배양 플레이트인 TCP (Tissue Culture Plate, Nunc) 상에서 증식 배지 (Growth Medium, GM)를 사용하여 시료 세포를 증식한 군 ('Plate (GM)' 로 표기함).

그룹 2: 플레이트에서 골분화 유도 배지 (Osteogenic Medium, OM)를 사용하여 시료 세포를 배양한 군 ('Plate (OM)' 으로 표기함).

그룹 3: 플레이트에 TiO₂ (산화 티타늄 디스크 - 증식 실험에서와 같음)를 넣고, 골분화 유도 배지를 사용하여 시료 세포를 배양한 군 ('TiO₂ (OM)' 으로 표기함).

그룹 4: 플레이트에 (수산화 티타늄 디스크 - 증식 실험에서와 같음)를 넣고 골분화 유도 배지를 사용하여 시료 세포를 배양한 군 ('TiOH (OM)' 으로 표기함).

그룹 5: 플레이트에 TiGNP1 (단층 GNP 티타늄 디스크 - 증식 실험에서와 같음)를 넣고 골분화 유도 배지를 사용하여 시료 세포를 배양한 군 ('TiGNP1 (OM)' 으로 표기함).

그룹 6: 플레이트에 TiGNP2 (다층 GNP 티타늄 디스크 - 증식 실험에서와 같음)를 넣고 골분화 유도 배지를 사용하여 시료 세포를 배양한 군 ('TiGNP2 (OM)' 으로 표기함).

골 분화 실험은 상기 6가지 그룹(Group)을 대상으로 진행되었으며, 24 웰 TCP (Nunc)에 웰 당 5 x 10⁴ 씩 시딩한 후 시간 별 (3일, 7일, 14일) 및 그룹별로 분석하였고, 골분화 유도 배지 (OM)는 Dulbecco's Modified eagle Medium(DMEM, GIBCO)에 Fetal Bovine Serum(FBS, GIBCO), Penicillin(GIBCO), Streptomycin (GIBCO), β-glycerol phosphate disodium salt hydrate(시그마 알드리치), Ascorbic acid (시그마 알드리치), 및 Dexamethasone (시그마 알드리치)을 더한 것으로 사용하였다.

각 그룹에서 골 분화능을 비교하기 위하여, ALP (Alkaline phosphatase) 활성을 비교하였다.

ALP는 골분화 세포에서 발현되는 효소로서 대표적인 초기 인자로, ALP 활성을 측정하기 위해, 상기 그룹에서 수확한 세포를 protease inhibitor 가 포함된 1X RIPA buffer (SIGMA) 를 180 μL 첨가하여 4℃ 에서 30 분간 용해(lysis)시켰다. 용해(Lysis)된 세포를 센트리퓨케이션 장비를 사용한 후 (4℃, 13000 rpm, 10 min), 상층액만 사용하였다. 상층액 중에서 10μL 는 단백질 정량에 사용하였고, 나머지 상층액에서 150 μL은 p-NPP(p-nitrophenyl-phosphate)를 첨가한 후, 37℃ 인큐베이터에서 30 분간 반응시켰다. 반응 후, 1N NaOH 용액을 50 μL 넣어서 반응을 중지시키고, p-NPP로부터 생성된 p-NP(p-nitrophenol)를 405 nm 에서 흡광도를 측정하였다. ALP 활성도는 p-NPP로부터 생성된 p-NP를 측정하여 p-NP에 대한 표준그래프를 작성한 후 이 그래프를 기준으로 본 실험군들의 결과 값을 상대 비교를 통해 도출하였다.

도 6은 각 그룹에서 골 분화능을 비교하기 위해 ALP 활성을 측정한 그래프이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 다층의 GNP가 적층된 TiGNP2 (OM)의 경우에 세포의 ALP 활성이 가장 높았고, 시간이 지남에 따라 ALP 활성이 증가하고 활성이 유지되었음을 확인하였다.

따라서, TiGNP2 상에서 세포를 배양할 경우, 골 분화 효율이 유의적으로 증가하므로, TiGNP2가 표면에 구비된 임플란트를 생체 내 이식함으로써 골 분화를 촉진할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 상기 그룹 사이의 골 분화 차이를 분석하기 위해, RT-PCR을 수행하였다. RT-PCR은 대표적인 골 분화 마커인 COL 1 (Collagen Type 1), Runx2 (Runt-related Transcription Factor 2), 및 OPN (Osteopontin)에 대해 수행하였다. Runx2는 골분화 세포의 분화시 대표적인 키(Key) 전사 인자이고, COL 1은 초기, OPN은 후기 골분화 마커이다. 기준을 3 일 차의 플레이트 (GM)로 정하고, 기준값을 1 로 하고 다른 그룹들의 비율을 계산하여 그래프로 나타내었다.

도 7은 각 그룹에서 골 분화능을 비교하기 위해 COL1에 대한 RT-PCR을 수행한 그래프이다.

도 8은 각 그룹에서 골 분화능을 비교하기 위해 Runx2에 대한 RT-PCR을 수행한 그래프이다.

도 9는 각 그룹에서 골 분화능을 비교하기 위해 OPN에 대한 RT-PCR을 수행한 그래프이다.

도 7-9에 나타낸 바와 같이, 다층의 GNP가 흡착된 임플란트에서 골 분화 마커인 COL1, Runx2, 및 OPN의 발현이 가장 높았다.

따라서, 다층의 GNP가 흡착된 임플란트에서 세포의 골 분화능이 가장 우수함을 확인하였다.

실험예 3. 금 나노입자로 표면 개질된 임플란트의 활성 분석

다음과 같이 금 나노입자로 표면 개질된 임플란트(TiGNP2)의 in vivo 활성을 분석하였다. 4 내지 4.2 kg 의 뉴질랜드 산 백색 암컷 토끼 4 마리를 이용해 실험하였다. 척추 고정용 페디클 스크류를 1 마리 당 6개씩 총 24개를 토끼 척추에 심고, 스크류 주변에서의 (골 융합 정도를 정성,정량적으로 비교하였다. 실험 대상 그룹은 총 2 그룹 이며 다음과 같다.

그룹 1: TiO₂ 스크류 표면에 하이드록시아파타이트 (hydroxyapatite: HA)를 코팅한 스크류를 척추에 삽입한 군 ('HA 스크류'라고 표기함).

그룹 2: TiO₂ 스크류 표면에 다층 GNP를 코팅한 스크류를 척추에 삽입한 군 ('GNP2 스크류'라고 표기함).

상기 그룹 1에서, HA 스크류는 ㈜ 메이쎄이에서 제공받은 TiO₂ 스크류 (나사 타입 임플란트, 직경 3.0mm, 길이 9.0mm)에 상기 실험예 2.1.에서 TiHA 군을 제조할 때와 동일한 방법으로 제조하였으며 이를 양성 대조군으로 사용하였다. 또한, 상기 그룹 2에서는 동일한 TiO₂ 스크류에 상기 실험예 2.1.에서 TiGNP2 군을 제조할 때와 동일한 방법으로 금 나노입자를 코팅하여 제조하였다. 상기 두 그룹의 스크류를 토끼 한 마리당 HA 스크류 3개, GNP2 스크류 3개로 총 6개를 심었다.

동물 실험을 진행한 토끼 모델은 총 2 가지이며 다음과 같다.

모델 1: 난소절제(Ovariectomy: OVX) 모델, 성인 암컷 토끼에 있는 2 개의 난소를 제거 후, 총 6 개 (HA 스크류 3개, GNP2 스크류 3개) 의 스크류를 심었다(n=2).

모델 2: SHAM 모델, 토끼의 난소를 제거하지는 않고 난소까지 외과적 수술만 OVX 모델과 동일하게 수행한 모델, 수술 후 총 6 개 (HA 스크류 3개, GNP2 스크류 3개) 의 스크류를 심었다(n=2).

안전한 수술을 위해 토끼를 깊은 마취 상태로 다음과 같이 유지시켰다. Zoletil® (50 mg/kg, Virbac Laboratories, France)/Rompun® (10 mg/kg, Bayer, Korea)) 용액을 토끼 뒷다리에 근육 주사하여 마취를 유도 후, isoflurane (3%) 이 섞인 산소가 나오도록(2 L/minute) 마스크 호흡 마취를 병행하여 수술을 진행하였다. 수술 후 실험 기간인 3 개월 동안 실험부위의 감염, 혈종, 염증 소견 등을 주기적으로 관찰하였다. 4 마리의 토끼는 수술 3개월 이후, KCl 을 정맥 주사하는 방법으로 안전하게 희생시켰다. 그리고, 스크류가 심어진 척추를 조심스럽게 분리하여 골 융합 정도의 차이를 분석하였다.

3차원 분석

마이크로 CT (micro CT: μCT) 장비를 이용한 3차원적 분석을 위해, 동물 희생 직후, 스크류가 심어진 검체를 Quantum FX (Perkin Elmer, Waltham, MA, USA) 라는 μCT 장비를 이용해서 검체의 조직을 DICOM (digital imaging and communication in medicine) 파일로 저장 하였고, CTvol (computer tomographic volume) 소프트웨어 (Bruker Corporation, Billerica, MA, USA)를 이용해 재건축 하였다.

도 10은 난소절제 모델(OVX)에 HA 스크류(좌) 및 GNP2 스크류(우)를 심고 마이크로 CT를 통해 3차원 분석을 수행한 사진이다.

도 11은 SHAM 모델에 HA 스크류(좌) 및 GNP2 스크류(우)를 심고 마이크로 CT를 통해 3차원 분석을 수행한 사진이다.

또한, 한 개의 스크류 검체에 랜덤으로 하나의 VOI(volume of interest: VOI, 3 x 3 x 3 mm³)를 지정하여 CT-Analyzer software (bruker)라는 프로그램을 사용, VOI 내에서의 스크류 주변 골 융합 정도를 정량하였다. 골 융합 정도를 정량하기 위해, 표시된 VOI 내에서 스크류 주변의 조직 내 골 부피 백분율 (BV/TV = Percent Bone Volume, 단위는 %) 및 골 표면 밀도 (BS (bone surface)/TV=Bone Surface Density, 단위는 1/mm)를 계산하였다. 그 결과를 표 3 및 표 4에 나타내었다.

도 12는 난소절제 모델(OVX)에 HA 스크류(좌) 및 GNP2 스크류(우)를 심고, 표시된 VOI 내에서 스크류 주변의 조직 내 골 부피 백분율(BV/TV)을 정량한 그래프이다.

도 13은 SHAM 모델에 HA 스크류(좌) 및 GNP2 스크류(우)를 심고, 표시된 VOI 내에서 스크류 주변의 골 표면 밀도(BS (bone surface)/TV)을 정량한 그래프이다.

표 3, 4 및 도 12, 13에 나타낸 바와 같이, HA 스크류보다 GNP2 스크류를 심은 경우, 난소절제 모델 및 SHAM 모델 모두에서 골 부피 백분율 및 골 표면 밀도가 유의적으로 증가하였다.

따라서, 일 양상에 따른 다층으로 금 나노입자가 부착된 스크류를 마우스에 심은 결과, 골 변수들의 값이 유의적으로 증가하였으므로, 골 형성능이 우수한 것을 확인하였다.

Masson - Goldner 삼색염색( Masson - Goldner trichrome staining)을 통한 조직학적 2차원적 분석

상기와 같이 동물을 희생한 직후, 골에 융합된 스크류를 골과 함께 용이하게 절단한 다음, 각각의 검체를 알코올을 이용해 탈수 처리, 광중합 레진 (Technovit 7200 VLC, Kulzer, Germany)을 이용하여 굳힌 후, EXAkt grinding equipment (Exakt 300, Norderstedt, Germany) 전문 커팅 장비를 사용하여 검체 내 스크류 중앙 (종단면 기준) 부분까지 갈아서 측정할 부위를 노출시켰다. 이렇게 70 μm 크기로 얇게 처리된 검체들을 골 성분만을 녹색 형태로 염색시키는 Masson-Goldner trichrome staining 기성품 키트 (Roth, Karlsruhe, Germany)를 사용하여, 스크류가 심어진 검체들을 염색한 후, 광학현미경으로 촬영, 정성, 정량적으로 비교 분석하였다. 하나의 검체 당 40X 비율의 사진을 랜덤으로 2장씩 지정하였고, 각각의 40X 사진을 100X 로 확대한 후 ROI(region of interest, 400 x 800 μm) 를 랜덤으로 지정하였다.

도 14a는 난소절제 모델(OVX)에 HA 스크류를 심은 군(HA in OVX)에서 지정한 ROI를 나타낸 사진이다.

도 14b는 난소절제 모델(OVX)에 GNP2 스크류를 심은 군(GNP2 in OVX)에서 지정한 ROI를 나타낸 사진이다.

도 14c는 SHAM 모델에 HA 스크류를 심은 군(HA in SHAM)에서 지정한 ROI를 나타낸 사진이다.

도 14d는 SHAM 모델에 GNP2 스크류를 심은 군(GNP2 in SHAM)에서 지정한 ROI를 나타낸 사진이다.

그리고 ROI 내 스크류 세로축의 길이 (800 μm)를 100% 로 지정하고 이에 접하고 있는 뼈의 상대적 % 를 측정해 BIC(Bone to Implant Contact)를 분석하여 표 5에 나타내었다.

또한, ROI 내 골 부피 백분율 (BV/TV in ROI)을 정량하기 위하여, ROI 내 면적을 100% 로 지정하고, 뼈로 염색된 상대적 면적을 %로 환산하여 측정, 그 결과를 표 6에 나타내었다.

도 15는 난소절제 모델(OVX) 및 SHAM 모델에 HA 스크류 및 GNP2 스크류를 심고, 표시된 ROI 내에서 BIC(Bone to Implant Contact)를 정량한 그래프이다.

도 16은 난소절제 모델(OVX) 및 SHAM 모델에 HA 스크류 및 GNP2 스크류를 심고, 표시된 ROI 내에서 골 부피 백분율 (BV/TV in ROI)을 정량한 그래프이다.

도 15 및 도 16에 나타낸 바와 같이, HA 스크류보다 GNP2 스크류를 심은 경우 BIC 및 골 부피 백뷴율 값이 유의적으로 증가하는 것을 확인하였다.

따라서, 일 양상에 따른 다층으로 금 나노입자가 부착된 스크류를 마우스에 심은 결과, 골 변수들의 값이 유의적으로 증가하였으므로, 상기 스크류의 골 형성능이 우수한 것을 확인하였다.

Claims

임플란트 몸체(implant body); 상기 임플란트 몸체 표면의 적어도 일부분에 부착된 금 나노입자 제 1층; 및 상기 금 나노입자 제 1층 표면의 적어도 일부분에 부착된 금 나노입자 제 2층을 포함하는 의료용 임플란트(implant).
청구항 1에 있어서 상기 임플란트 몸체는 티타늄 또는 티타늄 합금인 의료용 임플란트.
청구항 1에 있어서, 상기 금 나노입자의 크기가 10 내지 100nm인 것인 의료용 임플란트.
청구항 1에 있어서, 상기 금 나노입자 제 1층은 금 나노입자와 임플란트 몸체의 티올기 사이의 결합에 의해 형성된 것인 의료용 임플란트.
청구항 1에 있어서, 상기 금 나노입자 제 2층은 금 나노입자와 금 나노입자 제 1층의 티올기 사이의 결합에 의해 형성된 것인 의료용 임플란트.
청구항 4에 있어서, 상기 티올기는 임플란트 몸체의 표면 산화막을 알칼리(alkali)와 실란(silane)으로 순차적으로 개질하여 형성된 것인 의료용 임플란트.
청구항 5에 있어서, 상기 티올기는 금 나노입자 제 1층의 표면을 알코올과 티올(thiol)로 순차적으로 개질하여 형성된 것인 의료용 임플란트.
청구항 5에 있어서, 상기 알칼리는 수산화나트륨이고, 상기 실란은 티올실란인 것인 의료용 임플란트.
청구항 7에 있어서, 상기 알코올은 무수 에탄올이고, 상기 티올은 1,6-헥산디티올인 것인 의료용 임플란트.
청구항 1에 있어서, 물 접촉각이 40 내지 45°인 것인 의료용 임플란트.
청구항 1에 있어서, 금 나노입자 부착 전에 비해, 골 분화능이 증가된 것인 의료용 임플란트.
청구항 1에 있어서, 치과용 또는 정형외과용인 의료용 임플란트.
임플란트 몸체 표면의 적어도 일부분을 티올화하는 단계;
상기 티올화된 임플란트 몸체 표면에 금 나노입자를 결합시켜 금 나노입자 제 1층을 형성하는 단계;
상기 금 나노입자 제 1층 표면의 적어도 일부분을 티올화하는 단계; 및
상기 티올화된 금 나노입자 제 1층 표면에 금 나노입자를 결합시켜 금 나노입자 제 2층을 형성하는 단계를 포함하는 의료용 임플란트를 표면 개질하는 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 임플란트 몸체 표면의 적어도 일부분을 티올화하는 단계는 임플란트 몸체의 표면 산화막을 알칼리(alkali)와 실란(silane)으로 순차적으로 개질하는 단계를 포함하는 것인 방법.
청구항 13에 있어서, 상기 금 나노입자 제 1층 표면의 적어도 일부분을 티올화하는 단계는 금 나노입자 제 1층의 표면을 알코올과 티올로 순차적으로 개질하는 단계를 포함하는 것인 방법.