KR20200140111A - 활성산소 종의 발생속도가 제어되는 임플란트 및 이를 이용한 활성산소 종의 발생 제어 방법. - Google Patents

활성산소 종의 발생속도가 제어되는 임플란트 및 이를 이용한 활성산소 종의 발생 제어 방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 활성산소 종의 발생속도가 제어되는 임플란트 및 이를 이용한 활성산소 종의 발생 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 활성산소 종의 발생속도가 제어되는 임플란트는 금속소재로로 이루어지고 내부에 홈이 있는 본체, 상기 홈의 일부 영역에 충진되어 있는 제 1 충진금속 및 상기 제 1 충진금속의 상부에 충진되는 제 2 충진금속을 포함하고, 상기 제 2 충진금속은 상기 제 1 충진금속과 다른 이온화 경향을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

활성산소 종의 발생속도가 제어되는 임플란트 및 이를 이용한 활성산소 종의 발생 제어 방법. {Implant having controlled generation rate of reactive oxygen species and method of controlling generation of reactive oxygen species using the same}
본 발명은 활성산소 발생속도를 제어한 임플란트 및 이의 제조방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 초기에는 빠른 활성 산소 발생 속도를 가지나 시간이 경과함에 따라 활성 산소 발생 속도가 감소되도록 제어되는 임플란트 및 이를 이용하여 활성산소 종의 발생을 시간에 따라 제어하는 방법에 대한 것이다.
활성산소 종(reactive oxygen species:ROS)의 다양한 생리학적 기전에 대한 연구가 진행되어, ROS의 혈관 신생을 촉진하는 효과가 밝혀졌다. 또한 활성산소 종은 상처 부분이 세균이나 바이러스에 감염되는 것을 막는 면역기능도 가지고 있다. 그러나 ROS는 화학적으로 불안정한 상태이므로 과도한 활성산소 종의 생성은 오히려 정상적인 세포막과 세포를 손상하는 등의 문제점을 일으킨다.
한편, 치과에서 임플란트 시술을 하는 동안 시술과정 또는 시술 이후에 구강환경의 특성상 상처 부위에 박테리아 등 감염이 발생할 수 있다. 이러한 감염은 골수염, 치주질환, 잇몸염증 등을 유발할 수 있다. 따라서 시술 초기에는 항균특성을 가지는 활성산소 종을 시술 부위에 투입함으로써 시술 부위의 감염을 방지할 수 있다. 그러나 감염에 의한 염증 위험단계 이후에는 활성산소 종의 발생은 오히려 혈관재생에 불리하므로 가능한 혈관재생에 유리한 저농도로 유지되어야 한다.
종래 ROS를 생성시키기 위한 기술들은 ROS 생성을 위해 빛 또는 전기에너지와 같은 외부의 에너지 공급원을 필요로 하거나 혹은 이종금속 간의 이온화 경향 차이에 따른 전기화학반응을 이용하기도 한다. 그러나 종래의 ROS 발생기술은 임플란트의 시술 후 시간의 경과에 따라 시술 부위의 상황에 맞게 ROS 발생 농도를 적절하게 제어할 수 있는 기술을 제시하지 못하고 있다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 활성산소 종의 발생속도를 제어하여 시술 부위의 상황에 맞게 항균작용 및 혈관재생 유도기능을 동시에 구현할 수 있는 임플란트 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 금속소재로 이루어지고 내부에 홈이 있는 본체, 상기 홈의 일부 영역에 충진되어 있는 제 1 충진금속 및 상기 제 1 충진금속의 상부에 충진되는 제 2 충진금속을 포함하고, 상기 제 2 충진금속은 상기 제 1 충진금속과 다른 이온화 경향을 가지며, 상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속은 모두 상기 본체에 비해 이온화 경향이 더 높은 값을 가지는, 활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 충진금속은 상기 제 1 충진금속에 비해 더 큰 이온화 경향을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속 중 어느 하나는 아연(Zn) 또는 아연 합금이고, 나머지는 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속 중 어느 하나는 철(Fe) 또는 철 합금이고, 나머지는 아연(Zn), 아연 합금, 마그네슘(Mg) 및 마그네슘 합금 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속 중 어느 하나는 순금속이고 나머지는 상기 순금속을 주된 금속으로 하는 합금일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속은 주된 금속은 동일하되 조성이 서로 다른 동종의 합금일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 본체는 티타늄, 티타늄 합금, 스테인레스 강 및 코발트-크롬 합금 중에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 금속소재로 이루어지고 내부에 홈이 있는 본체 및 상기 홈의 내부의 적어도 일부 영역에 충진되어 있는 충진금속을 포함하되, 상기 홈은 하부 영역의 단면적과 상이한 크기의 단면적을 가지는 상부 영역을 포함하며, 상기 충진금속은 상기 상이한 크기의 단면적을 가지는 상부 영역의 적어도 일부를 충진하고, 상기 충진금속은 상기 본체에 비해 이온화 경향이 더 높은 값을 가지는, 활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하부 영역의 단면적의 크기가 상기 상부 영역의 단면적에 비해 더 작은 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 홈은 상기 하부 영역의 단면이 상기 상부 영역으로 갈수록 테이퍼 형태로 증가하는 부분을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 충진금속은 아연(Zn), 아연 합금, 마그네슘(Mg) 및 마그네슘 합금 중 어느 하나 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 본체는 티타늄, 티타늄 함금, 스테인레스 강 및 코발트-크롬 합금 중 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 홈은 상기 본체의 상면에서부터 수직 하방으로 소정의 깊이를 가지고 연장된 형태일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 본체에 비해 더 높은 이온화 경향을 가지는 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 포함하는 임플란트를 이용한 활성산소 종 발생 속도 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 활성산소 종 발생 속도 제어 방법은 상기 제 2 충진금속과 본체와의 갈바닉 부식에 따른 상기 제 2 충진금속의 이온화에 의해 활성산소 종을 발생시키는 제 1 단계 및 상기 제 1 단계 이후, 상기 제 1 충진금속과 본체와의 갈바닉 부식에 따른 상기 제 1 충진금속의 이온화에 의해 상기 제 1 단계에서 발생된 농도와 다른 농도로 활성산소 종을 발생시키는 제 2 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 충진금속과 상기 제 2 충진금속은 서로 다른 이온화 경향을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 충진금속의 이온화 경향은 상기 제 1 충진금속에 비해 더 높으며, 상기 제 2 단계에서 발생한 활성산소 종의 농도는 상기 제 1 단계에서 발생한 활성산소 종의 농도에 비해 더 낮은 값을 가질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 본체에 비해 더 높은 이온화 경향을 가지는 충진금속이 서로 다른 단면적을 가지도록 형성된 홈 내에 충진된 임플란트를 이용한 활성 산소 종 발생 제어 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 단면적을 가지는 충진금속의 이온화에 의해 활성산소 종을 발생시키는 제 1 단계 및 상기 제 1 단계 이후, 상기 제 1 단면적과 상이한 단면적인 제 2 단면적을 가지는 충진금속의 이온화에 의해 상기 제 1 단계에서 발생된 농도와 다른 농도로 활성산소 종을 발생시키는 제 2 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 단계에서 발생한 활성산소 종의 농도는 상기 제 1 단계에서 발생한 활성산소 종의 농도에 비해 더 낮은 값을 가질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부에 홈이 형성된 본체를 준비하는 단계, 상기 홈의 내부의 일부 영역에 제 1 충진금속을 충진하는 단계, 상기 제 1 충진금속 상부로 제 2 충진금속을 충진하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 충진금속은 상기 제 1 충진금속과 다른 이온화 경향을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 충진금속은 상기 제 1 충진금속에 비해 더 큰 이온화 경향을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 충진하는 단계는, 상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 상기 홈에 직접 삽입하여 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 충진하는 단계는, 상기 제 1 충진금속의 용탕을 상기 홈에 주입하고 응고하는 단계 및 상기 제 1 충진금속의 상부에 상기 제 2 충진금속의 용탕을 주입하여 응고하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 충진하는 단계는, 상기 제 1 충진금속의 분말을 상기 홈에 투입하고 소결하는 단계 및 상기 제 1 충진금속의 상부에 상기 제 2 충진금속의 분말을 투입하여 소결하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 충진하는 단계는, 상기 제 1 충진금속의 분말 및 상기 제 2 충진금속의 분말을 순차로 상기 홈에 투입하고 소결하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 내부에 홈이 형성된 본체를 준비하는 단계 및 상기 홈의 적어도 일부 영역에 충진금속을 충진하는 단계를 포함하는 활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 홈은 하부 영역의 단면적에 비해 더 큰 단면적으로 가지는 상부 영역을 포함하고, 상기 충진금속을 충진하는 단계는, 상기 상부 영역의 적어도 일부 영역까지 상기 충진금속을 충진하는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 활성산소의 발생속도를 제어하여 살균작용 및 혈관재생 촉진기능을 갖는 임플란트 및 이의 제조방법을 제공하는 효과가 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 임플란트의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속이 충진 된 임플란트의 마이크로 CT 이미지를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 금속이 단면적이 넓어지는 부분까지 충진 된 임플란트의 마이크로 CT 이미지를 나타낸다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 활성산소의 발생속도에 대한 측정 결과를 나타낸 것이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예들은 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 임플란트의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 따르는 임플란트(10)는 내부에 홈이 있는 본체(100), 상기 홈의 하부에 적어도 일부 영역에 충진되어 있는 제 1 충진금속(110), 상기 홈의 제 1 충진금속(110) 상부에 충진되는 제 2 충진금속(120)을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본체(100)은 하부의 나사부(100a) 및 상부의 헤드부(100b)를 포함하는 나사형태를 가질 수 있다. 본체(100)의 내부에 형성된 홈(100c)는 본체(100)의 상면에서 수직 하방으로 소정의 깊이를 가지고 연장된 형태를 가진다. 예를 들어, 도 1과 같이 헤드부(100b)의 상면에서 나사부(100a)쪽으로 수직 하방으로 소정 깊이만큼 파여진 형태를 가질 수 있다.
홈(100c)은 수직방향으로 상부 영역과 하부 영역의 단면적이 서로 상이한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 것과 같이, 제 1 단면적을 가지고 제 1 깊이를 가지는 상부 영역과, 상기 제 1 단면적에 비해 더 작은 제 2 단면적을 가지고 제 2 깊이를 가지는 하부 영역을 포함한다. 이때 홈(100c)는 하부 영역에서 상부 영역으로 갈수록 단면적이 점진적으로 증가하는 테이퍼 형태를 가지는 부분이 형성될 수 있다. 여기서 상부 영역과 하부 영역은 홈 내부의 공간을 서로 구별하기 위한 상대적인 개념으로서, 홈 내부의 임의의 공간이 하부 영역으로 특정되면, 홈 내부에서 상기 하부 영역 보다 수직방향으로 더 높은 임의의 영역을 상부 영역으로 특정할 수 있다.
임플란트(10)를 구성하는 본체(100)는 생체에 사용하기 적합한 금속재료로, 상세하게는 티타늄, 티타늄 합금, 스테인레스 강 및 코발트-크롬 합금 중에서 선택되는 하나일 수 있다.
제 1 충진금속(110)은 홈(100c) 내부의 일부 영역에 충진 될 수 있다. 예를 들어, 도 1과 같이 홈(100c)의 하부 영역의 일부에 충진 될 수 있다. 제 1금속(110)의 상부에는 제 2 충진금속(120)이 충진 될 수 있다. 따라서 제 1 충진금속(110) 및 제 2 충진금속(120)은 홈(100c) 내부에서 수직방향으로 서로 적층된 형태를 가진다. 제 1 충진금속(110), 제 2 충진금속(120) 및 본체(100)은 서로 직접 접촉되어 전기적으로 통전이 가능한 형태를 가진다.
제 1 충진금속(110) 및 제 2 충진금속(120)은 서로 다른 이온화 경향을 가지는 이종 금속일 수 있다.
예를 들어 제 1 충진금속(110) 및 제 2 충진금속(120) 중 어느 하나는 아연(Zn) 또는 아연 합금 일 수 있으며, 상기 아연 합금은 아연-칼슘(Zn-Ca) 합금을 포함할 수 있다. 나머지 하나는, 이 보다 이온화 경향이 큰 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금, 예를 들어 마그네슘-칼슘(Mg-Ca) 합금일 수 있다.
다른 예로서, 제 1 충진금속(110) 및 제 2 충진금속(120) 중 어느 하나가 철(Fe) 또는 철 합금일 경우, 나머지 하나는 아연(Zn) 또는 아연 합금, 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금 일 수 있다.
또 다른 예로서, 제 1 충진금속(110) 및 제 2 충진금속(120)은 동종의 금속으로서 이온화 경향의 차이가 있는 금속일 수 있다. 예를 들어, 제 1 충진금속(110) 및 제 2 충진금속(120) 중 어느 하나는 순금속이고 나머지는 상기 순금속을 주된 금속으로 하는 합금일 수 있다. 또는 제 1 충진금속(110) 및 제 2 충진금속(120)은 주된 금속은 동일하되, 서로 조성이 다른 동종의 합금일 수 있다. 예를 들어, 제 1 충진금속(110)이 순수한 아연, 철 또는 마그네슘이고 제 2 충진금속(120)은 상기 순금속에 비해 이온화 경향이 높은 아연합금, 철합금 또는 마그네슘 합금일 수 있다. 물론 그 반대의 경우도 가능하다.
또는 제 1 충진금속(110)은 아연 합금, 철합금 또는 마그네슘 합금이고, 제 2 충진금속(120)은 상기 제 1 충진금속(110)과는 다른 조성을 가지며 서로 다른 이온화 경향을 가지는 아연합금, 철합금 또는 마그네슘 합금일 수 있다.
한편, 제 1 충진금속(110) 및 제 2 충진금속(120)은 모두 본체(100)에 비해 더 높은 이온화 경향을 가진다. 따라서 제 1 충진금속(110)과 본체(100) 혹은, 제 2 충진금속(120)과 본체(100) 사이에는 이온화 경향 차이에 의한 갈바닉 부식(galvanic corrosion)일어나게 된다. 이와 같이 구성을 갖는 임플란트(10)는 시술을 통해 인체에 삽입 이식된 후 부식환경에 놓이게 되며, 이때 제 1 충진금속(110) 또는 제 2 충진금속(120)은 양극이 되며 본체(100)은 음극이 되어 갈바닉 부식이 일어나게 된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 충진금속(120)의 상면의 위의 공간은 비어있는 공간이므로, 제 2 충진금속(120)의 상면은 외부의 부식환경에 직접 노출되어 있다. 따라서 상기 제 2 충진금속(120)의 상면에서 우선적으로 부식이 일어나게 된다.
이러한 구성을 갖는 임플란트(10)는 제 1 충진금속(110) 및 제 2 충진금속(120)의 이온화 경향을 차이를 이용하여 임플란트(10)를 이용하여 시술 후 활성산소 종의 발생량을 제어할 수 있는 제어방법이 구현된다.
이하에서는 예시적으로 제 2 충진금속(120)의 이온화경향이 제 1 충진금속(110)에 비해 더 높은 경우에서의 거동을 설명한다.
우선 제 2 충진금속(120)과 본체(100) 사이에 이온화 경향 차이에 의한 갈바닉 부식이 일어나게 된다. 이 경우 제 2 충진금속(120)은 전기화학적으로 양극(anode)이 되고, 본체(100)는 음극(cathode) 역할을 수행하게 된다. 일예로서, 제 2 충진금속(120)이 Mg이고 본체(100)가 티타늄 합금일 경우, 양극인 제 2 충진금속(120)과 음극인 본체(100)에서는 아래와 같은 반응에 의해 활성산소 종인 과산화수소(H2O2)가 만들어지게 된다.
양극(anode): Mg + 2H2O->Mg(OH)2+2H++2e-
음극(cathode): O2+2H++2e-->H2O2
이때, 제 2 충진금속(120)의 부식속도가 높아 활성산소 종의 생성속도가 높으며, 따라서 다량의 활성산소 종이 형성될 수 있다.
상기 제 2 충진금속(120)의 부식이 완료되면, 제 1 충진금속(110) 상부에 충진되어 있는 제 2 충진금속(120)이 제거되게 된다. 제 2 충진금속(120)이 제거됨에 따라 제 1 충진금속(110)의 상면이 부식환경에 직접 노출되면서 부식이 일어나게 된다. 따라서 제 2 충진금속(120)의 부식이 완료되는 단계는 제 1 충진금속(110)의 부식이 시작되는 단계로 이해될 수 있다. 다만, 제 2 충진금속(120)의 제거가 완료되는 시점에서 잔류하는 제 2 충진금속(120) 및 일부 영역이 노출된 제 1 충진금속(110)의 부식이 동시에 일어나는 구간이 존재할 수 있다.
제 1 충진금속(110)의 부식이 시작되면 제 2 충진금속(120)과 같은 원리로 활성산소 종이 만들어지게 된다. 그러나 제 1 충진금속(110)은 제 2 충진금속(120)보다 이온화 경향이 낮은 물질들로 본체(100)과의 갈바닉 부식이 일어날 때 부식속도가 상대적으로 느리다. 따라서 제 2 충진금속(120)에 비해 상대적으로 느린 부식속도에 의하여 음극인 본체(100) 표면에서의 활성산소 종의 생성 속도가 제 2 충진금속(120)의 부식될 때와 비교하여 상대적으로 느리다. 따라서 발생되는 활성산소 종의 양이 감소하게 된다.
따라서 상술한 제 1 실시예를 따르는 임플란트를 이용하여 시술 후 활성산소 종의 발생량을 제어할 수 있는 제어방법이 구현된다. 즉, 본체에 비해 더 높은 이온화 경향을 가지는 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 포함하는 임플란트를 이용한 활성산소 종 발생 속도 제어 방법으로서, 상기 제 2 충진금속과 본체와의 갈바닉 부식에 따른 상기 제 2 충진금속의 이온화에 의해 활성산소 종을 발생시키는 제 1 단계; 및 및 상기 제 1 단계 이후, 상기 제 1 충진금속과 본체와의 갈바닉 부식에 따른 상기 제 1 충진금속의 이온화에 의해 상기 상기 제 1 단계에서 발생한 활성산소 종의 농도에 비해 더 낮은 농도의 활성산소 종을 발생시키는 제 2 단계;를 포함한다.
이러한 본 발명의 제 1 실시예를 따르는 임플란트의 경우, 임플란트 시술 초기에는 높은 활성산소 종의 생성 속도에 기인하여 고농도의 활성산소 종이 생성된다. 그러나 시간이 경과함에 따라 활성산소 종의 생성 속도가 감소하게 되며, 따라서 상대적으로 저농도의 활상산소 종이 형성되는 단계로 진입하게 된다.
따라서 본 발명의 일 실시예를 따르는 임플란트로 시술 할 경우, 초기에는 항균작용에 충분한 농도의 활성산소 종을 발생시켜 시술 초기에 빈발하는 감염에 의한 골수염, 치주질환, 잇몸염증 등의 방지에 주력할 수 있고, 감염에 의한 염증 위험단계 이후에는 활성산소 종의 발생 농도를 낮춰 혈관 재생에 필요한 저농도로 유지할 수 있다. 이에 따라 활성산소의 중요한 두 가지 작용인 항균 기능과 혈관재생 유도 기능을 하나의 임플란트를 이용하여 시술부위의 상황에 맞게 시간별로 제어하는 것이 가능해진다.
경우에 따라 초기에는 저농도의 활성산소 종을 생성시키고 시간이 경과됨에 따라 고농도의 활송산소 종의 발생시킬 필요가 있을 수 있으며, 이런 경우에는 제 2 충진금속(120)으로 제 1 충진금속(110)보다 낮은 이온화 경향을 가지는 금속으로 사용한다.
제 1 실시예를 따른 임플란트는 내부에 형성된 홈으로 제 1 충진금속 부재 및 제2 금속부재를 순차적으로 삽입하여 형성할 수 있다.
예를 들어, 홈 내부의 삽입될 영역과 유사한 형상 및 크기를 가지는 제 1 충진금속 부재 및 제 2 충진금속 부재를 준비한 후, 기계적 압력을 인가하여 상기 제 1 충진금속 부재 및 제 2 충진금속 부재를 해당 영역에 삽입하여 제조할 수 있다.
예를 들어, 억지끼움 방법으로 제 1 충진금속 부재 및 제 2 충진금속 부재를 삽입하는 경우, 삽입되는 단계에서 제 1 충진금속 부재 및 제 2 충진금속 부재의 약간의 소성변형이 일어나면서 홈 내면과 접촉하면서 안정적인 기계적 결합이 구현될 수 있다.
다른 제조방법으로서, 주조방법을 이용하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 본체의 홈 내부로 제 1 충진금속의 용탕을 적정량만큼 주입한 후 응고시킨다. 다음, 제 1 충진금속의 상부의 빈 공간으로 제 2 충진금속의 용탕을 주입하여 응고시킴으로써 제조가 완료될 수 있다.
또 다른 제조방법으로서, 분말야금법을 이용하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 제 1 충진금속의 분말을 본체의 홈 내부로 투입한 후 1차 소결하고, 그 상부에 제 2 충진금속의 분말을 투입한 후 2차 소결하여 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 제조할 수 있다. 혹은 제 1 충진금속분말 및 제 2 충진금속분말을 순차로 홈 내부로 투입하여 충진한 후 동시에 소결함으로써 제조할 수 있다.
도 2은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 임플란트의 구조를 나타내는 도면이다. 제 2 실시예를 설명함에 있어 제 1 실시예와 동일한 부분은 편의상 설명을 생략한다.
도 2를 참고하면, 임플란트(20)는 내부에 홈이 있는 본체(200), 상기 홈에 삽입되는 충진금속(210)으로 이루어 질 수 있다. 이때 충진금속(210)은 본체(200)에 비해 더 높은 이온화 경향을 가지는 금속이며, 따라서 충진금속(210)과 본체(200) 사이에는 갈바닉 부식이 일어나게 된다.
홈은 하부 영역의 단면적에 비해 더 큰 단면적으로 가지는 상부 영역을 포함하며, 상기 충진금속(210)은 상기 더 큰 단면적을 가지는 상부 영역의 적어도 일부를 충진 할 수 있다. 충진금속(210)은 생분해성 금속으로서, 예를들면, 아연(Zn) 또는 아연 합금, 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금 등일 수 있다.
이와 같이 구성을 갖는 임플란트(20)를 시술할 경우, 부식환경 하에서 갈바닉 부식에 의해 충진금속(210)의 상부에서부터 부식이 이루어지게 된다. 상부는 하부에 비하여 단면적이 넓은 부분으로 부식이 이루어지는 부분이 넓어 자유전자의 생성 양이 많아 활성산소 종의 생성속도가 빨라지게 되며, 점차 하부로 내려갈수록 부식이 이루어지는 단면적이 작아 자유전자의 생성 양이 적어지게 되며 활성산소 종의 생성속도가 상대적으로 느려지게 된다.
따라서 상술한 제 2 실시예를 따르는 임플란트를 이용하여 시술 후 활성산소 종의 발생량을 제어할 수 있는 제어방법이 구현된다. 즉, 상기 제어방법은, 제 1 단면적으로 가지는 제 1 충진금속의 이온화에 의해 활성산소 종을 발생시키는 제 1 단계, 및 상기 제 1 단계 이후, 상기 제 1 단면적에 비해 더 작은 값을 가지는 제 2 단면적을 가지는 제 1 충진금속의 이온화에 의해 상기 제 1 단계에 비해 더 낮은 농도의 활성산소 종을 발생시키는 제 2 단계를 포함하게 된다.
이러한 제 2 실시예 역시 제 1 실시예와 마찬가지로 시간에 따라 활성산소 종을 제어함으로써 시술에 따른 감염방지 및 혈관재생 유도 기능을 동시에 실현할 수 있다.
상기 제 2 실시예의 변형예로서, 제 2 실시예에서의 상부 영역 및 하부 여역의 단면적이 반대일 경우, 홈이 하부 영역의 단면적에 비해 더 작은 단면적으로 가지는 상부 영역을 포함하며, 충진금속이 상기 더 작은 단면적을 가지는 상부 영역의 적어도 일부를 충진 할 수 있다. 이 경우에는 제 2 실시예에서와는 반대로 제 2 단계에서 발생되는 활성산소 종의 농도가 제 1 단계에서 발생되는 활성산소 종의 농도에 비해 더 큰 값을 가질 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예들을 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실시예 들만으로 한정되는 것은 아니
제조예 1. 아연( Zn )/마그네슘(Mg)이 충진된 임플란트 제조.
활성산소의 발생속도를 제어할 수 있는 아연(Zn)/마그네슘(Mg)이 충진되어 있는 임플란트를 제조하였다. 구체적으로는 임플란트 내의 하부에서 일부 영역까지 아연(Zn) 부재를 기계적으로 삽입하여 충진하였다. 그 이후 아연(Zn)층 위로 임플란트 내부의 단면적이 넓어지기 직전까지 같은 방식으로 마그네슘(Mg)을 충진하였다.
제조예 2. 아연( Zn )이 충진된 임플란트 제조.
활성산소의 발생속도를 제어하기 위하여 아연(Zn)이 충진되어 있는 임플란트를 제조하였다. 제조예 1과 같은 방식으로 임플란트 내의 하부에서 일부지점까지 아연(Zn)을 충진하였다. 그 이후 아연(Zn)층 위로 임플란트 내의 단면적이 넓어지는 부분까지 동일한 방식으로 다시 한번 아연(Zn)을 충진하였다.
도 3은 제조예 1에 따른, 아연(Zn)/마그네슘(Mg)이 충진된 임플란트의 마이크로 CT 이미지를 나타낸다.
도 3을 참고하면, 도 3(a)는 임플란트 내에 아연(Zn)층을 충진한 것으로 CT이미지의 검은색 부분으로 충진된 아연(Zn)이 임플란트 내의 하부에서 일부 지점까지 충진 되어 있는 것을 확인 할 수 있다. 도 3(b)는 마그네슘(Mg)층을 충진 후 CT 이미지를 확인한 것으로 마그네슘(Mg)층이 아연(Zn)층 위로 충진되어 있는 것을 확인 할 수 있다.
도 4는 제조예 2에 따른, 아연(Zn)이 충진된 임플란트의 마이크로 CT 이미지를 나타낸다.
도 4를 참고하면, 도 4(a)는 1단계로 임플란트 내에 아연(Zn)층을 충진한 것으로 CT이미지의 검은색 부분으로 충진된 아연(Zn)이 임플란트 내의 하부에서 일부지점까지 충진 되어 있는 것을 확인 할 수 있다. 또한, 도 4(b)는 다시 아연(Zn)을 임플란트 내로 충진한 것으로 임플란트 내의 단면적이 넓어지는 지점까지 아연(Zn)이 충진되어 있는 것을 확인 할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 활성산소 종의 발생속도에 대한 그래프를 나타낸 것이다.
먼저, 도 5를 참고하면, 제조예 1의 아연(Zn)/마그네슘(Mg)이 충진 된 임플란트를 PBS 버퍼에 넣어 준 후, 시간에 따른 활성산소의 농도를 측정한 것이다. 그 결과 약 2일동안은 시간당 0.25μmol의 활성산소가 생성되다 3일 이후로 활성산소의 농도가 점차 감소하는 것을 확인 할 수 있다.
이는, 약 2일 동안 마그네슘(Mg)이 부식을 하면서 빠르게 활성산소가 생성되고 2일 이후부터 아연(Zn)의 부식이 시작되면서 마그네슘(Mg)에 비하여 부식속도가 느려져 활성산소의 발생속도가 감소하는 것으로 판단된다.
도 6을 참고하면, 제조예 2의 아연(Zn)이 충진 된 임플란트를 PBS 버퍼에 넣어 준 후, 시간에 따른 활성산소의 발생속도를 측정한 것으로, 약 4일동안 시간당 0.3μmol의 활성산소가 생성되다 5일째 이후로 활성산소의 발생속도가 점차 감소하는 것을 확인할 수 있다.
이는, 약 4일 동안 PBS 버퍼에 노출되는 아연(Zn)의 단면적이 넓어 생성되는 활성산소의 양이 증가하고, 이후 상대적으로 PBS 버퍼에 노출되는 아연(Zn)의 단면적이 좁아져 생성되는 활성산소의 양이 감소하는 것으로 판단된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 임플란트
100: 본체
110: 제 1 충진금속
120: 제 2 충진금속

Claims (27)

  1. 금속소재로 이루어지고 내부에 홈이 있는 본체;
    상기 홈의 일부 영역에 충진되어 있는 제 1 충진금속; 및
    상기 제 1 충진금속의 상부에 충진되는 제 2 충진금속;을 포함하고,
    상기 제 2 충진금속은 상기 제 1 충진금속과 다른 이온화 경향을 가지며,
    상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속은 모두 상기 본체에 비해 이온화 경향이 더 높은 값을 가지는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 충진금속은 상기 제 1 충진금속에 비해 더 큰 이온화 경향을 갖는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속 중 어느 하나는 아연(Zn) 또는 아연 합금이고, 나머지는 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금인,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속 중 어느 하나는 철(Fe) 또는 철 합금이고, 나머지는 아연(Zn), 아연 합금, 마그네슘(Mg) 및 마그네슘 합금 중 어느 하나인,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속 중 어느 하나는 순금속이고 나머지는 상기 순금속을 주된 금속으로 하는 합금인,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속은 주된 금속은 동일하되 조성이 서로 다른 동종의 합금인,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는 티타늄, 티타늄 합금, 스테인레스 강 및 코발트-크롬 합금 중에서 선택되는 어느 하나를 포함하는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  8. 금속소재로 이루어지고 내부에 홈이 있는 본체; 및
    상기 홈의 내부의 적어도 일부 영역에 충진되어 있는 충진금속;을 포함하되,
    상기 홈은 하부 영역의 단면적과 상이한 크기의 단면적을 가지는 상부 영역을 포함하며,
    상기 충진금속은 상기 상이한 크기의 단면적을 가지는 상부 영역의 적어도 일부를 충진하고,
    상기 충진금속은 상기 본체에 비해 이온화 경향이 더 높은 값을 가지는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하부 영역의 단면적의 크기가 상기 상부 영역의 단면적에 비해 더 작은 값을 가지는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 하부 영역의 단면이 상기 상부 영역으로 갈수록 테이퍼 형태로 증가하는 부분을 포함하는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 충진금속은 아연(Zn), 아연 합금, 마그네슘(Mg) 및 마그네슘 합금 중 어느 하나인,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 본체는 티타늄, 티타늄 합금, 스테인레스 강 및 코발트-크롬 합금 중 하나인,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  13. 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 본체의 상면에서부터 수직 하방으로 소정의 깊이를 가지고 연장된 형태인,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트.
  14. 본체에 비해 더 높은 이온화 경향을 가지는 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 포함하는 임플란트를 이용한 활성산소 종 발생 속도 제어 방법으로서,
    상기 제 2 충진금속과 본체와의 갈바닉 부식에 따른 상기 제 2 충진금속의 이온화에 의해 활성산소 종을 발생시키는 제 1 단계; 및
    상기 제 1 단계 이후, 상기 제 1 충진금속과 본체와의 갈바닉 부식에 따른 상기 제 1 충진금속의 이온화에 의해 상기 제 1 단계에서 발생된 농도와 다른 농도로 활성산소 종을 발생시키는 제 2 단계;를 포함하며,
    상기 제 1 충진금속과 상기 제 2 충진금속은 서로 다른 이온화 경향을 가지는,
    활성산소 종 발생 속도 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 충진금속의 이온화 경향은 상기 제 1 충진금속에 비해 더 높으며,
    상기 제 2 단계에서 발생한 활성산소 종의 농도는 상기 제 1 단계에서 발생한 활성산소 종의 농도에 비해 더 낮은 값을 가지는,
    활성산소 종 발생 속도 제어 방법.
  16. 본체에 비해 더 높은 이온화 경향을 가지는 충진금속이 서로 다른 단면적을 가지도록 형성된 홈 내에 충진된 임플란트를 이용한 활성 산소 종 발생 제어 방법으로서,
    제 1 단면적을 가지는 충진금속의 이온화에 의해 활성산소 종을 발생시키는 제 1 단계; 및
    상기 제 1 단계 이후, 상기 제 1 단면적과 상이한 단면적인 제 2 단면적을 가지는 충진금속의 이온화에 의해 상기 제 1 단계에서 발생된 농도와 다른 농도로 활성산소 종을 발생시키는 제 2 단계;를 포함하는,
    활성산소 종 발생 속도 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 단계에서 발생한 활성산소 종의 농도는 상기 제 1 단계에서 발생한 활성산소 종의 농도에 비해 더 낮은 값을 가지는,
    활성산소 종 발생 속도 제어 방법.
  18. 내부에 홈이 형성된 본체를 준비하는 단계;
    상기 홈의 내부의 일부 영역에 제 1 충진금속을 충진하는 단계;
    상기 제 1 충진금속 상부로 제 2 충진금속을 충진하는 단계; 를 포함하고,
    상기 제 2 충진금속은 상기 제 1 충진금속과 다른 이온화 경향을 가지는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 충진금속은 상기 제 1 충진금속에 비해 더 큰 이온화경향을 갖는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트의 제조방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 충진하는 단계는,
    상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 상기 홈에 직접 삽입하여 형성하는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트의 제조방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 충진하는 단계는,
    상기 제 1 충진금속의 용탕을 상기 홈에 주입하고 응고하는 단계; 및
    상기 제 1 충진금속의 상부에 상기 제 2 충진금속의 용탕을 주입하여 응고하는 단계; 를 포함하는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트의 제조방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 충진하는 단계는,
    상기 제 1 충진금속의 분말을 상기 홈에 투입하고 소결하는 단계; 및
    상기 제 1 충진금속의 상부에 상기 제 2 충진금속의 분말을 투입하여 소결하는 단계;를 포함하는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트의 제조방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 충진금속 및 제 2 충진금속을 충진하는 단계는,
    상기 제 1 충진금속의 분말 및 상기 제 2 충진금속의 분말을 순차로 상기 홈에 투입하고 소결하는 단계;를 포함하는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트의 제조방법.
  24. 내부에 홈이 형성된 본체를 준비하는 단계: 및
    상기 홈의 적어도 일부 영역에 충진금속을 충진하는 단계; 를 포함하되,
    상기 홈은 하부 영역의 단면적에 비해 더 큰 단면적으로 가지는 상부 영역을 포함하고,
    상기 충진금속을 충진하는 단계는,
    상기 상부 영역의 적어도 일부 영역까지 상기 충진금속을 충진하는 단계를 포함하는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트의 제조방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 충진금속을 충진하는 단계는,
    상기 충진금속을 상기 홈에 직접 삽입하여 형성하는
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트의 제조방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 충진금속을 충진하는 단계는,
    상기 충진금속의 용탕을 상기 홈에 주입하고 응고하는 단계를 포함하는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트의 제조방법.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 충진금속을 충진하는 단계는,
    상기 충진금속의 분말을 상기 홈에 투입하고 소결하는 단계를 포함하는,
    활성산소 종의 발생속도를 제어하는 임플란트의 제조방법.

KR1020190066915A 2019-06-05 2019-06-05 활성산소 종의 발생속도가 제어되는 임플란트 및 이를 이용한 활성산소 종의 발생 제어 방법. KR102252691B1 (ko)

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