KR20220011299A - Manufacturing method of HA-coated dental implant using Ti-Nb-Ta alloy And dental implant - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of an HA coating-type dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy and the dental implant manufactured thereby. Specifically, the present invention relates to the manufacturing method of an HA coating-type dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy and the dental implant manufactured thereby, wherein, the present invention lowers a modulus of elasticity so as to reduce a stress shielding phenomenon with the bone, and to improve a corrosion resistance and biocompatibility by surface-treating a titanium alloy using a plasma electrolytic oxidation method after manufacturing the Ti-Nb-Ta alloy. The manufacturing method comprises: a step of preparing a titanium alloy; a step of forming an oxide film; and a step of forming an HA coating layer.

Description

Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법 및 치과용 임플란트{Manufacturing method of HA-coated dental implant using Ti-Nb-Ta alloy And dental implant} Manufacturing method of HA-coated dental implant using Ti-Nb-Ta alloy And dental implant

본 발명은 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법 및 치과용 임플란트에 관한 것으로, Ti-Nb-Ta합금을 제조한 다음, 플라즈마 전해 산화법을 이용하여 티타늄계 합금을 표면처리함으로써, 탄성계수를 낮춰 골과의 응력차폐 현상를 감소시킬 수 있고, 내부식성과 생체적합성을 향상시킬 수 있는 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법 및 치과용 임플란트에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy and to a dental implant. By treating it, it is possible to reduce the stress shielding phenomenon with bone by lowering the elastic modulus, and it is possible to improve corrosion resistance and biocompatibility. it's about

일반적으로 치과용 임플란트는 티타늄 또는 티타늄 합금을 기계적으로 가공한 후, 임플란트의 골내 적합성을 향상시키기 위한 다양한 표면처리 공정을 수행한다.In general, dental implants are subjected to various surface treatment processes to improve intraosseous compatibility of implants after mechanically processing titanium or titanium alloy.

종래의 치과용 임플란트의 표면처리 방법에는 산을 이용한 에칭 방법, 플라즈마 스프레이법, 이온주입법, 가열산화법, 졸-겔(sol-gel) 코팅법, 물리적 증착법(PVD) 및 전기 화학적 증착법등이 이용되고 있다.Conventional methods for surface treatment of dental implants include an acid etching method, plasma spray method, ion implantation method, heat oxidation method, sol-gel coating method, physical vapor deposition (PVD), and electrochemical vapor deposition method. have.

하지만, 산을 이용한 에칭 방법으로 표면처리된 임플란트의 경우, 표면에 잔류하는 산에 의하여 염증반응이 발생되게 되거나, 임플란트의 표면에 부식을 일으켜 임상적인 문제점이 발생하였다.However, in the case of an implant surface-treated by an etching method using an acid, an inflammatory reaction occurs due to the acid remaining on the surface, or a clinical problem occurs due to corrosion on the surface of the implant.

또한, 플라즈마 스프레이법은 현재 상업적으로 바이오 세라믹을 임플란트에 코팅할 때 주로 이용되는 방법이나, 마이크로 크랙, 코팅층과 임플란트 표면의 낮은 결합력, 높은 온도에서의 노출에 의한 상변화, 불균질한 코팅 밀도, 불규칙적인 미세 구조 제어등의 단점을 지니고 있다.In addition, the plasma spray method is currently mainly used for coating bioceramics on implants commercially, but micro-cracks, low bonding strength between the coating layer and the implant surface, phase change due to exposure to high temperature, non-uniform coating density, It has disadvantages such as irregular microstructure control.

또한, 전기화학 증착법은 티타늄 또는 티타늄 합금에 칼슘-포스페이트, 하이드록 아파타이트 등을 코팅한 코팅층과 임플란트(티타늄 또는 티타늄 합금)와의 결합력이 약하여, 임플란트로부터 박리되거나, 임플란트와 코팅층과의 계면 또는 코팅층 내부에서 생물학적 작용에 의한 생분해, 흡수 등에 의하여 임플란트 주변 골조직에 만성 염증이 발생되는 문제점이 있었다.In addition, in the electrochemical deposition method, the bonding force between the coating layer coated with calcium-phosphate, hydroxyapatite, etc. on titanium or titanium alloy and the implant (titanium or titanium alloy) is weak, so that it is peeled off from the implant, the interface between the implant and the coating layer, or the inside of the coating layer In this study, there was a problem in that chronic inflammation occurred in the bone tissue around the implant due to biodegradation and absorption by biological action.

즉, 종래의 임플란트의 표면 처리방법들은 코팅층의 결합력이 약하여 쉽게 임플란트로부터 박리되고 생체적합성이 떨어지는 문제점들로 인해, 이식실패의 결과로 도출되게 되는 심각한 문제점을 지닌다.That is, conventional implant surface treatment methods have a serious problem in that they are easily peeled off from the implant due to the weak bonding strength of the coating layer and lead to poor biocompatibility, resulting in implantation failure.

이에 본 발명자들은 스스로 플라즈마 전해 산화법을 이용한 치과용 임플란트의 표면처리 방법을 개발하였으며, 한국 등록특허 10-1737358호를 통해 개시되었다.Accordingly, the present inventors have developed a method for surface treatment of dental implants using plasma electrolytic oxidation by themselves, which was disclosed through Korean Patent Registration No. 10-1737358.

종래의 플라즈마 전해 산화법을 이용한 치과용 임플란트의 표면 처리방법은, 주 재료로 Ti-6Al-4V인 티타늄계 합금을 이용하여, 플라즈마 전해 산화법에 의해 치과용 임플란트를 표면처리함으로써, 내식성 및 내마모성을 증가시키고, 생체적합성을 향상시킬 수 있는 장점을 지닌다.In the conventional method for surface treatment of dental implants using plasma electrolytic oxidation, corrosion resistance and wear resistance are increased by surface treatment of dental implants by plasma electrolytic oxidation using a titanium-based alloy of Ti-6Al-4V as a main material. and has the advantage of improving biocompatibility.

하지만, 종래의 플라즈마 전해 산화법을 이용한 치과용 임플란트의 표면 처리방법은 티타늄계 합금으로 Ti-6Al-4V합금이 이용되는데, 이 Ti-6Al-4V합금은 10~30 GPA의 탄성계수를 갖는 피질골과 비교하며, 약 110GPA의 탄성계수를 가지고 있어, 피질골과 비교하여 여전히 높은 탄성계수를 가지고 있어, 이러한 종래의 티타늄계 합금을 이용하여 생체 내에 매식하였을 경우, 골과 합금 간의 탄성계수 차이로 인해 응력차폐(stress shielding) 현상이 발생하면서 인접한 골에 높은 응력이 전달되어 생체적합도가 크게 감소하거나 임상적으로 실패가 발생하는 문제점이 있었다.However, in the conventional method for surface treatment of dental implants using plasma electrolytic oxidation, Ti-6Al-4V alloy is used as a titanium-based alloy, and this Ti-6Al-4V alloy is composed of cortical bone and In comparison, it has a modulus of elasticity of about 110 GPA, and still has a high modulus of elasticity compared to cortical bone. As the (stress shielding) phenomenon occurs, high stress is transmitted to the adjacent bone, and there is a problem that biocompatibility is greatly reduced or clinical failure occurs.

또한, 종래의 Ti-6Al-4V합금은 바나듐 및 알루미늄 원소를 함유하고 있는데, 알루미늄 원소의 경우, 알츠하이머병을 유발시키는 원인으로 알려져 있으며, 바나듐의 경우, 중독, 소화 장애, 신부전 및 저혈당을 유발시키는 문제점이 있었다.In addition, the conventional Ti-6Al-4V alloy contains vanadium and aluminum elements. In the case of aluminum element, it is known to cause Alzheimer's disease, and in the case of vanadium, it causes poisoning, digestive disorders, renal failure and hypoglycemia. There was a problem.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적 Ti-Nb-Ta 합금을 제조한 다음, 플라즈마 전해 산화법을 이용하여 티타늄계 합금을 표면처리함으로써, 내식성을 증대시키고, 골과 유사한 탄성계수를 지녀 골과의 응력차폐 현상를 감소시킬 수 있는 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법 및 치과용 임플란트를 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve this problem, by preparing a Ti-Nb-Ta alloy for the purpose of the present invention and then surface-treating the titanium-based alloy using a plasma electrolytic oxidation method, thereby increasing corrosion resistance and similar to bone An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy that has an elastic modulus and can reduce stress shielding with bone, and a dental implant.

본 발명의 다른 목적은, 플라즈마 전화 산화 처리 시, 칼슘 및 인 이온을 포함하는 전해용액을 이용하여, 티타늄계 합금의 표면에 칼슘 원소 및 인 원소가 형성되게 함으로써, 생체적합성을 향상시킬 수 있는 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법 및 치과용 임플란트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to use an electrolyte solution containing calcium and phosphorus ions during plasma conversion oxidation treatment to form calcium elements and phosphorus elements on the surface of a titanium-based alloy, thereby improving the biocompatibility of Ti To provide a method for manufacturing an HA-coated dental implant using a -Nb-Ta alloy and a dental implant.

본 발명의 또 다른 목적은, 플라즈마 전화 산화 처리를 수행하여, 표면에 다공성 산화피막을 형성시킨 다음, RF-마그네트론 스퍼터링에 의해 HA(하이드록시 아파타이트)코팅층이 형성되게 함으로써, 생체적합성을 향상시킬 수 있는 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법 및 치과용 임플란트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to perform plasma conversion oxidation treatment to form a porous oxide film on the surface, and then to form an HA (hydroxyapatite) coating layer by RF-magnetron sputtering, thereby improving biocompatibility. To provide a method for manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy and a dental implant.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 티타늄계 합금을 준비하는 티타늄계 합금 준비단계; 및 준비된 상기 티타늄계 합금을 전해용액에 침지시키고, 플라즈마 전해 산화장치에 펄스 전류를 인가하여, 상기 티타늄계 합금의 표면에 다공성 산화 피막을 형성하는 산화 피막 형성단계;를 포함하고, 상기 티타늄계 합금은 Ti-25Nb-xTa이고, 여기서 x는 3 내지 15인 것을 특징으로 하는 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 치과용 임플란트의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes a titanium-based alloy preparation step of preparing a titanium-based alloy; and an oxide film forming step of immersing the prepared titanium-based alloy in an electrolyte solution, and applying a pulse current to a plasma electrolytic oxidation device to form a porous oxide film on the surface of the titanium-based alloy. is Ti-25Nb-xTa, wherein x provides a method for manufacturing a dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy, characterized in that 3 to 15.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전해용액은 칼슘 이온 및 인 이온을 포함한다.In a preferred embodiment, the electrolyte solution contains calcium ions and phosphorus ions.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전해용액은 아세트산칼슘(Calcium acetate) 및 글리세로인산 칼슘(Calcium glycerophosphate)을 포함한다.In a preferred embodiment, the electrolyte solution includes calcium acetate and calcium glycerophosphate.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 산화 피막 형성 단계에서, 상기 플라즈마 전해 산화장치에 인가는 되는 전압은 260~300V이고, 가용시간은 2분 내지 4분이다.In a preferred embodiment, in the step of forming the oxide film, the voltage applied to the plasma electrolytic oxidation device is 260 ~ 300V, and the available time is 2 minutes to 4 minutes.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 산화피막 형성 단계 이후에, 산화피막이 형성된 티타늄계 합금을 에탄올 및 증류수 세척한 다음 건조시키는 건조단계;를 더 포함한다.In a preferred embodiment, after the oxide film forming step, a drying step of washing the titanium-based alloy on which the oxide film is formed with ethanol and distilled water and then drying; further comprises.

또한, 본 발명은 상기 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 치과용 임플란트의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트를 더 제공한다.In addition, the present invention further provides a dental implant, characterized in that manufactured by the manufacturing method of the dental implant using the Ti-Nb-Ta alloy.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 치과용 임플란트의 표면에는 TiO2, Ta2O5 및 Nb2O5를 포함하는 다공성 산화피막이 형성된다.In a preferred embodiment, a porous oxide film containing TiO 2 , Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 is formed on the surface of the dental implant.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 치과용 임플란트의 표면에는 칼슘 원소 및 인 원소가 형성된다.In a preferred embodiment, elemental calcium and elemental phosphorus are formed on the surface of the dental implant.

또한, 본 발명은 티타늄계 합금을 준비하는 티타늄계 합금 준비단계; 준비된 상기 티타늄계 합금을 전해용액에 침지시키고, 플라즈마 전해 산화장치에 펄스 전류를 인가하여, 상기 티타늄계 합금의 표면에 다공성 산화 피막을 형성하는 산화 피막 형성단계; 및 상기 다공성 산화 피막이 형성된 티타늄계 합금의 표면에 HA(하이드록시 아파타이트)코팅층을 형성하는 HA 코팅층 형성단계;를 포함하고, 상기 티타늄계 합금은 Ti-25Nb-xTa이고, 여기서 x는 3 내지 15인 것을 특징으로 하는 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법을 더 제공한다.In addition, the present invention is a titanium-based alloy preparation step of preparing a titanium-based alloy; an oxide film forming step of immersing the prepared titanium-based alloy in an electrolyte solution and applying a pulse current to a plasma electrolytic oxidation device to form a porous oxide film on the surface of the titanium-based alloy; and an HA coating layer forming step of forming an HA (hydroxyapatite) coating layer on the surface of the titanium-based alloy on which the porous oxide film is formed, wherein the titanium-based alloy is Ti-25Nb-xTa, where x is 3 to 15 It further provides a method of manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy, characterized in that.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전해용액은 인산용액(H3PO4)을 포함한다.In a preferred embodiment, the electrolyte solution includes a phosphoric acid solution (H 3 PO 4 ).

바람직한 실시예에 있어서, 상기 산화 피막 형성 단계에서, 상기 플라즈마 전해 산화장치에 인가는 되는 전압은 260~300V이고, 가용시간은 2분 내지 4분이다.In a preferred embodiment, in the step of forming the oxide film, the voltage applied to the plasma electrolytic oxidation device is 260 ~ 300V, and the available time is 2 minutes to 4 minutes.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 산화피막 형성 단계 이후에, 산화피막이 형성된 티타늄계 합금을 에탄올 및 증류수 세척한 다음 건조시키는 건조단계;를 더 포함한다.In a preferred embodiment, after the oxide film forming step, a drying step of washing the titanium-based alloy on which the oxide film is formed with ethanol and distilled water and then drying; further comprises.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 HA 코팅층 형성단계는 RF-마그네트론 스퍼터링에 의해 HA(하이드록시 아파타이트)코팅층이 형성된다.In a preferred embodiment, in the step of forming the HA coating layer, an HA (hydroxyapatite) coating layer is formed by RF-magnetron sputtering.

또한, 본 발명은 상기 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트를 더 제공한다.In addition, the present invention further provides a dental implant, characterized in that produced by the manufacturing method of the HA coated dental implant using the Ti-Nb-Ta alloy.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 치과용 임플란트의 표면에는 TiO2, Ta2O5 및 Nb2O5를 포함하는 다공성 산화피막이 형성된다.In a preferred embodiment, a porous oxide film containing TiO 2 , Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 is formed on the surface of the dental implant.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 치과용 임플란트의 표면에는 HA(하이드록시 아파타이트)입자가 형성된다.In a preferred embodiment, HA (hydroxyapatite) particles are formed on the surface of the dental implant.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.

본 발명의 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법 및 치과용 임플란트에 의하면, Ti-Nb-Ta 합금을 제조한 다음, 플라즈마 전해 산화법을 이용하여 티타늄계 합금을 표면처리함으로써, 내식성을 증대시키고, 골과 유사한 탄성계수를 지녀 골과의 응력차폐 현상를 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the method for manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy of the present invention and a dental implant, a Ti-Nb-Ta alloy is prepared and then the titanium-based alloy is surface-treated using a plasma electrolytic oxidation method. By doing so, there is an effect of increasing corrosion resistance and preventing stress shielding with bone by having a modulus of elasticity similar to that of bone.

또한, 본 발명의 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법 및 치과용 임플란트에 의하면, 플라즈마 전화 산화 처리 시, 칼슘 및 인 이온을 포함하는 전해용액을 이용하여, 티타늄계 합금의 표면에 칼슘 원소 및 인 원소가 형성되게 함으로써, 골과 결합을 유도하고, 골 세포 부착 및 골 결합 성장을 촉진시켜 생체적합성을 향상시킬 수 있는 장점을 지닌다.In addition, according to the method for manufacturing an HA-coated dental implant using the Ti-Nb-Ta alloy of the present invention and the dental implant, a titanium-based electrolyte solution containing calcium and phosphorus ions is used during plasma conversion oxidation treatment. By allowing elemental calcium and elemental phosphorus to be formed on the surface of the alloy, it has the advantage of inducing bone bonding and promoting bone cell adhesion and bone bond growth to improve biocompatibility.

또한, 본 발명의 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법 및 치과용 임플란트에 의하면, 플라즈마 전화 산화 처리를 수행하여, 표면에 다공성 산화피막을 형성시킨 다음, RF-마그네트론 스퍼터링에 의해 HA(하이드록시 아파타이트)코팅층이 형성되게 함으로써, 생체적합성을 향상시킬 수 있다.In addition, according to the method for manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy of the present invention and the dental implant, plasma conversion oxidation treatment is performed to form a porous oxide film on the surface, and then, RF-magnetron By allowing the HA (hydroxyapatite) coating layer to be formed by sputtering, biocompatibility can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 치과용 임플란트의 제조방법을 설명하기 위한 단계도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법을 설명하기 위한 단계도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti-25Nb-xTa 합금을 제조 후 화학 조성을 분석하기 위하여 X-선 형광 분석기 (XRF, Olympus, Japn)를 사용하여 나타낸 결과 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ar 가스 분위기에서 1 시간 동안 1050 ℃에서 열처리 한 후 0 ℃의 물에서 급랭처리된 Ti-25Nb-xTa 합금의 미세 구조를 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ar 가스 분위기에서 1050 ℃에서 1 시간 동안 열처리 한 후 0 ℃에서 물로 급랭 처리 된 x가 각각 0, 3, 7, 및 15 인 Ti-25Nb-xTa 합금의 XRD 패턴을 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ar 가스 분위기에서 1 시간 동안 1050 ℃ 에서 열처리 한 후 0 ℃의 물에서 급랭 된 Ti-25Nb-xTa 합금의 나노인덴테이션 테스트 결과를 보여준다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ar 가스 분위기에서 1 시간 동안 1050 ℃ 에서 열처리 한 후 0 ℃의 물에서 급랭 된 Ti-25Nb-xTa 합금의 탄성계수 및 비커스 경도를 확인한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 FE-SEM에 의해 관찰된 표면 형태이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta, 및 (d) Ti-25Nb-15Ta에 대한 EDS 결과를 보여준다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta 및 (d) Ti-25Nb-15Ta의 단면 FE-SEM 이미지를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta 및 (d) Ti-25Nb-15Ta의 단면 EDS-line 파일 결과를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ca 및 P가 함유된 전해질에서 PEO 처리 후 (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta 및 (d) Ti-25Nb-15Ta의 XRD 패턴을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ca 및 P 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 Ti-25Nb-xTa 합금에 대한 나노인덴테이션 테스트 결과를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 FE-SEM에 의해 관찰된 표면 형태이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 (a)는 Ti-25Nb, (b)는 Ti-25Nb-3Ta, (c)는 Ti-25Nb-7Ta, 및 (d)는 Ti-25Nb-15Ta의 XRD 결과를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 FE-SEM 이미지이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 EDS 분석 결과이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 XRD 결과를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 및 1M H3PO4가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 젖음성 접촉각을 나타낸다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 및 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 원자탐침 현미경 (AFM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 3일 동안 SBF를 성장시킨 (a, a-1) Ti-25Nb, (b, b-1) Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1) Ti-25Nb-7Ta 및 (d, d-1) Ti-25Nb-15Ta FE-SEM 이미지이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 되어 3일 동안 SBF를 성장시킨 (a, a-1) Ti-25Nb, (b, b-1) Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1) Ti-25Nb-7Ta 및 (d, d-1) Ti-25Nb-15Ta FE-SEM 이미지이다.
도 23은 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 된 Ti-25Nb-xTa 합금 표면에서 24시간 동안 배양한 MC3T3-E1 조골모 세포의 형태를 나타낸 FE-SEM 이미지이다.
도 24는 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 되어 24시간 동안 배양한 MC3T3-E1 조골모 세포의 형태를 나타낸 FE-SEM 이미지이다.
1 is a step diagram for explaining a method of manufacturing a dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy according to an embodiment of the present invention.
2 is a step diagram for explaining a method of manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy according to another embodiment of the present invention.
3 is an image showing results using an X-ray fluorescence analyzer (XRF, Olympus, Japn) to analyze a chemical composition after manufacturing a Ti-25Nb-xTa alloy according to an embodiment of the present invention.
4 shows the microstructure of a Ti-25Nb-xTa alloy quenched in water at 0 °C after heat treatment at 1050 °C for 1 hour in an Ar gas atmosphere according to an embodiment of the present invention.
5 is a Ti-25Nb-xTa alloy in which x is 0, 3, 7, and 15, respectively, after heat treatment at 1050° C. for 1 hour in an Ar gas atmosphere and then quenching with water at 0° C. according to an embodiment of the present invention. It shows the XRD pattern.
6 shows the nanoindentation test results of Ti-25Nb-xTa alloy quenched in water at 0 °C after heat treatment at 1050 °C for 1 hour in an Ar gas atmosphere according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph confirming the elastic modulus and Vickers hardness of the Ti-25Nb-xTa alloy quenched in water at 0 °C after heat treatment at 1050 °C for 1 hour in an Ar gas atmosphere according to an embodiment of the present invention.
8 is a surface morphology observed by FE-SEM after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P according to an embodiment of the present invention.
9 shows (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta, and (d) after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P according to an embodiment of the present invention; ) shows the EDS results for Ti-25Nb-15Ta.
10 shows (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta, and (d) after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P according to an embodiment of the present invention; A cross-sectional FE-SEM image of Ti-25Nb-15Ta is shown.
11 shows (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta, and (d) after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P according to an embodiment of the present invention; The cross-sectional EDS-line file results of Ti-25Nb-15Ta are shown.
12 is after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P according to an embodiment of the present invention (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta and (d) The XRD pattern of Ti-25Nb-15Ta is shown.
13 shows the nanoindentation test results for Ti-25Nb-xTa alloy after PEO treatment in Ca and P-containing electrolyte according to an embodiment of the present invention.
14 is a surface morphology observed by FE-SEM after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte according to an embodiment of the present invention.
15 is after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte according to an embodiment of the present invention (a) is Ti-25Nb, (b) is Ti-25Nb-3Ta, (c) is Ti-25Nb-7Ta, and (d) shows the XRD results of Ti-25Nb-15Ta.
Figure 16 is an HA-coated FE-SEM image by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte according to an embodiment of the present invention.
17 is an EDS analysis result coated with HA by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte according to an embodiment of the present invention.
18 shows the XRD results of HA coating by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte according to an embodiment of the present invention.
19 shows the wettability contact angle of HA coated by RF-sputtering after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P and PEO treatment in an electrolyte containing 1M H 3 PO 4 according to an embodiment of the present invention.
20 shows an atomic probe microscope (AFM) image coated with HA by RF-sputtering after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P and PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte according to an embodiment of the present invention .
21 is (a, a-1) Ti-25Nb, (b, b-1) Ti-25Nb grown SBF for 3 days after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P according to an embodiment of the present invention; -3Ta, (c, c-1) Ti-25Nb-7Ta and (d, d-1) Ti-25Nb-15Ta FE-SEM images.
22 is a HA coating by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte according to an embodiment of the present invention to grow SBF for 3 days (a, a-1) Ti-25Nb, (b, b-1) Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1) Ti-25Nb-7Ta, and (d, d-1) Ti-25Nb-15Ta FE-SEM images.
23 is an FE-SEM image showing the morphology of MC3T3-E1 osteoblasts cultured for 24 hours on the surface of a Ti-25Nb-xTa alloy treated with PEO in an electrolyte containing Ca and P.
24 is a FE-SEM image showing the morphology of MC3T3-E1 osteoblasts cultured for 24 hours after being treated with PEO in 1M H 3 PO 4 electrolyte and coated with HA by RF-sputtering.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.As for the terms used in the present invention, general terms that are currently widely used are selected as possible, but in certain cases, there are also terms arbitrarily selected by the applicant. So the meaning should be understood.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical configuration of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 치과용 임플란트의 제조방법을 설명하기 위한 단계도이다.1 is a step diagram for explaining a method of manufacturing a dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 치과용 임플란트의 제조방법은 Ti-Nb-Ta합금을 제조한 다음, 플라즈마 전해산화법을 이용하여 티타늄계 합금을 표면처리하여, 골과 유사한 탄성계수를 지녀 골과의 응력차폐 현상를 감소시킬 수 있으면서, 생체적합성은 향상시킬 수 있는 치과용 임플란트의 제조방법으로, 먼저 티타늄계 합금을 준비한다(S110).Referring to FIG. 1 , in the method for manufacturing a dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy according to a first embodiment of the present invention, a Ti-Nb-Ta alloy is prepared and then a titanium-based alloy is used using plasma electrolytic oxidation. As a method of manufacturing a dental implant that has a similar elastic modulus to bone and can reduce stress shielding with bone and improve biocompatibility, first prepare a titanium-based alloy (S110).

여기서, 상기 티타늄계 합금은 진공 아크 용해로를 사용하여, Ti-Nb-Ta 합금이 제작된다.Here, the titanium-based alloy is produced using a vacuum arc melting furnace, Ti-Nb-Ta alloy.

이때, 상기 Ti-Nb-Ta 합금은 Ti-25Nb-xTa로 표현될 수 있으며, 여기서, x는 3 내지 15인 것이 바람직하다.In this case, the Ti-Nb-Ta alloy may be expressed as Ti-25Nb-xTa, where x is preferably 3 to 15.

다음, 상기 Ti-Ta-Nb합금의 표면에 다공성 산화 피막을 형성하는 산화 피막 형성단계(S120)가 수행된다.Next, an oxide film forming step (S120) of forming a porous oxide film on the surface of the Ti-Ta-Nb alloy is performed.

상기 산화 피막 형성단계(S120)는 제작된 상기 Ti-Ta-Nb합금을 제1 전해용액에 침지시키고, 플라즈마 전해 산화장치에 펄스 전류를 인가하여, 상기 티타늄계 합금의 표면에 다공성 산화피막을 형성한다.In the oxide film forming step (S120), a porous oxide film is formed on the surface of the titanium-based alloy by immersing the produced Ti-Ta-Nb alloy in a first electrolyte solution, and applying a pulse current to a plasma electrolytic oxidation device. do.

여기서, 상기 제1 전해용액은 칼슘 이온 및 인 이온을 포함하는 용액인 것이 바람직하다.Here, the first electrolyte solution is preferably a solution containing calcium ions and phosphorus ions.

이는 상기 임플란트의 표면에 형성되는 산화피막에 골과 결합을 유도하는 칼슘과 인 이온이 포함되게 함으로써, 생체적합성을 증가시키기 위함이다. This is to increase biocompatibility by allowing the oxide film formed on the surface of the implant to contain calcium and phosphorus ions that induce bone-bonding.

보다 구체적으로, 상기 제1 전해용액은 아세트산칼슘(Calcium acetate) 및 글리세로인산 칼슘(Calcium glycerophosphate)을 포함한 용액일 수 있으며, 상기 아세트산칼슘(Calcium acetate)는 26.69g/L, 상기 글리세로인산 칼슘(Calcium glycerophosphate)은 4.29g/L의 농도로 이용될 수 있다.More specifically, the first electrolyte solution may be a solution containing calcium acetate and calcium glycerophosphate, and the calcium acetate is 26.69 g/L, the calcium glycerophosphate. (Calcium glycerophosphate) may be used at a concentration of 4.29 g/L.

또한, 상기 산화피막 형성 단계(S120)에서, 상기 플라즈마 전해 산화장치에 인가는 되는 전압은 260~300V이고, 가용시간은 2분 내지 4분 인것이 바람직하다.In addition, in the oxide film forming step (S120), the voltage applied to the plasma electrolytic oxidation device is 260 ~ 300V, and it is preferable that the available time is 2 minutes to 4 minutes.

또한, 상기 산화피막 형성 단계(S120) 이후에, 다공성 산화피막이 형성된 티타늄계 합금을 에탄올 및 증류수 세척한 다음 건조시키는 건조단계(S130)가 더 수행될 수 있다.In addition, after the oxide film forming step (S120), a drying step (S130) of washing the titanium-based alloy on which the porous oxide film is formed with ethanol and distilled water and then drying it may be further performed.

즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 치과용 임플란트의 제조방법은 Ti-Nb-Ta합금을 제조한 다음, 플라즈마 전해 산화법을 이용하여 Ti-Nb-Ta합금을 표면처리하여, Ti-Nb-Ta합금의 표면에 칼슘이온 및 인이온을 포함하는 다공성의 산화피막이 형성되게 하는 기술이다.That is, in the method of manufacturing a dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy according to the first embodiment of the present invention, a Ti-Nb-Ta alloy is prepared and then the Ti-Nb-Ta alloy is formed by using a plasma electrolytic oxidation method. It is a technology to form a porous oxide film containing calcium ions and phosphorus ions on the surface of the Ti-Nb-Ta alloy by surface treatment.

이는 최적의 중량비로 마련되는 Ti-Nb-Ta합금을 이용함으로써, 종래의 Ti-6Al-4V 합금과 비교하여, 탄성계수가 낮아져 골과 유사한 탄성계수를 지니므로, 골과의 응력차폐 현상를 감소시킬 수 있으며, 내 부식성, 생체 적합성 및 혈액 적합성을 향상시킬 수 있게 한다.This is because by using a Ti-Nb-Ta alloy prepared in an optimal weight ratio, the elastic modulus is lowered compared to the conventional Ti-6Al-4V alloy and has a similar elastic modulus to that of the bone, so it is possible to reduce the stress shielding phenomenon with the bone. and can improve corrosion resistance, biocompatibility and blood compatibility.

또한, 본 발명은 본 발명의 제1 실시예에 따른 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 치과용 임플란트의 제조방법으로 제조된 치과용 임플란트를 더 제공한다.In addition, the present invention further provides a dental implant manufactured by the method for manufacturing a dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy according to the first embodiment of the present invention.

상기 치과용 임플란트의 표면에는 TiO2, Ta2O5 및 Nb2O5를 포함하는 다공성 산화피막, 칼슘 원소 및 인 원소가 형성된다. A porous oxide film including TiO 2 , Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 , elemental calcium, and elemental phosphorus are formed on the surface of the dental implant.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법을 설명하기 위한 단계도이다.2 is a step diagram for explaining a method of manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy according to a second embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법은 Ti-Nb-Ta합금을 제조하고, 플라즈마 전해산화법을 이용하여 티타늄계 합금을 표면처리하여 다공성 산화 피막을 형성시킨 다음, HA(하이드록시 아파타이트)코팅층을 형성함으로써, 골과 유사한 탄성계수를 지녀 골과의 응력차폐 현상를 감소시킬 수 있으면서, 생체적합성은 향상시킬 수 있는 치과용 임플란트의 제조방법으로, 먼저 티타늄계 합금을 준비하는 티타늄계 합금 준비단계(S210)가 수행된다.Referring to FIG. 2 , in the method for manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy according to a second embodiment of the present invention, a Ti-Nb-Ta alloy is prepared and titanium using plasma electrolytic oxidation. By surface-treating the alloy-based alloy to form a porous oxide film and then forming an HA (hydroxyapatite) coating layer, it has an elastic modulus similar to that of bone to reduce stress shielding with bone and improve biocompatibility. As a method of manufacturing a dental implant, first, a titanium-based alloy preparation step (S210) of preparing a titanium-based alloy is performed.

여기서, 상기 티타늄계 합금 준비단계(S210)는 본 발명의 제1 실시예의 티타늄계 합금 준비단계(S110)과 실질적으로 동일한 구성이므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Here, since the titanium-based alloy preparation step (S210) has substantially the same configuration as the titanium-based alloy preparation step (S110) of the first embodiment of the present invention, the overlapping description will be omitted.

다음, 상기 Ti-Nb-Ta합금의 표면에 다공성 산화 피막을 형성하는 산화 피막 형성단계(S220)가 수행된다.Next, an oxide film forming step (S220) of forming a porous oxide film on the surface of the Ti-Nb-Ta alloy is performed.

상기 산화피막 형성단계(S220)는 제작된 상기 Ti-Nb-Ta합금을 제2 전해용액에 침지시키고, 플라즈마 전해 산화장치에 펄스 전류를 인가하여, 상기 티타늄계 합금의 표면에 다공성 산화피막을 형성한다.In the oxide film forming step (S220), a porous oxide film is formed on the surface of the titanium-based alloy by immersing the produced Ti-Nb-Ta alloy in a second electrolyte solution, and applying a pulse current to a plasma electrolytic oxidation device. do.

여기서, 상기 제2 전해용액은 인산용액(H3PO4)을 포함하는 용액인 것이 바람직하다.Here, the second electrolyte solution is preferably a solution containing a phosphoric acid solution (H 3 PO 4 ).

또한, 상기 산화피막 형성 단계(S220)에서, 상기 플라즈마 전해 산화장치에 인가는 되는 전압은 260~300V이고, 가용시간은 2분 내지 4분 인것이 바람직하다.In addition, in the oxide film forming step (S220), the voltage applied to the plasma electrolytic oxidation device is 260 ~ 300V, and it is preferable that the available time is 2 minutes to 4 minutes.

또한, 상기 산화피막 형성 단계(S220) 이후에, 다공성 산화피막이 형성된 티타늄계 합금을 에탄올 및 증류수 세척한 다음 건조시키는 건조단계(S230)가 더 수행될 수 있다.In addition, after the oxide film forming step (S220), a drying step (S230) of washing the titanium-based alloy on which the porous oxide film is formed with ethanol and distilled water and then drying it may be further performed.

다음, 상기 다공성 산화 피막이 형성된 티타늄계 합금의 표면에 HA(하이드록시 아파타이트)코팅층을 형성하는 HA 코팅층 형성단계(S240)가 수행된다.Next, the HA coating layer forming step (S240) of forming an HA (hydroxyapatite) coating layer on the surface of the titanium-based alloy on which the porous oxide film is formed is performed.

이때, 상기 HA 코팅층 형성단계(S240)는 HA(하이드록시 아파타이트) 타겟을 이용한 RF-마그네트론 스퍼터링에 의해 HA(하이드록시 아파타이트)코팅층이 형성되는 것이 바람직하다.In this case, in the HA coating layer forming step (S240), the HA (hydroxyapatite) coating layer is preferably formed by RF-magnetron sputtering using an HA (hydroxyapatite) target.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법은 Ti-Nb-Ta합금을 제조한 다음, 플라즈마 전해 산화법을 이용하여 Ti-Nb-Ta합금을 표면처리하고, RF-마그네트론 스퍼터링에 의해 HA(하이드록시 아파타이트)코팅층을 형성시키는 기술이다. That is, in the method of manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy according to the second embodiment of the present invention, a Ti-Nb-Ta alloy is prepared and then Ti-Nb- It is a technology of surface treatment of Ta alloy and forming an HA (hydroxyapatite) coating layer by RF-magnetron sputtering.

또한, 본 발명은 본 발명의 제2 실시예에 따른 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법으로 제조된 치과용 임플란트를 더 제공한다.In addition, the present invention further provides a dental implant manufactured by the method for manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy according to a second embodiment of the present invention.

상기 치과용 임플란트의 표면에는 TiO2, Ta2O5 및 Nb2O5를 포함하는 다공성 산화피막이 형성되며, 다공성 산화 피막의 표면에는 HA(하이드록시 아파타이트)입자가 형성된다. A porous oxide film including TiO 2 , Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 is formed on the surface of the dental implant, and HA (hydroxyapatite) particles are formed on the surface of the porous oxide film.

실시예 1(Ti-Nb-Ta합금의 제조)Example 1 (Preparation of Ti-Nb-Ta alloy)

본 발명에서는 Ti-25Nb-xTa (x= 0, 3, 7, 및 15 wt.%) 합금을 설계하여 제조하였다.In the present invention, a Ti-25Nb-xTa (x=0, 3, 7, and 15 wt.%) alloy was designed and manufactured.

합금의 제조로는 고순도 아르곤 분위기에서 진공 아크-용해로 (Model MSTF-1650, MS Eng., Korea)를 사용하여 설계한 합금을 제조하기 전 미량의 산소를 제거하기 위해 CP-Ti (G&S Titanium, Grade 4, USA)를 먼저 5 ~ 10 회 가량 녹여 설계한 합금의 산화를 최소화 하였다. 설계한 각 합금은 버튼 모양 및 잉곳 모양으로 10회 용해하여 각 합금의 균질화를 개선 시켰다. For alloy manufacturing, CP-Ti (G&S Titanium, Grade 4, USA) was first melted 5 to 10 times to minimize oxidation of the designed alloy. Each designed alloy was melted 10 times in button shape and ingot shape to improve homogenization of each alloy.

이후 실험을 위해, 고속 다이아몬드 커팅머신 (Accutom-5, Struers, Denmark)을 사용하여 2000 rpm의 속도로 잉곳 모양의 각 합금을 3 mm의 두께로 절단하였다. For subsequent experiments, each alloy in the shape of an ingot was cut to a thickness of 3 mm using a high-speed diamond cutting machine (Accutom-5, Struers, Denmark) at a speed of 2000 rpm.

이후 균질화 처리를 고순도 아르곤 분위기에서 1시간동안 1050 ℃에서 열처리를 수행 한 후 0 ℃의 물에서 급랭 시켰다.After homogenization, heat treatment was performed at 1050° C. for 1 hour in a high-purity argon atmosphere, followed by rapid cooling in water at 0° C.

두께가 3mm 인 샘플을 100-2000 grit 샌드페이퍼 로 연마한 다음 미세조직 관찰을 위해 0.3-μm 알루미나 분말(Al2O3)로 연마하였다. 연마 된 샘플들은 증류수 및 에틸-알코올로 초음파 세척 후 상온에 건조시켰다. 합금 준비 후 합금의 조성을 알아보기 위하여 X-선 형광분석기 (XRF, DE-2000, Olympus, Japan)에 의해 측정되었다.A sample with a thickness of 3 mm was polished with 100-2000 grit sandpaper and then polished with 0.3-μm alumina powder (Al 2 O 3 ) for microstructure observation. The polished samples were ultrasonically washed with distilled water and ethyl-alcohol and dried at room temperature. After the alloy was prepared, it was measured by an X-ray fluorescence analyzer (XRF, DE-2000, Olympus, Japan) to determine the composition of the alloy.

실시예 2(플라즈마 전해 산화 처리)Example 2 (plasma electrolytic oxidation treatment)

Ti-25Nb-xTa 합금 표면에 PEO 처리는 2000 grit 까지 샌드페이퍼를 사용하여 연마한 다음, 에틸-알코올 및 증류수로 세척하여 샘플을 준비하였다. 이어서, DC 전원 (KEYSIGHT Co., Ltd., USA)을 사용하여 세척 된 샘플을 양극으로 사용하고 탄소봉을 음극으로 세팅 후 인가전압을 280V에서 처리시간은 3분으로 수행하였다. 실험이 끝난 PEO 처리된 샘플은 에틸-알코올 및 증류수로 세척 후 공기 중에서 건조 시켰다. The PEO treatment on the Ti-25Nb-xTa alloy surface was polished using sandpaper up to 2000 grit, and then washed with ethyl-alcohol and distilled water to prepare a sample. Then, the sample washed using a DC power source (KEYSIGHT Co., Ltd., USA) was used as an anode, and a carbon rod was set as a cathode. Then, the applied voltage was 280V and the treatment time was 3 minutes. After the end of the experiment, the PEO-treated sample was washed with ethyl-alcohol and distilled water and then dried in the air.

전해액의 자세한 농도를 아래 표 1에 나타내었으며, PEO 처리를 위한 전해질은 calcium acetate monohydrate (Ca (CH3COO)2·H2O) + calcium glycerophosphate (C3H7CaO6P) 및 1M H3PO4 (phosphoric acid 85.0%, H3PO4 = 98.00)로 2가지 전해질을 사용하였다.The detailed concentration of the electrolyte is shown in Table 1 below, and the electrolyte for PEO treatment is calcium acetate monohydrate (Ca (CH 3 COO) 2 H 2 O) + calcium glycerophosphate (C 3 H 7 CaO 6 P) and 1M H 3 Two electrolytes were used as PO 4 (phosphoric acid 85.0%, H 3 PO 4 = 98.00).

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

실시예 3(RF-마그네트론 스퍼터링 코팅)Example 3 (RF-magnetron sputtering coating)

스퍼터링 코팅을 위한 1M H3P04 전해질로 PEO 처리된 샘플들은 오차를 최소화하기 위해 에틸-알코올과 증류수로 세척한 후, 건조하였다. HA (치아회분말, 99.99%) 타겟은 RF- 마그네트론 스퍼터링 시스템에 의해 코팅되었다. Samples PEO-treated with 1M H 3 P0 4 electrolyte for sputtering coating were washed with ethyl-alcohol and distilled water to minimize errors, and then dried. HA (tooth ash powder, 99.99%) target was coated by RF-magnetron sputtering system.

기판과 타겟 사이의 거리는 80 mm 이고, RF-스퍼터링에는 직경 2인치가 사용되었다. 플라즈마를 형성하기 위해 초기 진공은 로터리 펌프로 10-3 torr까지 진공도를 떨어트린 후 오일 확산 펌프를 사용하여 10-6 torr 까지 진공도를 떨어트렸다.The distance between the substrate and the target was 80 mm, and a diameter of 2 inches was used for RF-sputtering. To form the plasma, the initial vacuum was lowered to 10 -3 torr with a rotary pump, and then the vacuum level was dropped to 10 -6 torr using an oil diffusion pump.

그 다음으로 질량유량기를 사용하여 챔버 안으로 40-sccm Ar 가스의 양을 유지 제어하였다. 이온의 활성도를 높이기 위해 기판의 온도를 150 ℃로 설정하였다. RF 전력은 50 W의 파워로 설정하였으며, 코팅 전에 프리-스퍼터링을 20분간 수행하였다. 그 후 본 실험은 증착시간을 60분으로 설정하여 H3P04 전해질로 PEO 처리된 샘플의 표면에 증착시켰다. HA 타겟을 이용한 RF-스퍼터링의 자세한 조건은 아래 표 2에 나타내었다.Then, the amount of 40-sccm Ar gas into the chamber was maintained and controlled using a mass flowmeter. In order to increase the ion activity, the temperature of the substrate was set to 150 °C. RF power was set to a power of 50 W, and pre-sputtering was performed for 20 minutes before coating. After that, in this experiment, the deposition time was set to 60 minutes, and it was deposited on the surface of the sample treated with PEO with H 3 P0 4 electrolyte. Detailed conditions of RF-sputtering using the HA target are shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

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Figure pat00002

실험예 1(Ti-25Nb-xTa 합금의 미세구조 관찰 및 상분석)Experimental Example 1 (Observation of microstructure and phase analysis of Ti-25Nb-xTa alloy)

TI-25Nb-xTa 합금을 190 mL 의 H2O + 3 mL 의 HCl + 5 mL 의 HNO3 + 2 mL 의 HF 의 Keller’s 용액에서 화학적으로 에칭 처리를 수행 한 후 광학 현미경 (OM, Olympus BM60M, Japan) 및 전계 방출 주사전자현미경 (FE-SEM, S-4800 Hitachi, Japan)을 사용하여 각 합금의 미세조직을 관찰하였다.TI-25Nb-xTa alloy was chemically etched in Keller's solution of 190 mL of H 2 O + 3 mL of HCl + 5 mL of HNO 3 + 2 mL of HF, followed by optical microscopy (OM, Olympus BM60M, Japan). ) and a field emission scanning electron microscope (FE-SEM, S-4800 Hitachi, Japan) were used to observe the microstructure of each alloy.

도 3은 Ti-25Nb-xTa 합금을 제조 후 화학 조성을 분석하기 위하여 X-선 형광 분석기 (XRF, Olympus, Japn)를 사용하여 나타낸 결과 이미지이다. 도 3 (a)는 Ti-25Nb, 도 3 (b)는 Ti-25Nb-3Ta, 도 3 (c)는 Ti-25Nb-7Ta, 및 도 3 (d)는 Ti-25Nb-15Ta 각 합금들을 나타낸다. FIG. 3 is an image showing the result using an X-ray fluorescence analyzer (XRF, Olympus, Japn) to analyze the chemical composition after preparing a Ti-25Nb-xTa alloy. 3 (a) shows Ti-25Nb, FIG. 3 (b) shows Ti-25Nb-3Ta, FIG. 3 (c) shows Ti-25Nb-7Ta, and FIG. 3 (d) shows Ti-25Nb-15Ta alloys. .

균질화된 모든 합금의 화학 조성은 설계된 합금과 거의 유사한 것을 확인 할 수 있으며, 이는 합금의 제조가 잘 이루어졌음을 알 수 있다.It can be confirmed that the chemical composition of all homogenized alloys is almost similar to the designed alloy, which indicates that the alloy was well prepared.

도 4는 Ar 가스 분위기에서 1 시간 동안 1050 ℃에서 열처리 한 후 0 ℃의 물에서 급랭처리된 Ti-25Nb-xTa 합금의 미세 구조를 보여준다. 도 4의 (a, e)는 Ti-25Nb, 도 4의 (b, f)는 Ti-25Nb-3Ta, 도 4의 (c, g) Ti-25Nb-7Ta, 도 4의 (d, h)는 Ti-25Nb-15T이다.Figure 4 shows the microstructure of Ti-25Nb-xTa alloy quenched in water at 0 °C after heat treatment at 1050 °C for 1 hour in an Ar gas atmosphere. 4(a, e) is Ti-25Nb, FIG. 4(b, f) is Ti-25Nb-3Ta, FIG. 4(c, g) Ti-25Nb-7Ta, FIG. 4(d, h) is Ti-25Nb-15T.

도 4 (a)에 나타난 바와 같이, Ti-25Nb 합금은 마르텐 사이트 상 (α'') 구조를 나타냈다. Ta 함량이 증가함에 따라, 입자 형성이 향상되고 마르텐 사이트 구조가 감소하였다. As shown in Fig. 4(a), the Ti-25Nb alloy exhibited a martensitic phase (α'') structure. As the Ta content increased, grain formation improved and the martensitic structure decreased.

또한, 도 4 (d, h)에 나타난 바와 같이, Ti-25Nb-15Ta 합금에서 마르텐사이트 구조는 관찰되지 않았다. Ti-25Nb-xTa 합금의 입자 크기는 Ta 함량에 따라 증가하는 반면, 미세 구조는 등축 (β) 구조를 나타냈다.In addition, as shown in Fig. 4 (d, h), a martensitic structure was not observed in the Ti-25Nb-15Ta alloy. The grain size of Ti-25Nb-xTa alloy increased with Ta content, whereas the microstructure exhibited an equiaxed (β) structure.

이는 Ti합금에서 마르텐사이트 형성에 Nb 및 Ta원소가 영향을 미쳤음을 알 수 있다. It can be seen that the Nb and Ta elements affected the formation of martensite in the Ti alloy.

Ti-25Nb-15Ta 합금의 마르텐사이트 시작온도(Ms)가 실온보다 낮았기 때문에 베타 상이 유지되었다. 따라서 Nb와 Ta은 Ti 합금에서 β- 안정화 원소로서 작용했음을 알 수 있다. β상은 β로부터 α의 침전 온도를 감소시킴으로써 안정화 될 수 있다. Ti-25Nb-xTa 합금의 EDS 결과는 설계된 합금 및 균일 한 구조의 화학 조성과 잘 일치함을 보여준다. The beta phase was maintained because the martensite starting temperature (Ms) of Ti-25Nb-15Ta alloy was lower than room temperature. Therefore, it can be seen that Nb and Ta acted as β-stabilizing elements in the Ti alloy. The β phase can be stabilized by reducing the precipitation temperature of α from β. The EDS results of Ti-25Nb-xTa alloy show good agreement with the chemical composition of the designed alloy and uniform structure.

Ti-25Nb-xTa 합금의 EDS 결과는 아래 표 3에 나타내었다.EDS results of Ti-25Nb-xTa alloy are shown in Table 3 below.

[표 3] [Table 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

도 5는 Ar 가스 분위기에서 1050 ℃에서 1 시간 동안 열처리 한 후 0 ℃에서 물로 급랭 처리 된 x가 각각 0, 3, 7, 및 15 인 Ti-25Nb-xTa 합금의 XRD 패턴을 보여준다. 도 5 (a)는 Ti-25Nb, 도 5 (b)는 Ti-25Nb-3Ta, 도 5 (c)는 Ti-25Nb-7Ta, 및 도 5 (d)는 Ti-25Nb-15Ta 각 합금들을 나타낸다.Fig. 5 shows the XRD patterns of Ti-25Nb-xTa alloys with x of 0, 3, 7, and 15, respectively, after heat treatment at 1050 °C in Ar gas atmosphere for 1 hour and then quenching with water at 0 °C. Fig. 5 (a) shows Ti-25Nb, Fig. 5 (b) shows Ti-25Nb-3Ta, Fig. 5 (c) shows Ti-25Nb-7Ta, and Fig. 5 (d) shows Ti-25Nb-15Ta alloys. .

모든 피크는 α ″ (orthorhombic) 및 β (body-centered cubic (BCC)) 상이 검출되었다. 마르텐사이트 α- 상 피크는 2θ = 34, 36, 39, 41, 68, 70 및 73 °에서 관찰되었으며, 등축 β- 상 피크는 2θ = 38, 54, 70 및 83 °에서 관찰되었다. 마르텐사이트 α " 상 피크는 Ta 함량이 증가함에 따라 주로 감소했다. 등축 β- 상 피크는 Ta 함량에 따라 증가 하였다. 마르텐사이트 변태 온도는 합금의 안정화 원소 함량 증가에 비례하여 감소하였다. 따라서 Nb 및 Ta가 Ti 합금의 β- 안정화 원소로서 작용하기 때문에 β 부피 분율이 증가 하였다. 도 5의 XRD 결과는 도 4의 OM 및 FE-SEM에 의해 밝혀진 미세 구조와 일치한다.All peaks were detected in α″ (orthorhombic) and β (body-centered cubic (BCC)) phases. Martensitic α-phase peaks were observed at 2θ = 34, 36, 39, 41, 68, 70 and 73°, and equiaxed β-phase peaks were observed at 2θ = 38, 54, 70 and 83°. The martensitic α" phase peak decreased mainly with increasing Ta content. The equiaxed β-phase peak increased with Ta content. The martensitic transformation temperature decreased in proportion to the increase in the stabilizing element content of the alloy. Therefore, Nb and The β volume fraction increased because Ta acts as a β-stabilizing element of the Ti alloy.The XRD results in Fig. 5 are consistent with the microstructure revealed by OM and FE-SEM in Fig. 4.

실험예 2(Ti-25Nb-xTa 합금의 탄성 계수 및 경도 측정)Experimental Example 2 (Measurement of elastic modulus and hardness of Ti-25Nb-xTa alloy)

각 합금의 탄성계수 및 경도 측정은 나노인덴테이션 (TTX-NHT3, Anton Paar, Austria)을 사용하여 측정되었다. 샘플의 최대 하중은 50N으로 설정하였고, 하중 인가 시간 및 하중 제거 시간은 각 30초로 설정되었으며, 정지 시간은 5초로 설정되었다. 각 샘플을 최소값/최대값을 구하기 위해 3회씩 측정하여 평균 및 표준 편차를 얻었다. The elastic modulus and hardness of each alloy were measured using nanoindentation (TTX-NHT3, Anton Paar, Austria). The maximum load of the sample was set to 50N, the load application time and the load removal time were set to 30 seconds each, and the stop time was set to 5 seconds. Each sample was measured three times to obtain the minimum/maximum value, and the mean and standard deviation were obtained.

도 6은 Ar 가스 분위기에서 1 시간 동안 1050 ℃ 에서 열처리 한 후 0 ℃의 물에서 급랭 된 Ti-25Nb-xTa 합금의 나노인덴테이션 테스트 결과이고, 도 7은 Ar 가스 분위기에서 1 시간 동안 1050 ℃ 에서 열처리 한 후 0 ℃의 물에서 급랭 된 Ti-25Nb-xTa 합금의 탄성계수 및 비커스 경도를 확인한 그래프이다. 6 is a nanoindentation test result of Ti-25Nb-xTa alloy quenched in 0 °C water after heat treatment at 1050 °C for 1 hour in Ar gas atmosphere, and Figure 7 is 1050 °C for 1 hour in Ar gas atmosphere. It is a graph confirming the elastic modulus and Vickers hardness of Ti-25Nb-xTa alloy quenched in water at 0 ℃ after heat treatment at

Ti-25Nb-3Ta의 하중-변위 곡선은 왼쪽으로 이동하고 Ti-25Nb-15Ta의 하중-변위 곡선은 오른쪽으로 이동하였다. 곡선으로부터 탄성계수와 경도를 얻을 수 있다. 탄성계수 및 비커스 경도의 자세한 값은 아래 표 4에 나타내었다.The load-displacement curve of Ti-25Nb-3Ta shifted to the left and the load-displacement curve of Ti-25Nb-15Ta shifted to the right. The modulus of elasticity and hardness can be obtained from the curve. Detailed values of the elastic modulus and Vickers hardness are shown in Table 4 below.

[표 4][Table 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

Ti-25Nb-3Ta 합금은 537.57 HV 의 가장 높은 비커스 경도를 나타내었고, Ti-25Nb-15Ta의 비커스 경도는 292.71 HV 이었다. 티타늄 합금 (Ti-xTa)에 Ta를 첨가하면 항복 강도와 비커스 경도가 점차 증가하여 x = 40 이상으로 증가하였을 때 항복강도 및 비커스 경도는 감소한다. 도 4 및 도 5는 마르텐사이트 구조의 형성에 의해 생성 된 내부 응력이 감소되었음을 시사한다. 또한, Ta 함량이 증가함에 따라 준 안정 BCC 구조가 형성되었다. Ti-25Nb-3Ta alloy showed the highest Vickers hardness of 537.57 HV, and the Vickers hardness of Ti-25Nb-15Ta was 292.71 HV. When Ta is added to the titanium alloy (Ti-xTa), the yield strength and Vickers hardness gradually increase, and when x = 40 or more, the yield strength and Vickers hardness decrease. 4 and 5 suggest that the internal stress generated by the formation of the martensitic structure was reduced. In addition, metastable BCC structures were formed with increasing Ta content.

Ti-25Nb-15Ta 합금은 66.24 GPa의 가장 낮은 탄성 계수를 보인 반면, Ti-25Nb 합금의 탄성 계수는 상대적으로 높았다 (99.58 GPa). Ti-25Nb-xTa의 탄성 계수는 기존의 상업적으로 순수한 Ti 및 Ti-6Al-4V 합금 (약 125GPa)에 비해 상당히 낮으며, 이는 응력 차폐 효과를 감소시킬 수 있다. 탄성계수는 결정 구조뿐만 아니라 결정격자의 원자간 거리와 관련이 있다. 따라서 Nb 및 Ta와 같은 β 상 안정원소를 첨가하면 탄성률이 감소하였다.Ti-25Nb-15Ta alloy showed the lowest modulus of elasticity of 66.24 GPa, whereas the modulus of elasticity of Ti-25Nb alloy was relatively high (99.58 GPa). The modulus of elasticity of Ti-25Nb-xTa is significantly lower than that of conventional commercially pure Ti and Ti-6Al-4V alloys (about 125 GPa), which may reduce the stress shielding effect. The modulus of elasticity is related not only to the crystal structure, but also to the distance between atoms in the crystal lattice. Therefore, the modulus of elasticity decreased when β-phase stable elements such as Nb and Ta were added.

실험예 3(PEO 처리된 Ti-25Nb-xTa 합금의 표면 특성)Experimental Example 3 (Surface properties of Ti-25Nb-xTa alloy treated with PEO)

표면처리 된 샘플의 표면 특성은 주사전자현미경 (FE-SEM) 및 에너지-분산 X-선 분광법 (EDS, Inca program, Oxford, UK)을 사용하여 분석되었다. The surface properties of the surface-treated samples were analyzed using scanning electron microscopy (FE-SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS, Inca program, Oxford, UK).

각 합금의 미세조직은 광학 현미경 및 FE-SEM 으로 관찰하였다. The microstructure of each alloy was observed with an optical microscope and FE-SEM.

표면처리 된 Ti-25Nb-xTa 합금에서 기공의 최소/최대 크기 및 표면적은 이미지 분석기 (Image J, Wayne Pasband, USA)를 사용하여 측정되었다. The minimum/maximum size and surface area of pores in the surface-treated Ti-25Nb-xTa alloy were measured using an image analyzer (Image J, Wayne Pasband, USA).

표면의 결정 구조는 X-선 회절법 (XRD, X'pert Philips, Netherlands)를 이용하여 10 ℃ ~ 90 ℃ 회절각 범위에서 분석되었다. 각 특성 피크의 결정 구조는 전력 회절 표준에 관한 공동위원회 (JCPDS, PCPDFWIN) 카드 #21-1272 와 비교하여 확인하였다.The crystal structure of the surface was analyzed using X-ray diffraction (XRD, X'pert Philips, Netherlands) in the diffraction angle range of 10 °C to 90 °C. The crystal structure of each characteristic peak was confirmed by comparison with the Joint Committee on Power Diffraction Standards (JCPDS, PCPDFWIN) card #21-1272.

실험예 3-1 : Ca 및 P 전해질에서 PEO 처리 된 Ti-25Nb-xTa 합금의 표면특성 분석Experimental Example 3-1: Analysis of surface properties of Ti-25Nb-xTa alloy treated with PEO in Ca and P electrolytes

도 8은 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 FE-SEM에 의해 관찰된 표면 형태이다. 도 8의 (a, a-1)는 Ti-25Nb, (b, b-1)은 Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1)은 Ti-25Nb-7Ta, (d, d-1)은 Ti-25Nb-15Ta이다.Figure 8 is the surface morphology observed by FE-SEM after PEO treatment in the electrolyte containing Ca and P. (a, a-1) is Ti-25Nb, (b, b-1) is Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1) is Ti-25Nb-7Ta, (d, d-1) is Ti-25Nb-15Ta.

모든 샘플은 다공성 표면 및 불규칙한 형상의 기공을 나타냈다. Ta 함량이 증가함에 따라, 기공의 크기는 감소하는 반면, 그 수는 증가한 것으로 보인다. 이전 연구에 기초하여 PEO 시간은 3분으로 설정되었다. 또한, 350V 이상의 전압에서 열응력으로 인해 시간이 증가함에 따라 표면 균열이 발생하기 때문에 280V의 전압이 사용되었다. 다공성 구조물은 공정에서 형성된 미세한 배출 채널로 인해 매우 거친 표면을 나타냈다. 인가 된 전압이 장벽층을 관통하는 데 필요한 임계값을 초과하면 코팅 표면에서 많은 스파크가 관찰되어 산화막이 형성되었음을 확인한 후 점차적으로 스파크가 사라졌다. All samples showed porous surfaces and irregularly shaped pores. As the Ta content increases, the size of the pores appears to decrease while their number increases. Based on previous studies, the PEO time was set to 3 min. In addition, at voltages above 350 V, a voltage of 280 V was used because surface cracks occur with increasing time due to thermal stress. The porous structure exhibited a very rough surface due to the microscopic exhaust channels formed in the process. When the applied voltage exceeds the threshold required to penetrate the barrier layer, many sparks were observed on the coating surface, confirming the formation of an oxide film, and then the sparks gradually disappeared.

특히, 합금에서 미세 균열이 관찰되지 않았다. 미세 방출 채널에서 화학 결합이 형성 될 수 있으며, 이는 TiO2, Nb2O5 및 Ta2O5와 같은 산화물을 형성하여 생체적합성 및 내 부식성을 향상시킨다. In particular, no microcracks were observed in the alloy. Chemical bonds can be formed in the microemission channels, which form oxides such as TiO 2 , Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 , improving biocompatibility and corrosion resistance.

PEO 표면의 기공 수를 분석하기 위해 이미지 분석기 (Image J, Wayne Rasband, USA)를 사용하여 비 표면적을 측정 하였다. 분석 결과는 아래 표 5에 나타내었다. To analyze the number of pores on the PEO surface, the specific surface area was measured using an image analyzer (Image J, Wayne Rasband, USA). The analysis results are shown in Table 5 below.

[표 5][Table 5]

Figure pat00005
Figure pat00005

Ti-25Nb, Ti-25Nb-3Ta, Ti-25Nb-7Ta 및 Ti-25Nb-15Ta는 PEO 표면의 7.07, 7.37, 7.16 및 9.09 %의 기공율을 나타냈다. 최대 기공 크기는 1.31, 1.23, 1.209 및 1.14 ㎛이고, 최소 기공 크기는 각각 0.59, 0.60, 0.61 및 0.69 ㎛이다. 따라서 Ti-25Nb-15Ta 합금에서 최소 기공 크기와 기공 수는 더 큰 반면 최대 기공 크기는 다른 합금보다 작게 나타났다. Ti-25Nb, Ti-25Nb-3Ta, Ti-25Nb-7Ta and Ti-25Nb-15Ta showed porosity of 7.07, 7.37, 7.16 and 9.09% of the PEO surface. The maximum pore sizes are 1.31, 1.23, 1.209 and 1.14 μm, and the minimum pore sizes are 0.59, 0.60, 0.61 and 0.69 μm, respectively. Therefore, the minimum pore size and number of pores were larger in Ti-25Nb-15Ta alloy, while the maximum pore size was smaller than that of other alloys.

이는 공극 크기 및 수가 Ta 함량에 따라 조정될 수 있음을 나타낸다. 일반적으로, 표면상에 형성된 기공의 형상은 표면상에 형성된 산화물의 유형에 의존한다.This indicates that the pore size and number can be adjusted according to the Ta content. In general, the shape of the pores formed on the surface depends on the type of oxide formed on the surface.

도 9는 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta, 및 (d) Ti-25Nb-15Ta에 대한 EDS 결과를 보여준다. Figure 9 shows the results of (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta, and (d) Ti-25Nb-15Ta after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P. EDS results are displayed.

EDS는 기공의 외부 및 내부에서 수행되었다. EDS 분석 결과는 아래 표 6에 나타내었다. EDS was performed outside and inside the stoma. EDS analysis results are shown in Table 6 below.

[표 6][Table 6]

Figure pat00006
Figure pat00006

모든 합금에서, 표면보다 기공에서 더 높은 Ca 및 P 함량이 측정되었고, 산화막 형성으로 인해 표면에서 큰 산소 원소 함량이 검출되었다. 화학량론을 고려할 때, HA 형성을 위한 이상적인 Ca : P 비율은 1.67이다. 기공 내부의 Ca / P 비는 각각 1.61, 1.41, 1.60 및 1.71로, 1.67에 비교적 가깝다.In all alloys, higher Ca and P contents were measured in the pores than the surface, and a large oxygen element content was detected at the surface due to oxide film formation. Considering the stoichiometry, the ideal Ca:P ratio for HA formation is 1.67. The Ca/P ratios inside the pores were 1.61, 1.41, 1.60 and 1.71, respectively, which are relatively close to 1.67.

따라서 PEO-처리 된 표면의 기공 내부에서 세포 침착 및 성장 속도가 증가하여, 뼈와 치아 임플란트 사이의 더 높은 생체 활성을 촉진 할 수 있다.Therefore, the rate of cell deposition and growth can be increased inside the pores of the PEO-treated surface, promoting higher bioactivity between bone and dental implants.

도 10은 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta 및 (d) Ti-25Nb-15Ta의 단면 FE-SEM 이미지를 나타낸다. Figure 10 shows cross-sectional FEs of (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta and (d) Ti-25Nb-15Ta after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P. -SEM images are shown.

PEO 코팅은 모든 합금에 잘 접착되었다. 시편 절단은 비교적 물리적 방법을 사용하기 때문에 시편에 손상을 입을 수 있으니 고려해야한다. 따라서 모든 PEO 코팅은 우수한 결합 강도를 나타냄을 시사한다. 티타늄상의 PEO 산화막의 상 조성 (비정질 및 / 또는 결정)은 처리 조건에 의존한다. 얻어진 산화물 층의 두께 및 다공성은 인가 된 전압 및 전류 밀도에 의존한다. 층 두께는 일반적으로 전압에 따라 증가한다. 또한, Ta 함량이 증가함에 따라 분화구 구조는 평평해지고 코팅의 두께는 증가 하였다. The PEO coating adhered well to all alloys. Since specimen cutting uses a relatively physical method, it may cause damage to the specimen, so it should be considered. Therefore, it is suggested that all PEO coatings exhibit good bonding strength. The phase composition (amorphous and/or crystalline) of the PEO oxide film on titanium depends on the processing conditions. The thickness and porosity of the obtained oxide layer depend on the applied voltage and current density. The layer thickness generally increases with voltage. In addition, as the Ta content increased, the crater structure flattened and the thickness of the coating increased.

Ti-25Nb, Ti-25Nb-3Ta, Ti-25Nb-7Ta 및 Ti-25Nb-15Ta는 Image J를 사용하여 측정한 결과 각각 2.32, 2.59, 2.73 및 3.5 μm의 코팅 두께를 나타내었다. 분석 결과는 아래 표 7에 나타내었다.Ti-25Nb, Ti-25Nb-3Ta, Ti-25Nb-7Ta and Ti-25Nb-15Ta showed coating thicknesses of 2.32, 2.59, 2.73 and 3.5 μm, respectively, as measured using Image J. The analysis results are shown in Table 7 below.

[표 7][Table 7]

Figure pat00007
Figure pat00007

도 10 (c)는 단면의 기공 모양을 보여준다. 기공은 필름 내부에서 크고 표면에 형성된 산화물의 유형에 따라 그 모양이 달라졌다. 최대기공의 크기는 Ta 함량에 따라 감소하고 최소기공크기는 증가하였으며 단면에서 기공의 크기의 증감을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 Ta2O5의 산화막이 기공 형성에 기여했음을 알 수 있다.Figure 10 (c) shows the pore shape in cross section. The pores were large inside the film and their shape changed depending on the type of oxide formed on the surface. The maximum pore size decreased according to the Ta content, and the minimum pore size increased. These results indicate that the oxide film of Ta 2 O 5 contributed to the formation of pores.

도 11은 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta 및 (d) Ti-25Nb-15Ta의 단면 EDS-line 파일 결과를 나타낸다. Figure 11 shows the cross-sectional EDS of (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta and (d) Ti-25Nb-15Ta after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P. -line Display the file result.

표 7는 도 11에서 관찰 된 PEO 두께를 보여준다. O, Ca, 및 P의 농도는 PEO 필름에서 더 높았으며, 이는 PEO 코팅층에서 Ca와 P가 잘 도핑되었음을 알 수 있다. 또한, 코팅 층의 계면 외부에서도 P 피크가 검출되었으며, 이는 연마에 의한 것으로 생각된다.Table 7 shows the observed PEO thickness in Fig. 11. The concentrations of O, Ca, and P were higher in the PEO film, indicating that Ca and P were well doped in the PEO coating layer. In addition, a P peak was also detected outside the interface of the coating layer, which is thought to be due to polishing.

도 12는 Ca 및 P가 함유된 전해질에서 PEO 처리 후 (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta 및 (d) Ti-25Nb-15Ta의 XRD 패턴을 나타낸다.12 is an XRD pattern of (a) Ti-25Nb, (b) Ti-25Nb-3Ta, (c) Ti-25Nb-7Ta, and (d) Ti-25Nb-15Ta after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P. indicates

피크는 비정질 물질에서 결정의 핵형성을 촉진시키는 스파크 방전에 의해 고온에서 국부적으로 형성된 아나타제 상 (25 ℃)에 기인 할 수 있다. TiO2는 금홍석, 아나타제 및 브루카이트의 세 가지 형태가 있다. 일반적으로 아나타제는 가장 바람직한 형태다. 아나타제에 의해 생성 된 응력장은 피로 거동을 선호하며 취성 산화물 코팅의 부정적인 영향을 줄이고 HA의 형성을 가속화하며 결과적으로 골 융합을 향상시키는 능력을 포함하여 뼈 임플란트 결합을 향상시킬 수 있다. 아나타제는 생체 모방 인회석의 (0001) 평면과 아나타제의 (110) 평면 사이의 결정 학적 일치 때문에 다른 Ti 산화물 상보다 인회석 형성에 더 적합한 것으로 알려져 있다[33]. Ta 함량이 증가함에 따라, TiO2 상 함량은 감소한 반면, Ta2O5 상 함량은 점차 증가 하였다.The peak can be attributed to the locally formed anatase phase (25 °C) at high temperature by a spark discharge that promotes the nucleation of crystals in the amorphous material. TiO 2 has three forms: rutile, anatase and brookite. In general, anatase is the most preferred form. The stress field generated by anatase favors fatigue behavior and may improve bone implant bonding, including its ability to reduce the negative effects of brittle oxide coatings, accelerate the formation of HA, and consequently enhance bone fusion. Anatase is known to be more suitable for apatite formation than other Ti oxide phases because of the crystallographic agreement between the (0001) plane of biomimetic apatite and the (110) plane of anatase [33]. As the Ta content increased, the TiO 2 phase content decreased, while the Ta 2 O 5 phase content gradually increased.

도 13은 Ca 및 P 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 Ti-25Nb-xTa 합금에 대한 나노인덴테이션 테스트 결과를 나타낸다. 13 shows the nanoindentation test results for Ti-25Nb-xTa alloys after PEO treatment in Ca and P-containing electrolytes.

이들의 탄성계수 및 비커스 경도는 아래 표 8에 나타내었다. Their modulus of elasticity and Vickers hardness are shown in Table 8 below.

[표 8][Table 8]

Figure pat00008
Figure pat00008

일반적으로, Ti-25Nb-xTa 합금상의 Ca 및 P 가 함유된 전해질의 PEO 코팅은 낮은 탄성률을 나타냈다. Ti-25Nb-7Ta 합금은 63.08 GPa의 가장 낮은 탄성 계수를 나타내었다. 이는 인간 피질 뼈 (30 GPa)와 상대적으로 가깝기 때문에 뼈 약화 효과와 뼈 흡수를 최소화 할 수 있다. PEO 표면의 경도는 벌크 재료의 경도에 의해 직접적인 영향을 받을 수 있고 표면의 다공성으로 인해 측정하기 어렵다. 따라서 PEO처리 된 표면의 탄성 계수는 표면상의 기공의 유형 및 수에 의존한다.In general, PEO coatings of Ca and P-containing electrolytes on Ti-25Nb-xTa alloys showed low modulus of elasticity. Ti-25Nb-7Ta alloy showed the lowest elastic modulus of 63.08 GPa. Because it is relatively close to human cortical bone (30 GPa), the bone weakening effect and bone resorption can be minimized. The hardness of the PEO surface can be directly affected by the hardness of the bulk material and is difficult to measure due to the porosity of the surface. Therefore, the modulus of elasticity of the PEO-treated surface depends on the type and number of pores on the surface.

실험예 3-2 : 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 된 Ti-25Nb-xTa 합금의 표면특성 분석Experimental Example 3-2: Analysis of surface properties of Ti-25Nb-xTa alloy treated with PEO in 1M H 3 PO 4 electrolyte

도 14는 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 FE-SEM에 의해 관찰된 표면 형태이다. 도 14에서 (a, a-1)는 Ti-25Nb, (b, b-1)는 Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1)는 Ti-25Nb-7Ta, (d, d-1)는 Ti-25Nb-15Ta이다.14 is a surface morphology observed by FE-SEM after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte. 14, (a, a-1) is Ti-25Nb, (b, b-1) is Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1) is Ti-25Nb-7Ta, (d, d-1) is Ti-25Nb-15Ta.

모든 표면은 다공성 표면을 띄고 있음을 알 수 있으며, 표면의 균열은 발견되지 않았다. 이전의 보고된 연구에 따르면 PEO 성장은 전하 밀도가 중요하며 코팅 표면의 형태는 먼저 길쭉한 모양의 지렁이와 유사한 모양이 형성되었다가 전류 밀도가 증가하면 다공성의 형태로 변화된다. It can be seen that all the surfaces had a porous surface, and no cracks were found on the surface. According to a previously reported study, charge density is important for PEO growth, and the shape of the coating surface is first formed into an elongated earthworm-like shape, and then changes to a porous shape when the current density is increased.

도 14에 나타낸 바와 같이 Ta 함량이 증가할수록 표면에 많은 작은 기공이 형성되며 약간 타원형 또는 불규칙한 모양이 나타남을 알 수 있다. Ti-25Nb, Ti-25Nb-3Ta, Ti-25Nb-7Ta, 및 Ti-25Nb-15Ta의 PEO 표면의 기공율은 2.8, 1.11, 1.46, 및 1.7을 나타내었다. 최대 기공 크기는 0.97, 0.80, 070, 및 0.73㎛ 이고, 최소 기공 크기는 0.30, 0.29, 0.30, 및 0.35 ㎛이다. Ti-25Nb 합금에서 기공율은 상대적으로 높게 나오는 것을 알 수 있다. 하지만 Ta이 첨가 될 때 기공의 수는 점차 증가하는 것을 알 수 있다. As shown in FIG. 14 , it can be seen that as the Ta content increases, many small pores are formed on the surface, and a slightly elliptical or irregular shape appears. The porosity of the PEO surface of Ti-25Nb, Ti-25Nb-3Ta, Ti-25Nb-7Ta, and Ti-25Nb-15Ta was 2.8, 1.11, 1.46, and 1.7. The maximum pore sizes are 0.97, 0.80, 070, and 0.73 μm, and the minimum pore sizes are 0.30, 0.29, 0.30, and 0.35 μm. It can be seen that the porosity of the Ti-25Nb alloy is relatively high. However, it can be seen that the number of pores gradually increases when Ta is added.

자세한 기공율 및 최대/최소 기공 크기, 및 포아의 수는 표 9에 나타내었다.Detailed porosity and maximum/minimum pore size, and number of pores are shown in Table 9.

[표 9] [Table 9]

Figure pat00009
Figure pat00009

표 9에 나타난 바와 같이 Ta 함량이 증가할수록 최소 기공 크기 및 포아의 수가 증가하는 것을 알 수 있다. Ti-25Nb-15Ta 합금의 경우 Ti-25Nb-3Ta 및 Ti-25Nb-7Ta에 비해 약간의 포아의 수가 감소되는 것을 확인 할 수 있는데 이는 최대 기공 크기 및 최소 기공크기가 증가하였기 때문이라 생각된다.As shown in Table 9, it can be seen that the minimum pore size and the number of pores increase as the Ta content increases. In the case of Ti-25Nb-15Ta alloy, it can be seen that the number of pores is slightly reduced compared to Ti-25Nb-3Ta and Ti-25Nb-7Ta, which is thought to be due to the increase in the maximum pore size and the minimum pore size.

도 15는 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 (a)는 Ti-25Nb, (b)는 Ti-25Nb-3Ta, (c)는 Ti-25Nb-7Ta, 및 (d)는 Ti-25Nb-15Ta의 XRD 결과를 나타낸다. 15 is after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte (a) is Ti-25Nb, (b) is Ti-25Nb-3Ta, (c) is Ti-25Nb-7Ta, and (d) is Ti-25Nb- The XRD result of 15Ta is shown.

PEO 처리된 표면에서는 다양한 Nb2O5, Ta2O5, 및 TiO2 상이 검출되었다. 모든 피크는 Ti 결정상인 25°의 아나타제 상 및 27°의 루타일상이 검출되었다. 이는 PEO 공정의 초기 단계에서 산화막이 형성될 때 Ti4+ 와 hydroxyl (OH-) 사이의 반응에 의해 형성된다. 루타일과 비교하여 Ca 와 P 화합물 증착에 유리한 더 많은 OH- 및 PO4 3-를 흡수할 수 있다. 도 12에 설명한 바와 같이 Ta 함량이 증가함에 따라 TiO2 상은 감소하며 이는 합금의 설계와 잘 일치한다고 볼 수 있다. Various Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , and TiO 2 phases were detected on the PEO-treated surface. For all peaks, an anatase phase of 25° and a rutile phase of 27°, which are Ti crystal phases, were detected. It is formed by the reaction between Ti 4+ and hydroxyl (OH - ) when the oxide film is formed in the initial stage of the PEO process. Compared with rutile, it can absorb more OH - and PO 4 3 - which is favorable for Ca and P compound deposition. As described in FIG. 12 , as the Ta content increases, the TiO 2 phase decreases, which can be seen to be in good agreement with the design of the alloy.

실험예 3-3 : 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 Ti-25Nb-xTa 합금의 표면특성 분석Experimental Example 3-3: Analysis of surface properties of Ti-25Nb-xTa alloy coated with HA by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte

도 16은 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 FE-SEM 이미지이다. 도 16의 (a - a-2)는 Ti-25Nb, (b - b-2)는 Ti-25Nb-3Ta, (c - c-2)는 Ti-25Nb-7Ta, and (d - d-2)는 Ti-25Nb-15Ta이다.16 is a FE-SEM image of HA coated by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte. 16 (a - a-2) is Ti-25Nb, (b - b-2) is Ti-25Nb-3Ta, (c - c-2) is Ti-25Nb-7Ta, and (d - d-2) ) is Ti-25Nb-15Ta.

도 16의 (a ~ d-1 )은 PEO의 형상만을 유지하는 것을 확인 할 수 있다. 도 16의 (a-2 ~ d-2)는 표면 및 기공에서 원형 입자가 형성되었으며 이는 HA를 코팅함으로써 표면에 HA 입자가 균일하게 코팅이 된 것을 확인 할 수 있다. 스퍼터링은 주파수(RF), 전력(W), 바이어스 전압(V), 스퍼터링 온도(C), 처리 시간 등이 중요하며 HA 코팅은 뼈 형성을 개선하고 생체 재료와 그 주변 뼈 사이의 결합 강도를 향상시킨다. 또한, 기판의 초기 표면 거칠기를 유지 할 수 있어 임플란트의 초기 표면 거칠기가 크게 영향을 받지 않아야 하는 임상 시험에서 코팅이 유리하다.16 (a ~ d-1), it can be confirmed that only the shape of the PEO is maintained. In (a-2 to d-2) of FIG. 16, circular particles were formed on the surface and pores, and it can be confirmed that the HA particles were uniformly coated on the surface by coating the HA. In sputtering, frequency (RF), power (W), bias voltage (V), sputtering temperature (C), processing time, etc. are important, and the HA coating improves bone formation and improves the bond strength between the biomaterial and its surrounding bones. make it In addition, since the initial surface roughness of the substrate can be maintained, the coating is advantageous in clinical trials where the initial surface roughness of the implant should not be significantly affected.

도 17은 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 EDS 분석 결과이다. 도 17 (a)는 Ti-25Nb, 도 17 (b)는 Ti-25Nb-3Ta, 도 17 (c)는 Ti-25Nb-7Ta, 및 도 17 (d)는 Ti-25Nb-15Ta 나타낸다. 17 is an EDS analysis result of HA coating by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte. Fig. 17 (a) shows Ti-25Nb, Fig. 17 (b) shows Ti-25Nb-3Ta, Fig. 17 (c) shows Ti-25Nb-7Ta, and Fig. 17 (d) shows Ti-25Nb-15Ta.

모든 합금들은 Ca, P, O 원소 가 검출된 것을 알 수 있다. 이는 HA-스퍼터링이 증착을 잘 되었음을 알려준다. 자세한 결과 값은 아래 표 10에 나타내었다.It can be seen that Ca, P, and O elements were detected in all alloys. This indicates that the HA-sputtering was successful in the deposition. Detailed result values are shown in Table 10 below.

[표 10][Table 10]

Figure pat00010
Figure pat00010

O는 기공 내부에서 보단 외부에서 더 많이 검출되었다. 또한, P의 함량이 Ca의 함량에 비해 높게 검출되었으며 이는 증착과정에서 Ca 이온이 손실되었거나 기판표면에 도달하기 전에 밀려나서 다시 되돌아오는 이온에 의해 성장하는 필름으로 부터 다시 스퍼터링 될 수 있다. O was detected more outside the pores than inside the pores. In addition, the content of P was detected to be higher than that of Ca, which can be sputtered again from the growing film by ions that are lost during deposition or are pushed back before reaching the substrate surface.

도 18은 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 XRD 결과를 나타낸다. 도 18 (a)는 Ti-25Nb, 도 18 (b)는 Ti-25Nb-3Ta, 도 18 (c)는 Ti-25Nb-7Ta, 및 도 18 (d)는 Ti-25Nb-15Ta 나타낸다. 18 shows the XRD results of HA coating by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte. Fig. 18 (a) shows Ti-25Nb, Fig. 18 (b) shows Ti-25Nb-3Ta, Fig. 18 (c) shows Ti-25Nb-7Ta, and Fig. 18 (d) shows Ti-25Nb-15Ta.

모든 피크는 Ti 상의 아나타제 (25°) 및 루타일 (27°)를 나타내었다. 또한 HA 피크는 (25°) 및 (38°) 부근에서 검출되었다. 이는 앞서 도 12와 유사한 피크를 가지고 있으며 더 강한피크를 나타낸다.All peaks indicated anatase (25°) and rutile (27°) on Ti. In addition, HA peaks were detected near (25°) and (38°). It has a peak similar to that of FIG. 12 and shows a stronger peak.

실험예 4(Ti-25Nb-xTa 합금의 생체 적합성)Experimental Example 4 (biocompatibility of Ti-25Nb-xTa alloy)

실험예 4-1 : Ti-25Nb-xTa 합금의 젖음성 측정 결과Experimental Example 4-1: Wettability measurement result of Ti-25Nb-xTa alloy

표면의 젖음성은 수분 접촉각 측정기 (wettability, Kruss DSA100, Germany)를 사용하여 측정하였으며, 증류수 방울모드에서 6 ㎕ 바늘을 사용하여 샘플을 측정하였다. 샘플을 측정한 탐침액으로는 멸균 증류수를 사용하였다. 접촉각 측정은 정적 방울법을 이용하여 자동으로 떨어지는 물방울을 비디오카메라 및 접촉각 측정기로 측정되었다. The wettability of the surface was measured using a moisture contact angle meter (wettability, Kruss DSA100, Germany), and samples were measured using a 6 μl needle in distilled water droplet mode. Sterile distilled water was used as the probe solution for measuring the sample. The contact angle was measured using a static droplet method and automatically falling water droplets with a video camera and a contact angle meter.

도 19는 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 및 1M H3PO4가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 젖음성 접촉각을 나타낸다. 도 19 (a~d)는 에칭된 표면이고, 도 19 (a-1 ~ d-1)는 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 표면이고, 도 19 (a-2 ~ d-2)는 1M H3PO4가 함유된 전해질에서 PEO 처리 표면이고, 도 19 (a-3 ~ d-3)는 1M H3PO4가 함유된 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 표면을 나타낸다. 접촉각은 아래 표 11에 나타내었다. Figure 19 shows the HA-coated wetting contact angles by RF-sputtering after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P and PEO treatment in an electrolyte containing 1M H 3 PO 4 . Figure 19 (a ~ d) is an etched surface, Figure 19 (a-1 ~ d-1) is a PEO-treated surface in an electrolyte containing Ca and P, Figure 19 (a-2 ~ d-2) is 1M H 3 PO 4 is a PEO-treated surface in an electrolyte, and Figure 19 (a-3 ~ d-3) shows the HA-coated surface by RF-sputtering after PEO treatment in an electrolyte containing 1M H 3 PO 4 indicates. The contact angles are shown in Table 11 below.

[표 11][Table 11]

Figure pat00011
Figure pat00011

에칭 된 표면의 접촉각은 Ta 함량이 증가함에 따라 점차 감소하였고, Ti-25Nb-15Ta의 접촉각은 약간 증가하였다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 접촉각의 점차적인 감소는 부식 된 표면의 마르텐사이트 (Martensitic) α ''구조에 기인 한 반면, Ti-25Nb-15Ta 합금의 등축 β 구조의 형성 때문에 약간 증가하는 경향을 보였으나 Ta 함량에 따라서는 거의 큰 변화는 없었다. The contact angle of the etched surface gradually decreased with increasing Ta content, and the contact angle of Ti-25Nb-15Ta slightly increased. As can be seen in Fig. 4, the gradual decrease of the contact angle was attributed to the martensitic α '' structure of the corroded surface, whereas it showed a slightly increasing trend due to the formation of the equiaxed β structure of the Ti-25Nb-15Ta alloy. However, there was almost no significant change depending on the Ta content.

젖음성은 단백질 흡착 및 활성화, 혈소판 부착, 세포 부착 및 혈액 응고에 영향을 줄 수 있다. 또한 접촉각 측정을 통해 결정된 표면 젖음성 (친수성 또는 소수성)은 주입 된 생체 재료에 대한 생물학적 반응에 영향을 미치는 중요한 매개 변수이다. Wetting can affect protein adsorption and activation, platelet adhesion, cell adhesion and blood clotting. In addition, the surface wettability (hydrophilicity or hydrophobicity) determined through contact angle measurement is an important parameter influencing the biological response to the injected biomaterial.

Ca 및 P 이온을 함유하는 전해질에서 PEO로 처리 된 합금의 접촉각은 Ta 함량이 증가함에 따라 비교적 작고 감소하였다. 기공의 면적이 증가하고 기공의 작은 수가 증가하여 접촉각이 감소한 것으로 생각된다. 접촉각은 표면의 형태와 관계하며 고체의 표면 에너지와 또한 관련이 있다. 고체의 더 높은 표면 에너지는 더 높은 젖음성 및 더 작은 접촉각을 나타나게 되는데 고체의 표면형태도 이에 기여하게 된 것으로 판단된다. The contact angle of alloys treated with PEO in electrolytes containing Ca and P ions was relatively small and decreased with increasing Ta content. It is thought that the contact angle decreased as the area of pores increased and the small number of pores increased. The contact angle is related to the shape of the surface and also to the surface energy of the solid. The higher surface energy of the solid results in higher wettability and smaller contact angle, and it is considered that the surface morphology of the solid also contributed to this.

1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리된 합금은 접촉각 또한 낮은 접촉각을 보였으며 Ti-25Nb-15Ta 합금에서 약간의 증가된 접촉각을 나타냈다. 이는 표면의 형태에 따라서 다르게 나타나는데 표면에 형성된 기공의 형태가 증감에 영향을 미친 것으로 사료된다. The PEO-treated alloy in 1M H 3 PO 4 electrolyte also showed a lower contact angle, and a slightly increased contact angle in the Ti-25Nb-15Ta alloy. This appears differently depending on the shape of the surface, and it is thought that the shape of the pores formed on the surface affected the increase or decrease.

1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 표면의 접촉각은 1M H3PO4 전해액에서 PEO 처리한 결과에 비해 접촉각이 약간 증가하는 것을 알 수 있는데, 이는 표면에 HA가 코팅됨으로써 접촉각을 증가시키는 효과가 나타난 것으로 판단된다. 결론적으로 표면 거칠기와 조직을 형성하는 상은 접촉각에 영향을 주는 것을 알 수 있으며, 합금원소의 영향은 산화 피막(Nb2O5 및 Ta2O5)에 의한 표면에너지가 표면의 젖음성에 영향을 미친 것으로 생각된다. 높은 젖음성 표면은 소수성 표면 보다 세포 분화 및 세포 성장을 촉진하고 생체적합성을 향상시킨다.1M H 3 PO 4 and then processed in the electrolyte PEO contact angle of the HA-coated surface by RF- sputtering is there seen that the contact angle increased slightly compared with the result of processing in the PEO 1M H 3 PO 4 electrolyte, which has a surface HA It is judged that the effect of increasing the contact angle by coating was exhibited. In conclusion, it can be seen that the surface roughness and the phase forming the texture affect the contact angle, and the influence of alloying elements is that the surface energy by the oxide film (Nb 2 O 5 and Ta 2 O 5 ) affected the wettability of the surface. It is thought that High wettability surfaces promote cell differentiation and cell growth and improve biocompatibility than hydrophobic surfaces.

실험예 4-2 : Ti-25Nb-xTa 합금의 표면 거칠기 측정Experimental Example 4-2: Measurement of surface roughness of Ti-25Nb-xTa alloy

표면 거칠기 측정은 Atomic force microscopy (AFM, Park XE-100, Park Systems, Korea)을 사용하여 측정하였다. 표면 거칠기 측정에서 스캔 크기는 20.00㎛ 이고 스캔속도는 0.20 Hz 사용하여 각 샘플을 측정하였다.Surface roughness was measured using atomic force microscopy (AFM, Park XE-100, Park Systems, Korea). In the surface roughness measurement, each sample was measured using a scan size of 20.00 μm and a scan rate of 0.20 Hz.

도 20은 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 및 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 원자탐침 현미경 (AFM) 이미지를 나타낸 것이다. 20 shows atomic probe microscopy (AFM) images of HA coated by RF-sputtering after PEO treatment in Ca and P-containing electrolyte and PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte.

도 20 (a ~ d)는 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 표면이고, 도 20 (a-1 ~ d-1)는 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 표면이고, 도 20 (a-2 ~ d-2)는 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 표면을 나타낸다. 또한, 평균 Ra 값은 표 12에 나타내었다.Fig. 20 (a-d) is a PEO-treated surface in an electrolyte containing Ca and P, Fig. 20 (a-1 to d-1) is a PEO-treated surface in a 1M H 3 PO 4 electrolyte, and Fig. 20 (a- 2~d-2) show the HA-coated surface by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte. In addition, the average Ra value is shown in Table 12.

[표 12][Table 12]

Figure pat00012
Figure pat00012

모든 PEO 처리된 표면은 FE-SEM에 의해 관찰된 바와 같이 미세 기공을 갖는 분화구 구조를 나타냈다. 솟아오른 분화구의 표면적은 Ta 함량이 증가함에 따라 점차 감소하며 평평해 졌다. 샘플의 마이크로 단위의 표면 거칠기 (Ra) 값은 Ca 및 P 가 함유된 전해질에서 PEO 처리에서 262, 239, 271, 및 235nm이고, 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리에서 0.257, 0.289, 0.370, 및 0.224μm이고, 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 표면에서는 0.258, 0.267, 0.273, 및 0.259μm를 나타낸다. 표면의 거칠기는 표면의 형태와 구조에 따라 다르게 나타나는데 표면에 형성된 기공의 크기 및 수에 의해 영향을 미친 것으로 생각된다.All PEO-treated surfaces showed crater structures with micropores as observed by FE-SEM. The surface area of the raised crater gradually decreased and became flat as the Ta content increased. The micro-scale surface roughness (Ra) values of the samples were 262, 239, 271, and 235 nm in the PEO treatment in the electrolyte containing Ca and P, and 0.257, 0.289, 0.370, and 0.25 in the PEO treatment in the 1M H 3 PO 4 electrolyte. 0.224 μm, and 0.258, 0.267, 0.273, and 0.259 μm on the HA-coated surface by RF-sputtering after PEO treatment in 1 M H 3 PO 4 electrolyte. The roughness of the surface appears differently depending on the shape and structure of the surface, and it is thought to be affected by the size and number of pores formed on the surface.

1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리한 경우Ca와 P가 함유된 전해액에서 처리한 것보다 거칠기가 높은 이유는 솟아오른 분화구들이 비교적 더 많기 때문으로 사료된다. 이는 접촉각 측정에서도 영향을 미쳤을 것으로 판단된다. The reason why the roughness was higher in the case of PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte than in the case of treatment in the electrolyte containing Ca and P is thought to be because there are relatively more raised craters. This may have had an effect on the contact angle measurement as well.

또한, 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 된 표면의 거칠기는 약간 증가 되었다. 이는 PEO 처리 후 HA 증착과정에서 표면에 HA 코팅층이 쌓여 더 높은 솟아오른 분화구 구조를 나타낸 것으로 보인다. In addition, the roughness of the HA-coated surface was slightly increased by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte. It seems that the HA coating layer was accumulated on the surface during the HA deposition process after PEO treatment, indicating a higher crater structure.

일반적으로, Ta를 첨가하면 PEO 표면의 거칠기가 감소하였다. 그러나 Ti-25Nb-7Ta에서는 표면적이 다르고 상대적으로 크고 작은 기공 때문에 약간 증가하는 경향이 있다. 무작위로 거친 표면은 규칙적으로 거칠거나 매끄러운 표면보다 임플란트와 뼈 조직 사이에 조골 세포 부착 및 세포 부착에 필요한 단백질의 증착을 촉진하기 때문에 더 유리하다. 따라서 PEO 처리 된 Ti-25Nb-xTa 합금은 산화막 상에 거친 표면을 나타내어, 임플란트 작업 치유 및 임플란트 안정성에 유리하다.In general, the addition of Ta decreased the roughness of the PEO surface. However, in Ti-25Nb-7Ta, the surface area is different and tends to increase slightly due to the relatively large and small pores. A randomly rough surface is more advantageous than a regularly rough or smooth surface because it promotes the deposition of proteins required for osteoblast adhesion and cell adhesion between the implant and bone tissue. Therefore, the PEO-treated Ti-25Nb-xTa alloy shows a rough surface on the oxide film, which is advantageous for implant work healing and implant stability.

실험예 4-3 : 표면 처리 된 Ti-25Nb-xTa 합금의 수산화인회석 형성Experimental Example 4-3: Formation of hydroxyapatite in surface-treated Ti-25Nb-xTa alloy

PEO (H3PO4 and Ca+P) 처리 된 시편의 생물학적 활성(수산화인회석 형성능)을 조사하기위해 3일 동안 유사생체용액 (simulated body fluid)에 침지시켰다. SBF의 이온 농도는 아래 표 13에 나타내었다.To investigate the biological activity (hydroxyapatite-forming ability) of PEO (H 3 PO 4 and Ca+P)-treated specimens, they were immersed in simulated body fluid for 3 days. The ion concentration of SBF is shown in Table 13 below.

[표 13][Table 13]

Figure pat00013
Figure pat00013

인체 혈장의 농도와 거의 동일한 용액은 36.5 ℃ ± 1 온도 및 pH 농도를 7.4 ± 0.5 로 유지 시켰다. SBF 의 pH는 tris (hydroxymethyl) aminomethane, 99.0% (C4H11NO3 = 121.14) 및 1:9 HCl (hydrochloric acid, 36.46 g/mol)를 사용하여 pH 7.4를 조절하였다.The solution, almost identical to the concentration of human plasma, maintained a temperature of 36.5 ° C ± 1 and a pH concentration of 7.4 ± 0.5. The pH of SBF was adjusted to pH 7.4 using tris (hydroxymethyl) aminomethane, 99.0% (C 4 H 11 NO 3 = 121.14) and 1:9 HCl (hydrochloric acid, 36.46 g/mol).

도 21은 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 3일 동안 SBF를 성장시킨 (a, a-1) Ti-25Nb, (b, b-1) Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1) Ti-25Nb-7Ta 및 (d, d-1) Ti-25Nb-15Ta FE-SEM 이미지이다. Figure 21 shows (a, a-1) Ti-25Nb, (b, b-1) Ti-25Nb-3Ta, (c, c-) grown SBF for 3 days after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P. 1) Ti-25Nb-7Ta and (d, d-1) Ti-25Nb-15Ta FE-SEM images.

수산화인회석은 모든 표면에서 형성 된 것을 확인 할 수 있다. SBF 성장 시간을 3일로 설정하였으며, 도 21 (a-c)에서는 수산화인회석이 기공들의 자리를 차지하여 전체적으로 잘 형성되었음을 보여주었으며, Ti-25Nb-xTa 합금에서는 수산화인회석의 성장이 기공 내에서 핵생성되어 잘 성정한 양상을 보여주고 있다. 도 21 (a-1 - d-1)에 나타난 바와 같이 수산화인회석 형성은 기공내부에서 초기 형성이 되어 나와 표면에 자리를 잡아 시간이 지남에 따라 표면 주위로 성장하여 결국 장시간 노출되면표면을 덮게 된다. 이러한 인회석 층은 아래 화학식으로 표현한 바와 같이, OH)2, Ca2+ 및 OH- 이온이 SBF 용액에서 발생하는 CaTiO3 가수 분해와 관련이 있는 것으로 확인된다.It can be seen that hydroxyapatite was formed on all surfaces. The SBF growth time was set to 3 days, and in Fig. 21 (ac), it was shown that hydroxyapatite took the place of the pores and was well formed overall. In the Ti-25Nb-xTa alloy, the growth of hydroxyapatite was well nucleated in the pores. It shows a sincere aspect. As shown in FIG. 21 (a-1 - d-1), the hydroxyapatite formation is initially formed inside the pores, settles on the surface, grows around the surface over time, and eventually covers the surface when exposed for a long time. . It is confirmed that this apatite layer is related to the CaTiO 3 hydrolysis occurring in the SBF solution, in which OH) 2, Ca 2+ and OH ions are present in the SBF solution, as expressed by the following chemical formula.

[화학식][Formula]

CaTiO3 + 2H2O → Ca2+ + 2OH- + TiO(OH)2 CaTiO 3 + 2H 2 O → Ca 2+ + 2OH - + TiO(OH) 2

아래 표 14은 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 후 3일 동안 SBF를 성장시킨 Ti-25Nb-XTa 합금의 EDS 결과를 나타낸다.Table 14 below shows the EDS results of Ti-25Nb-XTa alloys in which SBF was grown for 3 days after PEO treatment in an electrolyte containing Ca and P.

[표 14][Table 14]

Figure pat00014
Figure pat00014

각 합금의 PEO 처리 된 CA / P 비율은 1.19, 1.38, 1.29, 및 1.36으로 HA의 CA / P 1.67과 매우 가깝다고 할 수 있다. 다공성 마이크로 및 나노 사이즈는 SBF에서 HA의 증착을 상당히 촉진 할 수 있다. 이는 OH- 는 TiO2의 Ti+와 결합하여 SBF 용액에서 Ti-OH를 형성 할 수 있으며, 음전하 된 Ti-OH- 표면은 양전하 된 Ca2+를 선택적으로 흡수하여 calcium titanate를 형성 할 수 있다. Ca2+가 증가함에 따라 PO4 3-를 끌어당겨 CaP 결정을 형성 할 수 있다.The PEO-treated CA/P ratios of each alloy were 1.19, 1.38, 1.29, and 1.36, which is very close to the CA/P 1.67 of HA. The porous micro- and nano-size can significantly promote the deposition of HA in SBF. This is because OH - can combine with Ti + of TiO 2 to form Ti-OH in the SBF solution, and the negatively charged Ti-OH - surface can selectively absorb positively charged Ca 2+ to form calcium titanate. As Ca 2+ increases, it can attract PO 4 3 - to form CaP crystals.

도 22는 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 되어 3일 동안 SBF를 성장시킨 (a, a-1) Ti-25Nb, (b, b-1) Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1) Ti-25Nb-7Ta 및 (d, d-1) Ti-25Nb-15Ta FE-SEM 이미지이다. 22 is (a, a-1) Ti-25Nb, (b, b-1) Ti-25Nb- which was coated with HA by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte and grown SBF for 3 days; 3Ta, (c, c-1) Ti-25Nb-7Ta and (d, d-1) Ti-25Nb-15Ta FE-SEM images.

도 22는 모든 표면에서 수산화인회석이 덮여져 있음을 확인할 수 있다. 도 22 또한 수산화인회석의 초기 성장이 기공에서 형성되어 표면에 석출물로 자리 잡고 있음을 보여주며 모든 표면에 잘 형성됨을 알 수 있다. 이는 PEO 과정으로 인한 비교적 높은 표면 거칠기와 기공으로 인해 뼈와 같은 인회석에 대한 핵 생성 부위를 보존하여 뼈 와 기공 사이를 고정 될 수 있도록 도와준다. 22, it can be seen that all surfaces are covered with hydroxyapatite. 22 also shows that the initial growth of hydroxyapatite is formed in the pores and is located as a precipitate on the surface, and it can be seen that it is well formed on all surfaces. This helps to preserve the nucleation site for apatite, such as bone, due to the relatively high surface roughness and porosity due to the PEO process, thereby allowing fixation between the bone and the pore.

아래, 표 15은 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 되어 3일 동안 SBF를 성장시킨 Ti-25Nb-xTa 합금의 EDS 결과를 나타낸다. Below, Table 15 shows the EDS results of Ti-25Nb-xTa alloy in which SBF was grown for 3 days by HA coating by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte.

[표 15][Table 15]

Figure pat00015
Figure pat00015

표 15에 나타난 바와 같이 모든 원소는 검출이 되었지만 전체적으로 P의 함량이 높게 나오는 것을 알 수 있다. 이는 PEO 처리과정중 Ca2+와 PO4 3-이온이 경쟁적으로 서로 도핑되는 과정에서 HA형성에 영향을 미쳤을 것이라고 판단된다.As shown in Table 15, it can be seen that all elements were detected, but the content of P was high overall. This is thought to have influenced the HA formation during the process of competitive doping of Ca 2+ and PO 4 3- ions during PEO treatment.

실험예 4-4 : Ti-25Nb-xTa 합금의 세포 배양Experimental Example 4-4: Cell culture of Ti-25Nb-xTa alloy

조골모 세포 세포주 MC3T3-E1을 마우스 두개골로부터 추출하고 1x105 세포/ well 농도로 적절히 분배하였다. FBS 10% 및 페니실린/스트렙토마이신의 10U/ml 이 첨가 된 α-minimum essential medium (MEM, without L-ascorbic acid) 배지를 사용하여 배양 하였다.The osteoblast cell line MC3T3-E1 was extracted from the mouse skull and appropriately distributed at a concentration of 1x10 5 cells/well. It was cultured using α-minimum essential medium (MEM, without L-ascorbic acid) containing 10% of FBS and 10U/ml of penicillin/streptomycin.

세포 단층을 phosphate buffered saline (PBS) 로 세척하고, trypsin-DTA 용액(0.05 % trypsin, 0.53 mM EDTA·4Na, phenol red in HBSS)에서 37 ℃ 를 유지하며 10분간 배양하여 세포를 분리 하였다. 세포를 12-well 플레이트 상에 1.5 x 105 cells/well 의 농도로 Ti 합금 상에 뿌리고 24시간 동안 코팅 된 표면에서 성장시켰다. 처리된 샘플을 PBS로 세척하고 4 ℃에서 12시간 동안 10% 포름알데히드로 고정시켰다. 고정후, 샘플을 에탄올로 탈수시켰다. 고정된 세포의 형태를 알아보기 위해 FE-SEM을 이용하여 관찰하였다.The cell monolayer was washed with phosphate buffered saline (PBS) and incubated for 10 minutes in a trypsin-DTA solution (0.05% trypsin, 0.53 mM EDTA·4Na, phenol red in HBSS) at 37 °C to separate the cells. Cells were seeded on a Ti alloy at a concentration of 1.5 x 10 5 cells/well on a 12-well plate and grown on the coated surface for 24 hours. The treated samples were washed with PBS and fixed with 10% formaldehyde at 4°C for 12 hours. After fixation, the samples were dehydrated with ethanol. The morphology of the fixed cells was observed using FE-SEM.

도 23은 Ca 및 P가 함유 된 전해질에서 PEO 처리 된 Ti-25Nb-xTa 합금 표면에서 24시간 동안 배양한 MC3T3-E1 조골모 세포의 형태를 나타낸 FE-SEM 이미지이다. 도 23 (a, a-1) Ti-25Nb , (b, b-1) Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1) Ti-25Nb-7Ta 및 (d, d-1) Ti-25Nb-15Ta 이다. 23 is an FE-SEM image showing the morphology of MC3T3-E1 osteoblasts cultured for 24 hours on the surface of a Ti-25Nb-xTa alloy treated with PEO in an electrolyte containing Ca and P. 23 (a, a-1) Ti-25Nb, (b, b-1) Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1) Ti-25Nb-7Ta and (d, d-1) Ti-25Nb- 15Ta.

모든 표면은 전체적으로 Lamellipodia가 성장하여 세포가 잘 덮여져 있는 것을 확인 할 수 있다. Ti-25Nb-xTa 합금 세포가 잘 부착하여 성장하였으며 젖음성, 거칠기, 및 SBF실험과 일치한 결과를 나타낸다. It can be seen that all surfaces are well covered by the growth of Lamellipodia as a whole. Ti-25Nb-xTa alloy cells adhered well and grew, showing results consistent with wettability, roughness, and SBF experiments.

또한, Lamellipodia는 서로 세포 부착이 계속 진행되어 세포가 임플란트 재료의 생체적합성과 일치하여 기판 재료의 표면에서 얇은 피막 형태로 퍼지고 성장하였다.In addition, Lamellipodia continued to adhere to each other, and the cells spread and grew in the form of a thin film on the surface of the substrate material, consistent with the biocompatibility of the implant material.

도 24는 1M H3PO4 전해질에서 PEO 처리 후 RF-스퍼터링에 의해 HA 코팅 되어 24시간 동안 배양한 MC3T3-E1 조골모 세포의 형태를 나타낸 FE-SEM 이미지이다. 도 24 (a, a-1) Ti-25Nb, (b, b-1) Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1) Ti-25Nb-7Ta 및 (d, d-1) Ti-25Nb-15Ta 이다. 24 is a FE-SEM image showing the morphology of MC3T3-E1 osteoblasts cultured for 24 hours after being coated with HA by RF-sputtering after PEO treatment in 1M H 3 PO 4 electrolyte. Figure 24 (a, a-1) Ti-25Nb, (b, b-1) Ti-25Nb-3Ta, (c, c-1) Ti-25Nb-7Ta and (d, d-1) Ti-25Nb- 15Ta.

도 24 또한 모든 표면이 세포 분포가 잘 되어있음을 알 수 있다. 또한 Ta 함량이 증가함에 따라 세포 분포도는 증가하는 것으로 보인다. 따라서 두 개의 조건 모두에서 Ti-25Nb-xTa합금은 마이크로 포아 형성 후 HA 코팅은 치과 임플란트 재료로서 우수한 세포 증식 및 생체적합성을 가질 수 있다 24 also shows that cells are well distributed on all surfaces. Also, as the Ta content increases, the cell distribution seems to increase. Therefore, in both conditions, Ti-25Nb-xTa alloy can have excellent cell proliferation and biocompatibility as a dental implant material after micropore formation.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 치과용 임플란트의 제조방법 및 치과용 임플란트에 의하면, Ti-Nb-Ta 합금을 이용하므로, 종래의 Ti-6Al-4V합금 이용하는 것과 비교하여, 탄성계수를 낮춰 골과의 응력차폐 현상을 방지할 수 있는 효과를 일차적으로 지닌다.As described above, according to the method for manufacturing a dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy and the dental implant according to the present invention, since the Ti-Nb-Ta alloy is used, the conventional Ti-6Al-4V alloy is used. In comparison, it has the primary effect of reducing the elastic modulus to prevent stress shielding with the bone.

또한, 플라즈마 전화 산화 처리 시, 칼슘 및 인 이온을 포함하는 전해용액을 이용하여, 티타늄계 합금의 표면에 칼슘 원소 및 인 원소가 형성되게 함으로써, 골과 결합을 유도하고, 골 세포 부착 및 골 결합 성장을 촉진시켜 생체적합성을 향상시킬 수 있는 장점을 지닌다.In addition, during plasma conversion oxidation treatment, an electrolyte solution containing calcium and phosphorus ions is used to form elements calcium and phosphorus on the surface of the titanium-based alloy, thereby inducing bonding with bone, and bone cell adhesion and bone bonding. It has the advantage of promoting growth and improving biocompatibility.

또한, 플라즈마 전화 산화 처리를 수행하여, 표면에 다공성 산화피막을 형성시킨 다음, RF-마그네트론 스퍼터링에 의해 HA(하이드록시 아파타이트)입자가 다공성 산화피막의 표면에 형성되게 함으로써, 생체적합성을 향상시킬 수 있는 이점을 지닌다.In addition, by performing plasma conversion oxidation treatment to form a porous oxide film on the surface, and then allowing HA (hydroxyapatite) particles to be formed on the surface of the porous oxide film by RF-magnetron sputtering, biocompatibility can be improved. have an advantage

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.As described above, the present invention has been illustrated and described with reference to preferred embodiments, but it is not limited to the above-described embodiments, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains within the scope not departing from the spirit of the present invention Various changes and modifications will be possible.

Claims (8)

티타늄계 합금을 준비하는 티타늄계 합금 준비단계;
준비된 상기 티타늄계 합금을 전해용액에 침지시키고, 플라즈마 전해 산화장치에 펄스 전류를 인가하여, 상기 티타늄계 합금의 표면에 다공성 산화 피막을 형성하는 산화 피막 형성단계; 및
상기 다공성 산화 피막이 형성된 티타늄계 합금의 표면에 HA(하이드록시 아파타이트)코팅층을 형성하는 HA 코팅층 형성단계;를 포함하고,
상기 티타늄계 합금은 Ti-25Nb-xTa이고, 여기서 x는 3 내지 15인 것을 특징으로 하는 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법.
A titanium-based alloy preparation step of preparing a titanium-based alloy;
an oxide film forming step of immersing the prepared titanium-based alloy in an electrolyte solution and applying a pulse current to a plasma electrolytic oxidation device to form a porous oxide film on the surface of the titanium-based alloy; and
HA coating layer forming step of forming an HA (hydroxyapatite) coating layer on the surface of the titanium-based alloy on which the porous oxide film is formed;
The titanium-based alloy is Ti-25Nb-xTa, wherein x is a method of manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy, characterized in that 3 to 15.
제 1항에 있어서,
상기 전해용액은
인산용액(H3PO4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법.
The method of claim 1,
The electrolyte solution is
A method of manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy, comprising a phosphoric acid solution (H 3 PO 4 ).
제 1항에 있어서,
상기 산화 피막 형성 단계에서,
상기 플라즈마 전해 산화장치에 인가는 되는 전압은 260~300V이고, 가용시간은 2분 내지 4분인 것을 특징으로 하는 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법.
The method of claim 1,
In the oxide film forming step,
The voltage applied to the plasma electrolytic oxidation device is 260 ~ 300V, and the use time is 2 minutes to 4 minutes.
제 1항에 있어서,
상기 산화피막 형성 단계 이후에,
산화피막이 형성된 티타늄계 합금을 에탄올 및 증류수 세척한 다음 건조시키는 건조단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법.
The method of claim 1,
After the oxide film forming step,
A method of manufacturing an HA-coated dental implant using a Ti-Nb-Ta alloy, characterized in that it further comprises; a drying step of washing the titanium-based alloy having an oxide film formed thereon with ethanol and distilled water and then drying it.
제 1항에 있어서,
상기 HA 코팅층 형성단계는
RF-마그네트론 스퍼터링에 의해 HA(하이드록시 아파타이트)코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는
The method of claim 1,
The HA coating layer forming step is
An HA (hydroxyapatite) coating layer is formed by RF-magnetron sputtering.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 Ti-Nb-Ta합금을 이용한 HA 코팅형 치과용 임플란트의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트.
A dental implant, characterized in that it is manufactured by the manufacturing method of the HA-coated dental implant using the Ti-Nb-Ta alloy according to any one of claims 1 to 5.
제 6항에 있어서,
상기 치과용 임플란트의 표면에는
TiO2, Ta2O5 및 Nb2O5를 포함하는 다공성 산화피막이 형성된 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트.
7. The method of claim 6,
On the surface of the dental implant
A dental implant comprising a porous oxide film comprising TiO 2 , Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 .
제 7항에 있어서,
상기 치과용 임플란트의 표면에는
HA(하이드록시 아파타이트)입자가 형성된 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트.
8. The method of claim 7,
On the surface of the dental implant
Dental implant, characterized in that HA (hydroxyapatite) particles are formed.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115568968A (en) * 2022-11-15 2023-01-06 北京华钽生物科技开发有限公司 Preparation method of dental implant with titanium-tantalum coating

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100856031B1 (en) * 2007-03-19 2008-09-02 강릉대학교산학협력단 Porous implant and method for manufacturing the same
KR20110054556A (en) * 2009-11-18 2011-05-25 주식회사 코텍 A surface treating method of use rf-sputtering process for dental implant fixture
KR20110068044A (en) * 2009-12-15 2011-06-22 (주)오스테오필 Implant surface treatment method and implant treated by the method
KR20150131863A (en) * 2014-05-16 2015-11-25 (주)오티앤티 implant forming hydroxyapatite coating layer using RF magnetron sputtering and manufacturing method thereof
KR20170130226A (en) * 2016-05-18 2017-11-28 (주)삼원산업사 Plasma Electrolytic Oxidation coated orthodontics device
KR102107725B1 (en) * 2018-12-03 2020-05-08 조선대학교산학협력단 Manufacturing method for dental implants using titanium alloy
KR20200066867A (en) * 2018-12-03 2020-06-11 조선대학교산학협력단 Coating method of bioactive elements of nano-mesh type titanium-based alloy using a plasma electrolytic oxidation method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100856031B1 (en) * 2007-03-19 2008-09-02 강릉대학교산학협력단 Porous implant and method for manufacturing the same
KR20110054556A (en) * 2009-11-18 2011-05-25 주식회사 코텍 A surface treating method of use rf-sputtering process for dental implant fixture
KR20110068044A (en) * 2009-12-15 2011-06-22 (주)오스테오필 Implant surface treatment method and implant treated by the method
KR20150131863A (en) * 2014-05-16 2015-11-25 (주)오티앤티 implant forming hydroxyapatite coating layer using RF magnetron sputtering and manufacturing method thereof
KR20170130226A (en) * 2016-05-18 2017-11-28 (주)삼원산업사 Plasma Electrolytic Oxidation coated orthodontics device
KR102107725B1 (en) * 2018-12-03 2020-05-08 조선대학교산학협력단 Manufacturing method for dental implants using titanium alloy
KR20200066867A (en) * 2018-12-03 2020-06-11 조선대학교산학협력단 Coating method of bioactive elements of nano-mesh type titanium-based alloy using a plasma electrolytic oxidation method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115568968A (en) * 2022-11-15 2023-01-06 北京华钽生物科技开发有限公司 Preparation method of dental implant with titanium-tantalum coating

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