KR20240031730A - 저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법 - Google Patents
저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 실시예들은 저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 재질의 생체 적용 임플란트의 표면을 개질하는 방법에 있어서, 플라즈마 챔버 내에 상기 생체 적용 임플란트를 준비하는 단계; 상기 챔버 내부에 공기를 주입하고 저온 상압 플라즈마를 생성하는 단계; 및 상기 생체 적용 임플란트의 표면에 상기 저온상압 플라즈마를 적용하여 상기 표면을 개질하는 단계;를 포함하는, 저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법이 제공된다.
Description
본 발명의 실시예들은 저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법에 관한 것이다.
생활수준의 향상 및 고령화로 인해 의료 확대 및 건강에 대한 관심이 고조되고 있으며, 국제 의료기기 시장도 점차 글로벌하게 개방되고 확대되고 있는 추세이다.
이에 따라, 치과용 임플란트의 수요가 증가하고 있고, 치과 환자들 또한 단지 비용적인 측면 뿐만 아니라 질적으로 더욱 좋은 제품을 선호하고 있다. 최근 국내외 임플란트 업체에서 표면개질을 통한 새로운 컨셉의 다양한 표면처리 기법을 통해 개발 진행 중이며, 특히 최근 환자 및 치과 의사들이 원하는 빠르고 좋은 예후의 임플란트 시술을 위해 최적의 표면거칠기와 생체활성을 지닌 표면처리가 필요하기 때문에 임플란트 시장에서 새로운 표면개질 기술을 개발하는데 많은 노력을 기울이는 중이다.
치과용 임플란트는 인공치아(artificial crown), 지대치(abutment), 지지대(fixture)의 3가지 부분으로 구성되며, 그 중 환자의 치조골과 바로 맞닿는 지지대의 표면이 어떻게 처리되어 있는가가 치과용 임플란트와 치조골의 융합에 가장 중요한 요소이다.
임플란트에 있어서 평균 표면거칠기(Ra)값이 약 1.2μm 내외인 것이 바람직하지만 표면거칠기를 부여하는데에 있어서 블라스팅(blasting), 산 에칭(acid etching) 등을 제외하고는 다른 기술을 개발하는데 어려움이 있다. 하지만, 블라스팅 및 에칭의 경우에는 이러한 공정을 행하기 위한 선후처리가 필요하여 전체 공정이 복잡해지고 공정비용이 높게 된다.
그 외에, 임플란트 표면에 대한 자외선(UV) 처리를 하는 표면처리 방법도 있지만, 자외선 처리는 표면 거칠기를 형성하는데 어려움이 있고 이미 다른 공정으로 표면 거칠기를 형성한 후 이에 대한 후처리로 사용되는 경우가 일반적이다. 또한, 이미 형성된 임플란트의 표면을 클리닝 하기 위한 자외선 처리는 장시간의 공정이 필요하여 임플란트의 생산성이 낮아지고 비용이 높아지게 된다.
임플란트 구성요소 중 임플란트의 인공치아(artificial crown)의 표면개질에 적용하기 위한 저압 플라즈마가 개발된 사례가 있다. 이 기술은 대기압보다 낮은 기압을 유지하기위한 감압 챔버와 불활성기체를 주입하기 위한 펌프로 구성되는데, 감압 챔버는 고가이며 플라즈마 처리 이후의 불활성기체를 폐기하는데도 비용이 들어서 공정 비용이 높아지게 되며, 이러한 플라즈마 표면개질은 인공치아 표면에 소정의 물질을 코팅하는데 주로 사용된다.
본 발명의 실시예들은 새로운 방식으로 생체적용 임플란트에 활성 표면을 형성하도록 하는 생체적용 임플란트 표면개질 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은 표면개질 공정의 복잡성을 개선하여 최소한의 공정을 포함하는 생체적용 임플란트 표면개질 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은 일반 플라즈마와 다른 저온상압 플라즈마를 이용함으로써 경제적이며 친환경적인 생체적용 임플란트 표면개질 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 재질의 생체 적용 임플란트의 표면을 개질하는 방법에 있어서, 플라즈마 챔버 내에 상기 생체 적용 임플란트를 준비하는 단계; 상기 챔버 내부에 공기를 주입하고 저온 상압 플라즈마를 생성하는 단계; 및 상기 생체 적용 임플란트의 표면에 상기 저온상압 플라즈마를 적용하여 상기 표면을 개질하는 단계;를 포함하는, 저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법이 제공된다.
상기 생체 적용 임플란트는 덮개에 형성된 고정부에 의해 고정될 수 있다.
상기 고정부에는 나사 형상이 형성되어 상기 생체 적용 임플란트의 내측과 나사 결합될 수 있다.
상기 생체 적용 임플란트의 주위를 둘러싸는 제1전극 및
상기 생체 적용 임플란트의 일단에 마주하는 제2전극에 의해 상기 저온상압 플라즈마가 생성될 수 있다.
상기 저온상압 플라즈마에 의해 상기 생체적용 임플란트에 대한 표면개질에 더하여 상기 생체적용 임플란트에 대해 살균이 행해질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 저온상압 플라즈마라는 새로운 방식을 적용하여 생체적용 임플란트에 활성 표면을 형성하도록 하는 생체적용 임플란트 표면개질 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 골유착력 향상을 위한 다른 공정과 비교하여 선후처리를 필요하지 않기 때문에 표면개질 공정의 복잡성을 개선하게 되어 최소한의 공정을 포함하는 생체적용 임플란트 표면개질 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 일반 플라즈마와 다른 저온상압 플라즈마를 이용함으로써 저압챔버 및 비활성기체를 필요로 하지 않기 때문에 경제적이며 친환경적인 생체적용 임플란트 표면개질 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트 표면개질 방법을 행하기 위한 플라즈마 표면개질 장치의 구성을 나타내는 개략도
도 2는 도 1의 플라즈마 토치부를 확대하여 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트 표면개질 방법의 각 단계를 나타내는 순서도
도 2는 도 1의 플라즈마 토치부를 확대하여 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트 표면개질 방법의 각 단계를 나타내는 순서도
이하, 도면을 참조하여 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 개시되는 실시예들은 이에 제한되지 않는다.
실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 개시되는 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 개시되는 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트 표면개질 방법을 행하기 위한 플라즈마 표면개질 장치의 구성을 나타내는 개략도이고, 도 2는 도 1의 플라즈마 토치부(A)를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트 표면개질 방법을 수행하기 위하여 플라즈마 표면개질 장치(100)를 사용할 수 있다. 플라즈마 장치(100)는 대기(즉, 공기)를 흡입하여 챔버(110) 내에서 플라즈마를 발생시켜서 챔버(110) 내에 위치하는 임플란트(10)에 대해 표면개질을 행할 수 있다. 임플란트(10)는 치과용 임플란트 중 픽스쳐(fixture)를 예시로 하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 치과용 임플란트 이외에 생체(인간을 포함하는 생물)에 삽입되는 다양한 임플란트(예를 들어, 정형외과에서 사용되는 임플란트)를 포함할 수 있다. 그리고, 임플란트(10)는 금속 재질(예를 들어 티타늄(titanium))일 수 있다.
플라즈마 표면개질 장치(100)에서 플라즈마 표면개질은 챔버(110) 내에서 행해질 수 있다. 이 때 챔버(110) 내에서 발생하는 플라즈마는 주입부(120)를 통해 흡입되는 공기 분위기 하에서 발생될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 표면개질은 불활성기체 분위기에서 발생되는 기존의 플라즈마와 달리 임플란트(10)의 표면에 소정의 거칠기를 형성하기 위한 에너지 발생에 필요한 것이며, 이러한 플라즈마는 공기 분위기 하에서 발생될 수 있다.
챔버(110) 내에서 플라즈마를 형성하기 위한 전원은 전원공급부(150)를 통해 공급될 수 있다. 전원공급부9150)는 임플란트 표면개질에 필요한 에너지를 가지는 플라즈마 방전을 구현할 수 있는 적절한 전원을 공급할 수 있다. 플라즈마가 발생하면 챔버(110) 내의 각 토치부(A)에 위치하는 임플란트(10)의 표면에서 표면개질이 이루어질 수 있다. 표면개질 이후의 공기는 유로(130)를 통해 이동할 수 있다. 유로(130)에는 흡입 펌프(160)가 연결되어 챔버(110) 내에서 플라즈마 처리 이후의 공기가 유로(130)를 통해 배출될 수 있도록 할 수 있다.
공기 분위기 하에서 플라즈마를 발생하기 위하여 전극 사이에서 교류 전기장을 인가하면 소정의 에너지 이상으로 가속된 전자가 산소분자(O2)와 충돌하여 이온화된 산소분자 (O2 +)를 만들거나 산소이온(2O+)을 형성할 수 있다. 이온화된 상태는 매우 불안정하기 때문에 산소 라디칼(O*)이 되거나 다른 산소이온과 결합하여 오존(O3)이 될 수 있다. 그런데, 오존은 인체에 매우 유해하기 때문에 플라즈마 표면개질 장치(100)에서 오존이 배출되는 것은 방지해야 한다. 이를 위하여, 흡입 펌프(160)의 후단에는 필터(170)가 배치되어 배출되는 공기 내에 존재할 수 있는 오존을 제거할 수 있다. 이를 위하여 필터(170)는 활성탄을 사용하여 형성된 필터일 수 있다. 필터(170)의 존재에도 불구하고 혹시라도 오존이 누출되는 것을 추가 방지하기 위하여, 배출부(140)로 최종 배출되기 전에 오존 센서(180)가 배치되어 만약 배출되는 공기 중에 오존이 존재한다면 배출부(140)로 공기가 배출되는 것을 중지하거나 플라즈마 표면개질 장치(100) 전체의 작동을 중지할 수 있다.
플라즈마 표면개질 장치(100)의 전체 동작은 제어부(190)를 통해 제어될 수 있다. 제어부(190)는 사용자에 의해 조작되어 제어를 행할 수도 있고, 제어부(190) 내에 포함되는 프로세서(미도시됨)에 의해 자동으로 제어를 행할 수도 있다.
도 1에 도시된 도면 중 토치부(A)를 확대한 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버(110)의 덮개(111)에는 복수의 고정부(111a)가 형성될 수 있다. 고정부(111a)는 덮개(111)와 일체로 형성될 수 있다. 고정부(111a)는 나사산이 형성되어 있어서, 고정부(111a)에 고정되는 임플란트(10)의 내측에 형성되는 나사산과 나사 결합될 수 있다. 다만, 고정부(111a)에 임플란트(10)가 고정되는 방식은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 고정부(111a)에 임플란트(10)가 끼움 고정되거나 고정부(111a)에 걸림부가 형성되어 임플란트(10)의 내측이 걸림부에 의해 걸린 상태로 고정되는 것도 가능하다. 복수의 고정부(111a) 각각에는 임플란트(10)가 결합되어서 복수의 임플란트(10)에 대해서 동시에 플라즈마 표면개질을 행할 수 있다.
각 토치부(A)에 위치하는 임플란트(10)에 대하여 플라즈마를 형성하기 위하여 제 1 전극(112) 및 제 2 전극(113)이 형성될 수 있다. 제 1 전극(112)과 제 2 전극(113)은 토치부(A)의 개수 만큼 배치될 수 있다. 그리고, 각 토치부(A)를 구획하기 위하여 유전체(115)가 형성될 수 있다. 제 1 전극(112)은 임플란트(10)의 주위(도 2에서 임플란트(10)의 측면)를 둘러싸도록 형성되고, 제 2 전극(1130)은 임플란트(10)의 일단(도 2에서 임플란트(10)의 하단)에 대향하여 형성될 수 있다. 제 1 전극(112)과 제 2 전극(113)에 교류 전원이 공급되고, 이를 통해 토치부(A) 내의 공기 분위기 하에서 플라즈마 방전이 행해져서 임플란트(10)의 표면에 대한 표면개질이 이루어질 수 있다. 제 1 전극(112)과 제 2 전극(113)의 배치는 임플란트(10) 표면 전체에 대한 플라즈마 표면개질이 이루어지는데 적절하게 행해질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서의 플라즈마 방전은 앞서 설명한 바와 같이 공기 분위기 하에서 행해지며 저온상압 조건에서 행해질 수 있다. 여기에서 저온은 고온플라즈마(high temperature plasma)의 경우와 같이 태양 정도의 매우 높은 온도 상태가 아니라 대부분의 기체 입자가 상온상태를 유지하는 경우를 일컬을 수 있다. 그리고, 상압은 저압 플라즈마와 달리 대기압 하에서 이루어지는 경우를 일컬을 수 있다. 이러한 저온상압 플라즈마의 경우에는 산소, 물, 질소 등과 반응하여 다양한 활성산소종이나 준안정 여기상태의 에너지를 갖는 화학종을 발생시킬 수 있다. 이러한 플라즈마의 플라즈마 에너지에 의해서 에칭(etching) 반응을 통한 임플란트(10)의 표면 거칠기를 원하는 정도로 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 임플란트(10)의 표면에 잔존할 수 있는 유기물 오염을 플라즈마를 통해 제거하여 유기물이 골유착에 방해되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 플라즈마를 통해 임플란트(10) 표면에 극성을 형성하여 친수성 표면으로 변경할 수 있고, 임플란트(10) 표면에 있을 수 있는 박테리아 등의 세포벽을 붕괴하여 살균을 행할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 임플란트 표면개질 방법의 각 단계를 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법은 우선 플라즈마 표면개질 장치(100)의 챔버(110) 내에 생체 적용 임플란트(10)를 준비할 수 있다(S10). 이는 앞서 설명한 바와 같이 덮개(111)의 고정부(111a)에 임플란트(10)를 고정하고 덮개(111)가 챔버(110) 상을 덮어서 임플란트(10)가 챔버(110) 내에 위치하게 되는 상태일 수 있다.
임플란트(10)가 챔버(110) 내에 위치하게 되면, 챔버(110) 내부에 공기를 주입하고 저온상압 플라즈마를 생성할 수 있다(S20). 공기는 플라즈마 표면개질 장치(100)의 주입부(120)를 통해 챔버(110) 내로 주입될 수 있다. 저온상압 플라즈마는 챔버(110)의 각 토치부(A)에 형성된 제 1 전극(112) 및 제 2 전극(113)에 전원을 공급하여 플라즈마 방전을 일으켜서 형성할 수 있다.
그러면, 임플란트(10)의 표면에 저온상압 플라즈마에 의한 표면개질이 이루어질 수 있다(S30). 저온상압 플라즈마에 의해 표면 거칠기를 형성하고, 유기물 제거, 극성 적용 및 살균도 행할 수 있다.
저온상압 플라즈마에 의한 표면개질이 행해진 이후 챔버(110) 내의 공기는 배출부(140)를 통해 외부로 배출될 수 있고, 앞서 설명한 바와 같이 배출되는 공기 내에 잔존 오존이 없도록 필터(170)를 통해 오존을 제거하고 오존 센서(180)를 통해 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 플라즈마 표면개질 장치
110 : 챔버
111 : 덮개
111a : 고정부
112 : 제 1 전극
113 : 제 2 전극
115 : 유전체
120 : 주입부
130 : 유로
140 : 배출부
150 : 전원공급부
160 : 흡입펌프
170 : 필터
180 : 오존 센서
190 : 제어부
110 : 챔버
111 : 덮개
111a : 고정부
112 : 제 1 전극
113 : 제 2 전극
115 : 유전체
120 : 주입부
130 : 유로
140 : 배출부
150 : 전원공급부
160 : 흡입펌프
170 : 필터
180 : 오존 센서
190 : 제어부
Claims (5)
- 금속 재질의 생체 적용 임플란트의 표면을 개질하는 방법에 있어서,
플라즈마 챔버 내에 상기 생체 적용 임플란트를 준비하는 단계;
상기 챔버 내부에 공기를 주입하고 저온 상압 플라즈마를 생성하는 단계; 및
상기 생체 적용 임플란트의 표면에 상기 저온상압 플라즈마를 적용하여 상기 표면을 개질하는 단계;를 포함하는, 저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 생체 적용 임플란트는 덮개에 형성된 고정부에 의해 고정되는, 저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법.
- 청구항 2에 있어서,
상기 고정부에는 나사 형상이 형성되어 상기 생체 적용 임플란트의 내측과 나사 결합되는, 저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 생체 적용 임플란트의 주위를 둘러싸는 제1전극 및 상기 생체 적용 임플란트의 일단에 마주하는 제2전극에 의해 상기 저온상압 플라즈마가 생성되는, 저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 저온상압 플라즈마에 의해 상기 생체적용 임플란트에 대한 표면개질에 더하여 상기 생체적용 임플란트에 대해 살균이 행해지는, 저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법.
Priority Applications (2)
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| KR1020220110841A KR20240031730A (ko) | 2022-09-01 | 2022-09-01 | 저온상압 플라즈마를 이용한 임플란트 표면개질 방법 |
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