WO2013027929A2 - 친수성 표면을 갖는 티타늄 임플란트 - Google Patents

친수성 표면을 갖는 티타늄 임플란트 Download PDF

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WO2013027929A2
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organic
hydrophilic
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김수경
강은정
송주동
엄태관
최규옥
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오스템임플란트 주식회사
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/02—Inorganic materials
    • A61L27/04—Metals or alloys
    • A61L27/06—Titanium or titanium alloys
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28—Materials for coating prostheses
    • A61L27/34—Macromolecular materials

Definitions

  • the present invention has a rough surface made of titanium or titanium alloy material, the coating film formed on the surface of the implant that is kept wet or dry at room temperature in order to preserve the superhydrophilicity of the implant and the surface of the implant is removed contaminants on the surface It relates to a hydrophilic implant containing all.
  • the first generation is an implant with a smooth surface
  • the second generation is an implant with an encapsulated surface
  • an absorbent medium is used to increase the roughness of the implant using the blasting technique.
  • RBM Resorbable Blasted Media
  • TPS titanium plasma spray
  • Implants with a hydroxyapatite (HA) coating surface belong to the third generation, the surface area of which is increased due to the effect of particles and coatings sprayed on the surface, which increases the interfacial bond strength of the implant and the reaction of cells on rough surfaces. This has the advantage of being activated.
  • the product may be exposed to air after the surface treatment process.
  • the oxide layer grows on the surface of the product and there is a problem that the adsorption of various pollutants such as hydrocarbons occurs and changes to a chemically stable state to hydrophobize.
  • the hydrophobized surface has low wettability to body fluids and blood, so that the surface is fused with bone after implant implantation. This has the disadvantage of prolonging the period of stabilization of the implant by disturbing the overall process.
  • US Pat. No. 6,702,855 B1 discloses a method of chemically etching using inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, etc. as a method of improving the hydrophilicity of the roughened surface of a titanium implant.
  • plasma treatment is carried out by the method of imparting hydrophilicity to the metal surface (Radio Frequency Glow Discharge (RFGD), 0 2 etc.).
  • RFGD Radio Frequency Glow Discharge
  • the present invention is to hydrophilize the SLA surface for a long time through super hydrophilic coating of organic zwitterionic buffer with sulfonic acid group, and to improve body fluid and blood affinity. It is intended to provide a hydrophilized implant that will ultimately have a good bone formation effect and a short bone fusion period after the implant procedure.
  • the superhydrophilic coating of the organic amphoteric solution having sulfonic acid groups on the surface of titanium or titanium alloy is uniform, thereby suppressing the adsorption and stabilization of the pollutant causing surface hydrophobicity, thereby maintaining the superhydrophilicity of the titanium surface and body fluid.
  • a technique for improving blood affinity to finally have excellent bone formation effect and short bone fusion period after implantation is provided.
  • the present technology 1) exposing the surface of the superhydrophilic titanium having a bioactivity by removing the adsorbed and stabilized contaminants on the titanium oxide film, 2) uniform coating by applying a coating solution of the organic amphoteric buffer having a sulfonic acid group prepared Forming a super hydrophilic coating film, ' additional 3) includes the step of evaporating and drying the coating solution (see Figure 1), optionally removing the contaminant may be omitted.
  • the super-hydrophilized surface-treated metal implant of the present invention preferably has a coating film formed on the surface of the coating material which uniformly surrounds the implant on all sides.
  • the present invention is a roughened (rough) of titanium or titanium alloy material
  • a hydrophilic implant comprising a coating film on the surface that is kept wet or dry at room temperature.
  • the superhydrophilic coating film is formed of an organic zwitterionic buffer having a sulfonic acid group or an inorganic or organic salt material, or a solution containing the same, and is preferably formed of an organic zwitterionic buffer having a sulfonic acid group.
  • the organic amphoteric complete solution having the sulfonic acid group is a substance having a superhydrophilic functional group, and includes ACES (2- (carbamoylmethylamino) ethanesulfonic acid) and BES (N, N-bis [2-hydroxyl-2-amino Ethanesulfonic acid), CHES ((cyclonucleosilamino) ethanesulfonic acid) ⁇ HEPES (4- (2-hydroxyethyl) ⁇ 1-piperazinsulfonic acid), M0PS (3- (N-morpholino) propane sulfonic acid) , PIPES (1,4—piperazindieethanesulfonic acid) and TES (N-tris (hydroxymethyl) methyl-2-aminoethanesulfonic acid), preferably at least one selected from the group consisting of At least one is selected from the group consisting of ACES, BES, CHES, MOPS, PIPES or TES, and more preferably
  • Contaminants present on the implant surface can be removed by treating plasma (RFGD, oxygen and room temperature plasma) or ultraviolet light on the roughened implant surface.
  • plasma RFGD, oxygen and room temperature plasma
  • ultraviolet light on the roughened implant surface.
  • the superhydrophilic coating layer may be formed of a material having a superhydrophilic functional group or a solution containing the material, the material having a superhydrophilic functional group is an organic zwitterionic buffer having a sulfonic acid group, or an inorganic or organic salt material, or It is a solution containing this.
  • the metal implant manufacturing method of the present invention removes the pollutant adsorbed on the metal surface by pretreatment such as plasma or light irradiation, and is coated with an organic amphoteric buffer-based material having sulfonic acid groups, thereby reducing hydrophobicity as in the conventional titanium surface. Does not happen.
  • the metal implant having the coating layer prepared by the manufacturing method of the present invention the surface of the implant effectively prevents the adsorption and stabilization of the pollutant in the air, the uniformly formed coating layer on the surface shows the superhydrophilic implant procedure It has superior bone formation effect and excellent effect of shortening bone fusion period because of its excellent biocompatibility, body fluid and blood affinity.
  • FIG. 1 shows each step of forming a superhydrophilic coating on the surface of titanium.
  • Figure 2 shows a graph of the measurement results of the contact angles of organic zwitterionic complete solutions (ACES, BES, CHES, HEPES, MOPS, PIPES, TES) coated titanium discs with accelerated sulphonic acid groups.
  • organic zwitterionic complete solutions (ACES, BES, CHES, HEPES, MOPS, PIPES, TES) coated titanium discs with accelerated sulphonic acid groups.
  • Figure 3 shows the results of measurement of cell adhesion of the organic zwitterionic complete layer solution (ACES, BES, CHES, HEPES, MOPS 'PIPES, TES) coated titanium disks with accelerated aging sulfonic acid groups.
  • organic zwitterionic complete layer solution (ACES, BES, CHES, HEPES, MOPS 'PIPES, TES) coated titanium disks with accelerated aging sulfonic acid groups.
  • Figure 4 shows a graph of the results of measuring blood protein adhesion of the organic amphoteric buffer (BES, HEPES, MOPS, TES) coated dental implants with accelerated aging sulfonic acid groups.
  • BES organic amphoteric buffer
  • FIG. 5 is a graph showing the results of measuring blood protein adhesion of the organic amphoteric buffer BES 0.05-1M coated dental implant with accelerated aging sulfonic acid group.
  • FIG. 6 is a graph showing the results of measuring blood protein adhesion of the organic amphoteric buffer HEPES 0.1-1M coated dental implant with accelerated aging sulfonic acid group.
  • Figure 7 shows a graph of the measurement results of blood protein adhesion of the organic amphoteric fenestrate TES 0: ⁇ ⁇ 1M coating dental implants with accelerated aging sulfonic acid group
  • FIG. 8 shows a blood affinity measurement photograph of an organic amphoteric buffer (BES, HEPES, MOPS, TES) coated dental implant with accelerated aging sulfonic acid group. : '
  • the present invention relates to an organic zwitterionic buffer having a roughened surface of decontaminated titanium or titanium alloy and at least one sulfonic acid group selected from the group consisting of ACES, BES, CHES, HEPES, MOPS, PIPES and TES. It relates to a hydrophilic implant comprising a hydrophilic coating film.
  • the organic amphoteric complete solution having the sulfonic acid group is preferably selected from the group consisting of ACES, BES, CHES, MOPS, PIPES and TES. More preferably, the organic zwitterionic buffer having sulfonic acid groups is TES. The contaminant on the surface of the implant may be removed before the film formed of the organic zwitterionic buffer material having the sulfonic acid group is coated.
  • any one of ultraviolet rays, RFGD (radio-frequency glow discharge), oxygen, and room temperature plasma may be used.
  • the film formed of the organic zwitterionic buffer material having the sulfonic acid group on the rough surface of the titanium or titanium alloy material may be coated in a dried state.
  • the machined titanium disks were blasted for 1-60 seconds with blast pressure 1-10 atmospheres using A1 2 0 3 powder of particle size 1 mm or less. Acid treatments with aqueous solutions of mixed acids were used to impart macro- and micro-morphology of the implant surface.
  • the acid-treated dental titanium discs were ultrasonically cleaned for 30 minutes with ethanol and for 30 minutes with distilled water and then dried.
  • the treated disks were treated with 1 minute or 1 minute of ultraviolet light to remove pollutants adsorbed and stabilized on the surface, and the organic amphoteric ionic liquid having 1M sulfonic acid group on the surface (ACES, BES, CHES, HEPES, MOPS, PIPES, TES, etc.) aqueous solution was uniformly applied and dried in air.
  • the organic amphoteric complete layer coating disc having the sulfonic acid group prepared above was used in Examples 2 and 3 below.
  • the organic zwitterionic buffer coating titanium disc having the sulfonic acid group prepared in Example 1 was left for 2, 4, 6 and 12 weeks under accelerated aging conditions (about 551:), and then distilled water 5 / ⁇ was measured to measure the contact angle. After dropping onto the disc, the contact angle was measured by close-up photography from the side. At this time, the negative control group was used as an implant that did not remove the contaminant, and the positive control group was used as a pretreatment process to remove the contaminant but not coated with the material.
  • the contact angle of the vocal control group was 107 ° and the contact angle of the positive control group and the experimental group was 0 ° .
  • the accelerated aging of the positive control group increased the contact angle, so that the superhydrophilicity was not maintained.
  • the contact angle is maintained at 0 ° even after accelerated aging, confirming that superhydrophilicity is maintained.
  • Example 1 the organic zwitterions complete cheungaek coated titanium disc to accelerated aging conditions, having a group produced acid from the left (about 55 ° C) 2 weeks in the following, osteoblast cell line MG63 to determine the cell adhesion function side 1X10 5
  • After seeding with cells / disk cells were cultured for 1 hour to quantify the cells attached to the disk surface with a crystal violet assay.
  • the negative control group was used as an implant that did not remove contaminants
  • the positive control group was used as a non-coated implant.
  • Figure 3 when compared with the negative control group, it can be seen that the cell adhesion increased in the positive control group, similar to the positive control group in most of the experimental group occurred. In particular, it was confirmed that the cell adhesion in the TES coated disk.
  • Machined titanium implants are blasted using A1 2 0 3 powder with a particle size of 1 mm 3 or less. The pressure was blasted for 1 to 60 seconds at 1 to 10 atmospheres. Acid treatment with a mixed aqueous solution was used to impart macro- and micro-morphology of the implant surface.
  • the acid-treated dental titanium implant was ultrasonically cleaned with ethane for 30 minutes and distilled water for 30 minutes and then dried.
  • the treated implant was treated with plasma for 1 minute or ultraviolet light for 5 minutes to remove contaminants adsorbed and stabilized on the surface, and an organic amphoteric buffer having 0.2M sulfonic acid group on the surface (BES, HEPES, MOPS, TES, etc.)
  • the aqueous solution was applied 10 uniformly and dried in air.
  • the TES coated implants prepared above were used in Examples 5 and 6 below.
  • the organic amphoteric ionic layer-coated dental implant having the sulfonic acid group prepared in Example 4 was allowed to stand for 1.5 3 4.5 weeks and 7.5 weeks under accelerated aging conditions (about 75 ° C.), and then 5 After the implant was about 1 ⁇ in% BSA (bovine serum albumin) aqueous solution, the BSA attached to the surface was confirmed by BCA assay. At this time, the implant that did not remove the contaminant as the negative control group and the contaminant as the positive control group was used, but the implant was not coated. As shown in FIG.
  • BSA bovine serum albumin
  • the implant coated with the organic zwitterionic buffer having a sulfonic acid group can be confirmed that the adhesion of the blood protein is maintained or elevated.
  • TES-coated implants showed the best adhesion of blood proteins.
  • the TES coated dental implant prepared in Example 1 was left for 1.5 3, 4.5 weeks and 7.5 weeks under accelerated aging conditions (about 75 ° C), and then micropig blood to check blood affinity. After supporting the implant about 3 ⁇ , blood wettability was confirmed by the height of the blood coming up the surface of the implant. At this time, the control was used as an implant that was subjected to a pretreatment process to remove the contaminant, but not coated with the material.
  • the implant After leaving the TES coated dental implant prepared in Example 4 under accelerated aging conditions (about 55 ° C.) for 2 weeks, the implant was placed in the micropig lower jaw to check the implant-bone interface binding force and the bone for 16 days. After the formation period, the torque removal was measured. In this case, the negative control group was used as an implant that did not remove the contaminant, and the positive control group was used as a non-coated implant after the pretreatment process. "As shown in Figure 6, were compared to the negative control, the torque jegeoryeok increased by about 50% in the positive control, a negative control group also By confirming that the torque removal force improved about 20-40%, it was confirmed that the implant-bone interface coupling force became stronger. Although the experimental group was slightly lower than the positive control group, the improvement of bone interface binding strength was maintained at a similar level.
  • the machined titanium implant was blasted for 1-60 seconds with blast pressure 1-10 atmospheres using A1 2 0 3 powder of particle size 1 mm or less.
  • An acid treatment method using an aqueous solution of a mixed acid was used to impart macro- & micro-morphology of the implant surface.
  • the acid-treated dental titanium implant was ultrasonically cleaned for 30 minutes with ethanol and for 30 minutes with distilled water and then dried.
  • the treated implant was treated with plasma for 1 minute or ultraviolet light for 5 minutes to remove contaminants adsorbed and stabilized on the surface, and an aqueous solution of organic amphoteric solution (BES, HEPES, TES) having 0.05 to 1 M sulfonic acid group on the surface. was applied uniformly and dried in air.
  • the prepared TES coated implant was used in Example 8 below.
  • the organic amphoteric buffer coating-coated dental implant having the sulfonic acid group prepared in Example 7 was allowed to stand for 6 weeks under accelerated aging conditions (about 75 ° C), and then 5% BSA (bovine) to confirm the amount of blood protein adhesion. After about 1 ⁇ of the implant in an aqueous solution of serum albumin), the BSA attached to the surface of the implant was confirmed by BCA assay.
  • the organic zwitterionic buffer coated implants with sulfonic acid groups can be confirmed that the adhesion of the blood protein is generally excellent at all coating concentrations of 0.05-1M In particular, it was confirmed that the adhesion of blood proteins further increased in the case of coating under the condition of 0.1 ⁇ 0 ⁇ 5 ⁇ .
  • the embodiment is to help the description of the present invention is not limited to the embodiment of the present invention, those of ordinary skill in the art of the present invention within the scope of the technical idea of the present invention Based on the claims and the content of the invention Various modifications and other equivalent embodiments are possible.
  • the present invention can be widely applied throughout the implant of titanium or titanium alloy material to be implanted in the human tissue.

Abstract

본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금 재질의 거친 표면을 갖고， 상기 표면 위의 오염원이 제거된 임플란트 및 상기 임폴란트 표면의 초친수성을 보존하기 위해 상온에서 습윤 또는 건조 상태를 유지하는 상기 임플란트 표면에 형성되는 코팅막을 포함하는 친수성 임플란트에 관한 것이며， 상기 임플란트 표면에 균일하게 형성된 친수성 코팅층에 의하여 임플란트 시술후 높은 생체친화성， 우수한 체액 및 혈액친화성을 나타낼 수 있으며, 결과적으로 본원발명의 임플란트는 골형성 효과가 뛰어나고 골융합 기간이 단축되는 우수한 효과를 갖는다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
친수성 표면을 갖는 티타늄 임플란트
【기술분야】
본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금 재질의 거친 표면을 갖고， 상기 표면 위 의 오염원이 제거된 임플란트 및 상기 임플란트 표면의 초친수성을 보존하기 위해 상온에서 습윤 또는 건조 상태를 유지하는 상기 임플란트 표면에 형성되는 코팅막 올 포함하는 친수성 임플란트에 관한 것이다.
【배경기술】
골융합 (Osseointegration)에 있어서 중요한 결정인자로 임플란트의 표면처리 방식이 지적되어 왔으며， 이와 관련하여 선반 가공에 의한 매끈한 표면처리 방식이 골과의 우수한 생체 적합성과 조직 안정성 때문에 가장 오랜 역사를 가지고 오랜기 간 동안 임플란트 술식에 이용되어 왔다. 그러나 골 밀도가 낮은 골에서의 성공률 을 개선하기 위해 표면을 개선시키려는 노력이 대두되었으며， Predecki 등은 불규 칙한 표면을 가진 임플란트가 빠른 골 성장과 우수한 기계적 접착을 관찰할 수 있 었다고 보고하였다. 또한， Buser 등은 동물실험에서 불규칙하고 거친 표면을 갖는 임플란트가 평활한 표면을 갖는 임플란트에 비해 더 많은 골접촉률을 보인다고 하 였다.
임플란트 표면의 진화된 양상을 살펴보면 1세대는 평활한 표면을 갖는 임플 란트， 2세대 임플란트는 피막 표면을 갖는 임플란트로， 흡수성 매질로 블라스팅 기 법을 이용하여 임플란트의 거칠가를 증가시킨 RBM(Resorbable Blasted Media blasting)과 티타늄 분사 피막 (Titanium Plasm Spray, TPS)으로 나누어 볼 수 있 다. 수산화인회석 (hydroxyapatite, HA) 피막 표면을 갖는 임플란트는 3세대에 속하 는데， 표면은 표면에 분사되는 입자 및 코팅의 영향으로 표면적이 증가되어 임플란 트 계면 골결합력이 증가되며 거친 표면에 세포의 반웅이 활성화되는 장점을 지닌 다.
그러나， 현재 많이 사용되고 있는 임플란트 표면처리방식인 상기 RBM이나 인 체 산성물질로 표면 처리한 생체 친화성이 높은 SLMSandblast Large grit Acid etch)등의 표면처리 방식 경우， 표면처리공정 후 제품이 공기 중에 노출되었을 때, 제품 표면에 산화층이 성장하고 탄화수소등의 다양한 오염원의 흡착이 일어나 화학 적으로 안정한 상태로 변화하면서 소수화되는 문제가 있다. 즉， 이렇게 소수화된 표면은 체액 및 혈액에 대한 젖음성이 낮기 때문에 임플란트 매식 후 뼈와 융합되 는 전반적인 과정을 방해하여 임플란트가 안정되는 기간을 연장시키는 단점이 있 다.
한편， US 6702 855 B1 특허에는 티타늄 임플란트의 조면화된 표면의 친수성 을 개선시키는 방법으로서 염산, 황산， 질산 등과 같은 무기산을 이용하여 화학적 으로 에칭 (etching)시키는 방법이 개시되어 있으며， 여러 문헌에서 티타늄 표면의 소수화로 인한 단점을 극복하기 위해 금속표면의 친수성을 부여하는 방법으로 플라 즈마 처리 (라디오-주파수 글로 방전 ; Radi으 Frequency Glow Discharge(RFGD) , 02 등
)， 광 조사 (자외선， 자외선—오존 등) 방식을 언급하고 있다. 그러나， 이를 적용했 을 경우 티타늄 표면올 초친수화시키는 것은 가능하나， 친수성을 일정 기간 이상 유지하는 데는 한계가 있다.
【발명꾀 상세한 설명】
【기술적 과제】
본 발명은 기존의 RBM 및 SLA 표면처리방식을 개선하기 위해 술폰산기를 갖 는 유기 양쪽성이온 완충액 (organic zwitterionic buffer)의 초친수성 코팅을 통해 SLA 표면을 장기간에 걸쳐 친수화시키고 체액 및 혈액 친화성을 향상시켜 최종적으 로는 임플란트 시술 후 우수한 골형성 효과와 짧은 골융합 기간을 가지도록 하는 친수화 처리된 임플란트를 제공하기 위한 것이다.
【기술적 해결방법】
본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금 표면에 술폰산 기를 갖는 유기 양쪽성이 온 완층액의 초친수성 코팅을 균일하게 함으로써， 표면 소수화를 일으키는 오염원 의 재흡착 및 안정화를 억제하여 티타늄 표면의 초친수성을 유지하고 체액 및 혈액 친화성을 향상시켜 최종적으로는 임플란트 시술 후 우수한 골형성 효과와 짧은 골 융합 기간을 가지도록 하기 위한 기술이다.
이를 위해 본 기술은 1) 티타늄 산화막에 흡착 및 안정화된 오염원을 제거하 여 생체활성을 가지는초친수성 티타늄 표면을 노출시키는 단계， 2) 제조된 술폰산 기를 갖는 유기 양쪽성이온 완충액의 코팅액을 도포하여 균일한 초친수성 코팅막을 형성시키는 단계， '추가적으로 3) 상기 코팅액이 증발되어 건조하는 단계를 포함하 며 (도 1 참조)， 선택적으로 오염원을 제거하는 과정은 생략될 수도 있다.
ᅳ 본 발명의 초친수화 표면처리된 금속 임플란트는 바람직하게는 상기 임플란 트를 모든 면에서 균일하게 에워싸는 코팅물질로 구성된 코팅막이 표면에 형성되어 있다.
구체적으로， 본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금 재질의 조면화된 (거친) 임 플란트 표면의 초친수성을 보존하기 위해 상온에서 습윤 또는 건조 상태를 유지하 는 코팅막을 그 표면에 포함하는 친수성 임플란트에 관한 것이다.
상기 초친수성 코팅막은 술폰산기를 갖는 유기 양쪽성이온 완충액 또는 무기 또는 유기염 물질， 또는 이를 포함하는 용액으로 형성되며， 바람직하게는 술폰산기 를 갖는 유기 양쪽성이온 완충액으로 형성됨을 특징으로 한다.
여기서 상기 술폰산기를 갖는 유기 양쪽성이은 완층액은 초친수성 작용기를 가지는 물질로서， ACES(2- (카바모일메틸아미노)에탄술폰산)， BES(N,N-비스 [2-히드 록실 -2-아미노에탄술폰산)， CHES ((시클로핵실아미노)에탄술폰산)ᅳ HEPES(4-(2-히드록 시에틸 )ᅳ1-피페라진슬폰산)， M0PS(3-(N-모르폴리노)프로판 술폰산)， PIPES(1,4—피페 라진디에탄술폰산) 및 TES(N-트리스 (히드록시메틸)메틸 -2-아미노에탄술폰산)로 이 루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상이 될 수 있으며, 바람직하게는 ACES, BES, CHES, MOPS, PIPES 또는 TES로 이루어지는 군으로부터 하나 이상이 선택되고， 더 바람직하게는 상기 술폰산기를 갖는 유가 양쪽성이온 완층액은 TES이다.
임플란트 표면에 존재하는 오염원은 조면화된 임플란트 표면 위에 플라즈마 (RFGD, 산소 및 상온 플라즈마) 또는 자외선을 처리하여 제거될 수 있다.
상기 초친수성 코팅층은 초친수성 작용기를 가지는 물질 또는 그 물질을 포 함하는 용액으로 형성될 수 있으며, 상기 초친수성 작용기를 가지는 물질은 술폰산 기를 가지는 유기 양쪽성이온 완충액， 또는 무기 또는 유기염 물질， 또는 이를 포 함하는 용액이다.
【유리한 효과】
본 발명의 금속 임플란트 제조방법은 플라즈마나 광조사 등의 전처리를 통해 금속표면에 흡착된 오염원을 제거하고 술폰산 기를 갖는 유기 양쪽성이은 완충액 기반의 물질이 코팅됨으로써, 종래의 티타늄 표면에서와 같은 소수화는 일어나지 않는다.
따라서， 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 코팅막층을 가지는 금속 임플란 트는 그 표면이 공기 중 오염원의 흡착 및 안정화를 효과적으로 방지할 뿐만 아니 라 표면에 균일하게 형성된 코팅층이 초친수성을 나타내므로 임플란트 시술후 생 체친화성과 체액 및 혈액친화성이 우수해 골형성 효과가 뛰어나고 골융합기간이 단 축되는 향상된 효과를 갖는다.
【도면의 간단한 설명】
도 1에는 티타늄의 표면에 초친수성 코팅을 형성시키는 각 단계가 도시되어 있다. 도 2에는 가속노화된 술폰산 기를 가지는 유기 양쪽성이온 완층액 (ACES, BES, CHES, HEPES, MOPS, PIPES, TES) 코팅 티타늄 디스크의 접촉각의 측정결과 그 래프가 도시되어 있다.
도 3에는 가속노화된 술폰산 기를 가지는 유기 양쪽성이온 완층액 (ACES, BES, CHES, HEPES, MOPSᅳ PIPES, TES) 코팅 티타늄 디스크의 세포 부착능의 측정결 과 그래프가 도시되어 있다.
도 4에는 가속노화된 술폰산 기를 가지는 유기 양쪽성이은 완충액 (BES, HEPES, MOPS, TES) 코팅 치과용 임플란트의 혈액단백질 부착능 측정결과 그래프가 도시되어 있다.
도 5에는 가속노화된 술폰산 기를 가지는 유기 양쪽성이온 완충액 BES 0.05-1M 코팅 치과용 임플란트의 혈액단백질 부착능 측정결과 그래프가 도시되어 있다.
도 6에는 가속노화된 술폰산 기를 가지는 유기 양쪽성이은 완충액 HEPES 0.1-1M 코팅 치과용 임플란트의 혈액단백질 부착능 측정결과 그래프가 도시되어 있 다.
도 7에는 가속노화된 술폰산 기를 가지는 유기 양쪽성이온 완층액 TES 0:ΐ~1Μ 코팅 치과용 임플란트의 혈액단백질 부착능 측정결과 그래프가 도시되어 있 다 ·
도 8에는 가속노화된 술폰산 기를 가지는 유기 양쪽성이온 완충액 (BES, HEPES, MOPS, TES) 코팅 치과용 임플란트의 혈액친화성 측정결과 사진이 도시되어 있다. ： '
도 9에는 가속노화된 술폰산 기를 가지는 유기 양쪽성이은 완충액 (BES, HEPES, MOPS, PIPES, TES)코팅 치과용 임플란트의 골계면 결합력 측정을 위한 동물 실험결과가 도시되어 있다.
【발명의 실시를 위한 최선의 형태】
본 발명은 오염원이 제거된 티타늄 또는 티타늄 합금 재질로 된 조면화된 표 면 및 ACES, BES, CHES, HEPES, MOPS, PIPES 및 TES로 이루어지는 군으로부터 선택 되는 하나 이상의 술폰산기를 갖는 유기 양쪽성이온 완충액의 친수성 코팅막을 포 함하는 친수성 임플란트에 관한 것이다.
상기 술폰산기를 갖는 유기 양쪽성이온 완층액은 바람직하게는 ACES, BES, CHES, MOPS, PIPES 및 TES로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 더 바람직하게는， 상기 술폰산기를 갖는 유기 양쪽성이온 완충액은 TES이다. 그리고, 상기 술폰산기를 갖는 유기 양쪽성이온 완충 물질로 형성되는 막이 코팅되기 이전에 상기 임플란트 표면의 오염원이 제거될 수 있다.
상기 임폴란트 표면의 오염원을 제거하는 방법으로는 자외선， RFGD (라디오- 주파수 글로 방전)， 산소 및 상온 플라즈마 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
또한 상기 티타늄 또는 티타늄 합금 재질로 된 거친 표면에 상기 술폰산기를 갖는 유기 양쪽성이온 완충 물질로 형성되는 막은 건조된 상태로 코팅될 수 있다. 【발명의 실시를 위한 형태】
이하에서는， 실시예를 통하여 본 발명을 예시한다.
[실시예 1]
티타늄 디스크 표면의 오염원 제거 및 술폰산 기를 가지는 유기 양쪽성이온 와충액 코팅층 형성
기계가공된 티타늄 디스크를 입자 크기 1mm 이하의 A1203 분말을 사용하여 블라스트 압력 1-10 기압으로 1~60 초간 블라스팅하였다. 흔합산 수용액을 이용한 산 처리법을 이용하여 임플란트 표면의 매크로- 및 마이크로-형태학을 부여하였다. 산부식 처리된 치과용 티타늄 디스크를 에탄올로 30분간 그리고 증류수로 30분간 초음파 세척한 다음 건조시켰다. 상기 공정을 거친 디스크에 폴라즈마 1 분 혹은 자외선 5 분을 처리하여 표면에 흡착 및 안정화된 오염원을 제거하였고， 상기 표면 에 1M 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완층액 (ACES, BES, CHES, HEPES, MOPS, PIPES, TES 등) 수용액을 10 균일하게 도포하고 대기 중에서 건조하였다. 상기 제조한 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완층액 코팅 디스크를 하기 실시예 2 및 3에서 사용하였다.
[실시예 2].
가속노화된 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완층액 코팅 티타늄 디스크 의 접촉각 측정
상기 실시예 1에서 제작한 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완충액 코팅 티타늄 디스크를 가속노화 조건 (약 551： )에서 2, 4， 6주 및 12주간 방치한 다음， 접촉각을 측정하기 위해 증류수 5/^를 상기 디스크에 떨어뜨린 (dropping) 후, 측면 에서 근접촬영하여 접촉각을 측정하였다. 이때， 음성대조군으로는 오염원을 제거하 지 않은 임플란트를， 양성대조군으로는 오염원을 제거하는 전처리 과정을 거쳤으나 상기물질을 코팅하지는 않은 임플란트를 사용하였다. 도 2에서 보는 바와 같이, 음 성대조군의 접촉각은 107° 이고 양성대조군 및 실험군의 접촉각은 0° 였으며, 가속 노화를 거치면 양성대조군은 접촉각이 증가하여 초친수성이 유지되지 않는 반면， 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완층액 코팅 티타늄 디스크는 가속노화를 거치 더라도 접촉각이 0° 를 유지하는 양상을 나타내 초친수성이 유지됨을 확인하였다.
[실시예 3]
가속노화된 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완충액 코팅 티타늄 디스크 의 세포부착능 측정
상기 실시예 1에서 제작한 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완층액 코팅 티타늄 디스크를 가속노화 조건 (약 55°C)에서 2주간 방치한 다음, 세포부착능을 측 정하기 위해 조골세포주인 MG63을 1X105 세포 /디스크로 시딩 (seeding)한 후， 1 시 간 배양하여 크리스탈 바이올렛 어세이로 디스크 표면에 부착된 세포를 정량화하였 다. 이때， 음성대조군으로는 오염원올 제거하지 않은 임플란트를， 양성대조군으로 는 오염원을 제거하는 전처리 과정을 거쳤으나 상기물질을 코팅하지는 않은 임플란 트를 사용하였다. 도 3에서 보는 바와 같이， 음성대조군과 비교해봤을 때， 양성대 조군에서 세포부착이 증가함을 확인할 수 있고， 대부분의 실험군에서 양성대조군과 유사한 수준의 세포부착이 일어났다. 특히 TES 코팅 디스크에서 세포부착이 우수함 을 확인하였다.
[실시예 4]
치과용 임플란트 표면와오염원 제거 및 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 와층액 코팅충 형성
기계가공된 티타늄 임플란트를 입자 크기 1画 이하의 A1203 분말을 사용하여 블라스트. 압력 1~10 기압으로 1~60 초간 블라스팅하였다. 흔합산 수용액을 이용한 산처리법을 이용하여 임플란트 표면의 매크로ᅳ 및 마이크로―형태학을 부여하였다. 산부식 처리된 치과용 티타늄 임플란트를 에탄을로 30분간 그리고 증류수로 30분간 초음파 세척한 다음 건조시켰다. 상기 공정을 거친 임플란트에 플라즈마 1 분 혹은 자외선 5 분을 처리하여 표면에 흡착 및 안정화된 오염원을 제거하였고, 상기 표면 에 0.2M 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완충액 (BES, HEPES, MOPS, TES 등) 수 용액을 10 균일하게 도포하고 대기 중에서 건조하였다. 상기 제조한 TES 코팅 임 플란트를 하기 실시예 5 및 6에서 사용하였다. [실시예 5]
가속노화된 숨폰산기를 가지는 유기 양쪽성이은 와충액 코팅 치과용 임폴라 트의 혈액친화성 및 험액단백짐 부착능 측정 심험
상기 실시예 4에서 제작한 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완층액 코팅 치과용 임플란트를 가속노화 조건 (약 75°C)에서 1.5 3 4.5주 및 7.5주간 방치한 다음, 혈액단백질 부착량을 확인하기 위해 5% BSA( bovine serum albumin) 수용액에 상기 임플란트를 약 1賺 담지한 후, 표면에 부착되는 BSA을 BCA 검정으로 확인하였 다. 이 때, 음성대조군으로는 오염원을 제거하지 않은 임플란트를 양성대조군으로 는 오염원을 제거하는 전처리 과정을 거쳤으나 상기 물질을 코팅하지는 않은 임플 란트를 사용하였다. 도 4에서 보는 바와 같이, 7.5주간의 가속노화에도 불구하고 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완충액이 코팅된 임플란트는 혈액단백질의 부 착능이 유지 혹은 상승됨을 확인할 수 있다. 특히 TES 코팅 임폴란트에서 혈액단백 질 부착능이 가장 우수하였다. 상기 실시예 1에서 제작한 TES 코팅 치과용 임플란 트를 가속노화 조건 (약 75°C)에서 1.5 3, 4.5주 및 7.5주간 방치한 다음， 혈액친 화성을 확인하기 위해 마이크로피그 (micropig) 혈액에 상기 임플란트를 약 3誦 담 지한 후， 임플란트 표면을 타고 올라오는 혈액의 높이로 혈액젖음성을 확인하였다. 이때， 대조군으로는 오염원을 제거하는 전처리 과정을 거쳤으나 상기물질을 코팅하 지는 않은 임플란트를 사용하였다. 도 5에서 보는 바와 같이， 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완층액이 코팅된 임플란트에서 대조군보다 혈액젖음성이 높은 것 을 육안으로 확인함으로써, 혈액친화적임을 알 수 있었다. 혈액친화성은 특히 가속 노화기간이 증가할수록 대조군대비 실험군에서 두드러지게 증가하였다.
[실시예 6]
가속노화된 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이은 와충액 코팅 치과용 임플라 트의 골계면결합력 측정을 위한 동물실험
상기 실시예 4에서 제작한 TES 코팅 치과용 임플란트를 가속노화 조건 (약 55 °C)에서 2주간 방치한 다음， 임플란트-골계면 결합력을 확인하기 위해 micropig 하 악에 상기 임플란트를 식립하고 16일간 골 형성기간 후에 토크 제거력 (removal torque) 측정을 하였다. 이때， 음성대조군으로는 오염원을 제거하지 않은 임플란트 를， 양성대조군으로는 오염원을 제거하는 전처리 과정을 거쳤으나 상기물질을 코팅 하지는 않은 임플란트를 사용하였다.'도 6에서 보는 바와 같이， 음성대조군에 비해 양성대조군에서 토크 제거력이 약 50% 가량 증가하였고， 실험군 또한 음성대조군 대바 약 20~40% 가량 토크 제거력이 향상됨을 확인함으로써， 임플란트-골계면 결합 력이 강해짐을 확인하였다. 실험군 모두 양성대조군 대비 약간 낮긴 하지만 유사한 수준으로 골계면 결합력의 향상이 유지됨을 알 수 있었다.
[실시예 7]
치과용 임폴란트 표면의 오염원 제거 및 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완충액 코팅층 형성
기계가공된 티타늄 임플란트를 입자 크기 1mm 이하의 A1203 분말을 사용하여 블라스트 압력 1~10 기압으로 1~60 초간 블라스팅하였다. 흔합산 수용액을 이용한 산처리법을 이용하여 임플란트 표면의 매크로- & 마이크로-형태학을 부여하였다. 산부식 처리된 치과용 티타늄 임플란트를 에탄올로 30분간 그리고 증류수로 30분간 초음파 세척한 다음 건조시켰다. 상기 공정을 거친 임플란트에 플라즈마 1분 혹은 자외선 5분을 처리하여 표면에 흡착 및 안정화된 오염원을 제거하였고， 상기 표면 에 0.05~1M 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완층액 (BES, HEPES, TES) 수용액을 ΙΟβί 균일하게 도포하고 대기중에서 건조하였다. 상기 제조한 TES 코팅 임플란트를 하기 실시예 8에서 사용하였다.
[실시예 8]
가속노화된 술폰산기를 가지는 다양한 조건의 유기 양쪽성이은 와층액 코팅 치과용 임픔란트의 혈액단백질 부착능 측정 실험
상기 실시예 7에서 제작한 술폰산기를 가지는 유기 양쪽성이온 완충액 코팅 코팅 치과용 임플란트를 가속노화 조건 (약 75°C)에서 6주간 방치한 다음， 혈액단백 질 부착량을 확인하기 위해 5% BSA( bovine serum albumin) 수용액에 상기 임플란트 를 약 1隱 담지한 후ᅳ 표면에 부착되는 BSA을 BCA 검정으로 확인하였다. 도 7~9에 서 보는 바와 같이， 6주간의 가속노화에도 불구하고 술폰산기를 가지는 유기 양쪽 성이온 완충액 코팅된 임플란트는 코팅액 농도가 0.05-1M 모두에서 대체적으로 혈 액단백질의 부착능이 우수함을 확인할 수 있고， 특히 0.1~0·5Μ 범위의 조건으로 코 팅한 경우에서 혈액단백질 부착능이 더 상승됨을 확인하였다. 한편， 상기 실시예는 본 발명의 설명을 돕기 위한 것으로 본 발명이 상기 실 시예에 의해 제한되는 것은 아니며， 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 본 발명의 특허청구범위 및 발명의 내용을 근거 로 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.
【산업상 이용가능성]
본 발명은 인체 조직 내에 식립되는 티타늄 또는 티타늄 합금 재질의 임플란 트 전반에 걸쳐 폭넓게 적용할 수 있다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
티타늄 또는 티타늄 합금 재질로 된 거친 표면에 ACES, BES, CHES, HEPES, MOPS, PIPES 및 TES로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 술폰산기를 갖 는 유기 양쪽성이온 완층 물질로 형성되는 막이 코팅되어 이루어지는 친수성 임플 란트.
【청구항 2]
티타늄 또는 티타늄 합금 재질로 된 거친 표면에 ACES, BES, CHES, MOPS, PIPES 및 TES로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 술폰산기를 갖는 유 기 양쪽성이온 완충 물질로 형성되는 막이 코팅되어 이루어지는 친수성 임플란트.
【청구항 3】
티타늄 또는 티타늄 합금 재질로 된 거친 표면에 TES 또는 이를 포함하는 술 폰산기를 갖는 유기 양쪽성이온 완층 물질로 형성되는 막이 코팅되어 이루어지는 친수성 임플란트.
【청구항 4】
거 U항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서
상기 술폰산기를 갖는 유기 양쪽성이온 완층 물질로 형성되는 막이 코팅되기 이전에 상기 임플란트 표면의 오염원이 제거되는 것을 특징으로 하는 친수성 임플 란트.
【청구항 5】
거 U항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서，
상기 티타늄 또는 티타늄 합금 재질로 된 거친 표면에 상기 술폰산기를 갖는 유기 양쪽성이온 완충 물질로 형성되는 막이 건조된 상태로 코팅되어 있는 친수성 임플란트.
【청구항 6】
제 4항에 있어서，
상기 임플란트 표면의 오염원이 자외선， RFGD (라디오-주파수 글로 방전), 산 소 및 상온 플라즈마 중 적어도 어느 하나에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 친 수성 임플란트. '
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005289852A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Shigeo Okahata 医療用材料および／または歯科用材料と、その製造方法。

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