WO2023022302A1 - 표면 처리된 임플란트 구조체 - Google Patents

표면 처리된 임플란트 구조체 Download PDF

Info

Publication number
WO2023022302A1
WO2023022302A1 PCT/KR2021/017891 KR2021017891W WO2023022302A1 WO 2023022302 A1 WO2023022302 A1 WO 2023022302A1 KR 2021017891 W KR2021017891 W KR 2021017891W WO 2023022302 A1 WO2023022302 A1 WO 2023022302A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
implant structure
outer circumferential
circumferential surface
implant
laser
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/017891
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정보수
이병학
Original Assignee
주식회사 비투랩
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 비투랩 filed Critical 주식회사 비투랩
Priority to US17/625,100 priority Critical patent/US20230181292A1/en
Priority to EP21954348.5A priority patent/EP4285860A1/en
Priority to CN202180100574.4A priority patent/CN117642135A/zh
Publication of WO2023022302A1 publication Critical patent/WO2023022302A1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
    • A61C8/0018—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the shape
    • A61C8/0022—Self-screwing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
    • A61C8/0012—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the material or composition, e.g. ceramics, surface layer, metal alloy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
    • A61C8/0012—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the material or composition, e.g. ceramics, surface layer, metal alloy
    • A61C8/0013—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the material or composition, e.g. ceramics, surface layer, metal alloy with a surface layer, coating
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • 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
    • A61L27/02—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
    • A61L27/02—Inorganic materials
    • A61L27/10—Ceramics or glasses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/355—Texturing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
    • A61C8/0018—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the shape
    • A61C8/0037—Details of the shape
    • A61C2008/0046—Textured surface, e.g. roughness, microstructure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
    • A61F2002/30316—The prosthesis having different structural features at different locations within the same prosthesis; Connections between prosthetic parts; Special structural features of bone or joint prostheses not otherwise provided for
    • A61F2002/30329—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements
    • A61F2002/30331—Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements made by longitudinally pushing a protrusion into a complementarily-shaped recess, e.g. held by friction fit
    • A61F2002/30332—Conically- or frustoconically-shaped protrusion and recess
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2/30771—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth applied in original prostheses, e.g. holes or grooves
    • A61F2002/3084—Nanostructures
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2/30771—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth applied in original prostheses, e.g. holes or grooves
    • A61F2002/3085—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth applied in original prostheses, e.g. holes or grooves with a threaded, e.g. self-tapping, bone-engaging surface, e.g. external surface
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2002/30925—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth etched
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/30767—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • A61F2002/3093—Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth for promoting ingrowth of bone tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2310/00—Prostheses classified in A61F2/28 or A61F2/30 - A61F2/44 being constructed from or coated with a particular material
    • A61F2310/00389—The prosthesis being coated or covered with a particular material
    • A61F2310/00592—Coating or prosthesis-covering structure made of ceramics or of ceramic-like compounds
    • A61F2310/00796—Coating or prosthesis-covering structure made of a phosphorus-containing compound, e.g. hydroxy(l)apatite

Definitions

  • the present invention relates to a surface-treated implant structure.
  • An implant is used for a treatment that restores the function of a bone using a material that is harmless to the human body.
  • conventional implants are used for indications related to bone tissue in dentistry, orthopedics, and the like.
  • dental implants are used to restore the function of teeth by fixing artificial teeth after implanting a fixture made of a material that does not cause rejection by the human body to replace the lost tooth root in the alveolar bone where the tooth has been removed. .
  • implants can prevent damage to surrounding dental tissue and can be used stably because there is no secondary caries occurrence factor.
  • implants have the same structure as natural teeth, so there is no pain and foreign body sensation in the gums, and there is an advantage that they can be used semi-permanently if managed well.
  • metals eg, titanium (Ti), Co-Cr, SS, Gold, etc.
  • ceramics eg, zirconia, alumina, etc.
  • polymers eg, PMMA
  • One aspect is to provide an implant structure comprising a fixture serving as an artificial tooth root, wherein the fixture includes nano-protrusions having a certain level of height and aspect ratio on its surface.
  • One aspect is an implant structure comprising a fixture that serves as an artificial tooth root, wherein the fixture is machined with a femtosecond laser and includes an outer circumferential surface having a structure that is higher or lower than the non-machined surface. To provide an implant structure will be.
  • One aspect is an implant structure including a fixture that serves as an artificial tooth root, wherein the fixture is disposed above a cylindrical bone contact portion 111 including a first outer circumferential surface in which a thread is formed and the bone contact portion A gingival contact portion 112 including a second outer circumferential surface, wherein the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface includes a plurality of nano-protrusions having a width of 10 to 1000 nm and an aspect ratio of 1000:1 to 1:50
  • an implant structure is provided.
  • One aspect is an implant structure including a fixture that serves as an artificial tooth root, wherein the fixture is disposed above a cylindrical bone contact portion 111 including a first outer circumferential surface in which a thread is formed and the bone contact portion It includes a gingival contact portion 112 including a second outer circumferential surface, wherein the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface includes nanoprotrusions having a height of 50 to 200 nm and an aspect ratio of 50: 1 to 1:50, An implant structure is provided.
  • the fixture 110 constituting the implant structure may be provided integrally with or separated from the abutment 140, and the bone contact portion 111 including an outer circumferential surface in which threads are formed and the gingiva It may be provided to include all of the contact parts 112 .
  • the nano-protrusions may be arranged in a state where the surface of the implant structure in a state in which nano-protrusions are not formed is located between adjacent nano-protrusions.
  • the term “width” means the distance between the centers of ends of adjacent nano-protrusions included in the surface of the implant structure.
  • the width may be 1 to 2000 nm, 1 to 1000 nm, 5 to 1000 nm, 10 to 1000 nm, 100 to 1000 nm, 10 to 500 nm, or 10 to 100 nm.
  • the nanoprotrusions having a width of 1 to 2000 nm may impart unique surface characteristics and functionality to the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface of the implant structure, wherein the functionality may be an antibacterial effect or an osseointegration promoting effect.
  • the width between the adjacent nano-protrusions and the horizontal (horizontal) length or vertical (longitudinal) length of the nano-protrusions are 1:1 to 100:1, 1:1 to 50:1, or 1:1 to 1:1. It can be provided in a ratio of 10:1.
  • the term "aspect ratio" refers to the ratio between the width and height of nano-protrusions included on the surface of an implant structure.
  • the aspect ratio is 1000:1 to 1:50, 500:1 to 1:50, 200:1 to 1:50, 100:1 to 1:50, 50:1 to 1:50, 40: 1 to 1:40, 30:1 to 1:30, or 20:1 to 1:20 may be provided.
  • the nanoprotrusions having an aspect ratio of 1000:1 to 1:50 may impart unique surface characteristics and functionality to the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface of the implant structure, wherein the functionality may be an antibacterial effect or an osseointegration promoting effect.
  • the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface may be used interchangeably with the surface of the implant structure.
  • the implant structure is 1:1 to 1:50, 1:1 to 1:45, 1:1 to 1:40, 1:1 to 1:35, 1:1 to 1:30; 1:1 to 1:25, 1:1 to 1:20, 1:1 to 1:15, 1:1 to 1:10, 1:10 to 1:50, 1:10 to 1:45, 1: An aspect ratio of 10 to 1:40, 1:10 to 1:35, 1:10 to 1:30, 1:10 to 1:25, 1:10 to 1:20, or 1:10 to 1:15
  • the surface of the implant structure may exhibit an antibacterial effect of killing germs such as bacteria.
  • the implant structure is 1000:1 to 1:1, 100:1 to 1:1, 50:1 to 1:1, 40:1 to 1:1, 30:1 to 1:1, 20:1 to 1:1, 10:1 to 1:1, 1000:1 to 10:1, 100:1 to 10:1, 50:1 to 10:1, 40:1 to 10:1, 30:
  • the surface of the implant structure may exhibit an osseointegration promoting effect.
  • an implant structure having a plurality of nano-protrusions having an aspect ratio of 1000:1 to 10:1 in the case of a linear shape and an aspect ratio of 1:1 to 1:50 in the case of a lattice shape according to a processing type among surface treatment conditions. can be provided.
  • the nano-protrusion shape of the second outer circumferential surface promotes the death of bacteria present on the surface of the implant, and has a width of 10 to 100 nm and an aspect ratio of 1:50 to 1:1 or a width of 100 to 1000 nm. And it may be provided with an aspect ratio of 1:1 to 1:50. In addition, the nano-protrusion shape of the second outer peripheral surface may be provided with a height of 100 to 200 nm and an aspect ratio of 1:1 to 1:50.
  • the nano-projection may be provided with a flat end (blunt) shape.
  • the term “blunt” refers to a case in which a value obtained by multiplying the "horizontal ratio of the nanoprotrusion” and the “curvature of the end of the nanoprotrusion” is -2 to +2.
  • the curvature may be -2 to +2, -1 to +1, or -0.5 to +0.5, but is not limited thereto.
  • the end of the nano-protrusion when a value obtained by multiplying the "horizontal length of the nano-protrusion" and the “curvature of the end of the nano-protrusion" is +2, the end of the nano-protrusion may have a hemispherical shape.
  • the end of the nano-protrusion when the end of the nano-protrusion does not form a curvature or is less than a certain curvature, it may be provided in a pointed shape.
  • the arithmetic average roughness (Ra) value of the surface of the second outer circumferential surface may be in the range of 1.0 to 5.0 ⁇ m. 3.0 ⁇ m, 1.00 to 2.0 ⁇ m, 2.0 to 5.0 ⁇ m, 2.0 to 4.0 ⁇ m, 2.0 to 3.0 ⁇ m, 3.0 to 5.0 ⁇ m, or 3.0 to 4.0 ⁇ m.
  • the arithmetic average roughness of the surface as described above may contribute to promoting the death of bacteria present on the implant surface.
  • arithmetic mean roughness (Ra) refers to the arithmetic mean height of the roughness curve, and the parameter value may be defined according to the ISO 25178-2:2012 standard.
  • the nano-protrusion shape of the first outer peripheral surface is to promote osseointegration with the implant, and may be provided with a width of 10 to 1000 nm and an aspect ratio of 1000:1 to 1:1.
  • the nano-protrusions on the first outer circumferential surface may have a width of 10 to 1000 nm and an aspect ratio of 100:1 to 1:1.
  • the nano-protrusions on the first outer circumferential surface may have a height of 50 to 200 nm and an aspect ratio of 1000:1 to 1:1.
  • the arithmetic mean roughness (Ra) value of the surface of the first outer circumferential surface may be in the range of 0.5 to 3.0 ⁇ m. 1.0 ⁇ m, 1.0 to 3.0 ⁇ m, 1.0 to 2.5 ⁇ m, 1.0 to 2.0 ⁇ m, or 2.0 to 3.0 ⁇ m.
  • the arithmetic average roughness of the surface as described above may contribute to promoting osseointegration with the implant.
  • the nano-protrusions included in the first outer circumferential surface and the second outer circumferential surface may be provided with different aspect ratios.
  • the bone contact portion including the first outer circumferential surface may include protrusions having a surface property for promoting osseointegration, that is, an aspect ratio range of 1000:1 to 1:1, and may include the second outer circumferential surface.
  • the gingival contact portion may include nanoprotrusions having surface properties for exhibiting an antibacterial effect, that is, an aspect ratio ranging from 1:1 to 1:50.
  • the implant structure may be surface-treated with a femtosecond laser.
  • the surface treatment may include irradiating a femtosecond laser beam having a laser intensity of 1 to 5 W to the surface of the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface one or more times in a linear or grid pattern.
  • an implant structure including a fixture serving as an artificial tooth root, wherein the fixture includes a cylindrical bone contact portion 111 including a threaded outer circumferential surface, and the outer circumferential surface has a thickness of 10 to 1000 nm.
  • the fixture 110 constituting the implant structure may be provided integrally with or separated from the abutment 140, and consists of a bone contact portion 111 including an outer circumferential surface in which threads are formed.
  • the bone contact portion 111 may include a bone formation promoting region 113 and an antibacterial activity promoting region 114, or may be composed of a bone formation promoting region 113 and an antibacterial activity promoting region 114, ,
  • the antibacterial activity promoting region 113 may be located on top of the bone formation promoting region 114 or on top of the bone contact portion 111 .
  • the bone formation promoting area 114 is 1:1 to 1:50, 1:1 to 1:45, 1:1 to 1:40, 1:1 to 1:35, 1:1 to 1:35, 1:1 to the surface.
  • It may include a plurality of nano-protrusions having an aspect ratio of 15.
  • the antibacterial activity promoting region 113 is 1000: 1 to 1: 1, 100: 1 to 1: 1, 50: 1 to 1: 1, 40: 1 to 1: 1, 30: 1 to 1: 1 on the surface. 1 to 1:1, 20:1 to 1:1, 10:1 to 1:1, 1000:1 to 10:1, 100:1 to 10:1, 50:1 to 10:1, 40:1 to It may include a plurality of nano-protrusions having an aspect ratio of 10:1, 30:1 to 10:1, or 20:1 to 10:1.
  • the implant structure may be surface-treated with a femtosecond laser, and antibacterial activity having a plurality of nano-protrusions having an aspect ratio of 1000: 1 to 10: 1 in the case of a linear shape depending on the processing form among surface treatment conditions
  • a promoting region may be provided, and in the case of a lattice shape, a bone formation promoting region having a plurality of nano-protrusions having an aspect ratio of 1:1 to 1:50 may be provided.
  • the nano projections of the antibacterial activity promoting region 114 may have flat ends.
  • the antibacterial activity promoting region 114 may be formed in a range of 0.1 to 3.0 mm in the direction of the bone formation promoting region 113 from the top of the bone contact portion 111 .
  • the length of the antimicrobial activity promoting region 114 is 0.1 to 3.0 mm, for example, 0.1 mm, 0.5 mm, 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm, in the direction of the bone formation promoting region 113 from the top of the bone contact portion. mm, 2.5 mm, or 3.0 mm.
  • the upper end of the bone contact portion 111 may refer to an area adjacent to the end face of the fixture exposed to the outside after being inserted into the alveolar bone, and the length may be used interchangeably with the height in the longitudinal axis of the fixture.
  • the antibacterial activity promoting region 114 is 1 to 50%, for example, 1 to 40%, 1 to 30%, 1 to 20%, 1 to 20%, based on the total length of the bone contact portion 111 to 10%, 1 to 5%, 10 to 50%, 10 to 40%, 10 to 30%, or 10 to 20%.
  • the implant structure may be prepared using a biocompatible material.
  • the biocompatible material is not limited to metal, ceramic, or resin as long as it is a biocompatible material.
  • the biocompatible metal material may be made of copper, titanium, titanium alloy, cobalt chromium alloy, etc.
  • the biocompatible ceramic material may be alumina (aluminum oxide), yttrium oxide, hafnium oxide, silicon oxide, magnesium oxide, oxide, etc. It may be provided with cerium or the like, and the biocompatible resin material may be provided with silicon, nylon, POM, composite material, or the like.
  • titanium or titanium alloy may be included in a volume ratio of 50% or more and 100% or less of the implant.
  • titanium may be included in an amount of 50% or more and 100% or less, 60% or more and 99% or less, 70% or more and 95% or less, 80% or more and 95% or less, or 90% or more and 95% or less in the volume ratio of the implant.
  • the implant structure may be prepared by laser surface treatment, blasting surface treatment, or etching surface treatment.
  • the implant structure is prepared by simultaneously performing a blasting process of increasing surface roughness by spraying fine sand particles on the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface and an etching process of increasing surface roughness by immersing in an etchant to corrode the surface It may be, or it may be provided by surface treatment with a laser.
  • the laser may be a femtosecond laser.
  • blasting surface treatment refers to increasing surface roughness by spraying fine particles on the surface of an implant structure.
  • it may be performed by increasing the surface roughness by spraying fine sand particles on the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface.
  • sand is used, but significantly improved macroscopic roughness can be obtained when hard materials such as boron carbide are used.
  • Al 2 O 3 particles having an average diameter of 250 to 500 ⁇ m can be used.
  • the etching surface treatment may be performed by immersing the bone contact portion 111 and the gingival contact portion 112 in an etchant to corrode the surface, and the surface roughness of the implant structure may be increased by the corrosion.
  • the etching may be performed by reducing acid such as hydrofluoric acid (HF), or a mixture of hydrochloric acid (HCL) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ).
  • reducing acid such as hydrofluoric acid (HF), or a mixture of hydrochloric acid (HCL) and sulfuric acid (H 2 SO 4 ).
  • the etching solution is not limited thereto, and may contain one or more compounds selected from the group consisting of phosphoric acid, nitric acid, ammonium fluoride, hydrogen peroxide, and hydrobromic acid.
  • the etching time varies depending on the etching solution used, and may generally range from about 10 seconds to about 120 minutes. Etching may be performed by immersing at least a portion of the implant structure in the etching solution, waiting for about 1 to 60 minutes, more preferably about 20 to 40 minutes, and very preferably about 30 minutes, and then taking it out. However, it is not limited thereto, and it is also possible to immerse only the bone contact portion 111 or the gingival contact portion 112 in the etching solution.
  • the implant structure 100 may be additionally washed with a predetermined cleaning solution.
  • the surface of the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface may have a slightly higher roughness by a blasting process, and may have a slightly lower roughness than that of a blasting process by an etching process.
  • the surface of the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface is treated only by etching.
  • an implant structure including a fixture serving as an artificial tooth root, wherein the fixture has a cylindrical bone contact portion including a first outer circumferential surface in which threads are formed and a second outer circumferential surface disposed above the bone contact portion. It includes a gingival contact portion including, wherein the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface has a surface processed with a femtosecond laser, and (i) the height of the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface is higher than the non-laser processed surface 0.001 mm to 10 mm higher than the structure or (ii) having a structure in which the depth of the machined surface of the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface is 0.001 mm to 10 mm lower than that of the non-laser machined surface, An implant structure is provided.
  • the height of the surface to be machined of the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface may be 0.001 mm to 10 mm, 0.01 mm to 10 mm, or 0.1 mm to 10 mm higher than the non-laser processed surface.
  • the depth of the surface to be processed of the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface may be 0.001 mm to 10 mm, 0.01 mm to 10 mm, or 0.1 mm to 10 mm lower than the surface that is not laser processed. .
  • first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface When the height of the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface is higher or lower than the unprocessed surface in the above range, unique surface characteristics and functionality may be imparted to the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface of the implant structure, wherein, The functionality may be an antibacterial effect or an osseointegration promoting effect.
  • the first outer circumferential surface has a structure that promotes osseointegration, and (i) has a structure in which the height of the surface to be processed of the first outer circumferential surface is 0.001 mm to 10 mm higher than that of the non-laser processed surface. or (ii) the depth of the processing surface of the first outer circumferential surface may be 0.001 mm to 10 mm lower than that of the non-laser processed surface.
  • the height of the surface to be machined of the first outer circumferential surface may be 0.001 mm to 10 mm, 0.01 mm to 10 mm, or 0.1 mm to 10 mm higher than the non-laser processed surface.
  • the depth of the surface to be processed of the first outer circumferential surface may be 0.001 mm to 10 mm, 0.01 mm to 10 mm, or 0.1 mm to 10 mm lower than that of the non-laser processed surface.
  • Another aspect includes setting processing conditions of the laser beam; providing a laser beam according to set conditions; It provides a method for treating the surface of the implant structure including; processing the surface of the implant structure with the provided laser beam.
  • the step of setting the processing conditions of the laser beam, the processing speed of the laser 0.1mm / s to 2500mm / s, the intensity of the laser 0.1W to 100W, the intensity (Fluence) of the laser 0.1 to 100 J It can be provided by setting /cm 2 .
  • laser intensity refers to the energy per unit area, and refers to the final result value calculated by comprehensively considering average power, repetition rate, irradiation area, etc. during actual laser processing.
  • the processing of the surface may include treating the surface of the implant structure by irradiating a laser beam to have a uniform surface treatment area within a focal depth region corresponding to a traveling direction of the laser beam.
  • the step of treating the surface may be provided by treating the surface of the implant by setting the peak intensity at the focal point of the laser to 4 times the critical intensity of surface treatment of the implant.
  • the peak intensity to have a uniform surface treatment area can be calculated through Equation 1 below.
  • F peak, in-focus is the peak intensity (fluence) at the focus of the laser beam
  • F LIAT is the surface treatment critical intensity of the 3D object.
  • the fluence is a unit of laser intensity, J/cm 2 .
  • the processing of the surface may be performed so that the surface of the implant structure is positioned within a depth of focus (DOF) corresponding to the traveling direction of the laser.
  • DOF depth of focus
  • a depth of focus area having a constant surface treatment area may be calculated through Equation 2 below.
  • NA is the numerical aperture of the optical system
  • ⁇ is the central wavelength of the laser beam
  • M 2 is the quality of the laser beam.
  • the laser beam it is possible to process the laser beam to have a uniform surface treatment area within the focal depth area corresponding to the traveling direction of the laser beam.
  • the entire surface of the object can be uniformly treated by adjusting only the focal position of the laser beam without the need to adjust the focal length of the laser beam according to the shape of the object.
  • the surface treatment area generated by a unit laser pulse is formed in a circular shape, but is not necessarily limited thereto. Accordingly, it will be apparent to those skilled in the art that the laser surface treatment area can be formed in different shapes according to the pattern of the laser beam.
  • the depth of focus area (DOF) generated corresponding to the traveling direction of the laser beam is a portion to be subjected to surface treatment, that is, the surface of the object 270 (eg, the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface). It can be provided to be located in. This is because uniform surface treatment is possible without the need to adjust the focal length (i.e., the distance between the beam focusing part and the focal point) only when the part to be subjected to surface treatment is located within the DOF of the laser beam. .
  • the laser surface treatment device 200 By implementing the laser surface treatment device 200 to be positioned within (DOF), it may be provided to process the surface of the object.
  • the surface of the implant structure when the surface of the implant structure is treated by a femtosecond laser, it may be treated in a linear or grid pattern.
  • a line formed by the nanoprotrusions on the surface of the implant structure for example, a row or a mountain range-shaped arrangement that can be seen in the 200 nm magnified view of FIG. 6(C)
  • a valley forming the width of the nanoprotrusions Depending on the number of times, it can be clearly processed.
  • the aspect ratio of the nano-protrusions on the surface of the implant structure may increase during the lattice-type treatment.
  • the surface treatment is possible even if the surface treatment surface is separated from the laser focus area by a certain distance. For example, surface treatment is possible even if there is a distance of 8 to 12 mm (4 to 6 mm below or 4 to 6 mm above the unsurfaced portion). Since the surface treatment is possible as described above, it is possible to surface-treat the threads of the implant fixture having a height difference of less than 10 mm at once.
  • the dental implant and its surface treatment have been described, but it is not limited thereto.
  • Another aspect may provide an implant comprising nano-protrusions on the surface having a width of 10 to 1000 nm and an aspect ratio of 1000:1 to 1:50.
  • Another aspect may provide an implant comprising nano-protrusions on the surface having a width of 50 to 200 nm and an aspect ratio of 1000:1 to 1:50.
  • Such implants include implants for bone tissue replacement, bulk bulk fillers in granular form for inclusion in compositions for filling bone tissue defects, bone screws, implants for bone fusion, fixation pin implants or pins for implants, implants for skull reconstruction, orthopedics implants, percutaneous osseointegration implants, and dental implants.
  • orthopedic implants include hip joint implants, knee joint implants, shoulder joint implants, elbow joint implants, wrist joint implants, ankle joint implants, pubic joint implants, metatarsal joint implants, Or generally, it may include joint implants, spinal implants, spinal implants and intervertebral disc implants, radial head implants, thumb implants, implants for osteotomy (high tibial osteotomy), and the like.
  • joint implants spinal implants, spinal implants and intervertebral disc implants, radial head implants, thumb implants, implants for osteotomy (high tibial osteotomy), and the like.
  • the orthopedic implant may be a joint implant, in particular a hip joint implant and a knee joint implant.
  • Implants in the hip joint can be prostheses that are dysplastic heads and prostheses (endoosseous prosthesis or diaphysis of the femur) and cotyloid cavity prostheses.
  • Knee joint implants may include tibial and femoral components of the knee joint.
  • dental implants include dental implants themselves (helical, cylindrical, conical or layered), dental abutments, integrated abutments, dental crowns, dental implants in which abutments and crowns are integrated, dental beams, dental inserts, dental pins, and the like.
  • the surface treatment method of the implant may be applied to artificial bone, bone preservation material, etc., and the artificial bone or bone preservation material is used to supplement a missing part of bone caused by a fracture or tumor resection or cartilage removed by lumbar surgery.
  • the implant may be an artificial hip joint embedded in the femur.
  • the surface treatment method of the implant can be applied to a member of an artificial joint, a bone bonding material used for fixing a fracture site, a fixing mechanism such as a spine (vertebral implant or lumbar implant), and the like.
  • the implant surface treatment method of the present invention is not limited to implants embedded in a living body (in the body), but can also be applied to implants fixed to the body surface, and can be applied to pets or livestock, not limited to humans.
  • implant and its surface treatment may be the same as or applied to the implant structure.
  • Another aspect is an antibacterial composition
  • a metal material including a plurality of protrusions having an aspect ratio of 1:1 to 1:50 on a surface, wherein the metal material is made of titanium or a titanium alloy, and is treated with a femtosecond laser.
  • a surface-treated, antibacterial composition ; And it provides an antibacterial method comprising the step of contacting the antimicrobial composition containing the metal material.
  • antimicrobial composition may be the same as or applied in accordance with the description of the implant structure.
  • the first outer circumferential surface and the second outer circumferential surface on the surface of the structure have a specific pattern including nano-protrusions, and the characteristics of the outer circumferential surface improve adhesion between the implant structure and bone tissue, and antibacterial properties of the implant. can contribute to improving Therefore, the implant structure according to one aspect can provide excellent biocompatibility and stability by reducing side effects, such as inflammation, caused by a conventional implant having a biofilm applied to its surface.
  • FIG. 1 is a perspective view of an implant structure including an abutment-integrated fixture according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which an implant structure including a fixture according to an embodiment of the present invention is inserted into an alveolar bone.
  • FIG 3 is a perspective view of an implant structure including an abutment separation type fixture according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which a fixture according to an embodiment of the present invention is inserted into an alveolar bone.
  • FIG. 5 is a diagram showing a system for manufacturing the implant structure of the present invention.
  • FIG. 6 is a view confirming the surface of the titanium implant structure.
  • 6(A) shows the surface of untreated titanium
  • FIG. 6(B) shows the surface of a titanium metal implant treated with SLA (Sandblasted, Large Grit, Acid-etched)
  • FIG. 6(C) shows the surface treated with a femtosecond laser.
  • the surface of titanium and FIG. 6(D) is a diagram comparing the surface of untreated titanium and the surface of titanium subjected to femtosecond laser surface treatment.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the appearance of the surface of a titanium metal implant structure and a zirconia implant structure according to whether or not the surface is treated.
  • Figure 7(A) shows the surface of zirconia without surface treatment
  • Figure 7(B) shows the surface of zirconia treated with Laser 1
  • Figure 7(C) shows the surface of titanium without surface treatment
  • Figure 7(D) shows the surface of zirconia treated with Laser 1.
  • FIG. 7(E) shows a titanium surface treated with Laser 2
  • FIG. 7(F) shows a titanium surface treated with Laser 3.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the surface of a titanium metal implant structure processed by varying the number of processing linearly by a femtosecond laser.
  • 8(A), (B), and (C) are the surface of a metal implant structure linearly machined once
  • FIG. 8(D), (E), and (F) are a surface of a metal implant structure linearly machined 10 times.
  • the surface, FIGS. 8(G) and (H) show the surface of the metal implant structure processed 100 times
  • FIG. 8(I) shows the result of measuring the depth of the metal implant structure processed 100 times.
  • FIG. 9 shows that the surface of the implant structure is treated by varying the femtosecond laser surface treatment conditions, and is a diagram showing that the surface treatment is possible even if the part to be surface treated is a certain distance away from the laser focus area during the femtosecond laser surface treatment. .
  • FIG. 10 is a diagram illustrating surface treatment of a metal implant structure using a femtosecond laser.
  • 10(A) shows the upper surface of the screw thread 310, the lower surface of the screw thread 320, and the side surface of the screw bone 330 among the surfaces of the first outer circumferential surface
  • FIG. 10(B) shows the surface of the upper surface of the screw thread 310
  • FIG. 10 (C) shows the surface treatment result of the lower surface 320
  • FIG. 10 (D) shows the surface treatment result of the side surface 330 of the threaded bone.
  • FIG. 11 shows the surface of the implant structure treated by controlling the type and number of processing using a femtosecond laser, and is a view of the surface of the implant structure photographed from above.
  • Fig. 11(A) is 1 time linear surface treatment
  • Fig. 11(B) is 10 times linear surface treatment
  • Fig. 11(C) is 100 times linear surface treatment
  • Fig. 11(D) is 1 time lattice surface treatment
  • Fig. 11 (E) shows the result of 20 grating surface treatment
  • FIG. 11 (F) shows the result of 100 grating surface treatment.
  • FIG. 12 shows the surface of the implant structure treated by adjusting the type and number of processing using a femtosecond laser, and is a view taken after tilting the surface of the implant structure.
  • Fig. 12(A) is 1 time linear surface treatment
  • Fig. 12(B) is 10 times linear surface treatment
  • Fig. 12(C) is 100 times linear surface treatment
  • Fig. 12(D) is 1 time lattice surface treatment
  • Fig. 12 (E) shows the result of 20 grating surface treatment
  • FIG. 12 (F) shows the result of 100 grating surface treatment.
  • FIG. 13 is a diagram confirming nanoprotrusions formed on the surface of an implant structure by setting different processing conditions with a femtosecond laser.
  • FIG. 13(A) shows nanoprotrusions having an aspect ratio of 100:1
  • FIG. 13(B) has an aspect ratio of 1:1
  • FIG. 13(C) has an aspect ratio of 1:20.
  • Figure 14 is a view showing the effect of killing bacteria according to the surface shape of the implant structure.
  • Figure 14 (A) shows the results of confirming the bacterial killing effect in the control group
  • Figure 14 (B) Example 1
  • Figure 14 (C) Example 2
  • Figure 14 (D) Example 3.
  • Example 15 is a result of confirming the bacterial killing effect according to the surface shape of Example 2 according to the incubation time.
  • 16 is a view showing a surface-treated implant structure implanted in an animal model and a CT scan result thereof.
  • 16(A) is a surface-treated implant structure implanted in an animal model
  • FIG. 16(B) shows an implant structure surface-treated by simple machining, an implant structure surface-treated by femtosecond laser, and an implant structure surface-treated by SLA. shows the CT scan results of
  • FIG. 17 is a view confirming the osseointegration effect of the surface-treated implant structure implanted in an animal model.
  • Figure 17 (A) shows the result of confirming the cortical BIC ratio
  • Figure 17 (B) is the cortical bone area ratio.
  • FIG. 18 is a view illustrating the expression of osteogenesis-related genes and cell differentiation according to surface treatment of an implant structure in a stem cell differentiation experiment.
  • Figure 18 (A) is the expression of the Col1 gene
  • Figure 18 (B) is the expression of the ALP gene
  • Figure 18 (C) is the expression of the OCN gene
  • Figure 18 (D) is a quantitative comparison of cell differentiation levels by ARS staining
  • FIG. 18(E) shows the result of visually confirming the level of ARS staining.
  • Figure 20 is a diagram quantitatively comparing the cell adhesion of surface-treated implant structures.
  • Figure 20 (A) shows the cell adsorption capacity at 4 hours of culture
  • Figure 20 (B) shows the result of comparing the cell adsorption capacity at 24 hours of culture.
  • an 'implant fixture' is exemplified as an implant structure, but is not necessarily limited thereto, and includes all implants capable of surface treatment.
  • 'beam angle adjuster' is used as a general term for the two-dimensional scan mirror unit and the single-axis scan mirror unit
  • 'rotation unit' is used as a general term for the stepping rotation unit and the continuous rotation unit.
  • the present invention is an implant structure including a fixture that serves as an artificial tooth root, wherein the fixture includes a bone contact portion 111 including a first outer circumferential surface in which threads are formed and a second outer circumferential surface disposed above the bone contact portion.
  • the present invention is an implant structure including a fixture that serves as an artificial tooth root, wherein the fixture includes a bone contact portion 111 including a threaded outer circumferential surface, and the outer circumferential surface has a width of 10 to 1000 nm and a thickness of 1000 nm.
  • An implant structure including an antibacterial activity promoting region 114 including a plurality of nano-protrusions having an aspect ratio of 50 is provided.
  • FIGS. 1 to 4 are diagrams illustrating an exemplary structure and shape of an implant structure according to one embodiment, and a state in which the implant structure is inserted into an alveolar bone.
  • the fixture 110 of the implant structure 100 according to the present invention is implanted in the missing alveolar bone to form a tooth root, specifically including a bone contact portion 111, a gingival contact portion 112, and an upper portion 130. It can be done.
  • the fixture 110 of the implant structure 100 according to the present invention is implanted in the missing alveolar bone to form a tooth root, specifically, a bone contact portion composed of a bone formation promoting area 113 and an antibacterial activity promoting area 114 ( 111) may be included.
  • the fixture 110 of the implant structure 100 is made of a material such as titanium alloy, which is a material harmless to the human body, and a predetermined surface treatment may be performed on the surface of the fixture 110.
  • the implant fixture 110 is commonly referred to as an abutment (not shown), and types may be classified depending on whether an abutment to which an artificial tooth is coupled is integrally formed.
  • the abutment 140 may be manufactured integrally with the fixture and provided as a fixture for an integral implant. In addition, the abutment 140 may be manufactured in a state separated from the fixture and provided in a form coupled to the implant structure when inserted.
  • the fixture 110 of the implant structure 100 described in one embodiment may be a fixture for an abutment-integrated implant of FIG. 1 or a fixture for an abutment-separate implant of FIG. 3 .
  • the bone contact portion 111 is a portion inserted into the alveolar bone 151 in the fixture 110 of the implant structure 100, and a screw thread wound in a spiral shape is formed on the outer circumferential surface of the body configured in a cylindrical shape as a whole It includes the first outer circumferential surface.
  • the cylindrical shape may be a cylindrical shape or a truncated cone shape, and the truncated cone shape may be a cylindrical shape having an upper beam lower beam or an upper narrow lower beam shape.
  • the screw thread may be a single-line screw or a double-line screw, as well as a multi-line screw. At this time, it is preferable that the pitch of each screw is the same.
  • the screw thread may gradually increase in diameter from the lower end and then maintain a constant diameter after a certain section.
  • a cutting blade (not shown) for self-tapping may be formed at the lower end, and the cutting blade may allow the fixture 110 to be easily inserted while cutting the surrounding bone of the alveolar bone in the initial insertion process. .
  • the screw thread may be provided with a screw thread upper surface 310, a screw thread lower surface 320 and a screw bone side surface 330.
  • the first outer circumferential surface of the bone contact portion 111 has nano-protrusions having a specific aspect ratio formed thereon.
  • a specific pattern of nano-protrusions may be provided by laser surface treatment, and fine sand particles may be formed. It may be treated by simultaneously performing a blasting process in which surface roughness is increased by spraying and an etching process in which surface roughness is increased by immersing in an etchant to corrode the surface.
  • the bone contact portion 111 may be exposed to bacteria or the like, but is highly likely to be a part that is mainly inserted into the alveolar bone 151 and requires bone fusion, and is preferably surface-treated to promote bone fusion.
  • the bone contact portion 111 may include a bone formation promoting area 113 corresponding to the first outer circumferential surface and an antibacterial activity promoting area 114 corresponding to the second outer circumferential surface. In this case, bone fusion is promoted and the bone contact portion It is possible to reduce the risk of exposure to bacteria and the like that may be caused in the upper part.
  • the bone contact portion 111 may have a different surface pattern of the upper surface of the screw thread 310, the lower surface of the screw thread 320, or the side surface of the screw bone 330 included in the first outer circumferential surface by laser surface treatment.
  • the bone contact portion 111 may be processed to form, for example, an osseointegration promoting structure 410 on the screw thread lower surface 320 and a flat structure 420 on the screw thread upper surface 310, respectively, and the bone fusion promoting structure ( 410) and the flat structure 420 may be processed so that they are all included in the side of the screw bone 330, that is, in parallel.
  • the gingival contact portion 112 is disposed above the bone contact portion 111 and includes a second outer circumferential surface on which no thread is formed, and is a portion to which the gingiva 150 can be contacted.
  • the gingival contact portion 112 may be provided in a cylindrical, conical or layered shape, specifically, may be a cylindrical shape (eg, a cylindrical shape, a truncated cone shape), and the truncated cone shape may be a cylinder in the form of an upper beam or a lower beam. can be a shape.
  • the second outer circumferential surface of the gingival contact portion 112 has nano-protrusions having a specific aspect ratio formed on the surface.
  • a specific pattern of nano-protrusions may be provided by laser surface treatment, and fine sand particles may be formed. It may be treated by simultaneously performing a blasting process in which surface roughness is increased by spraying and an etching process in which surface roughness is increased by immersing in an etchant to corrode the surface.
  • the gingival contact portion 112 is a part that requires bone fusion when inserted into the alveolar bone 151, it is likely to mainly contact the gingiva 150 and is likely to be exposed to bacteria, etc. It is preferable that the surface is treated so as to promote death.
  • the upper part 130 is disposed above the gingival contact part 112 and may be a part to which an abutment or a crown can be coupled depending on the type of implant. Specifically, in the case of an integral implant fixture, a crown may be coupled to the upper portion, and in the case of an implant structure manufactured in a state in which the fixture and abutment are separated, an abutmentor may be coupled to the upper portion.
  • the upper part 130 may have an approximate shape of a truncated cone.
  • the surface of the upper portion 130 may be provided in a state in which the surface is placed smoothly by simply cutting without surface treatment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a system for manufacturing the implant structure of the present invention.
  • the laser surface treatment apparatus 200 includes a laser generator 210, a beam expander 220, a beam angle adjuster 230, and a beam focusing unit 240. , It may include a rotation unit 250 and a control unit 260.
  • the components shown in FIG. 3 are not essential to implement the implant structure manufacturing system, so the implant structure manufacturing system described herein may have more or fewer components than the components listed above.
  • the laser generator 210 may generate a laser beam for surface treatment of the object 270 .
  • the laser generator 210 may use a pulsed laser source.
  • the laser beam generated by the laser generator 210 in units of pulses may be irradiated to the target object 270 via the beam expander 220, the beam angle adjuster 230, and the beam concentrator 240 sequentially. there is.
  • the laser generator 210 may generate any one of nanosecond, picosecond, and femtosecond laser beams, and more preferably, femtosecond laser beams.
  • the femtosecond laser beam is an ultrashort laser beam having a pulse duration time of 1 to 1000 femtoseconds.
  • the laser generator 210 may generate a pulsed laser beam having a pulse duration within a femtosecond range.
  • the pulse repetition rate may be within a range of several to hundreds of kHz or within a MHz range.
  • the wavelength of the laser beam all laser wavelengths located within the range from the infrared region to the ultraviolet region may be used.
  • the wavelength of the laser beam may include an infrared wavelength, a visible ray wavelength, and an ultraviolet wavelength.
  • the beam expander 220 may adjust the size of the laser beam generated by the laser generator 210 in units of pulses. More specifically, the beam expander 220 may expand the size of the laser beam. In addition, the beam expander 220 may generate a laser beam as a collimated beam with less dispersion or concentration. Thus, the size of the laser beam generated by the laser generator 210 may be enlarged through the beam expander 220 and converted into a collimated beam.
  • the beam expanding unit 220 may change the diameter of the laser beam generated by the laser generating unit 210 and output the changed laser beam in the direction of the beam angle adjusting unit 230 . At this time, the beam expander 220 may manually or automatically adjust the size of the laser beam.
  • the beam angle adjusting unit 230 may adjust the focal position of the laser beam output from the beam expanding unit 220 .
  • the beam angle control unit may be a two-dimensional scan mirror unit or a single-axis scan mirror unit.
  • the 2D scan mirror unit (or XY scan mirror unit) is a beam angle adjusting unit composed of two axes, that is, the 2D scan mirror unit irradiates the laser beam to the target object 270 according to the control signal of the controller 260. It is possible to adjust the focal position of , that is, the focal position in the X-axis and Y-axis.
  • the short-axis scan mirror unit is a beam angle adjusting unit composed of one axis, and can adjust the focal position of the laser beam output from the beam expansion unit 220 .
  • the short-axis scan mirror unit may adjust the focal position of the laser beam irradiated to the target object 270, that is, the focal position in the X axis or the Y axis, according to a control signal from the controller 260.
  • the beam angle adjusting unit 230 includes an X-axis scan mirror and a Y-axis scan mirror, and may perform a one-dimensional or two-dimensional scanning operation.
  • the X-axis scan mirror and the Y-axis scan mirror are composed of a pair of scan mirrors having a galvanometer method, and the pair of scan mirrors are each in one direction of axes crossing the X-Y plane.
  • the laser beam can be deflected.
  • the beam angle adjuster 230 may reflect the laser beam in a direction for laser surface treatment through the X-axis scan mirror and the Y-axis scan mirror to irradiate the laser beam to a desired location of the object 270 .
  • the beam angle adjusting unit 230 may finely control the laser beam in the X-axis or Y-axis direction along the upper surface of the object 270 through the X-axis scan mirror and the Y-axis scan mirror.
  • the beam angle adjusting unit 230 moves the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface of the implant structure 100 corresponding to the object in a horizontal direction (ie, implant) according to a control signal from the control unit 260.
  • the laser beam may be irradiated according to a predetermined scanning path in the length direction of the structure).
  • nano-protrusion shapes may be formed on the surface of the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface of the implant structure 100 .
  • the predetermined scanning path may be determined based on 2D focus position data provided from the control unit 260 to the beam angle adjusting unit 230 .
  • the laser beam-treated surface of the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface of the implant structure 100 may form a structure with a higher height or a lower depth compared to the untreated portion.
  • the predetermined scanning path may be determined based on 2D focus position data provided from the control unit 260 to the beam angle adjusting unit 230 .
  • the beam focusing unit 240 may be disposed below the beam angle adjusting unit 230 and focus the laser beam passing through the beam angle adjusting unit 230 to the target object 270 .
  • the beam focusing unit 240 may change the laser beam incident at a predetermined angle from the beam angle adjusting unit 230 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the object 270 .
  • the beam concentrator 240 may include a telecentric F-theta lens or an F-theta lens. Thus, the beam concentrating unit 240 may perform micro- or nano-scale laser surface treatment on the surface of the object 270 (eg, the first outer circumferential surface or the second outer circumferential surface).
  • the rotation unit 250 may fix the corresponding object 270 so that the object 270 is located in the direction of travel of the laser beam, that is, under the beam focusing unit 240 .
  • the rotation unit 250 may rotate the object 270 by a predetermined angle (eg, 120 degrees) for each surface treatment step according to a control signal from the control unit 260 .
  • the controller 260 may control overall operations of the laser surface treatment apparatus 200 .
  • the controller 260 may control at least some of the above-described components 210 to 250 in order to drive an application program stored in a memory.
  • the controller 260 may combine and operate at least two or more of the components included in the laser surface treatment apparatus 200 to drive the application program.
  • controller 260 may control the laser generator 210 to adjust the wavelength, pulse duration, and pulse repetition rate of the laser beam generated by the laser generator 210 in units of pulses.
  • the controller 260 generates a control signal including two-dimensional focus position data (ie, X-axis and Y-axis focus position data) of a laser beam for processing the surface of the object 270, and transmits the control signal to the beam. It may be provided as an angle adjusting unit (230).
  • the 2D scan mirror unit 230 may emit a laser beam based on 2D focus position data included in the control signal received from the controller 260 .
  • the controller 260 monitors the laser surface treatment process for one area of the object 270 in real time, and upon completion of the surface treatment for the one area, controls the rotation unit 250 to move the object 270 step by step. After rotating by a predetermined angle, it is possible to control the laser surface treatment for other areas of the target object 270 .
  • the controller 260 may perform laser surface treatment on the first outer circumferential surface of the fixture 110 of the implant structure 100 by controlling the laser generator 210 and the beam angle adjuster 230 .
  • the controller 260 controls the rotation unit 250 to rotate the fixture 110 of the implant structure clockwise or counterclockwise by a predetermined angle (eg, 120 degrees), and then , It is possible to perform laser surface treatment on the second outer circumferential surface of the fixture 110 of the implant structure 100 by controlling the laser generating unit 210 and the beam angle adjusting unit 230 .
  • the controller 260 controls the rotation unit 250 to rotate the fixture 110 of the implant structure 100 by a predetermined angle (eg, 120 degrees) in the same direction, and then , Laser surface treatment may be performed on the surface of the adjuvant of the implant structure 100 by controlling the laser generating unit 210 and the beam angle adjusting unit 230 .
  • a predetermined angle eg, 120 degrees
  • Laser surface treatment may be performed on the surface of the adjuvant of the implant structure 100 by controlling the laser generating unit 210 and the beam angle adjusting unit 230 .
  • the surface of the implant structure 100 can be surface treated at a very high speed.
  • the object may be configured to undergo a surface treatment process of fewer or more steps than the above-described surface treatment process.
  • it may be configured to rotate by different angles for each step instead of the same angle for each step.
  • the controller 260 may control operations of the laser generator 210, the beam angle adjuster 230, and the rotation unit 250 to be synchronized with each other. That is, the control unit 260 may control the beam angle adjusting unit 230 based on the generation cycle of the laser beam irradiated from the laser generator 210 . In addition, the control unit 260 may control the rotating unit 250 through the laser generator 210 and the beam angle adjusting unit 230 to synchronize with the surface treatment time of the object 270 .
  • the laser surface treatment device 200 includes an intake part 280 that sucks fine particles generated during surface treatment of the implant structure.
  • the intake part 280 can prevent fine particles generated during processing from being attached to the base material and accumulated.
  • the laser surface treatment apparatus can perform laser surface treatment of an object at a very high speed by using a beam angle adjusting unit and a rotation unit. By processing the surface at such a high speed, the entire process time for laser surface treatment can be shortened.
  • the laser surface treatment device may include a laser generating unit, a beam expanding unit, a beam angle adjusting unit, a beam concentrating unit, an object moving unit, and a control unit.
  • the implant structure may be processed while being fixed to the object moving unit.
  • the object moving unit may be synchronized with the surface treatment time of the laser beam by the control unit, and may move the object horizontally or vertically.
  • the surface of the object may be surface treated with a laser beam.
  • FIG. 6 is a titanium implant structure, which is not surface-treated (FIG. 6(A)), SLA (Sandblasted, Large Grit, Acid-etched) surface-treated implant structure (FIG. 6(B)) and a femtosecond laser beam. It is a comparison of the surface-treated implant structures (FIG. 6(C)).
  • the surface of the implant structure was treated with a femtosecond laser beam and the surface was checked.
  • the energy of the femtosecond laser was 1.2 J/cm 2
  • the pulse width was 230 fs
  • the pulse repetition rate was 100 kHz.
  • the surface of the implant structure was treated by adjusting the size, processing speed, and processing direction of the area to be processed by setting different processing conditions of the femtosecond laser.
  • the processing speed was set to 0.1 to 1000 mm/s, and processing was performed in a point type, linear or grid type.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the appearance of the surface of a titanium metal implant structure and a zirconia implant structure according to whether or not the surface is treated.
  • FIG. 7(B) in the case of the zirconia implant structure, a constant pattern was not shown during surface treatment.
  • FIGS. 7 (D) to (F) it was confirmed that the titanium metal implant showed a constant pattern during surface treatment.
  • femtosecond laser processing conditions are shown in Table 1 below.
  • FIG. 8 is an enlarged view of the surface of a titanium metal implant structure processed by varying the number of linear processes by a femtosecond laser.
  • a pattern was formed in a constant shape on the surface of the implant structure as the number of processing increased.
  • surface treatment was performed linearly 100 times, it was confirmed that a depth of about 170 ⁇ m was exhibited. Accordingly, it was confirmed that a depth of about 170 nm is etched when linearly processed once by a femtosecond laser.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the treatment of the surface of an implant structure at various heights and depths by setting surface treatment conditions of a femtosecond laser.
  • the surface was 0 to 10 mm higher in height or 0 to 10 mm lower in depth than the unprocessed surface, depending on the set processing conditions.
  • the surface treatment was possible even if the part to be surface treated was a certain distance away from the laser focus area.
  • the surface treatment was possible even when the part to be surface-treated was 8 to 12 mm away from the laser focus area (4 to 6 mm below or 4 to 6 mm above the unsurfaced part). Since the surface treatment is possible as described above, it was found that the screw thread of the implant fixture having a height difference of less than 10 mm can be surface treated once or several times.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating surface treatment of a metal implant structure using a femtosecond laser.
  • 10(A) shows the upper surface of the screw thread 310, the lower surface of the screw thread 320, and the side surface of the screw bone 330 among the surfaces of the first outer circumferential surface.
  • FIG. 10 (B) enlarges the surface of the upper surface 310 of the screw thread
  • FIG. 10 (C) shows the surface of the lower surface 320
  • FIG. 8 it was confirmed that the femtosecond laser treatment can implement a surface that exhibits an osseointegration promoting effect even on the surface of a metal implant structure having a screw thread and screw bone structure.
  • FIGS. 11 and 12 are diagrams showing the surface of the implant structure treated with a femtosecond laser and the number and type of processing controlled. Specifically, the surface of the implant structure was treated in a linear and grid pattern by a femtosecond laser.
  • 11(A) and 12(A) are linear surface treatment once
  • FIGS. 11(B) and 12(B) are linear surface treatment 10 times
  • FIGS. 11(C) and 12(C) are linear surface treatment 100 times.
  • FIGS. 11(D) and 12(D) are 1 grating surface treatment
  • FIGS. 11(E) and 12(E) are 20 grating surface treatment
  • FIG. 11(F) and FIG. 12(F) Shows the result of 100 grid surface treatment. As shown in FIGS.
  • the surface can be processed in different shapes depending on the type and number of surface processing.
  • the line formed by the nanoprotrusions on the surface of the implant structure for example, a row or a mountain range arrangement
  • the valleys forming the width of the nanoprotrusions were clearly processed according to the number of times, and in the case of the lattice type treatment, the implant It was confirmed that the aspect ratio of the nanoprotrusions on the surface of the structure increased.
  • FIG. 13 is a diagram confirming nanoprotrusions formed on the surface of an implant structure by setting different processing conditions with a femtosecond laser. At this time, femtosecond laser processing conditions are shown in Table 2 below.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Laser power (W) 1.5 1.5 1.5 Machining speed (mm/s) 500 500 500 processing form Line Grid Grid Number of processing (times)
  • the laser surface-treated implants could form nanoprotrusions having an aspect ratio of 1000:1 to 1:50.
  • Example 1 when the surface treatment conditions were set to linear and 1 cycle (Example 1), it was confirmed that nanoprotrusions with curved ends were formed, and when the surface treatment conditions were set to lattice and 10 cycles (Example 2) , It was confirmed that nano-protrusions with flat ends were formed, and when the surface treatment conditions were set to lattice type and 100 times (Example 3), it was confirmed that nano-protrusions with pointed ends were formed.
  • FIG. 14 is a view illustrating the effect of killing bacteria according to the surface shape of the implant structure
  • FIG. 15 is a result of confirming the effect of killing bacteria according to the surface shape of Example 2 according to the incubation time.
  • the implant structure including nano-protrusions at a specific aspect ratio exhibits an antibacterial effect on the surface.
  • aspects Ratio aspect ratio
  • the implant including nano-protrusions having a specific aspect ratio on the surface
  • it means that it directly kills germs such as bacteria to show an antibacterial effect.
  • FIG. 16(A) is a diagram showing a surface-treated implant structure implanted in an animal model
  • FIG. 16(B) shows an implant structure surface-treated by simple machining, an implant structure surface-treated by femtosecond laser, and an SLA surface.
  • a CT scan result of the treated implant structure is shown.
  • FIG. 17 is a view confirming the osseointegration effect of the surface-treated implant structure implanted in an animal model.
  • Figure 17 (A) shows the cortical BIC ratio
  • Figure 17 (B) shows the cortical bone area ratio.
  • the cortical BIC ratio and cortical bone area ratio were the highest in the implant structure (M+L) surface treated with femtosecond laser. This means that the femtosecond laser-treated implant structure exhibits an equal or higher level of osseointegration effect than the SLA surface-treated implant structure.
  • FIG. 18 is a view illustrating the expression of osteogenesis-related genes and cell differentiation according to surface treatment of an implant structure in a stem cell differentiation experiment.
  • Figure 18 (A) is the expression of the Col1 gene
  • Figure 18 (B) is the expression of the ALP gene
  • Figure 18 (C) is the expression of the OCN gene
  • Figure 18 (D) is a quantitative comparison of cell differentiation levels by ARS staining
  • FIG. 18(E) shows the result of visually confirming the ARS staining level.
  • the expression of Col1, ALP, and OCN genes which are bone formation-related genes, increased by about 20 to 50% on the 14th day of stem cell differentiation in the implant structure treated with femtosecond laser, which is higher than that of other surface-treated structures.
  • FIGS. 18 (A) to (C) It was confirmed (see FIGS. 18 (A) to (C)).
  • the implant structure treated with femtosecond laser (Ti+FsL) was higher than other surface-treated structures (FIG. 18(D) and see (E)).
  • 19 and 20 are diagrams confirming the cell adhesion of the surface-treated implant structure.
  • M denotes simple machining
  • P denotes precision polishing after simple machining
  • L denotes femtosecond laser surface treatment.

Abstract

본 발명은 표면 처리된 임플란트 구조체에 관한 것이다. 일 양상에 따른 임플란트 구조체는 인공치근 역할을 수행하는 픽스처를 포함하며, 상기 픽스처의 외주면에 포함된 나노 돌기는 일정 수준의 높이, 깊이 및 종횡비를 나타낸다.

Description

표면 처리된 임플란트 구조체
본 발명은 표면 처리된 임플란트 구조체에 관한 것이다.
임플란트(implant)는 인체에 무해한 재료를 이용해 뼈의 기능을 회복시키는 치료에 사용된다. 예를 들어, 기존 임플란트는 치과, 정형외과 등에서 골조직과 관련된 적응증에 사용되고 있다. 이 중 치과용 임플란트는 상실된 치근을 대신할 수 있도록 인체에 거부반응이 없는 재질로 만든 픽스처(fixture)를 치아가 빠져나간 치조골에 심은 뒤, 인공 치아를 고정시켜 치아의 기능을 회복하도록 하는데 사용된다.
일반 보철물이나 틀니의 경우 시간이 지나면 주변 치아와 뼈가 상하지만, 임플란트는 주변 치아조직의 손상을 방지할 수 있으며 이차적인 충치 발생요인이 없기 때문에 안정적으로 사용할 수 있다. 또한, 임플란트는 자연 치아와 동일한 구조를 가지므로 잇몸의 통증 및 이물감이 전혀 없으며, 관리만 잘하면 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
이러한 임플란트에 사용되는 재료는 금속 (예를 들어, 티타늄(Ti), Co-Cr, SS, Gold 등), 세라믹 (예를 들어, 지르코니아, 알루미나 등), 고분자 (예를 들어, PMMA)로 나뉠 수 있다. 현재 국내에서 가장 많이 이용되는 재료는 금속 또는 세라믹이다. 금속 재료 중 티타늄 금속 또는 티타늄 합금 자체는 인체 이식 시 타 금속에 비해 안정성이 확보되긴 하지만, 골융합(osseointegration)에 오랜 시간이 걸리고, 산화 피막이 생성되는 문제점이 있다.
또한, 기존 임플란트는 항균을 위해서 적용되는 주변 환경에 따라 임플란트 표면에 다양한 바이오필름을 방지하는 코팅이 적용되어 사용되었다. 예를 들어, 치과 치료인 보철 및 교정 등에 사용되는 치과용 임플란트의 경우 구강의 환경에 따라 바이오필름을 방지하도록 코팅하여 사용하였다. 그러나 치과용 임플란트 재료의 표면에 바이오필름을 방지하는 코팅을 적용하는 경우, 염증 (임플란트 주위염 등) 및 이차우식 등이 유발될 수 있어, 진료비 지출 상승, 구강 건강 악화 및 국민건강보험재정 악화 등을 초래할 수 있다. 따라서, 임플란트 소재에 표면에 바이오필름을 방지하는 코팅을 적용하는 기술을 대체할 수 있는 차세대 기술의 확보가 필요한 실정이다 (한국등록특허 제 2173456 호).
일 양상은 인공 치근의 역할을 수행하는 픽스처를 포함하는 임플란트 구조체로서, 상기 픽스처는 표면에 일정 수준의 높이 및 종횡비를 나타내는 나노 돌기를 포함하는, 임플란트 구조체를 제공하는 것이다.
일 양상은 인공 치근의 역할을 수행하는 픽스처를 포함하는 임플란트 구조체로서, 상기 픽스처는 펨토초 레이저로 가공된 것으로서, 가공되지 않은 표면에 비해 높거나 낮은 구조를 갖는 외주면을 포함하는, 임플란트 구조체를 제공하는 것이다.
일 양상은 인공 치근의 역할을 수행하는 픽스처를 포함하는 임플란트 구조체로서, 상기 픽스처는 나사산이 형성되어 있는 제1외주면을 포함하는 원통 형상의 골 접촉부 (111)와 상기 골 접촉부의 상부에 배치되어 있는 제2외주면을 포함하는 치은 접촉부 (112)를 포함하며, 상기 제1외주면 또는 제2외주면은 10 내지 1000 nm의 폭 및 1000:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 복수 개의 나노 돌기를 포함하는 것인, 임플란트 구조체를 제공한다.
일 양상은 인공 치근의 역할을 수행하는 픽스처를 포함하는 임플란트 구조체로서, 상기 픽스처는 나사산이 형성되어 있는 제1외주면을 포함하는 원통 형상의 골 접촉부 (111)와 상기 골 접촉부의 상부에 배치되어 있는 제2외주면을 포함하는 치은 접촉부 (112)를 포함하며, 상기 제1외주면 또는 제2외주면은 50 내지 200 nm의 높이 및 50:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 나노 돌기를 포함하는 것인, 임플란트 구조체를 제공한다.
일 실시예에서, 상기 임플란트 구조체를 구성하는 픽스처(110)는 어버트먼트(140)와 일체 또는 분리된 형태로 마련될 수 있으며, 나사산이 형성되어 있는 외주면을 포함하는 골 접촉부(111) 및 치은 접촉부(112)를 모두 포함하도록 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 돌기는 인접한 나노 돌기 사이에 나노 돌기가 형성되지 않은 상태의 임플란트 구조체 표면이 위치한 상태로 배열될 수 있다.
본 명세서에서 용어, “폭”은 임플란트 구조체의 표면에 포함된 인접한 나노 돌기의 말단의 중심간 거리를 의미한다. 상기 폭은 1 내지 2000 nm, 1 내지 1000nm, 5 내지 1000nm, 10 내지 1000nm, 100 내지 1000nm, 10 내지 500nm 또는 10 내지 100nm로 마련될 수 있다. 상기 1 내지 2000nm의 폭을 갖는 나노 돌기는 임플란트 구조체의 제1외주면 또는 제2외주면에 고유한 표면 특성 및 기능성을 부여할 수 있고, 여기서, 상기 기능성은 항균 효과 또는 골융합 촉진 효과일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 인접한 나노 돌기 사이의 폭과 상기 나노 돌기의 가로(횡) 길이 또는 세로(종) 길이는 1:1 내지 100:1, 1:1 내지 50:1, 또는 1:1 내지 10:1의 비율로 마련될 수 있다.
본 명세서에서 용어, “종횡비(Asptect Ratio)”는 임플란트 구조체의 표면에 포함된 나노 돌기의 가로와 세로의 비를 의미한다. 상기 종횡비는 가로와 세로의 비가 1000:1 내지 1:50, 500:1 내지 1:50, 200:1 내지 1:50, 100:1 내지 1:50, 50:1 내지 1:50, 40:1 내지 1:40, 30:1 내지 1:30 또는 20:1 내지 1:20으로 마련될 수 있다. 상기 1000:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 나노 돌기는 임플란트 구조체의 제1외주면 또는 제2외주면에 고유한 표면 특성 및 기능성을 부여할 수 있고, 여기서, 상기 기능성은 항균 효과 또는 골융합 촉진 효과일 수 있다. 본 명세서에서, 상기 제1외주면 또는 제2외주면은 임플란트 구조체의 표면과 상호교환적으로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 임플란트 구조체가 표면에 1:1 내지 1:50, 1:1 내지 1:45, 1:1 내지 1:40, 1:1 내지 1:35, 1:1 내지 1:30, 1:1 내지 1:25, 1:1 내지 1:20, 1:1 내지 1:15, 1:1 내지 1:10, 1:10 내지 1:50, 1:10 내지 1:45, 1:10 내지 1:40, 1:10 내지 1:35, 1:10 내지 1:30, 1:10 내지 1:25, 1:10 내지 1:20, 또는 1:10 내지 1:15, 의 종횡비를 갖는 복수 개의 나노 돌기를 포함하는 경우, 상기 임플란트 구조체의 표면은 박테리아 등의 균을 사멸시키는 항균 효과를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 임플란트 구조체가 표면에 1000:1 내지 1:1, 100:1 내지 1:1, 50:1 내지 1:1, 40:1 내지 1:1, 30:1 내지 1:1, 20:1 내지 1:1, 10:1 내지 1:1, 1000:1 내지 10:1, 100:1 내지 10:1, 50:1 내지 10:1, 40:1 내지 10:1, 30:1 내지 10:1, 또는 20:1 내지 10:1의 종횡비를 갖는 복수 개의 나노 돌기를 포함하는 경우, 상기 임플란트 구조체의 표면은 골융합 촉진 효과를 나타낼 수 있다.
일 실시예에서, 표면처리 조건 중 가공 형태에 따라, 선형의 경우 1000:1 내지 10:1의 종횡비, 격자형의 경우 1:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 복수 개의 나노 돌기를 갖는 임플란트 구조체가 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2외주면의 나노 돌기 형상은 임플란트 표면에 존재하는 박테리아의 사멸을 촉진시키는 것으로, 10 내지 100 nm의 폭 및 1:50 내지 1:1의 종횡비 또는 100 내지 1000 nm의 폭 및 1:1 내지 1:50의 종횡비로 마련될 수 있다. 또한, 상기 제2외주면의 나노 돌기 형상은 100 내지 200 nm의 높이 및 1:1 내지 1:50의 종횡비로 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 돌기는 말단이 평편한(blunt) 형상으로 마련될 수 있다.
본 명세서에서 용어 "평편(blunt)"이란 상기 "나노 돌기의 가로비(횡비)"와 상기 "나노 돌기 말단의 곡률(curvature)"을 곱한 값이 -2 내지 +2인 경우를 의미한다. 예를 들어, 상기 곡률은 -2 내지 +2, -1 내지 +1 또는 -0.5 내지 +0.5일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 상기 나노 돌기의 "나노 돌기의 가로 길이"와 상기 "나노 돌기 말단의 곡률(curvature)"을 곱한 값이 +2인 경우, 상기 나노 돌기 말단은 반구형의 형상을 이룰 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 돌기 말단이 곡률을 형성하지 않거나, 일정 곡률 미만인 경우 뾰족한 형상으로 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2외주면의 표면에 대한 산술 평균 거칠기(Ra) 값은 1.0 내지 5.0㎛ 범위 중 어느 하나일 수 있다, 상기 산술 평균 거칠기 값은 예를 들어, 1.0 내지 4.00㎛, 1.0 내지 3.0㎛, 1.00 내지 2.0㎛, 2.0 내지 5.0㎛, 2.0 내지 4.0㎛, 2.0 내지 3.0㎛, 3.0 내지 5.0㎛, 또는 3.0 내지 4.0㎛일 수 있다. 상기와 같은 표면에 대한 산술 평균 거칠기는 임플란트 표면에 존재하는 박테리아의 사멸을 촉진시키는데 기여할 수 있다.
본 명세서에서 용어 "산술 평균 거칠기(Ra)"는 조도 곡선의 산술 평균 높이를 지칭하는 것으로서, 상기 파라미터 값은 ISO 25178-2:2012 기준에 따라 정의되는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1외주면의 나노 돌기 형상은 임플란트와의 골융합을 촉진시키기 위한 것으로, 10 내지 1000 nm의 폭 및 1000:1 내지 1:1의 종횡비로 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1외주면의 나노 돌기 형상은 10 내지 1000 nm의 폭 및 100:1 내지 1:1의 종횡비로 마련될 수 있다. 또한, 상기 제1외주면의 나노 돌기 형상은 50 내지 200 nm의 높이 및 1000:1 내지 1:1의 종횡비로 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1외주면의 표면에 대한 산술 평균 거칠기(Ra) 값은 0.5 내지 3.0㎛ 범위 중 어느 하나일 수 있다, 상기 산술 평균 거칠기 값은 예를 들어, 0.5 내지 2.0㎛, 0.5 내지 1.0㎛, 1.0 내지 3.0㎛, 1.0 내지 2.5㎛, 1.0 내지 2.0㎛, 또는 2.0 내지 3.0㎛일 수 있다. 상기와 같은 표면에 대한 산술 평균 거칠기는 임플란트와의 골융합을 촉진시키는데 기여할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1외주면 및 상기 제2외주면에 포함된 상기 나노 돌기는 서로 다른 종횡비로 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1외주면을 포함하는 골 접촉부는 골융합을 촉진시키기 위한 표면 특성, 즉, 1000:1 내지 1:1의 종횡비 범위를 갖는 나도 돌기를 포함할 수 있고, 상기 제2외주면을 포함하는 치은 접촉부는 항균 효과를 나타내기 위한 표면 특성, 즉, 1:1 내지 1:50의 종횡비 범위를 갖는 나노 돌기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 임플란트 구조체는 펨토초 레이저로 표면 처리된 것일 수 있다. 상기 표면 처리는 1 내지 5 W의 레이저 강도를 갖는 펨토초 레이저 빔을 제1외주면 또는 제2외주면의 표면에 선형(Line) 및 격자형(Grid)으로 1회 이상 조사하는 것일 수 있다.
다른 양상은 인공 치근의 역할을 수행하는 픽스처를 포함하는 임플란트 구조체로서, 상기 픽스처는 나사산이 형성되어 있는 외주면을 포함하는 원통 형상의 골 접촉부(111)를 포함하며, 상기 외주면은 10 내지 1000 nm의 폭 및 1000:1 내지 1:1의 종횡비를 갖는 복수 개의 나노 돌기를 포함하는 골 형성 촉진 영역(113), 및 상기 골 형성 촉진 영역의 상부에 위치하며, 10 내지 1000 nm의 폭 및 1:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 복수개의 나노 돌기를 포함하는 항균 활성 촉진 영역(114)을 포함하는 임플란트 구조체를 제공한다.
일 실시예에서, 상기 임플란트 구조체를 구성하는 픽스처(110)는 어버트먼트(140)와 일체 또는 분리된 형태로 마련될 수 있으며, 나사산이 형성되어 있는 외주면을 포함하는 골 접촉부(111)로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 골 접촉부(111)는 골 형성 촉진 영역(113) 및 항균 활성 촉진 영역(114)을 포함하거나, 골 형성 촉진 영역(113) 및 항균 활성 촉진 영역(114)으로 이루어질 수 있으며, 상기 항균 활성 촉진 영역(113)은 골 형성 촉진 영역(114)의 상부 또는 골 접촉부(111)의 상단에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 골 형성 촉진 영역(114)은 표면에 1:1 내지 1:50, 1:1 내지 1:45, 1:1 내지 1:40, 1:1 내지 1:35, 1:1 내지 1:30, 1:1 내지 1:25, 1:1 내지 1:20, 1:1 내지 1:15, 1:1 내지 1:10, 1:10 내지 1:50, 1:10 내지 1:45, 1:10 내지 1:40, 1:10 내지 1:35, 1:10 내지 1:30, 1:10 내지 1:25, 1:10 내지 1:20, 또는 1:10 내지 1:15의 종횡비를 갖는 복수 개의 나노 돌기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 항균 활성 촉진 영역(113)은 표면에 1000:1 내지 1:1, 100:1 내지 1:1, 50:1 내지 1:1, 40:1 내지 1:1, 30:1 내지 1:1, 20:1 내지 1:1, 10:1 내지 1:1, 1000:1 내지 10:1, 100:1 내지 10:1, 50:1 내지 10:1, 40:1 내지 10:1, 30:1 내지 10:1, 또는 20:1 내지 10:1의 종횡비를 갖는 복수 개의 나노 돌기를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 임플란트 구조체는 펨토초 레이저로 표면 처리된 것일 수 있으며, 표면처리 조건 중 가공 형태에 따라, 선형의 경우 1000:1 내지 10:1의 종횡비를 갖는 복수 개의 나노 돌기를 갖는 항균 활성 촉진 영역이 마련될 수 있고, 격자형의 경우 1:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 복수 개의 나노 돌기를 갖는 골 형성 촉진 영역이 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 항균 활성 촉진 영역(114)의 나노 돌기는 말단이 평편한 것일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 항균 활성 촉진 영역(114)은 골 접촉부(111)의 상단으로부터 골 형성 촉진 영역(113)의 방향으로 0.1 내지 3.0mm 범위에서 형성되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 항균 활성 촉진 영역(114)의 길이는 골 접촉부의 상단으로부터 골 형성 촉진 영역(113)의 방향으로 0.1 내지 3.0mm, 예를 들어 0.1mm, 0.5mm, 1.0mm, 1.5mm, 2.0mm, 2.5mm, 또는 3.0mm일 수 있다. 여기서, 상기 골 접촉부(111)의 상단은 치조골에 삽입된 후 외부로 노출된 픽스처의 단면과 인접한 영역을 지칭할 수 있으며, 상기 길이는 픽스처 종축에서의 높이와 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 항균 활성 촉진 영역(114)은 골 접촉부(111)의 전체 길이를 기준으로 1 내지 50%, 예를 들어, 1 내지 40%, 1 내지 30%, 1 내지 20%, 1 내지 10%, 1 내지 5%, 10 내지 50%, 10 내지 40%, 10 내지 30%, 또는 10 내지 20%에 해당하도록 마련될 수 있다.
상기 골 형성 촉진 영역 및 항균 활성 촉진 영역을 갖는 픽스처, 및 이를 포함하는 임플란트 구조체에 대한 세부적인 설명 중 골 접촉부와 및 치은 접촉부를 갖는 임플란트 구조체와 동일하거나 상응하는 기술적 구성은 준용 또는 병렬적으로 적용하여 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 임플란트 구조체는 생체 적합성 재료를 이용하여 마련될 수 있다. 상기 생체 적합성 재료는 생체에 적합한 재료라면 금속, 세라믹 또는 수지 등으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 생체 적합성 금속 재료는 구리, 티타늄, 티타늄 합금, 코발트 크롬 합금 등으로 마련될 수 있으며, 생체 적합성 세라믹 재료는 알루미나(산화알루미늄), 산화이트륨, 산화하프늄, 산화실리콘, 산화마그네슘, 산화세륨 등으로 마련될 수 있으며, 생체 적합성 수지 재료는 실리콘, 나일론, POM, 복합 소재 등으로 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 티타늄 또는 티타늄 합금은 임플란트의 부피비에 있어서 50% 이상 100% 이하로 포함될 수 있다. 예를 들어, 티타늄은 임플란트의 부피비에 있어서 50% 이상 100% 이하, 60% 이상 99% 이하, 70% 이상 95% 이하, 80% 이상 95% 이하 또는 90% 이상 95% 이하로 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 임플란트 구조체는 레이저 표면처리, 블라스팅 표면처리, 에칭 표면처리되어 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 임플란트 구조체는 상기 제1외주면 또는 제2외주면에 미세한 모래입자를 분사하여 표면거칠기를 증가시킨 블라스팅 공정과 에칭액 내에 담가서 표면을 부식시킴으로서 표면거칠기를 증가시키는 에칭공정을 동시에 수행하여 마련될 수 있으며, 또는 레이저로 표면 처리되어 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 레이저는 펨토초 레이저일 수 있다.
본 명세서에서 블라스팅 표면처리란 임플란트 구조체 표면에 미세입자를 분사함으로서 표면거칠기가 증가되도록 하는 것을 말한다. 예를 들어, 제1외주면 또는 제2외주면에 미세 모래 입자등을 분사시켜 표면거칠기를 증가시켜 수행될 수 있다. 통상적으로는 모래를 사용하나, 탄화붕소 등의 단단한 재료를 사용하였을 때 상당히 개선된 거시적 거칠기가 얻어질 수 있다. 예를 들어, 평균 직경이 250 내지 500 ㎛인 Al2O3 입자를 사용할 수 있다.
본 명세서에서 에칭 표면처리란 골 접촉부(111)와 치은 접촉부(112)를 에칭액에 담금으로서 표면을 부식시켜 수행될 수 있으며, 상기 부식에 의해 임플란트 구조체의 표면 거칠기가 증가될 수 있다. 예를 들어, 상기 에칭은 불화수소산(HF), 또는 염산(HCL)과 황산(H2SO4)의 혼합물 등과 같은 산을 환원시킴으로써 실행될 수 있다. 다만, 에칭액은 이에 한정되는 것은 아니며, 인산, 질산, 불화암모늄, 과산화수소 및 브롬산으로 이루어진 군에서 선택된 1 이상의 화합물을 함유할 수 있다.
상기 에칭 시간은 사용되는 에칭액에 따라 다르며, 일반적으로 약 10초에서 120분 정도일 수 있다. 에칭을 위해서는 에칭액 내에 임플란트 구조체의 적어도 일부를 담근 상태에서 바람직하게는 약 1 내지 60분, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 40분, 매우 바람직하게는 약 30분 정도 기다린 후 꺼냄으로써 수행될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 골 접촉부(111) 또는 치은 접촉부(112)만을 에칭액 내에 담그는 것도 가능하다.
상기 에칭 표면처리 후, 부가적으로 임플란트 구조체(100)를 소정의 세정액에 의하여 세척할 수 있다.
본 명세서에서 상기 제1외주면 또는 제2외주면의 표면은 블라스팅 공정에 의하여 다소 거칠기가 크게 마련될 수 있으며, 에칭 공정에 의해서는 블라스팅 공정에 비해 거칠기가 다소 낮게 마련될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 제1외주면 또는 제2외주면의 표면이 에칭에 의해서만 처리되는 것도 가능하다.
다른 양상은 인공 치근의 역할을 수행하는 픽스처를 포함하는 임플란트 구조체로서, 상기 픽스처는 나사산이 형성되어 있는 제1외주면을 포함하는 원통 형상의 골 접촉부와 상기 골 접촉부의 상부에 배치되어 있는 제2외주면을 포함하는 치은 접촉부를 포함하며, 상기 제1외주면 또는 제2외주면은 펨토초 레이저로 표면이 가공된 것으로서, (i) 제1 외주면 또는 제2 외주면의 피가공면의 높이가 레이저 가공되지 않은 표면에 비해 0.001 mm 내지 10 mm 더 높은 구조를 갖는 것 또는 (ii) 제1 외주면 또는 제2 외주면의 피가공면의 깊이가 레이저 가공되지 않은 표면에 비해 0.001 mm 내지 10 mm 더 낮은 구조를 갖는 것인, 임플란트 구조체를 제공한다.
일 실시예에서, 상기 제1 외주면 또는 제2 외주면의 피가공면의 높이는 레이저 가공되지 않은 표면에 비해 0.001 mm 내지 10 mm, 0.01 mm 내지 10 mm 또는 0.1 mm 내지 10 mm 더 높은 구조일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 외주면 또는 제2 외주면의 피가공면의 깊이는 레이저 가공되지 않은 표면에 비해 0.001 mm 내지 10 mm, 0.01 mm 내지 10 mm 또는 0.1 mm 내지 10 mm 더 낮은 구조일 수 있다.
상기 제1 외주면 또는 제2 외주면의 높이가 가공되지 않은 표면에 비해 상기 범위에서 높거나 낮음으로써, 임플란트 구조체의 제1외주면 또는 제2외주면에 고유한 표면 특성 및 기능성을 부여할 수 있고, 여기서, 상기 기능성은 항균 효과 또는 골융합 촉진 효과일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1외주면은 골융합을 촉진하는 구조를 갖는 것으로서, (i) 제1 외주면의 피가공면의 높이가 레이저 가공되지 않은 표면에 비해 0.001 mm 내지 10 mm 더 높은 구조를 갖는 것 또는 (ii) 제1 외주면의 피가공면의 깊이가 레이저 가공되지 않은 표면에 비해 0.001 mm 내지 10 mm 더 낮은 구조를 갖도록 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 외주면의 피가공면의 높이는 레이저 가공되지 않은 표면에 비해 0.001 mm 내지 10 mm, 0.01 mm 내지 10 mm 또는 0.1 mm 내지 10 mm 더 높은 구조일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 외주면의 피가공면의 깊이는 레이저 가공되지 않은 표면에 비해 0.001 mm 내지 10 mm, 0.01 mm 내지 10 mm 또는 0.1 mm 내지 10 mm 더 낮은 구조일 수 있다.
다른 양상은 레이저 빔의 처리 조건을 설정하는 단계; 설정된 조건에 따라 레이저 빔이 제공되는 단계; 상기 제공된 레이저 빔으로 임플란트 구조체 표면을 처리하는 단계;를 포함하는, 임플란트 구조체 표면처리 방법을 제공한다.
일 실시예에서, 상기 레이저 빔의 처리 조건을 설정하는 단계는 레이저의 가공속도를 0.1mm/s 내지 2500mm/s, 레이저의 강도를 0.1W 내지 100W, 레이저의 세기(Fluence)를 0.1 내지 100 J/cm2로 설정하는 것으로 마련될 수 있다.
본 명세서에서 용어 “레이저 세기”는 단위면적당 에너지로 실제 레이저 가공시에 평균출력, 반복률, 조사면적 등을 종합적으로 고려하여 계산된 최종 결과 수치를 말한다.
일 실시예에서, 상기 표면을 처리하는 단계는 레이저 빔의 진행 방향에 대응하는 초점 심도 영역 내에서 균일한 표면처리 영역을 갖도록 레이저 빔을 조사하여 임플란트 구조체의 표면을 처리하는 것으로 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 표면을 처리하는 단계는 레이저의 초점에서의 피크 세기를 임플란트의 표면처리 임계 세기의 4배로 설정하여 임플란트 표면을 처리하는 것으로 마련될 수 있다. 이 경우, 균일한 표면처리 영역을 갖기 위한 피크 세기는 하기 수학식 1을 통해 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2021017891-appb-I000001
.
여기서, Fpeak, in-focus는 레이저 빔의 초점에서의 피크 세기(fluence)이고, FLIAT는 3차원 대상체의 표면처리 임계 세기임. 상기 플루언스(fluence)는 레이저 세기의 단위로서 J/cm2임.
일 실시예에서, 상기 표면을 처리하는 단계는 임플란트 구조체의 표면이 상기 레이저의 진행 방향에 대응하는 초점 심도 영역(Depth Of Focus, DOF) 내에 위치하도록 하여 수행될 수 있다. 이 경우, 일정한 표면 처리 영역을 갖는 초점 심도 영역은 하기 수학식 2를 통해 계산될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2021017891-appb-I000002
.
여기서, NA는 광학 시스템의 개구수(Numeral Aperture)이고, λ는 레이저 빔의 중심 파장이고, M2은 레이저 빔의 품질임.
상술한 조건들을 이용하여, 레이저 빔의 진행 방향에 대응하는 초점 심도 영역 내에서 균일한 표면처리 영역을 갖도록 하는 레이저 빔을 처리할 수 있다. 이러한 레이저 빔 처리를 통해, 대상체의 형상에 따라 레이저 빔의 초점거리를 조절할 필요 없이, 상기 레이저 빔의 초점 위치만을 조절하여 대상체를 전체적으로 균일하게 표면 처리할 수 있다.
한편, 본 발명에서는, 단위 레이저 펄스에 의해 생성되는 표면처리 영역이 원형으로 형성되는 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않는다. 따라서, 상기 레이저 표면처리 영역은 레이저 빔의 패턴에 따라 다른 모양으로 형성될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
일 실시예에서, 레이저 빔의 진행 방향에 대응하여 생성되는 초점 심도 영역(DOF)은 표면처리의 대상이 되는 부분, 즉 대상체(270)의 표면 (예를 들어, 제1외주면 또는 제2외주면)에 위치하도록 마련될 수 있다. 이는 표면처리의 대상이 되는 부분이 레이저 빔의 초점 심도 영역(DOF) 내에 위치하는 경우에만 초점거리(즉, 빔 집속부와 초점 사이의 거리)를 조절할 필요 없이 균일한 표면처리가 가능하기 때문이다. 따라서, 빔 집속부(240)와 대상체(270) 간의 거리를 조절하거나 혹은 빔 집속부(240)의 광학적 특성을 조절함으로써, 대상체(270)의 표면이 레이저 빔의 진행 방향에 대응하는 초점 심도 영역(DOF) 내에 위치하도록 하는 레이저 표면처리 장치(200)를 구현하여, 대상체의 표면을 처리하도록 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 펨토초 레이저에 의해 임플란트 구조체의 표면을 처리하는 경우, 선형(Line) 또는 격자형(Grid)로 처리할 수 있다. 예를 들어, 선형 처리시 임플란트 구조체 표면의 나노 돌기가 이루는 라인 (예를 들어, 도 6(C)의 200nm 확대도에서 확인 가능한 일렬 또는 산맥 형태의 배치) 또는 나노돌기의 폭을 형성하는 골이 횟수에 따라 선명하게 처리될 수 있다. 또한, 격자형 처리시 임플란트 구조체 표면의 나노 돌기의 종횡비가 증가할 수 있다.
일 실시예에서, 펨토초 레이저 표면처리시에 표면처리하려는 부분이 레이저 초점 영역으로부터 표면처리 면이 일정 거리 떨어져 있어도 표면처리가 가능하다. 예를 들어, 8 내지 12mm (표면처리되지 않는 부분보다 아래로 4 내지 6 mm 또는 위로 4 내지 6mm)가 떨어져 있어도 표면처리가 가능하다. 상기와 같이 표면처리가 가능하기 때문에, 높낮이가 차이가 10mm 이내인 임플란트 고정체의 나사산을 한 번에 표면처리할 수 있다.
상술한 실시형태에서는 치과용 임플란트 및 이의 표면처리에 대해 설명하였지만, 이에 한정하지 않는다.
다른 양상은 표면에 10 내지 1000 nm의 폭 및 1000:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 나노 돌기를 포함하는, 임플란트를 제공할 수 있다.
다른 양상은 표면에 50 내지 200 nm의 폭 및 1000:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 나노 돌기를 포함하는, 임플란트를 제공할 수 있다.
상기 임플란트는 뼈 조직 교체용 임플란트, 골조직 결함을 충전하기 위한 조성물에 포함시키기 위한 과립형태의 부피 벌크 충전제, 뼈 나사, 뼈 융합용 임플란트, 고정 핀 임플란트 또는 임플란트용 핀, 두개골 재건용 임플란트, 정형외과 임플란트, 경피 골융합 임플란트, 치과 임플란트를 포함할 수 있다.
구체적으로, 정형외과 임플란트는 엉덩이 관절의 임플란트를 포함하며, 무릎 관절의 임플란트, 어깨 관절의 임플란트, 팔꿈치 관절의 임플란트, 손목 관절의 임플란트, 발목 관절의 임플란트, 치골 관절의 임플란트, 중족 관절의 임플란트, 또는 일반적으로 관절의 임플란트, 척수 임플란트, 척추 임플란트 및 추간판 임플란트, 요골 골두 임플란트, 엄지 임플란트, 골절제술을 위한 임플란트(높은 경골 절골술) 등을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 표면처리를 통해, 정형외과 임플란트의 적용 부위에 항균 효과를 마련할 수 있으며, 이는 관절과 골내 인공삽입물의 중부하 부위의 임플란트 등에 사용할 수 있게 한다.
예를 들어, 정형외과 임플란트는 관절의 임플란트, 특히 고관절 임플란트와 무릎 관절 임플란트일 수 있다. 고관절의 임플란트는 이형성의 헤드와 보철인 보철물 (골내 인공삽입물 또는 대퇴골의 골간) 및 코틸로이드 공동 보철물일 수 있다. 무릎 관절 임플란트는 무릎 관절의 경골 및 대퇴골 구성요소를 포함할 수 있다.
구체적으로, 치과용 임플란트는 치과 임플란트 자체(나선형, 원통형, 원추형 또는 층상 모양), 치과용 어버트먼트, 통합 어버트먼트, 치과용 크라운, 어버트먼트와 크라운이 통합된 치과용 임플란트, 치과용 빔, 치과용 인서트, 치과 핀 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 임플란트의 표면처리 방법은 인공 뼈, 골 보전재 등에 적용될 수 있으며, 상기 인공 뼈나 골 보전재는 골절이나 종양의 절제 등으로 발생한 뼈의 결손된 부분 또는 요추 수술로 제거한 연골 등을 보충하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 임플란트는 대퇴골에 매립되는 인공 고관절 일 수 있다.
또한, 상기 임플란트의 표면 처리 방법은 인공 관절의 부재, 골절 부위의 고정에 사용하는 골 접합 재료, 척추 등의 고정 기구(척추 임플란트나 요추 임플란트) 등에 적용될 수 있다.
본 발명의 임플란트의 표면 처리 방법은 생체(체내)에 매립되는 임플란트에 한정하지 않고, 체표에 고정되는 임플란트에도 적용될 수 있으며, 인간에 한정하지 않고, 애완동물이나 가축 등에 적용될 수 있다.
임플란트 및 이의 표면처리에 대한 세부적인 설명은 상기 임플란트 구조체에서 설명한 바와 같거나 준용할 수 있다.
다른 양상은 1:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 복수 개의 나도 돌기를 표면 상에 포함하는 금속 소재를 포함하는 항균용 조성물로서, 상기 금속 소재는 티타늄, 또는 티타늄 합금으로 이루어지며, 펨토초 레이저로 표면 처리한 것인, 항균용 조성물; 및 상기 금속 소재를 포함하는 항균 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하는 항균 방법을 제공한다.
항균 조성물에 대한 세부적인 설명은 상기 임플란트 구조체에서 설명한 바와 같거나 준용할 수 있다.
일 양상에 따른 임플란트 구조체에 의하면, 상기 구조체 표면 상의 제1외주면 및 제2외주면은 나노 돌기를 포함하는 특정 패턴을 가지며, 이러한 외주면의 특성은 임플란트 구조체와 골 조직간 접합성을 향상시키고, 임플란트의 항균성을 향상시키는데 기여할 수 있다. 따라서, 일 양상에 따른 임플란트 구조체는 종래 표면에 바이오필름이 적용된 임플란트에 의한 염증 등의 부작용을 감소시킴으로써, 우수한 생체 적합성과 안정성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명 일 실시예에 따른 어버트먼트 일체형 픽스처를 포함하는 임플란트 구조체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 픽스처를 포함하는 임플란트 구조체가 치조골에 삽입된 모습을 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명 일 실시예에 어버트먼트 분리형 픽스처를 포함하는 따른 임플란트 구조체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 픽스처가 치조골에 삽입된 모습을 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명의 임플란트 구조체를 제조하는 시스템을 나타낸 도이다.
도 6은 티타늄 임플란트 구조체의 표면을 확인한 도이다. 도 6(A)는 표면 처리되지 않은 티타늄의 표면, 도 6(B)는 SLA(Sandblasted, Large grit, Acid-etched) 처리된 티타늄 금속 임플란트 표면, 도 6(C)는 펨토초 레이저로 표면처리 된 티타늄의 표면, 및 도 6(D)는 표면처리되지 않은 티타늄의 표면과 펨토초 레이저 표면처리된 티타늄의 표면을 비교한 도이다.
도 7은 티타늄 금속 임플란트 구조체와 지르코니아 임플란트 구조체의 표면 처리 여부에 따른 표면의 모습을 확대한 도이다. 도 7(A)는 표면처리되지 않은 지르코니아 표면, 도 7(B)는 Laser 1로 표면처리된 지르코니아 표면, 도 7(C)는 표면처리되지 않은 티타늄 표면, 도 7(D)는 Laser 1로 표면처리된 티타늄 표면, 도 7(E)는 Laser 2로 표면처리된 티타늄 표면, 및 도 7(F)는 Laser 3으로 표면처리된 티타늄 표면을 나타낸다.
도 8은 펨토초 레이저에 의해 선형으로 가공 횟수를 달리하여 처리된 티타늄 금속 임플란트 구조체의 표면을 확대한 도이다. 도 8(A), (B), 및 (C)는 1회 선형 가공된 금속 임플란트 구조체의 표면, 도 8(D), (E), 및 (F)는 10회 선형 가공된 금속 임플란트 구조체의 표면, 도 8(G), 및 (H)는 100회 가공된 금속 임플란트 구조체의 표면, 및 도 8(I)는 100회 가공된 금속 임플란트 구조체의 깊이를 측정한 결과를 나타낸다.
도 9는 펨토초 레이저 표면처리 조건을 달리하여, 임플란트 구조체의 표면을 처리한 것을 보여주며, 펨토초 레이저 표면처리시에 표면처리하려는 부분이 레이저 초점 영역으로부터 일정 거리 떨어져 있어도 표면 처리가 가능함을 나타내는 도이다.
도 10은 펨토초 레이저를 이용한 금속 임플란트 구조체 표면처리를 나타낸 도이다. 도 10(A)는 제1외주면의 표면 중 나사산 상부면(310), 나사산 하부면(320) 및 나사골 측면(330) 영역을 나타낸 것이며, 도 10(B)는 나사산 상부면(310)의 표면처리 결과, 도 10(C)는 하부면(320)의 표면처리 결과, 및 도 10(D)는 나사골 측면(330) 표면처리 결과를 나타낸다.
도 11은 펨토초 레이저를 이용하여 가공 형태 및 횟수를 조절하여 처리된 임플란트 구조체 표면을 나타낸 것으로, 임플란트 구조체 표면을 위에서 촬영한 도이다. 도 11(A)는 1회 선형 표면처리, 도 11(B)는 10회 선형 표면처리, 도 11(C)는 100회 선형 표면처리, 도 11(D)는 1회 격자 표면처리, 도 11(E)는 20회 격자 표면처리, 및 도 11(F)는 100회 격자 표면처리한 결과를 나타낸다.
도 12는 펨토초 레이저를 이용하여 가공 형태 및 횟수를 조절하여 처리된 임플란트 구조체 표면을 나타낸 것으로, 임플란트 구조체 표면을 틸팅 (tilitng) 후 촬영한 도이다. 도 12(A)는 1회 선형 표면처리, 도 12(B)는 10회 선형 표면처리, 도 12(C)는 100회 선형 표면처리, 도 12(D)는 1회 격자 표면처리, 도 12(E)는 20회 격자 표면처리, 및 도 12(F)는 100회 격자 표면처리한 결과를 나타낸다.
도 13은 펨토초 레이저로 가공 조건을 다르게 설정하여 임플란트 구조체 표면에 형성된 나노 돌기를 확인한 도이다. 도 13(A)는 100:1의 종횡비, 도 13(B)는 1:1의 종횡비, 도 13(C)는 1:20의 종횡비를 갖는 나노 돌기를 나타낸다.
도 14는 임플란트 구조체의 표면 형상에 따른 박테리아 사멸 효과를 관찰한 도이다. 도 14(A)는 대조군, 도 14(B)는 실시예 1, 도 14(C)는 실시예 2, 및 도 14(D)는 실시예 3에서의 박테리아 사멸 효과를 확인한 결과를 나타낸다.
도 15는 실시예 2의 표면 형상에 따른 박테리아 사멸 효과를 인큐베이팅 시간에 따라 확인한 결과이다.
도 16은 동물 모델에 이식된 표면 처리된 임플란트 구조체 및 이의 CT 촬영 결과를 나타낸 도이다. 도 16(A)는 동물 모델에 이식된 표면 처리된 임플란트 구조체, 도 16(B)는 단순 기계가공에 의해 표면처리된 임플란트 구조체, 펨토초 레이저에 의해 표면처리된 임플란트 구조체 및 SLA 표면처리된 임플란트 구조체의 CT 촬영 결과를 나타낸다.
도 17은 동물 모델에 이식된 표면 처리된 임플란트 구조체의 골융합 효과를 확인한 도이다. 도 17(A)는 cortical BIC ratio, 및 도 17(B)는 cortical bone area ratio를 확인한 결과를 나타낸다.
도 18은 줄기세포 분화실험에서 임플란트 구조체의 표면처리에 따른 골형성 관련 유전자의 발현 및 세포 분화를 관찰한 도이다. 도 18(A)는 Col1 유전자의 발현, 도 18(B)는 ALP 유전자의 발현, 도 18(C)는 OCN 유전자의 발현, 도 18(D)은 ARS 염색에 의한 세포 분화 수준을 정량적으로 비교한 결과, 및 도 18(E)는 ARS 염색 수준을 육안으로 확인한 결과를 나타낸다.
도 19는 표면 처리된 임플란트 구조체의 세포 흡착력을 형광 염색을 통해 확인한 결과이다.
도 20은 표면 처리된 임플란트 구조체의 세포 흡착력을 정량적으로 비교한 도이다. 도 20(A)는 배양 4시간째 세포 흡착력, 및 도 20(B)는 배양 24시간째 세포 흡착력을 비교한 결과를 나타낸다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 그 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
하기 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 “포함한다 (comprise, include)”및/또는 “포함하는 (comprising, including)”은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서는, 임플란트 구조체로 '임플란트 픽스처(implant fixture)'를 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않으며, 표면처리가 가능한 모든 임플란트를 포함한다. 또한, 본 명세서에서는, 이차원 스캔 미러부와 단축 스캔 미러부를 통칭하는 용어로 '빔 각도 조절부'를 사용하도록 하고, 스테핑 회전부와 연속 회전부를 통칭하는 용어로 '회전부'를 사용하도록 한다.
1. 임플란트 구조체
본 발명은 인공 치근의 역할을 수행하는 픽스처를 포함하는 임플란트 구조체로서, 상기 픽스처는 나사산이 형성되어 있는 제1외주면을 포함하는 골 접촉부(111)와 상기 골 접촉부의 상부에 배치되어 있는 제2외주면을 포함하는 치은 접촉부(112)를 포함하며, 상기 제1외주면 또는 제2외주면은 10 내지 1000 nm의 폭 및 1000:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 나노 돌기를 포함하는 것인, 임플란트 구조체를 제공한다.
본 발명은 인공 치근의 역할을 수행하는 픽스처를 포함하는 임플란트 구조체로서, 상기 픽스처는 나사산이 형성되어 있는 외주면을 포함하는 골 접촉부 (111)를 포함하며, 상기 외주면은 10 내지 1000 nm의 폭 및 1000:1 내지 1:1의 종횡비를 갖는 복수 개의 나노 돌기를 포함하는 골 형성 촉진 영역(113), 및 상기 골 형성 촉진 영역의 상부에 위치하며, 10 내지 1000 nm의 폭 및 1:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 복수개의 나노 돌기를 포함하는 항균 활성 촉진 영역(114)을 포함하는, 임플란트 구조체를 제공한다.
도 1 내지 도 4는 일 구체예에 따른 임플란트 구조체의 예시적인 구조 및 형상과, 상기 임플란트 구조체가 치조골에 삽입된 모습을 나타내는 도이다.
본 발명에 따른 임플란트 구조체(100)의 픽스처(110)는 결손된 치조골에 식립되어 치근을 형성하는 것으로서, 구체적으로 골 접촉부(111), 치은접촉부(112), 및 상측부(130)를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 임플란트 구조체(100)의 픽스처(110)는 결손된 치조골에 식립되어 치근을 형성하는 것으로서, 구체적으로는 골 형성 촉진 영역(113) 및 항균 활성 촉진 영역 (114)으로 이루어지는 골 접촉부(111)를 포함하여 이루어질 수 있다.
이러한 임플란트 구조체(100)의 픽스처(110)는 인체에 무해한 소재인 티타늄 합금과 같은 소재로 이루어지되, 상기 픽스처(110)의 표면에는 소정의 표면처리가 수행될 수 있다. 임플란트 픽스처(110)는 통상적으로 어버트먼트(미도시)로 불리우며 인공치아가 결합되는 지대주가 일체로 형성되어 있는지 여부에 따라서 종류가 구분될 수 있다. 구체적으로. 어버트먼트(140)가 픽스처와 일체로 형성 상태로 제조되어 일체형 임플란트용 픽스처로 마련될 수 있다. 또한, 어버트먼트(140)가 픽스처와 분리된 상태로 제조되어, 임플란트 구조체를 삽입시에 결합하는 형태로 마련될 수 있다.
일 구체예에서 설명하는 임플란트 구조체(100)의 픽스처(110)는 도 1의 어버트먼트 일체형 임플란트용 픽스처 또는 도 3의 어버트먼트 분리형 임플란트용 픽스처일 수 있다.
구체적으로, 상기 골 접촉부(111)는, 임플란트 구조체(100)의 픽스처(110)에서 치조골(151)에 삽입되는 부분으로서 전체적으로 원통 형상으로 구성된 몸체의 외주면에 나선모양으로 감기는 나사산이 형성되어 있는 제1외주면을 포함하는 것이다. 상기 원통 형상은 원기둥형 또는 원뿔대형 일 수 있으며, 상기 원뿔대형은 상광하협 또는 상협하광 형태의 원통 형상일 수 있다. 상기 나사산은 1줄 나사 또는 2줄 나사일 수 있으며 이외에 다줄 나사일 수 있음은 물론이다. 이때, 각 나사의 피치는 동일한 것이 바람직하다. 상기 나사산은 하단으로부터 점차적으로 직경이 증가하다가 일정 구간 이후부터는 직경이 일정하게 유지될 수 있다. 또한, 하단부에는 셀프태핑을 위한 커팅날(미도시)이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 커팅날은 초기 삽입과정에서 치조골의 주변골을 절삭하면서 픽스처(110)가 용이하게 삽입될 수 있도록 할 수 있다.
상기 나사산은 나사산 상부면(310), 나사산 하부면(320) 및 나사골 측면(330)으로 마련될 수 있다.
상기 골 접촉부(111)의 제1외주면은 표면에 특정 종횡비를 갖는 나노 돌기가 형성되어 있는 것으로서, 예를 들어, 레이저 표면처리에 의하여 나노 돌기에 의한 특정 패턴이 마련될 수 있으며, 미세한 모래입자를 분사하여 표면거칠기를 증가시킨 블라스팅 공정과 에칭액 내에 담가서 표면을 부식시킴으로서 표면거칠기를 증가시키는 에칭공정을 동시에 수행하여 처리될 수도 있다.
상기 골 접촉부(111)는 박테리아 등에 노출될 가능성도 있으나, 주로 치조골(151)에 삽입되어 골 융합이 필요한 부분일 확률이 높으며, 골 융합을 촉진시킬 수 있도록 표면처리되는 것이 바람직하다.
상기 골 접촉부(111)는 제1외주면과 상응하는 골 형성 촉진 영역(113) 및 제2외주면과 상응하는 항균 활성 촉진 영역(114)으로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 골 융합 촉진시키과 동시에, 골 접촉부 상부에서 야기될 수 있는 박테리아 등의 노출에 의한 위험성을 감소시킬 수 있다.
상기 골 접촉부(111)는 레이저 표면처리에 의하여, 제1외주면에 포함되는 나사산 상부면(310), 나사산 하부면(320) 또는 나사골 측면(330) 각각의 표면 패턴을 다르게 처리될 수 있다.
상기 골 접촉부(111)는 예를 들어, 나사산 하부면(320)에 골융합 촉진 구조(410) 및 나사산 상부면(310)에 평편 구조(420)가 각각 형성되도록 처리될 수도 있고, 골융합 촉진 구조(410) 및 평편 구조(420)가 나사골 측면(330)에 모두 포함되도록 즉 병행되도록 처리될 수도 있다.
상기 치은접촉부(112)는, 골 접촉부(111)의 상측에 배치되고 외주면에 나사산이 형성되어 있지 않은 제2외주면을 포함하며, 치은(150)이 접촉될 수 있는 부분이다.
상기 치은접촉부(112)는 원통형, 원추형 또는 층상 모양으로 마련될 수 있으며, 구체적으로, 원통형 (예를 들어, 원기둥형, 원뿔대형)일 수 있으며, 상기 원뿔대형은 상광하협 또는 상협하광 형태의 원통 형상일 수 있다.
상기 치은접촉부(112)의 제2외주면은 표면에 특정 종횡비를 갖는 나노 돌기가 형성되어 있는 것으로서, 예를 들어, 레이저 표면처리에 의하여 나노 돌기에 의한 특정 패턴이 마련될 수 있으며, 미세한 모래입자를 분사하여 표면거칠기를 증가시킨 블라스팅 공정과 에칭액 내에 담가서 표면을 부식시킴으로서 표면거칠기를 증가시키는 에칭공정을 동시에 수행하여 처리될 수도 있다.
다만, 치은접촉부(112)는 치조골(151)에 삽입되는 경우에 골 융합이 필요한 부분이긴 하지만 주로 치은(150)과 접촉될 확률이 높으며, 박테리아 등에 노출될 가능성이 높기 때문에 표면에 존재하는 박테리아의 사멸을 촉진시킬 수 있도록 표면처리되는 것이 바람직하다.
상기 상측부(130)는, 치은접촉부(112)의 상측에 배치되는 것으로서, 임플란트 종류에 따라 어버트먼트 또는 크라운이 결합될 수 있는 부분일 수 있다. 구체적으로, 일체형 임플란트 픽스처의 경우 상측부에는 크라운이 결합될 수 있으며, 픽스처와 어버트먼트가 분리된 상태로 제조되는 임플란트 구조체의 경우에는 상측부에 어버트먼터가 결합될 수 있다.
상기 상측부(130)는 대략 원뿔대의 형상을 가질 수 있다. 상기 상측부(130)의 표면은 표면처리되지 않고 단순하게 절삭가공에 의하여 표면이 매끄럽게 놓여진 상태로 마련될 수 있다.
2. 임플란트 구조체 제조 시스템
2.1. 대상체가 회전체인 경우
도 5는 본 발명의 임플란트 구조체를 제조하는 시스템을 나타낸 도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 표면처리 장치(200)는 레이저 발생부(210), 빔 확장부(220), 빔 각도 조절부(230), 빔 집속부(240), 회전부(250) 및 제어부(260)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 구성요소들은 임플란트 구조체 제조 시스템을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 임플란트 구조체 제조 시스템은 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
레이저 발생부(210)는 대상체(270)의 표면 처리를 위한 레이저 빔을 생성할 수 있다. 이를 위해, 레이저 발생부(210)는 펄스화된 레이저 소스(laser source)를 사용할 수 있다. 상기 레이저 발생부(210)에서 펄스 단위로 생성된 레이저 빔은 빔 확장부(220), 빔 각도 조절부 (230) 및 빔 집속부(240)를 순차적으로 경유하여 대상체(270)에 조사될 수 있다.
레이저 발생부(210)는 나노초(nanosecond), 피코초(picosecond) 및 펨토초(femtosecond) 중 어느 하나의 레이저 빔을 생성할 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 펨토초 레이저 빔을 생성할 수 있다. 여기서, 펨토초 레이저 빔이란 1 내지 1000 펨토초의 펄스 지속시간(pulse duration time)을 갖는 극 초단파 레이저 빔이다. 이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 발생부(210)는 펨토초 범위 내의 펄스 지속시간을 갖는 펄스화된 레이저 빔을 생성할 수 있다. 여기서, 펄스 반복률(pulse repetition rate)은 수 내지 수백 kHz 범위 내에 있거나 혹은 MHz 범위 내에 있을 수 있다. 레이저 빔의 파장은 적외선 영역에서부터 자외선 영역까지의 범위 내에 위치하는 레이저 파장 전부를 사용할 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔의 파장은 적외선 파장, 가시광선 파장 및 자외선 파장 등을 포함할 수 있다.
빔 확장부(220)는 레이저 발생부(210)에서 펄스 단위로 생성된 레이저 빔의 크기를 조절할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 빔 확장부(220)는 레이저 빔의 크기를 확대할 수 있다. 또한, 빔 확장부(220)는 레이저 빔을 분산이나 집중이 적은 콜리메이트 빔(collimated beam)으로 생성할 수 있다. 이로써, 레이저 발생부(210)에서 생성된 레이저 빔은 빔 확장부(220)를 통해 그 크기가 확대됨과 동시에 콜리메이트 빔으로 변환될 수 있다.
빔 확장부(220)는 레이저 발생부(210)에서 생성된 레이저 빔의 직경을 변경하고, 상기 변경된 레이저 빔을 빔 각도 조절부 (230) 방향으로 출력할 수 있다. 이때, 상기 빔 확장부(220)는 레이저 빔의 크기를 수동 또는 자동으로 조절할 수 있다.
빔 각도 조절부(230)는 빔 확장부(220)로부터 출력되는 레이저 빔의 초점 위치를 조절할 수 있다. 빔 각도 조절부는 이차원 스캔 미러부 또는 단축 스캔 미러부 일 수 있다.
이차원 스캔 미러부(또는 XY 스캔 미러부)는, 두 개의 축으로 구성된 빔 각도 조절부로서, 즉, 이차원 스캔 미러부는, 제어부(260)의 제어 신호에 따라, 대상체(270)에 조사되는 레이저 빔의 초점 위치, 즉 X축 및 Y축에서의 초점 위치를 조절할 수 있다. 반면, 단축 스캔 미러부는, 한 개의 축으로 구성된 빔 각도 조절부로서, 빔 확장부(220)로부터 출력되는 레이저 빔의 초점 위치를 조절할 수 있다. 즉, 단축 스캔 미러부는, 제어부(260)의 제어 신호에 따라, 대상체(270)로 조사되는 레이저 빔의 초점 위치, 즉 X축 또는 Y축에서의 초점 위치를 조절할 수 있다.
빔 각도 조절부 (230)는 X축 스캔 미러 및 Y축 스캔 미러를 구비하여, 일차원 또는 이차원 스캐닝 동작을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 X축 스캔 미러와 Y축 스캔 미러는 갈바노미터(galvanometer) 방식을 갖는 한 쌍의 스캔 미러로 구성되고, 이 한 쌍의 스캔 미러들은 각각 X-Y 평면을 가로지르는 축들 중의 하나의 방향으로 레이저 빔을 편향시킬 수 있다.
빔 각도 조절부 (230)는 X축 스캔 미러 및 Y축 스캔 미러를 통해 레이저 표면처리를 위한 방향으로 레이저 빔을 반사시켜 대상체(270)의 원하는 위치에 레이저 빔을 조사시킬 수 있다. 또한, 빔 각도 조절부 (230)는 X축 스캔 미러 및 Y축 스캔 미러를 통해 레이저 빔을 대상체(270)의 상부면을 따라 X축 또는 Y축 방향으로 미세하게 제어할 수 있다.
가령, 일 실시예로, 빔 각도 조절부 (230)는, 제어부(260)의 제어 신호에 따라, 대상체에 해당하는 임플란트 구조체(100)의 제1외주면 또는 제2외주면을 수평 방향(즉, 임플란트 구조체 길이 방향)으로 미리 결정된 스캐닝 경로에 따라 레이저 빔을 조사할 수 있다.
여기서, 임플란트 구조체(100)의 제1외주면 또는 제2외주면은 표면에 나노 돌기 형상이 형성될 수 있다. 또한, 미리 결정된 스캐닝 경로는 제어부(260)에서 빔 각도 조절부 (230)로 제공되는 이차원 초점 위치 데이터를 기반으로 결정될 수 있다.
한편, 다른 실시예로, 임플란트 구조체(100)의 제1외주면 또는 제2외주면의 레이저 빔으로 처리된 표면은 처리되지 않은 부분에 비해 높이가 더 높은 구조 또는 깊이가 더 낮은 구조를 형성할 수 있다. 또한, 미리 결정된 스캐닝 경로는 제어부(260)에서 빔 각도 조절부(230)로 제공되는 이차원 초점 위치 데이터를 기반으로 결정될 수 있다.
빔 집속부(240)는, 빔 각도 조절부(230)의 하부에 배치되어, 상기 빔 각도 조절부(230)를 통과한 레이저 빔을 대상체(270)로 집속할 수 있다.
또한, 빔 집속부(240)는, 빔 각도 조절부(230)로부터 소정의 각도를 가지고 입사하는 레이저 빔을 대상체(270)의 길이 방향에 수직한 방향으로 변경할 수 있다.
빔 집속부(240)는 텔레센트릭 에프-세타 렌즈(telecentric F-theta lens) 또는 에프-세타 렌즈(F-theta lens)를 포함할 수 있다. 이로써, 상기 빔 집속부(240)는 마이크로 또는 나노 크기 단위의 레이저 표면처리를 대상체(270)의 표면 (예를 들어, 제1외주면 또는 제2외주면)에 수행할 수 있다.
회전부(250)는 대상체(270)가 레이저 빔의 진행 방향, 즉 빔 집속부(240)의 하부에 위치하도록 해당 대상체(270)를 고정할 수 있다. 또한, 회전부(250)는, 제어부(260)의 제어 신호에 따라, 대상체(270)를 표면처리 단계별로 미리 결정된 각도(가령, 120도)만큼 회전시킬 수 있다.
제어부(260)는 레이저 표면처리 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(260)는 메모리에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여 상술한 구성요소들(210~250) 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 더 나아가, 제어부(260)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 레이저 표면처리 장치(200)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
좀 더 구체적으로, 제어부(260)는 레이저 발생부(210)를 제어하여 상기 레이저 발생부(210)에서 펄스 단위로 생성되는 레이저 빔의 파장, 펄스 지속시간 및 펄스 반복률 등을 조절할 수 있다.
또한, 제어부(260)는 대상체(270)의 표면을 처리하기 위한 레이저 빔의 이차원 초점 위치 데이터(즉, X축 및 Y축의 초점 위치 데이터)를 포함하는 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 빔 각도 조절부 (230)로 제공할 수 있다. 상기 이차원 스캔 미러부(230)는 제어부(260)로부터 수신된 제어 신호에 포함된 이차원 초점 위치 데이터에 기초하여 레이저 빔을 조사할 수 있다.
또한, 제어부(260)는 대상체(270)의 일 영역에 대한 레이저 표면처리 과정을 실시간으로 모니터링하고, 상기 일 영역에 대한 표면처리 완료 시, 회전부(250)를 제어하여 상기 대상체(270)를 단계별로 미리 결정된 각도만큼 회전시킨 다음 해당 대상체(270)의 다른 영역에 대한 레이저 표면처리를 제어할 수 있다.
일 예로, 제어부(260)는 레이저 발생부(210) 및 빔 각도 조절부 (230)를 제어하여 임플란트 구조체(100)의 픽스처(110)의 제1 외주면에 대한 레이저 표면처리를 수행할 수 있다. 상기 제1 외주면에 대한 표면 처리 완료 시, 제어부(260)는 회전부(250)를 제어하여 임플란트 구조체의 픽스처(110)를 미리 결정된 각도(가령, 120도)만큼 시계 또는 반 시계 방향으로 회전시킨 다음, 레이저 발생부(210) 및 빔 각도 조절부 (230)를 제어하여 임플란트 구조체(100)의 픽스처(110)의 제2 외주면에 대한 레이저 표면처리를 수행할 수 있다. 상기 제2 외주면에 대한 표면 처리 완료 시, 제어부(260)는 회전부(250)를 제어하여 임플란트 구조체(100)의 픽스처(110)를 미리 결정된 각도(가령, 120도)만큼 동일 방향으로 회전시킨 다음, 레이저 발생부(210) 및 빔 각도 조절부 (230)를 제어하여 임플란트 구조체(100)의 어쥬번트의 표면에 대한 레이저 표면처리를 수행할 수 있다. 이러한 단계별 회전 과정을 통해, 임플란트 구조체(100)의 표면을 매우 빠른 속도로 표면 처리할 수 있다.
한편, 다른 예로, 대상체의 형태에 따라, 상술한 표면처리 과정보다 적거나 혹은 더 많은 단계의 표면처리 과정을 거치도록 구성할 수 있다. 또한, 단계별로 동일한 각도가 아닌, 단계별로 서로 다른 각도만큼 회전하도록 구성할 수도 있다.
제어부(260)는 레이저 발생부(210), 빔 각도 조절부 (230) 및 회전부(250)의 동작이 서로 동기화되도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(260)는 레이저 발생부(210)에서 조사되는 레이저 빔의 발생 주기에 기초하여 빔 각도 조절부(230)를 제어할 수 있다. 또한, 제어부(260)는 레이저 발생부(210) 및 빔 각도 조절부(230)를 통해 대상체(270)를 표면 처리하는 시간과 동기화를 맞추어 회전부(250)를 제어할 수 있다.
또한, 상기 레이저 표면처리 장치(200)는 임플란트 구조체의 표면처리 가공 중에, 가공되면서 발생되는 미세 입자를 흡입하는 흡기부(280)를 포함한다. 상기 흡기부(280)는 가공시 발생하는 미세 입자가 모재에 부착되어 축적되지 않도록 할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 표면처리 장치는 빔 각도 조절부 및 회전부를 이용하여 대상체를 매우 빠른 속도로 레이저 표면 처리할 수 있다. 이렇게 빠른 속도로 표면을 처리함으로써, 레이저 표면처리를 위한 전체 공정 시간을 단축할 수 있다.
2.2. 대상체가 회전체가 아닌 경우
임플란트 구조체가 회전체가 아닌 경우, 레이저 표면처리 장치(미도시)는 레이저 발생부, 빔 확장부, 빔 각도 조절부, 빔 집속부, 대상체 이동부 및 제어부를 포함할 수 있다.
이 경우, 임플란트 구조체는 대상체 이동부에 고정되어 가공될 수 있다. 상기 대상체 이동부는 제어부에 의해 레이저 빔의 표면처리 시간과 동기화될 수 있으며, 수평 또는 수직으로 대상체를 이동시킬 수 있다.
상기 대상체의 상기 수평 또는 수직으로의 이동에 의해, 대상체 표면을 레이저 빔에 의하여 표면처리 할 수 있다.
대상체 이동부를 제외한, 레이저 표면처리 장치의 발생부, 빔 확장부, 빔 각도 조절부, 빔 집속부 및 제어부는 상기 대상체가 회전체인 경우에서 설명한 바를 준용한다.
실험예 1. 표면처리 방법에 따른 임플란트 구조체의 표면 확인
도 6은 티타늄 임플란트 구조체로서, 표면처리하지 않은 임플란트 구조체 (도 6(A)), SLA(Sandblasted, Large grit, Acid-etched) 표면처리한 임플란트 구조체 (도 6(B)) 및 펨토초 레이저 빔으로 표면 처리한 임플란트 구조체 (도 6(C))를 비교한 도이다.
도 6(A)에 도시된 바와 같이, 표면처리하지 않은 티타늄 임플란트 구조체의 표면에는 특정 구조나 패턴이 형성되지 않은 것을 확인할 수 있었다.
도 6(B)에 도시된 바와 같이, SLA를 통해 임플란트 구조체를 표면 처리한 경우, 해당 임플란트 구조체의 표면에는 불규칙한 패턴이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 펨토초 레이저 빔으로 임플란트 구조체를 표면 처리하고 표면을 확인하였다 이 때, 펨토초 레이저의 에너지는 1.2 J/cm2, 펄스 폭은 230fs, 펄스반복률은 100kHz이었다. 그 결과, 도 6(C)에 도시된 바와 같이, 해당 임플란트 구조체의 표면에는 일정한 패턴이 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 펨토초 레이저를 이용한 표면처리
펨토초 레이저의 처리 조건을 다르게 설정하여 가공하고자 하는 영역의 크기, 가공 속도 및 가공 방향 등을 조절하여 임플란트 구조체 표면을 처리하였다. 가공 속도는 0.1 내지 1000mm/s로 하였으며, 가공 형태는 점형, 선형 또는 격자형으로 처리하였다.
도 7은 티타늄 금속 임플란트 구조체와 지르코니아 임플란트 구조체의 표면 처리 여부에 따른 표면의 모습을 확대한 도이다. 도 7(B)에 나타낸 바와 같이, 지르코니아 임플란트 구조체의 경우에는 표면처리 시 일정한 패턴을 보이지 않았다. 반면, 도 7(D) 내지 (F)에 나타낸 바와 같이, 티타늄 금속 임플란트의 경우에는 표면처리 시 일정한 패턴을 나타내는 것을 확인하였다. 이 때, 펨토초 레이저 가공 조건은 하기 표 1과 같다.
Laser 1 Laser 2 Laser 3
Laser power (W) 1.5 1.5 1.5
가공 속도 (mm/s) 500 500 500
가공 형태 선형(Line) 선형(Line) 선형(Line)
가공 횟수 (회) 1 10 100
도 8은 펨토초 레이저에 의한 선형의 가공 횟수를 달리하여 처리된 티타늄 금속 임플란트 구조체의 표면을 확대한 도이다. 그 결과, 가공 횟수가 증가함에 따라 임플란트 구조체의 표면에 일정한 형상으로 패턴이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 선형으로 100회 표면처리한 경우, 약 170㎛의 깊이를 나타내는 것으로 확인되었다. 따라서, 펨토초 레이저에 의해 선형으로 1회 가공시 약 170nm의 깊이가 식각되는 것으로 확인되었다.
도 9는 펨토초 레이저의 표면처리 조건을 설정하여, 임플란트 구조체의 표면을 다양한 높이 및 깊이로 처리한 도이다. 그 결과, 설정한 처리 조건에 따라, 가공되지 않은 표면에 비해 높이가 0 내지 10 mm 높은 표면 또는 깊이가 0 내지 10 mm 낮은 표면으로 식각되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 펨토초 레이저 표면처리시에 표면처리하려는 부분이 레이저 초점 영역으로부터 일정 거리 떨어져 있어도 표면처리가 가능하였다. 예를 들어, 표면처리하려는 부분이 레이저 초점 영역으로부터 8 내지 12mm (표면처리되지 않는 부분보다 아래로 4 내지 6 mm 또는 위로 4 내지 6mm)가 떨어져 있어도 표면처리가 가능하였다. 상기와 같이 표면처리가 가능하기 때문에, 높낮이가 차이가 10mm 이내인 임플란트 고정체의 나사산을 한 번 또는 여러 차례에 걸쳐서 표면처리할 수 있음을 알 수 있었다.
도 10은 펨토초 레이저를 이용한 금속 임플란트 구조체 표면처리를 나타낸 도이다. 도 10(A)는 제1외주면의 표면 중 나사산 상부면(310), 나사산 하부면(320) 및 나사골 측면(330) 영역을 나타낸 것이며, 펨토초 레이저 처리 조건을 선형으로 1회로 설정하여 동시적인 표면처리를 실시한 경우, 도 10(B)는 나사산 상부면(310)의 표면, 도 10(C)는 하부면(320)의 표면, 및 도 10(D)는 나사골 측면(330) 표면을 확대하여 관찰한 결과이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 펨토초 레이저 처리는 나사산 및 나사골 구조를 갖는 금속 임플란트 구조체의 표면에 대해서도 골융합 촉진효과를 나타내는 표면을 구현할 수 있음을 확인하였다.
도 11 및 12는 펨토초 레이저를 사용하여 가공 형태 및 횟수가 조절된 처리된 임플란트 구조체 표면을 나타낸 도이다. 구체적으로, 펨토초 레이저에 의해 임플란트 구조체의 표면을 선형(Line) 및 격자형(Grid)으로 처리하였다. 도 11(A) 및 12(A)는 1회 선형 표면처리, 도 11(B) 및 도 12(B)는 10회 선형 표면처리, 도 11(C) 및 도 12(C)는 100회 선형 표면처리, 도 11(D) 및 도 12(D)는 1회 격자 표면처리, 도 11(E) 및 도 12(E)는 20회 격자 표면처리, 도 11(F) 및 도 12(F)는 100회 격자 표면처리한 결과를 나타낸다. 도 11 및 12에 나타낸 바와 같이, 표면가 공 형태 및 횟수에 따라 각각 다른 형태로 표면을 가공할 수 있음을 확인하였다. 구체적으로 선형 처리시 임플란트 구조체 표면의 나노 돌기가 이루는 라인 (예를 들어, 일렬 또는 산맥 형태의 배치) 또는 나노돌기의 폭을 형성하는 골이 횟수에 따라 선명하게 처리되었고, 격자형 처리시에는 임플란트 구조체 표면의 나노 돌기의 종횡비가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
도 13은 펨토초 레이저로 가공 조건을 다르게 설정하여 임플란트 구조체 표면에 형성된 나노 돌기를 확인한 도이다. 이 때, 펨토초 레이저 가공 조건은 하기 표 2와 같다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
Laser power (W) 1.5 1.5 1.5
가공 속도 (mm/s) 500 500 500
가공 형태 선형(Line) 격자형(Grid) 격자형(Grid)
가공 횟수 (회) 1 10 100
그 결과, 표면처리 조건에 따라 레이저 표면 처리된 임플란트는 1000:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 나노 돌기를 형성될 수 있음을 확인하였다. 구체적으로 가공 형태에 따라, 선형의 경우 1000:1 내지 10:1의 종횡비, 격자형의 경우 1:1 내지 1:50의 종횡비로 나노 돌기를 가지도록 처리될 수 있음을 확인하였다.
특히, 표면처리 조건을 선형, 1회로 설정한 경우 (실시예 1), 말단이 곡선 형태인 나노 돌기를 형성하는 것을 확인하였으며, 표면처리 조건을 격자형, 10회로 설정한 경우(실시예 2), 말단이 평편한 나노 돌기를 형성하는 것을 확인하였으며, 표면처리 조건을 격자형, 100회로 설정한 경우 (실시예3), 말단이 뾰족한 형태의 나노 돌기를 형성하는 것을 확인하였다.
실험예 3. 동물 모델에서의 임플란트 구조체의 항균 효과
도 14는 임플란트 구조체의 표면 형상에 따른 박테리아 사멸 효과를 관찰한 도이며, 및 도 15는 실시예 2의 표면 형상에 따른 박테리아 사멸 효과를 인큐베이팅 시간에 따라 확인한 결과이다.
그 결과, 표면에 특정 종횡비(Asptect Ratio)로 나노 돌기를 포함하는 임플란트 구조체에서 항균 효과를 나타냄을 확인하였다. 구체적으로, 실시예 1의 임플란트 구조체에서는 일부 박테리아 사멸과 함께 생존 박테리아가 감소하였으며 (도 14(B) 참조), 실시예 2의 임플란트 구조체에서는 박테리아 사멸 효과가 매우 증대되며 우수한 항균성을 보였다 (도 14(C) 참조). 반면, 실시예 3의 임플란트 구조체에서는 박테리아 사멸 효과가 거의 확인되지 않았다 (도 14(D) 참조). 또한, 상기 실시예 2의 표면 형상으로부터 비롯된 유의적인 항균 활성을 실험적으로 확인할 수 있었다 (도 15 참조).
이는 기존 기술이 임플란트 구조체의 표면에 TCP 등으로 별도의 코팅층을 코팅하여 임플란트 구조체 표면에 박테리아 등의 균의 침착을 막는 것인 반면, 본 발명에 따른 표면에 특정 종횡비를 갖는 나노 돌기를 포함하는 임플란트 구조체의 경우 직접 박테리아 등의 균을 사멸시켜 항균 효과를 나타냄을 의미한다. 상기 결과를 통해, 펨토초 레이저에 의해 표면처리된 임플란트 구조체는 인체에 삽입 시, 상기 임플란트 구조체 표면에서 박테리아의 사멸 효과가 발휘될 수 있도록 가공될 수 있음을 확인하였다.
실험예 4. 동물 모델에서의 임플란트 구조체의 골융합 효과
도 16(A)는 동물 모델에 이식된 표면 처리된 임플란트 구조체를 나타낸 도이고, 도 16(B)는 단순 기계가공에 의해 표면처리된 임플란트 구조체, 펨토초 레이저에 의해 표면처리된 임플란트 구조체 및 SLA 표면처리된 임플란트 구조체의 CT 촬영 결과를 나타낸다.
도 17은 동물 모델에 이식된 표면 처리된 임플란트 구조체의 골융합 효과를 확인한 도이다. 도 17(A)는 cortical BIC ratio, 및 도 17(B)는 cortical bone area ratio를 나타낸다. 그 결과, cortical BIC ratio와 cortical bone area ratio가 펨토초 레이저로 표면처리된 임플란트 구조체(M+L)에서 제일 높은 것을 확인하였다. 이는 펨토초 레이저로 표면처리된 임플란트 구조체에서 SLA 표면처리된 임플란트 구조체에 비해 동등하거나 더 높은 수준의 골융합 효과를 나타내는 것을 의미한다.
도 18은 줄기세포 분화실험에서 임플란트 구조체의 표면처리에 따른 골형성 관련 유전자의 발현 및 세포 분화를 관찰한 도이다. 도 18(A)는 Col1 유전자의 발현, 도 18(B)는 ALP 유전자의 발현, 도 18(C)는 OCN 유전자의 발현, 도 18(D)은 ARS 염색에 의한 세포 분화 수준을 정량적으로 비교한 결과, 도 18(E)는 ARS 염색 수준을 육안으로 확인한 결과를 나타낸다. 그 결과, 펨토초 레이저로 표면처리된 임플란트 구조체에서 줄기세포 분화 14일째에 골형성 관련 유전자인 Col1, ALP, OCN 유전자의 발현이 약 20~50% 증가하여, 다른 표면처리된 구조체들에 비해 높은 것을 확인하였다(도 18(A) 내지 (C) 참조). 또한, 임플란트 구조체에 의한 세포 분화 정도를 ARS 염색을 통해 확인한 결과, 펨토초 레이저로 표면처리된 임플란트 구조체(Ti+FsL)가 다른 표면처리된 구조체들에 비해 높은 것을 확인하였다(도 18(D) 및 (E) 참조).
도 19 및 도 20은 표면 처리된 임플란트 구조체의 세포 흡착력을 확인한 도이다. 상기 도 19 및 도 20에서 M은 단순 기계가공, P는 단순 기계 가공 후 정밀 연마(Polishing), L은 펨토초 레이저 표면 처리를 지칭한다. 그 결과, 골형성 줄기세포의 초기 부착 능력이 펨토초 레이저 처리된 표면(M+L, P+L)에서 유의적으로 향상됨을 확인하였다.
상기 결과들을 통해, 펨토초 레이저에 의해 표면처리된 임플란트 구조체는 인체에 삽입 시, 해당 구조체의 주변에서 발생하는 뼈의 회복 작용 즉, 골융합을 빠르게 촉진시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (18)

  1. 인공 치근의 역할을 수행하는 픽스처를 포함하는 임플란트 구조체로서,
    상기 픽스처는 나사산이 형성되어 있는 제1외주면을 포함하는 원통 형상의 골 접촉부(111)와 상기 골 접촉부의 상부에 배치되어 있는 제2외주면을 포함하는 치은 접촉부(112)를 포함하며,
    상기 제1외주면 또는 제2외주면은 10 내지 1000 nm의 폭 및 1000:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 복수 개의 나노 돌기를 포함하는 것인, 임플란트 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1외주면 및 상기 제2외주면에 포함된 상기 나노 돌기는 서로 다른 종횡비를 갖는 것인, 임플란트 구조체.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2외주면의 나노 돌기 형상은 임플란트 표면에 존재하는 박테리아의 사멸을 촉진시키는 것으로, 10 내지 1000 nm의 폭 및 1:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 것인, 임플란트 구조체.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 나노 돌기는 말단이 평편한(blunt) 것인, 임플란트 구조체.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 제2외주면의 표면에 대한 산술 평균 거칠기(Ra) 값은 1.0 내지 5.0㎛ 범위 중 어느 하나인 것인, 임플란트 구조체.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1외주면의 나노 돌기 형상은 임플란트와의 골융합을 촉진시키기 위한 것으로, 10 내지 1000 nm의 폭 및 1000:1 내지 1:1의 종횡비를 갖는 것인, 임플란트 구조체.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 제1외주면의 표면에 대한 산술 평균 거칠기(Ra) 값은 0.5 내지 3.0㎛ 범위 중 어느 하나인 것인, 임플란트 구조체.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 임플란트 구조체는 티타늄, 또는 티타늄 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재질인, 임플란트 구조체.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 임플란트 구조체는 펨토초 레이저로 표면 처리된 것인, 임플란트 구조체.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 표면 처리는 1 내지 5 W의 레이저 강도를 갖는 펨토초 레이저 빔을 제1외주면 또는 제2외주면의 표면에 선형(Line) 및 격자형(Grid)으로 1회 이상 조사하는 것인, 임플란트 구조체.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 제1외주면 또는 제2외주면은 펨토초 레이저로 표면이 가공된 것으로서,
    (i) 제1 외주면 또는 제2 외주면의 피가공면의 높이가 레이저 가공되지 않은 표면에 비해 0.001 mm 내지 10 mm 더 높은 구조를 갖는 것; 또는
    (ii) 제1 외주면 또는 제2 외주면의 피가공면의 깊이가 레이저 가공되지 않은 표면에 비해 0.001 mm 내지 10 mm 더 낮은 구조를 갖는 것;인, 임플란트 구조체.
  12. 1:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 복수 개의 나도 돌기를 표면 상에 포함하는 금속 소재를 포함하는 항균용 조성물로서,
    상기 금속 소재는 티타늄, 또는 티타늄 합금으로 이루어지며, 펨토초 레이저로 표면 처리한 것인, 항균용 조성물.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 나노 돌기는 말단이 평편한(blunt) 것인, 항균용 조성물.
  14. 인공 치근의 역할을 수행하는 픽스처를 포함하는 임플란트 구조체로서,
    상기 픽스처는 나사산이 형성되어 있는 외주면을 포함하는 원통 형상의 골 접촉부(111)를 포함하며,
    상기 외주면은 10 내지 1000 nm의 폭 및 1000:1 내지 1:1의 종횡비를 갖는 복수 개의 나노 돌기를 포함하는 골 형성 촉진 영역(113), 및
    상기 골 형성 촉진 영역의 상부에 위치하며, 10 내지 1000 nm의 폭 및 1:1 내지 1:50의 종횡비를 갖는 복수개의 나노 돌기를 포함하는 항균 활성 촉진 영역(114)을 포함하는, 임플란트 구조체.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 항균 활성 촉진 영역은 골 접촉부의 상단으로부터 골 형성 촉진 영역의 방향으로 0.1 내지 3.0mm 범위에서 형성되는 것인, 임플란트 구조체.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 항균 활성 촉진 영역의 나노 돌기는 말단이 평편한 것인, 임플란트 구조체.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 임플란트 구조체는 티타늄, 또는 티타늄 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재질인, 임플란트 구조체.
  18. 청구항 14에 있어서, 상기 임플란트 구조체는 펨토초 레이저로 표면 처리된 것인, 임플란트 구조체.
PCT/KR2021/017891 2020-08-20 2021-11-30 표면 처리된 임플란트 구조체 WO2023022302A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/625,100 US20230181292A1 (en) 2020-08-20 2021-11-30 Surface-treated implant structure
EP21954348.5A EP4285860A1 (en) 2021-08-20 2021-11-30 Surface-treated implant structure
CN202180100574.4A CN117642135A (zh) 2021-08-20 2021-11-30 经表面处理的植入物结构

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2021-0110309 2021-08-20
KR20210110309 2021-08-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023022302A1 true WO2023022302A1 (ko) 2023-02-23

Family

ID=85239571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/017891 WO2023022302A1 (ko) 2020-08-20 2021-11-30 표면 처리된 임플란트 구조체

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230181292A1 (ko)
EP (1) EP4285860A1 (ko)
KR (1) KR102639266B1 (ko)
CN (1) CN117642135A (ko)
WO (1) WO2023022302A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009045246A (ja) * 2007-08-21 2009-03-05 Puente:Kk 骨芽細胞系細胞の増殖と分化を促進する医療用ナノ表面加工チタンおよびその製造方法
KR20110091257A (ko) * 2010-02-05 2011-08-11 (주) 케이제이 메디텍 표면마찰 계수가 증가된 치과용 임플란트 레이저표면처리방법 및 상기 방법으로 처리된 치과용 임플란트
KR20120004204A (ko) * 2010-07-06 2012-01-12 (주)덴토스 표면처리된 치열교정용 마이크로 임플란트 및 그 제조방법
KR20190052689A (ko) * 2016-11-10 2019-05-16 가부시키가이샤 난토 생체 조직 활착면, 임플란트, 생체 조직 활착면의 형성 방법, 임플란트의 제조 방법
KR102173456B1 (ko) 2020-02-21 2020-11-03 주식회사 제일메디칼코퍼레이션 항균성을 갖는 티타늄 임플란트 및 이의 제조방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014124500A (ja) 2012-12-27 2014-07-07 Nanto Precision Co Ltd インプラント体、アバットメント体、インプラント、インプラントの製造方法
US20220355350A1 (en) * 2019-04-15 2022-11-10 The University Of Hong Kong Micro-/nano-structured anti-biofilm surfaces
KR102563889B1 (ko) * 2020-05-06 2023-08-09 한국전기연구원 레이저 표면처리 방법 및 그 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009045246A (ja) * 2007-08-21 2009-03-05 Puente:Kk 骨芽細胞系細胞の増殖と分化を促進する医療用ナノ表面加工チタンおよびその製造方法
KR20110091257A (ko) * 2010-02-05 2011-08-11 (주) 케이제이 메디텍 표면마찰 계수가 증가된 치과용 임플란트 레이저표면처리방법 및 상기 방법으로 처리된 치과용 임플란트
KR20120004204A (ko) * 2010-07-06 2012-01-12 (주)덴토스 표면처리된 치열교정용 마이크로 임플란트 및 그 제조방법
KR20190052689A (ko) * 2016-11-10 2019-05-16 가부시키가이샤 난토 생체 조직 활착면, 임플란트, 생체 조직 활착면의 형성 방법, 임플란트의 제조 방법
KR102173456B1 (ko) 2020-02-21 2020-11-03 주식회사 제일메디칼코퍼레이션 항균성을 갖는 티타늄 임플란트 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20230181292A1 (en) 2023-06-15
KR20230028093A (ko) 2023-02-28
KR102639266B1 (ko) 2024-02-22
EP4285860A1 (en) 2023-12-06
CN117642135A (zh) 2024-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Stübinger et al. Surface alterations of polished and sandblasted and acid-etched titanium implants after Er: YAG, carbon dioxide, and diode laser irradiation
Hoffmann et al. Osseointegration of zirconia implants with different surface characteristics: an evaluation in rabbits.
Hoffmann et al. The zirconia implant-bone interface: a preliminary histologic evaluation in rabbits
US5607607A (en) System and assemblage for producing microtexturized substratesand implants
Park et al. Effects of laser irradiation on machined and anodized titanium disks.
Stübinger et al. Er: YAG laser osteotomy for removal of impacted teeth: clinical comparison of two techniques
AU2017356025B2 (en) Biological tissue rootage face, implant, method for forming biological tissue rootage face, and method for producing implant
Shin et al. The effect of Er: YAG laser irradiation on the scanning electron microscopic structure and surface roughness of various implant surfaces: an in vitro study
WO2023022302A1 (ko) 표면 처리된 임플란트 구조체
Hirota et al. Cortical bone response toward nanosecond-pulsed laser-treated zirconia implant surfaces
WO2020158985A1 (ko) 표면 형태학적 특성 및 골 유착성이 개선된 치과용 임플란트의 제조방법
Han et al. Analysis of shear bond strength and morphology of Er: Yag laser-recycled ceramic orthodontic brackets
Castro et al. Scanning electron microscopic analysis of diode laser-treated titanium implant surfaces
Saran et al. LASER as a tool for surface modification of dental biomaterials: A review
Deppe et al. Laser-assisted three-dimensional surface modifications of titanium implants: preliminary data
Kim et al. The effect of Er: YAG laser irradiation on the surface microstructure and roughness of hydroxyapatite-coated implant
Romanos et al. Alterations of the Implant Surface after CO 2-or Nd: YAG-Laser Irradiation: A SEM Examination.
Farronato et al. Decontamination of customized laser-microtextured titanium abutments: A comparative in vitro study of different cleaning procedures
Mahrous et al. The effect of atmospheric plasma-sprayed peek implants on osseointegration
Moslehifard et al. Comparison of the Effect of Nd: YAG Laser and Sandblasting on Shear Bond Strength of a Commercial Ni-Cr Alloy to Porcelain.
JP7355332B2 (ja) インプラント
Zang et al. Comparison of the shear rebond strength of zirconia brackets treated with different Er: YAG laser energies
Chryssikopoulos Er: YAG and CO 2 Lasers in Oral lmplantology: A Study on 83 Implants.
Elbanhawy The effect of neodymium: yttrium-aluminum-garnet laser treatment at different power settings and distances on hydroxyapatite-coated dental implants: A scanning electron microscope study
Do et al. Debonding of ceramic brackets using line laser system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21954348

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2021954348

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021954348

Country of ref document: EP

Effective date: 20230901

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 523450325

Country of ref document: SA

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112024000117

Country of ref document: BR

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112024000117

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20240104