KR101281522B1 - 치과용 임플란트 픽스쳐 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 석출강화형 양극산화 기술을 적용하여 치과용 임플란트 고정체의 골유착능이 향상된 치과용 임플란트 픽스쳐를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 Ca-P와 Ti 산화물계로 형성된 기지 및 기지 표면 전체에 형성되는 Ca-P 석출물 및 Ti 산화물 석출물을 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 픽스쳐를 제공한다.

Description

치과용 임플란트 픽스쳐{DENTAL IMPLANT FIXURE}
본 발명은 나노 Ca-P계 석출물을 갖는 양극산화 기술을 적용한 치과용 임플란트 픽스쳐에 관한 것이다.
치과용 임플란트(이하 임플란트)는 외상 또는 내상으로 인하여 치아 손실이 있을 때, 손실부를 보강하는 매식형 의료기기로서 기능적, 실용적면으로 볼 때, 치아 수복에 있어서 인접 치아 손실을 최소화 할 수 있는 시술방법이다. 1980년대 초반 Branemark 및 그 연구자들에 의해 제시된 골유착(osseointegration)을 기본으로 한 골내 임플란트 시스템이 현재 대부분 사용되고 있다. 골유착은 임플란트 고정체의 직접적인 골 고정을 기반으로 한다. 골유착에 영향을 미치는 중요 요소로 임플란트 재료의 생체적합성, 임플란트 디자인 또는 표면 상태, 수술부위 골의 상태, 외과적 술식, 하중조건 등이 있다. 대표적으로 치근형 임플란트는 하악은 3 ∼ 4개월, 상악은 6개월 동안 골 속에 묻어 둠으로써 골유착이 일어나도록 하고, 그 후에 상부 보철물을 제작하는 술식이 일반적이다. 따라서 골유착이 일어나는 기간 동안 환자들은 임시의치(temporary denture)나 임시치아(temporary crown)를 사용하는 불편함이 있으며, 최종 보철물 수복 시 2차 수술을 해야 하는 경우도 있다. 또한 임시치아의 장기간 사용으로 인한 변색과 같은 비심미적인 이유로 환자에게 불편함과 불만족감을 주는 단점이 있다.
임플란트는 식립 안정성과 시술 용이성에 초점이 맞추어 개발되어 왔으나 골과의 결합능력 향상 없이는 안정성을 기대하기 어렵다. 1990년대 이후, 골과의 유착율을 높이면서 임플란트 주위골의 흡수를 최소화하고 또 주변 연조직과의 친화성과 결합력을 향상시키려는 연구가 많이 진행되어 왔다. 골유착능 향상을 위해 골과 친화력이 좋은 구조 또는 물질 연구, 표면적을 늘리고, 표면 형상 변화를 위한 표면처리 연구 등이 진행되어 왔다. 일반적으로 티타늄 소재 임플란트는 표면처리 방법에 따라 단순가공에 의한 1세대, 인산칼슘이나 HA 코팅, 티타늄 플라즈마 스프레이(TPS)코팅과 같은 2세대, 입자분사, 산처리를 한 3세대, 양극산화 표면처리법이 적용된 4세대 임플란트로 구분되어 질 수 있다. 또한 현재 생체물질(세라믹, 생체활성 고분자, 단백질)을 직접 코팅하는 방법이나 나노 물질을 이용하는 분야에 대해서도 많은 관심과 연구가 진행되고 있다.
세계적으로 행해지고 있는 티타늄 임플란트 표면처리는 SLA, RBM, 양극산화법이 큰 시장 점유율을 차지하고 있는 추세이다. 표면처리 방법의 하나인 양극 산화 (Anodic Oxidation)는 전기 화학적 방법으로 티타늄 표면에 산화 피막을 형성하는 방법으로 기공을 포함하여 전체적으로 거친 면이 형성됨으로 골과의 결합력을 향상시킬 수 있고, 금속 이온의 방출을 억제할 수 있다. 현재까지는 황산, 과산화수소와 염산, 인산 또는 칼슘-glycero phosphate를 이용한 양극 산화로 TiO2 산화막을 형성시켜왔다.
본 발명은 나노 Ca-P계 석출물을 갖는 양극산화 기술을 적용하여 치과용 임플란트 고정체의 골유착능이 향상된 치과용 임플란트 픽스쳐를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 Ca-P와 Ti 산화물계로 형성된 기지 및 기지 표면 전체에 형성되는 Ca-P 석출물 및 Ti 산화물 석출물을 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 픽스쳐를 제공한다.
또한 본 발명은 기지와 석출물의 Ca/P ratio는 1.3~ 2.0인 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 픽스쳐를 제공한다.
또한 본 발명은 석출물의 크기는 30 ~ 60nm인 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 픽스쳐를 제공한다.
본 발명이 제공하는 치과용 임플란트 픽스쳐는 기본적인 양극산화 형태의 기지에 골세포와 반응을 촉진시키는 석출물이 함께 형성되어 치과용 임플란트의 골유착 특성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명이 제공하는 치과용 임플란트 픽스쳐는 골유착 특성이 향상되어, 골유착 기간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 양극산화법에 의해 처리된 대조군과, 본 발명에 따른 나노 Ca-P계 석출물을 갖는 양극산화법에 의해 처리된 실험군의 표면을 분석한 것,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 Ca-P계 석출물을 갖는 양극산화 처리한 실험군과 일반적인 양극산화 처리를 거친 대조군의 XPS를 이용한 표면 성분 분석 결과를 나타낸 그래프,
도 3은 실험군과 대조군을 각각 유사체액(SBF; Simulated Body Fluid) 내에 침적시킨 후, 소정의 시가 경과 후 시편을 채취하여 표면 관할(SEM)한 사진,
도 4는 실험군과 대조군의 친수성을 평가하기 위해 접촉각을 측정한 사진.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
나노 Ca-P계 석출물을 갖는 양극산화법은 기본적인 양극산화 형태의 형상에 골세포와 반응을 촉진시키는 물질을 함께 형성시켜, 골유착 특성을 향상시키는 기술이다. 나노 Ca-P계 석출물을 갖는 양극산화법을 통해 제작된 치과용 임플란트 픽스쳐는, 기지로부터 석출된 석출물이 대략 30 ~ 60 nm의 크기로 기지 전체에 걸쳐 고루 형성된다.
도 1은 일반적인 양극산화법에 의해 처리된 대조군과, 본 발명에 따른 나노 Ca-P계 석출물을 갖는 양극산화법에 의해 처리된 실험군의 표면을 분석한 것이다.
대조군은 일반적인 양극산화법에 의해 처리된 것으로, Calcium Aetate와 β-Glycerol Phosphate을 혼합하여 전해질로 사용하고, cp-Ti(Gr 3; ASTM F67) 기지 시편을 250V의 전압으로 3분 동안 불꽃 방전 (Micro Arc Oxidation법)하여 제작되었다.
본 발명에 따른 나노 Ca-P계 석출물을 갖는 양극산화법에 의해 처리된 실험군은, 전해질을 Calcium Aetate와 β-Glycerol Phosphate에 첨가제를 추가한 것을 사용한 것 외에 양극산화법과 동일한 조건에서 제작되었다. 첨가제로는 일반적인 산(Acid) 등이 이용될 수 있다.
도 1은 Field-emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM; 네덜란드 Sirion)를 이용해 찍은 시편의 표면 사진으로, 대조군과 비교해보면 실험군 표면에 석출물이 균일하게 형성된 것을 관찰할 수 있다.
또한 도 2는 같은 장비를 이용하여 EDS element analysis mode로 실험군의 기지 및 석출물의 성분을 분석한 것으로 결과는 표 1~2과 같다.
Element wt% at%
O K 40.68 65.0
P K 2.29 1.89
Ca K 5.46 3.48
Ti K 51.57 29.63
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험군의 기지의 성분 분석 결과이다.
Element wt% at%
O K 48.24 72.40
P K 1.49 1.14
Ca K 2.97 1.75
Ti K 47.30 24.39
표 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실험군의 석출물의 성분 분석 결과이다.
표 1 및 표 2를 살펴보면, 기지와 석출물 간에 Ca/P ratio가 차이가 나는 것을 볼 수 있다. 기지의 경우 Ca/P ratio는 1.84이고, 석출물의 경우 Ca/P ratio는 1.53이다. 또한 O 성분은 석출물 쪽에, P, Ca, Ti 성분은 기지 쪽에 더 많이 분포한 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 Ca-P계 석출물을 갖는 양극산화 처리한 실험군과 일반적인 양극산화 처리를 거친 대조군의 XPS를 이용한 표면 성분 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
Perkin-Elmer ESCA 시스템(미국 Φ5800 ESCA 시스템)을 이용하여 표면 성분을 분석하였으며, 표면에 Ti 산화물과 Calcium Phosphate이 존재하는 것을 알 수 있다. Ti 산화물이 주로 관찰되었으며, Ca-P 복합 구조도 관찰된다. 대조군에 비해 실험군에서 Ca의 농도가 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
C 1s O 1s P 2p Ca 2p Ti 2p
대조군 28.18 50.15 4.21 7.16 10.30
실험군 11.66 61.89 2.14 12.12 12.19
표 3은 본 발명에 따른 나노 Ca-P계 석출물을 갖는 양극산화 처리한 실험군과 대조군의 개관 스펙트럼(survey spectrum) 상에서 나타난 주요 원소의 농도(%)이다. 대조군에 비해 실험군에서 O, Ca, Ti의 농도가 높은 것을 알 수 있다.
도 4는 실험군과 대조군을 각각 유사체액(SBF; Simulated Body Fluid) 내에 침적시킨 후, 소정의 시가 경과 후 시편을 채취하여 표면 관할(SEM)한 사진이다.
Medium 첨가량(g/l)
Nacl 7.996
NaHCO3 0.35
KCl 0.224
K2HPO4·3H2O 0.174
MgCl2·6H2O 0.305
1M-HCL 40ml
CaCl2 0.278
Na2SO4 0.071
NH2C(CH2OH) 36.057
표 4는 SBF 용액의 조성을 나타낸 것이며, SBF 용액의 pH 농도는 7.4이다. 도 3을 살펴보면, 각각 SBF 용액에 6일, 12일씩 침적한 다음 시편의 표면 상태를 SEM을 이용하여 관찰하였다. 실험군이 대조군에 비해 Ca-P로 추정되는 석출물이 상당히 고르게 다량 분포하는 것을 알 수 있다.
도 5는 실험군과 대조군의 친수성을 평가하기 위해 접촉각을 측정한 사진이다. 본 발명에 따른 나노 Ca-P계 석출물을 갖는 양극산화가 이루어진 실험군이 대조군에 비해 접촉각이 확연히 작은 것을 알 수 있다. 실험군의 경우 5°이하의 접촉각을 보여 친수성이 뛰어난 것을 확인할 수 있다.

Claims (3)

  1. 양극산화법에 의해 티타늄재 임플란트 픽스쳐의 전체 표면 위에 형성되며,
    Ca-P 및 Ti 산화물로 이루어지는 기지와;
    기지 표면 전체에 걸쳐 석출된 Ca-P 석출물 및 Ti 산화물 석출물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 픽스쳐.
  2. 제1항에 있어서,
    기지와 석출물에서의 Ca/P ratio는 1.3 ~ 2.0인 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 픽스쳐.
  3. 제1항에 있어서,
    석출물의 크기는 30 ~ 60nm인 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 픽스쳐.
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