KR101445174B1 - Surface-modified implant using titanium nanotube and dopamine coating and method for preparing the same - Google Patents
Surface-modified implant using titanium nanotube and dopamine coating and method for preparing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR101445174B1 KR101445174B1 KR1020130052366A KR20130052366A KR101445174B1 KR 101445174 B1 KR101445174 B1 KR 101445174B1 KR 1020130052366 A KR1020130052366 A KR 1020130052366A KR 20130052366 A KR20130052366 A KR 20130052366A KR 101445174 B1 KR101445174 B1 KR 101445174B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- dopamine
- implant
- nanotube
- present
- coating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- 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
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/28—Materials for coating prostheses
- A61L27/30—Inorganic materials
- A61L27/306—Other specific inorganic materials not covered by A61L27/303 - A61L27/32
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
- A61L27/28—Materials for coating prostheses
- A61L27/30—Inorganic materials
- A61L27/32—Phosphorus-containing materials, e.g. apatite
-
- 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
- A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
- A61L27/54—Biologically active materials, e.g. therapeutic substances
-
- 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
- A61L2400/00—Materials characterised by their function or physical properties
- A61L2400/18—Modification of implant surfaces in order to improve biocompatibility, cell growth, fixation of biomolecules, e.g. plasma treatment
Abstract
Description
본 발명은 티타늄 나노튜브와 도파민 코팅을 이용한 표면이 개질된 임플란트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surface-modified implant using a titanium nanotube and a dopamine coating, and a method for manufacturing the same.
지난 20 여년 이상 세계적으로 치과용 임플란트의 수요가 매 년 약 백만 건 이상 꾸준히 증가하고 있다. 치과 임플란트의 임상적인 성공은 초기 골 융합(Osseointegration)과 깊은 관계가 있으며, 기하학적인 형태와 표면 구조는 치과 임플란트의 장·단기 성공에 대한 결정적인 역할을 한다. 이러한 변수는 성공적인 초기 수술에서 좋은 결과를 위한 전제조건으로 임플란트 시술의 기술과 관련이 있다. Over the past two decades, demand for dental implants has steadily increased by more than one million per year worldwide. Clinical success of dental implants is closely related to initial osseointegration, and geometric shapes and surface structures play a decisive role in the short- and long-term success of dental implants. These variables are related to the technique of implant surgery as a precondition for good results in successful initial surgery.
티타늄이 산소와 접촉할 때 자발적으로 형성되는 얇은 산화층은 체내에 매식 후 금속이온의 용출과 부식을 막는 역할을 한다. 주로 이산화티타늄(TiO2)으로 구성되어 있는 산화층은 매식 후 골조직과 접촉하고 있으며, 티타늄 임플란트의 생체적합성에 기여한다. 많은 연구자들이 직접 골과 임플란트 계면의 형성을 광학현미경 수준으로 관찰하는 골유착(osseointegration)은 골내 임플란트(endosseous implant)의 성공에 대한 지표가 된다. 임플란트의 표면조도는 초기 혈병(blood clot)의 유지 및 골과 임플란트 사이의 접촉면적 등에 의해 골유착 속도와 골 질(bone quality)에 영향을 준다. 따라서 임플란트 표면은 생물학적인 환경에서 인공재료의 반응에 대단히 중요한 영향을 준다. 인공 임플란트의 성공여부는 표면 형상, 미세구조, 성분 및 성질과 같은 표면 특성에 의해 주로 결정된다. 따라서 생체재료 표면에 대한 연구는 생체재료 및 생의공학 분야의 중요한 주제 중 하나가 되었다. A thin oxide layer that spontaneously forms when titanium contacts oxygen plays a role in preventing metal ion elution and corrosion after implantation into the body. The oxide layer, which is mainly composed of titanium dioxide (TiO 2 ), is in contact with the bone tissue after implantation and contributes to the biocompatibility of titanium implants. The osseointegration, in which many researchers directly observe the formation of the bone and implant interface at the optical microscope level, is an indicator of the success of the endosseous implant. The surface roughness of the implants was maintained by maintenance of the blood clot And the contact area between bone and implant, affect bone adhesion rate and bone quality. Implant surfaces thus have a very significant effect on the response of artificial materials in biological environments. The success of artificial implants is mainly determined by surface features such as surface morphology, microstructure, composition and properties. Therefore, research on biomaterial surfaces has become an important topic in biomaterials and biotechnology.
생체재료의 나노구조와 나노기술의 연구는 표면처리와 더불어 매우 중요한 역할을 하고 있다. 나노규모 재료는 종래의 재료보다 단백질과 더 효과적으로 상호작용을 한다. 나노 상(nanophase)으로 이루어진 재료는 하이드록시 아파타이트나 유사 골(bone-like) 단백질의 구성 성분이나 요소로 쉽게 전환할 수 있는 능력 때문에 임플란트 재료로 응용되기도 한다. 골에 있어서 하이드록시 아파타이트와 비슷한 형상을 가진 나노섬유는 피브로넥틴(fibronectin)이나 비트로넥틴(vitronectin) 뿐만 아니라 골아세포 거동(osteoblast behavior)과 같이 전형적인 접착단백질의 형태에 영향을 줄 수 있다. 또한 나노 상의 형태를 가진 금속표면은 골아세포의 부착능과 기능을 향상시키며, 금속에 칼슘과 인의 증착을 유도한다. Research on nanostructure and nanotechnology of biomaterials plays a very important role in addition to surface treatment. Nanoscale materials interact more effectively with proteins than conventional materials. Materials made of nanophases can also be used as implant materials because of their ability to easily convert into components or elements of hydroxyapatite or bone-like proteins. Nanofibers with a similar shape to hydroxyapatite in bone can affect the shape of typical adhesive proteins, such as fibronectin or vitronectin, as well as osteoblast behavior. In addition, metal surfaces with nano-morphology improve the adhesion and function of osteoblasts and induce the deposition of calcium and phosphorus on the metal.
자연의 생명체들은 거의 완벽한 구조와 기능을 가지려고 계속 진화하고 있다. 자연에서 발견되는 생명체들은 세련미 (sophistication), 소형화 (miniaturization), 계층화 (hierarchical organizations), 융합화 (hybridation) 및 상대에 대한 저항과 적응성의 조화를 이루려고 진화한다. 나노에서 거시적인 다중구조로 구성되어 있는 자연 생명체는 구조적, 기능적 및 효율적으로 계속 발전하고 있다. 그 중 해양생물체인 홍합은 자신을 강한 파도나 부력에 저항할 수 있고 또한, 바다 속의 바위에 단단히 부착할 수 있도록 접착단백질을 생산, 분비한다. Nature's creatures continue to evolve to have almost complete structure and function. Creatures found in nature evolve to achieve sophistication, miniaturization, hierarchical organizations, hybridation, and harmony of resistance and adaptability to the other. The natural life structure composed of macroscopic multiple structures in the nano continues to evolve structurally, functionally and efficiently. Among them, mussel, a marine creature, can resist itself against strong waves and buoyancy, and also produces and secretes adhesive proteins so that it can be firmly attached to rocks in the sea.
그러나 이러한 접착 단백질을 이용한 생체 임플란트 재료의 개발은 미미한 실정인 바, 이러한 생체 적합성이 우수한 접착단백질을 이용한 임플란트 재료의 개발의 필요성이 대두되고 있다.However, development of a bioimplant material using such an adhesive protein has been limited. Therefore, there is a need for development of an implant material using such a biocompatible adhesive protein.
이에 본 발명자들은 임플란트 재료인 순 티타늄을 이용하여, 표면에 나노튜브를 형성하는 양극산화를 실시한 다음, 홍합에서부터 추출한 도파민을 코팅하여, 나노튜브와 도파민의 이중 처리를 할 경우 임플란트의 세포부착성 및 생체적합성이 우수함을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have found that when anodization is performed using pure titanium, which is an implant material, to form nanotubes on the surface, dopamine extracted from the mussel is coated, and the nanotubes and dopamine are double- And thus the present invention has been completed.
따라서, 본 발명은 티타늄 나노튜브와 도파민 코팅을 이용한 표면이 개질된 임플란트 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention provides a surface modified implant using a titanium nanotube and a dopamine coating, and a method for manufacturing the same.
본 발명은 치과용 임플란트를 제조할 때, 표면에 나노튜브를 형성하는 양극산화를 실시한 다음, 홍합에서부터 추출한 도파민을 코팅하여, 나노튜브와 도파민의 이중 처리를 함으로써, 세포부착성 및 생체적합성이 우수한 표면이 개질된 임플란트 및 이의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method of preparing a dental implant by anodizing to form a nanotube on a surface thereof and then coating the dopamine extracted from the mussel to double treat the nanotube and dopamine, A surface modified implant and a method of manufacturing the same are provided.
본 발명에 따른 표면이 개질된 임플란트는 임플란트 표면에 나노튜브를 형성하는 양극산화 및 도파민을 코팅하는 이중 처리를 함으로써, 세포 부착성과 생체적합성이 우수한 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 표면이 개질된 임플란트는 생체용 임플란트에 유용하게 사용될 수 있다.The surface-modified implant according to the present invention has an excellent effect on cell adhesion and biocompatibility by performing anodizing to form nanotubes on the surface of the implant and double treatment of coating dopamine. Therefore, the surface-modified implant of the present invention can be usefully used in a living implant.
도 1은 라만분광분석기를 이용하여 본 발명의 임플란트에 도파민의 중합정도를 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 임플란트의 X-선 회절 분석 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 임플란트를 유사체액에 5일 동안 침적한 시편 표면을 X-선광전자 분석기로 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 임플란트를 전계방출 주사현미경으로 표면을 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 임플란트의 표면처리 조건에 따라 표면조도기로 표면조도를 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 임플란트의 친수성의 정도를 알아보기 위해 접촉각을 측정한 도이다.
도 7은 본 발명의 임플란트를 유사체액에 5일 동안 침적한 후, 전계방출 주사현미경사진으로 관찰한 도이다.
도 8은 여러 가지 조건으로 표면처리한 시편에 대한 세포배양 시험 후 시편을 광학현미경으로 관찰한 도이다.
도 9는 세포의 부착능을 알아보기 위해 PBS와 트립신-EDTA를 9:1로 희석하여 세포가 배양된 시편에 분주한 후 세포가 시편의 표면에서 분리되도록 2분 동안 방치한 다음, 제거한 시편에 대해 세포 염색법을 이용하여 광학현미경으로 촬영한 도이다.
도 10은 미처리 시편인 순 티타늄과 여러 가지로 표면처리한 시편에 대해 2일 동안 세포 배양 후, MTT 어세이로 흡광도를 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 11은 트립신 처리 후의 MTT 어세이로 흡광도를 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 12는 유사체액의 전해질에서 Potentiostatic/ Galvanostatic 을 이용하여 동전위분극법으로 부식전위와 부식전류를 측정한 결과를 나타낸 도이다.
도 13은 0.9% 생리식염수에서 동전위분극법으로 부식전위와 부식전류를 측정한 결과를 나타낸 도이다.FIG. 1 is a graph showing the results of measurement of the degree of polymerization of dopamine in an implant according to the present invention using a Raman spectrometer.
2 is a diagram showing the results of X-ray diffraction analysis of the implant of the present invention.
FIG. 3 is a view showing the result of analyzing the surface of a specimen immersed in a simulated body fluid for 5 days by the X-ray photoelectron spectrometer of the present invention.
4 is a view showing the result of observing the surface of the implant according to the present invention with a field emission scanning microscope.
Fig. 5 is a diagram showing the result of measurement of surface roughness with a surface roughnesser according to the surface treatment conditions of the implant of the present invention. Fig.
6 is a view for measuring the contact angle in order to examine the degree of hydrophilicity of the implant of the present invention.
FIG. 7 is a photograph of the implant of the present invention observed by a field emission scanning microscope after being immersed in a simulated body fluid for 5 days. FIG.
FIG. 8 is an optical microscope image of the specimen after the cell culture test on the specimen surface-treated under various conditions.
FIG. 9 is a graph showing the cell adhesion ability. After diluting with PBS and trypsin-EDTA at a ratio of 9: 1, the cells were placed on a cultured specimen, and the cells were allowed to separate from the surface of the specimen for 2 minutes. Which is photographed by an optical microscope using a cell staining method.
FIG. 10 is a graph showing the results of measuring the absorbance of an untreated sample of pure titanium and various surface-treated specimens by MTT assay after 2 days of cell culture.
Fig. 11 is a graph showing the results of measurement of absorbance by MTT assay after trypsinization. Fig.
FIG. 12 is a graph showing the corrosion potential and the corrosion current measured by using the Potentiostatic / Galvanostatic method in the electrolytic solution of the analogous body fluid by the co-electromotive force polarization method.
13 is a graph showing the results of measurement of corrosion potential and corrosion current in a 0.9% physiological saline solution by means of a co-current polarimetric method.
본 발명은 티타늄 임플란트 표면 위에 나노튜브 TiO2층이 형성되어 있고, 상기 나노튜브 TiO2층 위에 도파민이 코팅된 것을 특징으로 하는, 표면이 개질된 임플란트를 제공한다.The present invention provides a surface modified implant characterized in that a nanotube TiO 2 layer is formed on the titanium implant surface and dopamine is coated on the nanotube TiO 2 layer.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 표면이 개질된 임플란트는 임플란트 표면에 나노튜브를 형성하는 양극산화 및 도파민을 코팅하는 처리를 통한 이중으로 표면 처리가 된 것을 특징으로 한다.The surface-modified implant according to the present invention is characterized in that it is double-surface-treated through anodization to form nanotubes on the surface of the implant and dopamine treatment.
본 발명에서 티타늄 임플란트는 순 티타늄 판을 이용하며, 티타늄 판 표면에 나노튜브 TiO2 층이 형성되어 있는데, 티타늄 표면에 형성된 얇은 산화층은 체내에 매식 후 금속이온의 용출과 부식을 막는 역할을 하며, 골조직과 접촉하고 있어 티타늄 임플란트의 생체적합성에 기여한다. In the present invention, a titanium implant is made of a pure titanium plate, and a nanotube TiO 2 layer is formed on the surface of the titanium plate. The thin oxide layer formed on the titanium surface plays a role of preventing elution and corrosion of metal ions after implantation into the body, It is in contact with the bone tissue and contributes to the biocompatibility of titanium implants.
본 발명에서 도파민은 상기 나노튜브 TiO2 층이 생성된 임플란트 표면 위에 코팅되어 있는데, 홍합 유래의 도파민을 코팅하는 것이 바람직하다. 이는 세포부착능과 생체 적합성이 우수하기 때문이다.In the present invention, dopamine is coated on the surface of the implant on which the nanotube TiO 2 layer is formed, and it is preferable to coat the moss-derived dopamine. This is because of its excellent cell adhesion and biocompatibility.
상기 티타늄 임플란트는 코팅된 도파민 주위로 아파타이트가 더 형성되어 있을 수 있다.
The titanium implant may have apatite formed around the coated dopamine.
또한, 본 발명은In addition,
(a) 티타늄 판을 양극산화처리하여 티타늄 판 표면에 나노튜브 TiO2 층을 생성하는 단계; 및(a) anodizing the titanium plate to produce a nanotube TiO 2 layer on the surface of the titanium plate; And
(b) 상기 나노튜브 TiO2 층이 생성된 티타늄 판을 도파민으로 코팅하는 단계; 를 포함하는, 표면이 개질된 임플란트의 제조방법을 제공한다.(b) coating the titanium plate on which the nanotube TiO 2 layer is formed with dopamine; The present invention also provides a method of manufacturing a surface-modified implant.
이하, 본 발명의 제조방법에 대해 단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described step by step as follows.
상기 (a) 단계는 티타늄 판 표면에 TiO2 층을 생성하는 단계로서, 직류전원공급장치를 이용한 양극산화처리로서 TiO2 층을 생성시킨다. In the step (a), a TiO 2 layer is formed on the surface of a titanium plate, and an anodic oxidation treatment using a DC power supply generates a TiO 2 layer.
금속 임플란트 재료는 표면의 생체불활성 때문에 하이드록시 아파타이트의 주성분인 칼슘과 인으로 코팅하여 표면을 개질하고 있다. 매식 후 인산칼슘의 방출은 임플란트 주위 골의 체액이온 포화도와 임플란트 표면에 생체 아파타이트(biological apatite, BAp)를 증가시키는데, 이 생체 아파타이트의 층은 내생단백질(endogenous protein)을 함유하고 골유도 세포(osteogenic cell)의 부착과 성장의 기질(matrix)로 작용한다. 그래서 임플란트 주위의 골 치유 양상은 생체 아파타이트에 의해 촉진되기 때문에 티타늄 임플란트가 골 조직에 생물학적으로 결합하는 것은 인산칼슘의 존재에 의해 촉진된다. 이러한 인산칼슘의 존재를 촉진하기 위하여 여러 가지 방법으로 표면을 개질하고 있는데, 그 중 양극산화는 전해질의 종류에 따라 다양하다. 본 발명에서는 나노튜브 형성을 위한 양극산화는 불소 이온이 함유한 전해질을 사용한다.Metal implant materials are modified by surface coating with calcium and phosphorus, which are the main components of hydroxyapatite, due to their in vivo inertness. The release of calcium phosphate after implantation increases the body fluid ion saturation of the bone around the implant and the biological apatite (BAp) on the implant surface. This layer of bioactive apatite contains the endogenous protein and the osteogenic cell as a matrix of adhesion and growth. Thus, since the bone healing pattern around the implant is promoted by the living apatite, biologically binding of the titanium implant to the bone tissue is promoted by the presence of calcium phosphate. In order to promote the presence of calcium phosphate, the surface is modified in various ways, among which the anodic oxidation varies depending on the type of the electrolyte. In the present invention, an anodic oxidation for forming nanotubes uses an electrolyte containing fluorine ions.
상기 (a) 단계의 나노튜브 TiO2 층의 생성은 양극산화처리 후 승온속도 3~7℃/min의 속도로 400~600℃에서 1~3시간 유지하면서 수행하는 것이 바람직한데, 이는 티타늄의 표면에 형성된 나노튜브 TiO2 층의 구조적 안정화와 결정화 및 불순물 제거를 위함이다.The formation of the nanotubes TiO 2 layer in step (a) is preferably performed while maintaining the temperature at 400 to 600 ° C for 1 to 3 hours at a rate of 3 to 7 ° C / min at a heating rate after the anodizing treatment. For the structural stabilization and crystallization of the nanotubes TiO 2 layer formed on the substrate and for the removal of impurities.
상기 (b)단계는 나노튜브 TiO2 층이 생성된 임플란트에 도파민을 추가로 코팅하는 단계로서, 도파민 코팅 용액에서 수행한다. 도파민을 코팅하는 것은 생체활성과 세포부착능을 더욱 우수하게 하기 위함이다.In the step (b), dopamine is further coated on the implant in which the nanotube TiO 2 layer is formed, and the dopamine coating solution is used. Coating of dopamine is to improve the bioactivity and cell adhesion.
상기 (b) 단계의 도파민 코팅은 도파민 코팅용액에서 15~25시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.The dopamine coating in step (b) is preferably performed for 15 to 25 hours in a dopamine coating solution.
또한, 상기 (a) 단계 전에 티타늄 판을 산세처리하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 이는 티타늄 판의 불순물 및 산화층 제거를 위함이다.Further, the method may further include a step of pickling the titanium plate before the step (a), for removing the impurities and the oxide layer of the titanium plate.
또한, 상기 (b) 단계에서 제조된 도파민이 코팅된 임플란트를 유사체액에 침적하여 도파민 주위로 아파타이트를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include depositing dopamine-coated implants prepared in step (b) in a simulated body fluid to form apatite around dopamine.
상기 방법으로 제조된 표면이 개질된 임플란트는 아파타이트 조직의 성장에 유리하고 우수한 내식성을 가져 귀금속과 비슷한 수준의 부식저항성을 가진다.
The surface modified implant prepared by the above method is advantageous for the growth of the apatite structure and has excellent corrosion resistance and has corrosion resistance similar to that of the noble metal.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 표면이 개질된 임플란트는 임플란트 표면에 나노튜브를 형성하는 양극산화 및 도파민을 코팅하는 이중 처리를 함으로써, 세포 부착성과 생체적합성이 우수한 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 표면이 개질된 임플란트는 생체용 임플란트에 유용하게 사용될 수 있다.
As described above, the surface-modified implant according to the present invention has an excellent effect on cell adhesion and biocompatibility by performing anodizing to form nanotubes on the surface of the implant and dual treatment of coating dopamine. Therefore, the surface-modified implant of the present invention can be usefully used in a living implant.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the examples.
<실시예 1> 본 발명의 이중 처리된 임플란트의 제조≪ Example 1 > Preparation of double-treated implants of the present invention
1. 시편 준비1. Sample Preparation
시편은 두께 1 ㎜인 grade Ⅱ의 순 티타늄판(Kobe Steel Ltd, Japan)을 10 ㎜ x 10 ㎜의 크기로 절단하여 사용하였다. 시편의 표면은 #220~#1000의 SiC 연마지를 이용하여 순차적으로 연마한 다음 증류수, 알코올 및 아세톤 용액에서 각각 5분간 초음파 세척하였으며, 50℃의 건조기에 24시간 이상 보관한 다음, 나노튜브 형성을 위한 양극산화에 사용하였다. 모든 시편의 불순물 및 산화층을 제거를 위해 HNO3, HF 및 H2O를 12 : 7 : 81 vol%로 제조하여 20초 동안 산세처리하였다.
The specimen was cut into a size of 10 ㎜ x 10 ㎜ with a grade Ⅱ titanium plate (Kobe Steel Ltd, Japan) with a thickness of 1 ㎜. The surfaces of the specimens were polished sequentially using # 220 to # 1000 SiC abrasive paper, and then ultrasonically cleaned in distilled water, alcohol and acetone solution for 5 minutes each, and then stored in a dryer at 50 ° C for 24 hours or more. For the anodic oxidation. HNO 3 , HF and H 2 O were prepared at 12: 7: 81 vol% for 20 seconds to remove impurities and oxide layers from all specimens.
2. 나노튜브 양극산화2. Anodization of nanotubes
나노튜브 TiO2 층의 생성을 위한 양극산화처리는 직류전원공급장치(SP6303, Samwoo Elect., Korea)를 이용하여 양극과 음극에 각각 시편과 백금판을 연결하고 전압 20V, 전류밀도 20mA/cm2, 주기 0.01 ms의 펄스 전원을 1시간 동안 인가하였다. 전해액은 20 wt% H2O와 1 wt% NH4F가 포함된 글리세롤(glycerol)을 혼합하여 준비하였다. 양극산화처리 후 시편의 표면을 3차 증류수에서 1분간 초음파 세척한 다음 50℃가 유지되는 건조기에서 24시간 이상 보관하였다. 시편의 표면에 형성된 나노튜브 TiO2 층의 구조적 안정화와 결정화 및 불순물 제거를 위해 승온속도 5 ℃/min의 속도로 500℃에서 2시간 동안 유지하였다.
The anodic oxidation treatment for the formation of the nanotube TiO 2 layer was performed by connecting a specimen and a platinum plate to an anode and a cathode using a DC power supply (SP6303, Samwoo Elect., Korea), and applying a voltage of 20 V and a current density of 20 mA / cm 2 , And a pulse power of 0.01 ms was applied for 1 hour. The electrolytic solution was prepared by mixing glycerol containing 20 wt% H 2 O and 1 wt% NH 4 F. After the anodizing treatment, the surface of the specimen was ultrasonically cleaned with tertiary distilled water for 1 minute and then stored in a dryer maintained at 50 ° C for more than 24 hours. The nanotube TiO 2 layer formed on the surface of the specimen was maintained at 500 ° C for 2 hours at a rate of 5 ° C / min for structural stabilization, crystallization and removal of impurities.
3. 도파민(dopamine) 코팅처리3.Dopamine coating treatment
도파민 코팅 처리용 시편은 무처리 시편과 나노튜브 TiO2 층을 형성한 티타늄 시편에 대하여 실시하였다. 도파민 코팅용액은 Dopamine·HCl(Sigma-Aldrich Co. USA) 1 mg을 10 mM-트리스완충액(Tris buffer; Trizma® base, Sigma-Aldrich Co. USA) 1 ml의 비율로 부가하여 녹인 다음 pH 8.5로 조절하였다. 도파민의 코팅은 보관 중인 시편을 도파민/트리스 완충액(Dopamine/Tris Buffer) 용액에서 20시간 동안 수행하였다. 코팅이 완료된 시편은 3차 증류수로 세척한 후 질소 가스로 건조시켜 본 발명의 이중 처리된 임플란트를 제조하였다.
Specimens for dopamine coating were prepared on titanium specimens with untreated specimen and nanotube TiO 2 layer. The dopamine coating solution was prepared by dissolving 1 mg of Dopamine HCl (Sigma-Aldrich Co. USA) in 1 ml of 10 mM-Tris buffer (Trizma® base, Sigma-Aldrich Co. USA) Respectively. Dopamine coating was carried out for 20 hours in a dopamine / Tris Buffer solution. The coated specimens were washed with tertiary distilled water and dried with nitrogen gas to prepare dual-treated implants of the present invention.
<실험예 1> 본 발명의 임플란트의 표면특성 측정 시험<Experimental Example 1> The surface property measurement test of the implant of the present invention
도파민의 중합과 코팅반응을 평가하기 위하여 나노라만분광기(Nano Raman Spectroscope, Ntegra, Russia)로 파장 532 nm에서 분석하였다.In order to evaluate the polymerization and coating reaction of dopamine, a Nano Raman Spectroscope (Netegra, Russia) was used at a wavelength of 532 nm.
무처리 및 표면처리 시편에 대한 표면층의 정성분석을 위하여 X-선회절기(Dmax Ⅲ-A type, Rigaku, Japan)로, 표면의 전자상태는 X-선 광전자 분석기(XPS, MX-Probe 2701, USA)로 분석하였다.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, MX-Probe 2701, USA) was used for the qualitative analysis of the surface layer on the untreated and surface treated specimens. ).
피막층의 형태학적 미세구조는 Osmium Coater(HPC-1SW, Vacuum Device Inc, Korea)를 이용하여 Os 코팅을 한 후, 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM, S-4800, Hitachi, Japan)으로 분석하였다. 또한, 여러 가지 표면처리 시편에 대한 표면거칠기는 표면조도측정기(Surftest SV-3000, Mitutoyo, Japan)를 사용하여 10회 측정한 후, 최대값과 최소값을 제외한 후 중심선 표면거칠기(Ra)의 평균값을 구하였다.The morphological microstructure of the coating layer was analyzed by field emission scanning electron microscope (FE-SEM, S-4800, Hitachi, Japan) after Os coating using Osmium Coater (HPC-1SW, Vacuum Device Inc, Korea) . The surface roughness of the various surface treatment specimens was measured 10 times using a surface roughness tester (Surftest SV-3000, Mitutoyo, Japan), and then the average value of the center line surface roughness (Ra) Respectively.
표면처리의 종류에 따라 친수성과 소수성을 평가는 유사체액을 마이크로피펫으로 10 ㎕씩 각 시편의 표면에 떨어뜨려 광학현미경(EZ4D, Leica, Germany)으로 촬영하여 측정하였다. 이의 결과를 도 1 내지 도 6에 나타내었다.To evaluate hydrophilicity and hydrophobicity according to the type of surface treatment, 10 μl of a similar solution was dropped on the surface of each specimen with a micropipette and photographed with an optical microscope (EZ4D, Leica, Germany). The results are shown in Figs. 1 to 6.
도 1에 나타난 바와 같이, 순 티타늄 시편(도 1(a))에서는 전혀 반응 피크가 나타나지 않았고, 나노튜브 양극산화한 시편(도 1(b))은 750cm-1 이하에서 산화물의 회절선이 관찰되었다. 또한 나노튜브 양극산화 처리 후 도파민 코팅처리한 시편(Fig. 1(c))에서는 1,370 cm-1과 1,570 cm-1 부근에서 도파민이 중합되어 폴리도파민의 회절선이 관찰되었다. As shown in Fig. 1, the titanium specimens (Fig. 1 (a)) in the reaction were no peaks appear, nanotubes positive specimens (Fig. 1 (b)) oxide is the diffraction line of an oxide observed at 750cm -1 or less . In dopamine-coated specimens after nanotube anodization (Fig. 1 (c)), dopamine was polymerized at 1,370 cm -1 and 1,570 cm -1 , and diffraction lines of polydodamine were observed.
도 2에 나타난 바와 같이, 나노튜브 양극산화한 시편(도 2(b))은 루틸(rutile)과 아나타제(anatase)의 TiO2의 회절선이 관찰되었으며, 나노튜브 양극산화 후 도파민 처리한 시편(도 2(c))은 X-선회절 분석으로는 도파민이 검출되지 않았지만, 나노튜브 양극산화와 도파민으로 이중 표면처리하고 유사체액에 5일 동안 침적한 시편(도 2(d))은 TiO2 산화물과 함께 하이드록시 아파타이트의 회절선이 관찰되었다. As shown in FIG. 2 , diffraction lines of rutile and anatase TiO 2 were observed in the nanotube anodized specimen (FIG. 2 (b)), and dopant-treated specimens after nanotube anodization Figure 2 (c)) is X- ray diffraction analysis did not detect the dopamine, the nano-tube anodizing and dopamine dual surface treated and immersed for five days in similar body fluid samples (Fig. 2 (d)) is TiO 2 A diffraction line of hydroxyapatite was observed along with the oxide.
도 3에 나타난 바와 같이, 표면층에 O, P, Ca 등이 검출되어 표면에 Ca와 P가 흡착되었음을 알 수 있다. Ca 2p 전자 스펙트럼은 348.8 eV, 345.5 eV의 이중 피크가 검출되었다. 131.2 eV에서의 P 2p 전자 스펙트럼이 나타났으며, O 1s 전자 스펙트럼에서는 531.9 eV와 529.4 eV에서 두 피크가 관찰되었다. As shown in FIG. 3, O, P, Ca and the like were detected in the surface layer, indicating that Ca and P were adsorbed on the surface. A double peak of 348.8 eV and 345.5 eV was detected in the Ca 2p electron spectrum. P 2p electron spectra were obtained at 131.2 eV and two peaks were observed at 531.9 eV and 529.4 eV in the O 1s electron spectrum.
도 4에 나타난 바와 같이, 표면처리하지 않은 시편에 도파민 코팅한 시편(도 4(a))의 표면은 부분적으로 도파민이 코팅되어 있음을 확인할 수 있었다. 또한 나노튜브 양극산화한 시편(도 4(b))은 표면에 나노구조의 튜브의 형성을 확인할 수 있었고, 나노튜브 양극산화와 도파민 처리한 시편(도 4(c))은 형성된 나노튜브를 중심으로 도파민이 코팅되어 있음을 확인할 수 있다. As shown in Fig. 4, it was confirmed that the surface of the dopamine coated specimen (Fig. 4 (a)) was partially coated with the dopamine. 4 (b)). The nanotube anodization and dopamine treated specimens (Fig. 4 (c)) showed that the formed nanotubes were centered at the center And dopamine is coated on the surface.
도 5에 나타난 바와 같이, 무처리 티타늄시편(도 5(a)), 나노양극산화(도 5(b)) 및 나노양극산화와 도파민 코팅한 후 시편(도 5(c))은 약간씩 표면조도가 증가하였으나, 각 군간에는 유의한 차이를 보이지 않았다 (P>0.05).5 (a)), nano-anodic oxidation (Fig. 5 (b)) and nano-anodic oxidation and dopamine coating (Fig. 5 There was no significant difference between groups (P> 0.05).
도 6에 나타난 바와 같이, 순 티타늄(도 6(a))은 78.84±9.01°로 나타났으나, 나노튜브 양극산화 처리한 시편(도 6(b))에서는 56.85±8.56°로 감소하여 친수성이 향상되었다 (P<0.05). 또한 나노튜브 양극산화와 도파민 코팅한 시편(도 6(c))은 22.61±3.27°로 나타나 도파민 처리에 의해 친수성이 증가함을 알 수 있었다 (P<0.05).As shown in FIG. 6, the pure titanium (FIG. 6 (a)) was 78.84 ± 9.01 °, whereas the nanotube anodized (FIG. 6 (b)) decreased to 56.85 ± 8.56 ° (P < 0.05). In addition, the nanoparticle anodization and dopamine coated specimens (Fig. 6 (c)) showed 22.61 ± 3.27 °, indicating that hydrophilicity was increased by dopamine treatment (P <0.05).
상기 도 1 내지 도 6의 결과를 종합하여 보면, 라만분광분석기를 이용하여 도파민의 중합정도를 측정한 결과, 1,370 cm-1 부근에서는 도파민 구조의 주요 성분인 카테콜(catechol)의 스트레칭(stretching)으로 인한 피크가 나타났다. 또한, 1,570 cm-1 부근의 피크는 카테콜의 스트레칭의 변형(deformation)에 기인한다는 다른 연구 결과와 일치함을 알 수 있었다. 따라서 나노튜브 양극산화 처리 후 도파민 코팅처리한 시편(도 1(c))에서 1,370 cm-1과 1,570 cm-1 부근의 피크가 관찰되어 중합이 이루어졌음을 확인할 수 있었다. 또한, 나노튜브 양극산화한 시편(도 1(b))에서는 750 cm-1 이하에서 산화물 피크가 나타남을 알 수 있었다. X-선회절 분석 결과, TiO2의 산화물이 루틸과 아나타제로 혼재하고 있음을 확인할 수 있었고(도 2(b)), 나노튜브를 형성한 다음 도파민 코팅한 시편(도 2(c))에서는 특이한 피크는 관찰되지 않았다. 이는 도파민의 코팅층의 두께가 너무 얇기 때문에 X-선회절 분석으로는 검출되지 않은 것으로 판단된다.
As a result of measuring the degree of polymerization of dopamine using the Raman spectroscopic analyzer, it was found that the stretching of catechol, which is a main component of the dopamine structure, at around 1,370 cm -1 , . It is also found that the peaks near 1,570 cm -1 are consistent with other studies showing that the deformation of the catechol stretch. Therefore, it was confirmed that the peak was observed around 1,370 cm -1 and 1,570 cm -1 in the dopamine-coated specimen (Fig. 1 (c)) after the nanotube anodizing treatment. In addition, it was found that an oxide peak appeared at 750 cm -1 or less in the nanotube anodized sample (FIG. 1 (b)). As a result of the X-ray diffraction analysis, it was confirmed that the oxides of TiO 2 were mixed with rutile and anatase (Fig. 2 (b)) and the dopamine coated specimen after forming the nanotubes No peak was observed. It is judged that this is not detected by X-ray diffraction analysis because the thickness of the dopamine coating layer is too thin.
<실험예 2> in vitro 시험<Experimental Example 2> In vitro test
준비된 시편의 골유사 아파타이트의 석출 양상은 pH와 무기이온의 농도를 사람의 혈장과 유사하게 조절한 유사체액(simulated body fluid: SBF)에 침적하여 평가하였다. 모든 시편은 산화에틸렌(ethylene oxide) 가스에서 멸균 처리(MC-3671, Casstle, USA)한 다음 SBF에 침적하여 37℃, 5% CO2 분위기의 배양기에서 5일 동안 유지하였다. SBF는 행크스(Hanks) 용액(H2387, Sigma Chemical Co, USA)에 칼슘 클로라이드 디하이드레이트(calcium chloride dihydrate) 0.185 g/L, 마그네슘 설페이트(magnesium sulfate) 0.097 g/L, 소듐 하이드로겐 카보네이트(sodium hydrogen carbonate) 0.350 g/L를 첨가한 다음, 1 N HCl 수용액을 첨가하여 pH를 7.4로 조절하여 제조하였다. 이의 결과를 도 7에 나타내었다.The morphology of bone - like apatite in the prepared specimens was evaluated by immersion in simulated body fluid (SBF), in which pH and inorganic ion concentrations were similar to human plasma. All specimens were sterilized in ethylene oxide (MC-3671, Casstle, USA) and immersed in SBF for 5 days at 37 ° C in a 5% CO 2 atmosphere. SBF was prepared by adding 0.185 g / L calcium chloride dihydrate, 0.097 g / L magnesium sulfate, and sodium hydrogen carbonate to Hanks solution (H2387, Sigma Chemical Co, USA) ) 0.350 g / L was added, and then the pH was adjusted to 7.4 by adding 1 N HCl aqueous solution. The results are shown in Fig.
도 7에 나타난 바와 같이, 표면처리를 하지 않은 시편(도 7(a))에서는 유사체액에 5일 동안 침적하여도 표면의 변화가 관찰되지 않았으나, 나노튜브 양극산화 처리한 시편(도 7(b))에서는 쌀알같은 아파타이트의 조직이 관찰되었다. 특히, 나노튜브 양극산화와 도파민 처리한 시편(도 7(c))에서는 더욱 성장한 조직이 관찰되었다.
As shown in Fig. 7, no change in the surface was observed even after 5 days of immersion in the simulated body fluid sample (Fig. 7 (a)) without the surface treatment, but the nanotube anodization )), The texture of apatite such as rice was observed. Particularly, in the specimens subjected to nanotube anodization and dopamine treatment (Fig. 7 (c)), further grown tissues were observed.
<실험예 3> 본 발명의 임플란트의 세포배양시험≪ Experimental Example 3 > The cell culture test of the implant of the present invention
본 연구에 사용된 세포는 마우스 유래 골아세포(osteoblast cell) MC3T3-E1로서 ATCC (American Type Culture Collection)로부터 제공받았다. 배양액은 α-MEM (Gibco Co. , USA)에 10% 소태아혈청(fetal bovine serum; FBS, Gibco Co., USA), 페니실린(penicillin) 500 unit/㎖ (Gibco Co., USA)과 스트렙토마이신(streptomycin) 500 unit/㎖ (Gibco Co., USA)를 첨가하여 사용하였다. 2일 동안 배양한 세포는 웰(well) 당 5.0 x104 cells/㎖ 으로 측정하여 24 웰 플레이트(well plate)에 10 ㎜ x 10 ㎜로 제작된 시편 위에 1 ㎖씩 분주하였다. 음성대조군은 α-MEM 배지(medium) 1 ㎖를 사용하였으며, 양성대조군은 α-MEM 배지에 10% 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide; DMSO, Duksan pure chemical Co., Ltd. Korea)를 첨가하였다. 37℃, 5% CO2 배양기에서 2일 동안 배양한 후 표면처리 전후의 시편에 대하여 세포생존율과 형태학적인 분석을 수행하였다. Cells used in this study were obtained from the American Type Culture Collection (ATCC) as mouse-derived osteoblast cell MC3T3-E1. (Gibco Co., USA),
세포염색은 2일 동안 37℃, 5% CO2 배양기 내에서 배양한 세포의 배지를 제거하고, 3% 포름알데히드(Formaldehyde)로 고정한 다음, 0.3% 크리스탈바이올렛(Crystalviolet)으로 염색하였다. 염색액을 인산완충식염수(PBS; phosphate buffered saline)로 세척한 후, 광학현미경(DM2500, Leica Microsystem, Germany)으로 세포의 형태를 관찰하였다. Cells were stained with 3% formaldehyde and then stained with 0.3% crystal violet for 2 days. The cells were cultured in a 5% CO 2 incubator at 37 ° C for 2 days, and then fixed with 3% formaldehyde. After washing the staining solution with PBS (phosphate buffered saline), the morphology of the cells was observed with an optical microscope (DM2500, Leica Microsystem, Germany).
MTT 시험은 2일 동안 5% CO2 배양기 내에서 배양한 세포의 배지를 제거하고, FBS가 포함되지 않은 α-MEM에 3-(4,5-디메틸티아졸-2-일)-2,5-디페닐테트라졸리움 브로마이드(3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide; MTT, Sigma Chemical Co. USA)용액을 9:1로 희석하여 준비하였다. 1 ㎖ MTT 희석액을 각각의 시편에 분주하여 4시간 후 이를 제거하고, 200 ㎕ 포르마잔(formazan) 용액으로 용해하여, ELASA reader (Model Spectra MAX PLUS, Molecular Devices, Sunnyvale, CA)로 570 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다. 세포 생존율(RGR, relative growth rate)은 아래의 식을 이용하여 백분율로 나타냈었으며, OD(optical density)는 광학밀도를 나타낸다. The MTT test was performed by removing the medium of the cells cultured in a 5% CO 2 incubator for 2 days, adding 3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -2,5 2-yl) -2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT, Sigma Chemical Co., USA) was prepared by diluting the solution to a ratio of 9: 1. 1 ml MTT dilution was dispensed into each specimen, and after 4 hours, the specimen was removed and dissolved in 200 μl of formazan solution and eluted with ELASA reader (Model Spectra MAX PLUS, Molecular Devices, Sunnyvale, Calif.) At a wavelength of 570 nm Absorbance was measured. The relative growth rate (RGR) was expressed as a percentage using the equation below and OD (optical density) is the optical density.
RGR (%) = OD test /OD negative x 100
RGR (%) = OD test / OD
또한, 트립신-EDTA(Trypsin-EDTA)를 이용한 세포부착능 시험은 2일 동안 5% CO2 배양기 내에서 배양한 세포의 배지를 제거하고, PBS로 세척하였다. PBS와 트립신-EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)를 9:1로 희석하여 세포가 배양된 시편에 분주한 후 세포가 시편의 표면에서 분리되도록 2분 동안 방치한 후 제거하였다. 그 후 세포 염색법과 MTT 법을 이용하여 시편 표면의 세포부착성을 평가하였다. 이의 결과를 도 8 내지 도 11에 나타내었다.In addition, in the cell adhesion test using Trypsin-EDTA (Trypsin-EDTA), the medium of cells cultured in a 5% CO 2 incubator was removed for 2 days and washed with PBS. PBS and trypsin-EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) were diluted to 9: 1, and the cells were placed on the cultured specimens. The cells were allowed to stand on the surface of the specimen for 2 minutes and then removed. After that, the cell adhesion on the surface of the specimen was evaluated using the cell staining method and the MTT method. The results are shown in FIG. 8 to FIG.
도 8에 나타난 바와 같이, 나노튜브 양극산화한 다음 도파민 코팅처리한 시편(도 8(d))에서 가장 치밀한 세포의 형태와 활발한 필로포디아(filopodia)가 관찰되어, 음성대조군(도 8(a))과 비슷한 양상을 보였다. 치밀도는 모든 시편에서 양성대조군(도 8(e))보다 높게 나타났다.As shown in Fig. 8, the most dense cell morphology and active filopodia were observed in a specimen (Fig. 8 (d)) subjected to dopamine coating after nanotube anodization, and a negative control (Fig. 8 )). The density was higher in all specimens than in the positive control (Fig. 8 (e)).
도 9에 나타난 바와 같이, 순 티타늄 시편(도 9(b))보다 나노튜브 양극산화한 시편(도 9(c))에서 부착된 세포가 많음을 알 수 있었다. 또한 나노튜브 양극산화 후 도파민처리한 시편(도 9(d))에서도 비슷한 양상을 보였다. 모든 시편은 양성대조군보다 세포부착능이 높게 나타났다.As shown in Fig. 9, it was found that the cells adhered to the nanotube-anodized specimen (Fig. 9 (c)) more than the pure titanium specimen (Fig. 9 (b)). In addition, the dopamine-treated specimen after nanotube anodization (Fig. 9 (d)) showed a similar pattern. All specimens showed higher cell adhesion than positive controls.
도 10에 나타난 바와 같이, 나노튜브 양극산화와 도파민 처리한 시편(도 10(d))이 무처리 시편(도 10(b))이나 나노양극산화한 시편(도 10(c))보다 유의하게 높게 나타났으며 (P<0.05), 음성대조군(도 10(e))과는 유의한 차이를 보이지 않았다 (P>0.05). 10 (d)) than the untreated specimen (FIG. 10 (b)) or the nano-anodized specimen (FIG. 10 (c)) as shown in FIG. 10 (P < 0.05), and there was no significant difference from the negative control group (Fig. 10 (e)) (P> 0.05).
도 11에 나타난 바와 같이, 모든 시편에서 음성대조군(도 11(e))과 비교하여 유의한 차이를 보이지 않았다 (P>0.05). 하지만 나노튜브 양극산화와 도파민 코팅한 시편(도 11(d))에서는 무처리(도 11(b)) 및 나노튜브 양극산화한 시편(도 11(c))보다 유의하게 높게 나타났다 (P<0.05).As shown in FIG. 11, there was no significant difference (P> 0.05) in all the specimens compared with the negative control group (FIG. 11 (e)). 11 (b)) and nanotube anodized specimens (Fig. 11 (c)) (Fig. 11 (d)) of the nanoparticle anodization and dopamine coated specimens ).
상기 도 8 내지 도 11의 결과를 종합하여 보면, Ca 2p 전자 스펙트럼은 인산칼슘의 결합에너지인 348.8 eV에서 Ca2p1/2, 345.5 eV에서 Ca2p3/2의 이중 피크가 관찰되었는데, P 2p 전자 스펙트럼은 인산염에 수소이온이 하나씩 결합될 때 약 1 eV 씩 결합에너지가 이동한다고 한 연구 결과와 비교해서, 131.2 eV에서 나타나는 피크는 표면에 존재하는 P의 인산염 이온이 PO4 3-, HPO4 2-, H2PO4-의 3가지 상태로 존재함을 알 수 있었다. O 1s 전자 스펙트럼에서는 금속산화물(O2-)에서 기인한 529.4 eV 스펙트럼, 이보다 더 높은 에너지 측의 수산화물과 수산기(OH-)에서 기인한 하이드록시 결합인 531.9 eV의 두 피크가 관찰되었다. 8 to 11, dual peaks of Ca 2p3 / 2 were observed at Ca 2p1 / 2 and 345.5eV at 348.8 eV, which is the binding energy of calcium phosphate, and the P 2p electron spectrum The binding energy is shifted by about 1 eV when a single hydrogen ion is bound to phosphate. The peak at 131.2 eV indicates that the phosphate ion of P existing on the surface is PO 4 3- , HPO 4 2- , And H 2 PO 4 - , respectively. In the O 1s electron spectrum, two peaks of 529.4 eV spectrum due to metal oxide (O 2- ), 531.9 eV hydroxyl bond due to higher energy side hydroxyl group and hydroxyl group (OH - ) were observed.
조골세포의 특성을 확인하기 위한 조직학적, 생화학적 기준으로는 세포 형태, 증식율과 분화율, 알칼리 인산분해효소 활성도, 석회화 물질의 형성도 및 오스테오칼신(osteocalcin) 합성 등이 있는데, 본 실험에서는 마우스 유래 골아세포 (osteoblast) MC3T3-E1 세포주를 2일 동안 배양한 후 광학현미경을 이용하여 형태학적인 관찰을 하였다. 또한, 흡광도를 이용하여 MTT 시험을 실시하였으며, 세포부착능 시험은 트립신-EDTA로 2분 동안 처리하여 분석하였다. MTT 시험은 세포의 기능적인 활성도와 생존 능력을 평가하는데 널리 이용되는 방법으로, 세포가 사멸되지 않는 일부 재료들의 미미한 독성 검사에도 적용되기 때문에 생체재료의 세포독성을 측정하는데 널리 이용되고 있으며, 치과용 에폭시레진의 세포독성을 L-929 세포와 MTT 시험법을 이용하여 평가하기도 한다. 본 실험에서의 MTT 시험은 독성의 유무를 평가하고자 하는 시편위에 세포를 배양한 후에 세포만 따로 분리하여 적정량의 [3-(4,5-디메틸티아졸-2-일)-2,5-디페닐테트라조일룸 브로마이드]([3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoilum bromide (MTT)])용액을 첨가하여 시험에 이용하였다. 또한, 본 실험에서는 세포배양 후 광학현미경 촬영과 흡광도를 측정한 결과(도 10), 도파민 처리한 시편이 무처리 시편보다 유의하게 높게 나타났으며(P<0.05), 음성대조군과는 유의한 차이를 보이지 않았다 (P>0.05). 또한, 트립신을 처리한 후의 MTT 어세이를 수행하여 흡광도로 세포독성을 평가한 결과(도 11), 모든 시편에서 음성대조군과 비교하여 유의한 차이를 보이지 않았다 (P>0.05). 그렇지만, 나노튜브 양극산화와 도파민 코팅한 시편에서는 무처리 및 나노튜브 양극산화한 시편보다 유의하게 높게 나타났다 (P<0.05).Histological and biochemical criteria for osteoblast characterization include cell morphology, proliferation and differentiation rate, activity of alkaline phosphatase, formation of calcified material, and synthesis of osteocalcin. In this experiment, The osteoblast MC3T3-E1 cell line was cultured for 2 days and then morphologically observed using an optical microscope. The MTT test was performed using the absorbance, and the cell adhesion test was performed by treatment with trypsin-EDTA for 2 minutes. The MTT test is widely used for evaluating the functional activity and viability of cells and is widely used to measure the cytotoxicity of biomaterials because it is applied to insignificant toxicity tests of some materials that do not kill cells. The cytotoxicity of epoxy resin can also be assessed using L-929 cells and the MTT assay. In the MTT test in this experiment, the cells were cultured on a test piece to evaluate the presence or absence of toxicity, and then the cells were separately separated to obtain an appropriate amount of [3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) ([3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -2,5-diphenyltetrazoylum bromide (MTT)]) was added to the solution. In addition, dopamine treated specimens were significantly higher (P <0.05) than the untreated specimens (FIG. 10), and significant differences were observed between the negative control specimens (P > 0.05). In addition, MTT assay after treatment with trypsin was performed to evaluate cytotoxicity by absorbance (FIG. 11), and there was no significant difference (P> 0.05) in all samples compared to negative control. However, the anodic oxidation and dopamine coated specimens were significantly higher (P <0.05) than the untreated and nanotube anodized specimens.
생체적합성과 부식거동의 관계는 금속이온의 용출과 연관되어 있기 때문에 주위환경과 접촉하는 물질의 전기화학적 반응의 결과라 할 수 있다.
The relationship between biocompatibility and corrosion behavior is the result of the electrochemical reaction of the material in contact with the surrounding environment since it is associated with the elution of metal ions.
<실험예 4> 본 발명의 임플란트의 부식저항성 시험<Experimental Example 4> Corrosion resistance test of the implant of the present invention
부식저항성 측정을 위한 동전위분극 시험은 Potentiostatic/ Galvanostatic (Parstat, 2273A, USA)을 이용하여 동전위분극(potentiodynamic polarization)법으로 부식전위(corrosion potential)와 부식전류(current density)를 측정하였다. 기준전극은 Ag/AgCl 전극을, 상대전극은 백금전극을, 작업전극에는 시편을 연결하였다. 전해액은 SBF와 0.9% 생리식염수를 각각 사용하여 3 mV·s-1의 주사속도로 실온에서 수행하였다. 이의 결과를 도 12 및 도 13에 나타내었다.The corrosion potential and corrosion current density were measured by potentiiodynamic polarization method using Potentiostatic / Galvanostatic (Parstat, 2273A, USA) for the corrosion resistance test. The reference electrode was Ag / AgCl electrode, the counter electrode was platinum electrode, and the working electrode was connected to the specimen. The electrolyte was run at room temperature with a scanning rate of 3 mV · s -1 using SBF and 0.9% physiological saline, respectively. The results are shown in FIG. 12 and FIG.
도 12에 나타난 바와 같이, 나노튜브 양극산화와 도파민 처리한 시편(도 12(c))에서 가장 우수한 내식성을 보였으며, 귀금속과 비슷한 수준의 부식저항성을 보였다. As shown in Fig. 12, the most excellent corrosion resistance was exhibited by nanotube anodization and dopamine-treated specimens (Fig. 12 (c)), and corrosion resistance similar to that of noble metal was exhibited.
도 13에 나타난 바와 같이, 도 12와 비슷한 양상을 나타내어, 유사체액과 생리식염수의 전해질에 관계없이 비슷한 부식양상을 보였다. As shown in FIG. 13, a similar pattern as in FIG. 12 was obtained, showing similar corrosion behavior regardless of the electrolytes of the simulated body fluid and the physiological saline.
상기 도 12 및 도 13의 결과를 종합하여 보면, 나노튜브 양극산화와 도파민 처리한 시편에서 전해질에 관계없이 가장 우수한 내식성을 보였으며, 귀금속과 비슷한 수준의 부식저항성을 보였다.
The results of FIGS. 12 and 13 show that the nanotube anodization and dopamine treated specimens showed the best corrosion resistance regardless of the electrolyte, and showed corrosion resistance similar to that of noble metals.
<실험예 5> 본 발명의 임플란트의 통계 처리≪ Experimental Example 5 > Statistical processing of the implant of the present invention
Microcal Origin 프로그램을 이용하여 각 실험군에 대한 표면거칠기와 MTT 및 ALP 등의 평균값과 표준편차 값을 동시에 구하였다. 또한 각 실험군에 대한 비교를 일원배치 분산분석(one-way analysis of variance; ANOVA)를 이용하여 통계분석을 시행하였고, 사후검증은 터키 검증(Tukey test)으로, 통계적인 유의 수준은 5%에서 검증하였다. The surface roughness, MTT, ALP, mean and standard deviation values were obtained for each experimental group using Microcal Origin program. Statistical analysis was performed using one-way analysis of variance (ANOVA). The post-test was conducted using the Tukey test and statistically significant at 5% Respectively.
Claims (7)
(b) 상기 나노튜브 TiO2 층이 생성된 티타늄 판을 도파민으로 코팅하는 단계; 및
(c) 상기 도파민이 코팅된 임플란트를 유사체액에 침적하여 도파민 주위로 아파타이트를 형성하는 단계;를 포함하는, 표면이 개질된 임플란트의 제조방법.(a) anodizing the titanium plate to produce a nanotube TiO 2 layer on the surface of the titanium plate;
(b) coating the titanium plate on which the nanotube TiO 2 layer is formed with dopamine; And
(c) depositing the dopamine-coated implant in a simulated body fluid to form apatite around the dopamine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130052366A KR101445174B1 (en) | 2013-05-09 | 2013-05-09 | Surface-modified implant using titanium nanotube and dopamine coating and method for preparing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130052366A KR101445174B1 (en) | 2013-05-09 | 2013-05-09 | Surface-modified implant using titanium nanotube and dopamine coating and method for preparing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101445174B1 true KR101445174B1 (en) | 2014-10-01 |
Family
ID=51996020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130052366A KR101445174B1 (en) | 2013-05-09 | 2013-05-09 | Surface-modified implant using titanium nanotube and dopamine coating and method for preparing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101445174B1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106983523A (en) * | 2017-03-15 | 2017-07-28 | 北京科技大学 | A kind of preparation method of dentistry implant and its alkalescent Nanosurface |
| CN108187135A (en) * | 2018-02-07 | 2018-06-22 | 四川大学 | Multifunctional titanium planting body based on poly-dopamine modification and preparation method thereof |
| CN108939149A (en) * | 2018-07-18 | 2018-12-07 | 西南交通大学 | Prepare the method and PEEK biomaterial of PEEK biological coating |
| KR20210071662A (en) * | 2019-12-06 | 2021-06-16 | 영산대학교산학협력단 | Implant surface coating composition comprising rosmarinus officinalis extract |
| CN114129773A (en) * | 2021-12-06 | 2022-03-04 | 泰州市捷创生物科技研发有限公司 | Titanium implant with osteogenesis promoting and antibacterial properties on surface and preparation method thereof |
| CN114288479A (en) * | 2021-12-30 | 2022-04-08 | 智享生物(苏州)有限公司 | Cell adhesion material based on supermolecule self-assembly and preparation method thereof |
| CN115341203A (en) * | 2022-08-22 | 2022-11-15 | 南方科技大学 | Method and equipment for modifying surface polysaccharide of titanium implant |
| KR20230046334A (en) | 2021-09-29 | 2023-04-06 | 조선대학교산학협력단 | Dental implant fixure and dental implant comprising the same |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102719824A (en) | 2012-06-12 | 2012-10-10 | 天津大学 | Dopamine-nanosilver composite coating and preparation method thereof |
| KR20120111034A (en) * | 2011-03-31 | 2012-10-10 | 전북대학교산학협력단 | Method for manufacturing titanina nanotube and titanina nanotube thereby |
-
2013
- 2013-05-09 KR KR1020130052366A patent/KR101445174B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120111034A (en) * | 2011-03-31 | 2012-10-10 | 전북대학교산학협력단 | Method for manufacturing titanina nanotube and titanina nanotube thereby |
| CN102719824A (en) | 2012-06-12 | 2012-10-10 | 天津大学 | Dopamine-nanosilver composite coating and preparation method thereof |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| KAR, A. et al., SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY (2006) Vol.201, pp.3723-3731 * |
| LIA, M. et al., BIOMACROMOLECULES (2011) Vol.12, pp.1097-1105 * |
| LIA, M. et al., BIOMACROMOLECULES (2011) Vol.12, pp.1097-1105* |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106983523A (en) * | 2017-03-15 | 2017-07-28 | 北京科技大学 | A kind of preparation method of dentistry implant and its alkalescent Nanosurface |
| CN106983523B (en) * | 2017-03-15 | 2020-04-10 | 北京科技大学 | Dental implant and preparation method of alkalescent nano surface thereof |
| CN108187135A (en) * | 2018-02-07 | 2018-06-22 | 四川大学 | Multifunctional titanium planting body based on poly-dopamine modification and preparation method thereof |
| CN108939149A (en) * | 2018-07-18 | 2018-12-07 | 西南交通大学 | Prepare the method and PEEK biomaterial of PEEK biological coating |
| KR20210071662A (en) * | 2019-12-06 | 2021-06-16 | 영산대학교산학협력단 | Implant surface coating composition comprising rosmarinus officinalis extract |
| KR102321658B1 (en) | 2019-12-06 | 2021-11-03 | 영산대학교산학협력단 | Implant surface coating composition comprising rosmarinus officinalis extract |
| KR20230046334A (en) | 2021-09-29 | 2023-04-06 | 조선대학교산학협력단 | Dental implant fixure and dental implant comprising the same |
| CN114129773A (en) * | 2021-12-06 | 2022-03-04 | 泰州市捷创生物科技研发有限公司 | Titanium implant with osteogenesis promoting and antibacterial properties on surface and preparation method thereof |
| CN114129773B (en) * | 2021-12-06 | 2022-12-20 | 泰州市捷创生物科技研发有限公司 | Titanium implant with surface having bone-promoting performance and preparation method thereof |
| CN114288479A (en) * | 2021-12-30 | 2022-04-08 | 智享生物(苏州)有限公司 | Cell adhesion material based on supermolecule self-assembly and preparation method thereof |
| CN115341203A (en) * | 2022-08-22 | 2022-11-15 | 南方科技大学 | Method and equipment for modifying surface polysaccharide of titanium implant |
| CN115341203B (en) * | 2022-08-22 | 2023-08-29 | 南方科技大学 | Surface polysaccharide modification method and equipment for titanium implant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101445174B1 (en) | Surface-modified implant using titanium nanotube and dopamine coating and method for preparing the same | |
| Sandhyarani et al. | Fabrication, characterization and in-vitro evaluation of nanostructured zirconia/hydroxyapatite composite film on zirconium | |
| Yu et al. | Novel fluoridated hydroxyapatite/MAO composite coating on AZ31B magnesium alloy for biomedical application | |
| Guo et al. | Enhanced corrosion resistance and biocompatibility of polydopamine/dicalcium phosphate dihydrate/collagen composite coating on magnesium alloy for orthopedic applications | |
| Marques et al. | Electrochemical behavior of bioactive coatings on cp-Ti surface for dental application | |
| Hang et al. | Preparation, characterization, corrosion behavior and bioactivity of Ni2O3-doped TiO2 nanotubes on NiTi alloy | |
| Kyrylenko et al. | Effects of the sources of calcium and phosphorus on the structural and functional properties of ceramic coatings on titanium dental implants produced by plasma electrolytic oxidation | |
| Chiang et al. | Formation of TiO2 nano-network on titanium surface increases the human cell growth | |
| Bhattarai et al. | A controlled surface geometry of polyaniline doped titania nanotubes biointerface for accelerating MC3T3-E1 cells growth in bone tissue engineering | |
| Li et al. | Improved osteoblast adhesion and osseointegration on TiO2 nanotubes surface with hydroxyapatite coating | |
| Chen et al. | Influence of roughness on in-vivo properties of titanium implant surface and their electrochemical behavior | |
| Wei et al. | Structures, bonding strength and in vitro bioactivity and cytotoxicity of electrochemically deposited bioactive nano-brushite coating/TiO2 nanotubes composited films on titanium | |
| Pisarek et al. | Effect of two-step functionalization of Ti by chemical processes on protein adsorption | |
| Lee et al. | Effects of polydopamine coating on the bioactivity of titanium for dental implants | |
| Hanawa | Surface treatment and modification of metals to add biofunction | |
| Alves et al. | A first insight on the bio-functionalization mechanisms of TiO2 nanotubes with calcium, phosphorous and zinc by reverse polarization anodization | |
| US9353453B2 (en) | Metal substrate modified with silicon based biomimetic treatment having antibacterial property for the osteointegration thereof | |
| Wei et al. | Biomimetic apatite deposited on microarc oxidized anatase-based ceramic coating | |
| Abdal-hay et al. | In situ hydrothermal transformation of titanium surface into lithium-doped continuous nanowire network towards augmented bioactivity | |
| Mohsen et al. | Electrochemical impedance spectroscopy study of the adsorption behavior of bovine serum albumin at biomimetic calcium-phosphate coating | |
| Krasicka-Cydzik | Anodic layer formation on titanium and its alloys for biomedical applications | |
| Agilan et al. | Bio-inspired polydopamine incorporated titania nanotube arrays for biomedical applications | |
| Karlsson et al. | Nanoporous aluminum oxide affects neutrophil behaviour | |
| Pisarek et al. | Biomimetic and electrodeposited calcium-phosphates coatings on Ti–formation, surface characterization, biological response | |
| Rahnamaee et al. | Bioinspired TiO2/chitosan/HA coatings on Ti surfaces: biomedical improvement by intermediate hierarchical films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170922 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180921 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190910 Year of fee payment: 6 |